FR2465244A1

FR2465244A1 - Dispositif de commande optique de camera

Info

Publication number: FR2465244A1
Application number: FR8015948A
Authority: FR
Inventors: James D Joseph; Dennis J Wilwerding
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1981-03-20
Also published as: GB2057809A; CA1138634A; GB2057809B; US4250376A; DE3027015A1

Abstract

DISPOSITIF DE COMMANDE PAR DETERMINATION DE LA DIRECTION DE DEPLACEMENT ENTRE DEUX FORMES D'ONDES CORRESPONDANTES UTILISABLE POUR LA COMMANDE OPTIQUE DE CAMERAS. LE DISPOSITIF COMPREND UN MOYEN DE DETECTION 14 POUR PRODUIRE DEUX FORMES D'ONDES CORRESPONDANTES EN UNE SERIE DE POINTS D'ECHANTILLONNAGE, UN MOYEN DE DETECTION 65 DE QUATRE SIGNAUX PROVENANT DU MOYEN DE DETECTION QUI REPRESENTENT LES VALEURS DES FORMES D'ONDES EN DEUX POINTS D'ECHANTILLONNAGE ADJACENTS DE LA SERIE, DES MOYENS DE COMBINAISON 122, 134, 148, 113, 119, 164 POUR COMBINER CES SIGNAUX CONFORMEMENT A UNE FONCTION NON-LINEAIRE PREDETERMINEE, INDICATIVE DE LA POSITION RELATIVE DES DEUX FORMES D'ONDES, ET UN MOYEN D'ACCUMULATION C1, A1 POUR ACCUMULER LES RESULTATS ENGENDRES PAR LES MOYENS DE COMBINAISON ET DETERMINER LA DIRECTION DE DEPLACEMENT ENTRE LES DEUX FORMES D'ONDES POUR LA SERIE DE POINTS D'ECHANTILLONNAGE. APPLICATION AUX CAMERAS.

Description

La présente invention concerne les dispositifs de commande optique de

caméras et plus particulièrement le

traitement de signaux électriques dans de tels dispositifs.

On connait un dispositif de commande optique d'une caméra dans lequel une lentille forme une image d'une

scène et une ligne de contrôle de paires d'éléments de détec-

tion est située dans un plan placé dans ou proche du plan fo-

cal de la lentille. Chaque paire d'éléments de la ligne est placée en arrière d'un lenticule de manière que la lumière traversant la moitié supérieure de la lentille et arrivant

sur le lenticule soit focalisée par ce lenticule sur l'élé-

ment inférieur de la paire alors que la lumière traversant

la moitié inférieure de la lentille et arrivant sur le lenti-

cule est focalisée par ce dernier sur l'élément supérieur de la paire. Il en résulte que les deux groupes d'éléments, à savoir les éléments supérieurs des paires et les éléments

inférieurs, reçoivent des répartitions de lumière sensible-

ment semblables, ces deux répartitions de lumière coïncidant quand la ligne de contr8le est située dans le plan focal de la scène en train d'être observée mais étant décalées l'une par rapport à l'autre dans une direction ou dans l'autre si le plan focal est situé en avant ou en arrière de la ligne

de contrôle. La lentille peut par conséquent être alors dé-

placée, le cas échéant, pour assurer la focalisation de la

scène.

Dans le dispositif connu, le déplacement rela-

tif entre les deux répartitions de lumière est déterminé par conversion numérique des deux répartitions par mémorisation

d'une répartition dans un registre à décalage de façon qu'el-

le puisse être décalée par rapport à l'autre, par comparai-

son des deux répartitions pour tous les décalages possibles de l'une par rapport à l'autre, puis par détermination de la

comparaison qui établit la meilleure adaptation. Le décala-

ge à effectuer dans le registre pour produire la meilleure

adaptation correspond évidemment au déplacement relatif en-

tre les deux répartitions.

Ce processus est compliqué et l'invention a

pour objet de fournir un dispositif simplifié pour détermi-

ner le déplacement relatif entre deux formes d'ondes sembla-

bles. L'expression "forme d'onde" est utilisée dans la pré-

sente description pour désigner un signal qui varie spatia-

lement le long de la ligne de contrôle et non pas dans le temps.

Ainsi l'invention concerne un circuit permet-

tant de déterminer la direction de déplacement entre deux formes d'ondes correspondantes, ledit circuit comprenant un moyen pour déterminer une fonction non linéaire des valeurs

des deux formes d'ondes en deux points d'échantillonnage ad-

jacents, la fonction étant telle que son signe représente la

direction de déplacement de la première forme d'onde par rap-

port à la seconde.

On comprend que ce système fournit-une indica-

tion du signe de déplacement relatif entre les deux formes

d'ondes mais qu'il ne donne pas la grandeur du déplacement.

Dans une caméra, le signe du déplacement est le seul para-

mètre nécessaire puisque la caméra comporte un dispositif de réglage de focalisation qui fait déplacer la lentille ou la ligne de contrôle, ce mouvement se poursuivant jusqu'à ce

qu'on obtienne un signal nul à la sortie du dispositif.

D'autres avantages et caractéristiques de l'in-

vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip-

tion, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référen-

ce aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 représente une partie des composants

mécaniques et optiques de la caméra.

Fig. 2 représente des formes d'ondes résultan-

tes typiques.

Fig. 3 et 4 mettent en évidence les principes de deux techniques de détermination du déplacement relatif de formes d'ondes, et Fig. 5 et 6 représentent des circuits servant

à la mise en oeuvre desdits principes.

En référence à la figure 1, une lentille 10

reçoit de la lumière provenant d'un objet 13, cette lentil-

le 10 pouvant être rapprochée et éloignée d'un plan 11 con-

tenant une ligne de contrôle de paires d'éléments de détec-

tion 14. Le plan 11 constitue, ou correspond au plan du film

dans la caméra et on désire amener l'objet 13 dans la condi-

tion de focalisation dans le plan 11 en déplaçant la lentil-

le 10 de façon appropriée.

Comme indiqué, la lentille 10 forme une image de l'objet 13 dans un plan situé en arrière du plan 11. Les rayons lumineux 15 à 16 provenant de l'objet 13 et passant par la moitié supérieure de la lentille 10 arrivent, comme indiqué, sur une partie du plan 11 qui est située au-dessus

de la partie o arrivent les rayons lumineux 16 à 17 pas-

sant par la moitié inférieure de la lentille 10. Le plan 11

contient un groupe de lenticules 12, chaque lenticule cor-

respondant à une paire d'éléments de détection 14 de sorte

que la lumière provenant de la moitié supérieure de la len-

tille 10 et dirigée vers-un lenticule 12 est focalisée par ce dernier sur l'élément inférieur 14 de la paire alors que la lumière provenant de la moitié inférieure de la lentille est focalisée par le lenticule sur l'élément supérieur 14 de ladite paire. En conséquence, les éléments de détection

14 forment deux groupes, qui peuvent être appelés les grou-

pes A et B et ces deux groupes reçoivent des répartitions de lumière qui se correspondent étroitement mais sont décalés l'un par rapport à l'autre d'une certaine distance et dans

un certain sens, en fonction du degré et du sens de décala-

ge de la lentille 10 par rapport à la position de focalisa-

tion.

La figure 2 représente une paire typique de formes d'ondes pour les groupes A et B d'éléments. Bien que

les valeurs ne soient pas importantes par elles-mêmes, l'a-

xe horizontal représente une plage de vision, à partir de la lentille 10, d'environ 400 mrad tandis que l'axe vertical -2 représente une luminance d'environ 350 cd m. Les éléments de détection 14 peuvent être des dispositifs opérant par couplage ou par injection de charges et on peut utiliser des moyens classiques pour effectuer le décalage relatif des signaux en vue de produire les deux formes d'ondes (sous la forme d'une séquence entrelacée d'échantillons). On peut prévoir par exemple 32 paires d'éléments qui couvrent une plage angulaire de 100 mrad. Chaque forme d'onde se compose

par conséquent de 32 valeurs successives, espacées d'inter-

valles égaux.

L'objectif consiste maintenant à déterminer le décalage relatif entre les deux formes d'ondes A et B. Comme indiqué, cette opération peut être réalisée en décalant la forme d'onde B d'une grande distance fixe vers la gauche,

puis en la décalant vers la droite d'une série de petits é-

chelons, puis en comparant les deux-formes d'ondes pour cha-

que petit échelon de décalage et en déterminant finalement le point o s'est produite la meilleure adaptation. Cela correspond à un processus long et compliqué et qui donne en

outre plus d'informations que ce qui est réellement néces-

saire du fait qu'il permet de définir la distance de déca-

lage ainsi que son signe. Si on peut réaliser un processus

simple et rapide pour déterminer le signe du décalage re-

latif entre les deux formes d'ondes, il est alors possible d'utiliser les déterminations répétées du signe quand la

lentille 10 est déplacée pour atteindre la condition de fo-

calisation, lorsque le "signe" est petit, nul ou oscillant.

La figure 3 montre deux domaines des deux for-

mes d'ondes; les formes d'ondes ont une allure croissante sur la gauche du diagramme et décroissante sur la droite. La forme d'onde B est évidemment espacée de la forme d'onde A

de la même distance sur les deux côtés du diagramme.

On va considérer les distances verticales sé-

parant les deux formes d'ondes et leurs pentes. A gauche, la distance verticale h est positive et la pente tg Q est également positive, à droite, la distance verticale h est

négative et la pente tg G est également négative. En consé-

quence1le produit h (tgG) est positif des deux côtés du dia-

gramme. Il est évident que, si la forme d'onde B est déca-

lée vers la gauche de manière à coïncider avec la forme d'on-

de A, le produit h (tg @) devient nul alors que, si la forme d'onde B est décalée encore plus vers la gauche, le produit

devient négatif. En conséquence, dans les circonstances con-

sidérées, le signal du produit h (tg @) est fonction du si-

gne du déplacement relatif entre les formes d'ondes A et B. Naturellement, le signe du produit a tendance

à se comporter anormalement dans la zone de fluctuations ra-

pides des formes d'ondes. Egalement, on doit déterminer le produit en fonction des échantillons disponibles des formes d'ondes. En conséquence, on peut représenter le produit par

la formule (a n- bn) (an+ - a n), o le premier terme est é-

videmment h tandis que le second terme diffère de tg e seule-

ment d'un facteur d'échelle fixe, qui est fonction de l'espa-

cement entre les éléments successifs de chacun des deux grou-

pes. En faisant la somme de ces produits pour les deux grou-

pes d'éléments, on peut compenser des fluctuations et des perturbations. En conséquence, le signe de (an bn) ( an+1 an) (Si) correspond au signe du déplacement relatif entre les deux

formes d'ondes et peut être utilisé pour corriger la posi-

tion de la lentille 10.

Dans un perfectionnement, on peut déterminer

les valeurs moyennes des différences de hauteurs et des pen-

tes en utilisant les éléments A et B dans les mêmes condi-

tions. On obtient alors l'expression légèrement plus compli-

quée: a n n +an+l bn +1) (an+l-an + bn+l -b) (S2)

qui donne des résultats un peu plus uniformes.

Le mode mis en évidence sur la figure 3 con-

vient admirablement bien pour l'application envisagée mais,

lorsqu'il est mis en pratique à l'aide d'un circuit élec-

tronique, ce mode présente l'inconvénient de nécessiter une

multiplication, ce qui constitue une opération un peu compli-

quée dans le domaine électronique.

En considérant maintenant la figure 4, on voit

que les deux formes d'ondes A et B sont semblables dans l'en-

semble à celles de la figure 3. Cependant sur la figure 4, on a mis en évidence les distances verticales p et q sépa-

rant des paires diagonalement opposées de points faisant par-

tie des mêmes groupes d'éléments de détection. Spécifiquement

ona p=a n bn+î et q =an+l - bn* On voit que p est infé-

rieur à q des deux côtés du diagramme, bien que les signes

de p et q changent. On voit également aisément que, si la for-

me d'onde B est décalée vers la gauche de façon à coïncider

avec la forme d'onde A, les valeurs de p et q deviennent éga-

les alors que, si elle est encore plus décalée vers la gau-

che, p devient supérieur à q, bien qu'évidemment les signes

varient encore dans différentes parties des courbes. En con-

séquence, lors d'une comparaison des valeurs absolues de p et q et lors d'une addition des valeurs pour le groupe d'éléments de détection, on obtient l'expression suivante 2 (la. - bn+l - lan+l - bnl) (S3) dont le signe correspond clairement au signe du déplacement entre les deux formes d'ondes A et B.

Du point de vue électronique, il est relative-

ment aisé de concevoir un circuit qui fournisse une grandeur

absolue; par exemple>on peut utiliser un redresseur consti-

tué par deux diodes, qui est alimenté par le signal et par

son inverse.

La figure 5 représente un circuit permettant l'application de la fonction S2 définie ci-dessus. Ce circuit

de commande 75 comprend une horloge, des compteurs, etc...

et il produit un flux d'impulsions de lecture qui sont trans-

mises par la ligne d'éléments 14, les signaux de sortie des-

dits éléments étant appliqués à un registre à décalage 65.

On obtient à la sortie du registre 65 des si-

gnaux provenant de deux paires adjacentes d'éléments, comme indiqué, pour des flux alternés d'impulsions de lecture,

lesdits signaux de sortie étant synchronisés à partir du re-

gistre par un flux d'impulsions, à une fréquence divisée

par deux, provenant du circuit de commande 75. Il est à no-

ter que les signaux sont analogiques et non numériques; en

conséquencejil n'est pas nécessaire d'utiliser des convertis-

seurs analogiques-numériques mais le registre à décalage 65

doit pouvoir opérer avec des signaux analogiques.

Les quatre signaux de sortie du registre 65 sont appliqués directement, et par l'intermédiaire de trois inverseurs 122, 134 et 148, à deux circuits de sommation 113 et 119 qui se composent chacun d'un réseau de sommation à

résistance et d'un amplificateur opérationnel. Ces deux cir-

cuits de sommation établissent les deux facteurs du produit intervenant dans l'expression S2. Les circuits 113 et 119

alimentent un circuit multiplicateur 164 qui établit le pro-

duit des deux facteurs précités. Un contacteur SW1 est ou-

vert par un flux d'impulsions correspondant au flux appliqué au registre 65, de sorte que le contacteur SW1 est validé à chaque fois qu'un produit complet sort du multiplicateur

164. Le contacteur SW1 transmet ces produits à un accumula-

teur formé par un condensateur Cl et un amplificateur opé-

rationnel Al. A la fin de la phase de lecture de la ligne

d'éléments 14, la somme S2 a été accumulée dans le conden-

sateur Cl et elle est transmise à un circuit de mémorisation

comportant un condensateur C2 et un amplificateur opération-

nel A2, par l'intermédiaire d'un contacteur SW3 qui a été

fermé. Ce circuit de mémorisation commande la direction d'en-

traînement du moteur M qui fait déplacer la lentille 10 (fi-

gure 1). Aussitôt que ce mouvement de transfert est terminé,

le contacteur SW2 est fermé pour assurer la décharge du con-

densateur Cl et pour ramener le circuit dans la condition

initiale, o il est prêt à effectuer une nouvelle évalua-

tion de la sommeS2.

La figure 6 montre comment ce circuit est mo-

difié pour traiter la somme S3. Les quatre signaux de sortie

du registre 65 sont appliqués à deux amplificateurs diffé-

rents 111 et 131, qui alimentent respectivement deux circuits d'établissement de valeurs absolues 124 et 144, reliés à leur tour à un circuit de sommation 155.Le reste du circuit est

conforme à ce qui a été indiqué sur la figure 5.

e

Claims

REVENDICATIONS

l.Circuit pour déterminer la direction de déplace-

ment entre deux formes d'ondes correspondantes produites par un moyen de détection (14) en une série de points d'échantillonnage,caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de sélection (65) de quatre signaux provenant du moyen de détection qui représentent les valeurs des deux formes d'ondes en deux points d'échantillonnage adjacents de la série,des moyens de combinaison (122,134,148,113,119,164 ou 111,131,124,144,155) conçus pour combiner ces signaux conformément à une fonction non-linéaire prédéterminée, indicative de la position relative des deux formes d'ondes,

et pour engendrer à leur sortie un signal dont le signe re-

présente la direction de déplacement de la première forme

d'onde par rapport à la seconde.
2.Circuit selon la revendication l,caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'accumulation (C1,A1)

reliés à la sortie des moyens de combinaisonqui sont con-

çus pour accumuler les signaux successivement engendrés par les moyens de combinaison respectivement à partir des - groupes de quatre signaux représentant les valeurs des deux

formes d'ondes pour toute la série de points d'échantillon-

nage,et pour engendrer un signal de somme qui détermine la

direction de-déplacement de la première forme d'onde par rap-

port à la seconde pour la série de points d'échantillonnage.
3.Circuit selon l'une quelconque des revendications

1 et 2,caractérisé en ce que ladite fonction non-linéaire selon laquelle lesdits moyens de combinaison combinent les quatre signaux est le produit de la différence entre les

deux formes d'ondes et de leur pente.
4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1

et 2,caractérisé en ce que ladite fonction non-linéaire selon laquelle lés moyens de combinaison combinent les quatre signaux est la différence entre les valeurs absolues des différences entre la valeur de chaque forme d'onde en l'un des points d'échantillonnage et la valeur de l'autre

forme d'onde en l'autre point d'échantillonage.
5.Circuit pour déterminer la direction de déplacement

-> 2465244

entre deux formes d 'ondes correspondantes selon l'une

quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce qu'il

est associé à la lentille (10) d'une caméra par l'intermé-

diaire dudit moyen de détection (14) pour constituer un dispositif d'autofocalisation dans lequel le degré de défocalisation correspond au décalage relatif des deux formes

d'ondes déterminé par le circuit.
6. Circuit selon la revendication 5,caractérisé en ce que,un moteur (M) étant couplé à la lentille (10),le circuit est relié au moteur par les moyens d'accumulation pour son activation par ledit signal de somme et le déplacement de la

lentille suivant le sens d'activation du moteur.