JP3114939B2 - 運動物体上に形成されたシンボルを観測することによって運動物体の運動を復元するための処理法と、この処理法を行うための装置 - Google Patents

運動物体上に形成されたシンボルを観測することによって運動物体の運動を復元するための処理法と、この処理法を行うための装置

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JP3114939B2 JP02418601A JP41860190A JP3114939B2 JP 3114939 B2 JP3114939 B2 JP 3114939B2 JP 02418601 A JP02418601 A JP 02418601A JP 41860190 A JP41860190 A JP 41860190A JP 3114939 B2 JP3114939 B2 JP 3114939B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、運動物体上に形成された１つの
シンボルを観測することによってその運動物体の運動を
復元するためのプロセスと、このプロセスを行うための
装置とに係わる。本発明は、更に特に、飛行中のロケッ
ト又は宇宙船からのエンジン、ブースタ又はその類似物
の投下の実時間観測に応用されるだけでなく、ロボット
工学における物体の軌道の測定にも応用される。
【０００２】ロケットを構成するサブアセンブリの投下
の際の前記サブアセンブリの相対運動の実時間復元は、
その投下作業の実行の良好性を点検することを可能にす
る。切離しマージンの情報と投下物体に与えられる運動
学的外乱の情報は、打ち上げシステムの任務と性能と定
性とを条件付ける。従って、積み込まれた装置を用いて
放出物体の軌道と姿勢とを測定することが問題となる。
【０００３】ロボット工学では、必要に応じた軌道修正
を可能にするために、複雑な環境内での運動物体の運動
を検査することが望まれている。
【０００４】映画撮影機による観測、ワイヤによる直接
測定、又はビデオカメラによる観測のような既存の手段
は、その各々の場合に、測定の不正確性と低信頼性、大
きな総寸法、投下後に映画撮影機を回収することが必要
なこと、得られた情報の処理の困難さといった数多くの
欠点を有する。
【０００５】本発明はこれらの欠点を取り除く。本発明
は、物体の観測を可能にする検出器から伝送される情報
を処理することによって前記情報を僅かの量しか必要と
せずに、一方の物体に比較した他方の物体の動きを単純
な仕方で測定することを可能にすることを目的とする。
【０００６】物体の投下の場合には、本発明は、情報の
記録の間に情報が伝送されるが故に、投下物と主要本体
とを回収することを不要にする。
【０００７】更に特に、本発明は、基準物体に結合され
た基準座標に比較した運動物体の運動を復元するための
処理法に係わり、少なくとも１対の平行直線を有する１
つの直線輪郭を有するシンボルが前記運動物体上に形成
され、前記基準物体と一体であるカメラを用いて周期的
に画像を獲得し、各々の前記画像を得る毎に、前記基準
座標に比較した既知の位置及び方向の射影座標を形成す
る少なくとも２つの軸Ｘ及びＹ上に、得られた前記画像
を射影し、これらの各射影の最高点を測定し、少なくと
も前記画像の獲得の合間に、前記シンボルと前記射影座
標との間に既知の相対回転運動を維持し、前記基準座標
に比較した前記シンボルの方向及び位置を一連の射影の
最高点から推論し、さらに一連の前記シンボルの方向及
び位置から前記基準座標に比較した前記運動物体の運動
を復元することから成ることとを特徴とする。
【０００８】これに加えて本発明は、この処理法を行う
ための装置に係わる。この装置は、その運動が測定され
るべき運動物体上に少なくとも１対の平行直線を有する
直線輪郭を持つ平面的シンボルを形成するための手段
と、基準物体上に配置された電子カメラであって、記録
された画像を表す信号を供給する少なくとも１つの検出
器と、Ｙ軸に沿って且つＸ軸上に射影P(X)を行ない、Ｘ
軸に沿って且つＹ軸上に射影P(Y)を行い、射影P(X)と射
影P(Y)とを表す信号を供給するための手段と、前記シン
ボルと前記射影座標との間の相対的回転を引き起こすた
めの手段とを有する前記電子カメラと、射影P(X)と射影
P(Y)とを表す前記信号から前記運動物体の位置と方向と
を常に推論することが可能な、前記電子カメラに接続さ
れた処理手段とを含む。
【０００９】この装置の好ましい実施例では、前記カメ
ラの検出器は、１つのプロセッサ配列と一体化された１
つの網膜を有するタイプである。この網膜は、マトリッ
クス形に配置された感光セルを有する。射影を行うため
に、前記マトリックスの末端行と末端列とに接続された
累算セルが、前記網膜の感光セルの各々に記録された情
報を収集する。
【００１０】前記カメラの検出器は、列及び行の形に配
置された１つの電荷結合素子配列によって構成されるこ
とも可能である。
【００１１】上記の両タイプの検出器は、光検出器配列
の範疇に属する。従って、この範疇の検出器の全てが本
発明による装置において使用可能である。
【００１２】本発明の装置の別の実施例では、前記カメ
ラの検出器はビジコンタイプである。
【００１３】射影を行う前に画像がクリーニングされる
ことが有利である。このクリーニングは、その画像のバ
ックグラウンドから前記シンボルを分離させる効果を有
する。
【００１４】
【実施例】以下では本発明が、非限定的な実施例と添付
の図面とに関連してより詳細に説明される。
【００１５】本発明による処理法は、基準物体に取付け
られた基準座標に比較した運動物体の方向及び位置を測
定することを可能にする。一連の方向及び位置の情報
は、その運動を復元することを可能にする。
【００１６】この処理法は３つの主要段階に分けられる
ことが可能である。
【００１７】第１の主要段階は、前記基準物体と一体に
なった電子カメラを用いて、所与の速度で連続写真を得
る画像獲得から成る。
【００１８】本発明の処理法により、最初の瞬間におい
て前記カメラの観測視野内の既知の位置及び方向に位置
する運動物体上に、シンボルが形成される。
【００１９】このシンボルは平面的であり、例えば概ね
シャープ記号（♯）の形を作るように交差した、２つず
つ平行な対になった４つの棒線である。これらの棒線の
寸法は、このシンボルを非対称化するために、互いに同
一とはならないように選択される。
【００２０】第２の段階は、獲得された画像を２つの軸
ＸとＹ上に射影することを含み、一方の射影P(X)がＹ軸
に沿って且つＸ軸上で行われ、他方の射影P(Y)がＸ軸に
沿って且つＹ軸上で行われる。軸ＸとＹは、前記基準物
体と結合した基準座標(XR,YR, ZR) に関する既知の方向
及び位置の射影座標を形成する。少なくとも各画像獲得
の合間に、前記シンボルと射影座標とに、毎秒1/10〜10
箇の回転という速度を持つ既知の相対回転運動が与えら
れる。
【００２１】各画像獲得の合間に及び射影を行う前に、
得られた画像がクリーニングされる。この術語「クリー
ニング」は、測定ノイズと見なされるバックグラウンド
から、運動の復元のための画像の有用要素であるシンボ
ルを分離することを可能にする何れのタイプの画像処理
プロセスをも含むものとして理解される。このクリーニ
ングの例は、輪郭検出、マスキング、又は、閾値演算で
ある。
【００２２】閾値演算においては、獲得された画像を形
成する個々の画素の値が予め決められた閾値と比較さ
れ、前記比較に応じて値「０」（例えば、当該画素の値
が前記閾値を下回る場合）又は値「１」（例えば、当該
画素の値が前記閾値を上回る場合）とにされる。これ
は、中間のグレーレベルを持たない高コントラストの獲
得画像を与える。
【００２３】マスキングにおいては、獲得画像の一部分
だけが後続の処理において考慮に入れられる。考慮され
る部分は先行の画像から推定され、前記シンボルを含む
画像部分だけが使用される。
【００２４】輪郭検出は、細い棒線を有するシンボルの
場合に、任意の連続的バックグラウンドから分離された
シンボルの画像を復元することを可能にする。太い棒線
を有するシンボルの場合には、同一の結果を得るため
に、腐食(erosion)、膨張(expasion)又は骨格化(skelet
onizing)が使用される。
【００２５】これらの３つの画像処理手続きの組合わせ
が、前記クリーニングの効率を改善する。
【００２６】第３の主要段階では、これらの射影P(X)及
びP(Y)と、前記シンボルと射影座標との間に強いられる
相対回転運動の情報と、最初の方向及び位置の情報との
結果として各瞬間における前記運動物体の方向及び位置
が測定される。
【００２７】図１は、前記カメラの検出器の平面内に獲
得されるシンボルの画像と、空間の２つの方向ＸとＹに
沿った前記シンボルの射影とを概略的に示す。この例で
は、シンボルは、射影座標を含む基準平面(XR,YR)(例え
ば検出器平面) に関して前方への傾斜（即ち、ZRの正の
方向に向かっての傾斜）を与えられている。
【００２８】この例では、シンボルは、非対称なシャー
プ（♯）の形をおおむね形成するように、他方の対を成
す２つの平行な棒線B3とB4と垂直に交差する、一方の対
を成す２つの平行な棒線B1とB2によって構成される。更
に棒線B1とB3とは、棒線B2とB4よりも幅広く且つ短い。
【００２９】この例では、画像は閾値演算処理を受け、
シンボルの棒線が記録されている画は「１」に等しく、
その他の画素は「０」に等しいと見なされる。射影P(X)
とP(Y)は、方向ＹとＸとの各々における「１」に等しい
前記カメラの検出器の画素の数に対応する。
【００３０】各画像獲得の合間に行われる射影の計算
は、この計算の持続時間が画像獲得の持続時間に比べて
無視できるほど短いが故に、瞬時的であると見なされ
る。
【００３１】Ｘ軸上の且つＹ軸に沿った射影P(X)は、前
記シンボルの傾斜の結果としてＸ軸に対して見掛け角度
を有する棒線B3とB4とに相当する２つの「***」を有す
る。この射影では、Ｘ軸に平行な棒線B1とB2は、ほぼ均
一のバックグラウンドを与えるだけである。
【００３２】Ｙ軸上の且つＸ軸に沿った射影P(Y)は、ほ
ぼ連続したバックグラウンド上に２つの最大振幅ピーク
を有する。これらのピークは、前記シンボルの傾斜の間
にＹ軸に対して垂直なままである棒線B1とB2の射影に相
当する。連続バックグラウンドは棒線B3とB4の射影に起
因する。
【００３３】各々の記録に関して、射影P(X)とP(Y)の最
高点から横座標X1、X2、....、Y1、Y2、....、と値PM(X
1)、PM(X2)、....、PM(Y1)、PM(Y2)が測定される。
【００３４】図示された例では、各々の曲線P(X)とP(Y)
は２つの最高点を有するだけであるが、測定ノイズの故
に他の最高点が現れる可能性がある。
【００３５】この処理の後続部分では、有効な測定に該
当しないこれらの最高点は取り除かれる。後述されるよ
うに、シンボルの棒線に起因する最高点の場合とは違っ
て、こうした最高点は、ノイズに起因するが故に、経時
的に互いに相関関係を持たないという事実が利用され
る。
【００３６】運動物体と基準物体との間の他の任意の相
対運動にも重ねられる、前記シンボルと射影座標との間
の強いられた回転の間に、射影方向Ｘ又はＹの各々１つ
に対して１つの棒線が平行である時に、射影P(X)とP(Y)
は集まって1つのピークになり、その回転運動は運動物
体の回転運動よりもはるかに高速度である。
【００３７】図2A、図2B、図2Cは、シンボルの位置及び
方向の３つの場合に関して、経時的な射影P(X)のシーケ
ンスを概略的に示す。
【００３８】記録の連続的瞬間は、シンボルと射影座標
との間の相対回転を表す、ひと続きの既知の角度1,2,3
等に相当する。射影によって、これらの角度は基準座標
に比較した回転を表す角度に帰着させられる。
【００３９】図2Aは、シンボルの平面が射影座標を含む
平面に対して平行である場合に相当する。射影座標に対
してシンボルが1/4回転する毎に、２つの最大振幅ピー
クが同時に現れる。これらのピークは、Ｘ軸に対して２
つの棒線が垂直であるという事実に相当する。シンボル
の各棒線が同一ではないことが有利である。従って、例
えば、前記ピークの振幅と中間高さの幅との間の関係を
分析することによって、どの棒線が前記ピークの原因で
あるかを識別することが可能である。
【００４０】図2Bは、Ｘ軸に対して平行な１つの軸の周
りにシンボル平面が傾斜させられた場合に相当する。最
大振幅ピークが異なった瞬間に（即ち、異なった角度
で）現れる。従って、その傾斜は投影図をもたらし、Ｘ
軸に対して垂直な棒線はＸ軸に対する見掛け角度を有す
る。
【００４１】図2Cは、シンボル平面が基準座標を含む平
面に対して平行であるが図2Aの場合よりも前記基準座標
平面から離れている場合に相当する。従って、その最大
振幅ピークは、図2Aの場合と同一の角度で且つ再び同時
に現れるが、その振幅は図2Aの場合よりも小さく、その
横座標の値が異なっている。
【００４２】シンボルの方向及び位置が、シンボルと射
影座標との間の相対回転運動を知ることによって及びそ
の投影図の規則を知ることによって、測定可能であるこ
とが上記の３つの図面から明らかである。シンボルの傾
斜又は傾きは何れも、Ｘ軸及びＹ軸上の射影の最高点の
出現に遅延をもたらし、その位置は、Ｘ軸及びＹ軸上の
射影の最高点の横座標の位置と前記最高点の振幅とから
推論される。
【００４３】運動物体の運動を復元することを可能にす
る諸段階に関する、より詳細な説明が以下で図３を参照
して行われる。
【００４４】その処理においては、３つの時間尺度が区
別される。第１の時間尺度に対応する段階は総照合記号
EIの下に再編成される。EIは画像撮影の速度で反復され
る。この画像撮影速度は、シンボルと射影座標との間の
相対回転速度に適合させられ、例えば、１r.p.s.の速度
の場合には1Hzである。
【００４５】EIは次の諸段階を有する。
【００４６】 段階30：１つの画像の獲得、 段階32：前記画像のクリーニング、 段階34：２つの軸ＸとＹとの上への前記画像の射影、 段階36：曲線P(X)とP(Y)の各々の最高点PM(X)、PM(Y)の
測定。
【００４７】次の諸段階は第２の時間尺度に対応する。
シンボルの各棒線に相当する少なくとも１つの射影ピー
クの出現を可能にする一連の画像を獲得した後に、これ
らの諸段階が行われる。
【００４８】総参照記号EOの下にシンボルの方向の測定
のための諸段階が再編成され、一方、総参照記号EPの下
にシンボルの位置の測定のための諸段階が再編成され
る。
【００４９】シンボルの方向を測定するために、次の諸
段階が行われる。
【００５０】段階38：各射影の連続した最高点の間を比
較することによって、これらの最高点PM(X) 、PM(Y) の
最大値と、これらの最高点が出現する瞬間TMAX(PM(X))
とTMAX(PM(Y)) との測定が行われる。
【００５１】時間の経過につれて、前記最高点PM(X) 、
PM(Y) の経過曲線を描くことが可能である。
【００５２】図４は、基準平面(XR,YR) に関して見たシ
ンボルの形状を概略的に示す。この例では、その射影座
標は、カメラの照準軸と一致する軸ZRに関して回転す
る。この射影座標の回転速度は、シンボルの運動速度を
十分に上回っている。従って、射影座標が数多く回転す
る間も、シンボルは殆ど動かないように見える。
【００５３】図５は、時間の関数としての且つ図４の形
状の場合の、４つの棒線B1、B2、B3、B4に関する射影最
高点PM(X) の経過曲線を概略的に示す。Ｙ軸上の射影の
同じ曲線が同じ方法で描かれる。
【００５４】従って横座標が時間を表し、縦座標が個々
の棒線の関しての射影ピークが出現するＸの値を表す。
【００５５】射影座標の回転の間は、前記曲線は概ね正
弦曲線の外観を呈する。しかし、これらの曲線の最高点
又は最低点の周囲に現れる点だけが良好に明確化されて
いる。これらの点は当該の射影における１つのピークの
形成に相当する。これらの点は当該ピークの振幅に比例
した寸法を持つように表される。これらの明確化された
点の外側では、（その時には***状の形状を有する）前
記ピークのＸ軸上の位置が非局在化され、従って前記点
は示されていない。
【００５６】最大の点で表される最大振幅ピークは、疑
似正弦曲線の最高点と最低点とに位置する。
【００５７】図４に示される形状では、棒線B1とB2とに
関する射影の最高点の最大値が同時に現れる。
【００５８】Ｘ軸上の負の位置における前記最大値の出
現時点TMAX1と、Ｘ軸上の正の位置における前記最大値
の出現時点TMAX4との間に、Ｘ軸は軸ZRの周りに1/2回転
し終えている。
【００５９】Ｘ軸上の位置と1/2回転の間の射影ピーク
の振幅（点の大きさ）との測定は、基準座標に比較した
シンボルの位置及び方向を測定することを可能にする。
【００６０】そうした測定の一例が後述されるが、これ
らの点の測定はシンボルの状態に関する余分な情報をも
たらす。
【００６１】基準座標の1/2回転を必要とする測定の精
度は、シンボルの運動速度に比べて基準座標の回転速度
が大きければ大きいほど向上する。
【００６２】更に、前記疑似正弦曲線の最高点の周囲の
点の間の相関関係を調べることによって、射影軸上の１
つのピークの出現に実際に相当する点と、ノイズに起因
する無意味な点とを区別することが可能になる。
【００６３】段階40：前記棒線とＸ，Ｙ軸との間の見掛
け角度が、これらの瞬間において一致させられる。シン
ボルと射影座標との間の相対回転運動が既知であるが故
に、前記角度が既知である。
【００６４】従って、射影座標とシンボルとの間に与え
られた相対回転の速度を知ることによって、射影最大値
の出現時点TMAX(PM(X)) 又はTMAX(PM(Y))の各々を１つ
の角度に結び付けることが可能にされる。この角度は、
当該の棒線が基準平面の軸XR又はYRの１つと共に形成す
る見掛け角度である。
【００６５】段階42：シンボルの各棒線の見掛け角度を
知ることによって、基準座標に比較したシンボル平面の
方向を推論することが可能である。
【００６６】第１の変形例においては、シンボルの位置
を測定するために次の諸段階が行なわれる。
【００６７】段階44：連続した射影最高点PM(X)とPM(Y)
の中からの最大値が、所与の基準値VR(B1)、VR(B2)、VR
(B3)、VR(B4)と比較される。これらの基準値は、例えば
運動物体の投下の前に測定されることが可能である。こ
れらの値は、シンボルの既知の位置に関する射影最高点
の値に相当する。
【００６８】段階48：この比較から、射影座標を含む平
面からのシンボルの距離（即ち、射影座標に対して垂直
な１つの軸の上に射影されたシンボル位置）が推論され
る。
【００６９】段階50：シンボルの位置（即ち、Ｘ軸とＹ
軸との上に射影されたシンボル位置）が、Ｘ軸とＹ軸と
の上の射影最高点PM(X) とPM(Y) の最大値の横座標と、
基準横座標XR1、XR2、YR1、YR2との間の比較によって推
論される。射影座標からの位置及び距離に関する前記情
報に基づいて、基準座標に比較したシンボルの位置が推
論される。
【００７０】別の変形例では、段階44は次の段階46によ
って置き換えられる。
【００７１】段階46：２つの平行な棒線の検出に相当す
る射影最高点PM(X)とPM(Y)との最大値の間の距離ＸとＹ
が、基準距離DR(B1,B2)とDR(B3,B4)とに比較される。こ
れらの基準距離は運動物体の投下の前に測定され、既知
の位置における平行棒線B1、B2、B3、B4を隔てる距離に
相当する。
【００７２】シャープ（♯）形のシンボルを使用する別
の変形例では、２つの平行な棒線の間にシンボルの中心
が位置させられるという利点が活用される。この場合に
は、前記中心の位置は、Ｘ軸とＹ軸との各々に沿った射
影最高点の最大値の横座標の1/2合計を行なうことによ
って測定される。従って、シンボルの方向及び位置が
（従って、シンボルがその上に形成される運動物体が）
基準座標に比較して測定される。
【００７３】第３の段階は第３の時間尺度に対応する。
この段階は、シンボルの位置及び方向の連続的な測定を
要する。この段階は次のものを含む。
【００７４】段階52：運動物体の運動（軌道）が一連の
シンボル位置及び方向から推論される。既に示されたよ
うに、射影座標とシンボルとの間の1/2回転の相対回転
が、基準座標に比較したシンボルの状態（位置、方向）
を完全に測定することを可能にする。この相対回転はシ
ンボルの運動全体よりも遥かに高い速度で起こり、従っ
て、運動の復元が実時間で行われると見なされることが
可能である。
【００７５】さて、以下では、上記の処理を行うことを
可能にする装置の説明が行なわれるだろう。図６は打ち
上げロケット12からのノーズコーン10の投下に適用され
るような装置を概略的に示す。この場合には、基準物体
として働くロケット12に比較したコーン10の運動を測定
することが問題である。
【００７６】前記装置は、その運動が測定対象である運
動物体10の上に、少なくとも１対の平行直線を有する直
線輪郭を有する１つの平面的シンボルを形成する手段を
備える。図６では、前記手段は、ノーズコーン10と一体
化した（その上に前記シンボルが示される）照準マーク
14によって構成される。前記シンボルは４つの棒線B1、
B2、B3、B4によって形成される。棒線B1は棒線B2に対し
て平行であり、棒線B3は棒線B4に対して平行である。棒
線B1、B2、B3、B4は、概ね♯形を成すように互いに交差
する。これらの棒線の長さ及び幅は同一ではなく、互い
に垂直で且つ類似したB1、B3は、互いに垂直で且つ類似
したB2、B4よりも幅広く且つ短い。これらの棒線の間の
相違が、運動の際において各棒線を区別することを可能
にし、例えば回転方向のような不確定性を取除くことを
可能にする。
【００７７】図示された実施例では、前記シンボルが胴
体の表面上に直接的に塗装される。
【００７８】図示されていない別の実施例では、前記シ
ンボルは、運動物体10の適切な輪郭を有する部品によっ
て構成される。
【００７９】少なくとも投下直後の瞬間に前記シンボル
を観測するために、この場合にはロケット12である基準
物体上に、１つの電子カメラ16が配置されている。この
カメラ16は、画像を表す信号を供給する１つの検出器18
を有する。検出器18は、射影座標のＸ軸とＹ軸によって
作られる平面に一致する平面の範囲を限定する。基準座
標の軸XR、YRによって作られる平面が射影座標を含む平
面（検出器18の平面）に一致し、カメラ16の照準軸が基
準座標の軸ZRと一致することが有利である。
【００８０】投下の以前には、前記照準軸が照準マーク
14上の♯の中心を通過し、照準マーク14だけがカメラ16
の観測視野に入ることが好ましい。カメラ16は、獲得さ
れた画像の電子的クリーニングのためのクリーニング手
段17をも有する。この手段17は、クリーニングされた画
像を表す信号を供給する。この電子的クリーニングは、
バックグラウンドを取り除くと同時に、画像の重要部分
即ちシンボルだけが得られることを可能にする。
【００８１】カメラ16は、獲得され及びクリーニングさ
れ終わった画像の射影を、即ち、Ｘ軸上の且つＹ軸に沿
った射影P(X)とＹ軸上の且つＸ軸に沿った射影P(Y)とを
行うための手段19をも有する。
【００８２】任意に、ランプ20が照準マーク14を照明す
る。ランプ20は閃光タイプであることが可能であり、こ
の場合には撮影速度と同期化される。閃光の短さが、画
像の形成の間の「ぶれ」を防止することを可能にする。
【００８３】シンボルの検出を促進するためには、前記
シンボルが逆反射性材料で作られることが有利である。
投下された物体が基準物体から遠去かって行くにつれ
て、照準マーク14がランプ20から受ける光量は次第に小
さくなっていく。逆反射性材料の使用は、距離の増大に
も係わらず、前記シンボルが実質的に一定したレベルの
輝度を維持することを可能にする。この場合には、ラン
プ20はカメラ付近に配置される。
【００８４】カメラ16は規則的な速度で写真を撮影す
る。獲得され及びクリーニングされ終わった画像の射影
に相当する情報は、例えばコンピュータ又はマイクロコ
ンピュータのような解析及び処理手段24に伝送される。
【００８５】図６に示される実施例では、経済上及び重
量上の理由からロケット12はコンピュータを持たず、前
記情報は、高周波を送信する送信器−受信器26によって
ディジタル形式で送信される。これらの波は、コンピュ
ータに接続された送信器−受信器28によって地上で捕捉
される。
【００８６】前記シンボルと射影座標は、既知の相対回
転運動を有し、この回転運動は、自転する投下物体の自
然発生的な回転運動の結果として得られることが可能で
ある。この回転運動は人工的なものであることも可能で
あり、カメラ16と一体化したモータ22が、照準軸ZRの周
りにカメラ16を回転させ、それによって射影座標を回転
させることを可能にする。
【００８７】別の変形例では、この相対回転運動は射影
軸ＸとＹの回転にのみ起因する。後述されるように、前
記回転は電子的にもたらされる。
【００８８】図７は、本発明による装置の１つの変形例
を概略的に示す。この場合には、レーザ29が運動物体10
の方向に光ビームを発射する。レーザ29は、その光ビー
ムが運動しながら及び適切に光の強度を変化させながら
運動物体10の上にシンボルを描き出すようなレーザであ
る。カメラ16が検出統合によって常にシンボル全体を見
てシンボルの一部分だけを見ることがないことを確実に
するのに十分な速度で、ビームの移動が行なわれる。こ
の場合には、シンボルと射影座標との間の相対回転運動
は、光で描かれた図柄を回転させることによって得られ
る。
【００８９】前記ビームによってこうして作り出された
シンボルは輝度が高く、その図柄又は射影が有効である
ことが可能である。レーザ29は、伝送手段26,28を経て
接続されたコンピータ24によって制御され、例えば、運
動物体10からの距離に応じてシンボルの大きさを調節す
ることが可能であり、一般的に言って、その描く図柄を
実験条件に適合させることが可能である。
【００９０】運動物体10上に据えられた反射屈折性の光
拡散表面27が、カメラの方向に光を反射することを可能
にすることが有利である。
【００９１】この変形例では、フラッシュランプ20は必
要ではなく、従って図７には示されていない。
【００９２】図８は、検出器とクリーニング及び射影手
段の第１の実施例を示す。カメラの検出器18は、プロセ
ッサ配列と一体化された網膜を有するタイプの検出器で
ある。そうした網膜は、1985年６月18日付で出願された
フランス特許出願2 583 602号に説明されている。この
網膜は同一の基板上に形成されたセル60の配列によって
構成され、この網膜のより詳細な説明は後述される。こ
こでは、検出器18の画素を形成するこれらのセル60が、
前記網膜上に形成される画像の１つの要素を表す１つの
信号を供給する１つの感光要素と、前記信号を２値情報
に変換するための要素と、１つのセルからの２値情報を
任意の隣接のセルに転送するための、シフトレジスタの
２次元的配列として編成された、前記２値情報の記憶手
段とを含むということを知ることだけが必要である。セ
ル60は行及び列の形に配列される。後述されるように、
そうしたセル60は、記録された画像をクリーニングする
手段を有する。
【００９３】射影P(X)とP(Y)は、ディジタル又はアナロ
グであることが可能な２つの組62、66の累算セルによっ
て行なわれる。射影P(X)を行なうための第１の組62で
は、累算セル64の各々が、入力e1によって、検出器18の
末端行に属する別のセル60に接続される。累算セル64の
第２の組66は、Ｙ軸上の且つＸ軸に沿った射影P(Y)を可
能にする。これらの累算セル64の各々は、入力e1によっ
て、検出器18の末端列に属する別のセル60に接続されて
いる。
【００９４】出力s2に対して、各累算セル64は、対応す
る行又は列上の励起されたセル60の数に比例した電気信
号を供給する。
【００９５】第１の組62の累算セルの出力s2は、互いに
接続され、且つ検出器18の励起画素の数の積分的測定を
可能にする回路68の１つの入力に接続されている（同様
の仕方で、第２の組の累算セルが使用されることが可能
である）。この測定は、例えば現在の光の強度に検出器
18の露出時間を調節するために使用されることが可能で
ある。
【００９６】セル60は、隣接の累算セル64への各画素の
値の運動を制御するための制御入力を持っていなかっ
た。累算セルは、検出器18の露光の後に電荷の蓄積を引
き起こすための制御入力を持っていなかった。
【００９７】射影を行うための累算セルを有するプロセ
ッサ配列を備えた網膜タイプのそうした検出器は、射影
軸を電子的に回転させることを可能にする。これは、セ
ル60内に含まれる２値情報の適切な回数の連続的シフト
によって実現されることが可能である。
【００９８】図９は、セル60を詳細に見ることが可能な
上記の実施例の部分図である。このセルは、フォトダイ
オードによって構成されることが有利な感光要素70を含
む。前記要素70は、セル60によって構成される画素の値
を露出時間完了後に表す、点Ａにおける電圧を供給す
る。
【００９９】点Ａにおける電圧は、点Ａと２つのトラン
ジスタT7、T8に接続した点Ｂの間に接続されたインバー
タI1を組み込んだアナログ−デジタル変換と記憶回路と
に与えられ、その出力回路は点Ｂと接続点Ｃとの間と、
点Ａと接続点Ｄとの間とに別々に接続され、第２のイン
バータI2が点Ｃと点Ｄとの間に接続されている。
【０１００】インバータI1は、点Ａにおける電圧が所定
のインバータ作動閾値を上回るか又は下回るかに応じて
前記電圧を値「０」又は「１」をとる２値情報に変換す
る、アナログ−ディジタル変換要素を構成する。従っ
て、画素の２値化は閾値演算によって行なわれる。従っ
て、前記変換器手段は閾値演算によって記録画像をクリ
ーニングする。
【０１０１】トランジスタT7、T8と共にインバータI1、
I2は、点Ａにおける電圧の変換によって得られる２値情
報のための記憶回路を構成する。
【０１０２】これらの記憶回路はシフトレジスタの２次
元ネットワークの形に編成されている。これらのセル
は、１つのセルの点ＢとＡとをその右側に隣接するセル
の点ＣとＤとに別々に接続するトランジスタT9、T10に
よって横列の形に接続され、同時に、1 つのセルの点Ｃ
とＤとをその下方に隣接するセルの点ＡとＢとに別々に
接続するトランジスタT11 、T12 によって縦列の形に接
続されている。
【０１０３】情報の転送は、トランジスタT7、T8、T9、
T10、T11、T12に与えられる制御信号SC7、SC8、SC9、SC
10、SC11、SC12によって制御される。従って、右へのシ
フトはT10とT8とを閉じることによって制御され、下へ
のシフトはT7とT11とを閉じることによって制御され、
その他同様である。
【０１０４】前記網膜の各々のセル60は、一方では点Ｃ
に接続されたトランジスタTPにその出口において接続さ
れ且つ他方ではデータ入力を通して点Ｂに接続された、
１つの要素プロセッサＰを含む。
【０１０５】このプロセッサＰは別のクリーニング手段
を構成する。従ってそれは、マスキング、輪郭検出、又
は他の何れの画像処理を任意に行なうことを可能にす
る。
【０１０６】この実施例では、累算セル64はアナログ特
性である。その電荷積分機能とは別に、これらの累算セ
ルは所定閾値との比較を可能にする。前記ネットワーク
の末端の行及び列に属するセル60の各々は、１つのアナ
ログ累算セル64に接続されている。累算セルの入力e1
は、それに対応するセル60の点Ｂに接続されている。
【０１０７】トランジスタT1が一方では入力e1に接続さ
れ、他方では接続点Ｅに接続されている。このトランジ
スタT1は抵抗ダイオードとして働くように配線されてい
る。２つのトランジスタT2とT3が各々に接続点ＥとＦ及
びＦとＧの間に接続されている。これらのトランジスタ
は、これらに別々に印加される制御信号sc2とsc3とによ
って制御可能なスイッチとして働く。コンデンサC1の１
つの電極が点Ｇに接続され、一方でその第２の電極がア
ース電位に到達させられる。
【０１０８】点Ｇは、累算セル64の第１の出力s1に接続
されている。前記出力s1は、トランジスタT9を経由して
対応するセル60の点Ａに接続されている。第２のコンデ
ンサC2が、一方では点Ｆに接続され、他方では累算セル
の第２の出力s2に接続されている。
【０１０９】第１の組62の（及び第２の組66の各々の）
累算セル64の出力s2が、相互接続されており、更に、制
御信号SC5（及びSC6の各々)によって制御されるトラン
ジスタT5（及びT6の各々)を経由して、（Vccが前記網膜
の供給電圧であり、例えば5Vに等しい）電圧Vcc/2に達
せさせられる。
【０１１０】トランジスタT1、T2とコンデンサC2は１つ
の積分器を形成する。対応するセル60のトランジスタT3
とコンデンサC1、C2とインバータI1が１つの比較器を形
成する。
【０１１１】Vcc〜Vcc/2の間の電圧の範囲内で、C1の端
子において累算されたアナログ電圧の記録を得るため
に、T3の制御は所定閾値だけ前記累算電圧を下回るもの
でなければならない。規則正しく減少する閾値を連続的
に検査することによって、且つ各々の検査に対応してセ
ル60内のs1に供給される信号を記録することによって、
射影輪郭の連続振幅断面が得られ、s1によって供給され
る信号が、その信号がセル60内に入り込む度に閾値演算
される。
【０１１２】電圧範囲Vcc/2〜0Vを分析するためには、
トランジスタT5とT6を伝導性にすることによって得られ
る、全てのコンデンサC2に対する「ブートストラップ」
効果が利用される。
【０１１３】従って、射影輪郭の断面は、検出器18の末
端行と末端列のセル60内に連続的に記録される。これら
の情報は、検出器18の出力に逐次的に供給される。これ
らの情報は、アナログ累算セルで使用可能なアナログ情
報よりも容易に処理されるようにディジタル形式であ
る。
【０１１４】値「１」を有する画素の数の積分測定のた
めの回路68は、接続点Ｇとアース又は接地との間のコン
デンサC3に並列に接続された１つのトランジスタT4を有
する。トランジスタT4は制御信号sc4によって制御され
る。
【０１１５】集積ネットワーク網膜を使用するこの実施
例の１つの変形例によって、アナログ累算セルは数値カ
ウンタによって置き換えられることが可能であり、この
数値カウンタの能力は、ｎが（四角形の網膜の場合）行
と列の数に等しいlog2nに等しく、ｎは２の累乗であ
る。有利には、これらの数値カウンタは、累算結果を出
力するための単１のシフトレジスタであることが可能で
あり、即ち、「走査パス(scan path)」タイプの数値カ
ウンタであることが可能である。
【０１１６】図１０は、検出器とクリーニング及び射影
手段との別の実施例を概略的に示す。この場合のカメラ
検出器18は、行及び列の形に配置された（又は、他の何
れかの光検出器配列タイプの）電荷結合素子72の１つの
行列によって構成されている。
【０１１７】各々の電荷結合素子72は各々に検出器の１
つの画素に対応し、その画素によって受け取られた照度
を表すアナログ電気信号を各々１つの出力に供給する。
【０１１８】示された実施例では、そのクリーニング手
段は閾値演算手段である。閾値演算素子74は、１つの行
の各セル72の電気信号を第１の入力に逐次的に供給し、
これは行毎に行われる。
【０１１９】画素の値に相当するアナログ電気信号は、
この信号の振幅が閾値Vsを上回る場合には値「１」を採
り、又は、前記振幅が閾値Vsを下回る場合には値「０」
を採る２値情報を形成するようにディジタル化されてい
る。
【０１２０】カウンタ76は、画素の２値化値を逐次的に
供給する閾値演算素子の出力に接続される。前記カウン
タは、前記閾値演算素子74の演算速度と前記カウンタを
同期化することを可能にする制御信号SCによって制御さ
れる。
【０１２１】前記カウンタに接続された第１と第２のメ
モリ78、80は、各々に、前記電荷結合素子72の配列が有
する列及び行列の数と同一の数のレジスタを有する。
【０１２２】検出器18の１つの画素に対応する１つの新
たな値をカウンタ76の中に記録する毎に、信号SM1 によ
って制御されたメモリ78が、その画素が位置する列に対
応したレジスタ内に記憶された数値をカウンタ76に供給
する。この数値は前記値に加算され、その結果が同じカ
ウンタの中に記憶される。行上の射影のために、類似の
演算が、制御信号SM2 によって制御されるメモリ80によ
って行われる。
【０１２３】画素の全ての読み取りが完了すると、射影
P(X)とP(Y)がメモリ78、80の中に格納される。その後で
これらのメモリは逐次的に読み取られ、そこに含まれる
情報は処理用コンピュータに伝送される。
【０１２４】別の実施例では、検出器18はビジコンタイ
プである。クリーニング及び射影手段は、電荷結合素子
検出器の場合と同一の形で作られる。
【０１２５】このようにして、本発明によって、本体か
ら分離する運動物体の運動が、実時間において再構成さ
れ追跡されることが可能である。この測定のために有用
な情報を搬送する信号は、処理手段に伝送される情報量
を低減させるように予処理される。
【図面の簡単な説明】
【図１】空間内の２つの方向におけるシンボルとその射
影との様子を概略的に示す説明図である。
【図２Ａ】シンボル位置及び方向の一例における一連の
連続的射影を概略的に示す説明図である。
【図２Ｂ】シンボル位置及び方向の別の一例における一
連の連続的射影を概略的に示す説明図である。
【図２Ｃ】シンボル位置及び方向の更に別の一例におけ
る一連の連続的射影を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明による処理に関するフローチャート図で
ある。
【図４】基準平面(XR,YR) に関するシンボルの形状を概
略的に示す説明図である。
【図５】図４の形状の場合の時間の関数としてのＸ軸上
の射影最高点の経過曲線を概略的に示す説明図である。
【図６】本発明による装置の概略的な全体図である。
【図７】本発明による装置の１つの構造的変形例の概略
的な全体図である。
【図８】本発明による検出器とクリーニング及び射影手
段との第１の実施例を概略的に示す説明図である。
【図９】図８の装置の概略的な部分図である。
【図１０】本発明による検出器とクリーニング及び射影
手段との第２の実施例を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
10 運動物体 12 基準物体 16 カメラ 17 クリーニング手段 18 検出器 19 射影手段 20 フラッシュランプ 22 カメラ回転手段 24 処理手段 29 レーザ 60 感光セル 64 累算セル 68 積分測定回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン−ピエール・メルル フランス国、91400・オルセ、アレ・ド ウ・ル・ロレ・ドユ・ボワ・12 (72)発明者 フランスイ・ドウボ フランス国、91405・オルセ・セデツク ス、フアキユルテ・デ・スイアンス、イ ー・ウー・エフ・バツト・220 (72)発明者 クリストフ・コケレ フランス国、94240・レ・レ・ロズ、リ ユ・シヤルル・ギドウ・18 (72)発明者 パトリツク・ギヤルダ フランス国、94320・テイエ、アレ・ド ウ・ノルマンデイ・１ (56)参考文献 特開 平１−173173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−184805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−66303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−133284（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 7/00 - 7/60 B64G 3/00 B25J 19/04 G01D 21/00 - 21/02

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準物体に結合された基準座標に比較し
    た運動物体の運動を復元するための処理法であって、少
    なくとも１対の平行直線を有する１つの直線輪郭を有す
    るシンボルが前記運動物体上に形成され、前記基準物体
    と一体であるカメラを用いて周期的に画像を獲得し、各
    々の前記画像の獲得の毎に、前記基準座標に比較した既
    知の位置及び方向の射影座標を形成する少なくとも２つ
    の軸Ｘ及びＹ上に、得られた前記画像を射影し、これら
    の各射影の最高点を測定し、少なくとも各々の前記画像
    の獲得の合間において、前記シンボルと前記射影座標と
    の間に既知の相対回転運動を維持し、前記基準座標に比
    較した前記シンボルの方向及び位置を一連の射影の最高
    点から推論し、さらに一連の前記シンボル方向及び位置
    から前記基準座標に比較した前記運動物体の運動を復元
    することから成ることとを特徴とする処理法。
  2. 【請求項２】 獲得された画像を射影する前に、前記画
    像がクリーニング処理を受けることを特徴とする請求項
    １に記載の処理法。
  3. 【請求項３】 前記基準座標に比較した前記シンボルの
    方向を測定するために、前記射影の連続的な最高点の値
    の間の比較によって前記射影最高点の値が最大値である
    瞬間を測定し、前記シンボルの輪郭に属する直線と前記
    射影座標のＸ軸及びＹ軸との間の見掛け角度を前記瞬間
    において一致させ、さらに前記基準座標に比較した前記
    シンボルの方向をそれから推論することを含むことを特
    徴とする請求項１に記載の処理法。
  4. 【請求項４】 前記基準座標に比較した前記シンボルの
    位置を測定するために、所定の基準距離を持つ輪郭を形
    成する１対の平行直線に対応したＸ軸又はＹ軸の一方に
    沿って射影最高点の最大値の横座標間の距離を比較し、
    前記シンボルと前記射影座標との間の距離をそれから推
    論し、さらにＸ軸及びＹ軸上の射影最高点の最大値の横
    座標と前記射影座標からの前記シンボルの距離とに基づ
    いて、前記基準座標からの前記シンボルの位置を推論す
    ることを含むことを特徴とする請求項１に記載の処理
    法。
  5. 【請求項５】 前記基準座標に比較した前記シンボルの
    位置を測定するために同一の射影の最高点の最大値を所
    定の基準値と比較し、前記シンボルと前記基準座標との
    間の距離をそれから推論し、さらにＸ軸及びＹ軸上の射
    影最高点の最大値の横座標に基づいて前記基準座標から
    の前記シンボルの位置を推論することを含むことを特徴
    とする請求項１に記載の処理法。
  6. 【請求項６】 基準物体に結合された基準座標に比較し
    た運動物体の運動を復元するための装置であって、その
    運動が測定されるべき運動物体上に少なくとも１対の平
    行直線を有する直線輪郭を持つ平面的シンボルを形成す
    るための手段と、基準物体上に配置された電子カメラで
    あって、記録された画像を表す信号を供給する少なくと
    も１つの検出器と、Ｙ軸に沿って且つＸ軸上に射影P(X)
    を行ない、Ｘ軸に沿って且つＹ軸上に射影P(Y)を行な
    い、前記射影P(X)と前記射影P(Y)とを表す信号を供給す
    るための手段と、前記シンボルと前記射影座標との間の
    相対的回転を引き起こすための手段とを有する前記電子
    カメラと、前記射影P(X)と前記射影P(Y)とを表す前記信
    号から前記運動物体の三軸方向と位置とを常に推論する
    ことが可能な、前記電子カメラに接続されている処理手
    段とを有する装置。
  7. 【請求項７】 前記カメラが前記獲得画像をクリーニン
    グするための手段をも有し、前記クリーニング手段が前
    記検出器に接続され且つクリーニングされた画像を表す
    信号を供給することを特徴とする請求項６に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 前記運動物体上にシンボルを形成するた
    めの手段が、前記基準物体上に配置され且つ前記運動物
    体上に前記シンボルを投影する光ビームを供給するレー
    ザによって構成されることを特徴とする請求項６に記載
    の装置。
  9. 【請求項９】 前記シンボルが、ほぼシャープ（♯）形
    を形作るように交差する、２つずつ対を成す互いに平行
    な４つの棒線によって形成されることを特徴とする請求
    項６に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記棒線の各々がその個別化を可能に
    する個々に異なった寸法を有することを特徴とする請求
    項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記シンボルと前記カメラに対して相
    対回転運動を与えるための手段を含むことを特徴とする
    請求項６に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記カメラによって行なわれる撮影に
    同期化され且つ前記基準物体上に配置されたフラッシュ
    ランプをも含むことを特徴とする請求項６に記載のの装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記検出器の励起画素の数に比例した
    信号を出力上に供給する積分測定システムを含むことを
    特徴とする請求項６に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記検出器が、マトリックス形に配列
    された感光セルを有するプロセッサ配列と一体化された
    １つの網膜によって構成されることを特徴とする請求項
    ６に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記クリーニング手段が前記プロセッ
    サ配列と一体化された前記網膜の形であることを特徴と
    する請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記射影を行うための手段が、前記マ
    トリックスの末端行の感光セルに各々が接続された第１
    の組の累算セルと、前記マトリックスの末端列の前記感
    光セルに各々が接続された第２の組の累算セルとによっ
    て構成され、前記累算セルの各々が、その各セルが接続
    された前記行又は列上の励起された前記感光セルの数に
    対応した信号を出力上に供給することを特徴とする請求
    項１３に記載の装置。
JP02418601A 1989-12-28 1990-12-27 運動物体上に形成されたシンボルを観測することによって運動物体の運動を復元するための処理法と、この処理法を行うための装置 Expired - Fee Related JP3114939B2 (ja)

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