WO2009021791A2

WO2009021791A2 - Verfahren zur optischen messung von geschwindigkeiten und sensor zur optischen messung von geschwindigkeiten

Info

Publication number: WO2009021791A2
Application number: PCT/EP2008/059004
Authority: WO
Inventors: Siegfried Wienecke; Arno Bergmann; Christian Jakschies
Original assignee: Fraba Ag
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2009-02-19
Also published as: CN101821633A; DE102007038013B4; DE102007038013A1; WO2009021791A3; US20110285983A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche (O) zu einem Sensor (1), wobei der Sensor (1) eine Mehrzahl zueinander beabstandet angeordneter lichtempfindlicher Elemente (2) aufweist, welche in zeitlichen Abständen ausgelesen werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messung nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren (SFV) und nach dem Bildverarbeitungsverfahren (BW) erfolgt, das im Ortsfrequenzfilterverfahren (SFV) ermittelte Frequenzsignal (f) hinsichtlich des ermittelten Frequenzwertes und/oder hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals überprüft wird und im Falle, dass das Frequenzsignal (f) unterhalb eines festzulegenden Frequenzwertes liegt und/oder das Frequenzsignal (f) einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, der im Bildverarbeitungsverfahren (BW) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert ausgewählt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Sensor (1) zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche (O) zum Sensor (1).

Description

Verfahren zur optischen Messung von Geschwindigkeiten und Sensor zur optischen Messung von Geschwindigkeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zu einem Sensor, wobei der Sensor eine Mehrzahl zueinander beabstandet angeordneter lichtempfindlicher Elemente aufweist, welche in zeitlichen Abständen ausgelesen werden. Ferner betrifft die Erfindung einen Sensor zur Messung einer

Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zum Sensor.

Für die Messung von Relativgeschwindigkeiten zwischen einem Beobachter bzw. Sensor und der Oberfläche eines Objekts sind Sensoren bekannt, welche nach verschiedenen Verfahren arbeiten. Generell ist bei der Messung der Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Sensor und einer Oberfläche unerheblich, ob sich der Sensor gegenüber dem Objekt bewegt oder das Objekt gegenüber dem Sensor. Schließlich basiert die Geschwindigkeitsmessung dem Grunde nach auf der Bestimmung einer Länge, beispielsweise des zurückgelegten Weges des Objekts im Messbereich des Sensors innerhalb einer bestimmten Zeit. Aus der gemessenen Verschiebung und der benötigten Zeit kann damit die Geschwindigkeit bestimmt werden. Durch einfache Integration über die gemessene Zeit kann auch die zurückgelegte Wegstrecke bzw. die Länge eines Objektes mit einem entsprechenden Sensor bestimmt werden. Sensoren zur berührungslosen Messung einer Relativgeschwindigkeit sind daher auch zur Längenmessung geeignet.

Zur berührungslosen Messung einer Relativgeschwindigkeit sind mehrere Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren ist das Ortsfrequenzfilterverfahren. Eine Objektoberfläche wird typischerweise mit Licht bestrahlt und das zurückgestreute Licht von einem lichtempfindlichen Detektor durch ein optisches Gitter hindurch gemessen. Bei der Bewegung der Objektoberfläche entstehen Hell-Dunkel-Schwankungen im optischen Gitter, deren Frequenz proportional zur Geschwindigkeit der Objektoberfläche ist. Beim Ortsfrequenzfilterverfahren wird die Objektoberfläche in rasterförmige Bereiche entsprechend dem optischen Gitter aufgeteilt und deren Helligkeit ausgewertet. Verglichen beispielsweise mit dem Laser-Doppler-Verfahren ist der apparative Aufbau eines Sensors für das

Ortsfrequenzfilterverfahren relativ gering. Nachteilig ist jedoch, dass das Ortsfrequenzfilterverfahren relativ hohe Messfehler im Bereich niedriger Objektgeschwindigkeiten liefert, da die Bestimmung der Geschwindigkeit auf einer Frequenzmessung eines zumeist verrauschten Signals beruht. Problematisch ist dabei insbesondere, dass ein Stillstand des zu messenden Objekts, welcher zu einer Frequenz von "0" führt, mit dem Ortsfrequenzfilterverfahren nicht detektierbar ist.

Eine weitere Möglichkeit, eine relative Verschiebung einer Objektoberfläche gegenüber einem Sensor zu messen, stellt das Bildverarbeitungsverfahren dar. Bei diesem Verfahren werden zeilen- oder flächenhafte Bilder der Objektoberfläche in bekanntem zeitlichen Abstand aufgenommen und miteinander verglichen. Im Rahmen eines solchen Vergleiches können beispielsweise einzelne Bilder pixelweise gegeneinander verschoben werden, wobei jeweils ein Differenzbild gebildet wird. Kommt es bei einem bestimmten Verschiebungsvektor praktisch zu einer Auslöschung der Bilder, so repräsentiert dieser Verschiebungsvektor die Objektverschiebung. In einer anderen Ausgestaltung des Bildverarbeitungsverfahrens wird zwischen zwei in bekanntem zeitlichen Abstand aufgenommenen Bildern die Korrelationsfunktion berechnet, aus deren charakteristischem Verlauf sich die Verschiebung der Objektoberfläche in dem zeitlichen Abstand, in dem die Bilder aufgenommen wurden, in an sich bekannter Weise ermitteln lässt. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Bildverarbeitungsverfahrens werden in jeder Aufnahme prägnante Objektmerkmale lokalisiert und durch Vergleich mit zu einem anderen Zeitpunkt aufgenommenen Bildern deren Verschiebung und damit die Objektverschiebung ermittelt.

Der Vorteil des Bildverarbeitungsverfahrens besteht nun darin, dass auch bei sehr geringen Objektgeschwindigkeiten oder bei Objektstillstand korrekte Geschwindigkeitswerte bestimmbar sind. Allerdings ist das Bildverarbeitungsverfahren stets mit einem hohen Rechenaufwand verbunden. Ferner ist die erzielbare Auflösung geringer als bei dem Ortsfrequenzfilterverfahren oder auch dem Laser-Doppler-Verfahren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zu einem Sensor anzugeben, welches in einem weiten Geschwindigkeitsbereich, insbesondere auch bei niedrigen Geschwindigkeiten, präzise Messungen ermöglicht und sich dabei gleichzeitig durch einen begrenzten apparativen Aufwand und Rechenaufwand auszeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass die Messung nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren und nach dem Bildverarbeitungsverfahren erfolgt, das im Ortsfrequenzfilterverfahren ermittelte Frequenzsignal hinsichtlich des ermittelten Frequenzwertes und/oder hinsichtlich wenigstens eines Qualitatsmerkmals überprüft wird und im Falle, dass das Frequenzsignal unterhalb eines festzulegenden Frequenzwertes liegt und/oder das

Frequenzsignal einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, der im Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert verwendet wird.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der universellen Einsetzbarkeit für präzise berührungslose Geschwindigkeitsmessungen sowohl von sich schnell bewegten Objekten als auch von sich langsam bewegenden oder sogar zeitweise stillstehenden Objekten. Für jeden Geschwindigkeitsbereich wird anhand von durch den Nutzer vorgebbaren Kriterien, nämlich einer zu einer Geschwindigkeitsgrenze proportionalen Grenzfrequenz oder durch andere Signalqualitätsmerkmale, durch im Sensor vorgesehene Auswahlmittel entschieden, welches Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung jeweils gewählt wird. So wird das präzise, mit geringem Messfehler behaftete und rechentechnisch vergleichsweise unaufwändige Ortsfrequenzfilterverfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Objektoberfläche immer dann eingesetzt, wenn das Frequenzsignal oberhalb eines nutzerseitig vorzugebenden Frequenzwertes liegt, bzw. wenn nutzerseitig vorzugebende Signalqualitätsmerkmale erreicht werden. Im anderen Falle, d.h. bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, bei denen die bekannte Nachteile des Ortsfrequenzfilterverfahrens verstärkt zum Tragen kommen, wird durch die Auswahlmittel das Bildverarbeitungsverfahren zur Geεchwindigkeitsmessung ausgewählt . Die Qualitätsmerkmale des im Ortsfrequenzfilterverfahren erhaltenen Frequenzsignals können nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung seine Halbwertsbreite und/oder der Signal-Rausch-Abstand und/oder der störungsfreie

Dynamikbereich (Spurious Free Dynamic Range - SFDR) sein. Derartige Signalqualitätsmerkmale können rechentechnisch einfach erfasst werden und stellen ein aussagekräftiges Entscheidungskriterium dar. Es ist einerseits möglich lediglich die vorzugebende Frequenzgrenze oder eines der genannten Qualitätsmerkmale als Entscheidungskriterium heranzuziehen. Ebenso ist es möglich, eine Auswahl mehrerer Qualitätsmerkmale mit oder ohne Berücksichtigung des zur Relativgeschwindigkeit proportionalen Frequenzwertes heranzuziehen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auch der im Bildverarbeitungsverfahren, welches, wie bereits erläutert, dann zum Einsatz kommt, wenn das Frequenzsignal des Ortsfrequenzfilterverfahren nicht den vorgegebenen Qualitätskriterien genügt bzw. unter einer vorgegebenen Frequenzgrenze liegt, zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals überprüft und im Falle, dass der ermittelte Wert einen festzulegenden

Qualitatsmerkmalswert nicht erreicht, die Messung verworfen. Alternativ kann anstelle eines Verwerfens der Messung der zur Bestimmung der Relativgeεchwindigkeit ermittelte Wert durch den in einem vorausgehenden Messvorgang zuletzt ermittelten gültigen Wert oder durch einen Mittelwert mehrerer zuletzt ermittelter gültiger Werte, insbesondere durch ihr arithmetisches Mittel oder durch ihren Median, ersetzt werden. Insbesondere bei gleichmäßig bewegten Objekten wird hierdurch aus Gründen der Stetigkeit ein nur geringer Fehler verursacht. Bei dynamisch bewegten Objekten kann es wiederum sinnvoll sein, den zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten Wert durch eine Extrapolation des Verlaufs der zuletzt ermittelten gültigen Werte zu ersetzen.

Das Bildverarbeitungsverfahren kann auf unterschiedliche Weise rechentechnisch implementiert werden. So ist es beispielsweise möglich, den im Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten Wert durch Lokalisierung von Merkmalen der Objektoberfläche und Ermittlung der Verschiebung der Merkmale bei zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen Bildern zu ermitteln. Vor dem Hintergrund einer Begrenzung des Rechenaufwandes ist der im Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert bevorzugt der Maximalwert der Korrelationsfunktion zwischen zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommenen Bildern ist. Die Korrelations funktionsanalyse zeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Robustheit gegenüber fehlerhaften Messungen aus .

Im Falle der Korrelationsfunktionsanalyse ist das Qualitätsmerkmal zur Bestimmung der Relativbewegung zwischen Sensor und Objektoberfläche bevorzugt die Halbwertsbreite und/oder der Signal-Rausch-Abstand und/oder der störungsfreie Dynamikbereich (SFDR) des Korrelationssignals, wobei im Falle der Korrelationsfunktionsanalyse unter dem Signal-Rausch- Abstand in analoger Weise zu dem im Ortsfrequenzfilterverfahren ermittelten Signal-Rausch-Abstand das Verhältnis des Integrals über den Maximalwert der Korrelations funktion zu dem Integral über den restlichen Kurvenverlauf verstanden wird. Um auch über längere Zeiträume verlässliche Werte für die Geschwindigkeitsmessung auch unter wechselnden Beleuchtungsbedingungen zu erhalten, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Belichtungsparameter der lichtempfindlichen Elemente geregelt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Informationsgehalt der aus den lichtempfindlichen Elemente ausgelesenen Daten (Helligkeitswerte) kontrolliert und bei zu geringem Informationsgehalt ein Warnsignal an den Nutzer ausgegeben wird. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die lichtempfindlichen Elemente hinsichtlich der zu erfassenden Objektoberfläche fehljustiert sind. Falls Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung der Objektoberfläche vorhanden sind, ist es darüber hinaus möglich, nicht nur die lichtempfindlichen Elemente bezüglich ihrer Parameter zu regeln, sondern auch die Beleuchtungsmittel bezüglich ihrer Eigenschaften (Helligkeit, Fokussierung) zu regelnd beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zum Sensor anzugeben, welcher in einem weiten Geschwindigkeitsbereich, insbesondere auch bei niedrigen Geschwindigkeiten, präzise

Geschwindigkeitsmessungen ermöglicht und sich durch eine vergleichsweise einfache Schaltungsarchitektur auszeichnet und mit standardmäßig verfügbaren Bauteilen auskommt.

Die Aufgabe wird mit einem Sensor nach dem Oberbegriff des

Patentanspruches 10 dadurch gelöst, dass die Auswertemittel derart ausgelegt sind, dass das Signal nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren und nach dem Bildverarbeitungsverfahren erzeugt wird und dass der Sensor Mittel zur Auswahl des jeweils nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren und nach dem

Bildverarbeitungsverfahren erzeugten Signals umfasst, wobei die Auswahlmittel derart ausgelegt sind, dass sie das im Ortsfrequenzfilterverfahren ermittelte Freguenzsignal hinsichtlich des ermittelten Frequenzwertes und/oder hinsichtlich wenigstens eines QualitätsmerkmalS überprüfen und im Falle, dass das Frequenzsignal unterhalb eines festzulegenden Frequenzwertes liegt und/oder das

Frequenzsignal einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, den im Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten wert auswählen.

Analog zu dem erfindungsgemäßen Verfahren bestehen die Vorteile des erfindungsgemäßen Sensors insbesondere darin, dass er sich sowohl für die präzise Messung großer Geschwindigkeiten - hier wird das Ortsfrequenzfilterverfahren eingesetzt - eignet, wie auch für die Messung kleiner

Geschwindigkeiten oder sogar von zeitweiligem Stillstand des Objekts. Für diese Messung wählen die erfindungsgemäß vorgesehenen Auswahlmittel das Bildverarbeitungsverfahren aus, sobald der des im Ortsfrequenzfilterverfahren ermittelte Frequenzwert unterhalb eines festzulegenden Frequenzwertes liegt und/oder das Frequenzsignal wenigstens einen vorzugebenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht.

Für den erfindungsgemäßen Sensor können elektronische Standard-Schaltungskomponenten, insbesondere integrierte Schaltkreise, wie FPGAs oder DSPs, eingesetzt werden. Insbesondere handelt es sich bei den lichtempfindlichen Elementen des Sensors um CCD-, CMOS-Bauelemente, -Arrays oder -Zeilen, Photodioden oder Phototransistoren.

Durch den Einsatz von Regelungsmitteln zur Regelung der Belichtungsparameter der lichtempfindlichen Elemente lassen sich zu jedem Messzeitpunkt und unter allen

Beleuchtungsbedingungen stets optimale Belichtungsparameter, welche die Voraussetzung für vertrauenswürdige Messungen sind, erreichen. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Sensor bevorzugt Mittel zur Kontrolle des Informationsgehalts der aus den lichtempfindlichen Elemente ausgelesenen Daten, wobei bei zu geringem Informationsgehalt ein Warnsignal an den Nutzer ausgebbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors ist vorgesehen, dass die Ansteuerungsmittel derart ausgelegt sind, dass die zeitlichen Abstände zum Auslesen der lichtempfindlichen Elemente variabel einstellbar sind. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei der sensorgestützten Überwachung sehr gleichmäßig ablaufender Prozesse, beispielsweise der Geschwindigkeitsmessung an sehr langsam laufendem bahnförmigem Material, die Zykluszeit, d.h. der zeitliche Abstand zwischen zwei Messvorgängen, verlängert werden kann. Entsprechend kann bei der Geschwindigkeitsmessung nach dem Bildverarbeitungsverfahren, welches erfindungsgemäß insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten, bei denen das Ortsfrequenzfilterverfahren keine befriedigenden Messergebnisse liefert, eingesetzt wird, der Rechenaufwand merklich reduziert werden. Durch verlängerte Zykluszeiten lassen sich zudem Störgrößen in geeigneter Weise aus der Messung herausmitteln. Umgekehrt gilt entsprechend, dass bei vergleichsweise hohen und stark schwankenden Geschwindigkeiten, bei denen es besonders auf die Messung von Momentanwerten ankommt, die Zykluszeit verkürzt werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Sensor zur Messung einer

Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zum Sensor in einem stark schematisierten

Blockschaltbild und

Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zu einem Sensor im Flussdiagramm.

In Fig. 1 ist in stark schematisierter Ansicht ein erfindungsgemäßer Sensor 1 zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche zu dem Sensor 1 dargestellt. Der Sensor 1 umfasst eine Mehrzahl zueinander beabstandet angeordneter lichtempfindlicher Elemente 2, beispielsweise in Form einer CCD-Zeile, eine Optik 2a, welche die Objektoberfläche auf die lichtempfindlichen Elemente 2 abbildet, sowie Ansteuerungsmittel 3, welche die lichtempfindlichen Elemente 2 des Sensors 1 in zeitlichen Abständen auslesen. Die Ansteuerungsmittel 3 geben die aus den lichtempfindlichen Elementen 2 ausgelesenen Helligkeitswerte an Auswertemittel 6, 7 weiter, die ihrerseits jeweils ein zur zu messenden Geschwindigkeit proportionales Signal erzeugen.

Erfindungsgemäß sind die Auswertemittel 6, 7 derart ausgelegt, dass sie Signale nach dem Ortssequenzfilterverfahren SFV und nach dem

Bildverarbeitungsverfahren BW erzeugen. Im Einzelnen erzeugt das Auswertemittel 6 im Ortssequenzfilterverfahren SFV einen der zu messenden Geschwindigkeit proportionalen Frequenzwert, während das Auswertemittel 7 den Wert der

Korrelations funktion zwischen zwei in zeitlichem Abstand zueinander aufgenommenen Bildern ermittelt, woraus sich in bekannter weise die Verschiebung der Objektoberfläche in dem zeitlichen Abstand und daraus die Geschwindigkeit der Objektoberfläche ermitteln lässt. Die jeweiligen

Ausgangssignale der Auswertemittel 6, 7, nämlich das Frequenzsignal des Auswertemittels 6 und das Korrelationssignal des Auswertemittels 7, werden an ein Auswahlmittel 8 weitergegeben. Das Auswahlmittel 8 prüft nun das vom Auswertemittel 6 stammende, im

Ortsfrequenzfilterverfahren SFV ermittelte Frequenzsignal hinsichtlich des ermittelten Frequenzwertes und/oder hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals, beispielsweise der Signalhalbwertsbreite, des Signal-Rausch- Abstandes und/oder des störungsfreien Dynamikbereichs

(Ξpurious Free Dynamic Range - SFDR) , und wählt im Falle, dass das Frequenzsignal unterhalb eines durch den Nutzer fest zu legenden Frequenzwertes liegt und/oder das Frequenzsignal einen oder mehrere vorgegebene Werte der vorgenannten Qualitätsmerkmale nicht erreicht, den im

Bildverarbeitungsverfahren BW zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten Wert, vorliegend also den Maxiamiwert der Korrelationsfunktion. Liegt der Frequenzwert des in das Auswahlmittel 8 aus dem Auswertemittel 6 eingegebenen Frequenzsignals jedoch beispielsweise oberhalb des nutzerseitig festzulegenden Frequenzwertes, so wählt das Auswahlmittel 8 das Frequenzsignal zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Objektoberfläche und dem Sensor aus .

Das jeweils ausgewählte Signal wird sodann in ein Validierungsmittel 9 eingegeben, in welchem geprüft wird, ob das Signal vertrauenswürdig ist oder ob es auf einer offensichtlichen Fehlmessung basiert. In letzterem Fall wird anstelle des nichtvertrauenswürdigen Signals das Signal der letzten vertrauenswürdigen Messung oder ein Mittelwert der Signale mehrerer zuletzt erfolgter vertrauenswürdiger

Messungen, insbesondere das arithmetische Mittel oder der Median, verwendet. Alternativ kann bei dynamisch bewegten Objekten das Signal durch eine Extrapolation des Verlaufs der Signale der letzten vertrauenswürdigen Messungen ersetzt werden.

Aus dem Validierungsmittel 9 wird das Signal sodann in eine Ausgabeeinheit 10 gegeben, wo es an den Nutzer ausgegeben werden kann.

Neben den vorgenannten Komponenten umfasst der erfindungsgemäße Sensor 1 noch Regelungsmittel 4, mit welchen die Belichtungsparameter der lichtempfindlichen Elemente 2 geregelt werden können, so dass unter allen Beleuchtungsbedingungen stets optimale Belichtungsparameter vorliegen. Darüber hinaus umfasst der Sensor 1 noch Mittel 5 zur Kontrolle des Informationsgehalts der aus den lichtempfindlichen Elementen 2 ausgelesenen Daten. Diese dienen dazu, dem Nutzer ggf. ein Warnsignal über die Ausgabeeinheit 10 auszugeben, wenn der Informationsgehalt der aus den lichtempfindlichen Elementen 2 ausgelesenen Daten zu gering ist, so dass keine sinnvolle Geschwindigkeitsmessung vorgenommen werden kann. Dies trifft beispielsweise dann zu, wenn die lichtempfindlichen Elemente 2 hinsichtlich der zu erfassenden Objektoberfläche fehljustiert sind.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Objektoberfläche O und dem Sensor 1 anhand des in Fig. 2 dargestellten Flussdiagramms nochmals erläutert.

Durch die Ansteuerungsmittel 3 werden die Helligkeitswerte der lichtempfindlichen Elemente 2 in zeitlichen Abständen ausgelesen und an die Auswertemittel 6, 7 weitergegeben (Schritt A - vgl. Fig. 1) . Im Auswertemittel 6 wird anhand des Ortsfrequenzfilterverfahrens SFV ein zur zu messenden Geschwindigkeit proportionales Frequenzsignal generiert (Schritt B) und an die Auswahlmittel 8 weitergeleitet. Dort wird in einem Schritt C das Frequenzsignal f hinsichtlich seines Signalwertes und der Signalqualität, beispielsweise des Signal-Rausch-Abstandes SNR oder der Signalhalbwertsbreite FWHM analysiert. Genügt der Ξignalwert oder die Signalqualität den nutzerseitig vorgegebenen

Kriterien, so wird an der Ausgabeeinheit 10 des Sensors 1 die gemessene Relativgeschwindigkeit ausgegeben (Schritt D) . Im anderen Fall wählen die Auswahlmittel 8 das parallel zum Ortfrequenzfilterverfahren SFV im Bildbearbeitungsverfahren BW ermittelte Korrelationssignal aus (Schritt E) . Dieses wird wiederum bezüglich seines Signalwertes und/oder seiner Signalqualität überprüft und für den Fall, dass es den nutzerseitig vorgegebenen Kriterien genügt, an die Ausgabeeinheit 10 geleitet, wo die Relativgeschwindigkeit ausgegeben wird. Im anderen Fall wird die Messung entweder verworfen (Schritt G) oder aber der Wert durch den zuletzt gültigen Wert einer vorausgegangenen Messung überblendet, woraufhin dieser an die Ausgabeeinheit 10 geleitet wird (Schritt H) .

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche (0) zu einem Sensor (1) , wobei der Sensor (1) eine Mehrzahl zueinander beabstandet angeordneter lichtempfindlicher Elemente (2) aufweist, welche in zeitlichen Abständen ausgelesen werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Messung nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren (SFV) und nach dem Bildverarbeitungsverfahren (BW) erfolgt, das im Ortsfrequenzfilterverfahren (SFV) ermittelte Frequenzsignal (f) hinsichtlich des ermittelten Frequenzwertes und/oder hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals überprüft wird und im Falle, dass das Frequenzsignal (f) unterhalb eines festzulegenden Frequenzwertes liegt und/oder das Frequenzsignal (f) einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, der im Bildverarbeitungsverfahren (BW) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Qualitätsmerkmal des Frequenzsignals (f) die Halbwertsbreite (FWHM) und/oder der Signal-Rausch-Abεtand (SNR) und/oder der störungsfreie Dynamikbereich (SFDR) des Frequenzsignals (f) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei Auswahl des im Bildverarbeitungsverfahren (BW) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten Werts, dieser hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals überprüft wird und im Falle, dass der ermittelte Wert einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, die Messung verworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei Auswahl des im Bildverarbeitungsverfahren (BVV) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten Werts, dieser hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals überprüft wird und im Falle, dass der ermittelte Wert einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, der Wert durch den zuletzt ermittelten gültigen Wert, durch einen Mittelwert mehrerer zuletzt ermittelter gültiger Werte, insbesondere ihr arithmetisches Mittel oder ihren Median, oder eine Extrapolation des Verlaufs der zuletzt ermittelten gültigen Werte ersetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der im Bildverarbeitungsverfahren (BVV) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert durch Lokalisierung von Merkmalen der Objektoberfläche (O) und Ermittlung der Verschiebung der Merkmale bei zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen Bildern ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der im Bildverarbeitungsverfahren (BW) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelte Wert der Maximalwert der Korrelationsfunktion zwischen zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommenen Bildern ist.

7. verfahren nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Qualitätsmerkmal die Halbwertsbreite (FWHM) und/oder der Signal-Rausch-Abstand (SNR) des Korrelationssignals und/oder der störungsfreie Dynamikbereich (SFDR) des Korrelationssignals ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Belichtungsparameter der lichtempfindlichen Elemente (2) geregelt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Informationsgehalt der aus den lichtempfindlichen Elemente (2) ausgelesenen Daten kontrolliert und bei zu geringem Informationsgehalt ein Warnsignal an den Nutzer ausgegeben wird.

10. Sensor (1) zur Messung einer Relativgeschwindigkeit einer Objektoberfläche (0) zum Sensor (1) , mit einer Mehrzahl zueinander beabstandet angeordneter lichtempfindlicher Elemente (2) und Ansteuerungs- und Auswertend.tteln (3, 6, 7), wobei die Ansteuerungsmittel (3) die lichtempfindlichen Elemente (2) des Sensors {1) in zeitlichen Abständen auslesen und die Auswertemittel (6, 7) jeweils ein zur zu messenden Geschwindigkeit proportionales Signal erzeugen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Auswertemittel (6, 7) derart ausgelegt sind, dass das Signal nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren (SFV) und nach dem Bildverarbeitungsverfahren (BW) erzeugt wird und dass der Sensor (1) Mittel (8) zur Auswahl des jeweils nach dem Ortsfrequenzfilterverfahren (SFV) und nach dem Bildverarbeitungsverfahren (BW) erzeugten Signals umfasst, wobei die Auswahlmittel (8) derart ausgelegt sind, dass sie das im Ortsfreguenzfilterverfahren (SFV) ermittelte Frequenzsignal (f) hinsichtlich des ermittelten

Frequenzwertes und/oder hinsichtlich wenigstens eines Qualitätsmerkmals überprüfen und im Falle, dass das Frequenzsignal (f) unterhalb eines festzulegenden Frequenzwertes liegt und/oder das Frequenzsignal (f) einen festzulegenden Qualitätsmerkmalswert nicht erreicht, den im Bildverarbeitungsverfahren (BW) zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermittelten Wert auswählen.

11. Sensor (1) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die lichtempfindlichen Elemente (2) des Sensors (1) CCD-, CMOS -Bauelemente, -Arrays oder -Zeilen, Photodioden oder

Phototransistoren sind.

12. Sensor (1) nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Sensor (1) Regelungsmittel (4) zur Regelung der

Belichtungsparameter der lichtempfindlichen Elemente (2) umfasst.

13. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Sensor (1) Mittel (5) zur Kontrolle des Informationsgehalts der aus den lichtempfindlichen Elementen (2) ausgelesenen Daten umfasst, wobei bei zu geringem Informationsgehalt ein Warnsignal an den Nutzer ausgebbar ist.

14. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ansteuerungsmittel (3) derart ausgelegt sind, dass die zeitlichen Abstände zum Auslesen der lichtempfindlichen Elemente (2) variabel einstellbar sind.

15. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in den Sensor (1) mehrere Sensoren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 integriert sind.