DE69635858T2 - Telezentrische 3d kamera und zugehöriges verfahren - Google Patents

Telezentrische 3d kamera und zugehöriges verfahren Download PDF

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Description

  • GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft dreidimensionale Kameras und spezieller Systeme zur genauen Bestimmung des Abstands zu verschiedenen Objekten und Teilabschnitten von Objekten in der Szene.
  • Verschiedene Techniken sind bekannt, um ein dreidimensionales Bild einer Szene zu erzeugen, d.h. ein zweidimensionales Bild, das zusätzlich dazu, dass es das laterale Maß von Objekten in der Szene anzeigt, weiter den relativen oder absoluten Abstand der Objekte oder Teilabschnitte derselben von einem gewissen Bezugspunkt, wie z.B. dem Ort der Kamera, anzeigt.
  • Mindestens drei grundlegende Techniken werden üblicherweise verwendet, um solche Bilder zu erzeugen. Bei einer Technik wird ein Laser oder eine ähnliche Strahlenquelle verwendet, um einen Impuls zu einem speziellen Punkt in der Szene zu schicken. Der reflektierte Impuls wird detektiert, und die Laufzeit des Impulses, dividiert durch zwei, wird verwendet, um den Abstand des Punkts zu veranschlagen. Um den Abstand von verschiedenen Punkten in der Szene zu erhalten, lässt man die Quelle die Szene scannen, wobei eine Reihe von Impulsen zu aufeinanderfolgenden Punkten der Szene geschickt wird.
  • Bei einer noch anderen Technik wird eine Phasenverschiebung statt einer Laufzeit gemessen und verwendet, um Abstände zu veranschlagen. Auch hier muss die ganze Szene oder relevante Teilabschnitte derselben gescannt werden, jeweils ein Punkt auf einmal.
  • Bei einer dritten Technik, die auch ein Scannen beinhaltet, werden mindestens eine einzige Strahlenquelle und ein entsprechender Detektor mit geeigneter Optik verwendet, die auf das Licht auf eine Weise einwirkt, die vom Abstand zum Objekt, das untersucht wird, abhängt, um den Abstand zu einem speziellen Punkt in der Szene unter Verwendung einer Triangulierungstechnik zu bestimmen.
  • Der Hauptnachteil von allen drei der oben beschriebenen Techniken besteht darin, dass jede ein punktweises oder linienweises Scannen erfordert, um den Abstand der verschiedenen Objekte in der Szene zu bestimmen. Ein solches Scannen erhöht signifikant die Zyklusdauer des Systems, erfordert kostspielige Scannausrüstung und macht die Verwendung von schnellen und leistungsstarken Recheneinrichtungen und komplizierter Programmierung notwendig.
  • Die WO 89 12837 beschreibt ein optisches Radarsystem, das Reichweitedaten für eine Mehrzahl von Punkten in einer Szene simultan erfasst. Das System beleuchtet die Szene mit Lichtimpulsen und detektiert von der Szene reflektiertes Licht unter Verwendung eines torgesteuerten Detektors. Von Lichtimpulsen reflektierte Lichtmengen, die den torgesteuerten Detektor während seiner Ein-Zeiten erreichen, werden verwendet, um Abstände zu Punkten in der Szene zu bestimmen.
  • Die US 5,216,259 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung von Abständen zur Szene, die die Szene mit Lichtimpulsen beleuchtet. Licht, das von den Lichtimpulsen durch die Szene reflektiert wird, wird durch eine zeitabhängige Verstärkungsfunktion moduliert. Das modulierte Licht von einem Lichtimpuls wird verarbeitet, um ein Maß der Verstärkung, die das Licht moduliert, und daraus Verzögerungszeiten zwischen einer Zeit zu bestimmen, bei der der Impuls gesendet wurde, und Zeiten, bei denen von dem Impuls reflektiertes Licht bei der Vorrichtung ankommt. Die Verzögerungszeiten werden verwendet, um Reichweiten zu Gebieten der Szene zu bestimmen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein telezentrisches System bereitgestellt, um ein Bild zu erzeugen, das Abstände zu verschiedenen Objekten in einer Szene anzeigt, umfassend: (a) eine Strahlenquelle, um Quellstrahlung auf die Szene zu richten; (b) einen Detektor, um die Strahlungsintensität zu detektieren, die von den Objekten in der Szene reflektiert wird; (c) einen Quellenmodulator, um die Strahlenquelle zu modulieren; (d) Einrichtungen zum Kollimieren eines Anteils der von den Objekten in der Szene reflektierten Strahlung; (e) einen Reflexionsstrahlungsmodulator, um kollimierte Strahlung zu modulieren, die von den Objekten in der Szene reflektiert wird, wobei der Reflexionsstrahlungsmodulator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus akustooptischen Bauelementen und elektrooptischen Bauelementen besteht; (f) einen Quellenmodulatorsteuermechanismus, um den Quellenmodulator zu steuern; und (g) einen Reflexionsstrahlungsmodulatorsteuermechanismus, um den Detektormodulator zu steuern.
  • Gemäß der Erfindung wird ein telezentrisches System mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeiten der Quellenmodulatorsteuermechanismus und der Detektormodulatorsteuermechanismus, um den Quellenmodulator und den Detektormodulator simultan zu steuern.
  • Gemäß weiteren Merkmalen bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die unten beschrieben werden, dienen der Modulator der Quellstrahlung und der Modulator der reflektierten Strahlung dazu, die Quellstrahlung bzw. reflektierte Strahlung alternierend zu blockieren und freizugeben oder alternierend zu aktivieren und zu deaktivieren.
  • Gemäß noch weiteren Merkmalen in den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ist die Strahlenquelle eine Quelle von sichtbarem Licht, wie z.B. ein Laser, und der Detektor umfasst fotografischen Film oder einen Videokamerasensor, wie z.B. ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD).
  • Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren weiter:
    Verarbeiten der Strahlungsintensität, die von den Objekten in der Szene reflektiert wird, um Abstände der Objekte zu bestimmen, und in einer bevorzugtesten Ausführungsform: Vergleichen der Intensitäten, die während einer relativ kontinuierlichen Bestrahlungs- und Detektorperiode detektiert werden, mit Intensitäten, die während einer Modulation der Quelle und des Detektors detektiert werden.
  • Auch wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes bereitgestellt, das Abstände zu verschiedenen Objekten in einer Szene anzeigt, umfassend: (a) Richten von Quellstrahlung auf die Szene unter Verwendung einer Strahlenquelle; (b) Detektieren einer Strahlungsintensität, die von den Objekte in der Szene reflektiert wird; (c) Modulieren der Strahlenquelle unter Verwendung eines Strahlenquellenmodulators; (d) Kollimieren eines Anteils der Strahlung, die von den Objekten in der Szene reflektiert wird; (e) Modulieren der kollimierten Strahlung, die von den Objekten in der Szene reflektiert wird, wobei das Modulieren der reflektierten Strahlung durch ein Modulationsbauelement bewerkstelligt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus akustooptischen Bauelementen und elektrooptischen Bauelementen besteht; (f) Steuern des Quellenmodulators; und (g) Steuern des Detektormodulators.
  • Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren weiter: Verarbeiten der Intensität der von den Objekten in der Szene reflektierten Strahlung, um Abstände der Objekte zu bestimmen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verarbeitung einen Vergleich von Intensitäten, die während einer relativ kontinuierlichen Bestrahlungs- und Detektorperiode detektiert werden, mit Intensitäten, die während einer Modulation der Quelle und des Detektors detektiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung geht erfolgreich die Nachteile der gegenwärtig bekannten Konfigurationen an, indem ein System und ein Verfahren bereitgestellt werden, um Abstände zu Teilabschnitten einer Szene schnell und leicht zu bestimmen, ohne dass ein kostspieliges und zeitraubendes Scannen der Szene benötigt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird hierin mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen nur als Beispiel beschrieben.
  • 1A stellt eine mögliche Konfiguration eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
  • 1B gibt eine zweite mögliche Konfiguration eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wieder;
  • 2 stellt ein typisches Modulationsschema dar, das in einem System und bei einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
  • 3 stellt ein anderes Modulationsschema dar, das verwendet werden kann;
  • 4 veranschaulicht noch ein anderes Modulationsschema, das verwendet werden kann, um die Genauigkeit eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein System und ein Verfahren, die verwendet werden können, um den Abstand von verschiedenen Teilabschnitten einer Szene zu bestimmen, insbesondere einer Szene, die verhältnismäßig nahe gelegen ist.
  • Die Prinzipien und der Betrieb eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können mit Bezug auf die Zeichnungen und die begleitende Beschreibung besser verstanden werden.
  • Mit Bezug nun auf die Zeichnungen veranschaulichen die 1A und 1B zwei erläuternde Konfigurationen von Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Mit Bezug auf das System von 1A lenkt eine Strahlenquelle 10 Strahlung auf die Szene 11, die beobachtet wird. Zwecks Veranschaulichung umfasst die wiedergegebene Szene ein dreidimensionales Objekt, wobei hierin auf Teilabschnitte des Objekts Bezug genommen wird, die verhältnismäßig weit entfernt bzw. nahe gelegen sind, die mit 'A' und 'B' bezeichnet sind. Die verwendete Strahlung kann eine beliebige geeignete Strahlung mit einer geeigneten Wellenlänge für die untersuchten Abstände oder anderen geeigneten Eigenschaften sein, wie aus der anschließenden Erörterung deutlicher wird. Für die meisten Anwendungen ist die Strahlung sichtbare oder Infrarot-Strahlung, wie z.B. Laserstrahlung oder stroboskopisches Licht.
  • Das System umfasst weiter einen Detektor 12, um die Intensität von Strahlung zu detektieren, die von den Objekten in der Szene reflektiert wird. Die detektierte Strahlung ist derjenige Anteil der Quellstrahlung, der auf das Objekt oder die Objekte der Szene auftrifft und der in der Richtung auf den Detektor 12 zurückreflektiert wird. Der verwendete Detektor kann ein beliebiger geeigneter Detektor mit einer geeigneten Auflösung und einer geeigneten Anzahl von Graustufen sein, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, eine fotografische Filmkamera, eine elektronische Kamera und eine Videokamera, wie z.B. eine CCD-Kamera.
  • Das System umfasst einen Strahlenquellenmodulator, der als Gegenstand 16 schematisch wiedergegeben ist, um die Strahlenquelle 10 oder die Quellstrahlung zu modulieren. Das System umfasst weiter einen Detektormodulator 18, um die reflektierte Strahlung zu modulieren, die in Richtung auf den Detektor 12 gelenkt wird.
  • Das Wort 'modulieren', wie hierin verwendet, soll ein beliebiges Variieren des Betriebsniveaus oder beliebiger Betriebsparameter der Strahlenquelle 10 oder der Quellstrahlung selbst und/oder der reflektierten Strahlung umfassen, wenn es zweckdienlich erscheint, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, das alternierende Blockieren und Freigeben und das alternierende Aktivieren und Deaktivieren der Strahlenquelle 10 oder der Quellstrahlung und des Detektors 12 oder der reflektierten Strahlung.
  • Verschiedene Mechanismen können verwendet werden, um die Strahlenquelle 10 oder die Quellstrahlung und die reflektierte Strahlung zu modulieren. Z.B. kann die Quellstrahlung unter Verwendung einer geeigneten Unterbrecherblende 17 oder eines ähnlichen Elements periodisch physisch blockiert werden.
  • Andere Mechanismen, die verwendet werden können, um die Strahlenquelle 10 zu modulieren, umfassen verschiedene elektronische Hochfrequenzmodulationseinrichtungen zum periodischen Deaktivieren der Strahlenquelle 10 und/oder des Detektors 12. In der 1 ist ein Quellenmodulator 16 wiedergegeben, der das Konzept eines elektronischen Aktivierens und Deaktivierens der Strahlenquelle 10 vermitteln soll.
  • Man kann sich verschiedene Einrichtungen zum Modulieren des Detektors 12 vorstellen, einschließlich derjenigen, die den Einrichtungen zum Modulieren der Strahlenquelle 10 entsprechen, die oben beschrieben sind. Vorzugsweise wird die reflektierte Strahlung mit der Hilfe von verschiedenen elektrooptischen Modulatoren moduliert, wie z.B. KDP (KH2PO4) oder eines beliebigen anderen elektrooptischen Kristalls, der Licht modulieren oder schalten kann, Lithiumniobat und Flüssigkristalle, die schnelle und genaue Modulationsvermögen oder vorzugsweise Torsteuervermögen aufweisen.
  • Es muss angemerkt werden, dass, immer wenn in der Beschreibung und den Ansprüchen auf einen Strahlenquellenmodulator oder auf die Modulation der Strahlenquelle Bezug genommen wird, es so zu verstehen ist, dass die Modulation der Strahlenquelle selbst und/oder der Quellstrahlung einbezogen ist.
  • Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Miniaturirisblende 40, durch die ein wenig von der vom Objekt 11 reflektierten Strahlung hindurchgehen kann. Durch die Irisblende 40 hindurchgehende Strahlung wird dann unter Verwendung von mindestens einer kollimierenden Gegenstandslinse 42 kollimiert. Die Irisblende 40 ist im Wesentlichen am Brennpunkt der kollimierenden Gegenstandslinse 42 angeordnet.
  • Die kollimierte Strahlung geht dann durch ein geeignetes akustooptisches Bauelement oder einen elektrooptischen Kristall, wie z.B. KDP 18, der als ein Modulations- oder Torsteuerbauelement dient, hindurch.
  • Die den KDP 18 verlassende modulierte Strahlung geht durch mindestens eine Abbildungslinse 44 hindurch, die die modulierte Strahlung durch eine Austrittsirisblende 46 schickt, die im Wesentlichen am Brennpunkt der Abbildungslinse 44 angeordnet ist. Durch die Austrittsirisblende 46 hindurchgehende Strahlung trifft dann auf einen geeigneten Detektor auf, wie z.B. einen CCD-Sensor 12.
  • Schließlich umfasst ein System gemäß der vorliegenden Erfindung Mechanismen zum Steuern des Quellenmodulators 16 und des Detektormodulators 18. Vorzugsweise arbeiten die Mechanismen zum Steuern des Quellenmodulators 16 und des Detektormodulators 18 auf eine koordinierte Weise zusammen oder sind am bevorzugtesten derselbe Mechanismus 20, um den Quellenmodulator 16 und den Detektormodulator 18 simultan zu steuern.
  • Die simultane Steuerung kann synchron sein, so dass der Betrieb von sowohl der Strahlenquelle 10 als auch des Detektors 12 auf dieselbe Weise zum selben Zeitpunkt, d.h. synchron, beeinflusst wird. Jedoch ist die simultane Steuerung nicht auf eine solche synchrone Steuerung beschränkt, und es ist eine breite Vielfalt von anderen Steuerungen möglich. Z.B., und ohne dass der Bereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise be schränkt wird, können im Fall einer Blockier- und Freigabesteuerung die Strahlenquelle 10 und der Detektor 12 unterschiedliche Zeitdauern lang während jedes Zyklus offen sein und/oder kann das Freigeben des Detektors 12 dem Freigeben der Strahlenquelle 10 während jedes Zyklus nacheilen.
  • Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst weiter einen geeigneten Prozessor 22, der die Intensität von Strahlung, die durch den Detektor 12 detektiert wird, analysiert und den Abstand zu verschiedenen Objekten und Teilabschnitten von Objekten in der Szene, die untersucht wird, bestimmt. Der Betrieb des Prozessors 22 wird in größerer Einzelheit unten erörtert.
  • Eine Variation eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1B wiedergegeben. Die Konfiguration von 1B unterscheidet sich von derjenigen von 1A in einer Anzahl von Hinsichten, wobei die hauptsächliche von diesen darin besteht, dass in 1B die Modulation von sowohl der Quelle als auch der reflektierten Strahlung durch den KDP 18 bewerkstelligt wird. Dieses Merkmal der Konfiguration von 1B schreibt eine Anzahl von Änderungen in der Konfiguration des Systems vor. Folglich wird die Strahlenquelle 10 nun von der Seite in den KDP 18 eingespeist. Ein Strahlenteiler 50 wird verwendet, um einen signifikanten Anteil der Quellstrahlung in Richtung auf die Objekte 11 abzulenken und ermöglicht es für reflektierte Strahlung, die von den Objekten 11 kommt, auf ihrem Weg zum CCD-Sensor 12 durch den KDP 18 hindurchzugehen. Der Mechanismus 20', der die Modulation des KDP 18 steuert, ist insofern modifiziert, als nur ein einziges Bauelement statt der synchronen Steuerung von zwei separaten Bauelementen, wie in der Konfiguration von 1A, moduliert werden muss.
  • Beim Betrieb arbeitet ein typisches System gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Laser als die Strahlenquelle, einen CCD-Sensor als den Detektor verwendet und das die Quelle und den Detektor durch synchrones Schalten moduliert, wie folgt.
  • Die Strahlenquelle (z.B. Laser) 10 oder die Quellstrahlung wird moduliert. Der KDP 18 moduliert die durch ihn hindurchgehende reflektierte Strahlung auf eine Weise, die mit der Modulation der Quellstrahlung synchron ist. In der Konfiguration von 1B moduliert der KDP 18 sowohl die Quellstrahlung als auch die reflektierte Strahlung.
  • Dies ist schematisch in 2 wiedergegeben, die einen Typ von Rechteckwellenmodulation darstellt, wobei die Legende 'CCD' die Modulation der reflektierten Strahlung anzeigen soll, während sie durch den KDP 18 hindurchgeht. Folglich sind während jedes Zyklus sowohl der Laser 10 als auch die reflektierte Strahlung eine Zeit 'a' lang aktiv, und sie sind eine Zeit 'b' lang inaktiv. Die Zeiten 'a' und 'b' können gleich oder verschieden sein. Die Wellenlänge des Lasers 10 und die Zeit 'a' werden so gewählt, dass Licht vom Laser 10 zu den entferntesten Objekten von Interesse in der Szene laufen kann und zurück zur CCD 12 reflektiert wird.
  • Die Wahl der Zeit 'a' kann mit einem einfachen Beispiel veranschaulicht werden. Man nehme an, dass die Szene, die untersucht werden soll, wie in 1A und 1B ist, wobei der maximale Abstand, der zu untersuchen ist, ungefähr 50 Meter von der Quelle oder dem Detektor entfernt ist, d.h. beide Objekte A und B befinden sich innerhalb von etwa 50 Metern von dem Detektor und der Quelle. Licht, das von der Quelle zu dem entferntesten Objekt und zurück zum Detektor läuft, würde ungefähr 0,33 μsec brauchen, um die 100 Meter zu durchlaufen. Folglich sollte die Zeitdauer 'a' ungefähr 0,33 μsec betragen.
  • Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Idee, dass während jedes Zyklus ein nahe gelegenes Objekt eine längere Zeitspanne lang als ein weit entferntes Objekt Licht zum Detektor reflektiert. Der Unterschied in der Zeitdauer des detektierten reflektierten Lichts während jedes Zyklus wirkt sich in einer unterschiedlichen Intensität oder Graustufe auf dem Detektor aus. Folglich, wenn man z.B. an nimmt, dass ein gewisser Punkt auf dem Objekt B eine gewisse Anzahl von Metern von der Quelle und/oder dem Detektor entfernt ist, während ein gewisser Punkt auf dem Objekt A einen größeren Abstand entfernt ist, dann fängt reflektiertes Licht vom Punkt auf B verhältnismäßig früh im aktiven Anteil des Detektorzyklus damit an, am Detektor anzukommen (siehe 2) und fährt fort, durch den Detektor empfangen zu werden, bis der Detektor am Ende des aktiven Anteils des Detektorzyklus deaktiviert wird. Das reflektierte Licht vom Punkt auf B fährt fort, seinen Weg in Richtung auf den Detektor eine Periode 'a' lang fortzusetzen, die der Bestrahlungsperiode entspricht (siehe die strichpunktierte Linie in 2). Jedoch wird der Anteil dieser reflektierten Strahlung, die jenseits der Deaktivierung oder Blockierung des Detektors liegt, nicht durch den Detektor empfangen und trägt nicht zur Intensität bei, die durch die entsprechenden Pixel des Detektors erfasst wird.
  • Im Gegensatz dazu fängt Licht, das vom Punkt auf einem Objekt A reflektiert wird, später während des aktiven Anteils des Detektorzyklus damit an, am Detektor anzukommen, und fährt auch fort, durch den Detektor empfangen zu werden, bis der Detektor deaktiviert wird.
  • Das Ergebnis ist, dass reflektiertes Licht von einem Punkt auf dem Objekt B eine längere Zeitspanne lang als reflektiertes Licht von einem Punkt auf dem Objekt A empfangen wird (siehe die schraffierten Bereiche in 2). Der Detektor ist so beschaffen, dass die Graustufenintensität jedes Pixels während jedes Zyklus mit der Zeit in jedem Zyklus in Beziehung gesetzt wird, während welcher Strahlung durch dieses Pixel empfangen wurde. Folglich kann die Intensität oder die Graustufe in den Abstand, relativ oder absolut, des Punktes auf dem Objekt übersetzt werden.
  • Wie oben angegeben, ist der synchrone Ein/Aus-Betrieb, der in dem Beispiel beschrieben ist und in 2 wiedergegeben ist, nicht der einzig mögliche Betriebsmodus. Andere Modulationen können verwendet werden. Z.B. kann die Strahlenquelle und/oder der Detektor harmonisch moduliert werden, wie in 3 dargestellt.
  • Um zu vermeiden, dass man falsche Signale von entfernten Objekten erhält, die jenseits des Gebiets von Interesse sind, kann es wünschenswert sein, die Zeitdauer 'b' zu erhöhen, während welcher die Quelle/Detektor inaktiv sind, so dass der größte Teil der reflektierten Strahlung von weit entfernten Objekten, die von keinem Interesse sind, den Detektor erreicht, wenn der Detektor deaktiviert ist, und sie deshalb nicht zur Intensität beitragen, die durch das entsprechende Pixel des Detektors detektiert wird. Eine richtige Wahl der Zeitdauer 'b' kann folglich verwendet werden, um zu gewährleisten, dass nur reflektierte Strahlung von Objekten innerhalb der gewünschten Untersuchungsreichweite während jedes spezifischen Zyklus empfangen wird, wodurch die Interpretation des Intensitätsbilds erleichtert wird.
  • Wie leicht ersichtlich ist, können in gewissen Anwendungen unterschiedliche Teilabschnitte der verschiedenen Objekte in der Szene unterschiedliche Reflexionsvermögen aufweisen. Die unterschiedlichen Reflexionsvermögen ergeben sich aus unterschiedlichen Farben, Texturen und Winkeln der verschiedenen Teilabschnitte der Objekte. Folglich werden zwei Punkte, die gleich weit von der Quelle/Detektor entfernt sind, so detektiert, dass sie unterschiedliche Intensitäten aufweisen, was zu falschen Abstandsanzeigewerten führen könnte, die auf Intensitäten beruhen, wie oben beschrieben.
  • Es ist möglich, Unterschiede in Reflexionsvermögen von unterschiedlichen Objekten oder Teilabschnitten von Objekten, die untersucht werden, leicht zu kompensieren. Wie wohlbekannt ist, ist die Intensität, die durch ein Pixel eines Detektors detektiert wird, das von einem spezifischen Teilabschnitt einer Szene kontinuierliche Strahlung empfängt, direkt proportional zum Reflexionsvermögen des Teilabschnitts der Szene, der betrachtet wird, und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen dem Teilabschnitt der Szene, die betrachtet wird, und dem Detektor.
  • Es kann leicht gezeigt werden, dass, wenn eine Impulsstrahlenquelle, wie z.B. diejenigen, die oben beschrieben sind, verwendet wird, die Intensität, die durch ein Pixel eines Detektors detektiert wird, das Strahlung von einem speziellen Teilabschnitt einer Szene empfängt, noch direkt proportional zum Reflexionsvermögen des Teilabschnitts der Szene, die betrachtet wird, ist, aber umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem Teilabschnitt der Szene, die betrachtet wird, und dem Detektor hoch 3 ist.
  • Folglich kann man, um die Wirkungen von verschiedenen Reflexionsvermögen zu kompensieren, sowohl kontinuierliche Strahlung als auch Impulsstrahlung verwenden. Ein Beispiel für einen solchen Zyklus ist in 4 dargestellt. Hier sind die Strahlenquelle und der Detektor für eine verhältnismäßig lange Zeitspanne aktiv, um die kontinuierliche Intensität der Objekte in der Szene zu liefern. Die Quelle und der Detektor werden periodisch deaktiviert, und die Quelle und der Detektor werden auf dieselbe Weise gepulst, wie oben mit Bezug auf die grundlegende Ausführungsform beschrieben, wobei einer oder mehrere, vorzugsweise ein Zug von Impulsen verwendet wird.
  • Die Detektion während des Impulsanteils des Zyklus wird wie oben beschrieben angewandt. Jedoch wird zusätzlich die kontinuierliche Detektion während der langen aktiven Periode des Zyklus angewandt, um die Abstände zu korrigieren oder zu normieren und Unterschiede in Reflexionsvermögen zu kompensieren. Die Kompensation kann durch ein beliebiges bequemes Verfahren bewerkstelligt werden, z.B. indem man die Intensität von jedem Pixel während der kontinuierlichen Periode durch die Intensität desselben Pixels während der Impulsperiode dividiert, wobei der Quotient zwischen den zwei direkt proportional zum Abstand des Gebiets ist, das vom Pixel betrachtet wird.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes, das Abstände zu Objekten (A, B) in einer Szene (11) anzeigt, umfassend – eine modulierte Strahlenquelle (10), die Strahlung in Richtung auf eine Szene lenkt, so dass ein Anteil der Strahlung von der Quelle von der Szene reflektiert wird und die Vorrichtung erreicht; – einen Detektor (12), der ein Bild detektiert, das von der Strahlung erzeugt wird, die die Vorrichtung erreicht; – einen Prozessor (22), der ein Bild mit einer Intensitätswertverteilung erzeugt, die den Abstand von Objekten von der Vorrichtung anzeigt, ansprechend auf die Intensitätsverteilung des detektierten Bildes; und umfassend – eine erste telezentrische Optik, die mindestens eine Linse (42) und eine Irisblende (40) umfasst, die im Wesentlichen am Brennpunkt der mindestens einen Linse (42) angeordnet ist, die die Strahlung, die von der Szene reflektiert wird, die die Vorrichtung erreicht, empfängt und kollimiert; und – einen Modulator (18), der die kollimierte Strahlung moduliert, so dass ein Teil des Anteils der Strahlung, die die Vorrichtung erreicht, durch den Modulator zu einer zweiten telezentrischen Optik durchgelassen wird, die mindestens eine Abbildungslinse (44) umfasst, die das Licht sendet, um durch eine Irisblende (46) hindurchzutreten, die im Wesentlichen am Brennpunkt der Abbildungslinse (44) angeordnet ist, wobei Licht, das durch die Irisblende (46) hindurchtritt, das Bild erzeugt, das durch den Detektor detektiert wird, wobei der Teil vom Abstand von respektiven Teilabschnitten der Szene von der Vorrichtung abhängt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Quelle (10) und der Detektor (12) fluchten.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Strahlenquelle eine kontinuierliche Strahlenquelle umfasst, die durch denselbe Modulator wie die detektierte Strahlung moduliert wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die modulierte Strahlenquelle Strahlung in Richtung auf die Szene entlang einer Achse lenkt, so dass ein Anteil der Strahlung von der Quelle von der Szene reflektiert wird und die Vorrichtung erreicht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und umfassend eine Fokussierlinse (44), die die modulierte kollimierte Strahlung empfängt und sie auf den Detektor (12) fokussiert.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Modulator ein elektro-optischer Modulator ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Modulator ein KDP-Modulator ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Modulator ein akusto-optisches Gerät ist.
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