CH678979A5

CH678979A5 -

Info

Publication number: CH678979A5
Application number: CH134389A
Authority: CH
Original assignee: Precitronic
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1991-11-29
Also published as: DE3815373A1; DE3815373C2

Description

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CH 678 979 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen des Ortes von im Gelände angeordneten Objekten, die mindestens einen Retroreflektor aufweisen, bei dem ein gepulster Lichtstrahl zum Objekt gesandt und das vom Retroreflektor zurückgesandte Licht mit einer Fernseh- oder Matrix-CCD-Kame-ra aufgenommen und ausgewertet wird, insbesondere zur Schusssimulation.

Bei Verfahren dieser Art, insbesondere aber nicht ausschliesslich bei der Schusssimulation, wird das Objekt beleuchtet und strahlt mit seinem Retroreflektor einen Teil des auftreffenden Lichtes zurück. Dieses Licht kann dann mit einer Fernsehoder Matrix-CCD-Kamera aufgenommen werden und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Auf einem Bildschirm kann das Objekt als ein heller Lichtpunkt beobachtet werden. Das Signal kann aber auch elektronisch zur Vermessung und dergleichen weiten/erarbeitet werden. Obwohl als Lichtquelle auch eine kontinuierliche Lichtquelle verwendet werden kann, soli hier nur der häufig benutzte Fall in Erwägung gezogen werden, dass die Lichtquelle gepulstes Licht aussendet, also z.B. eine Blitzlichtlampe oder ein gepulst betriebener Laserist.

Der Nachteil bei diesem bekannten Verfahren bei der Verwendung von kommerziellen Kameras ist, dass die Lichtintensität des ausgesendeten Lichtes (der Lichtblitze) normalerweise immer dieselbe Grösse hat und auch aus Sicherheitsgründen nicht über einen gewissen Grenzwert gesteigert werden kann, während die Heiligkeit der Umgebung sehr stark von der Tageszeit und Beleuchtungsverhältnissen abhängt. Aus diesem Grund ist es bei grosser Helligkeit schwierig, den vom Retroreflektor reflektierten Lichtpunkt zu erkennen. Dies gilt insbesondere dann, wenn z.B. in der Umgebung des Objekts nasse Blätter durch Sonnenlicht bestrahlt werden. In diesem Fall kann es praktisch unmöglich werden, den Lichtpunkt von den anderen Reflektionen noch zu unterscheiden. Man hat zwar versucht, diese Nachteile durch Blenden, optische Filter und dergleichen zu vermeiden, hat aber dadurch gleichzeitig das Nutzsignal abgeschwächt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass auch bei wechselnden Lichtverhältnissen die von den Retroreflektoren reflektierten Lichtstrahlen deutlich festgestellt werden können.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die Aufnahmezyklen der Kamera mit der Pulsfolge des Lichtstrahls synchronisiert werden, wobei wenigstens ein Teil der aufgenommenen Bilder mit einer Belichtungszeit aufgenommen wird, die der Pulsdauer angepasst ist.

Durch die Synchronisation mit der Pulsfolge und die Anpassung der Belichtungszeit an die Pulsdauer wird das gesamte von den Retroreflektoren zurückgestrahlte Licht aufgenommen. Andererseits wird bei der Aufnahme das Bild der Umgebung, das von anderen Lichtquellen beleuchtet ist, in einem Verhältnis abgeschwächt, das dem Verhältnis der Belichtungszeit zu normaler Aufnahmezeit eines Bildes (Halbbildes) entspricht, z.B. bei einer zehnmal kürzeren Länge der Belichtungszeit wird das Bild der Umgebung um einen Faktor 10 in der Intensität abgeschwächt. Auf diese Weise kann durch geeignete Wahl der Pulsdauer auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen, d.h. bei grosser Helligkeit, immer noch der Ort des Retroreflektors mit der Fern-seh- oder Matrix-CCD-Kamera deutlich festgestellt werden.

Zusätzlich zu diesen Bildern mit verkürzter Belichtungszeit können, falls dies gewünscht ist, auch noch zwischen zwei Pulsen normale Bilder aufgenommen werden, die dann separat ausgewertet werden können.

Insbesondere könnte abwechselnd je ein Halbbild mit verkürzter und mit normaler Belichtungszeit aufgenommen werden. Man könnte aber auch nur während eines Teiles des Halbbildes belichten und für den Rest dieses Halbbildes sowie während der Dauer des gesamten anderen Halbbildes keine Belichtung durchführen.

Die Belichtungssteuerung könnte dabei mit Hilfe eines Verschlusses geregelt werden, wie er in ähnlicher Form z.B. bei Foto- und Filmkameras bekannt ist. Als besonders zweckmässig hat es sich aber ewiesen, dass die auf der lichtempfindlichen Matrix nach Beendigung eines Zeitraums, für den kein Bild aufgenommen werden soll, akkumulierten Ladungen schnell abgeleitet und neutralisiert werden. In diesem Fall ist ein zusätzlicher Kameraverschluss nicht erforderlich. Die Belichtungszeitregulierung erfolgt vielmehr vollständig elektronisch, ohne dass ein zusätzlicher Verschluss vorgesehen werden muss. Der grosse Vorteil ist dabei, dass für diesen Zweck normale CCD-Arrays vewendet werden können und die Belichtungszeit programmiert werden kann.

Die Neutralisierung der unerwünschten Ladungen kann im wesentlichen auf zwei verschiedene Weisen durchgeführt werden, wobei eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten ebenfalls denkbar ist.

Einerseits könnten die Ladungen in Bereiche der lichtempfindlichen Matrix transportiert werden, in denen Antiblooming-Elektroden angeordnet sind, mit deren Hilfe sie dort neutralisiert werden. Andererseits könnten die Ladungen in ein oder mehrere Schieberegister eingelesen werden und durch dasselbe transportiert werden, dessen Ausgang kurzgeschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Verfahrens zum Feststellen des Ortes eines Objektes, und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der verwendeten Kamera.

Fig. 1 ist ein Retroreflektor 1 gezeigt, der das zu beobachtende Objekt darstellt. Man wird verstehen, dass solche Retroreflektoren an anderen Objekten leicht anzubringen sind, die beobachtet werden sollen.

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Mit Hilfe eines Lasers 2 wird gepulste Laserlichtstrahlung 3 zum Retroreflektor 1 gesandt und von demselben in eine Kamera 4 mit einem Objektiv 5 reflektiert. Dabei wird die Kamera 4 mit den Pulsen des Lasers 2 synchronisiert, so dass zwar das vom Retroreflektor 1 reflektierte gepulste Licht vollständig aufgenommen wird, aber das Umgebungslicht im Tastverhältnis der Pulse abgeschwächt wird. Anschliessend kann dann eine Auswertung des Bildes mit einer Schaltung 6 erfolgen.

Wenn von Synchronisierung von Laserpulsen und Aufnahmezyklus der Fernseh- oder Matrix-CCD-Kamera 4 die Rede ist, so wäre bei grossen Entfernungen des Retroreflektors 1 und kurzen Pulszeiten auch noch die Laufzeit der Laserpulse vom Laser 2 zur Kamera 4 zu berücksichtigen.

In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild einer Matrix-CCD-Kamera gezeigt. Das in das Objektiv 5 der Kamera 4 einfallende Licht wird auf die lichtempfindliche Matrix 7 abgebildet. Da die Betriebsweise insoweit die bekannte Betriebsweise einer üblichen Ma-trix-CCD-Kamera ist, wird auf die nähere Erläuterung dieser Vorgänge verzichtet.

Erfindungsgemäss wird nun eine verkürzte Belichtungszeit dadurch erhalten, dass die durch die Belichtung auf der lichtempfindlichen Matrix 7 akkumulierten Ladungen nicht erst nach Beendigung der Dauer eines Halbbildes, d.h. z.B. nach 20 msek -wie in der Videonorm gängig - in die Speichermatrix oder Schieberegister (je nach Sensortyp) 9 weitergeleitet werden, sondern bereits wesentlich früher, z.B. nach 1 msek. Von der Speichermatrix 9 werden dann diese Ladungen wie bei üblichen Kameras zur Weiterverarbeitung in der Schaltung 8 geleitet. Da es sich bei dem Verfahren um Bilder in Fernsehrastern handelt, dauert die Auslesezeit ca. 20 msek. Erst nach dieser Zeit wird die Speichermatrix 9 frei zur Aufnahme der Ladungen des zweiten Bildes (Halbbildes).

Die sich während der Zeit auf der lichtempfindlichen Matrix 7 ansammelnden Ladungen werden nicht weiterverarbeitet, sondern neutralisiert. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass die Ladungen am Ende der Aufnahmezeit des ersten Bildes (Halbbildes) in Bereiche der lichtempfindlichen Matrix 7 transportiert werden, in denen diese mit An-tiblooming-Eiektroden versehen ist, z.B. im Rand dieser Matrix 7. Solche Antiblooming-Elektroden sind bei 11 angedeutet. Dort können die Ladungen dann schnell mit Hilfe der Antiblooming-Elektroden neutralisiert werden.

Eine andere Möglichkeit ist es, nach Ende des ersten Halbbildes die Ladungen schnell durch das Schieberegister 10 hindurchzuleiten, dessen Ausgang zu diesem Zweck kurzgeschlossen wird. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform geschieht dies dadurch, dass die Ladungen in einem ersten Schritt zunächst in die Speichermatrix 9 eingelesen werden und erst in einem zweiten Schritt durch das Schieberegister 10 hindurchgeleitet werden. Dies ist möglich, wenn die vorher interessierenden Ladungen des Bildes, das mit den Pulsen synchronisiert ist, bereits aus der Matrix 9 wieder ausgelesen und weiterverarbeitet ist

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Feststellen des Ortes von im Gelände angeordneten Objekten, die mindestens einen Retroreflektor aufweisen, bei dem ein gepulster Lichtstrahl zum Objekt gesandt und das vom Retroreflektor zurückgesandte Licht mit einer Fernsehoder Matrix-CCD-Kamera aufgenommen und ausgewertet wird, insbesondere zur Schusssimulation, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmezyklen der Kamera mit der Pulsfolge eines Lichtstrahls synchronisiert werden, wobei wenigstens ein Teil der aufgenommenen Bilder mit einer Belichtungszeit aufgenommen wird, die der Pulsdauer angepasst ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zwischen den mit den Pulsen synchronisierten Bildern Bilder mît normaler Belichtungszeit aufgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd, jedoch in beliebiger Reihenfolge programmierbar, ein Bild oder Halbbild mit verkürzter oder mit normaler Belichtungszeit aufgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der lichtempfindlichen Matrix nach Beendigung eines Zeitraumes, für den kein Bild aufgenommen werden soll, akkumulierten Ladungen schnell abgeleitet und neutralisiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungen in Bereiche der lichtempfindlichen Matrix transportiert werden, in denen Antiblooming-Elektroden angeordnet sind, mit deren Hilfe sie dort neutralisiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungen je nach Sensortyp in Schieberegister oder die Speichermatrix eingelesen werden, und durch dieses Schaltelement transportiert werden, dessen Ausgang kurzgeschlossen Ist.

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