SE516565C2 - Metod och anordning för att producera information om en omgivning och användning av anordningen - Google Patents

Description

30 35 ~ ffsiepses 2 siska begränsningsytor.Volymen eller rummet kan inkludera ett eller flera solida föremål och/eller inrymma olika medier i gas- och/eller vätskeform. I omgivningen kan förekomma både statio- nära och rörliga föremål/företeelser. Den aktuella omgivningen kan vara belägen både utomhus och inomhus. Omgivningen kan dessutom vara ett generaliserat rum, exempelvis ett reciprokt rum.

Begreppet egenskaper inrymmer i princip alla särdrag hos en omgivning vilka kan registreras och/eller mätas. Detta innebär att alla kemiska och fysikaliska tillstånd och storheter inbegripes och vidare att alla utseende- och utsträckningsrelaterade särdrag hos omgivningen som kan dokumenteras är inkluderade. Några få exempel bland alla tänkbara egenskaper är: att ett föremål före- ligger i fast form, att en viss syrehalt föreligger i en position, att en gas har en viss temperatur, att ett föremål eller en del därav har en särskild utsträckning, form, textur eller färg osv, att någon vektoriell egenskap föreligger i en position, såsom magnetfält, akustiska fält, strömning etc.

Vidare påpekas att begreppet ”sensor” är att betrakta som ett samlingsnamn på olika instrument vilka kan tänkas användas för registrering och/eller mätning av en omgivnings egenskaper i en- lighet med ovannämnda definition. Härvid inbegripes sådana sensorer som är riktningsberoende såväl som icke riktningsbero- ende, och sådana som är punktformiga såväl som utformade som arrayer. Sensorn kan vara av en typ som registrerar/mäter en egenskap i en position antingen under det att sensorn är place- rad väsentligen i den aktuella positionen eller under det att sen- sorn är placerad på avstånd från densamma. Vidare kan sensorn t ex besitta förmågan att avge och/eller mottaga elektromagne- tisk strålning eller akustiska vågor. Några få exempel på senso- rer är: IR-kamera, kikare, filmkamera, videokamera, stillbildska- mera, GM-rör, UV-detektor, mikrovågsantenn, termometer, ane- mometer, mikrofon osv. Det bör även framhållas att sensorn i en och samma anordning kan inkludera fler än ett instrument och att instrumenten kan ha sinsemellan olika egenskaper. Härmed un- 10 15 20 25 30 35 fíffló. .565 s derstrykes att det i patentkraven använda begreppet ”en sensor" inte på något sätt inskränker möjligheten att faktiskt använda tvâ eller flera instrument, vilka mycket väl kan vara anordnade för att registrera eller mäta olika egenskaper hos en omgivning.

En speciell typ av sensorer utgörs av optiska instrument för bild- upptagning. Såsom kommer att framgå av det följande används i många viktiga tillämpningar av uppfinningen en kamera som sen- sor. Kamerabegreppet innefattar filmkameror, videokameror, stillbildskameror, stereokameror, IR-kameror etc. Det innebär att fotografering och filminspelning är klassade som registrering av egenskaper hos en omgivning, och närmare bestämt används dessa metoder i första hand för att registrera en omgivnings ut- seende- och/eller utsträckningsrelaterade egenskaper.

Det ska också betonas att begreppet ”modell” avses innefatta alltifrån mycket enkla modeller av omgivningar, såsom enstaka samordnade data, diagram, ritningar, kartor etc., till mer avance- rade två-, tre- eller högredimensionella modeller vilka kan för- flyttas, roteras, förändras eller på annat sätt behandlas t ex i en datorgrafisk miljö för bildbehandling och/eller utvärdering, och också de mest avancerade modellerna vad avser interaktiv an- vändning, de s k virtual reality (VR)-modellerna, i vilka en använ- dare virtuellt kan taga del av en omgivnings egenskaper. En sär- skild typ av modeller är olika slags dataspel, speciellt interaktiva sådana. Vidare kan modellerna inkludera fotografiska stillbilder och rörliga bilder i form av filmade sekvenser. I en tredimensio- nell modell kan vektoriella storheter, såsom t ex gasflöde, illu- streras medelst pilar på sådant sätt att en pils riktning och längd anger riktning respektive mätetal för den aktuella storheten. Vi- dare kan andra, oftast ej riktningsberoende storheter, såsom temperaturer, strålningsintensiteter etc, återges i form av olikfär- gade transparenta ytor representerande ytor i en volym utmed vilka ytor den aktuella storheten har ett konstant värde. Dess- utom inkluderas även holografiska återgivningar och modeller av abstrakt och beräkningsmässig typ, såsom de som avbildar en omgivning medelst t ex reciproka rum. 10 15 20 25 30 35 »sie s6s 4 Vidare har begreppen ”position” och ”orientering” följande bety- delser. Ett tredimensionellt föremål kan ha upptill sex rumsliga frihetsgrader, tre translationer och tre vridningar. Föremålets "position" definieras av de tre storheter som anger translationer i förhållande till ett aktuellt koordinatsystems origo. Dessa beteck- nas i denna ansökan med x, y och z. Föremålets "orientering” definieras av de tre storheter som anger föremålets vridnings- vinklar i koordinatsystemet. Dessa betecknas i denna ansökan med a, ß och y. I praktiken har ett föremål eller annat objekt ofta ett antal frihetsgrader som är mindre än sex. Exempelvis har en markör på en datorpresentation vanligen två frihetsgrader. Dess orientering är konstant (eller irrelevant), och dess läge karakteri- seras av två variabler. På samma sätt kan ett tredimensionellt fö- remål ha sådana begränsningar att det har färre än sex frihets- grader. Exempelvis har en på en bordsskiva flyttbar klots tre fri- hetsgrader - två variabler anger dess läge på bordsskivan och en variabel dess orientering, d v s dess vridningsvinkel runt en mot skivan vinkelrät axel.

Vidare ska påpekas att fastän det i nedanstående text i första hand är beskrivet tillämpningsexempel i vilka den relativa för- flyttningen mellan anordningen, eller åtminstone delar därav, och omgivningen, genomförs genom förflyttning av själva anord- ningen, så är det möjligt att i vissa fall använda en fixerad an- ordning och istället åstadkomma den relativa förflyttningen ge- nom förflyttning av omgivningen, i de fall omgivningen exempel- vis utgörs av ett icke fast installerat föremål.

Det pågår idag inom många skilda tillämpningsområden omfat- tande arbete för att åstadkomma modeller av olika slag, företrä- desvis tredimensionella modeller avsedda att användas i en da- torgrafisk miljö. Modellerna avses gestalta en omgivning och uppvisa åtminstone vissa av de egenskaper som omgivningen besitter, d v s modellerna kan t ex syfta till att efterlikna omgiv- ningen i så stor utsträckning som möjligt såatt information om omgivningens egenskaper kan erhållas via modellen. 10 15 20 25 30 35 , í~5"li6 565 5 Såsom nämnes ovan, är en typ av modeller som försöker återge en omgivnings egenskaper, och särskilt omgivningens utseende, de som benämnes virtual reality (VR)-mode|ler. Dessa har egen- skaperna att en användare kan ”förflytta sig” virtuellt i modellen tex genom användning av s k 3D-glasögon och erforderlig kom- munikation med en dator. Således kan t ex en användare virtuellt besöka den aktuella omgivningen och via modellen ta del av den reella omgivningens egenskaper. l en avancerad VR-modell finns förutom möjligheterna att studera omgivningens egenskaper från olika positioner och riktningar möjligheten att utföra aktiva hand- lingar, såsom att ändra modellens egenskaper och därigenom er- hàlla information om vilka konsekvenser en motsvarande ändring i den verkliga omgivningen skulle medföra.

TIDIGARE KÄND TEKNIK För att vid modellframställning erhålla erforderlig information om en omgivnings egenskaper används för närvarande inrättningar oftast innefattande två eller flera kameror, t ex videokameror eller liknande, för bildupptagning av omgivningen.

Ett exempel på teknikens ståndpunkt är användning av s k ste- reokameror. Företrädesvis används två mekaniskt fast förbundna kameror vilka har noggrant uppmätta, eller genom exponeringar av gemensamma objekt framräknade, inbördes positioner och orienteringar. Med en sådan inrättning kan erhållas ett bildun- derlag bestående av mängder med oftast parvisa tvådimensio- nella bilder av omgivningen. Detta bildunderlag kräver emellertid en avsevärd bearbetning, inkluderande användning av avance- rade statistiska algoritmer som kräver mycket stor beräknings- kraft, för att kunna omvandlas till en tredimensionell modell av omgivningen. Det faktum att det vanligen erfordras flera kameror, särskild mekanik och mycket beräkningsarbete gör metoden dyr och tidsödande, vilket i praktiken innebär att man tvingas göra avkall på modellkvaliteten. 10 15 20 25 30 35 ..s f:ss1re *.s.ss 6 En annan metod för att åstadkomma en tredimensionell modell är s k 3D-scanning. I detta fall placeras objektet som utgör underlag för modellen på ett roterande bord. Bordet är vidare lämpligen höj- och sänkbart i förhållande till en på avstånd från objektet placerad scanner. Genom att medelst scannern utföra upprepade mätningar av avståndet mellan scannern och föremålet under samtidig rotation av bordet och eventuell förflyttning av bordet i höjdled erhålles avståndsinformation som funktion av dels rote- rad vinkel hos bordet, dels aktuell höjdnivà hos objektet. Denna avståndsinformation kan sedan användas för att skapa en modell av objektet. Denna metod har emellertid stora begränsningar då den endast lämpar sig för modellframställning av relativt små fö- remål med enkla former. En annan svaghet är att objektet och scannern inte kan röra sig fritt i förhållande till varandra under mätningsproceduren. Det vore önskvärt att utföra mätningarna från godtyckliga positioner och i godtyckliga riktningar för att på effektivaste sätt erhålla detaljinformation om objektets egenska- per.

Ytterligare en teknik att åstadkomma en beskrivning av en miljö för t ex VR-tillämpningar är panoramatekniken. Den bygger på att man från ett antal olika positioner fotograferar hela horisonten eller en stor del därav och i en datormodell sammanfogar dessa bilder. Vid användning av modellen kan betraktaren virtuellt för- flytta sig mellan olika positioner vilkas antal är beroende av de antal bildupptagningspositioner som låg till grund för modellen.

Tekniken är kommersiellt tillgänglig och beskrivs bland annat i patent US 5 841 440 av Apple Computer Inc och i patent US 5 684 943 av VPL Research lnc.

UPPFINNINGENS SYFTEN OCH SAMMANFATTNING AV UPP- FINNINGEN Ett första syfte med föreliggande anordning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definieratslag, vilken anordning har förmågan att producera information som definierar/repre- senterar en omgivnings egenskaper, för vilken omgivning 10 15 20 25 30 35 56-5 7 och/eller för åtminstone någon egenskap hos omgivningen redan kända anordningar inte förmår att producera representativ infor- mation eller endast producera den i ringa utsträckning.

Ett andra syfte med föreliggande anordning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definierat slag, vilken anordning har förmågan att med en högre noggrannhet än vad som är möj- ligt med användning av redan kända anordningar producera in- formation som definierar/representerar en omgivnings egenska- per.

Ett tredje syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definierat slag, vilken anordning har förmågan att producera information som definierar/repre- senterar en omgivnings egenskaper och att producera nämnda information med hjälp av avsevärt färre registreringar eller mät- ningar i jämförelse med användning av redan kända anordningar.

Ett fjärde syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definierat slag, vilken anordning har förmågan att producera information som definierar/repre- senterar en omgivnings egenskaper och att producera nämnda information med hjälp av färre och/eller enklare registrerings- och/eller mätinstrument i jämförelse med användning av redan kända anordningar.

Ett femte syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definierat slag, vilken anordning har förmågan att producera information som definierar/repre- senterar en omgivnings egenskaper och att producera nämnda information under en avsevärt kortare tidsperiod än den tidsper- iod som krävs vid användning av redan kända anordningar.

Ett sjätte syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definierat slag, vilken anordning inte kräver omfattande och/eller upprepad dockning, upplinjering, synkronisering och/eller nollinställning. 10 15 20 25 30 35 5,516 ses ïï' 8 Ovannämnda syften uppnås enligt uppfinningen genom att an- ordningen inkluderar en med sensorn så mekaniskt förbunden gi- vare att sensorns och givarens inbördes positioner och oriente- ringar är fixerbara, och att givaren är anordnad att fastställa sin orientering och position med avseende på fyra frihetsgrader i förhållande till omgivningen, genom att mottaga infallande sig- naler från signalkällor i omgivningen och därigenom för åtmin- stone någon nämnd registrering eller mätning utförd med sensorn producera tillhörande information om sensorns orientering och position, med avseende på minst fyra frihetsgrader hos sensorn, i förhållande till omgivningen, och att anordningen är utformad att avge registrerings- eller mätningsinformatlonen och orienterings- och positionsinformationen, vilka informationer definierar åtmin- stone någon egenskap hos omgivningen. Härvid möjliggörs att anordningen kan användas för att inhämta information om omgiv- ningens egenskaper och information som är relaterad till hur sensorn är orienterad och positionerad i förhållande-till omgiv- ningen vid upptagningen av egenskapsinformationen.

Vid behandling av tredimensionella problem/företeelser, t ex vid framställning av tredimensionella modeller, är det idealt om samtliga sex frihetsgrader hos sensorn är kända, men tillräckligt bra resultat kan ofta uppnås med kännedom om fem eller fyra fri- hetsgrader genom approximation och/eller att en gynnsam sym- metri föreligger. Exempelvis krävs endast bestämning av fem fri- hetsgrader i det fall då sensorn har en rotationssymmetri kring sin upptagningsriktning, vilket är fallet för t ex enpunktsbolomet- rar och skärmade GM-rör. Till följd av att givarens och därmed sensorns orientering och position kan fastställas med avseende på fyra frihetsgrader, erhålles också alltid information om minst en parameter från de båda uppsättningarna parametrar bestå- ende av tre translationer respektive tre vridningar. Detta är ofta en förutsättning för att tillräcklig information ska kunna erhållas.

Vanligen är det emellertid inte tillräckligt att endast en positions- och en orienteringsparameter är kända. l de tillämpningar där färre än fyra frihetsgrader behöver fastställas beror detta vanli- 10 15 20 25 30 35 51 .; 56 5 ' ' 9 gen på antingen förekomsten av omfattande symmetri eller att vissa frihetsgrader är mekaniskt givna. Om sådana förutsätt- ningar inte föreligger är kännedom om färre än fyra frihetsgrader normalt inte tillräckligt för de aktuella tillämpningarna, eftersom i sådant fall endast mycket triviala fall kan behandlas.

Dessutom kan sensorn till följd av givarens egenskaper utformas att vara fritt flyttbar och mekaniskt ostyrd i förhållande till omgiv- ningen då ju sensorns position och orientering kan fastställas med givaren, vilket i sin tur resulterar i en mycket hög prestanda, eftersom anordningen på detta sätt kan nyttjas vid godtyckliga positioner och riktningar. Egenskapen att givaren fastställer sin position och orientering genom att mottaga signaler från signal- källor i omgivningen medför att anordningen kan utformas att vara absolutmätande, d v s inte bara givarens relativa förändring i position/orientering utan även dess faktiska position/orientering i förhållande till signalkällorna och därmed till omgivningen, kan fastställas och därigenom elimineras de docknings-, upplinje- rings-, synkroniserings- och/eller nollinställningsförfaranden som är nödvändiga hos andra förekommande givartyper, såsom ac- celerometrar och gyron.

Exempelvis kan anordningen inhämta information om en och samma punkt i omgivningen genom flera olika registreringar eller mätningar utförda från olika positioner, men med sensorn riktad mot den aktuella punkten vid de olika registreringarna/mät- ningarna. Om sensorn utgörs av en bildgenererande kamera, kan exempelvis texturer hos omgivningen registreras/mätas, vilka texturer uppvisar olika egenskaper i en och samma punkt bero- ende på från vilken riktning punkten betraktas, och data produce- ras för efterföljande modellering i en VR-modell. Exempel på så- dana texturer är sammet och hologram. Vidare möjliggör anord- ningen att producera data representerande bilder på ett sådant sätt att en uppdelning av bildernas egenskaper i utseenderelate- rade egenskaper, såsom textur etc, och i utsträckningsrelaterade egenskaper, såsom form, längd etc, erhålles och därmed kan 10 15 20 25 30 35 10 dessa egenskaper behandlas separat vid t ex en efterföljande modellering av omgivningen.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla ett förfarande av inledningsvis definierat slag, vilket förfa- rande medför ett väsentligt effektivare tillvägagångssätt för att producera information som definierar/representerar en omgiv- nings egenskaper. Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att förfarandet inkluderar att för åtminstone någon nämnd regi- strering eller mätning producera tillhörande information om sen- sorns orientering och position, med avseende på minst fyra fri- hetsgrader hos sensorn, och att på basis av registrerings- eller mätningsinformationen och orienterings- och positionsinformatio- nen producera data som representerar åtminstone någon egen- skap hos omgivningen.

Enligt en föredragen utföringsform av den uppfinningsenliga an- ordningen är givaren anordnad att vid inbördes förflyttning av gi- varen och omgivningen upprepat fastställa sin orientering och position i förhållande till omgivningen. Härigenom uppnås att re- gistrering eller mätning av egenskaper hos omgivningen kan utfö- ras med sensorn placerad i olika positioner och/eller orienter- ingar relativt omgivningen under det att givaren kan producera tillhörande information om sensorns orientering och position i förhållande till omgivningen. Detta medför att genom förflyttning av sensorn relativt en omgivning kan omgivningens egenskaper kartläggas. Exempelvis kan ett rums egenskaper kartläggas och data möjliggörande framställning av en två- eller tredimensionell karta eller modell över rummets egenskaper kan produceras.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är gi- varen anordnad att vid inbördes förflyttning av givaren och om- givningen vara fritt flyttbar och mekaniskt ostyrd av omgivningen i ett godtyckligt koordinatsystem. Genom att det bortsett från eventuellt förekommande sladdar för t ex signal- och/eller kraft- överföring inte föreligger någon mekanisk förbindning med om- givningen som tvingar givaren och därmed sensorn att följa nå- 10 15 20 25 30 35 ¿¿¿5,1 6, 565. s"s=.Is."I=°ïï'ï'-ï 11 gon axel eller något plan i ett bestämt koordinatsystem, erhålles en mycket stor rörelsefrihet och enkelhet vid användning av an- ordningen. Vid skapande av en modell, kan det i det generella fallet krävas en mängd upptagningar för att en tillräcklig mängd information ska kunna erhållas. Antag t ex att man önskar skapa en modell av ett kontorsrum. Den uppfinningsenliga anordningen möjliggör härvid att genomföra upptagning av egenskapsinforma- tion för normalt ”skymda” positioner, samtidigt som orienterings- och positionsinformation om sensorn kan erhållas, så att en mo- dell som fungerar för de från vissa betraktelseriktningar dolda egenskaperna kan framställas. De skymda positionerna kan vara under ett skrivbord, bakom stolar, i en papperskorg etc.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen in- kluderar anordningen medel anordnade för att upprätta förbindel- ser för informationsöverföring mellan sensorn och en informa- tionsbehandlingsenhet och mellan givaren och informationsbe- handlingsenheten, varvid informationsbehandlingsenheten är an- ordnad att kombinera registrerings- eller mätningsinformationen och orienterings- och positionsinformationen för att producera data som representerar omgivningens egenskap/egenskaper. ln- formationsbehandlingsenheten, vilken kan uppvisa datalagrings- kapacitet sàväl som beräkningskapacitet, medför att information från sensorn och information från givaren kan lagras, kombine- ras, synkroniseras, sorteras och användas vid beräkning för att allt efter aktuellt behov frambringa de önskade data som definie- rar/representerar omgivningens egenskaper.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är anordningen utformad att producera information avsedd för en datorgrafisk modell. En sådan anordning kan med fördel användas t ex för att _ samla in data om omgivningen medelst vilken data en virtual rea- lity (VR)-modell av omgivningen kan skapas i en datorgrafikmiljö.

Exempelvis finns möjligheten att skapa en VR-modell av ett rum i vilken rumsmodell en användare genom användning av t ex 3D- glasögon och erforderlig kommunikation med en dator kan "förflytta sig” och från olika positioner och vinklar studera eller 10 15 20 25 30 35 .yst e uses 12 utnyttja egenskaper som överensstämmer med det verkliga rum- mets egenskaper.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är anordningen utformad att producera information för styrning av ett objekt.

Härvid är det möjligt att på basis av de medelst anordningen fastställda egenskaperna hos omgivningen styra ett objekt. Detta objekt kan exempelvis vara någon form av visare àskådliggjord i datormiljö, varvid visarens utslag är relaterat till egenskaperna hos omgivningen till sensorn, eller en robot eller liknande.

Enligt ytterligare en annan utföringsform av uppfinningen inklude- rar anordningen det styrda objektet och i vissa fall utgör sensorn själva objektet. Kombinationen av dessa särdrag hos anord- ningen leder till en återkopplingsmöjlighet som innebär att erfor- derlig styrning av sensorn, d v s påverkan av sensorn registre- rings- eller mätningsfrekvens, förflyttning relativt omgivning etc., kan baseras på tidigare registreringar eller mätningar av omgiv- ningens egenskaper.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är sensorn ett optiskt instrument utformat för bildupptagning. Me- delst en sådan anordning kan mycket noggranna data om en om- givnings utseendemässiga och utsträckningsrelaterade egenska- per erhållas. Datan kan utnyttjas till många olika tillämpningar i vilka de önskas vetskap om från vilken position och i vilken rikt- ning, i förhållande till omgivningen, en given bildupptagning har utförts. Särskilt är en sådan anordning användbar vid filminspel- ning och vid en kompletterande animering av inspelad film.

Enligt ytterligare en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen är sensorn ett instrument utformat för registrering av ett eller flera i omgivningen förekommande fysikaliska och/eller ke- miska tillstånd. En så beskaffad anordning skulle t ex kunna le- verera information om huruvida det i omgivningen föreligger fasta objekt, exempelvis ackumulerade beläggningar och dylikt, vilkas position och utbredning är förut okända. 10 15 20 25 30 35 I i 565 13 En|igt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är sensorn ett instrument utformat för mätning av en eller flera i omgivningen förekommande fysikaliska och/eller kemiska stor- heter. Härvid år det möjligt att genom upprepade mätningar med anordningen producera data möjliggörande framställning av en två- eller tredimensionell karta eller modell som visar fördel- ningen av ett särskilt ämne eller en särskild kemisk förening i en omgivning, t ex hur halten koldioxid är fördelad i en omgivning till ett trafikavsnitt. Detta kan också kombineras med informations- upptagning av en fysikalisk storhet, t ex aktuella temperaturer i olika positioner i omgivningen, och därmed kan modeller som vi- sar relationer mellan flera olika egenskaper hos omgivningen skapas.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos den upp- finningsenliga anordningen och hos det uppfinningsenliga förfa- randet framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvståndiga patentkrav.

Uppfinningen avser även olika användningar av den uppfinnings- enliga anordningen. Funktionerna och fördelarna hos använd- ningarna framgår av den efterföljande beskrivningen samt pa- tentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Under hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av såsom exempel anförda utföranden av uppfin- ningen.

På ritningarna är en perspektivvy av en omgivning i form av ett rum och den uppfinningsenliga anordningen samt till an- ordningen ansluten informationsbehandlingsutrust- ning, Fig 1 10 15 20 25 30 35 Fig 3 och 4 Fig s Fig 6 Fig 7 Fig 8 Fig 9 gesl1s~ ses 14 en schematisk perspektivvy av en uppfinningsenlig detektor och på detektorn infallande signaler härrö- rande från signalkällor i omgivningen, perspektivvyer visande en omgivning pà vilken en variant av det uppfinningsenliga förfarandet tilläm- pas, en schematisk perspektivvy visande ett exempel pà en modell som skulle kunna skapas genom tillämp- ningen av förfarandet enligt fig 3 och 4, en perspektivvy av en omgivning, varvid en variant av den uppfinningsenliga anordningen används för styrning av ett objekt, en perspektivvy av en omgivning i vilken en robot bestyckad med en variant av den uppfinningsenliga anordningen styrs på basis av framtagen egen- skapsinformation om omgivningen, en perspektivvy illustrerande mätningar åstadkomna genom användning av en uppfinningsenlig anord- ning", och ett utförande av den uppfinningsenliga anordningen inkluderande två aggregat vardera försedda med en sensor och en givare.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras en omgivning 1 som utgörs av ett rum, några av rummets begränsningsytor och två i rummet befintliga föremål 2, 3. Rummet är av tydlighetsskäl schematiskt àtergivet, men kan i praktiken vara ett godtyckligt rum uppvisande en mängd olika 10 15 20 25 30 35 f . sie ses 15 egenskaper. Omgivningen 1 skulle kunna vara en lägenhet över vilken en modell önskas upprättas t ex i syfte att en mäklare via datorkommunikation skulle kunna förevisa lägenheten för en kund genom att kunden får tillfälle att ta del av lägenheten i en VR-modell. Exempel på andra platser vilka skulle kunna vara in- tressanta att göra modeller av är brottsplatser, trafikavsnitt etc.

Den uppfinningsenliga anordningen 4 för att producera informa- tion om egenskaperna hos omgivningen 1 innefattar en i förhål- lande till omgivningen flyttbar sensor 5 för upptagning av infor- mation från omgivningen 1 genom registrering eller mätning av en eller flera egenskaper som omgivningen 1 uppvisar i en eller flera positioner och/eller riktningar. Vanligtvis är omgivningens egenskaper beroende på vilken position hos omgivningen som studeras. I vissa fall kan emellertid en och samma position upp- visa olika egenskaper beroende på i vilken betraktningsriktning positionen studeras. Detta gäller t ex för hologram och vissa yt- strukturer, såsom hos en sammetsyta. Sensorn 5 är i detta fall en kamera för bildupptagning. Vidare inkluderar anordningen 4 en med kameran 5 så mekaniskt förbunden givare 6 att kamerans 5 och givarens 6 inbördes positioner och orienteringar är fixerbara.

För detta ändamål kan givaren 6 och sensorn 5 vara fast sam- manbyggda med varandra eller vara sammankopplade så att de vid behov kan separeras och/eller inställas i förhållande till var- andra. För att erhålla en eller flera inbördes fixerade inställningar mellan givaren 6 och sensorn 5 kan konventionella mekaniska komponenter tillämpas, såsom styrpinnar, låsmekanismer etc.

Huvudsaken är att givarens 6 och sensorns 5 inbördes positioner och orienteringar kan fixeras med avseende på samtliga sex fri- hetsgrader. Det är emellertid inte nödvändigt att samtliga inbör- des orienteringar och positioner är kända på förhand, eftersom åtminstone vissa av dessa kan beräknas med hjälp av den vid användningen av anordningen 4 framkomna informationen. Be- räkningsarbetet förenklas dock om sensorns 5 och givarens 6 fixerade, inbördes positioner och orienteringar är på förhand kända. I fallet med ett antal valbara inställningsmöjligheter kan 10 15 20 25 30 35 r fs1e ses 16 dessutom en enklare indikator av något slag användas för att ange den aktuella inställningen mellan givaren 6 och sensorn 5.

Givaren 6 är anordnad att mottaga infallande signaler från signal- källor 7 i omgivningen 1, vilka signaler fortplantar sig rätlinjigt mellan signalkällorna 7 och givaren 6, för att åstadkomma orien- terings- och positionsinformationen. Det krävs för att fastställa fyra rumsliga frihetsgrader hos givaren 6 åtminstone två skilda signalkällor 7, i de flesta fallen åtminstone tre signalkällor 7. Ut- nyttjande av enbart två signalkällor kräver enkla fall, exempelvis genom att en gynnsam symmetri föreligger, eller att viss posi- tions- och orienteringsinformation kan erhållas på annat sätt. I det fall samtliga sex frihetsgrader önskas fastställas krävs minst tre, oftast fyra signalkällor 7. l de flesta fall är det en fördel att utnyttja ett större antal signalkällor 7. Dessa signalkällor 7 kan vara inkluderade i anordningen 4, d v s för ändamålet särskilt ut- placerade i den omgivning 1 från vilken information ska inhäm- tas, men de kan också utgöras av i omgivningen naturligt före- kommande föremål.

En typ av givare som kan användas som komponent i den upp- finningsenliga anordningen har utvecklats och marknadsförs av Meeq AB, Flottiljgatan 61, S-721 31 Västerås, Sverige.

Med uttrycket att sensorns 5 position och orientering är fastställd avses i denna ansökan om annat ej anges att åtminstone fyra pa- rametrar av de tre positionsparametrarna x, y, z och de tre ori- enteringsparametrarna a, ß, y är kända i ett koordinatsystem vars förhållande till omgivningen är känt.

Anordningen 4 enligt uppfinningen inkluderar såsom nämnt en gi- vare 6 med förmågan att fastställa minst fyra frihetsgrader och upp till samtliga sex frihetsgrader hos sensorn 5, men en sådan anordning kan med fördel användas även i fall då vetskap om ett färre antal frihetsgrader hos sensorn erfordras. Givarens 6 och signalkällornas 7 funktion kommer att beskrivas utförligare nedan. 10 15 20 25 30 35 17 Med hjälp av givaren 6 kan således sensorns 5 position och ori- entering i förhållande till omgivningen 1 fastställas. Detta innebär att för en eller flera registreringar eller mätningar, kan sensorns 5 orientering och position vid respektive registrerings- eller mät- ningstillfälle fastställas. l det i fig 1 illustrerade utförandeexemp- let kan anordningen 4 med hjälp av givaren 6 således producera orientering- och positionsinformation för kameran 5, vilken infor- mation är relaterad till en eller flera bildupptagningar.

Vidare är anordningen 4 försedd med medel 8 för att avge regi- strerings- eller mätningsinformationen, här bildinformationen, och orienterings- och positionsinformationen, i form av signaler, till en informationsbehandlingsenhet 9 och/eller till någon annan extern informationsbehandlings- och/eller återgivningsenhet.

Dessa signalavgivningsmedel 8, t ex kontaktorgan eller sändare för trådlös överföring, ombesörjer tillsammans med elektriska förbindelser 10, 11, eller mottagare för trådlös signalmottagning, överföring av registrerings- eller mätningsinformationen och ori- entering- och positionsinformationen, vilka informationer definie- rar/representerar omgivningens 1 egenskaper, till informations- behandlingsenheten 9. l många fall är anordningen 4 utformad så att signalöverföring även kan ske i omvänd riktning, d v s från informationsbehandlingsenheten 9 till sensorn 5 och/eller givaren 6, varvid informationsbehandlingsenheten 9 uppvisar signalav- givningsmedel och sensorn 5 och/eller givaren 6 uppvisar mot- svarande signalmottagningsmedel. l fig 1 är också ledningar 51 för kraftförsörjning av sensorn 5 och givaren 6 schematiskt illu- strerade.

Med hjälp av informationsbehandlingsenheten 9, inkluderande lämplig datormjukvara, vilken enhet kan uppvisa datalagringska- pacitet och beräkningsförmåga, kan bildsignaler från kameran 5 och orientering- och positionssignaler från givaren 6 lagras, samordnas, sorteras, användas som beräkningsunderlag etc. för att i önskad form frambringa data som representerar omgivning- ens 1 egenskaper. För ett fullödigt resultat krävs det att givaren 10 15 20 25 30 35 ivs1s-ses 18 6 förmår frambringa orienterings- och positionsinformationen av- seende kameran 5 med en större noggrannhet än den minsta upplösningen i bildinformationen.

Den behandlade informationen i form av bearbetade data kan sedan överföras från informationsbehandlingsenheten 9 till ett lämpligt presentationsmedel 12, exempelvis en konventionell bildskärm, en mer avancerad datorgrafikmiljö eller en holografisk displayenhet. l detta sammanhang bör nämnas att anordningen 4 kan vara utformad att producera data, eller information på annan form, för framställning såväl som komplettering av en modell 13 av omgivningen och i det senare fallet utformad att samverka med en redan befintlig modell. Tidigare känd information om en omgivning, såsom ett rums uppbyggnad i stora drag, vissa före- måls placeringar i rummet etc., vilken information kan inhämtas från t ex ritningar, kan utnyttjas och samköras så att upptag- ningen av omgivningens egenskapsinformation medelst den upp- finningsenliga anordningen kan koncentreras på icke tidigare kända egenskaper hos omgivningen. Exempelvis skulle anord- ningen kunna användas för att till en befintlig modell av en bygg- nad addera ytterligare egenskapsinformation i form av textur, mönster, färger och liknande egenskaper hos byggnadens väg- gar. Modellen tillförs därvid den aktuella egenskapsinformationen i en form motsvarande det skick som byggnaden faktiskt uppvi- sar, d v s det är inte fråga om en schablonmässig påläggning av någon egenskap, såsom ett tapetmönster i allmänhet eller dylikt, utan de föreliggande egenskaperna fastställes, överföres och placeras på motsvarande positioner i modellen. Detta får till följd att även missanpassningar av t ex ett mönster, såsom tapetskar- var eller liknande, kommer att beskrivas korrekt. l fig 1 är sche- matiskt illustrerat hur lnformationsbehandlingsenheten 9 samver- kar med en datorenhet 14, vilken t ex skulle kunna arbeta med ett CAD-program.

I samband med modellframställning kan anordningen vara be- skaffad att förutom registrerings- eller mätningsinformationen och orienterings- och positionsinformationen producera sidoinforma- 10 15 20 25 30 35 -ritri=i.s @*i 6 565 i 19 tion för att komplettera den erhållna informationen om omgiv- ningens egenskaper med nämnda sidoinformation avseende var och när den aktuella informationsupptagningen genomfördes, under vilka yttre förhållanden, såsom ljus och temperatur, och/eller inställningar hos anordningen upptagningen genomför- des etc. Det kan vara av stor vikt att på ett säkert sätt kunna do- kumentera att erhållen information avser en specifik plats vid en specifik tidpunkt och under vissa givna förutsättningar för att om möjlighet undvika att äktheten hos en medelst egenskapsinfor- mationen skapad modell ifrågasättes. Exempelvis kan detta vara särskilt viktigt vid dokumentation av brottsplatser, trafikolyckor och liknande, där modellen kan komma att användas som utred- ningsunderlag och/eller som bevis i en rättegång.

Vid användning av den uppfinningsenliga anordningen 4 förfares lämpligen så att först inhämtar givaren 6 signaler från minst tre, helst fyra och vanligen fem signalkällor, vilka definierar omgiv- ningens koordinatsystem, genom att kameran 5 och givaren 6, vilka ju är mekaniskt förbundna, flyttas runt omkring i rummet 1, till dess att anordningen erhållit tillräcklig information om signal- källornas 7 placeringar, d v s om omgivningens 1 koordinatsy- stem, vilket kan genomföras för hand av en person eller medelst en åkanordning, en fritt rörlig robot eller dylikt. l utförandeex- emplet är anordningen 4, närmare bestämt aggregatet inklude- rande givaren 6 och sensorn 5 avsett att bäras för hand och uppvisar således ett därtill erforderligt handtag 15. Om det dess- utom är ett krav att under efterföljande registreringar/mätningar veta den absoluta längdskalan vid orienterings- och positionsbe- stämningarna, utföres inmätningen av signalkällorna 7 under samtidigt utnyttjande av en màttnormal, exempelvis genom att ett föremål med väl kända dimensioner utplaceras som referensmått i omgivningen vid inmätningsförfarandet.

Vid det uppfinningsenliga förfarandet är givaren 6 lämpligen an- ordnad att vid inbördes förflyttning av givaren 6 och omgivningen 1 upprepat fastställa sin orientering och position i förhållande till omgivningen 1, varvid förfarandet inkluderar att vid inbördes för- 10 15 20 25 30 35 »taste ses 20 flyttning av sensorn/kameran 5 och omgivningen 1 upprepat fast- ställa kamerans 5 orientering och position, med avseende på minst fyra rumsliga frihetsgrader hos kameran 5, och att på basis av bildinformationen och orientering- och positionsinformationen producera data/information som representerar omgivningens 1 egenskap/egenskaper. l syfte att förenkla samordningen av regi- strerings- eller mätningsinformationen och orienterings- och posi- tionsinformationen är anordningen lämpligen så beskaffad att sensorn 5 styr när givaren 6 ska utföra respektive orienterings- och positionsbestämning. Vid användning av en kamera 5 som sensor kan anordnas att kamerans 5 bildsynkronisering utlöser givarens 6 orienterings- och positionsinmätning.

I ett fördelaktigt utförande är givaren 6 och därmed sensorn 5 anordnad att vid inbördes förflyttning av givaren 6 och omgiv- ningen 1 vara fritt flyttbar och mekaniskt ostyrd av omgivningen i ett godtyckligt koordinatsystem. l detta fall kan således sensorn 5 förflyttas fritt och mekaniskt ostyrt i förhållande till omgivningen 1 i ett godtyckligt koordinatsystem. Härav följer stora fördelar genom att kameran 5 kan placeras i godtyckliga positioner och orienteringar i förhållande till omgivningen 1 och därmed kan bildupptagningen koncentreras till särskilt intressanta eller bild- krävande delar hos omgivningen 1. Den till omgivningen 1 meka- niskt obundna och av omgivningen mekaniskt ostyrda utform- ningen av den uppfinningsenliga anordningen 4 medför att upp- tagningen av egenskapsinformationen kan genomföras på ett sätt som radiakalt skiljer sig från tidigare känd teknik av typen scan- ning. Med den uppfinningsenliga anordningen låter sig nämligen registrering och mätning utföras i godtyckliga positioner och rikt- ningar. Därigenom kan exempelvis information inhämtas om en och samma punkt i omgivningen genom upprepade riktningsbe- roende mätningar och/eller registreringar utförda från olika posi- tioner men med sensorn riktad mot den aktuella punkten vid de olika registreringarna/mätningarna. Det är också möjligt att vid olika tillfällen upprepat utföra registreringar/mätningar för en och samma omgivning med avseende på samma positioner och/eller riktningar hos sensorn, men med olika förhållanden hos omgiv- 10 15 20 25 30 35 5.s'l:..e6i 5 6 5 21 ningen. Härvid kan erhållas information om t ex hur en omgiv- nings utseendemässiga egenskaper varierar med olika ljusför- håflanden.

Givaren kan vara en tvådimensionell givare av det slag som be- skrivs i det svenska patentet nr 444 530. Givaren 6 kan således vara ett optiskt instrument som arbetar med "optiska signaler", vilka i denna ansökan avser signaler som utgörs av, eller använ- der sig av, optisk strålning såväl innanför som utanför det synliga våglångdsbandet. Ett flertal signalkällor 7 t ex i form av lysdioder kan vara anordnade på avstånd från givaren 6 och från varandra samt så att vid normal användning av givaren 6 alltid minst tre, helst fyra av signalkällorna 7 samtidigt befinner sig inom giva- rens synfält. Signalkällornas 7 positioner relativt varandra är kända, t ex genom inmätning av källornas lägen i ett för dem gemensamt koordinatsystem, vilken inmätning kan genomföras medelst givaren 6. Vad beträffar inmätning i övrigt hänvisas till det svenska patentet nr 506 517.

Givaren 6 står i förbindelse med en beräkningsenhet, vilken lämpligen är inkluderad i informationsbehandlingsenheten 9, via en kommunikationskanal. Det är emellertid också möjligt att pla- cera beräkningsenheten, eller hela informationsbehandlingsen- heten, i direkt anslutning till aggregatet bestående av givaren 6 och sensorn 5. Kommunikationskanalen kan utgöras av en flexi- bel kabel 11 eller - för att medge största möjliga rörelsefrihet åt operatören - av en trådlös länk, t ex en IR-länk eller radiolänk, t ex "Bluetooth" teknik från Ericsson Components AB i Kista, Sve- rige. Via kanalen lämnas information till beräkningsenheten från givaren 6 om hur de olika signalerna från signalkällorna 7 infaller på givaren 6.

Beräkningsenheten beräknar fortlöpande position och orientering hos givaren 6. l ett utförande av den uppfinningsenliga anord- ningen är givaren 6 utformad att mottaga från signalkällorna 7 ut- sända signaler och registrera de mottagna signalernas relativa infallsriktningar i förhållande till givaren. Detta behöver inte ske 10 15 20 25 30 35 år-, rfsr+i- s,r Mss 22 med användning av optiska signaler, utan kan även ske genom användning av t ex mikrovågor och antennarrayer, s k phased- arrays. Givaren kan t ex vara en radarenhet utformad för avgiv- ning av radarvågor och mottagning av radarekon från signaikällor i omgivningen. Baserat på radarekonas infallsriktningar kan be- räkningsenheten sedan beräkna givarens och därmed sensorns position och orientering.

I vissa fall uppvisar givaren en yta 16 utformad att mottaga från signalkällorna utsända signaler och registrera de mottagna sig- nalernas relativa infallsriktningar i förhållande till ytan och/eller de mottagna signalernas relativa infallspositioner på ytan. Härvid kan t ex en videokamera av CCD-typ och vidvinkellins utnyttjas som givare och om sensorn är en kamera kan i ett utförande av uppfinningen givaren 6b och sensorn 5b uppvisa en gemensam enhet i form av en detektor 17. Med gemensam detektor 17 av- ses således en detektor som mottager dels från signalkällorna 7 infallande signaler, dels från omgivningen 1 i övrigt infallande ljus för bildproduktion. Signalkällornas 7 signaler och de för bild- produktionen utförda registreringarna separeras sedan och be- handlas var för sig i givaren 6b respektive sensorn 5b. l fig 2 illustreras schematiskt hur signaler från tre signaikällor 7 infaller på detektorn 17 och hur de mottagna signalernas infalls- vinklar förhåller sig till varandra. lnfallsriktningen för respektive signal definieras av (p, och (Qi, där i = 1, 2 eller 3. lnfallsriktning- arna ligger sedan till grund för beräkning av den erforderliga ori- enterings- och positionsinformationen. Vidare tänkes i detta ut- förande detektorn 17 vara gemensam för givaren 6b och sensorn 5b.

I korthet kan orienterings- och positionsberäkningen i detta fall utföras genom att tre, i det allmänna fallet fyra, signaikällor 7 ut- väljes, riktningarna relativt givaren 6 hos syftlinjerna från givaren 6 till dessa signaikällor 7 bestämmes, varvid givarens 6 position och orientering erhålles genom utnyttjande av syftlinjernas rikt- ningar, av signalkällornas 7 kända positioner och av geometriska 10 15 20 25 30 35 lr~s1swses 23 samband mellan dessa storheter. Signalkällornas 7 positioner relativt varandra förutsätts kända. Alternativt kan signalkällornas 7 relativa positioner vara kända indirekt genom att varje källas position i ett koordinatsystem är känt.

En givares uppbyggnad och tillhörande beräkningskretsars upp- byggnad och funktion finns såsom tidigare nämnt närmare be- skrivna i det ovan nämnda svenska patentet nr 444 530.

Signalkällorna 7 kan vara aktiva signalemitterande källor, såsom ljusemitterande dioder eller dylika, vars ljus eventuellt kan vara pulserat eller modulerat, eller passiva signalkällor såsom reflek- terande markörer utförda av t ex reflekterande tape. Markörerna kan vara plana figurer eller - för att uppvisa samma form obero- ende av betraktningsriktningen - utgöras av reflekterande kulor.

Vidare kan markörerna uppvisa sinsemellan olika form för att göra det enkelt för beräkningsenheten och dess signalbehand- lingskretsar att identifiera och hålla isär de olika markörerna och alternativt kan i samma syfte markörer med samma form men skilda storlekar och/eller "färg", varvid i färgbegreppet inkluderas även icke synliga delar av det elektromagnetiska spektrat, an- vändas. Vid användning av passiva reflekterande signalkällor kan anordningen, såsom illustrerat i fig 1, inkludera medel 18 för ut- sändning av signaler avsedda att reflekteras av de reflekterande markörerna. Utsändningsmedlen 18, vilka i sådant fall lämpligen är anordnade i anslutning till givaren 6, kan t ex utsända infrarött ljus, företrädesvis pulsat eller modulerat med viss frekvens för att kunna separera de aktuella signalerna från exempelvis störande Uuskäflon V Vid ett alternativt utförande krävs inga speciellt anordnade sig- nalkällor, utan som signalkällor används lämpliga redan befintliga detaljer hos omgivningen. Exempel på lämpliga detaljer är hörn, hål och liknande, vilka har ett karakteristiskt utseende och välde- finierade och kända positioner. Vid start av anordningen utpekas och identifieras dessa detaljer på lämpligt sätt, och deras posi- tioner bestäms och lagras, t ex genom nedladdning från ett CAD- 10 15 20 25 30 35 ts16 ses 24 system, eller alternativt mätes de in av givaren. De som signal- källor använda detaljerna kan vara belysta enbart av lokalens or- dinarie belysning, men givetvis kan vid behov särskilda ljuskällor anordnas för att ge belysningen önskad intensitet eller önskad karaktär. Självfallet kan även åtminstone vissa av signalkällorna utgöras av speciellt anbringade markörer, t ex av på mörk bak- grund placerade stycken, mönster eller figurer av ljus tape. I det svenska patentet nr 458 427 beskrivs närmare hur positionen och orienteringen hos en givare av denna typ kan beräknas, liksom uppbyggnaden och funktionen hos en utrustning för verkställande av denna beräkning. ' Härefter kommer att beskrivas ett antal alternativa utförandeex- empel av uppfinningen. l dessa kommer i första hand att beskri- vas det som är karaktäristiskt för respektive utförande och vad beträffar sådant som är gemensamt med tidigare beskrivna ut- föranden hänvisas till dem. Detta gäller särskilt givarens funktion om annat inte säges. Likadana eller motsvarande komponenter är genomgående i beskrivningen försedda med likadana hänvis- ningsbeteckningar.

I fig 3, 4 och 5 åskådliggörs ett utförande av det uppfinningsen- liga förfarandet som innefattar att använda sensorn 5 för bild- upptagning och att växelvis utföra bildupptagning av omgivningen 1 respektive påverka omgivningens egenskaper genom avlägs- ning av ett eller flera föremål 19, 20 från omgivningen 1, och att medelst bildinformationen och orienterings- och positionsinfor- mationen skapa en modell 21 som efterliknar omgivningens 1 egenskaper som förelåg innan nämnda avlägsning/avlägsningar.

I exemplet tänkes tillämpningen vara dokumentering av en om- givning 1 i samband med en arkeologisk utgrävning. Förfarandet skulle emellertid kunna användas i en mängd andra samman- hang, såsom vid röjning av raserade konstruktioner i form av hus, vägar, broar etc. efter explosioner eller jordbävningar, eller i andra tillämpningar där man önskar påverka en omgivning genom irreversibla ändringar, och samtidigt önskar skapa en modell av omgivningen som återger tillståndet precis före denna påverkan 10 15 20 25 30 3s ï 5l6 565g 25 (t ex röjning). Modellen kan sedan ge information eller ledtrådar också om de ursprungliga egenskaperna hos omgivningen, så- som de egenskaper platsen för en arkeologisk utgrävning uppvi- sade under en särskild, tidigare tidsperiod, de egenskaper som förelåg vid en byggnad innan densamma rasade etc. l fig 3 visas hur ett antal stolpar inkluderande signalkällorna 7 har placerats kring utgrävningsomràdet. Med den uppfinningsen- liga anordningen 4 produceras således information om omgiv- ningens 1 egenskaper, först initialt och sedan vid ett senare till- fälle efter grävning och eventuell bortförsel av jordmassor, då något arkeologiskt eller annat föremål 19, 20 påträffats. Därefter kan användning av den uppfinningsenliga anordningen och gräv- ning utföras växelvis och det uppfinningsenliga förfarandet upp- repas i önskad omfattning. Den därvid erhållna registrerings- el- ler mätningsinformationen, d v s här bildinformationen, och ori- enterings- och positionsinformationen, vilka tillsammans utgör data som definierar/representerar omgivningens 1 egenskaper, kan därefter utnyttjas för att skapa en tredimensionell modell 21 av omgivningen som den såg ut innan utgrävningen. Eftersom den uppfinningsenliga anordningen 4 har förmågan att registrera såväl form som textur, eller andra egenskaper hos en yta, hos omgivningen, och genom att form- och ytegenskaperna kan be- handlas oberoende av varandra, kan medelst anordningen ett funnet föremål detaljavbildas vid ett senare tillfälle. Sedan kan modellen som återger fyndplatsen, de vid utgrävningen funna fö- remålens inbördes positioner och/eller orienteringar, och eventu- ellt dess positioner/orienteringar i förhållande till omgivningen, förses med återgivningar motsvarande föremålen 19, 20 i t ex färdigpreparerat och/eller rengjort skick.

Exempelvis kan såsom schematiskt visat i fig 5 olika pàträffade föremåls 19, 20 inbördes placeringar, och föremålens placeringar i förhållande till den ursprungliga markytan 22, åskådliggöras i modellen. 10 15 20 25 30 35 i;S1s ses 26 I fig 6 illustreras en tillämpning av en variant av den uppfinnings- enliga anordningen 4, varvid omgivningen 1 utgörs av en base- bollplan eller liknande och anordningen 4 innefattar givaren 6 och sensorn 5, i form av en filmkamera 5, och de erforderliga signalkällorna 7 utplacerade i omgivningen 1. Aggregatet bestå- ende av givaren 6 och sensorn 5, kan vara placerat i något stativ med en kulled så att en operatör på ett enkelt sätt kan vrida film- kameran 5 till önskad position, eller vara fritt buret av operatö- ren, för filmupptagning i önskad riktning.

Anordningen är i detta exempel också utformad att producera data för styrning av ett objekt 23, och dessutom inkluderar anord- ningen objektet som utgörs av en del av sensorn, eller mer pre- cist utgörs av filmkamerans 5 fokusfunktion 23. För att ombesörja styrningen av fokusfunktionen 23 kommunicerar filmkameran 5, såväl som givaren 6, med informationsbehandlingsenheten 9. På detta sätt kan styrningen av fokusfunktionen 23 genomföras på basis av registrerings- eller mätningsinformationen, d v s bildin- formationen, och orienterings- och positionsinformationen, så att fokus hela tiden inställes i ett önskat plan. Detta kan t ex vara planet sammanfallande med spelplanens yta 24 och om spelpla- nens utseende är känt kan skärpan styras att alltid vara inställd på spelplanens yta även om kameran panoreras eller förflyttas att filma i en annan riktning och/eller något föremål hamnar i ka- merans bildomfàng mellan spelplanen och kameran. En ytterli- gare utveckling är att förutsatt att bollens 25 position kontinuer- ligt kan bestämmas med någon lämplig metod, så skulle den uppfinningsenliga anordningen 4 istället kunna användas för att hela tiden bibehålla skärpan på bollen 25 och en fritt rörlig ka- mera 5 skulle kunna styras att alltid vara riktad mot bollen. l fig 6 är illustrerat att fokus inställes i ett plan 26 som inkluderar posi- tionen för bollen 25, trots att en spelare 50 befinner sig mellan bollen 25 och kameran 5.

Givetvis skulle även här en tredimensionell VR-modell, illustre- rande spelplanen och spelarna, kunna skapas på ett presenta- tionsmedel 12 för att användas av t ex en tränare i syfta att i ef- 10 15 20 25 30 35 Ü fi516 565 27 terhand åskådliggöra hur en eller flera spelare borde ha agerat i ett viss situation och vad det i så fall skulle ha inneburit för spe- let. Om fler än en uppfinningsenlig anordning utnyttjas samtidigt finns möjlighet att återge det aktuella spelet från fler betraktelse- riktningar. Exempelvis skulle tränaren medelst modellen kunna se en spelsituation ur en särskild spelares synvinkel. Alternativt skulle medelst ett flertal uppfinningsenliga anordningar, vardera inkluderande en givare och en kamera, en modell kunna skapas genom vilken modell en betraktare interaktivt och i realtid kan ta del av t ex en fotbollsmatch, varvid betraktaren själv har möjlig- het att välja från vilken betraktelseposition och/eller -riktning ve- derbörande önskar följa spelet. Med ett flertal uppfinningsenliga anordningar placerade vid spelplanen är det nämligen möjligt att erhålla tillräcklig information för att skapa en modell vilken kan återge spelet från en vald betraktelseposition och/eller i en vald betraktelseriktning, trots att ingen av kamerorna befinner sig i den valda betraktelsepositionen och/eller är riktad i den valda betraktelseriktningen.

I fig 7 är en ytterligare tillämpning av den uppfinningsenliga an- ordningen 4 illustrerad. Omgivningen 1 består av ett rum och detta avses vara en del av en industriell anläggning där en strål- ningsläcka inträffat. För att kartlägga strålningsnivån i olika posi- tioner i rummet används den uppfinningsenliga anordningen 4 monterad på en fjärrstyrd robot 27 uppvisande en ledad robotarm 28 för inställning av anordningen i godtyckliga positioner och riktningar i rummet.

Anordningen inkluderar givaren 6 och därtill hörande signalkällor 7 i form av utplacerade markörer eller i omgivningen förekom- mande föremål i enlighet med vad som beskrivits tidigare.

Sensorn 5 kan i detta falla vara ett konventionellt GM-rör för mät- ning av strålningsnivàer i olika positioner i rummet. Anordningen är vidare ansluten till informationsbehandlingsenheten 9, vilken i sin tur är ansluten till en presentationsenhet 12. Genom att styra roboten 27 att åka omkring i rummet och mäta strålningsnivån 10 15 20 25 30 35 :sis .ses 28 kan en karta eller modell avseende fördelningen av strålning er- hållas. Denna kan visa t ex linjer och/eller ytor 29 med konstant strålningsnivå på presentationsenheten 12. Med hjälp av regi- strerings- eller måtningsinformationen, erhållen medelst GM- röret, och tillhörande orienterings- och positionsinformation kan det beräknas var i omgivningen 1 ytterligare mätningar bör göras för att erhålla tillräckligt med mätvärden för modellframställ- ningen och/eller för att spåra den aktuella läckan. Härvid kan ro- boten 27 inkluderande den uppfinningsenliga anordningen 4 sty- ras, med avseende på förflyttning i rummet och förflyttning av ro- botarmen 28, på basis av de data som representerar omgivning- ens egenskaper och som har producerats av den uppfinningsen- liga anordningen 4.

Det ska påpekas att i detta utförandeexempel såväl som i övriga i denna ansökan redovisade utföranden och tillämpningar, så kan modellframställningen 13, 21, 29 göras "on-line", d v s i realtid och/eller i efterhand om så önskas.

I fig 8 illustreras schematiskt resultatet av några få delmätningar i ett fall då den uppfinningsenliga anordningen 4 har använts för att producera mätresultat som liknar eller motsvarar det resultat som erhålles vid tillämpning av konventionell tomografi. Det ska emellertid framhållas att fastän vissa delar i detta förfa- rande/användning av den uppfinningsenliga anordningen 4 liknar eller är gemensamma med den metod som tillämpas vid konven- tionell tomografi, så är det uppfinningens egenskaper, bland an- nat i form av en fritt rörlig sensor 5 vilken upprepat kan orienter- ings- och positionsbestämmas, som möjliggör att registre- ringar/mätningar kan ske på ett sätt som skiljer sig från tidigare känd teknik. Medelst den uppfinningsenliga anordningen 4 är det nämligen möjligt att utföra registreringar/mätningar på ett sätt som är utåtriktat, d v s det krävs inte, såsom är brukligt vid nor- mal tomografi, att t ex en flyttbar men mekaniskt styrd strålnings- kålla avger röntgenstrålning, vilken röntgenstràlning sedan de- tekteras medelst en detektor, varvid det tomograferade föremålet är placerat mellan strålningskällan och detektorn. Istället kan 10 15 20 25 30 35 ~ “fii516 565. 29 med den uppfinningsenliga anordningen 4 omgivningen noggrant kartläggas med avseende på dess egenskaper i olika punkter och skikt under det att anordningen kan förflyttas fritt i omgivningen och utan att nödvändigtvis använda en i omgivningen utplacerad detektor.

Omgivningen kan tänkas vara en förhållandevis stor volym av atmosfären inkluderande ett trafikavsnitt, exempelvis en kors- ning, i vilket trafikavsnitt halterna av någon kemisk före- ning/förorening såsom syre, kodioxid etc. eller värdet av någon fysikalisk storhet, t ex temperatur, önskas fastställas. Innan mät- ningarna påbörjas placeras signalkällor ut på ett flertal ställen på stolpar, husväggar, skorstenar eller på andra lämpliga naturligt förekommande eller utplacerade föremål i omgivningen. Typ av sensor 5 kan i detta fall väljas beroende på den aktuella tillämp- ningen. l vissa fall torde krävas en sådan sensor som förmår ut- sända vågor av något slag och mottaga ett svar på dessa vågor som funktion av den storhet som avses att mätas, medan det i andra fall är tillräckligt att sensorn förmår mottaga vågor till följd av excitationer i omgivningen.

Exempelvis skulle densitetsmätning medelst en IR-sensor kunna utföras. Uppfinningen avser således användning av en uppfin- ningsenlig anordning för att utmed linjer 30 i en omgivning fast- ställa en eller flera egenskaper vid en eller flera gemensamma positioner 31 hos nämnda linjer 30, särskilt för att för olika skikt i omgivningen producera information om omgivningens egenska- per. l fig 8 visas hur en storhets värde varierar längs olika linjer 30. Vid mätningen erhålles det integrerade värdet mellan två po- sitioner A och B. Genom upprepade mätningar från olika positio- ner i olika riktningar, oftast ett stort antal mätningar, kan infor- mation om den sökta storhetens värde i för mätlinjerna 30 ge- mensamma punkter 31 erhållas med god noggrannhet utan behov av stora mekaniska konstruktioner som håller och flyttar sensorn och utan behov av tidsmätning av de signaler (vågor) som regi- streras/mäts utmed de aktuella linjerna. 10 15 20 25 30 35 I 6 “5 6 5 so En annan viktig användning av den uppfinningsenliga anord- ningen är att fastställa en kameras position och orientering i för- hållande tili en omgivning vid användning av kameran för filmin- spelning, och särskilt för att producera data att användas vid en efterföljande kompletterande animering av den inspelade filmen.

I samband härmed innefattar ett utförande av det uppfinningsen- liga förfarandet att använda en kamera utgörande sensorn för bildupptagning och att fastställa kamerans orientering och posi- tion i förhållande till omgivningen vid användning av kameran för filminspelning. Detta ger stora fördelar vid filminspelning då det möjliggör att styra kameran till önskade positioner och orienter- ingar och/eller att i efterhand fastställa hur kameran var positio- nerad och orienterad under en viss bildupptagningssekvens.

Detta är möjligt att genomföra utan att kameran nödvändigtvis behöver vara fixerad eller styrd av någon mekanisk åkanordning.

I stället kan kameran förflyttas fritt till olika positioner och orien- teringar beroende på den önskade filmsituationen. Exempelvis skulle en person som förflyttar sig kunna filmas under det att den uppfinningsenliga anordningen bringas att följa personen från önskade inspelningsvinklar- och positioner. Härvid kan medelst bildinformationen och tillhörande orienterings- och positionsin- formation det produceras data som är av stor nytta, eller som är en förutsättning, vid t ex en efterföljande modellering och/eller animering av den aktuella filmsekvensen.

I fig 9 illustreras ett utförande av den uppfinningsenliga anord- ningen, varvid anordningen inkludera två aggregat 32a, 32b vilka vardera innefattar en sensor 5 och en givare 6. Givetvis är det möjligt att utnyttja ytterligare sådana aggregat 32 i önskad ut- sträckning. I allmänhet är det såsom beskrivet I anslutning till fö- regående utföranden fullt tillräckligt med ett nämnt aggregat för t ex bildupptagning, åtminstone i de fall omgivningen är stationär.

Om det emellertid finns rörliga föremål/företeelser i omgivningen, såsom illustrerat i fig 9 där en springande person 33 är föremål för filminspelning, kan det vara fördelaktigt att utnyttja två eller flera separata aggregat av ovan nämnd typ. Denna tillämpning gör det möjligt att erhålla en fullständigare information om ett 10 15 20 i 5-1 se ses 31 rörligt föremàls egenskaper. l fig 9 avses givarna 6 att i enlighet med vad som beskrivits tidigare erhålla signaler fràn signalkällor 7 i omgivningen 1, så att orienterings- och positionsinformation om respektive sensor, d v s respektive kamera 5, relaterad till aktuell bildupptagning kontinuerligt kan erhållas. I exemplet tän- kes det ena aggregatet 32a vara semistationärt så tillvida att det förflyttas genom vridning så att aggregatet följer den springande personen 33 då denne passerar. Det andra aggregatet 32b avses bäras och medföras av en springande person 34 vilken följer ef- ter den springande personen 33 som är föremål för filminspel- ningen.

Det är givet att den uppfinningsenliga anordningen och det upp- finningsenliga förfarandet icke blott är begränsade till de exemp- lifierade utförandena. Ovan har redan angivits ett antal modifie- ringsmöjligheter. Ytterligare sådana erbjuder sig för fackmän inom området när väl uppfinningstanken presenteras. Det beto- nas följaktligen att uppfinningen endast är begränsad till det skyddsomfâng som definieras av efterföljande patentkrav och att ekvivalenta utförandeformer inbegripes inom patentskyddets ram.

Claims (24)

1. 0 15 20 25 30 35 :ses 32 Patentkrav 1. Anordning för att producera information om en eller flera egenskaper hos en omgivning (1), innefattande en i förhållande till omgivningen flyttbar sensor (5) för upptagning av information från omgivningen genom registrering eller mätning av en eller flera egenskaper som omgivningen uppvisar i en eller flera posi- tioner och/eller riktningar, kännetecknad därav, att den inklude- rar en med sensorn (5) så mekaniskt förbunden givare (6) att sensorns och givarens inbördes positioner och orienteringar är fixerbara, och att givaren är anordnad att fastställa sin orienter- ing och position med avseende på minst fyra frihetsgrader i för- hållande till omgivningen (1), genom att mottaga infallande sig- naler från signalkällor (7) i omgivningen och därigenom för åtmin- stone någon nämnd registrering eller mätning utförd med sensorn (5) producera tillhörande information om sensorns orientering och position, med avseende på minst fyra frihetsgrader hos sen- sorn, i förhållande till omgivningen, och att anordningen är utfor- mad att avge registrerings- eller mätningsinformationen och ori- enterings- och positionsinformationen vilka informationer definie- rar åtminstone någon egenskap hos omgivningen.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att givaren (6) är anordnad att vid inbördes förflyttning av givaren (6) och om- givningen (1) upprepat fastställa sin orientering och position i för- hållande till omgivningen.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att gi- varen (6) är anordnad att vid inbördes förflyttning av givaren (6) och omgivningen (1) vara fritt flyttbar och mekaniskt ostyrd av omgivningen i ett godtyckligt koordinatsystem.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att den inkluderar medel (10, 11) anordnade för att upprätta för- bindelser för informationsöverföring mellan sensorn (5) och en informationsbehandlingsenhet (9) och mellan givaren (6) och in- formationsbehandlingsenheten (9), och att informationsbehand- 10 15 20 25 30 35 33 lingsenheten (9) är anordnad att behandla registrerings- eller mätningsinformationen och orienterings- och positionsinformatio- nen för att producera data som representerar åtminstone någon egenskap hos omgivningen.

5. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att den är utformad att producera information för kom- plettering av en modell (13) av omgivningen.

6. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att den är utformad att producera information för fram- ställning av en modell (13) av omgivningen.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, kännetecknad därav, att den är utformad att producera information avsedd för en datorgrafisk modell (13).

8. Anordning enligt något av kraven 1-7, kännetecknad därav, att den är utformad att producera information för styrning av ett objekt (23, 27).

9. Anordning enligt krav 8, kännetecknad därav, att den inklu- derar objektet (23).

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad därav, att sensorn (5) eller någon del därav utgör objektet (23).

11. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att givaren (6) är anordnad att från signalkällorna (7), vilka utgörs av åtminstone tre skilda signalkällor i omgivningen (1), mottaga de mellan signalkällorna och givaren sig rätlinjigt fortplantande signalerna, för att åstadkomma orienterings- och positionsinformationen.

12. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att den inkluderar signalkällorna (7) anordnade i omgiv- ningen (1). 10 15 20 25 30 35 11,51 6 ^ 1565 34

13. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att signalkällorna (7) utgörs av aktiva signalemitterande signalkällor.

14. Anordning enligt något av kraven 1-12, kännetecknad därav, att signalkällorna (7) utgörs av passiva organ reflekte- rande mot organen infallande signaler.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad därav, att den in- kluderar medel (18) för utsändning av signaler och att signalkäl- lorna (7) utgörs av passiva organ reflekterande signalerna ut- sända från signalutsändningsmedlen.

16. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att givaren (6) är utformad att mottaga från signalkällorna (7) utsända signaler och registrera de mottagna signalernas rela- tiva infallsriktningar i förhållande till givaren.

17. Anordning enligt krav 16, kännetecknad därav, att givaren (6) uppvisar en yta (16) utformad att mottaga från signalkällorna utsända signaler och registrera de mottagna signalernas relativa infallsriktningar i förhållande till ytan.

18. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att givaren uppvisar en yta utformad att mottaga från sig- nalkällorna utsända signaler och registrera de mottagna signaler- nas relativa infallspositioner på ytan.

19. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att sensorn (5) är ett optiskt instrument utformat för bild- upptagning.

20. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att sensorn (5) är ett instrument utformat för registrering av ett eller flera i omgivningen förekommande fysikaliska och/eller kemiska tillstånd. 10 15 20 25 30 35 r@s1s ses 35

21. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att sensorn (5) är ett instrument utformat för mätning av en eller flera i omgivningen förekommande fysikaliska och/eller kemiska storheter.

22. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att sensorn (5b) och givaren (6b) uppvisar en gemensam enhet (17).

23. Anordning enligt krav 22, kännetecknad därav, att den ge- mensamma enheten är en detektor (17).

24. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att den inkluderar två eller flera aggregat (32) vilka var- dera innefattar en nämnd sensor (5) och en nämnd givare (6). å? Förfarande för att producera information om en eller flera enskaper hos en omgivning, innefattande att medelst en sen- sor (5) registrera eller mäta en eller flera egenskaper som om- givningen uppvisar i en eller flera positioner och/eller riktningar, kännetecknat därav, att det inkluderar att för åtminstone någon nämnd registrering eller mätning producera tillhörande informa- tion om sensorns (5) orientering och position, med avseende på minst fyra frihetsgrader hos sensorn, och att på basis av registre- rings- eller mätningsinformationen och orienterings- och posi- tionsinformationen producera data som representerar åtminstone någon egenskap hos omgivningen. 26. Förfarande enligt krav 25, kännetecknat därav, att det inklu- derar att vid inbördes förflyttning av sensorn (5) och omgivningen (1) upprepat fastställa sensorns orientering och position i förhål- lande till omgivningen. 27. Förfarande enligt krav 25 eller 26, kännetecknat därav, att det inkluderar att vid inbördes förflyttning av sensorn (5) och om- 10 15 20 25 30 35 ;ff.516 565 36 givningen (1) förflytta sensorn fritt och mekaniskt ostyrt i förhål- lande till omgivningen i ett godtyckligt koordinatsystem. 28. Förfarande enligt något av kraven 25-27, kännetecknat därav, att det innefattar att använda sensorn (5) för bildupptag- ning och att växelvis utföra bildupptagning av omgivningen (1) respektive påverka omgivningens egenskaper genom avlägsning av ett eller flera föremål från omgivningen (1), och att medelst bildinformationen och orienterings- och positionsinformationen skapa en modell som efterliknar omgivningens egenskaper som förelåg innan nämnda avlägsnlng/avlägsningar. 29. Förfarande enligt något av kraven 25-28, kännetecknat därav, att det innefattar att använda en kamera utgörande sen- sorn för bildupptagning och att fastställa kamerans orientering och position i förhållande till omgivningen vid användning av ka- meran för filminspelning. Användning av en anordning enligt något av kraven 1-24 för att fastställa en kameras (5) position och orientering i förhållande till en omgivning vid användning av kameran för filminspelning. 31. Användning enligt krav 30 för att producera information att ~ användas vid en efterföljande animering av den inspelade filmen. Användning av en anordning enligt något av kraven 1-24 för att skapa en modell av en omgivning. Användning av en anordning enligt något av kraven 1-24 för att utmed linjer (30) i en omgivning fastställa en eller flera egen- skaper vid en eller flera gemensamma positioner (31) hos nämnda linjer. 34. Användning enligt krav 33 för att producera en modell av omgivningens egenskaper i ett eller flera skikt hos omgivningen.