DE69619319T2

DE69619319T2 - Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung eines Festkörpers

Info

Publication number: DE69619319T2
Application number: DE69619319T
Authority: DE
Inventors: Bruno Barbier; Patrick Lach
Original assignee: Thales Avionics SAS
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: DE69619319D1; EP0762139B1; EP0762139A3; FR2738628A1; ZA967318B; JPH09133873A; EP0762139A2; IL119139A; FR2738628B1; IL119139A0; US5767524A; CA2184872A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung eines beliebigen Körpers in einem gegebenen Raum.
Zahlreiche Systeme erfordern die Kenntnis und Verfolgung der Orientierungsparameter eines Körpers in einem gegebenen Bezugssystem praktisch in Echtzeit. Dies gilt insbesondere für Visiersysteme, die auf Helmen wie dem Helm eines Flugzeug- oder Hubschrauberpiloten montiert sind und den Piloten das Bild eines ins unendliche projizierten Rasters in Überlagerung mit der äußeren Landschaft zu sehen erlauben. Die dem Piloten präsentierten Bilder müssen unbedingt mit dem Bezugssystem des Trägers (Flugzeug, Hubschrauber ...) in Korrespondenz bleiben, trotz der Bewegungen des Helms bezüglich des Trägers, sodaß beispielsweise einem Waffensystem eine Visierlinie zu einem Ziel bezeichnet werden kann.
Es ist bekannt, elektromagnetische Positions- und Orientierungsdetektoren zu verwenden, die einerseits einen in dem gegebenen Bezugssystem festgelegten Sender, bestehend aus drei abwechselnd von einem Generator gespeisten Spulen, und andrerseits eine Meßsonde enthalten, die an dem Körper befestigt ist und auch aus drei Spulen besteht, sodaß jeder Stellung des Körpers neun von den Spulen des Senders induzierte Signale entsprechen, die die Berechnung von Position und Orientierung des Körpers erlauben. Die elektromagnetischen Felder, die erzeugt oder induziert werden, können jedoch erheblich durch metallische Elemente in der Umgebung gestört werden, sodaß ein solcher Detektor entweder über Hilfsmittel verfügen muß, die ein Bezugssignal für die Durchführung einer Korrektur liefern (Französisches Patent 2 655 415), oder in einer vorbereitenden Phase eine Modellbildung erfordert, die die Störungen berücksichtigt.
Es gibt auch elektro-optische Systeme, bei denen auf dem Körper eine bestimmte Anzahl von punktförmigen oder flächigen Marken, die emittieren oder nicht emittieren, angeordnet sind, wobei deren Stellung in einem Bezugssystem Rm, das mit dem Körper verbunden ist, gut bekannt ist. Dann wird durch optische Sonden, die im Bezugssystem Rf des Meßraums festgelegt sind, die Lage einer bestimmten Anzahl von Geraden oder Kurven bestimmt, die mindestens zwei bestimmte Marken des Körpers miteinander verbinden. Man kann zeigen, daß der Meßfehler der Orientierungsparameter des Körpers einerseits proportional zur Unsicherheit über die Positionsmessung der Marken im Bezugssystem Rf und andrerseits umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Marken ist. Solche Systeme sind daher eher für Körper großer Abmessungen geeignet, bei denen die Marken einen großen gegenseitigen Abstand haben können, aber die Messungen erfordern immer noch die Berechnung der Position von mindestens zwei Punkten des Körpers.
Um auf die Bestimmung der Position, die nicht für die Bestimmung der Orientierung erforderlich ist, verzichten zu können, wurde in der französischen Patentanmeldung 2 683 036 der Anmelderin eine Lösung vorgeschlagen. Es handelt sich um die Verwendung von auf den Körper kollimatierten Strahlungsquellen und von Richtungssonden in einem festen Bezugssystem.
Auf diese Weise wird die Richtung der von einer Richtungssonde erfaßten Strahlung von der Position des beweglichen Körpers unabhängig.
Diese Lösung erfordert jedoch, daß mindestens zwei kollimatierte Quellen für zwei Sonden dauerhaft sichtbar sind. Daher ist eine große Anzahl von kollimatierten Quellen und/oder Richtungssonden erforderlich, oder man benötigt sehr großflächige kollimatierte Quellen.
In diesem Zusammenhang zielt die Erfindung auf eine Vorrichtung ab, die die Bestimmung der Orientierung eines Körpers unabhängig von der Position des Körpers mit hoher Genauigkeit und mit Mitteln erlaubt, die wenig Platz in Anspruch nehmen. Dieses Ziel wird erreicht durch eine optische Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung eines mit einem ersten Körper (1) verknüpften Bezugssystems Rm bezüglich eines mit einem zweiten Körper, Bezugskörper genannt, verknüpften Bezugssystems Rf, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Körper (1) mindestens eine Kombination aus einer Lichtquelle Smi und einem Lichtdetektor Cmi enthält;
- der Bezugskörper mindestens eine Kombination aus einer Lichtquelle Sfj und einem Lichtdetektor Cfj enthält;
- die Lichtquellen Smi und Sfj konjugiert sind oder mit den Zentren der Feldblenden, welche die Lichtdetektoren enthalten, zusammenfallen;
- der Körper (1) oder der Bezugskörper oder beide mindestens zwei solche Kombinationen enthalten, um mindestens zwei Gerade einer Richtung beziehungsweise zu definieren, die zwei Paare von Quellen (Smi, Sfj) miteinander verbinden;
- daß die optische Vorrichtung Mittel zur Berechnung der Orientierungsparameter des Bezugssystems Rm hinsichtlich des Bezugssystems Rf ausgehend von den Koordinaten der Vektoren und aufweist, die sowohl im Bezugssystem Rm als auch im Bezugssystem Rf bestimmt sind.
Die Bestimmung der Orientierung des Körpers (1) bezüglich des Bezugssystems Rf erfolgt über die Messung von mindestens zwei bestimmten Richtungen, wie dies in der oben erwähnten Patentanmeldung 2 683 036 beschrieben wurde. Erfindungsgemäß sind jedoch die Richtungen weder im Bezugssystem Rf noch im Bezugssystem Rm festgelegt. Jede dieser Richtungen ist die einer Geraden, die sowohl im Bezugssystem Rm als auch im Bezugssystem Rf gemessen wird.
Die Kenntnis der Orientierung mindestens zweier getrennter Geraden in jedem der Bezugssysteme liefert durch Berechnung die drei Parameter für die Ausrichtung des Körpers (1) hinsichtlich des Bezugssytems Rf.
Hier sei auf einen wichtigen Unterschied zum Stand der Technik hingewiesen, da die Lichtquellen nicht mehr kollimatiert sind, sondern in alle Richtungen ausstrahlen. So kann man einen ganzen Bereich von Richtungen der von einer Quelle Smi ausgehenden Lichtstrahlung mit einem Detektor Cfj erfassen, und umgekehrt für eine Quelle Sfj gegenüber einem Detektor Cmi bei der Veränderung der Orientierung des Körpers (1) hinsichtlich des Bezugskörpers.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die optischen Quelle Smi und Sfj mit den Zentren der Feldblenden konjugiert, mit denen die Lichtmeßsonden ausgestattet sind. In einer solchen Konfiguration ist die relative Lage einer Quelle Smi (Sfj) bezüglich der zugeordneten Richtungssonde Cmi (Cfj) derart, daß alle gemessenen Richtungen diejenigen der Gerade sind, die durch die Quelle Smi (Sfj) verläuft.
Genauer betrachtet ist die Richtung der Quelle Sfj, die von der Sonde Cmi gemessen wurde, diejenige der Geraden, die die Quelle Sfj mit der Quelle Smi verbindet. Entsprechend ist die Richtung der Quelle Smi, die von der Sonde Cfj gemessen wird, diejenige der gleichen Geraden, die die beiden Quelle Sfj und Smi verbindet.
Daraus folgt, daß die Sonden Cmi und Cfj getrennt die Richtung der gleichen Geraden messen.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt diese Operation zumindest gleichzeitig zweimal zwischen dem Körper (1) und dem Bezugskörper, sodaß gleichzeitig die Richtung zweier Geraden definiert wird.
Die Sonden der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorzugsweise flächige oder linienförmige Sonden sein und entsprechend zugeordnete Feldblenden besitzen.
Im Fall der Anwendung auf Visiersysteme von Pilotenhelmen kann der Bezugskörper von der Kabine des Flugzeugs gebildet werden, in der sich der Pilot befindet, während der bewegliche Körper der Helm des Piloten selbst ist.
Die Erfindung und weitere Merkmale werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung eines Körpers nach dem Stand der Technik, in dem die Erfassung einer Quelle Sfj durch eine flächige Sonde Cmi schematisch dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt schematisch die Kombination einer Quelle Smi und einer zugehörigen Sonde Cmi mit einem halbdurchlässigen Spiegel.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Richtung der Lichtstrahlung, die von zwei Quellen Smi und Sfj ausgeht und von den Sonden Cmi und Cfj erfaßt wird.
Fig. 4 zeigt schematisch die Bezugssysteme Rm und Rf, wobei das Bezugssystem Rm zwei solche Kombinationen zum Empfang der Richtungen von Lichtstrahlen gemäß dem angegebenen Vektor und enthält.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Kombination aus Quelle und Sonde unter Verwendung von linienförmigen Sonden Cmi1 und Cmi2.
Durch die Bestimmung von zwei Geraden, die sich auf die Richtung der Strahlung aus zwei Bezugssystemen Rm und Rf beziehen, erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Bestimmung der Orientierung des Körpers (1), ohne zusätzliche Messungen der Position zu erfordern, und vermeidet so Triangulationsmessungen, wie dies üblicherweise notwendig ist. Außerdem hängt die Genauigkeit der Orientierungsmessung nicht von der Genauigkeit einer Positionsmessung ab.
Durch Verwendung von Quellen, die punktförmig und ungerichtet sein können, ergibt sich eine kleine Geräteeinheit, die leicht insbesondere in einem Helm integriert werden kann.
Nun wird das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Fall der Verwendung von flächigen Detektoren für eine Lichtstrahlung beschrieben.
Fig. 1 zeigt, wie ein Detektor Cmi, der eine Blende Dmi besitzt, im Bezugssystem Rm eine Sonde Sfj erfassen kann, die sich im Bezugssystem Rf befindet. Da die Quelle Sfj ungerichtet ist, wird ein Teil ihrer Strahlung notwendigerweise von der Sonde Cmi empfangen, die sich um eine Strecke t hinter der Blende befindet. Die Sonde Cmi kann vorzugsweise ein Fokussierobjektiv aufweisen, um die von der Quelle Sfj kommende Lichtstrahlungsenergie möglichst gut auf die Sonde Cmi zu konzentrieren und so die Empfindlichkeit der Sonde zu erhöhen.
Fig. 2 bezieht sich auf eine Kombination aus Sonde Cmi und Quelle Smi, in der das Bild der Quelle sich im Zentrum der Blende ergibt. Man kann nämlich die Quelle Smi entfernt von der Blende anordnen, indem man einen halbdurchlässigen Spiegel verwendet, der den Lichtfluß von der Quelle Smi reflektiert und den Lichtfluß von einer Quelle Sfj durchläßt, die sich im Bezugssystem Rf befindet.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Richtung der Lichtstrahlen, die von den beiden Quellen Smi und Sfj kommen und von den Sonden Cmi und Cfj erfaßt werden.
Im Körper (1) definiert man ein orthonormiertes Bezugssystem Rm, bestehend aus drei Einheitsvektoren ( , , ). und definieren die beiden orthogonalen Bezugsrichtungen der Ebene der flächigen Sonde, während sich auf die Senkrechte auf der Ebene der Sonde bezieht. Auf jeder Sonde Cmi ergibt sich somit die Lage des Zentrums Imi des von einer Quelle Sfj ausgehenden Lichtflecks durch dessen Koordinaten x und y in der Ebene der Sonde Cmi bezüglich des Zentrums Bmi der Sonde Cmi (wie in Fig. 1 gezeigt). Die Richtung der Quelle Sfj ergibt sich durch die Orientierung der Geraden ImiAmi, wenn Ami das Zentrum der Blende Dmi vor der Sonde Cmi ist. Die Komponenten des Vektors ImiAmi hinsichtlich des Bezugssystems ( , , ) sind also (x,y,t).
Die Komponenten des Einheitsvektors der die Orientierung der Geraden ImiAmi angibt, sind also hinsichtlich dieses Bezugssystems die folgenden:
ami = X/
bmi = y/
Cmi = t/
Es ist auch möglich, die Orientierung der Geraden IfjAfj zu definieren, wenn Afj das Zentrum der Blende Dfj vor der Sonde Cfj ist und wenn Ifj die Lage des Zentrums des von der Quelle Smi ausgehenden Lichtflecks bezeichnet.
Die identischen Geraden ImiAmi und IfjAfj können also im Bezugssystem Rm durch die Koordinaten (ami, bmi, cmi) und im Bezugssystem Rf durch die Koordinaten (afj, bfj, cfj) definiert werden.
Da die Vorrichtung gemäß der Erfindung in mindestens einem Bezugssystem zwei Kombinationen aus Quelle und Detektor besitzt, beispielsweise im Bezugssystem Rm die beiden Kombinationen (Smi, Cmi) und (S'mi, C'mi), wie in Fig. 4 gezeigt, kann man mindestens einen weiteren Einheitsvektor definieren, der die Orientierung einer Geraden I'miA'mi angibt.
Jede Sonde überträgt die empfangenen Informationen, und alle diese Informationen werden zur Definition der Orientierungsparameter eines Bezugssystems bezüglich des anderen verarbeitet.
Für die Berechnung im Einzelnen bezeichnet man mit (a'mi, b'mi, c'mi) die Koordinaten des Einheitsvektors im Bezugssystem Rm und mit (a'fj, b'fj, c'fj) die Koordinaten dieses Einheitsvektors im Bezugssystem Rf.
Ausgehend von den Vektoren und die in beiden Bezugssystemen bekannt sind, kann man den Einheitsvektor senkrecht zu der von den Vektoren und definierten Ebene wie folgt definieren:
Die Koordinaten des Vektors w im Bezugssystem Rm ergeben sich also aus den folgenden Gleichungen:
Ami = bmi·c'mi - b'mi·cmi
Bmi = cmi·a'mi - c'mi·ami
Cmi = ami·b'mi - a'mi·bmi
Entsprechend kann man die Komponenten des Vektors w im Bezugssystem Rf durch folgende Gleichungen definieren:
Afj = bfj·C'fj - b'fj·Cfj
Bfj = Cfj·a'fj - c'fj·afj
Cfj = afj·b'fj - a'fj·bfj
Man führt dann den Vektor ein, der zu der durch die Vektoren und definierten Ebene gehört und senkrecht zum Vektor u verläuft. Dieser zu Vektor und dem Vektor senkrechte Vektor ergibt sich gemäß dem folgenden Ausdruck:
Die Komponenten des Vektors ' im Bezugssystem Rm ergeben sich also aus den folgenden Gleichungen:
A'mi = Bmi·c'mi - b'mi·Cmi
B'mi = Cmi·a'mi - c'mi·Ami
C'mi = Ami·b'mi - a'mi·Bmi
Die Komponenten des Vektors ' im Bezugssystem Rf ergeben sich also auch aus den folgenden Gleichungen:
A'fj = bfj·C'fj - b'fj·Cfi
B'fj = Cfj·a'fj - c'fj·Afj
C'fj = Afj·b'fj - a'fj·Bfj
Die 3 · 3-Matrix, deren Spalten die Komponenten der Vektoren , ' und im Bezugssystem Rm enthalten, hat folgende Form:
Die 3 · 3-Matrix, deren Spalten die Komponenten der Vektoren , ' und im Bezugssystem Rf enthalten, hat folgende Form:
Die gesuchte Rotationsmatrix [R], die die Drehung des Körpers (1) im Bezugssystem Rm bezüglich des Bezugskörpers im Bezugssystem Rf zum Ausdruck bringt, verknüpft auch die Komponenten der Vektoren , ' und im festen Bezugssystem Rf mit den Komponenten dieser gleichen Vektoren im Bezugssystem Rm.
Daher gilt: [Mfj] = [R]·[Mmi]
oder auch: [R] = [Mgj]·[Mai]&supmin;¹
Die Matrix [Mmi]&supmin;¹, also die inverse Matrix zu [Mmi], ist auch deren Transponierte. Genauer betrachtet läßt sich die gesuchte Matrix [R] wie folgt ausdrücken:
So kann man ausgehend von den Stellen, an denen die dem Bezugssystem Rf zugeordneten Quellen die ebenen Sonden Cmi beleuchten, die dem Bezugssystem Rm zugeordnet sind, die Orientierung des Körpers (1) hinsichtlich des Bezugskörpers bestimmen. Es ist insbesondere möglich, die Orientierung des Pilotenhelms, der mit Quellen und Sonden (Smi, Cmi) versehen ist, bezüglich der Pilotenkabine zu bestimmen, die ihrerseits mit Quellen und Sonden (Sfj, Cfj) ausgerüstet ist.
Typisch können die verwendeten flächigen Sonden räumlich diskontinuierlich sein und aus einem Mosaik von lichtempfindlichen Elementen in regelmäßigen Abständen und in Flucht gemäß einer Matrixstruktur in Zeilen und Spalten bestehen.
Diese Sonden liefern zyklisch ein elektrisches Signal (Videosignal), das nacheinander proportional zur Belichtung jedes lichtempfindlichen Elements ist und während einer bestimmten Zeitdauer integriert wird. Es kann sich um eine Matrix von lichtempfindlichen Elementen mit Ladungstransfer handeln (im Englischen CCD - Charge Coupled Device).
Die Kenntnis des Profils der beleuchteten Zone auf der Sonde, auch in räumlicher Tastung, erlaubt es, die Lage des Zentrums dieser beleuchteten Zone mit einer höheren Genauigkeit als dem Abstand zwischen lichtempfindlichen Elementen zu berechnen.
Die Lichtquellen können vorzugsweise Elektrolumineszenzdioden sein, die beispielsweise im Infrarotbereich emittieren. Ihre Strahlung kann von der zugeordneten Sonde unerfaßbar oder leicht abweisbar gemacht werden, indem man einen halbreflektierenden Spiegel verwendet, aber auch indem man eine optische Verschiebung der Wellenlänge verwendet (die flächige Sonde ist nicht empfindlich für die Wellenlänge, die von der zugeordneten Quelle ausgeht).
Man kann auch eine zeitliche Kodierung verwenden, um die Nichterfassung einer Lichtquelle durch die zugeordnete Sonde zu erzielen.
Die Feldblende kann von einem kreisförmigen Loch gebildet werden, das in einem für die punktförmige Quelle undurchlässigen Material angebracht ist, deren Richtung man bezüglich der Senkrechten zur Ebene des Photodetektors beispielsweise messen will.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die verwendeten Sonden Paare von linienförmigen Sonden. Die Kombinationen, mit denen die Bezugssysteme Rm und Rf ausgerüstet sind, enthalten also je:
- zwei koplanare linienförmige Sonden Cmi1 und Cmi2 (beziehungsweise Cfj1 und Cfj2), deren Achsen senkrecht aufeinander stehen;
- zwei Feldblenden in Form von Schlitzen Fmi1 und Fmi2 (beziehungsweise Ffj1 und Ffj2), die koplanar sind und deren Achsen zueinander senkrecht liegen;
- eine punktförmige Quelle Smi (beziehungsweise Sfj), die sich in der Ebene der Schlitze im Schnittpunkt der Achsen der Schlitze befindet, wie dies Fig. 5 zeigt.
Es ergibt sich, daß die Ebene Pmi der Sonden und die Ebene Qmi der Schlitze parallel sind und einen Abstand t im Bezugssystem Rm besitzen (Entsprechendes gilt für das Bezugssystem Rf).
Die Schlitze Fmi1 und Fmi2 verlaufen senkrecht der Sonde Cmi1 beziehungsweise Cmi2.
Die Zentren Ami1 und Ami2 der Schlitze Fmi1 und Fmi2 liegen auf denselben Senkrechten zur Ebene Pmi wie die Zentren Bmi1 und Bmi2 der Sonden Cmi1 und Cmi2.
Die Positionen Imi1 und Imi2 der Zentren der auf den Lichtsonden beleuchteten Zonen ergeben die Ebenen, in denen sich die gemessene Sonde Sfj befindet:
- Die Ebene von Imi1, die durch den Schlitz F&sub1; verläuft;
- die Ebene von Imi2, die durch den Schlitz F&sub2; verläuft.
Um die Empfindlichkeit der linienförmigen Sonden Cmi1 und Cmi2 zu erhöhen, kann man ihnen Fokussierobjektive Obmi1 und Obmi2 zuordnen, die beispielsweise von einer Zylinderlinse mit einer Brennweite gleich dem Abstand t gebildet werden.
Entsprechend kann man in der Ausführungsform gemäß der Erfindung, in der flächige Sonden verwendet werden, das orthonormierte Bezugssystem Rm durch Einheitsvektoren ( , , ) definieren, von denen zwei Richtungen senkrecht zu den Achsen der linienförmigen Sonden Cmi1 und Cmi2 definiert sind, während die dritte Richtung durch die gemeinsame Senkrechte zu den Ebenen Pmi der Sonden und der Ebene Qmi der Schlitze definiert wird.
Die Positionen Imi1 und Imi2 des Zentrums der Lichtflecke auf jeder Sonde Cmi1 und Cmi2 ergeben sich durch ihre Koordinaten x oder y entlang der Sonde bezüglich des Zentrums Bmi1 und Bmi2 jeder Sonde.
Die Richtung, in der sich die unbekannte Quelle Sfj befindet, ergibt sich
- durch die Ebene, die die Achse des Schlitzes Fmi1 und das Zentrum Imi1 des Lichtflecks enthält;
- durch die Ebene, die die Achse des Schlitzes Fmi2 und das Zentrum Imi2 des Lichtflecks enthält.
Im Schnitt dieser beiden Ebenen liegt die Gerade, die
- den Schnittpunkt von Ami der Achsen der beiden Schlitze,
- und den Schnittpunkt Imi enthält, der sich zwischen
- der Geraden, die durch das Zentrum Imi1 des Lichtflecks verläuft und zur Achse des Schlitzes Fmi1 Parallel ist,
- und der Geraden ergibt, die durch das Zentrum Imi2 des Lichtflecks verläuft und zur Achse des Schlitzes Fmi2 Parallel ist.
Die Richtung der unbekannten Quelle Smj ergibt sich also aus der Orientierung der Geraden ImiAmi, die durch den Schnittpunkt Ami der Achsen der Schlitze verläuft. Die Komponenten des Vektors ImiAmi bezüglich des Bezugssystems ( , , ) sind (x,y,t). Die Komponenten des Einheitsvektors u, der die Orientierung der Geraden ImiSfj ergibt, sind also hinsichtlich dieses Bezugssystems denen gleich, die im Rahmen der flächigen Sonden definiert worden sind, nämlich:
ami = x/
bmi = y/
cmi = t/
In dieser Ausführungsform der Erfindung können die verwendeten Quellen auch Elektrolumineszenzdioden sein. Die linienförmigen Sonden können Leisten von lichtempfindlichen Sonden mit Ladungstransfer (CCD) sein.
Der Vorteil der Verwendung von linienförmigen Sonden liegt in ihrer größeren Betriebsgeschwindigkeit im Vergleich zu der der flächigen Sonden und in ihrem geringeren Platzbedarf.

Claims

1. Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung eines mit einem ersten Körper (1) verknüpften Bezugssystems Rm bezüglich eines mit einem zweiten Körper, Bezugskörper genannt, verknüpften Bezugssystems Rf, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Körper (1) mindestens eine Kombination aus einer Lichtquelle Smi und einem Lichtdetektor Cmi enthält;

- der Bezugskörper mindestens eine Kombination aus einer Lichtquelle Sfj und einem Lichtdetektor Cfj enthält;

- die Lichtquellen Smi und Sfj konjugiert sind oder mit den Zentren der Feldblenden, welche die Lichtdetektoren enthalten, zusammenfallen;

- der Körper (1) oder der Bezugskörper oder beide mindestens zwei solche Kombinationen enthalten, um mindestens zwei Gerade einer Richtung beziehungsweise zu definieren, die zwei Paare von Quellen (Smi, Sfj), (S'mi, S'fj) miteinander verbinden;

- wobei die optische Vorrichtung Mittel zur Berechnung der Orientierungsparameter des Bezugssystems Rm hinsichtlich des Bezugssystems Rf ausgehend von den Koordinaten der Vektoren und aufweist, die sowohl im Bezugssystem Rm als auch im Bezugssystem Rf bestimmt sind.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmeßsonden flächige Sonden sind, die mit einer Feldblende parallel zur Ebene der Sonden versehen sind.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmeßsonden räumlich diskontinuierlich sind und ein Mosaik von lichtempfindlichen Elementen bilden.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diskontinuierlichen Lichtmeßsonden Matrizen von Lichtmeßelementen mit Ladungstransfer (CCD) sind.

5. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen punktförmige Lichtquellen sind, die im Zentrum der Feldblenden liegen.

6. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder der Lichtquellen im Zentrum der Feldblenden entstehen, wobei ein halbreflektierender Spiegel zwischen jeder Quelle und der zugeordneten Feldblende angeordnet ist.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonde Cmi oder Cfj zwei linienförmige Elementarsonden Cmi1 und Cmi2 beziehungsweise Cfj1 und Cfj2 enthält, wobei die linienförmigen Elementarsonden koplanar sind und Achsen besitzen, die zueinander nicht parallel sind, wobei Feldblenden in Form von koplanaren Schlitzen den linienförmigen Sonden zugeordnet sind, die jeweils senkrecht zum zugeordneten Schlitz verlaufen, und daß die Lichtquelle Smi beziehungsweise Sfj im Schnittpunkt der Achsen der Schlitze liegt.

8. Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die linienförmigen Sonden Leisten von lichtempfindlichen Elementen mit Ladungstransfer sind.

9. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen Elektrolumineszenzdioden sind.

10. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssystem die Kabine eines Flugzeugs ist, in dem ein einen Helm tragender Pilot sitzt, während der Helm des Piloten den Körper (1) bildet.