DE4125688A1 - Abstandsmesseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes in bezug auf ein bewegtes Ziel, wie beispielsweise ein fahrendes Kraftfahrzeug, durch welche die für die Berechnung des Abstandes benötigte Zeit erheblich verringert werden kann.

Bisher sind verschiedene Abstandsmeßeinrichtungen bekannt geworden, die Bildsensoren verwenden, wobei ein entsprechender Fall in der japanischen Patentpublikation Nr. 63-46 363 offenbart worden ist. Eine Ausführungsform dieser Ausrüstung ist in dem in Fig. 6 dargestellten Blockdiagramm wiedergegeben. Gemäß Fig. 6 weist die Abstandsmeßeinrichtung jeweils ein linkes optisches System und ein rechtes optisches System mit Linsen 1 und 2 auf, die im Abstand L entsprechend der Länge einer Grundlinie zwischen den jeweiligen optischen Achsen der Linsen angeordnet sind. Die Ausrüstung umfaßt weiter Bildsensoren 3 und 4, die im Abstand f entsprechend der Brennweite der Linsen 1 und 2 auf den jeweiligen optischen Achsen angeordnet sind. Das Bild eines im Abstand R von den jeweiligen Linsen 1 und 2 befindlichen Zieles 5 wird durch die Linsen 1 und 2 auf die jeweiligen Bildsensoren 3 und 4 fokussiert. Daraufhin erzeugen die jeweiligen Bildsensoren Bildsignale. Analog-Digital- bzw. A/D-Umsetzer 6 und 7 wandeln die analogen Bildsignale in proportionale, digitale Bildsignale um, während die Speicher 8 und 9 die jeweiligen digitalen Bildsignale speichern. Ein Mikroprozessor 10 verarbeitet die in den Speichern 8 und 9 abgelegten digitalen Bildsignale zur Bestimmung des Fahrzeugabstandes vom Ziel 5.

Im Betrieb liest der Mikroprozessor 10 ein Bildelementsignal a1 aus dem Speicher 8 aus, das einem Bildelement in der oberen linken Ecke des Bildsensors 3 entspricht; er liest weiter ein Bildelementsignal b1 aus dem Speicher 9, das einem Bildelement in der oberen linken Ecke des Bildsensors 4 entspricht; und er berechnet dann den Absolutwert C11 der Differenz zwischen diesen beiden Bildelementsignalen a1 und a2 gemäß der Formel: C11 = |a1-b1|. Dann liest der Mikroprozessor 10 jeweils Bildelementsignale a2 und b2 aus, die Bildelemente darstellen, welche den Bildelementen a1 und b1 in den jeweiligen oberen linken Ecken der Bildsensoren 3 und 4 entsprechend; er berechnet den Absolutwert C12 der Differenz zwischen den Bildelementsignalen a2 und b2 entsprechend der Formel: C12 = |a2-b2|; und addiert dann den so errechneten Absolutwert C12 dem Absolutwert C11 hinzu, der im vorhergehenden Berechnungszyklus ermittelt wurde. Dieses Verfahren wird sequentiell für alle Bildelemente der Bildsensoren 3 und 4 wiederholt, um einen akkumulierten Wert S1 gemäß der Formel: S1 = ΣCli zu erhalten. Anschließend liest der Mikroprozessor 10 das Bildelementsignal a1 aus dem Speicher 8 aus, welches das Bildelement in der oberen linken Ecke des Bildsensors 3 darstellt; er liest weiter ein Bildelementsignal b2, welches ein Bildelement darstellt, das dem Bildelement b1 in der oberen linken Ecke des Bildsensors 4 benachbart ist; und er berechnet dann den Absolutwert C21 der Differenz zwischen diesen Bildelementsignalen a1 und b2 entsprechend der Formel: C21 = |a1-b2|. Dann liest der Mikroprozessor 10 jeweils die Bildelementsignale a2 und b3, welche Bildelemente darstellen, die den Bildelementen a1 und b2 der jeweiligen Bildsensoren 3 und 4 benachbart sind; und dann berechnet er den Absolutwert C22 der Differenz zwischen diesen Bildelementsignalen a2 und b2 entsprechend der Formel: C22 = |a2-b3|. Dieses Verfahren wird ebenfalls sequentiell für alle Bildelemente der Bildsensoren 3 und 4 zur Gewinnung des Wertes S2, bei dem es sich um den akkumulierten Betrag der Absolutwerte der genannten Differenzen handelt, entsprechend der Formel: S2 = ΣC2i.

Dementsprechend kann die Gesamtsumme Si des Absolutwertes der Differenz zwischen den Bildelementsignalen der jeweiligen Bildsensoren 3 und 4 durch Wiederholen der gleichen obigen Prozedur erhalten werden, bei der die Bildelementsignale des Bildsensors 4, die mit denen des Bildsensors 3 verglichen werden müssen, bei jedem einzelnen Bildelement in jedem Zyklus der Vergleichsprozedur nach rechts geshiftet werden. Da überdies die relative Ortsveränderung der rechten und linken Bilder durch den Minimumswert Sj des obigen akkumulierten Totalwertes Si dargestellt wird, wird der Abstand des Kraftfahrzeugs vom Ziel 5, wenn der Minimumswert Sj der Anzahl der Bildelemente n entspricht, durch folgende Formel ermittelt:

R = f · L/n · p (1)

wobei R der Abstand zum Zielobjekt 5; p die Teilung der Bildelemente; f die Brennweite der Linsen 1 und 2; und L der Abstand zwischen den optischen Achsen der Linsen 1 und 2 entsprechend der Länge der Grundlinie ist.

Da die herkömmliche Abstandsmeßeinrichtung in der oben erläuterten Weise aufgebaut ist, kann sie nur den auf ihrer optischen Achse liegenden Abstand zum Zielobjekt messen. Die Abstandsmeßeinrichtung muß daher entsprechend der Bewegung des sich bewegenden Zieles geschwenkt werden, so daß ihre optische Achse mit dem Zielobjekt zusammentrifft. Da ferner die für den Vergleich der von den jeweiligen Bildsensoren 3 und 4 erhaltenen Bildelemente benötigte Rechenzeit sehr lang ist, zumal der Vergleich die Gesamtheit aller Bildelemente einbezieht, kann die Einrichtung nicht für Systeme, wie etwa eine Fernalarmeinrichtung, eine automatische Spurverfolgungseinrichtung und dgl., ausgelegt werden, so daß sie auch nicht für den Einsatz als Abstandsmeßeinrichtung bei Fahrzeugen praktikabel ist.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenen Erfindung, eine Abstandsmeßeinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Bildsignale in außerordentlicher kurzer Zeit zu verarbeiten und die daher wegen ihrer hohen Zuverlässigkeit bei Systemen, wie etwa Fernalarmeinrichtungen, automatischen Spurverfolgungseinrichtungen und dgl., eingesetzt werden kann.

Um dieses Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel mit Hilfe des Triangulationsprinzips, durch elektrisches Erfassen relativer Ortsveränderungen von ersten und zweiten Bildern, wobei die Einrichtung folgende Mittel aufweist:
ein Paar optischer Systeme, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, zur Erfassung der Ortveränderungen, wobei das Paar optischer Systeme aus Paaren von Linsen und Bildsensoren besteht, auf die das Bild des sich bewegenden Ziels fokussiert und durch die jeweiligen Linsen eingefangen wird;
ein Paar von Speichermitteln zum Speichern der Bildsignale, die von den Bildsensoren geliefert werden;
eine Fensterzeugungseinheit zur Bildung eines Fensters durch Wählen eines speziellen Bildsignals aus den in den jeweiligen Speichermitteln gespeicherten Bildsignalen;
weitere Speichermittel zum Speichern des gewählten Bildsignals als Bezugsbildsignal im Fenster;
einen Mikroprozessor, der das Bezugsbildsignal mit einem anderen Bildsignal, das im Bildsensor an der der bildenthaltenden Seite gegenüberliegenden Seite gespeichert ist, durch jedesmaliges Shiften des letztgenannten Signals um ein oder um mehr als ein Bit entsprechend einem vorbestimmten Verschiebungsmuster vergleicht und der eine Interpolationsberechnungsfunktion besitzt, so daß die Auflösung zur Präziseren Erfassung der Ortsveränderung der beiden Bildsignale und zur Berechnung des Abstandes zu dem sich bewegenden Ziel verbessert wird; und
eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des so durch den Mikroprozessor berechneten Abstandes.

Weiter schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt:
eine Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel mit Hilfe des Triangulationsprinzips, durch elektrisches Erfassen relativer Ortsveränderungen von ersten und zweiten Bildern, gekennzeichnet durch folgende Mittel:
ein Paar optischer Systeme, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, zur Erfassung der Ortveränderungen, wobei das Paar optischer Systeme aus Paaren von Linsen und Bildsensoren besteht, auf die das Bild des sich bewegenden Ziels fokussiert und durch die jeweiligen Linsen eingefangen wird;
ein Paar von Speichermitteln zum Speichern der Bildsignale, die von den Bildsensoren geliefert werden;
eine Fensterzeugungseinheit zur Bildung eines Fensters durch Wählen eines speziellen Bildsignals aus den in den jeweiligen Speichermitteln gespeicherten Bildsignalen;
weitere Speichermittel zum Speichern des gewählten Bildsignals als Bezugsbildsignal im Fenster;
einen Mikroprozessor, der das Bezugsbildsignal mit einem anderen Bildsignal durch jedesmaliges Shiften des letztgenannten Signals um ein oder um mehr als ein Bit entsprechend einem vorbestimmten Verschiebemuster vergleicht und eine Interpolationsberechnungsfunktion besitzt, so daß die Auflösung zur Präziseren Erfassung der Ortsveränderung der beiden Bildsignale und zur Berechnung des Abstandes zu dem sich bewegenden Ziel verbessert wird; und der weiter eine Fensterneubildungsfunktion zum Erneuern des Fensters durch Vergleichen des Bezugsbildsignals mit einem Bildsignal besitzt, das nach einem vorbestimmten Zeitablauf im nächsten Abtastpunkt abgetastet wird; und
eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des so durch den Mikroprozessor berechneten Abstandes.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Abstandsmeßeinrichtung beschrieben.

Zunächst werden die von den jeweiligen Bildsensoren der als Paare aufgebauten optischen Systeme ausgegebenen Bildsignale in ihren jeweiligen Speichermitteln abgelegt. Dann wird mit Hilfe der Fenstererzeugungseinheit durch Wahl eines speziellen Bildsignals aus den in den jeweiligen Speichermitteln abgelegten Bildsignalen ein Fenster erzeugt, wobei das innerhalb des so gebildeten Fensters befindliche Bildsignal im Fensterspeicher als Bezugssignal gespeichert wird. Als nächstes vergleicht der Mikroprozessor das Bezugsbildsignal mit einem anderen Bildsignal, das im Bildsensor an der Seite gegenüber der bildenthaltenden Seite gespeichert ist. Dabei wird das letztere Signal jedesmal um ein oder um mehr als ein Bit entsprechend einem vorbestimmten Verschiebungsmuster geshiftet, um die Ortsversetzung zwischen diesen Bildsignalen zu berechnen, und zwar unter Anwendung einer Interpolationsberechnungsmethode. Auf diese Weise wird eine präzisere relative Ortsversetzung zwischen den Signalen ermittelt, um dann den Abstand zum Zielobjekt unter Verwendung des so berechneten Versetzungspegels zu messen. Der Mikroprozessor vergleicht dann das Bezugsbildsignal mit dem nach einer vorbestimmten Zeitdauer im nächsten Abtastpunkt abgetasteten Bildsignal und erfaßt den Versetzungspegel dieser Bildsignale, um so ein neues Fenster in Übereinstimmung mit der erfaßten Ortsversetzung zu erzeugen. In diesem Moment berechnet er unter Verwendung der gleichen Interpolationsberechnungsmethode erneut den Abstand vom Zielobjekt.

Die obengenannten sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.

Fig. 1 stellt das Blockdiagramm einer Abstandsmeßeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2A und 2B sind Schaubilder, die jeweils den Bereich darstellen, in welchem das rechtsseitige Bild mit dem im Fenster bestehenden Bezugsbild verglichen wird;

Fig. 3a, 3B und 3C sind Hilfsschaubilder zur Erläuterung der Art und Weise der Erneuerung des Fensters;

Fig. 4A und 4B sind Kurvendiagramme zur Erläuterung verschiedener Formen eines Verschiebungsmusters;

Fig. 5A und 5B sind Hilfsdiagramme zur Erläuterung einer Dreipunkt-Interpolationsberechnungsmethode; und

Fig. 6 stellt das Blockdiagramm einer herkömmichen Abstandsmeßeinrichtung dar.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der Abstandsmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1 stellt das Blockdiagramm einer solchen Ausführungsform dar. Sie zeigt ein Paar optischer Systeme mit Linsen 1 und 2, die im Abstand L entsprechend der Länge der Grundlinie angeordnet sind. Bei diesem Typ der Abstandsmeßeinrichtung wird das Bild des Zielobjektes, wie etwa eines vorausfahrenden Fahrzeuges, auf den beiden zweidimensionalen Bildsensoren 3 und 4 durch die entsprechenden Linsen 1 und 2 fokussiert und eingefangen, wobei die Bildsensoren 3 und 4 auf den optischen Achsen der entsprechenden Linsen 1 und 2 angeordnet sind und jedes System eine Videokamera aufweist.

Die zweidimensionalen Bildsensoren 3 und 4 sind in einer Entfernung f zu den Linsen 1 und 2 angeordnet, wobei der Abstand den Brennweiten der entsprechenden Linsen 1 und 2 entspricht. Das Zielobjekt 5 ist im vorliegenden Falle ein Linsen 1 und 2 befindet.

Die von den zweidimensionalen Bildsensoren 3 und 4 ausgegebenen analogen Bildsignale werden durch A/D-Umsetzer 6 und 7 mit vorbestimmter Abtastfrequenz in digitale Signale umgewandelt, und die so gewonnenen Daten werden jeweils in den Speichermitteln 8 und 9 abgelegt.

Die in den Speichermitteln 8 und 9 abgelegten Bildelementsignale werden an den Mikroprozessor 10 und gleichzeitig an eine Anzeigeeinheit 11 geliefert, woraufhin der Mikroprozessor 10 die ihm zugeführten Signale verarbeitet und durch Anwendung des Triangulationsprinzips den Abstand zum vorausfahrenden Zielobjekt berechnet. Die Anzeigeeinheit 11 zeigt die ihr zugeführten Signale sowie den vom Mikroprozessor 10 berechneten Abstand an.

Die Fenstererzeugungseinheit 12 dient dem Fahrer zur Bildung eines Fensters in einem bestimmten Bereich, d. h., in einem das Ziel 5 enthaltenden Bereich, und zwar durch manuelle Schaltoperationen, die sich auf das auf der Anzeigeeinheit 11 dargestellte Sichtfeld beziehen. Das im Fenster dargestellte Bild wird durch den Mikroprozessor 11 als Bezugsbild verarbeitet.

Weiter kann das Fenster auch an der rechten Seite anstelle der linken Seite erzeugt werden, wie dies bei der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist.

Nunmehr wird die Betriebsweise der wie oben erläutert aufgebauten Abstandsmeßeinrichtung beschrieben. Das Bild des Zielobjektes 5 wird auf beiden zweidimensionalen Bildsensoren 3 und 4 durch die entsprechenden Linsen 1 und 2 eingefangen, und die durch die zweidimensionalen Bildsensoren gewonnenen Bildsignale werden jeweils an die A/D-Umsetzer 6 und 7 geliefert, wo sie in digitale Signale umgewandelt werden. Dann werden sie in den jeweiligen Speichermitteln 8 und 9 abgelegt.

Die in den jeweiligen Speichermitteln 8 und 9 gespeicherten Bildsignale werden gleichzeitig an den Mikroprozessor 10 und an die Anzeigeeinheit 11 geliefert, woraufhin der Mikroprozessor 10 die ihm zugeführten Signale verarbeitet und dann gemäß dem Triangulationsprinzip den Abstand zum vorausfahrenden Ziel berechnet. Die Anzeigeeinheit 11 zeigt die ihr zugeführten Signale sowie den vom Mikroprozessor 10 berechneten Abstand an.

Andererseits bildet der Fahrer durch eine manuelle Schaltoperation in einem spezifischen Bereich, der das Bild des Zielobjektes 5 auf der Anzeigeeinheit 11 umgrenzt und sich auf das Sichtfeld des Fahrers bezieht, ein Fenster. Der Mikroprozessor 10 verarbeitet das visuell im so gebildeten Fenster beobachtete Bild als Bezugsbild.

Nachfolgend wird die vom Mikroprozessor 10 durchgeführte Bildverarbeitung im einzelnen beschrieben.

Fig. 2 veranschaulicht den Bereich, in welchem ein in einem auf der linken Seite erzeugten Fenster dargestelltes Bezugsbild A mit einem anderen auf der rechten Seite dargestellten Bild B verglichen wird.

Der Mikroprozessor 10 vergleicht das im Speicher 8 abgelegte Bildsignal a(i), das dem Bezugsbild A im erzeugten Fenster entspricht, wie Fig. 2A zeigt, nach einer manuellen Schaltoperation des auf die Anzeigeeinheit 11 blickenden Fahrers mit einem im entsprechenden Speicher 9 abgelegten anderen Bildsignal b(i+j), das dem im Vergleichsbereich 14 dargestellten Bild B entspricht. Diesese ist, wie Fig. 2B zeigt, um j Bits gegenüber dem Bezugsbild A verschoben. Er berechnet dann die Gesamtsumme der Absolutwerte der Differenz zwischen den Bildelementsignalen des Bezugsbildes A und des Bildes B.

Da der Vergleichsbereich 14 auf der rechten Seite durch die Operation der Einstellung des Fensters auf der linken Seite gewählt wird, kann im Falle, daß allein die Bildelementverschiebung n entsprechend dem Minimumswert der Gesamtsumme, der im Vergleichsbereich zwischen dem rechten und dem linken Bild bestehenden Gesamtsumme der Bildelementunterschiedssignale ermittelt wird, der Abstand R zum Zielobjekt 5 durch Substitution der Bildelementteilung p, der Bezugslänge L entsprechend dem Abstand zwischen den optischen Achsen der Linsen 1 und 2, und die Brennweite f der Linsen 1 und 2 in der Formel (1) berechnet werden, welche weiter oben erläutert wurde. Auf diese Weise kann die Anzahl der zu vergleichenden Bildelemente verringert werden, so daß die für die Verarbeitung benötigte Zeit rechtzeitig verkürzt wird.

Das für das Shiften des rechtsseitigen Bildes B verwendete Verschiebungsmuster ist eine Funktion, die zwischen dem Minimumsversetzungspegel j = 0, der zwischen dem linksseitigen Bild und dem rechtsseitigen Bild in meßbarem maximalen Abstand R1 vom vorausfahrenden Fahrzeug erfaßt werden kann, und dem maximalen Versetzungspegel j = p definiert ist, der zwischen dem linksseitigen Bild und dem rechtsseitigen Bild im meßbaren Minimumsabstand R0 zum vorausfahrenden Fahrzeug gemessen werden kann. Sie ist so vorbestimmt, daß ein Vergleichsbereich 14 des rechtsseitigen Bildes B, das um ein oder um mehr als ein Bit verschoben ist, in Abhängigkeit vom Verschiebungsmuster desselben gewählt werden kann.

Demgemäß sieht die Abstandsmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden eine Anordnung solcher Art vor, daß mehr zu verschiebende Bits der Messung des näheren Abstandes zugewiesen werden, womit die für die Berechnung benötigte Zeit verkürzt und somit auch die für die Verarbeitung benötigte Zeit verkürzt wird. Die Formen des Verschiebungsmusters unterscheiden sich jeweils gemäß den Spezifikationen der individuellen Abstandsmeßeinrichtungen und dem Bereich, von welchem die detailliertesten Informationen bezüglich des Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug benötigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch gemäß Fig. 4A das Muster so gewählt, daß es sich treppenförmig proportional zum Versetzungspegel der Bilder verändert, wobei das zugehörige Bezugsbild gemäß der nachfolgend beschriebenen Methode erhalten wird.

Wird die Beziehung zwischen dem Verschiebungsmuster des N-ten Berechnungszyklus und der Ortsveränderung des Bildes j durch S(j) dargestellt und der Vergleichsbereich 14 des Bildes B auf der rechten Seite durch b(i+j) definiert, wird die Versetzung des (N+1)-ten Berechnungszyklus durch b(i+(j+S(j)) wiedergegeben, während die Versetzung des (N+2)-ten Berechnungszyklus durch b(i+(j+S(j)+S(j+S(j)), ausgedrückt wird, usw. Durch die entsprechenden Prozeduren wird das zu vergleichende rechtsseitige Bild kontinuierlich entsprechend dem Muster Bild für Bild gewählt.

Dann wird aus dem Bezugsbild A innerhalb des Fensters 13 und dem durch die obige Prozedur gewählten rechtsseitigen Bild die Gesamtsumme Cj des Absolutwertes des Unterschiedes zwischen den entsprechenden Bildelementsignalen der jeweiligen Bilder durch folgende Formel ermittelt: Cj = Σ|a(i)-b(i+j)|. Wenn dabei der Minimumswert durch Cm dargestellt wird, wobei m kleiner als 2 (m < 2) ist, entspricht die Anzahl der Bildelemente n dem Wert m (n = m); während wenn im Gegensatz dazu m größer als 2 oder gleich 2 (m → 2) ist, werden C(m-l) und C(m+1) zur Durchführung der Interpolationsberechnung zwischen denselben berechnet. In diesem Falle entspricht die Anzahl der Bildelemente n dem Wert m1, bei dem es sich um den interpolierten Wert handelt (n = m1). Sobald die Anzahl der Bildelemente n ermittelt worden ist, die dem Minimumswert oder dem Interpolationswert der Gesamtsumme der Bildelementdifferenzsignale zwischen den rechten und den linken Bildern entspricht, kann der Abstand R zum Zielobjekt 5 durch Substitution der Bildelementteilung p, der Bezugslänge L entsprechend dem Abstand zwischen den optischen Achsen der Linsen 1 und 2, und die Brennweite f der Linsen 1 und 2, wie sie in der Formel (1) auftreten, berechnet werden.

Im übrigen ist die obige Dreipunkt-Interpolationsberechnungsmethode im Bereich der Fotografie bekannt und wird hier zur Verbesserung der Abstandsmessung wegen der Anwendung der Verschiebungsmustermethode verwendet, die ihrerseits unter Bezugnahme auf die Fig. 5A und 5B erläutert wird.

Fig. 5A veranschaulicht den Fall, bei dem C(m-1) größer als C(m+1) oder gleich C(m+1) ist. In diesem Falle kann der Interpolationswert ml mit Hilfe der folgenden Formel ermittelt werden:

m1 = [C(m-1) - C(m+1)]/[2(C(m-1) - Cm)] (2)

Andererseits veranschaulicht Fig. 5B den Fall, bei dem C(m-1) kleiner als C(m+1) ist. In diesem Falle kann der Interpolationswert m1 durch folgende Formel ermittelt werden:

m1 = [C(m-1) - C(m+1)]/[2(C(m+1) - Cm)] (3)

Neben der oben beschriebenen Funktion besitzt die Abstandsmeßeinrichtung gemäß dem behandelten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fensterneubildungsfunktion zum automatischen Verschieben des Fensters nach einer vorbestimmten Zeitdauer. Diese stimmt mit der Bewegung des Zielobjektes überein, nachdem die Berechnung des Abstandes zum Zielobjekt entsprechend der oben behandelten Prozedur beendet ist. Sobald der Fahrer das erste Fenster einstellt, können, solange wie das Ziel in den auf der Anzeigeeinheit 11 dargestellten Gesichtsfeld existiert, aufeinanderfolgende automatische Berechnungen des Abstandes zum Zielobjekt durchgeführt werden.

Die Fig. 3A bis 3C stellen Erläuterungsdiagramme zur Veranschaulichung des Fensterneubildungsverfahrens dar. Die Fensterneubildungsoperation erfolgt mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem, nach Beendigung der Berechnung des Abstandes durch den Mikroprozessor 10 in Übereinstimmung mit der oben erläuterten Prozedur zur Zeit t = t0, das im Speichermittel 8 abgelegte Bildsignal a(i) entsprechend dem in diesem Augenblick bestehenden Fenster 13 als Bezugssignal im Speichermittel 8a abgelegt wird, wobei dieses Mittel als Fensterspeicher vorgesehen ist.

Dann wird zur Zeit t1 = 10 + Δt, also zur Zeit t1 nach Ablauf eines Zeitintervalls Δt nach dem Zeitpunkt t0 ein Bildsignal b(j), das Teil des abgetasteten Bildsignals entsprechend dem Nahbereich 15 des Fensters 13 ist, wie Fig. 3A zeigt, im Speichermittel 9 gespeichert, wobei der Bereich 15 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit, oder dgl., als Variable vorbestimmt ist. Danach wird das Bildsignal b(j) mit dem im Speichermittel 8a gespeicherten Bildsignal a(i) durch das gleiche obige Verfahren verglichen, bei dem alle Bildelemente im Bereich 15 nacheinander verschoben werden, so daß die Gesamtsumme des Absolutwertes der Differenz der jeweiligen entsprechenden Bildsignale berechnet wird. Dann wird gemäß Fig. 3B der Bereich 13a mit dem Bild A′, bei dem das Ergebnis der Berechnung zur Zeit t1 = t0 + Δt ein Minimum wird, erneut in Form eines Bildsignals im Speichermittel 8a als neugebildetes Fenster gespeichert. Dieses Bildsignal wird als neues Bezugsbildsignal zur Zeit t1 für die Berechnung des Abstandes zum Zielobjekt betrachtet und mit dem im Zeitpunkt t1 gemäß Fig. 3C bestehenden rechtsseitigen Bild B′ im Vergleichsbereich 14a entsprechend dem gleichen, oben beschrieben Verfahren verglichen.

Die oben behandelten Vorgänge werden nunmehr noch ausführlicher im Detail beschrieben.

Im nächsten Abtastzeitpunkt t1 kurz nach dem Abtastzeitpunkt t0 wird das Bild des Zielobjektes 5 an einer Stelle fokussiert, die sich von derjenigen Stelle unterscheidet, an der das Bild des Zielobjektes 5 im Abtastzeitpunkt t0 fokussiert wurde, weil sich nämlich das Zielobjekt 5 bewegt. Bei der Bestimmung der Position des Zielobjektes 5 im Abtastzeitpunkt t1 wird das im Abtastzeitpunkt 10 gemäß Fig. 3A gesetzte Fenster als Bezugsbildsignal verwendet. Das im Abtastzeitpunkt t1 abgetastete gesamte Bild wird sequentiell verschoben, wie bereits erläutert wurde, und die Gesamtsumme der Absolutwerte der Unterschiede zwischen den Bildelementen wird in der gleichen Weise berechnet wie die in Verbindung mit den Fig. 2A und 2B durchgeführten Berechnungen. Der Bereich, in welchem die Gesamtsumme eine Minimum ist, entspricht der verschobenen Position des Ziels 5 im Abtastzeitpunkt t1. Dann wird im Abtastzeitpunkt t1 das Fenster als neues im Abtastzeitpunkt t1 bestehendes Fenster 13a gesetzt, wie Fig. 3B zeigt. Der Abstand zum Zielobjekt 5 wird durch Verarbeitung der Ausgangssignale der Bildsensoren 3 und 4 unter Benutzung des neuen Fensters 13a berechnet. Die Abstandsmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann also den Abstand zum Ziel 5 messen und die Richtung sowie den Abstand der Bewegung des Zielobjektes 5 durch Spurverfolgung des bewegten Ziels ermitteln.

Bei der hier behandelten Ausführungsform der Erfindung wird durch Einstellen des Bildsignals im Fenster als Bezugssignal die Anzahl der in einem spezifischen Zeitpunkt zu vergleichenden Bildelemente reduziert. Durch Anwenden des Verschiebungsmusterverfahrens wird die Anzahl der für den Vergleich der Bilder benutzten Bildelemente weiter reduziert, so daß die für die Signalverarbeitung benötigte Zeit als ganzes erheblich verringert wird.

Daneben wird eine sehr präzise Abstandsmessung erreicht, da die Verringerung der Auflösung, die durch die Verringerung der zu vergleichenden Bildelemente verursacht wird, durch die obige Interpolationsberechnungsmethode vermieden wird.

Weiter bewegt sich im Falle, daß der Fahrer unter Benutzung der Fensterzeugungseinrichtung 12 ein Fenster bildet, der Ort des Fensters aufgrund der Fensterneubildfunktion entsprechend der Bewegung des Zieles automatisch weiter, und zwar solange, wie sich das Ziel 5 nach dem Einfangen im Gesichtsfeld innerhalb dieses Feldes befindet. Sobald also das erste Fenster erzeugt worden ist, kann anschließend der Abstand zum Zielobjekt automatisch und kontinuierlich ermittelt werden.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform das Paar optischer Systeme waagrecht angeordnet ist, kann ein Fenster auch auf mindestens einem Paar senkrecht angeordneter Videokameras eingestellt werden, die aus Linsen 1 und 2 und entsprechenden zweidimensionalen Bildsensoren 3 und 4 bestehen.

Zwar wird hier der Abstand zum Zielobjekt mit Hilfe der Dreipunkt-Interpolationsberechnungsmethode gemessen, wie sie in den Formeln (2) und (3) der vorliegenden Ausführungsform definiert ist, doch können auch andere Interpolationsberechnungsmethoden angewandt werden, solange die Interpolation eine hohe Genauigkeit liefert.

Weiter kann das Verschiebungsmuster solange frei eingestellt werden, als es den geforderten Leistungsdaten der Abstandsmeßeinrichtung entspricht. Beispielsweise kann im Falle, daß nur die die Zone Z in der Nähe des Zentralabereiches der Meßoperationszone betreffende Genauigkeit verlangt wird, das in Fig. 4B dargestellte Muster verwendet werden.

Wie im Zusammenhang mit der obigen Ausführungsform der Erfindung bereits gesagte wurde, kann die für die Berechnung benötigte Zeit, verglichen mit dem Fall, daß alle Bildelemente von beiden Seiten miteinander verglichen werden müssen, erheblich reduziert werden. Weiter wird auch die Genauigkeit der Abstandsmessung und somit die Zuverlässigkeit derselben verbessert, und zwar deshalb, weil der vom Fahrer unter Bezugnahme auf das auf der Anzeigeeinheit wiedergegebene Bild eingestellte Bereich als Bezugsbild definiert ist und das Fenster des Bezugsbildes in jedem Abtastzeitpunkt neu gebildet wird, um die in diesen Zeitpunkten bestehenden Bilder unter Benutzung des vorbestimmten Verschiebungsmusters zu vergleichen.

Weiter verschiebt das Fenster, sobald es gesetzt ist, seinen Platz automatisch entsprechend der Bewegung des Zielobjektes, und zwar solange, wie sich das Ziel innerhalb des Gesichtsfeldes der Anzeigeeinheit 11 befindet. Daher kann das Verfahren nicht nur bei einer Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem Zielobjekt verwendet werden, sondern auch bei einem Fernalarmsystem, einem automatischen Spurverfolgungssystem und dgl.

Obwohl die Erfindung als bevorzugte Ausführungsform mit einem gewissen Umfang an Besonderheiten beschrieben wurde, können natürlich viele Abänderungen und Variationen vorgenommen werden. Es wird daher davon ausgegangen, daß die Erfindung auch in anderer Weise als in der hier beschriebenen ausgeführt werden kann, ohne von der Idee und dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims (5)

1. Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel mit Hilfe des Triangulationsprinzips, durch elektrisches Erfassen relativer Ortsveränderungen von ersten und zweiten Bildern, gekennzeichnet durch folgende Mittel:

• - ein Paar optischer Systeme, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, zur Erfassung der Ortveränderungen, wobei das Paar optischer Systeme aus Paaren von Linsen und Bildsensoren besteht, auf die das Bild des sich bewegenden Ziels fokussiert und durch die jeweiligen Linsen eingefangen wird;
• - ein Paar von Speichermitteln zum Speichern der Bildsignale, die von den Bildsensoren geliefert werden;
• - eine Fensterzeugungseinheit zur Bildung eines Fensters durch Wählen eines speziellen Bildsignals aus den in den jeweiligen Speichermitteln gespeicherten Bildsignalen;
• - weitere Speichermittel zum Speichern des gewählten Bildsignals als Bezugsbildsignal im genannten Fenster;
• - einen Mikroprozessor, der das Bezugsbildsignal mit einem anderen Bildsignal, das im Bildsensor an der der bildenthaltenden Seite gegenüberliegenden Seite gespeichert ist, durch jedesmaliges Shiften des letztgenannten Signals um ein oder um mehr als ein Bit entsprechend einem vorbestimmten Verschiebungsmuster vergleicht und der eine Interpolationsberechnungsfunktion besitzt, so daß die Auflösung zur präziseren Erfassung der Ortsveränderung der beiden Bildsignale und zur Berechnung des Abstandes von dem sich bewegenden Ziel verbessert wird; und
• - eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des so durch den Mikroprozessor berechneten Abstandes.

2. Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel mit Hilfe des Triangulationsprinzips, durch elektrisches Erfassen relativer Ortsveränderungen von ersten und zweiten Bildern, gekennzeichnet durch folgende Mittel:

• - ein Paar optischer Systeme, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, zur Erfassung der Ortveränderungen, wobei das Paar optischer Systeme aus Paaren von Linsen und Bildsensoren besteht, auf die das Bild des sich bewegenden Ziels fokussiert und durch die jeweiligen Linsen eingefangen wird;
• - ein Paar von Speichermitteln zum Speichern der Bildsignale, die von den Bildsensoren geliefert werden;
• - eine Fensterzeugungseinheit zur Bildung eines Fensters durch Wählen eines speziellen Bildsignals aus den in den jeweiligen Speichermitteln gespeicherten Bildsignalen;
• - weitere Speichermittel zum Speichern des gewählten Bildsignals als Bezugsbildsignal im Fenster;
• - einen Mikroprozessor, der das Bezugsbildsignal mit einem anderen Bildsignal durch jedesmaliges Shiften des letztgenannten Signals um ein oder um mehr als ein Bit entsprechend einem vorbestimmten Verschiebemuster vergleicht und eine Interpolationsberechnungsfunktion besitzt, so daß die Auflösung zur präziseren Erfassung der Ortsveränderung der beiden Bildsignale und zur Berechnung des Abstandes zu dem sich bewegenden Ziel verbessert wird; und der weiter eine Fensterneubildungsfunktion zum Erneuern des Fensters durch Vergleichen des Bezugsbildsignals mit einem Bildsignal besitzt, das nach einem vorbestimmten Zeitablauf am nächsten Abtastpunkt abgetastet wird; und
• - eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des so durch den Mikroprozessor berechneten Abstandes.

3. Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar optischer Systeme senkrecht zueinander angeordnet ist.

4. Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar optischer Systeme in schräger Richtung angeordent ist.

5. Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zu einem sich bewegenden Ziel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebungsmuster variabel festgesetzt sein kann, solange wie es den für die Einrichtung geforderten Leistungsdaten entspricht.