FI97085C - Menetelmä ja kuvauslaitteisto etäisyyden määrittämiseen ja sen käyttö - Google Patents

Description

97085

Menetelmä ja kuvauslaitteisto etäisyyden määrittämiseen ja sen käyttö

Keksinnön kohteena on menetelmä etäisyyden määrittämi-5 seen, jossa kohteen etäisyyden määrittämiseen käyte tään kuvaus laitteistoa, jossa olevien optisten elimien avulla kuvataan mainitun kohteen sisältämä kuva-alue ainakin kahden erillisen kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joita oleellisesti saman kuva-alueen 10 sisältämiä kuvia verrataan toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon muutettuna tiedonkäsittely-yksikön, kuten mikroprosessorin tai vastaavan avulla, mainitun kohteen, kuten mainitussa kuva-alueessa olevan yhden tai useamman vastaavan kuvapisteen etäisyyden määrit-15 tämiseksi.

Aikaisemmat menetelmät etäisyyksien määrittämiseksi ovat perustuneet mm. stereonäköalgoritmien soveltamiseen, kolmiomittausmenetelmien soveltamiseen, laser-20 tai muun sähkömagneettisen säteilyn tai ultraäänen avulla suoritettuun aktiiviseen luotaukseen. Nyt esillä olevaa keksintöä lähinnä ovat kuitenkin useissa kaupallisissa järjestelmissä käytettävät "autofocus"-menetelmät sekä erityisesti tutkimuslaitoksissa 25 kehitetyt "depth from focus"-menetelmät. Esimerkiksi kameroissa käytetyssä "autofocus"-tekniikassa on eräs tapa tarkentaa kuva se, että moottorilla varustetun objektiivin tarkennusta säädetään, kunnes kuvatason yksi kohta, tavallisimmin keskikohta on tarkimmillaan, 30 objektiivin tarkennussäädön asteikolta voidaan tällöin määrittää ko. kohdan etäisyys. Terävimmän tarkennuksen määrittämiseksi voidaan käyttää esim. ns. ylipääs-tösuodatusta, mikä tarkoittaa yksinkertaisimmillaan erotuksen laskemista kunkin digitoidun kuvapisteen ja 35 sen naapurien välillä sekä x- että y-suunnassa.

Nykyisissä sovellutuksissa ei ole kuitenkaan mahdollista suorittaa edellä mainittua etäisyyden määritystä samanaikaisesti koko kuva-alan osalta.

2 97085

Toisaalta A.P.Pentlandin kehittämässä menetelmässä (viite: A.P.Pentland, T.Darell, M.Turk and W.Huang, A Simple, Real-Time Range Camera, IEEE Computer Society Conf. on Computer Vision and Pattern Regognition, 5 1989, pp. 256-261) etäisyyden määritys perustuu siihen, että kohteesta otetaan kaksi kuvaa käyttäen kahdessa erillisessä kamerassa kummassakin eri suuruista aukkoa. Toisen kameran pienellä aukolla otettu kuva omaa suuren terävyysalueen, kun taas toisen 10 kameran suurella aukolla otetun kuvan terävyysalue on oikean tarkennusetäisyyden ympärillä pieni. Näitä kahta kuvaa vertailemalla voidaan määrittää kuva-alueelta kaikkien sellaisten kuvapisteiden etäisyys, joissa kontrasti on riittävän suuri.

15

Edellä mainittuun menetelmään liittyy tiettyjä ongelmia, mistä syystä se ei ole yleistä hyväksyntää saanut käytännön sovellutuksia varten. Tämä johtuu ensinnäkin siitä, että menetelmässä joudutaan käyttämään kahta 20 erillistä kameraa, joille kuvat jaetaan esim. ennen niiden objektiiveja olevalla säteenjakajalla. Toisaalta kyseisessä menetelmässä toinen kuva otetaan käyttämällä pientä aukkoa, mikä alentaa merkittävästi järjestelmän valovoimaa sekä näin ollen myös menetel-25 män tehollista toiminta-aluetta ja -olosuhteita.

Lisäksi mainitussa menetelmässä on se vaara, että suurta aukkoa vastaavassa kuvassa lähekkäisten kohteiden aiheuttamat sumenemakiekot ovat osittain päällekkäin, jolloin rajakohdissa ylipäästösuodatuksen 30 jälkeen saadaan virheellisen suuria amplitudiarvoja.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä on tarkoituksena saada ratkaiseva parannus edellä esitettyihin epäkohtiin ja siten kohottaa oleellisesti alalla 35 vallitsevaa tekniikan tasoa. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että 3 97085 - oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva- alue kuvataan optisiin elimiin kuuluvan yhden objektiivi järjestelyn tai vastaavan toimesta ainakin kahden, sopivimmin kolmen erillisen, kuva-alaltaan ja 5 valointensiteetiltään oleellisesti yhtäsuuren kak siulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joiden kunkin kuvaamiseen käytetään oleellisesti muista kuvista poikkeavaa kiinteää, ainakin ennen kuvaustilannetta asetettua tarkennusetäisyyttä, jolla etäisyydellä 10 oleva kohde on oleellisesti terävimmillään, jolloin - mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys määritetään vertailemalla mainitun kohteen, kuten kunkin 15 kuvapisteen osalta keskenään kutakin, toisista kuvista poikkeavalle tarkennusetäisyydelle tarkennettua, sopivimmin digitaalimuotoon muunnettua kuvaa, tiedonkäsittely-yksikön avulla laskennallisesti, kuten kuvia koskevan kuvainformaation perusteella interpoloimalla 20 tai ekstrapoloimalla.

Keksinnön mukaisen menetelmän tärkeimpinä etuina voidaan mainita sen käytön ja sen toteuttamiseen soveltuvien konstruktioiden yksinkertaisuus ja käyttö-25 varmuus. Erityisesti kaupallisiin "autofocus"-menetel- ;· miin verrattuna etuna on myös se, että keksinnön mukaisen menetelmän avulla on mahdollista suorittaa mittaus nopeasti sekä lisäksi laskea etäisyydet kuvan kaikille sellaisille pisteille, joissa on riittävän 30 suuri kontrastiero läheisiin pisteisiin verrattuna.

Menetelmän nopeus perustuu erityisesti siihen, että keksinnön mukaista menetelmää soveltavassa kamerassa ei ole tarpeen käyttää yhtään liikkuvaa osaa. Edelleen verrattuna edellä mainittuun Pentlandin menetelmään, 35 mahdollistaa keksinnön mukainen menetelmä selvästi paremman valovoiman, mikä johtuu siitä, että menetelmää sovellettaessa voidaan objektiivissa aina käyttää sopivaa, riittävän suurta aukkoa. Lisäksi edellä 4 97085 mainitun Fentlandin menetelmän suhteen on keksinnön etuna lisäksi se, että etäisyyden määritys perustuu edullisesti sovellettuna kolmesta kuvasta saatavaan tietoon, joten yksittäisessä kuvassa olevat virheet on 5 eliminoitavissa, mikäli ne ovat ristiriitaisia kahden muun kuvan antamien tulosten kanssa.

Menetelmään kohdistuvissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän 10 edullisia sovellutuksia.

Keksinnön kohteena on myös kuvauslaitteisto menetelmän soveltamiseksi. Kuvauslaitteisto on määritelty lähemmin kuvauslaitteistoon kohdistuvan itsenäisen patent-15 tivaatimuksen johdanto-osassa. Kuvauslaitteistolle pääasiassa tunnusomaiset piirteet on esitetty vastaavan patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukainen kuvauslaitteisto mahdollistaa 20 ensinnäkin nykyisiin järjestelyihin verrattuna merkit tävästi alhaisemmat valmistuskustannukset, mikä on seurausta mikroelektroniikan kehityksestä ja havaittavissa esim. siitä, että puolijohdekamerakonstruktiois-sa optiikan tai optomekaniikan komponentit ovat 25 kalliimpia kuin mikroelektroniikan komponentit. Näin ,, ollen keksinnön mukaisen kuvauslaitteiston mahdollis- t tavassa konstruktiossa on yksinkertaisimmillaan vain yksi yhden linssin kiinteäpolttovälinen objektiivi ja kaksi säteenjakajaa sekä kolme kuvadetektorielement-30 tiä, mikä muodostaa selvästi nykyisiä vastaavia ratkaisuja edullisemman kokonaisuuden, koska esim.

.* stereokameraratkaisuissa tarvitaan kaksi objektiivia, laser-etäisyysmittareissa ja kolmiomittaukseen perustuvissa laitteissa tyypillisesti lähetys- ja vastaan-35 otto-optiikka sekä mahdollisesti myös skannausme- kaniikkaa. Keksinnön mukaisen kuvauslaitteiston etuna on lisäksi siinä sovelletun laskenta-algoritmin yksinkertaisuus, mikä sisältää vain muutamia yksinker- 5 97085 täisiä operaatioita kuvapistettä kohden, jolloin ei ole tarve käyttää kalliita erikoisprosessoreita.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja kuvauslaitteiston 5 etuna on lisäksi erityisesti robustisuus. Koska etäisyyden mittaus perustuu aina kolmen eri tarken-nusetäisyydeltä samanaikaisesti saadun kuvapisteen vertailuun, eivät tulokseen vaikuta esim. valaistusolosuhteiden muutokset. Lisäksi mitattavilta 10 kohteilta ei edellytetä muita erityisominaisuuksia, kuin että ne eivät ole täysin tasasävyisiä (ja siinäkin tapauksessa voidaan aktiivisella valaistuksella saada hyviä tuloksia, jos kohde ei ole aivan musta), tällöin ei ole myöskään tarve käyttää stereokameroiden 15 tapaista kahden tunnistetun kohteen vertailua, eikä laser-skannereiden aktiivista valaisua. Keksinnön mukaista kuvauslaitteistoa voidaan lisäksi käyttää myös tavanomaisen kameran tapaan; mikäli kolmen kuvan pikseleistä valitaan aina terävintä kuvaa vastaava ja 20 siten kootaan yksi kuvakokonaisuus, saadaan kamera, jonka tuottaman kuvan terävyysalue on huomattavasti suurempi kuin tavanomaisen kameran.

Kuvauslaitteistoon kohdistuvissa epäitsenäisissä 25 patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön mukaisen kuvauslaitteiston edullisia sovellutuksia.

Keksintö on määritetty myös yhdellä edellä mainitun menetelmän käyttöön kohdistuvalla itsenäisellä käyttö-30 vaatimuksella.

Seuraavassa selityksessä keksintöä havainnollistetaan yksityiskohtaisesti samalla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 35 kuva 1 esittää pituusleikkausta eräästä edullisesta keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettä-:* västä kuvalaitteesta, 6 97085 kuvat 2a-2c esittävät keksinnön mukaisen menetelmän erästä edullista toimintaperiaatetta, ja 5 kuva 3 esittää lohkokaaviona erästä keksinnön mukai sen menetelmän mukaista kokonaisuutta.

Menetelmä etäisyyden määrittämiseen, jossa kohteen etäisyyden määrittämiseen käytetään kuvauslaitteistoa, 10 jossa olevien optisten elimien 1 avulla kuvataan mainitun kohteen sisältämä kuva-alue ainakin kahden erillisen kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joita oleellisesti saman kuva-alueen sisältämiä kuvia verrataan toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon 15 muutettuna tiedonkäsittely-yksikön 2, kuten mikro prosessorin tai vastaavan avulla mainitun kohteen, kuten mainitussa kuva-alueessa olevan yhden tai useamman vastaavan kuvapisteen etäisyyden määrittämiseksi. Menetelmää sovellettaessa : 20 - oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue kuvataan optisiin elimiin 1 kuuluvan yhden objektiivijärjestelyn la tai vastaavan toimesta ainakin kahden, sopivimmin kolmen erillisen, kuva- 25 alaltaan ja valointensiteetiltään oleellisesti yhtä suuren kaksiulotteisen x,y kuvan aikaansaamiseksi, joiden kunkin kuvaamiseen käytetään oleellisesti muista kuvista poikkeavaa kiinteää, ainakin ennen kuvaustilannetta asetettua tarkennusetäisyyttä A tai 30 B, sopivimmin A, B tai C, jolla etäisyydellä oleva kohde on oleellisesti terävimmillään, jolloin - mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys määrite- 35 tään vertailemalla mainitun kohteen, kuten kunkin kuvapisteen osalta keskenään kutakin kolmea toisista kuvista poikkeavalle tarkennusetäisyydelle A,B,C : tarkennettua, sopivimmin digitaalimuotoon muunnettua 7 97085 kuvaa Olxy,02xy,03xj, jossa χ-l...x,^ ja y = l.-.y*,,, tiedonkäsittely-yksikön 2 avulla laskennallisesti, kuten kuvia koskevan kuvainformaation Hplxy, Hp2xy, Hp3xy perusteella interpoloimalla tai ekstrapoloimalla.

5

Edullisena sovellutuksena keksinnön mukaisessa menetelmässä välitetään optisten elimien 1 avulla saatu oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue samanaikaisesti ainakin kahdelle, ainakin ennen 10 kuvaustilannetta kiinteään etäisyyteen tarkennetulle analogiselle kuvauselimelle 3, kuten puolijohde-mat-riisikamera-elementille tai vastaavalle, jolloin niihin tallennetut kuvat muunnetaan muuntoelimillä 4, kuten A/D-muuntimella tai vastaavalla digitaaliseksi, 15 minkä jälkeen tiedonkäsittely-yksikön 2 avulla määri tetään mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys vertailemalla sopivimmin ylipäästösuodatustekniikkaa soveltamalla tai vastaavasti ainakin kahta kohteen sisältämää 20 vastaavaa kuvaa keskenään.

Optisiin elimiin 1 kuuluvan objektiivijärjestelyn la avulla saatu kuva-alue välitetään edullisesti kolmelle, esim. kuvan 1 mukaisesti objektiivijärjestelyn la 25 kanssa samaan kuvauslaitteeseen x kiinteästi kiinnite tylle kuvauselimelle 3a,3b,3c, kuten puolijohde-matriisikamera-elementille tai vastaavalle, jotka on järjestetty eri tarkennusetäisyyksien A,B,C aikaansaamiseksi kuvatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa 30 optista etenemätietä pitkin mitattuna oleellisesti toisistaan poikkeaville etäisyyksille objektiivijärjestelyn la optisesta keskipisteestä.

Edelleen edullisena menetelmän sovellutuksena jaetaan 35 objektiivijärjestelyn la läpäisemä valonsäde kuvaus laitteessa X olevilla jakoelimillä 5, kuten yhdellä tai useammalla säteenjakajalla 5a,5b tai vastaavalla, * ainakin valointensiteetiltään oleellisesti toisiaan 8 97085 vastaavien kaksiulotteisten x,y kuvien aikaansaamiseksi kuvauslaitteessa X oleville kuvauselimille 3a,3b, 3c.

5 Edelleen edullisena menetelmän sovellutuksena verra taan mainittua kohdetta, kuten kutakin kuva-alan kuvapistettä esittävää ainakin kolmea, edullisimmin digitaalimuotoon muunnettua 01^y,02xy,03xy ja edelleen ylipäästösuodatettua Hplxy,Hp2xy,Hp3xy kuvaa verrataan 10 tiedonkäsittely-yksikön 2 avulla toisiinsa, jolloin kohteen etäisyys määritetään interpoloimalla tarken-nusalueen A-C sisältä kohdetta kuvaavan kuvainformaa-tion Hplxy,Hp2xy, kuten kuvan 2b mukaisessa tilanteessa, ja ekstrapoloimalla mainitun tarkennusalueen A-C 15 ulkopuolelta kohdetta kuvaavan kuvainformaation Hplxy,

Hp2xy,Hp3xy muodostaessa koveran käyrän, kuten on tilanne kuvassa 2c.

Todettakoon, että keksinnön mukaisessa menetelmässä on 20 mahdollista määrittää etäisyys vain sellaisille kuvapisteille, joita vastaavat ylipäästösuodatusarvot ylittävät tietyn kynnysarvon (ts. kuvalle, joka sisältää vain yhtä sävyarvoa tai jossa sävyarvot vain hitaasti muuttuvat kuvapisteestä toiseen, ei etäisyyt-25 tä ole mahdollista määrittää). Kun kuvattu kohde on etäisyydellä B, saadaan kolmesta kameraelementistä • · tarkennusetäisyydellä B olevalle ylipäästösuodatetulle kuvapisteelle Hp2xy suurin intensiteettiarvo ylipääs-tösuodatuksen jälkeen. Tämä johtuu siitä, että kuvan 30 ollessa "terävä", se sisältää korkeita spatiaalisia taajuuksia, jotka korostuvat ylipäästösuodatusoperaa-tiossa. Vastaavasti tarkennusetäisyyksiä A ja C vastaavien kameraelementtien vastaavien ylipääs-tösuodatettujen kuvapisteiden amplitudit ovat tällöin 35 kuvassa 2a esitetyn mukaisesti alemmat. Tällöin vertaamalla vastaavien kolmen kuvapisteen amplitudia saadaan määritettyä kyseisen kuvapisteen etäisyydeksi : B.

9 97085

Mikäli etäisyys ei vastaa tarkasti mitään kolmesta mahdollisesta tarkennusetäisyydestä, mutta sijoittuu välille A-C, vastaavat amplitudit etäisyyksillä A,B ja C saadaan kuvan 2b mukaisesti sellaisiksi, että 5 lähimpänä oikeaa tarkennusetäisyyttä vastaavat elemen tit (A,B) antavat suuremman amplitudin kuin kolmas elementti. Tässä tapauksessa approksimoitu etäisyys määritetään sovittamalla interpolaatiokäyrä amplitu-deihin ja hakemalla ko. käyrän maksimipiste. Käytän-10 nössä tämä toimenpide voidaan suorittaa esim. taulu koimalla riittävä määrä kolmea amplitudiarvoa vastaavia etäisyysarvoja, jolloin interpolaatio voidaan tehdä yhdellä taulukkohaulla. Mikäli kohteen etäisyys on välin A-C ulkopuolella, voidaan tietyissä rajoissa 15 kuvan 2c mukaisesti määrittää etäisyys ekstrapoloimal la.

Näin ollen keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa suoritetaan esim. kaikille kynnysarvon ylittäville 20 kuvapisteille vertailu, jolloin saadaan määritettyä esim. 3d-pinnan määrittävä taulukko. Samoin voidaan valita alkuperäisistä kolmesta kuvasta aina lähimpänä oikeaa tarkennusetäisyyttä oleva kuvapisteen sävyarvo.

25 Keksinnön mukainen kuvauslaitteisto on näin ollen tarkoitettu etäisyyden määrittämiseen, jolloin siihen kuuluu yksinkertaisuudessaan optiset elimet 1, joilla kuvattu kuva-alue, joka käsittää etäisyydeltään määritettävän kohteen, kuten yhden tai useamman 30 mainitussa kuva-alueessa olevan kuvapisteen, on järjestetty samanaikaisesti ainakin kahdelle, sopivim-min kolmelle analogiselle kuvauselimelle 3, kuten puolijohde-matriisikamera-elementille 3a, 3b, 3c tai vastaavalle välitettäväksi, ainakin kolmen erillisen 35 kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi mainitusta kuva-alueesta. Kuvauslaitteistoon kuuluu lisäksi kohteen varsinaista etäisyyden määrittämistä varten : tarkoitettu tiedonkäsittely-yksikkö 2, kuten mikro- 10 97085 prosessori tai vastaava, oleellisesti saman kuva-alueen sisältävien kuvien vertaamiseksi toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon muutettuna. Kuvauslait-teistoon kuuluvassa kuvauslaitteessa X olevilla 5 puolijohde-matriisikamera-elementeillä on yhteinen objektiivijärjestely la, jonka avulla aikaansaadaan kolme erillistä, kuva-alaltaan ja valointensiteetil-tään oleellisesti yhtä suurta kaksiulotteista kuvaa kullekin puolijohde-matriisikamera-elementille 3a,3b, 10 3c.

Kuvaan 3 viitaten kuuluu kuvauslaitteistoon lisäksi muuntoelimet 4, kuten A/D-muunnin tai vastaava ku-vauselimille 3a,3b,3c välitetyn kuvan digitoimista 15 varten. Lisäksi tiedonkäsittely-yksikkö 2 on järjes tetty edullisesti ylipäästösuodatustekniikkaa soveltamalla kohdetta kuvaavia vastaavia kuvia vertailevaksi. Kuvassa 3 esitetyssä lohkokaaviossa viitenumerolla 7 on kuvattu multiplekseriä (MUX), jolla voidaan valita 20 kunkin kolmen kameraelementin ulostulo.

Kuvaan 1 viitaten on optisiin elimiin 1 kuuluva objektiivijärjestely la järjestetty edullisesti irrotettavasti samaan kuvauslaitteeseen X yhdessä 25 siihen edullisimmin liikkumattomasti kiinnitettyjen, toisistaan poikkeaviin kiinteisiin kohde etäisyyksiin A,B,C tarkennettujen puolijohde-matriisikamera-ele-menttien 3a,3b,3c kanssa. Eri tarkennusetäisyyksien A,B,C aikaansaamiseksi on kukin kuvauslaitteessa X 30 oleva kuvauselin 3a,3b,3c järjestetty kuvatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa valon kulkutietä pitkin tarkasteltuna oleellisesti toisistaan poik keaville etäisyyksille objektiivijärjestelyn la optisesta keskipisteestä.

35

Kuvauslaitteeseen X on järjestetty lisäksi jakoelimet 5, objektiivijärjestelyn la läpäisseen valonsäteen • jakamiseksi kuvauselimille 3a,3b,3c, niille ainakin 11 97085 valointensiteetiltään oleellisesti toisiaan vastaavien kaksiulotteisten kuvien aikaansaamiseksi.

Edelleen edullisena sovellutuksena kuuluu kuvauslait-5 teeseen X erityisesti tarkennusalueen A-C säätämistä varten säätöelimet 6, jotka on kuvan 1 mukaisessa ratkaisussa järjestetty edullisesti kiinnittämällä objektiivijärjestely la kierreliitosperiaatteella kuvauslaitteeseen X. Tämä voidaan luonnollisesti 10 toteuttaa myös siten, että kukin kameraelementti kiinnitetään liikuteltavasti kuvauslaitteeseen X tai käyttämällä esim. ns. muuttuvapolttovälistä (zoom-) objektiivia.

15 Kuvaan 1 viitaten kuuluu kuvauslaitteeseen X kaksi kohtisuorassa suunnassa toistensa suhteen olevaa säteenjakajaa (beamsplitter) 5a,5b, jotka jakavat objektiivijärjestelyn la läpäisseen valonsäteen kolmelle kohtisuorassa suunnassa toistensa suhteen eli 20 kuvauslaitteen X yläreunassa, takareunassa ja pohjassa olevalle puoli johde-matriisikamera-elementille 3a, 3b, -3c, joista ensimmäiselle välitetty kuva on tarkennettu muita lähemmäs A, kolmannelle muita kauemmas C ja toiselle edellämainittujen välille B.

25

On selvää, että keksintö ei rajoitu edellä esitettyi-hin tai selitettyihin sovellutuksiin, vaan sitä voidaan perusajatuksen puitteissa muunnella huomattavastikin. Tällöin voidaan käyttää esim. neljää tai 30 useampaa kameraelementtiä. Luonnollisesti on myös mahdollista sovittaa kameraelementit samaan vaakasuoraan tasoon jakamalla linssin läpi tullut valonsäde vastaavasti vaakasuorassa tasossa kolmeen kohtaan.

Claims (10)

12 97085 Patenttivaatimukset;

1. Menetelmä etäisyyden määrittämiseen, jossa 5 kohteen etäisyyden määrittämiseen käytetään kuvaus- laitteistoa, jossa olevien optisten elimien (1) avulla kuvataan mainitun kohteen sisältämä kuva-alue ainakin kahden erillisen kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joita oleellisesti saman kuva-alueen sisältäviä 10 kuvia verrataan toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon muutettuna tiedonkäsittely-yksikön (2), kuten mikroprosessorin tai vastaavan avulla mainitun kohteen, kuten mainitussa kuva-alueessa olevan yhden tai useamman vastaavan kuvapisteen etäisyyden määrittämi-15 seksi, tunnettu siitä, että - oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue kuvataan optisiin elimiin (1) kuuluvan yhden objektiivijärjestelyn (la) tai vastaavan toimesta 20 ainakin kahden, sopivimmin kolmen erillisen, kuva- alaltaan ja valointensiteetiltään oleellisesti yh-täsuuren kaksiulotteisen (x,y) kuvan aikaansaamiseksi, joiden kunkin kuvaamiseen käytetään oleellisesti muista kuvista poikkeavaa kiinteää, ainakin ennen 25 kuvaustilannetta asetettua tarkennusetäisyyttä (A tai B, sopivimmin A, B tai C), jolloin - mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys määrite- 30 tään vertailemalla mainitun kohteen, kuten kunkin kuvapisteen osalta keskenään kutakin sopivimmin kolmea toisista kuvista poikkeavalle tarkennusetäisyydelle (A, B, C) tarkennettua, sopivimmin digitaalimuotoon muunnettua kuvaa (01xy, 02xy, 03xy) tiedonkäsittely-35 yksikön (2) avulla laskennallisesti, kuten kuvia koskevan kuvainformaation (Hplxy, Hp2xy, Hp3xy) perusteella interpoloimalla tai ekstrapoloimalla. « 13 97085

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jolloin optisten elimien (1) avulla saatu oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue välitetään samanaikaisesti ainakin kahdelle, ainakin ennen 5 kuvaustilannetta kiinteään etäisyyteen tarkennetulle analogiselle kuvauselimelle (3), kuten puolijohde-matriisikamera-elementille tai vastaavalle, jolloin niihin tallennetut kuvat muunnetaan muuntoelimillä (4), kuten A/D- muuntimella tai vastaavalla digitaali-10 seksi, minkä jälkeen tiedonkäsittely-yksikön (2) avulla määritetään mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys vertailemalla sopivimmin ylipäästösuodatus-tekniikka soveltamalla tai vastaavasti ainakin kahta 15 kohteen sisältämää vastaavaa kuvaa keskenään, tunnettu siitä, että optisiin elimiin (1) kuuluvan objektiivi-järjestelyn (la) avulla saatu kuva-alue välitetään ainakin kahdelle, sopivimmin kolmelle, sopivimmin objektiivijärjestelyn (la) kanssa samaan kuvauslait-20 teeseen (X) kiinteästi kiinnitetylle kuvauselimelle (3a, 3b, 3c), kuten puolijohde-matriisikamera-elemen-tille tai vastaavalle, jotka on järjestetty eri tarkennusetäisyyksien (A, B, C) aikaansaamiseksi kuvatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa optista 25 etenemätietä pitkin mitattuna oleellisesti toisistaan poikkeaville etäisyyksille objektiivijärjestelyn (la) optisesta keskipisteestä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että objektiivijärjestelyn (la) läpäissyt valonsäde jaetaan kuvauslaitteessa (X) olevilla jakoelimillä (5), kuten yhdellä tai useammalla säteenjakajalla (5a, 5b) tai vastaavalla, ainakin valointensiteetiltään oleellisesti toisiaan 35 vastaavien kaksiulotteisten kuvien aikaansaamiseksi kuvauslaitteessa (X) oleville kuvauselimille (3a, 3b, 3c) . 14 97085

4. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittua kohdetta, kuten kutakin kuva-alan kuvapistettä esittävää ainakin kolmea, sopivimmin digitaalimuotoon 5 muunnettua (01xy, 02xy, 03xy) ja edelleen ylipäästösuo- datettua (Hplxy, Hp2xy, Hp3xy) kuvaa verrataan tiedonkäsittely-yksikön (2) avulla toisiinsa, jolloin kohteen etäisyys määritetään interpoloimalla tarken-nusalueen (A-C) sisältä kohdetta kuvaavan kuvainfor-10 maation (Hplxy, Hp2xy, Hp3^y) muodostaessa kuperan käyrän ja ekstrapoloimalla tarkennusalueen (A-C) ulkopuolelta kohdetta kuvaavan kuvainformaation (Hplxy, Hp2xy, Hp3xy) muodostaessa koveran käyrän.

5. Kuvauslaitteisto etäisyyden määrittämiseen, jossa on ainakin optiset elimet (1), joilla kuvattu kuva-alue, joka käsittää etäisyydeltään määritettävän kohteen, kuten yhden tai useamman mainitussa kuva-alueessa olevan kuvapisteen, on järjestetty samanai-20 kaisesti ainakin kahdelle analogiselle kuvauselimelle (3), kuten puolijohde-matriisikamera-elementille tai vastaavalle välitettäväksi, ainakin kahden erillisen kaksiulotteisen (x,y) kuvan aikaansaamiseksi mainitusta kuva-alueesta, ja mainitun kohteen etäisyyden 25 määrittämistä varten tarkoitettu tiedonkäsittely- yksikkö (2), kuten mikroprosessori tai vastaava, oleellisesti saman kuva-alueen sisältävien kuvien vertaamiseksi toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon muutettuna, tunnettu siitä, että kuvauslaitteistoon 30 kuuluu kuvauslaite (X), jossa on ainakin kaksi, sopivimmin kolme kuvauselintä (3), kuten puolijohde- * • matriisikamera-elementtiä tai vastaavaa, joilla on yhteiset optiset elimet (1), kuten objektiivijärjestely (la) tai vastaava, ainakin kahden, sopivimmin 35 kolmen erillisen, kuva-alaltaan ja valointensiteetil- tään oleellisesti yhtä suuren kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, sopivimmin samanaikaisesti ku-: vauselimille (3a, 3b, 3c). 15 97085

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen kuvauslait-teisto, johon kuuluu muuntoelimet (4), kuten A/D-muunnin tai vastaava, jotka on tarkoitettu optisten elimien (1) avulla kuvauselimille (3) välitetyn kuvan 5 digitoimista varten, mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyyden määrittämiseksi tiedonkäsittely-yksikön (2) avulla, vertailemalla sopivimmin ylipäästösuodatustek-niikka soveltamalla tai vastaavasti ainakin kahta 10 kohteen sisältämää vastaavaa kuvaa keskenään, tunnettu siitä, että optisiin elimiin (1) kuuluva objektiivi-järjestely (la) on järjestetty, sopivimmin irrotettavasta kiinnitetyksi samaan kuvauslaitteeseen (X) yhdessä siihen sopivimmin liikkumattomasti kiinnite-15 tyn ainakin kahden, sopivimmin kolmen, ainakin ennen kuvaustilannetta toisistaan poikkeavaan kiinteään kohde-etäisyyteen (A, B, C) tarkennetun kuvauselimen (3a, 3b, 3c), kuten puolijohde-matriisikamera-elemen-tin tai vastaavan kanssa. 20

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen kuvaus- laitteisto, tunnettu siitä, että kuvauslaitteessa (X) olevat ainakin kolme kuvauselintä (3a, 3b, 3c) on järjestetty niiden eri tarkennusetäisyyksien (A, B, C) 25 aikaansaamiseksi kuvatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa valon kulkutietä pitkin tarkasteltuna oleellisesti toisistaan poikkeaville etäisyyksille objektiivijärjestelyn (la) optisesta keskipisteestä.

8. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 5 - 7 mukainen kuvauslaitteisto, tunnettu siitä, että : kuvauslaitteeseen (X) kuuluu jakoelimet (5), kuten yksi tai useampi säteenjakaja (5a, 5b) tai vastaava, objektiivijärjestelyn (la) läpäisemän valonsäteen 35 jakamiseksi kuvauselimille (3a, 3b, 3c) niille ainakin valointensiteetiltään oleellisesti toisiaan vastaavien kaksiulotteisten kuvien aikaansaamiseksi. 16 97085

9. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 5 -8, tunnettu siitä, että kuvauslaitteen (X) tarkennus-alueen (A-C) säätämistä varten siihen kuuluu säätöeli-met (6), jotka on järjestetty sopivimmin kiinnittämäl- 5 lä optiset elimet (1), kuten objektiivijärjestely (la) tai vastaava ja/tai kuvauselimet (3a, 3b, 3c), kuten puolijohde-matriisikamera-elementit tai vastaavat liikutettavasti, kuten kierre-, palje-, teleskooppipe-riaatteella tai vastaavasti kuvauslaitteeseen (X). 10

10. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 5 -9 mukainen kuvauslaitteisto, tunnettu siitä, että kuvauslaitteeseen (X) kuuluu sopivimmin kaksi kohtisuorassa suunnassa toistensa suhteen olevaa säteen- 15 jakajaa (5a, 5b) tai vastaavaa, jotka jakavat objek tiivi järjestelyn (la) tai vastaavan läpäisseen valonsäteen sopivimmin kolmelle kohtisuorassa suunnassa toistensa suhteen, kuten kuvauslaitteen (X) yläreunassa, takareunassa ja pohjassa olevalle puolijohde-20 matriisikamera-elementille tai vastaavalle (3a, 3b, 3c), joista ensimmäiselle välitetty kuva on tarkennettu muita lähemmäs (A), kolmannelle muita kauemmas (C) ja toiselle edellä mainittujen välille (B).

11. Menetelmän, jossa kohteen etäisyyden määrit- • tämiseen käytetään kuvauslaitteistoa, jossa on optiset elimet (1) mainitun kohteen sisältämän kuva-alueen kuvaamiseksi ja tiedonkäsittely-yksikkö (2), kuten mikroprosessori tai vastaava optisilla elimillä (1) 30 kuvattujen kuvien vertaamiseksi toisiinsa, jolloin oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue kuvataan optisiin elimiin (1) kuuluvan yhden objektii-vijärjestelyn (la) tai vastaavan toimesta ainakin kahden, sopivimmin kolmen erillisen, kuva-alaltaan ja 35 valointensiteetiltään oleellisesti yhtäsuuren kak siulotteisen (x,y) kuvan aikaansaamiseksi, joiden kunkin kuvaamiseen käytetään oleellisesti muista . . kuvista poikkeavaa kiinteää, ainakin ennen kuvausti-

9. Ht-fr 1,1 H II) 4 . . 17 97085 lannetta asetettua tarkennusetäisyyttä (A tai B, sopivimmin Af B tai C), jolla etäisyydellä oleva kohde on oleellisesti terä visuni 11 ään, ja jolloin mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin 5 vastaavan kuvapisteen etäisyys määritetään vertaile malla mainitun kohteen, kuten kunkin kuvapisteen osalta keskenään kutakin, sopivimmin kolmea toisista kuvista poikkeavalle tarkennusetäisyydelle (A,B,C) tarkennettua, sopivimmin digitaalimuotoon muunnettua 10 kuvaa (01xy, 02xy, 03xy) tiedonkäsittely-yksikön (2) avulla laskennallisesti, kuten kuvia koskevan kuvain-formaation (Hplxy,Hp2xy, Hp3xy) perusteella interpoloi-malla tai ekstrapoloimalla, käyttö kuvauslaitteessa, kuten kamerassa tai vastaavassa, jonka avulla muodos-15 tetaan yhtenäinen kuvakokonaisuus, kuten valokuva tai vastaava, joka kootaan käyttämällä sopivimmin kunkin kuvapisteen osalta terävintä kuvaa vastaavaa kuvain-formaatiota. 18 97085