DE19603267A1 - Vorrichtung zur Abstands- und/oder Positionsbestimmung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ab­ stands- und/oder Positionsbestimmung eines Objekts relativ zu einem Meßort, mit einem optischen Ab­ standsmesser. Sie betrifft desweiteren ein Verfah­ ren zur Ermittlung des Abstands- und/oder der räum­ lichen Position eines Objekts relativ zu einem Meßort.

Ein solches Meßverfahren beziehungsweise eine ent­ sprechende Vorrichtung zur Ausführung dieses Meß­ verfahrens ist aus dem Stand der Technik bekannt. So werden solche Vorrichtungen zur Positionsbestim­ mung beispielsweise in sogenannten ACC-Systemen (Adaptive Cruise Control) eingesetzt, um unter an­ derem abhängig von dem Abstand und der Position ei­ nes voraus fahrenden Fahrzeugs automatisch zu be­ schleunigen oder abzubremsen.

Die Vorrichtung umfaßt dafür einen Abstandssensor, der einen vor dem Fahrzeug liegenden Bereich nach dem zu erfassenden Objekt abtastet. Der Lichtstrahl wird vom Objekt reflektiert und vom Abstandssensor erfaßt. Anhand der Lichtlaufzeit zwischen Meßort, das heißt dem Fahrzeug, und dem detektierten Objekt kann ein erster Abstandswert ermittelt werden.

Dieser Abstandswert alleine genügt jedoch noch nicht für die Bestimmung der räumlichen Position des Objekts relativ zum Meßort, da der Abstandssen­ sor nicht fest fixiert sondern um zumindest eine Achse schwenkbar angeordnet ist. Zur besseren Ver­ deutlichung ist in Fig. 2 ein Koordinatensystem gezeigt, in dessen Ursprung der Meßort liegt. Das detektierte Objekt ist mit O gekennzeichnet.

Der Abstandssensor liefert nun die Länge des Vek­ tors O, der sich vom Ursprung zum Objekt O er­ streckt. Diese Länge beziehungsweise dieser Ab­ standswert liefert jedoch noch keinen Aufschluß über die räumliche Position des detektierten Ob­ jekts.

Um mit Hilfe des Triangulationsverfahrens die ex­ akte räumliche Position zu berechnen, müssen zu­ sätzlich die gezeigten Winkel α und β vorliegen. Dann können die Koordinatenwerte x, y und z des Punktes O, wie in Fig. 2 gezeigt, errechnet wer­ den.

Diese beiden Winkel α und β werden von Winkelsenso­ ren geliefert, die dem Abstandssensor zugeordnet sind und die Drehbewegung um jeweils eine Achse er­ fassen.

Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß zur Winkelerfassung elektromechanische Systeme, wie beispielsweise Potentiometer eingesetzt werden müs­ sen, die einerseits teuer und andererseits störan­ fällig sind. Darüber hinaus besitzen sie zumeist eine nur begrenzte Lebensdauer.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abstands­ und/oder Positionsbestimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer räumlichen Position hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Ermittlung der räumlichen Position keine Werte über die Win­ kelposition des Abstandssensors mehr benötigt wer­ den. Durch den Wegfall weiterer elektromechanischer Bauteile ist somit eine Verringerung der Störanfäl­ ligkeit erzielt.

Dadurch, daß eine Bilderfassungseinrichtung vorge­ sehen ist, kann anhand des aufgenommenen Bildes die relative Position des Objekts zumindest in einer Ebene berechnet werden. Die noch fehlende dritte Koordinate läßt sich dann aus dem Abstandswert und den beiden anderen Koordinaten einfach berechnen.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Bilderfas­ sungseinrichtung um eine Videokamera mit einer CCD- Zelle, wobei die Pixelauflösung dieser Zelle die Meßgenauigkeit bestimmt. Als vorteilhaft hat sich eine Bilderfassungseinrichtung herausgestellt, die besonders empfindlich auf die Wellenlänge des vom Abstandssensor ausgestrahlten Lichts reagiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich, insbe­ sondere zur Verwendung in einem ACC-(Adaptive Cruise Control)-System eines Fahrzeugs.

Durch die in den weiteren Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vor­ richtung möglich.

Zeichnung

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung eines Koordinatensystems zur Erläuterung des Meßverfahrens, und

Fig. 3 ein Flußdiagramm der Positionsbestimmung.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Komponenten eines Meßsystems zur Positionsbestimmung dargestellt. Dieses Meßsystem 1 umfaßt einen optischen Abstands­ meßsensor 3, eine Videokamera 5 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 7, der über Leitungen 9 und 11 Daten vom Abstandsmeßsensor 3 beziehungsweise von der Videokamera 5 zuführbar sind.

Der Abstandsmeßsensor 3 ist mittels nicht gezeigter Antriebe einerseits um eine senkrechte Achse 13 und andererseits um eine waagrechte Achse 15 drehbar gelagert. Die Ansteuerung der nicht dargestellten Antriebe erfolgt über die Steuereinrichtung 7. Durch entsprechende Ansteuerung der Antriebe, ist es möglich, eine x-z-Ebene mit einem vom Abstandsmeß­ sensor ausgestrahlten Lichtstrahl 17 abzutasten. Somit kann also ein vor der Meßeinrichtung 1 lie­ gendes Objekt 19, beispielsweise ein Fahrzeug, mit dem Lichtstrahl 17 erfaßt werden.

Der auf eine reflektierende Fläche 21 am Fahrzeug 19 auftreffende Lichtstrahl 17 wird reflektiert und zur Meßeinrichtung 1 zurückgeschickt. Ein entspre­ chender Lichtsensor im Abstandsmeßsensor detektiert diesen reflektierten Strahl, so daß anhand der Laufzeit dieses Lichtstrahls der Abstand zwischen Meßeinrichtung 1 und Objekt 19 ermittelt werden kann.

Der Abstand alleine genügt zur Positionsbestimmung des Objekts 19, das heißt zur Bestimmung aller drei Raumkoordinaten x, y, z noch nicht aus.

Die neben dem Abstandssensor 3 angeordnete Videoka­ mera 5 nimmt die vom Abstandssensor abgetastete Fläche auf und bildet sie mittels eines Linsensy­ stems auf ein optoelektronisches Element, bei­ spielsweise eine CCD-Einheit 23 mit einer Vielzahl von einzelnen Zellen 24 ab. Zur Verdeutlichung ist das auf diesem optoelektronischen Element 23 ent­ stehende Bild zeichnerisch herausgestellt.

Bei der Positionierung der Videokamera 5 ist darauf zu achten, daß das optoelektronische Element 23 in der z-x-Ebene liegt, so daß keine das Meßungsergeb­ nis verfälschende Verzerrungen entstehen.

Die von den einzelnen CCD-Zellen 24 der CCD-Einheit 23 gelieferten Signale werden über die Leitung 9 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 übertragen.

Die Bearbeitung dieser Signale in der Auswertungs­ einrichtung 7 wird nun anhand der Fig. 3 erläu­ tert.

Während der Abstand zum Objekt auf optischem Weg ermittelt wird (Schritt 101), macht die Videokamera eine Aufnahme, in der das Objekt abgebildet sein sollte (Schritt 102).

Die Auswertung der Aufnahme beziehungsweise des Bildes besteht zunächst darin, einen Reflexionsspot 21 zu erkennen (Schritt 103) und danach dessen Lage innerhalb des Bildes zu bestimmen. Anhand der Lage der den Reflexionsspot 21 detektierenden CCD-Zelle innerhalb der CCD-Einheit kann nämlich auf die Lage des Objekts geschlossen werden. Wie aus dem darge­ stellten Videobild zu erkennen ist, wird somit eine z-Koordinate (azimutale Position) und eine x-Koor­ dinate (seitliche Position) geliefert (Schritt 104). Im in Fig. 1 gezeigten Beispiel wären danach x = 5 und z = 4.

Zur Vervollständigung der Positionsbestimmung des Objekts 19 fehlt nun lediglich noch die y-Koordi­ nate. Diese kann, wie in Fig. 2 gezeigt, aus dem Abstandswert und den beiden bereits ermittelten Ko­ ordinaten nach der Formel

y = Abstandswert²-z²-x²

berechnet werden (Schritte 105, 106).

Damit ist die exakte Position des Objekts 19 rela­ tiv zu der Meßeinrichtung 1 ermittelt, ohne auf Winkelmeßsignale zurückgreifen zu müssen.

Selbstverständlich können statt der Videokamera 5 auch andere optoelektronische Geräte verwendet wer­ den, sofern sie in der Lage sind, den Reflexions­ spot zu detektieren.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abstands- und/oder Positionsbe­ stimmung eines Objekts (19) relativ zu einem Meßort, mit einer optischen Abstandsmeßeinrichtung (3), gekennzeichnet durch eine Bilderfassungsein­ richtung (5) zur Aufnahme des Objekts (19), und eine Auswerteeinrichtung (7), der Bildsignale der Bilderfassungseinrichtung (5) zugeführt werden und die anhand des Abstandswerts der Abstandsmeßein­ richtung (3) und der Position des Objekts (19) in­ nerhalb der Bildaufnahme die räumliche Position des Objekts ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung (3) zumin­ dest in einer, vorzugsweise zwei Ebenen drehbar an­ geordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderfas­ sungseinrichtung (5) eine Videokamera mit einem op­ toelektronischen Element (23), vorzugsweise einer CCD-Einheit ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands­ meßeinrichtung (3) die Laufzeit des ausgestrahlten und reflektierten Lichtstrahls mißt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderfas­ sungseinrichtung (5) so ausgebildet ist, daß sie empfindlich auf den vom Objekt (19) reflektierten Lichtstrahl (17) der Abstandsmeßeinrichtung ist.

6. Verfahren zur Ermittlung des Abstands und/oder der räumlichen Position eines Objekts (19) relativ zu einem bestimmten Meßort, wobei eine optische Ab­ standsmeßeinrichtung (3) den Abstand zwischen Meßort und Objekt (19) liefert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels eines vom Meßort aus aufge­ nommenen Bilds des Objekts (19) zwei räumliche Ko­ ordinaten in einer zur Bildebene parallelen Ebene ermittelt werden, und daß eine dritte räumliche Ko­ ordinate aus dem Abstandswert und den beiden ande­ ren räumlichen Koordinaten ermittelt wird.