<Desc/Clms Page number 1>
MEETSYSTEEM
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van de positie van een punt, waarbij dit punt wordt waargenomen door minstens twee afzonderlijke camera's met een aantal beeldpunten, waarbij de beeldpunten, waar het beeld van genoemd punt waargenomen wordt, bepaald worden en vervolgens de positie van dit punt berekend wordt aan de hand van de positie van deze aldus bepaalde beeldpunten.
Volgens de huidige stand van de techniek wordt, voor het bepalen van de positie van een punt, opeenvolgend voor elk beeldpunt van een camera onderzocht of het beeld van dit punt erop invalt. Aangezien de gebruikte camera's een hoge resolutie, bijvoorbeeld 2000x2000 beeldpunten, dienen te bezitten, vergt het zoeken naar het beeld van genoemd punt zeer complexe en dure apparatuur en is bovendien zeer tijdrovend.
De uitvinding wil aan deze nadelen verhelpen door een werkwijze voor te stellen welke toelaat op een zeer snelle en economisch voordelige manier de positie van een punt met grote nauwkeurigheid te bepalen, zelfs wanneer dit verplaatst wordt.
Tot dit doel wordt aan elk van de beeldpunten van beeldpunten van minstens een camera een adres toegekend en wordt een groep van deze beeldpunten geselecteerd uit de beeldpunten van deze camera, zodanig dat deze groep minstens gedeeltelijk de beeldpunten omvat waar genoemd beeld waargenomen wordt, waarbij, bij het verplaatsen van genoemd punt, deze groep
<Desc/Clms Page number 2>
aangepast wordt zodanig dat deze de beeldpunten blijft bevatten waar genoemd beeld wordt waargenomen.
Doelmatig wordt het zwaartepunt van het beeld van genoemd punt berekend, waarbij genoemde groep uit een vast aantal beeldpunten wordt samengesteld en zodanig wordt aangepast dat het zwaartepunt hiervan samenvalt met het berekende zwaartepunt van het beeld van genoemd punt.
Op een voordelige wijze kiest men een denkbeeldig venster dat genoemde groep bevat en volgt men met dit venster de baan van het beeld van genoemd punt.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het bepalen van de positie van een punt, met minstens twee afzonderlijke camera's en middelen zijn om, aan de hand van het beeld gevormd door elk van de camera's, de positie van genoemd punt te bepalen.
Deze inrichting is gekenmerkt doordat minstens één van genoemde camera's middelen bevat welke toelaten elk van de beeldpunten afzonderlijk te identificeren.
Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, zijn middelen voorzien welke toelaten een groep van beeldpunten te selecteren uit de beeldpunten van een camera, waarbij deze groep de beeldpunten waar het beeld van genoemd punt wordt waargenomen omvat, en waarbij middelen voorzien zijn om, bij het verplaatsen van genoemd punt, genoemde groep zodanig aan te passen dat deze de beeldpunten blijft bevatten waar genoemd beeld wordt waargenomen.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, is minstens één van genoemde camera's een zogenaamde adresseerbare camera.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiema volgende beschrijving van een specifieke uitvoeringsvorm van de werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte niet van de gevorderde bescherming ; de hierna gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Figuur 1 is een schematische principevoorstelling van een inrichting volgens de uitvinding.
Figuur 2 is een schematische voorstelling van beeldscherm van een camera.
In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde of De werkwijze en de inrichting, volgens de uitvinding, hebben betrekking op een meetsysteem, meer bepaald een zogenaamd optisch coördinatenmeetsysteem, waarbij de coördinaten van een punt worden opgemeten ten opzichte van een referentie. Het punt dat dient opgemeten te worden bestaat bij voorkeur uit een lichtpunt of een element dat een optisch signaal geeft zoals bijvoorbeeld een lamp.
Op deze manier is het bijvoorbeeld mogelijk de afstand tussen twee punten te bepalen of de vorm van een voorwerp te registreren. Deze gegevens kunnen dan in het geheugen van een computer opgeslagen en aldus bewerkt worden.
In figuur 1 zijn twee camera's 1 en 2 weergegeven welke naar een punt, dat bij middel van een lichtpunt 3 aangeduid wordt, gericht zijn. Deze camera's zijn onder een hoek ten opzichte van elkaar geplaatst en hun relatieve positie is gekend. Dergelijke camera's hebben een resolutie welke, onder andere, bepaald wordt door het aantal waarop een beeld van een voorwerp kan gedetecteerd worden. Aldus is het mogelijk, wanneer de positie van het beeld van het lichtpunt 3 op de camera's 1 en 2 nauwkeurig gekend is, om de juiste positie of de juiste coördinaten van genoemd lichtpunt 3 ten opzichte van deze camera's, of opzichte van een referentie, welke vast is met deze camera's 1 en 2, te berekenen met behulp van op zich bekende driehoeksmeetkunde.
Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt aan elk beeldpunt van de camera's 1 en 2 een adres toegekend zodat elk beeldpunt afzonderlijk kan uitgelezen worden met behulp van een computer 8. Op deze manier kan elk beeldpunt worden en kan dus, voor elk beeldpunt, waargenomen worden of hierop een beeld gevormd
<Desc/Clms Page number 4>
wordt. In figuur 2 wordt het geheel van beeldpunten van een camera 1 of 2 schematisch voorgesteld door een rechthoek 7.
Vervolgens wordt een groep van beeldpunten, meer bepaald een zogenaamd venster 4, zoals voorgesteld in figuur 2, samengesteld. Het venster 4 wordt zodanig gekozen dat het de beeldpunten bevat van de camera 1 of 2 waarop een beeld 5 van genoemd beeldpunt 3 gevormd wordt. Bij voorkeur wordt ervoor gezorgd dat het zwaartepunt van dit venster 4 samenvalt met het zwaartepunt van de beeldpunten waarop het beeld 5 van genoemd beeldpunt 3 invalt.
Wanneer een dergelijk venster 4 gekozen is worden enkel nog de beeldpunten van de camera l of 2, welke in dit venster 4 liggen, beschouwd.
Aldus wordt de rekentijd van een dergelijk meetsysteem in sterke mate gereduceerd doordat slechts een beperkt aantal beeldpunten van het totale aantal beeldpunten dient aangewend te worden om de positie van genoemd lichtpunt 3 te bepalen. De te verwerken data wordt met andere woorden drastisch beperkt.
Wanneer genoemd lichtpunt 3 verplaatst wordt ten opzichte van de camera's l en 2 wordt dit waargenomen door genoemd meetsysteem doordat de positie van het beeld 5 van het lichtpunt 3 een nieuwe positie inneemt binnen het venster 4. Om deze verplaatsing te volgen wordt het venster 4 verschoven zodat het beeld 5 hierin blijft vallen. De groep van beeldpunten welke dit venster 4 vormen wordt met andere woorden zodanig aangepast dat de beeldpunten waarop het beeld 5 gevormd wordt tot deze groep blijven behoren.
Op deze manier wordt bijgevolg een denkbeeldig venster 4 gegenereerd dat de baan van de verplaatsing van het beeld 5, bij een overeenkomstige verplaatsing van het lichtpunt 3, volgt. Dit is schematisch weergegeven in figuur 2 waar, bij het verplaatsen van het lichtpunt 3, het beeld 5 zich volgens pijl 6 verplaatst naar een beeld 5'. Het venster 4 wordt overeenkomstig verschoven naar een venster 4'.
Voor het verschuiven van het venster 4 of het aanpassen van de overeenkomstige groep van beeldpunten wordt bijvoorbeeld eerst het zwaartepunt van de beeldpunten, waarop een beeld 5 van genoemd lichtpunt 3 gevormd wordt, berekend. Vervolgens wordt het venster 4 verschoven of de
<Desc/Clms Page number 5>
groep van beeldpunten zodanig aangepast dat het zwaartepunt hiervan samenvalt met het zwaartepunt van genoemd beeld 5.
Bij het verplaatsen van het beeld 5, worden eveneens de coördinaten van genoemd punt, of meer bepaald van het lichtpunt 3, berekend.
Deze berekening wordt zeer snel uitgevoerd aangezien hiervoor slechts een beperkt aantal beeldpunten in aanmerking dient genomen te worden, namelijk deze met een adres binnen genoemde groep of genoemd venster 4.
Indien het beeld van het lichtpunt 3 tijdelijk niet waargenomen wordt door de camera's 1 of2 doordat zieh bijvoorbeeld een voorwerp tussen het lichtpunt 3 en de camera's 1 en 2 bevindt, wordt genoemd venster 4 bijvoorbeeld groter gemaakt totdat het beeld 5 terug binnen dit venster valt. Wanneer aldus het beeld 5 gedetecteerd is, wordt vervolgens aan dit venster terug de oorspronkelijke grootte gegeven waarbij ervoor gezorgd wordt dat het gevormd beeld 5 volledig binnen dit venster 4 blijft.
Als gevolg van de geringe hoeveelheid data die dient verwerkt te worden om de positie van een punt te berekenen, is het mogelijk met de werkwijze, volgens de uitvinding, verschillende metingen voor eenzelfde positie van het punt of het lichtpunt 3 uit te voeren en hiervan telkens de coördinaten te berekenen. Dit laat toe als resultaat een gemiddelde van de berekende waarden te genereren, zodat de definitief berekende coördinaten van een punt een zeer geringe fout vertonen met een heel beperkte spreiding.
Bij de huidige meetmethoden is, door de enorme hoeveelheid te verwerken data, het niet mogelijk om meerdere metingen van een zelfde positie uit te voeren en deze metingen uit te middelen.
Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt aldus een hoge beeldresolutie, bijvoorbeeld 2000x2000 beeldpunten, gecombineerd met een hoge uitleessnelheid van deze beeldpunten, wat heel nauwkeurige metingen toelaat. Onder uitleessnelheid wordt verstaan de snelheid waarmee informatie van een bepaald beeldpunt beschikbaar is voor verwerking door middel van bijvoorbeeld een computer 8. Deze hoge snelheid wordt bereikt doordat aan elk beeldpunt een eigen adres toegekend wordt.
<Desc/Clms Page number 6>
In een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de beeldpunten in bepaalde zones ingedeeld, waarbij aan de beeldpunten binnen eenzelfde zone eenzelfde adres toegekend wordt. Aldus bestaat een dergelijke zone bijvoorbeeld uit een kolom van beeldpunten. De hierboven beschreven werkwijze wordt hierop toegepast waarbij genoemde zone verwerkt wordt zoals een enkel beeldpunt.
De inrichting, volgens de uitvinding, welke toelaat de positie van een punt, of meer bepaald de coördinaten van dit punt, ten opzichte van een referentie te meten is schematisch weergegeven in figuur I. Deze bevat twee camera's 1 en 2 welke naar een lichtpunt 3 gericht zijn en middelen 8 om, aan de hand van het beeld gevormd door elk van de camera's I en 2, de positie van dit lichtpunt 3 te bepalen. Genoemde middelen bevatten bij voorkeur een computer met een aangepast programma.
Minstens een van de camera's 1 en 2 bevat middelen die toelaten elk beeldpunt van de camera 1 of 2 afzonderlijk te identificeren. Aldus is het mogelijk om, met behulp van de computer 8, van een vooraf bepaald beeldpunt, een signaal te ontvangen dat aangeeft of op dit beeldpunt een beeld van het lichtpunt 3 gevormd wordt. De inrichting, volgens de uitvinding laat eveneens toe om een zone van beeldpunten te identificeren, zoals bijvoorbeeld een kolom beeldpunten.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, is aldus minstens een van beide camera's 1 of 2 een adresseerbare camera. Bij voorkeur wordt echter elk van beide camera's gevormd door een dergelijke adresseerbare camera.
Verder zijn middelen voorzien welke toelaten een groep van beeldpunten te selecteren uit de beeldpunten van een camera zodanig dat deze groep de beeldpunten, waar het beeld van genoemd punt wordt waargenomen, omvat. Deze middelen bestaan, in de uitvoeringsvorm van de inrichting, zoals voorgesteld in figuur 1, een computer 8 met computerapparatuur.
Deze computer 8 zorgt er eveneens voor dat, bij het verplaatsen van genoemd punt, genoemde groep, of met andere woorden het
<Desc/Clms Page number 7>
venster 4, zodanig aangepast wordt dat deze de beeldpunten blijft bevatten waar het beeld 5 wordt waargenomen.
Hiertoe wordt bijvoorbeeld met de computer 8 het zwaartepunt van het beeld van genoemd punt berekend en wordt genoemde groep beeldpunten zodanig aangepast dat het zwaartepunt hiervan samenvalt met het berekende zwaartepunt van het beeld van genoemd punt.
De inrichting, volgens de uitvinding is verder uitgerust met een lichtpunt 3. Dit lichtpunt 3 wordt bijvoorbeeld gevormd door een lamp die op een houder met een puntvormig uiteinde gemonteerd is. Aldus wordt dit uiteinde van de houder tegen een voorwerp gehouden op een plaats waarvan men de positie wenst te kennen. Door middel van genoemde camera's 1 en 2 en de computer 8 wordt de positie bepaald van een of, bij voorkeur, twee of meerdere lampen, die vast zijn met de houder en zich dus op een gekende afstand bevinden van dit puntvormig uiteinde. Verder kunnen dan, uitgaande van de gedetecteerde positie van genoemde lampen, de juiste coördinaten van de plaats, waar het puntvormig uiteinde van genoemde houder zich bevindt, berekend worden.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting, volgens de uitvinding, wordt genoemd lichtpunt 3 gevormd door een lichtdiode (d. i. een zogenaamde LED).
De uitvinding is natuurlijk niet beperkt tot de hierboven beschreven werkwijze en in bijgaande figuren voorgestelde inrichting voor het bepalen van de positie van een punt. Zo kunnen meerdere lichtpunten gebruikt worden om de positie van eenzelfde punt te bepalen. Ook kunnen meer dan twee camera's voorzien zijn, wat de nauwkeurigheid van de meting van een positie kan verbeteren.
<Desc / Clms Page number 1>
MEASURING SYSTEM
The invention relates to a method for determining the position of a point, wherein this point is observed by at least two separate cameras with a number of pixels, wherein the pixels, where the image of said point is observed, are determined and then the position of this point is calculated on the basis of the position of these pixels thus determined.
According to the current state of the art, for determining the position of a point, it is examined successively for each pixel of a camera whether the image of this point falls on it. Since the cameras used must have a high resolution, for example 2000x2000 pixels, the search for the image of said point requires very complex and expensive equipment and is also very time consuming.
The invention aims to overcome these drawbacks by proposing a method which allows to determine the position of a point with great accuracy in a very fast and economically advantageous manner, even when it is moved.
For this purpose, each of the pixels of pixels of at least one camera is assigned an address and a group of these pixels is selected from the pixels of this camera, such that this group includes at least partially the pixels where said image is observed, wherein, when moving that point, this group
<Desc / Clms Page number 2>
adjusted so that it continues to contain the pixels where said image is observed.
The center of gravity of the image of said point is expediently calculated, said group being composed of a fixed number of pixels and adjusted so that its center of gravity coincides with the calculated center of gravity of the image of said point.
Advantageously, an imaginary window containing said group is chosen and with this window the path of the image of said point is followed.
The invention also relates to a device for determining the position of a point, with at least two separate cameras and means for determining the position of said point on the basis of the image formed by each of the cameras.
This device is characterized in that at least one of said cameras contains means which enable each of the pixels to be identified individually.
According to a special embodiment of the device according to the invention, means are provided which allow to select a group of pixels from the pixels of a camera, this group comprising the pixels where the image of said point is observed, and means are provided to, when moving said point, adjust said group so that it continues to contain the pixels where said image is observed.
According to a preferred embodiment of the device according to the invention, at least one of said cameras is a so-called addressable camera.
Other particularities and advantages of the invention will become apparent from the following description of a specific embodiment of the method and the device according to the invention; this description is given as an example only and does not limit the scope of the protection sought; the reference numbers used hereinafter refer to the attached figures.
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
Figure 1 is a schematic principle representation of a device according to the invention.
Figure 2 is a schematic representation of a camera's screen.
In the different figures, the same reference numerals refer to the same or The method and the device, according to the invention, relate to a measuring system, in particular a so-called optical coordinate measuring system, in which the coordinates of a point are measured with respect to a reference. The point to be measured preferably consists of a light point or an element that gives an optical signal such as, for example, a lamp.
In this way it is possible, for example, to determine the distance between two points or to register the shape of an object. This data can then be stored in the memory of a computer and thus processed.
In Figure 1, two cameras 1 and 2 are shown, which are directed to a point, which is indicated by means of a light point 3. These cameras are placed at an angle to each other and their relative position is known. Such cameras have a resolution which, among other things, is determined by the number at which an image of an object can be detected. Thus, when the position of the image of the light point 3 on the cameras 1 and 2 is accurately known, it is possible to determine the correct position or coordinates of said light point 3 with respect to these cameras, or with respect to a reference, which is fixed with these cameras 1 and 2, which can be calculated using triangle geometry known per se.
In the method according to the invention, each pixel of the cameras 1 and 2 is assigned an address so that each pixel can be read separately with the aid of a computer 8. In this way, each pixel can be and thus, for each pixel, can be observed or an image formed on it
<Desc / Clms Page number 4>
is going to be. In figure 2 the whole of pixels of a camera 1 or 2 is schematically represented by a rectangle 7.
A group of pixels, in particular a so-called window 4, as shown in figure 2, is then assembled. The window 4 is chosen to contain the pixels of the camera 1 or 2 on which an image 5 of said pixel 3 is formed. It is preferably ensured that the center of gravity of this window 4 coincides with the center of gravity of the pixels on which the image 5 of said pixel 3 is incident.
When such a window 4 is selected, only the pixels of the camera 1 or 2, which lie in this window 4, are considered.
The calculation time of such a measuring system is thus greatly reduced in that only a limited number of pixels of the total number of pixels have to be used to determine the position of said light point 3. In other words, the data to be processed is drastically limited.
When said light point 3 is displaced with respect to the cameras 1 and 2, this is detected by said measuring system in that the position of the image 5 of the light point 3 takes a new position within the window 4. To follow this displacement, the window 4 is shifted so that the image 5 remains therein. In other words, the group of pixels forming this window 4 is adjusted such that the pixels on which the image 5 is formed remain in this group.
In this way, an imaginary window 4 is thus generated which follows the trajectory of the displacement of the image 5, with a corresponding displacement of the light point 3. This is schematically shown in figure 2 where, when the light point 3 is moved, the image 5 moves according to arrow 6 to an image 5 '. The window 4 is accordingly shifted to a window 4 '.
For shifting the window 4 or adjusting the corresponding group of pixels, for example, the center of gravity of the pixels on which an image 5 of said light point 3 is formed is first calculated. Then the window 4 is shifted or the
<Desc / Clms Page number 5>
group of pixels adjusted so that the center of gravity thereof coincides with the center of gravity of said image 5.
When moving the image 5, the coordinates of said point, or more specifically of the light point 3, are also calculated.
This calculation is carried out very quickly, since only a limited number of pixels have to be taken into account for this, namely those with an address within said group or window 4.
If the image of the light point 3 is temporarily not observed by the cameras 1 or 2 because, for example, there is an object between the light point 3 and the cameras 1 and 2, said window 4 is enlarged, for example, until the image 5 falls back within this window. Thus, when the image 5 is detected, this window is then returned to its original size, ensuring that the image 5 formed remains completely within this window 4.
Due to the small amount of data that has to be processed to calculate the position of a point, it is possible with the method according to the invention to carry out different measurements for the same position of the point or the light point 3 and each time calculate the coordinates. As a result, it is possible to generate an average of the calculated values, so that the final calculated coordinates of a point show a very small error with a very limited spread.
With the current measurement methods, due to the enormous amount of data to be processed, it is not possible to perform multiple measurements from the same position and to average these measurements.
In the method according to the invention, a high image resolution, for example 2000x2000 pixels, is thus combined with a high reading speed of these pixels, which allows very accurate measurements. Reading speed is understood to mean the speed at which information of a particular pixel is available for processing by means of, for example, a computer 8. This high speed is achieved because each pixel is assigned its own address.
<Desc / Clms Page number 6>
In another embodiment of the method according to the invention, the pixels are divided into specific zones, the pixels within the same zone being assigned the same address. Thus, such a zone consists, for example, of a column of pixels. The above-described method is applied to said zone being processed like a single pixel.
The device, according to the invention, which allows to measure the position of a point, or more specifically the coordinates of this point, relative to a reference is schematically shown in figure I. It contains two cameras 1 and 2 which point to a light point 3 and means 8 for determining the position of this light point 3 on the basis of the image formed by each of the cameras I and 2. Said means preferably contain a computer with a modified program.
At least one of the cameras 1 and 2 contains means allowing to identify each pixel of the camera 1 or 2 separately. It is thus possible, with the aid of the computer 8, to receive from a predetermined pixel a signal which indicates whether an image of the light dot 3 is formed on this pixel. The device according to the invention also makes it possible to identify a zone of pixels, such as, for example, a column of pixels.
In a preferred embodiment of the device according to the invention, at least one of the two cameras 1 or 2 is thus an addressable camera. Preferably, however, each of the two cameras is formed by such an addressable camera.
Furthermore, means are provided which allow to select a group of pixels from the pixels of a camera such that this group comprises the pixels where the image of said point is observed. In the embodiment of the device as shown in figure 1, these means consist of a computer 8 with computer equipment.
This computer 8 also ensures that, when moving said point, said group, or in other words it
<Desc / Clms Page number 7>
window 4 is adapted to continue to contain the pixels where the image 5 is observed.
To this end, for example, the center of gravity of the image of said point is calculated with the computer 8 and said group of pixels is adjusted such that the center of gravity thereof coincides with the calculated center of gravity of the image of said point.
The device according to the invention is further equipped with a light point 3. This light point 3 is formed, for example, by a lamp mounted on a holder with a pointed end. Thus, this end of the holder is held against an object in a place whose position it is desired to know. By means of said cameras 1 and 2 and the computer 8 the position of one or, preferably, two or more lamps, which are fixed with the holder and are thus situated at a known distance from this pointed end, is determined. Furthermore, starting from the detected position of said lamps, the correct coordinates of the location where the pointed end of said holder is located can be calculated.
In a special embodiment of the device, according to the invention, said light point 3 is formed by a light-emitting diode (i.e. a so-called LED).
The invention is of course not limited to the method described above and apparatus for determining the position of a point, which is proposed in the accompanying figures. For example, multiple light points can be used to determine the position of the same point. More than two cameras can also be provided, which can improve the accuracy of position measurement.