DE19850846A1 - Distance measuring device, e.g. for vehicle distance - Google Patents
Distance measuring device, e.g. for vehicle distanceInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entfernungsmeßvorrichtung, etwa eine Fahrzeugabstands- Meßvorrichtung, wie sie zur Verhinderung einer Kollision von Fahrzeugen eingesetzt wird.The present invention relates to a distance measuring device, such as a vehicle distance Measuring device, as it is used to prevent a collision of vehicles.
Bekannte Fahrzeugabstands-Meßvorrichtungen (nachfolgend einfach als Abstandsmeßvorrich tung bezeichnet) vergleichen elektrisch Abbildungen zweiter seitlich nebeneinander oder übereinander angeordneter optischer Systeme, um den Abstand auf der Basis des Prinzips der Triangulation zu messen.Known vehicle distance measuring devices (hereinafter simply as distance measuring device device) electrically compare images of the second side by side or stacked optical systems to adjust the distance based on the principle of To measure triangulation.
Fig. 4 zeigt eine bekannte Fahrzeugabstands-Meßvorrichtung 50 dieser Art. Darin bezeichnet 52 eine Fotografie- oder Abbildungseinrichtung zur Abbildung eines Meßobjekts 51, während 53 eine Recheneinheit zur Errechnung des Abstands zu dem Meßobjekt 51 auf der Basis der von der Abbildungseinrichtung erzeugten Abbildung bezeichnet. Die Abbildungseinrichtung 52 enthält zwei Abbildungslinsen 61 und 62 und zwei optische Sensorfelder (Sensor-Arrays) 63, 64. Die Recheneinheit 53 setzt sich aus einer Signalverarbeitungsschaltung 65 und einer Entfernungs meßschaltung 66 zusammen. FIG. 4 shows a known vehicle distance measuring device 50 of this type. In this, 52 denotes a photography or imaging device for imaging a measurement object 51 , while 53 denotes an arithmetic unit for calculating the distance to the measurement object 51 on the basis of the image generated by the imaging device. The imaging device 52 contains two imaging lenses 61 and 62 and two optical sensor fields (sensor arrays) 63 , 64. The computing unit 53 is composed of a signal processing circuit 65 and a distance measuring circuit 66 .
Die Abbildungslinsen 61 und 62 sind in Fig. 4 so angeordnet, daß ihre optischen Achsen im Abstand B nebeneinander liegen. Die optischen Sensorfelder 63 und 64, beispielsweise lineare CCD-Sensorfelder, sind im Abstand der Brennweite f von den Abbildungslinsen 61 bzw. 62 angeordnet. Die Sensorfelder 63 und 64 wandeln von den Abbildungslinsen 61 und 62 erzeugte Bilder des Meßobjekts 51 zu Bildsignalen S61 und S62 um, die der Signalverarbeitungsschaltung 65 eingegeben werden. Die Signalverarbeitungsschaltung 65 setzt sich aus Verstärkern 67 und 68, Analog-/Digital-Umsetzern 69 und 70 und einem Speicher 71 zusammen. Die Bildsignale S61 und S62 von den Sensorfeldern 63 und 64 werden mittels der Verstärker 67 und 68 verstärkt, mittels der Analog-/Digital-Umsetzer 69 und 70 in digitale Daten umgesetzt und als Bilddaten S63 und S64 dem Speicher 71 zugeführt.The imaging lenses 61 and 62 are arranged in FIG. 4 so that their optical axes are at a distance B from one another. The optical sensor fields 63 and 64 , for example linear CCD sensor fields, are arranged at a distance of the focal length f from the imaging lenses 61 and 62 , respectively. The sensor fields 63 and 64 convert images of the measurement object 51 generated by the imaging lenses 61 and 62 to image signals S61 and S62, which are input to the signal processing circuit 65 . The signal processing circuit 65 is composed of amplifiers 67 and 68 , analog / digital converters 69 and 70 and a memory 71 . The image signals S61 and S62 from the sensor fields 63 and 64 are amplified by means of the amplifiers 67 and 68 , converted into digital data by means of the analog / digital converters 69 and 70 and supplied to the memory 71 as image data S63 and S64.
Die Entfernungsmeßschaltung 66 am Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung 65 umfaßt einen Mikrocomputer, der die im Speicher 71 gespeicherten rechten und linken Bilddaten S63 und S64 vergleicht, um die Entfernung zu dem Meßobjekt 51 zu berechnen und als ein Entfer nungssignal S65 abzugeben. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Bezeichnungen "rechts" und "links" im Rahmen des vorliegenden Textes zur einfachen Unterscheidung verwen det und auf die Darstellung in den Zeichnungen bezogen sind, jedoch keinerlei Beschränkung hinsichtlich der im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglichen räumlichen Anordnung der Abbildungslinsen bzw. Sensorfelder bedeuten. Letztere könnten z. B. genauso gut vertikal übereinander statt horizontal nebeneinander angeordnet werden. The distance measuring circuit 66 at the output of the signal processing circuit 65 comprises a microcomputer which compares the right and left image data S63 and S64 stored in the memory 71 in order to calculate the distance to the measurement object 51 and to output it as a distance signal S65. It should be noted at this point that the designations "right" and "left" used in the context of the present text for easy distinction and are based on the representation in the drawings, but no restriction with regard to the possible spatial within the scope of the present invention Arrangement of the imaging lenses or sensor fields mean. The latter could e.g. B. just as well vertically one above the other instead of horizontally next to each other.
Zur Erläuterung des Prinzips der Entfernungsberechnung sei zunächst auf Fig. 5 Bezug genom
men. Der Mittelpunkt zwischen den optischen Achsen der Abbildungslinsen 61 und 62 wird als
Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems mit der horizontalen X-Achse und der vertikalen
Y-Achse definiert. Die Koordinaten von Abbildungspositionen L1 und R1 sollen als (-aL1 - B/2, -f)
bzw. (aR1 + B/2, -f) bezeichnet werden. aL1 und aR1 bezeichnen Abstände auf den Sensorfeldern
63 bzw. 64, wie in der Figur dargestellt. Die Koordinaten des Mittelpunkts OL der Abbildungs
linse 61 sind (-B/2, 0), diejenigen des Mittelpunkts OR der Abbildungslinse 62 (B/2, 0). Bezeich
net man die Koordinaten eines Punkts M des Meßobjekts 51 mit (x, y), ergeben sich die
Koordinaten des Schnittpunkts N des Lots vom Punkt M auf die X-Achse zu (x, 0). Die Koordina
ten des Punkts L0, an dem eine zur Y-Achse parallele Linie durch den Mittelpunkt OL auf das
Sensorfeld 63 trifft, sind (-B/2, -f). Die Koordinaten des Punkts R0, wo eine zur Y-Achse parallele
Linie durch den Mittelpunkt OR auf das Sensorfeld 64 trifft, sind (B/2, -f). Da ΔMOLN ähnlich
ΔOLL1L0 und ΔMORN ähnlich ΔORR1R0 sind, gelten die folgenden Gleichungen (1) und (2).
To explain the principle of the distance calculation, reference is first made to FIG. 5. The midpoint between the optical axes of the imaging lenses 61 and 62 is defined as the origin of a Cartesian coordinate system with the horizontal X-axis and the vertical Y-axis. The coordinates of imaging positions L 1 and R 1 should be referred to as (-a L1 - B / 2, -f) and (a R1 + B / 2, -f). a L1 and a R1 denote distances on the sensor fields 63 and 64 , as shown in the figure. The coordinates of the center O L of the imaging lens 61 are (-B / 2, 0), those of the center O R of the imaging lens 62 (B / 2, 0). If one designates the coordinates of a point M of the measuring object 51 with (x, y), the coordinates of the intersection point N of the solder from the point M to the X axis result in (x, 0). The coordinates of the point L 0 at which a line parallel to the Y axis through the center O L meets the sensor field 63 are (-B / 2, -f). The coordinates of the point R 0 where a line parallel to the Y-axis meets the sensor field 64 through the center O R are (B / 2, -f). Since ΔMO L N is similar to ΔO L L 1 L 0 and ΔMO R N is similar to ΔO R R 1 R 0 , the following equations (1) and (2) apply.
(x + B/2)f = aL1.y (1)
(x + B / 2) f = a L1 .y (1)
(-x + B/2)f = aR1.y (2).(-x + B / 2) f = a R1 .y (2).
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich Gleichung (3):
Equations (3) result from equations (1) and (2):
y = B.f/(aL1 + aR1) (3).y = Bf / (a L1 + a R1 ) (3).
Anhand von Gleichung (3) kann die Entfernung y zum Meßobjekt 51 berechnet werden, wenn die Abstände aL1 und aR1 der Abbildungspositionen L1 bzw. R1 von den Punkten L0 bzw. R0 bekannt sind.The distance y to the measurement object 51 can be calculated using equation (3) if the distances a L1 and a R1 of the imaging positions L 1 and R 1 from the points L 0 and R 0 are known.
Es soll nun die Funktion der Entfernungsmeßschaltung 66 beschrieben werden. Sie vergleicht rechte und linke (bzw. obere und untere) Bilddaten 63L und 64R, wie durch ausgezogene Linien in Fig. 8 dargestellt, für einen gesondert eingestellten Entfernungsmeßbereich 73 (siehe Fig. 7). Wenn die Bilder nicht übereinstimmen, verschiebt sie beispielsweise die linken Bilddaten 63L nach rechts und die rechten Bilddaten 64R nach links, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 6 angedeutet, um denjenigen Verschiebungsbetrag (aL1 + aR1) zu ermitteln, bei dem die Bilddaten am weitesten übereinstimmen.The function of the distance measuring circuit 66 will now be described. It compares right and left (or upper and lower) image data 63 L and 64 R, as shown by solid lines in FIG. 8, for a separately set distance measuring area 73 (see FIG. 7). If the images do not match, for example, it shifts the left image data 63 L to the right and the right image data 64 R to the left, as indicated by the dashed lines in FIG. 6, in order to determine the amount of shift (a L1 + a R1 ) which the image data most closely match.
Die rechten und die linken Bilddaten stimmen nicht immer exakt überein, da übereinstimmende Bildpunkte zwischen den räumlichen Pixeln der Sensorfelder 63, 64, das heißt zwischen den Elementen dieser Sensorfelder liegen können.The right and left image data do not always exactly match, since matching pixels can lie between the spatial pixels of the sensor fields 63 , 64 , that is to say between the elements of these sensor fields.
Auf der Basis des Verschiebungsbetrags (aR1 + aL1) errechnet die Entfernungsmeßschaltung 66 unter Verwendung von Gleichung 3 die Entfernung y zu dem Meßobjekt 51. Based on the amount of displacement (a R1 + a L1 ), the distance measuring circuit 66 calculates the distance y to the measurement object 51 using equation 3 .
Fig. 7 ist eine schematische Zeichnung, die ein normales Bild zeigt, wie man es erhält, wenn der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug 51a gemessen wird. Gemäß Darstellung ist der Entfernungsmeßbereich 73 innerhalb eines Meßgesichtsfeldes 72 eingestellt, und der Abstand zu einem Meßobjekt, das heißt zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 51a, innerhalb dieses Entfer nungsmeßbereichs 73 wird als Fahrzeugabstand auf der Basis des Prinzips der beschriebenen Entfernungsmessung ermittelt. Fig. 7 is a schematic drawing showing a normal image how it is obtained when the distance to a preceding vehicle 51 a is measured. As shown, the distance measuring area 73 is set within a measuring field of view 72 , and the distance to a measurement object, that is to the vehicle 51 a ahead, within this distance measuring area 73 is determined as the vehicle distance on the basis of the principle of the distance measurement described.
Wenn man die Abstandsmeßvorrichtung 50 innerhalb des Fahrzeugs montiert, ergeben sich bestimmte Vorteile, unter anderem das Entfallen der Notwendigkeit, die Vorrichtung wider standsfähig gegenüber Staub oder Wasser zu machen, sowie die Möglichkeit an einem regneri schen Tag den Scheibenwischer einzusetzen.If the distance measuring device 50 is mounted inside the vehicle, there are certain advantages, including the elimination of the need to make the device resistant to dust or water, and the possibility of using the windshield wiper on a rainy day.
Fig. 8 zeigt schematisch den Einbau der Abstandsmeßvorrichtung 50 zwischen dem Innenspiegel 74 des Fahrzeugs und der Windschutzscheibe 75. Die Abstandsmeßvorrichtung 50 ist dabei mittels einer Richtungsjustiereinrichtung 76 an dem Innenspiegel 74 fixiert. Fig. 8 shows schematically the installation of the distance 50 between the inner mirror of the vehicle 74 and the windscreen 75. The distance measuring device 50 is fixed to the inner mirror 74 by means of a Richtungsjustiereinrichtung 76th
Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines Winkeleinstellmechanismus für die Abstandsmeßvorrichtung 50. Der Winkeleinstellmechanismus setzt sich aus der Richtungsjustiereinrichtung 76, einem Parallelstift 77, einem Fixierbolzen bzw. einer Fixierschraube 78 und einem exzentrischen Antriebsglied 79 zusammen. Die Richtungsjustiereinrichtung 76 ist an einem Teil des Innenspie gels (nicht gezeigt) fixiert. Der Winkel der Abstandsmeßvorrichtung 50 wird wie folgt eingestellt. Der Fixierbolzen 78 wird gelöst, damit das exzentrische Antriebsglied 79 gedreht werden kann. Dadurch kann die Abstandsmeßvorrichtung, die an der Richtungsjustiereinrichtung 76 fixiert ist, um den Parallelstift 77 gedreht werden. Das exzentrische Antriebsglied 79 wird gedreht, um den Winkel (die Richtung) der Abstandsmeßvorrichtung 50 einzustellen, und der Fixierbolzen 78 danach festgezogen. Durch den Winkeleinstellmechanismus läßt sich die Abstandsmeßvorrich tung 50 horizontal und vertikal justieren, wie durch die entsprechenden Pfeile in Fig. 1 angedeu tet. Fig. 9 shows an example of an angle adjustment mechanism for the distance measuring device 50. The angle adjusting mechanism is composed of the Richtungsjustiereinrichtung 76, a parallel pin 77, a fixing bolt or a fixing screw 78 and an eccentric drive member 79 together. The direction adjustment device 76 is fixed to a part of the inner mirror (not shown). The angle of the distance measuring device 50 is set as follows. The fixing bolt 78 is released so that the eccentric drive member 79 can be rotated. As a result, the distance measuring device, which is fixed to the direction adjustment device 76 , can be rotated about the parallel pin 77 . The eccentric drive member 79 is rotated to adjust the angle (direction) of the distance measuring device 50 , and the fixing bolt 78 is then tightened. By the angle adjustment mechanism, the Abstandsmeßvorrich device 50 can be adjusted horizontally and vertically, as indicated by the corresponding arrows in Fig. 1 tet.
Die Installation der Abstandsmeßvorrichtung innerhalb des Fahrzeugs bietet die oben beschriebe nen Vorteile, führt jedoch auch zu den nachfolgend erläuterten Problemen.The installation of the distance measuring device within the vehicle offers the above described advantages, but also leads to the problems explained below.
Die Windschutzscheibe 75, die sich zwischen der Abstandsmeßvorrichtung und dem Meßobjekt 51 befindet, bewirkt einen Fehler im Entfernungssignal S65, wodurch die Meßgenauigkeit der Abstandsmeßvorrichtung 50 beeinträchtigt wird. Die Einflüsse der Windschutzscheibe 75 basieren auf deren ungleichförmiger Dicke, einem Unterschied im Lichteinfallwinkel auf die Abbil dungslinsen 61, 62 relativ zur Windschutzscheibe und unterschiedlichen Brechzahlen an unterschiedlichen Positionen der Windschutzscheibe 75. The windshield 75 , which is located between the distance measuring device and the measurement object 51 , causes an error in the distance signal S65, as a result of which the measuring accuracy of the distance measuring device 50 is impaired. The influences of the windshield 75 are based on their non-uniform thickness, a difference in the angle of light incidence on the imaging lenses 61 , 62 relative to the windshield and different refractive indices at different positions of the windshield 75.
Fig. 10 zeigt die Auswirkung der ungleichförmigen Dicke der Windschutzscheibe 75 auf die Genauigkeit der Entfernungsmessung. Der Einfachheit halber sind in Fig. 10 von im Unendlichen liegenden Punkten ausgehende, zur optischen Achse der Abbildungslinse 61 parallele Lichtstrah len dargestellt, die die Windschutzscheibe 75 mit ungleichförmiger Dicke durchsetzen und auf den Teil der Abbildungseinrichtung 52 mit der Abbildungslinse 61 und dem Sensorfeld 63 auftreffen. Dabei wird angenommen, daß die Außenfläche der Windschutzscheibe 75 (erste Fläche) unter einem Winkel αL gegenüber der optischen Achse der Abbildungslinse 61 geneigt ist, während ihre Innenfläche (zweite Fläche) zu dieser optischen Achse senkrecht liegt. Fig. 10 shows the effect of non-uniform thickness shows the windscreen 75 on the accuracy of distance measurement. For the sake of simplicity, light rays are shown in FIG. 10 starting from infinity points parallel to the optical axis of the imaging lens 61 , which pass through the windshield 75 with a non-uniform thickness and impinge on the part of the imaging device 52 with the imaging lens 61 and the sensor field 63 . It is assumed that the outer surface of the windshield 75 (first surface) is inclined at an angle α L with respect to the optical axis of the imaging lens 61 , while its inner surface (second surface) is perpendicular to this optical axis.
Die aus dem Unendlichen kommenden und zur optischen Achse parallelen Lichtstrahlen werden
an der Außenfläche und der Innenfläche der Windschutzscheibe 75 gebrochen und sind unter
einem Winkel θL gegenüber der optischen Achse geneigt, wobei der Winkel durch nachstehende
Gleichung (4) gegeben ist:
The light rays coming from the infinite and parallel to the optical axis are refracted on the outer surface and the inner surface of the windshield 75 and are inclined at an angle θ L with respect to the optical axis, the angle being given by the following equation (4):
θL ≈ (n-1).αL (4).θ L ≈ (n-1) .α L (4).
In diesem Ausdruck bezeichnet n den Brechungsindex (Brechzahl) der Windschutzscheibe 75 für die Wellenlänge des einfallenden Lichts.In this expression, n denotes the refractive index (refractive index) of the windshield 75 for the wavelength of the incident light.
Die Abbildungsposition auf dem Sensorfeld 63 wird dadurch gegenüber derjenigen (gestrichelt
gezeichneten), die sich ergibt, wenn die Windschutzscheibe nicht vorhanden ist, um einen Wert
ΔaL1 verschoben, der durch nachstehende Gleichung gegeben ist.
The imaging position on the sensor field 63 is thereby shifted by a value .DELTA.a L1 which is given by the equation below, compared to that (shown in dashed lines) which results when the windshield is not present.
ΔaL1 = θL.f (5).Δa L1 = θ L .f (5).
In dieser Gleichung bezeichnet f die Brennweite der Abbildungslinse 61.In this equation, f denotes the focal length of the imaging lens 61 .
Die obige Beschreibung bezog sich lediglich auf die eine der Abbildungslinsen, nämlich 61, und das eine der Sensorfelder, nämlich 63, der Abbildungseinrichtung 52. Es bedarf keiner Erwäh nung, daß für die andere Abbildungslinse 62 und das andere Sensorfeld 64 entsprechendes gilt. Man kann für das Paar 62/64 also davon ausgehen, daß ein die Windschutzscheibe 75 durchset zender Lichtstrahl gegenüber der optischen Achse der Abbildungslinse 62 um einen Winkel θR geneigt ist und der Versatz der Abbildungsposition dieses Lichtstrahls auf dem Sensorfeld 64 (gegenüber derjenigen Abbildungsposition, die sich einstellen würde, wenn die Windschutz scheibe nicht vorhanden wäre) durch ΔaR1 repräsentiert wird.The above description only referred to one of the imaging lenses, namely 61 , and one of the sensor fields, namely 63 , of the imaging device 52 . There is no need to mention that the same applies to the other imaging lens 62 and the other sensor field 64 . One can therefore assume that a windshield is 75 durchset Zender light beam relative to the optical axis of the imaging lens 62 is inclined by an angle θ R and the displacement of the imaging position of this light beam on the sensor array 64 (opposite to that imaging position for the pair 62/64 which would occur if the windshield was not present) is represented by Δa R1 .
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist dort die Neigung der Normalen auf die Außenfläche und die Innenfläche der Windschutzscheibe gegenüber den einfallenden Lichtstrahlen deutlich größer als im Fall von Fig. 10.As can be seen from FIG. 8, the inclination of the normal to the outer surface and the inner surface of the windshield with respect to the incident light rays is significantly greater than in the case of FIG. 10.
Da die beiden Abbildungslinsen 61 und 62 im Abstand B auseinander liegen, durchsetzen die auf die jeweilige Abbildungslinse auftretenden Lichtstrahlen unterschiedliche Abschnitte 80, 81 (das heißt Lichtdurchlaufabschnitte) der Windschutzscheibe 75. Folglich sind die Dicke der Wind schutzscheibe 75 und der Winkel zwischen dem jeweiligen einfallenden Lichtstrahl und der Normalen auf die Windschutzscheibe für die beiden Abschnitte 80, 81 unterschiedlich. Als Folge davon weisen sowohl ΔaL1 und ΔaR1 als auch θL und θR unterschiedliche Werte auf.Since the two imaging lenses 61 and 62 are spaced B apart, the light rays appearing on the respective imaging lens pass through different sections 80 , 81 (i.e. light passage sections) of the windshield 75. Consequently, the thickness of the windshield 75 and the angle between the respective incident ones Beam of light and the normal to the windshield for the two sections 80 , 81 are different. As a result, Δa L1 and Δa R1 as well as θ L and θ R have different values.
Die Versatzdifferenz Δa zwischen dem jeweiligen Versatz der Abbildungspositionen (ΔaL1 und ΔaR1) ist
durch nachfolgende Gleichung (6) gegeben.
The offset difference Δa between the respective offset of the imaging positions (Δa L1 and Δa R1 ) is given by the following equation (6).
Δa = ΔaL1 - ΔaR1 = f.(θL - θR) (6).Δa = Δa L1 - Δa R1 = f. (Θ L - θ R ) (6).
Die Größe Δa in Gleichung (6) stellt einen Fehler des Verschiebebetrags und damit einen Fehler des Entfernungssignals S65 dar.The quantity Δa in equation (6) represents an error in the shift amount and thus an error of the distance signal S65.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Entfernungsmeßvorrichtung und ein Entfer nungsmeßverfahren mit hoher Meßgenauigkeit zu schaffen, die es erlauben, Meßfehler zu korrigieren, die von einem zwischen der Meßvorrichtung und einem Meßobjekt befindlichen Medium, etwa einer Windschutzscheibe herrühren.The object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance voltage measurement method with high measurement accuracy to allow measurement errors correct that of one between the measuring device and a measuring object Medium, such as a windshield.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Entfernungsmeßvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention by a distance measuring device with the features of claim 1 and a method according to claim 5 solved. Advantageous Next Formations of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung und die mit ihr erzielten Vorteile werden nachfolgend im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention and the advantages achieved with it are described in detail below with reference to Exemplary embodiments explained in more detail with reference to the schematic drawings. It demonstrate:
Fig. 1 eine konzeptionelle Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment,
Fig. 2 und 3 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the first embodiment,
Fig. 4 ein Blockdiagramm des Aufbaus einer herkömmlichen Abstandsmeßvorrichtung, Fig. 4 is a block diagram showing the structure of a conventional distance measuring device,
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Entfernungsmessung, Fig. 5 is a view for explaining the principle of distance measurement,
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Entfernungsmeßschaltung, Fig. 6 is a diagram for explaining the operation of a distance measuring circuit,
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Abbildung, Fig. 7 is a schematic view of an image,
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Installation einer Abstandsmeßvorrichtung, Fig. 8 is a schematic representation of the installation of a distance,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Winkeleinstellmechanismus der Abstandsmeßvor richtung, und Fig. 9 is a schematic representation of an angle adjustment mechanism of the Abstandsmeßvor direction, and
Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen von Ungleichförmigkeiten einer Windschutzscheibe auf die Genauigkeit der Entfernungsmessung. Fig. 10 is an illustration for explaining the effects of non-uniformity of a windshield on the accuracy of the distance measurement.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert Gemäß Darstellung in Fig. 1 ist ein Referenzobjekt 1 in einem beliebigen Abstand y1 von einer innerhalb eines Fahrzeugs 2 montierten Abstandsmeßvorrichtung 3 angeordnet. Auf das Referenzobjekt 1 ist ein Einstell- oder Kalibrierungsblatt 1d gezeichnet. Das Kalibrierungsblatt 1d trägt ein Muster 20 in Form horizontaler dunkler Streifen 20a und 20b in einem hellen Feld, wobei die dunklen Streifen dieselbe Breite w1 = w2 aufweisen und im selben Abstand B voneinander angeordnet sind wie die Abbildungslinsen 61 und 62 der Abstandsmeßvorrichtung 3. Während bei der Darstellung in Fig. 1 das Muster 20 aus zwei horizontalen Streifen besteht, ergeben sich ähnliche Wirkungen im Fall von drei oder mehr horizontalen Streifen, solange es sich um ein periodisch mit der Periode B wiederholtes Muster handelt. Gleichermaßen können anstelle dunkler Streifen in einem hellen Feld auch helle Streifen in einem dunklen Feld als Muster verwendet werden.An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1, a reference object 1 is arranged at an arbitrary distance y 1 from a distance measuring device 3 mounted inside a vehicle 2 . A setting or calibration sheet 1 d is drawn on the reference object 1 . The calibration sheet 1 d carries a pattern 20 in the form of horizontal dark stripes 20 a and 20 b in a bright field, the dark stripes having the same width w1 = w2 and being arranged at the same distance B from one another as the imaging lenses 61 and 62 of the distance measuring device 3 While the pattern 20 is in the representation in Fig. 1 consists of two horizontal stripes arise. similar effects in the case of three or more horizontal strips, as long as it is a periodically repeated with period B pattern. Similarly, instead of dark stripes in a light field, light stripes in a dark field can be used as a pattern.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden Bilder des Kalibrierungsblatts 1d des Referenz objekts 1 auf den Sensorfeldern 63 und 64 der Abstandsmeßvorrichtung 3 erzeugt.With the embodiment shown in FIG. 1 arrangement images of the calibration sheet 1 d 1 of the reference object on the sensor arrays 63 and 64 generates the distance measuring. 3
Das hier beschriebene erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Recheneinheit 53 den Verschiebungsbetrag für den Fall der Messung der Entfernung zu dem Kalibrierungsblatt 1d des Referenzobjekts 1 ermittelt, um die Versatzdifferenz der Abbildungspo sitionen auf den Sensorfeldern 63 und 64 zu bestimmen, die sich aus der Anwesenheit eines Mediums zwischen der Meßvorrichtung und dem Meßobjekt ergibt. Die Recheneinheit 53 verwendet diese Versatzdifferenz sowie den Verschiebungsbetrag der sich bei der Messung der Entfernung zum Meßobjekt ergibt und errechnet daraus die tatsächliche Entfernung zum Meßobjekt.The first exemplary embodiment of the invention described here is characterized in that the computing unit 53 determines the amount of displacement in the case of measuring the distance to the calibration sheet 1 d of the reference object 1 in order to determine the offset difference of the imaging positions on the sensor fields 63 and 64 , which results from the presence of a medium between the measuring device and the measuring object. The arithmetic unit 53 uses this offset difference and the amount of displacement which results from the measurement of the distance to the measurement object and uses this to calculate the actual distance to the measurement object.
Anhand der Fig. 2 und 3 sei dies nachfolgend näher erläutert.This is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
Wie oben beschrieben, ergibt sich die Entfernung y zum Meßobjekt aus Gleichung (3). Wie sich
aus der Gleichung (3) und Fig. 5 ergibt, sollte theoretisch der Verschiebungsbetrag null sein,
wenn die Entfernung y1 unendlich ist. Wenn jedoch die Entfernung gemäß Fig. 1 durch ein
Medium, etwa die Windschutzscheibe 75, gemessen wird, ändert ein von dem Medium herrüh
render Fehler den Verschiebungsbetrag vom Wert Null zu einem hier mit S bezeichneten Betrag.
Unter Berücksichtigung dieses Fehlers ergibt sich die tatsächliche Entfernung y zum Meßobjekt
aus nachfolgender Gleichung (11):
As described above, the distance y to the measurement object is given by equation (3). As can be seen from equation (3) and Fig. 5, theoretically the amount of shift should be zero when the distance y 1 is infinite. However, if the distance according to FIG. 1 is measured by a medium, such as the windshield 75 , an error resulting from the medium changes the amount of displacement from zero to an amount denoted by S here. Taking this error into account, the actual distance y to the measurement object is given by the following equation (11):
y = B.f/(aR1 + aL1 - S∞).y = Bf / (a R1 + a L1 - S ∞ ).
Wenn also die Versatzdifferenz S∞ gemessen werden kann, wenn die Entfernung y1 unendlich ist, dann kann der von dem Medium verursachte Fehler korrigiert werden.If the offset difference S ∞ can be measured when the distance y 1 is infinite, then the error caused by the medium can be corrected.
Fig. 2 zeigt das Meßobjekt 51 in einer Entfernung y = ∞ von der Abstandsmeßvorrichtung 3. Das Licht, welches von dem Meßobjekt 51 auf die Abbildungslinsen 61 bzw. 62 auftrifft, ist in Fig. 2 durch Hauptstrahlen 52L und 52R repräsentiert, die parallel zueinander verlaufen und auf den Sensorfeldern 63 bzw. 64 an Positionen L0 bzw. R0, die im Abstand B der optischen Achsen der Abbildungslinsen 61 und 62 auseinanderliegen, jeweilige Abbildungen erzeugen. FIG. 2 shows the measurement object 51 at a distance y = ∞ from the distance measuring device 3. The light that strikes the imaging lenses 61 and 62 from the measurement object 51 is represented in FIG. 2 by main rays 52 L and 52 R, which run parallel to one another and generate respective images on the sensor fields 63 and 64 at positions L 0 and R 0 , respectively, which are spaced apart B by the optical axes of the imaging lenses 61 and 62 .
Fig. 3 zeigt das Kalibrierungsblatt 1d des Referenzobjekts 1 in einem beliebigen Abstand y1 von der Abstandsmeßvorrichtung 3. Bei der Anordnung von Fig. 3 wird ein Bild des Streifens 20a des Kalibrierungsblatts 1d auf dem Sensorfeld 63 an der Position L0 ausgebildet, während eine Abbildung des Streifens 20b auf dem Sensorfeld 64 an der Position R0 erzeugt wird. Da die Streifen 20a und 20b dieselbe Form aufweisen, ergeben sich dieselben Wirkungen wie im Fall der Anordnung des Referenzobjekts 1 im Unendlichen. In Fig. 3 sind die Abbildungslinse 61 und das Sensorfeld 63 einerseits sowie die Abbildungslinse 62 und das Sensorfeld 64 andererseits in derselben Richtung (d. h. längs derselben Achse) nebeneinander angeordnet wie die Streifen 20a und 20b. Wenn es sich bei den Streifen also um horizontale Streifen handelt, die in Vertikalrich tung übereinander liegen, wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, dann sind auch die Abbildungslinsen 61/62 bzw. die Sensorfelder 63/64 vertikal übereinander angeordnet. FIG. 3 shows the calibration sheet 1 d of the reference object 1 at an arbitrary distance y 1 from the distance measuring device 3. In the arrangement of FIG. 3, an image of the strip 20 a of the calibration sheet 1 d is formed on the sensor field 63 at the position L 0 while an image of the strip 20 b is generated on the sensor field 64 at the position R 0 . Since the strips 20 a and 20 b have the same shape, the same effects result as in the case of the arrangement of the reference object 1 at infinity. In FIG. 3, the imaging lens 61 and the sensor field 63 on the one hand and the imaging lens 62 and the sensor field 64 on the other hand are arranged next to one another in the same direction (ie along the same axis) as the strips 20 a and 20 b. If it is at the strip that is to say horizontal stripes, the processing in the vertical Rich overlie one another, as exemplified in Fig. 1, then the imaging lenses 61/62 or the sensor fields are / 64 stacked vertically 63rd
Der Verschiebungsbetrag, den man erhält, wenn der Abstand zum Kalibrierungsblatt 1d des Referenzobjekts 1 gemessen wird, ist damit identisch mit der Versatzdifferenz S∞, die sich ergibt, wenn das Meßobjekt 51 in der Entfernung unendlich von der Abstandsmeßvorrichtung 3 angeordnet wird. Anders ausgedrückt, die Versatzdifferenz S∞ kann durch Messen eines Musters mit periodischem Aufbau gemessen werden, dessen Periode gleich dem Abstand B der optischen Achsen der Abbildungslinsen 61 und 62 ist.The amount of displacement that is obtained when the distance to the calibration sheet 1 d of the reference object 1 is measured is thus identical to the offset difference S ∞ that results when the measuring object 51 is arranged infinitely away from the distance measuring device 3 . In other words, the offset difference S ∞ can be measured by measuring a pattern with a periodic structure, the period of which is equal to the distance B of the optical axes of the imaging lenses 61 and 62 .
Die Versatzdifferenz S∞ wird in der Entfernungsmeßschaltung 66 gespeichert (siehe Fig. 4).The offset difference S ∞ is stored in the distance measuring circuit 66 (see FIG. 4).
Die Recheneinheit 53 verwendet die Versatzdifferenz S∞ und den Verschiebungsbetrag, der sich ergibt, wenn die Entfernung zu einem Meßobjekt ermittelt wird, um dann die Entfernung y zu dem Meßobjekt auf der Basis von Gleichung (11) zu bestimmen. Dabei sind der Abstand B zwischen den optischen Achsen der Abbildungslinsen 61 und 62 sowie die Brennweite f der Abbildungslinsen im allgemeinen auf bestimmte Werte eingestellt und damit bekannt. Die Entfernung y zum Meßobjekt, die sich aus Gleichung (11) ergibt, wird als Entfernungssignal S65 ausgegeben.The arithmetic unit 53 uses the offset difference S ∞ and the amount of displacement that results when the distance to a measurement object is determined, and then to determine the distance y to the measurement object on the basis of equation (11). The distance B between the optical axes of the imaging lenses 61 and 62 and the focal length f of the imaging lenses are generally set to certain values and are thus known. The distance y to the measurement object, which results from equation (11), is output as the distance signal S65.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit der Korrektur von Fehlern beschrieben wurde, die von der Windschutzscheibe 75 zwischen der Abstandsmeßvorrichtung 3 und dem Meßobjekt 51 herrühren, ist die Erfindung auf diesen Aspekt nicht beschränkt. Wenn beispielsweise ein Fensterglas in einem Lichtempfangsabschnitt eines Gehäuses oder einer Umhüllung der Ab standsmeßvorrichtung 3 vorhanden ist, können von diesem Fensterglas herrührende Fehler korrigiert werden, um eine genaue Messung der Entfernung zu dem Meßobjekt zu ermöglichen und dadurch die Notwendigkeit eines teueren und präzisen Glases oder eines entsprechenden Kunststoffteiles zu beseitigen und die Kosten zu reduzieren.Although the invention has been described in connection with the correction of errors resulting from the windshield 75 between the distance measuring device 3 and the measurement object 51 , the invention is not restricted to this aspect. If, for example, a window glass is present in a light receiving section of a housing or a casing of the distance measuring device 3 , errors resulting from this window glass can be corrected in order to enable an accurate measurement of the distance to the measurement object and thereby the need for an expensive and precise glass or one to eliminate the corresponding plastic part and reduce the costs.
Weiterhin kann die Abstandsmeßvorrichtung 3 außerhalb eines Fahrzeugs als allgemeine Entfernungsmeßvorrichtung verwendet werden. Wenn kein möglicherweise zu einem Fehler führendes Medium, wie etwa eine Windschutzscheibe, zwischen der Entfernungsmeßvorrichtung und dem Referenzobjekt 1 vorhanden ist, kann mittels der Erfindung die Entfernungsmeßvorrich tung bewertet werden (das heißt ihre Genauigkeit geprüft werden) oder die Werte B und f können berechnet werden, wie durch Gleichung (8) beschrieben.Furthermore, the distance measuring device 3 can be used outside a vehicle as a general distance measuring device. If there is no medium possibly causing a fault, such as a windshield, between the distance measuring device and the reference object 1 , the distance measuring device can be evaluated (that is, its accuracy checked) or the values B and f can be calculated using the invention as described by equation (8).
Wie voranstehend beschrieben, können selbst wenn ein Medium, etwa eine Windschutzscheibe, zwischen der Entfernungsmeßvorrichtung und dem Meßobjekt vorhanden ist, von dem Medium verursachte Meßfehler korrigiert werden, so daß eine Entfernungsmeßvorrichtung mit hoher Meßgenauigkeit geschaffen wird. As described above, even if a medium, such as a windshield, between the distance measuring device and the measurement object, from the medium caused measurement errors are corrected so that a distance measuring device with high Measurement accuracy is created.
Da das Vorhandensein solch eines Mediums die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt, kann eine Fahrzeugabstands-Meßvorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs montiert werden, was die Not wendigkeit für einen Staub- und Wasserschutz beseitigt, ohne die Genauigkeit zu beeinträchti gen.Since the presence of such a medium does not affect the measuring accuracy, one can Vehicle distance measuring device can be mounted inside a vehicle, which is the emergency eliminates maneuverability for dust and water protection without compromising accuracy gene.
Bei der beschriebenen Entfernungsmeßvorrichtung kann die Entfernung zwischen der Entfer nungsmeßvorrichtung und dem Referenzobjekt beliebig sein, so daß zur Kalibrierung nur ein geringer Raumbedarf erforderlich ist. Außerdem ist die Kalibrierung sehr leicht durchführbar, da die Entfernung zum Referenzobjekt unkritisch ist. All diese Vorteile werden ohne Notwendigkeit des Einsatzes eines Kollimators erreicht, was die Kosten reduziert.In the distance measuring device described, the distance between the distance voltage measuring device and the reference object can be arbitrary, so that only one for calibration little space is required. In addition, the calibration is very easy to perform because the distance to the reference object is not critical. All of these benefits come without a need of using a collimator, which reduces costs.
Bei den Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Patentansprüchen 2 bis 4 kann die Richtung bzw. Ausrichtung der Entfernungsmeßvorrichtung leicht und zuverlässig bestimmt werden, womit der Betrachter entlastet wird und eine Entfernungsmeßvorrichtung mit hoher Meßge nauigkeit geschaffen wird. Ein dafür bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendeter Sucher kann generell so aufgebaut sein, wie dies in ähnlichem Zusammenhang in der DE 198 00 354 A1 (entsprechend einer früheren Anmeldung derselben Anmelderin), die hiermit in die vorliegende Offenbarung einbezogen wird, beschrieben wird.In the developments of the invention according to claims 2 to 4, the direction or the orientation of the distance measuring device can be determined easily and reliably, which relieves the viewer and a distance measuring device with high Meßge accuracy is created. A viewfinder used for this in a preferred embodiment can generally be constructed as in a similar context in DE 198 00 354 A1 (corresponding to an earlier application by the same applicant), which is hereby incorporated into the present Disclosure is included is described.
Claims (6)
des gespeicherten Werts eines Verschiebungsbetrags ermittelt auf der Basis des vorge gebenen Abstands (B) und aufgenommener Bilder eines Referenzobjekts mit einem periodischen Muster, dessen Periode gleich dem vorgegebenen Abstand (B) ist,
der Differenz zwischen den jeweiligen Versatzwerten von Abbildungspositionen auf den Sensorfeldern (63, 64), welche von einem zwischen dem Meßobjekt (51) und der Entfernungs meßvorrichtung vorhandenen Medium (75) herrührt, wobei die Differenz unter Verwendung des Verschiebungsbetrags ermittelt wird, und
des Verschiebungsbetrags, der ermittelt wird, wenn die Entfernung zu dem Meßobjekt (51) gemessen wird.1. Distance measuring device, comprising an imaging device ( 52 ) with two at a predetermined distance (B) between their optical axes arranged Abbildlin sen ( 61 , 62 ) and two light sensor fields ( 63 , 64 ) and a computing unit ( 53 ) for calculating the distance between a measurement object ( 51 ) and two images of the measurement object obtained by means of the triangulation on the basis of the triangulation, characterized in that the distance to the measurement object is determined by means of the computing unit using:
the stored value of a shift amount determined on the basis of the predetermined distance (B) and recorded images of a reference object with a periodic pattern, the period of which is equal to the predetermined distance (B),
the difference between the respective offset values of imaging positions on the sensor fields ( 63 , 64 ), which results from a medium ( 75 ) present between the measurement object ( 51 ) and the distance measuring device, the difference being determined using the amount of displacement, and
the amount of displacement which is determined when the distance to the measurement object ( 51 ) is measured.
die gesuchte Entfernung unter Verwendung der relativen Abbildungspositionen (L1, R1), die sich bei Messung der Entfernung zu dem Meßobjekt (51) ergeben, und eines gespeicherten Korrekturwerts (S∞) zur Korrektur eines von der Existenz des Mediums (75) herrührenden Fehlers berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Korrekturwerts die Entfernung zu einem Referenzobjekt (1, 1d) gemessen wird, welches ein Streifenmuster (20) mit Streifen (20a, 20b) aufweist, die längs derselben Achse in dem gegebenen Abstand (B) nebeneinander und parallel zueinander angeordnet sind, längs derer auch die Abbildungslinsen (61, 62) bzw. die Sensorfelder (63, 64) nebeneinander angeordnet sind, und als Korrekturwert die Abweichung der Differenz zwischen den bei dieser Messung erhaltenen relativen Abbildungspositionen von Null bestimmt wird.5. A method for measuring the distance between a distance measuring device ( 3 ) and a measurement object ( 51 ), in which by means of two imaging lenses ( 61 , 62 ) arranged at a predetermined distance (B) between their optical axes on two optical sensor fields ( 63 , 64 ) a respective image of the measurement object is generated and the searched distance from the imaging positions (L 1 , R 1 ) on the sensor fields relative to reference positions (L 0 , R 0 ) is calculated according to the principle of triangulation, the distance between the distance measuring device ( 3 ) and the measurement object is a medium ( 75 ) influencing the imaging positions, wherein
the searched distance using the relative imaging positions (L 1 , R 1 ) which result when measuring the distance to the measurement object ( 51 ) and a stored correction value (S ∞ ) for correcting one resulting from the existence of the medium ( 75 ) Error is calculated
characterized in that, in order to determine the correction value, the distance to a reference object ( 1 , 1 d) is measured, which has a stripe pattern ( 20 ) with stripes ( 20 a, 20 b) along the same axis at the given distance (B) are arranged side by side and parallel to each other, along which the imaging lenses ( 61 , 62 ) or the sensor fields ( 63 , 64 ) are also arranged side by side, and the correction value is used to determine the deviation of the difference between the relative imaging positions obtained in this measurement from zero.
B der vorgegebene Abstand zwischen den optischen Achsen der beiden Abbildungslin sen (61, 62) ist,
f die Brennweite der beiden Abbildungslinsen (61, 62) ist,
a = |L1 - L∞| + |R1 - R∞| einen Verschiebungsbetrag darstellt, und
S∞ = |L∞| + |R∞|,
wobei L1, R1 die jeweiligen Abbildungspositionen auf den Sensorfeldern bei Messung der Entfernung zu dem Meßobjekt (51) und L∞, R∞ die jeweiligen Abbildungspositionen auf den Sensorfeldern bei Messung der Entfernung zu dem Referenzobjekt (1, 1d) bezeichnen.6. The method according to claim 5, characterized in that the searched distance y is calculated from y = Bf / (a - S ∞ ), wherein
B is the predetermined distance between the optical axes of the two imaging lenses ( 61 , 62 ),
f is the focal length of the two imaging lenses ( 61 , 62 ),
a = | L 1 - L ∞ | + | R 1 - R ∞ | represents a shift amount, and
S ∞ = | L ∞ | + | R ∞ |,
where L 1 , R 1 denote the respective imaging positions on the sensor fields when measuring the distance to the measurement object ( 51 ) and L ∞ , R ∞ denote the respective imaging positions on the sensor fields when measuring the distance to the reference object ( 1 , 1 d).
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