FR2611053A1

FR2611053A1 - DEVICE FOR CONTINUOUSLY DETECTING THE DISTANCE BETWEEN THIS DEVICE AND A PREDETERMINED POINT

Info

Publication number: FR2611053A1
Application number: FR8801711A
Authority: FR
Inventors: Walter Prendin; Fabio Rocca; Danilo Maddalena; Ciro Cafforio
Original assignee: Tecnomare SpA
Current assignee: Tecnomare SpA
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1988-08-19
Anticipated expiration: 2008-02-12
Also published as: IT1202534B; IT8719364A0; FR2611053B1; GB2202104B; GB2202104A; GB8803289D0

Abstract

CE DISPOSITIF DE DETECTION COMPREND QUATRE MEMOIRES 9, 10, 11, 12 DANS LESQUELLES DEUX IMAGES VIDEO SUCCESSIVES PRISES PAR DEUX CAMERAS 1, 2 DE TELEVISION, SYNCHRONISEES L'UNE AVEC L'AUTRE, SONT STOCKEES. DANS UNE DE CES CAMERAS, UN POINT PREDETERMINE EST VISUALISE A L'AIDE D'UN CURSEUR. UN ORDINATEUR 16 DE POURSUITE RECHERCHE LA NOUVELLE POSITION ATTEINTE PAR LEDIT POINT DANS L'IMAGE SUIVANTE DE LA MEME CAMERA EN COMPARANT UNE ZONE OU FENETRE 29 SITUEE AU VOISINAGE DU CURSEUR AVEC DES FENETRES ANALOGUES 31, 32, 33,... AFFICHEES DANS L'IMAGE SUIVANTE ET UN ORDINATEUR 17 DE MESURE DE DISTANCE DETECTE EN PERMANENCE, AU MOYEN DE COMPARAISONS DE FENETRES, LE POINT CORRESPONDANT DE LADITE NOUVELLE POSITION DU POINT DANS L'IMAGE CORRESPONDANTE DE L'AUTRE CAMERA DE TELEVISION ET DETERMINE LA MESURE, ENTRE CES POINTS, DE LA DIFFERENCE DE POSITION A PARTIR DE LAQUELLE LA VALEUR VOULUE DE LA DISTANCE EST OBTENUE.THIS DETECTION DEVICE INCLUDES FOUR MEMORIES 9, 10, 11, 12 IN WHICH TWO SUCCESSIVE VIDEO IMAGES TAKEN BY TWO TELEVISION CAMERAS 1, 2, SYNCHRONIZED WITH ONE THE OTHER, ARE STORED. IN ONE OF THESE CAMERAS, A PREDETERMINED POINT IS VISUALIZED USING A CURSOR. A PURSUIT COMPUTER 16 SEARCHES FOR THE NEW POSITION ACHIEVED BY ITS POINT IN THE FOLLOWING IMAGE OF THE SAME CAMERA BY COMPARING A ZONE OR WINDOW 29 LOCATED IN THE NEIGHBORHOOD OF THE CURSOR WITH SIMILAR WINDOWS 31, 32, 33, ... DISPLAYED IN L 'FOLLOWING IMAGE AND A DISTANCE MEASUREMENT COMPUTER 17 PERMANENTLY DETECTED, BY MEANS OF WINDOW COMPARISONS, THE CORRESPONDING POINT OF THE SAID NEW POSITION OF THE POINT IN THE CORRESPONDING IMAGE OF THE OTHER TELEVISION CAMERA AND DETERMINES THE MEASUREMENT, BETWEEN POINTS, OF THE DIFFERENCE OF POSITION FROM WHICH THE DESIRED VALUE OF THE DISTANCE IS OBTAINED.

Description

Dispositif pour détecter de façon continue la distanceDevice for continuously detecting distance

entre ce dispositif et un point prédéterminé. between this device and a predetermined point.

-La présente invention a pour objet un dispositif spécial qui, par analyse d'images du type images de télévision, permet de mesurer d'une façon continue la distance entre un point cadré-et le système de prise de vues, également en présence d'un mouvement relatif entre le point cadré et le système de prise de vues. La détection de cette distance est très importante, en particulier dans les applications suivantes: - la manutention automatique d'objets dans le domaine de la robotique; dans ce cas, en fait, il est nécessaire de connaître la distance des objets devant être saisis afin qu'un système automatique, quel qu'il soit, puisse adresser correctement le bras mécanique; - le positionnement automatique de véhicules sous-marins au voisinage de structures situées au large; dans ce cas, il est important de connaître les distances entre le véhicule et un point, quel qu'il soit, de la plateforme située au large, afin de pouvoir stabiliser la position du véhicule par rapport à la plateforme: une position stable de ces véhicules permet, à son tour, d'effectuer avec succès les opérations telles que des opérations de vérification et d'entretien; - les remises en fonction d'installattons sous-marines; pendant ces opérations, il est nécessaire d'insérer une canalisation montante (dans la pratique, un tube) suspendue à un navire, ou à un ponton, dans une structure se trouvant au niveau du fond de la mer (une tête de puits, ou un dispositif anti-explosion); la connaissance de la distance entre l'extrémité de la canalisation montante et la structure se trouvant au niveau du fond de la mer permet de faciliter cette The present invention relates to a special device which, by analyzing images of the television image type, makes it possible to continuously measure the distance between a framed point and the system for taking pictures, also in the presence of '' a relative movement between the framed point and the shooting system. The detection of this distance is very important, in particular in the following applications: - automatic handling of objects in the field of robotics; in this case, in fact, it is necessary to know the distance of the objects to be gripped so that an automatic system, whatever it may be, can correctly address the mechanical arm; - automatic positioning of underwater vehicles in the vicinity of offshore structures; in this case, it is important to know the distances between the vehicle and a point, whatever it is, of the platform located offshore, in order to be able to stabilize the position of the vehicle relative to the platform: a stable position of these vehicles, in turn, can successfully perform operations such as check and maintenance operations; - discounts based on underwater installations; during these operations, it is necessary to insert a riser (in practice, a tube) suspended from a ship, or a pontoon, in a structure located at sea level (a wellhead, or an explosion-proof device); knowledge of the distance between the end of the riser pipe and the structure at sea level makes it easier to

opération et de réduire les temps et les coûts associés. operation and reduce the associated time and costs.

Les techniques actuellement disponibles pour mesurer les distances dans les domaines décrits ci-dessus sont essentiellement du type acoustique, The techniques currently available for measuring distances in the fields described above are essentially of the acoustic type,

mécanique ou optique.mechanical or optical.

On peut effectuer les mesures par voie acoustique en utilisant un matériel qui fonctionne de façon similaire à celle d'un sonar: le dispositif envoie une impulsion sonore d'une fréquence et d'une durée appropriées vers le point dont on doit mesurer la Measurements can be made acoustically using equipment that works similar to that of a sonar: the device sends a sound pulse of appropriate frequency and duration to the point whose measurement is to be measured.

distance et ce matériel mesure l'écho renvoyé. distance and this material measures the echo returned.

A partir du temps qui s'écoule entre l'émission de l'impulsion et la réception de l'écho, on peut mesurer la distance du point. On peut utiliser ce système de mesure à la fois dans un environnement aérien From the time which elapses between the emission of the pulse and the reception of the echo, the distance from the point can be measured. This measurement system can be used both in an aerial environment

et dans un environnement sous-marin. and in an underwater environment.

L'inconvénient principal que présente ce procédé apparaît dans le cas d'un mouvement relatif The main disadvantage of this process appears in the case of a relative movement

entre le système de mesure et le point à mesurer. between the measuring system and the point to be measured.

Dans ce cas, il est nécessaire de modifier continuellement, par une opération manuelle, la direction du faisceau sonore afin de le maintenir en, In this case, it is necessary to continuously modify, by manual operation, the direction of the sound beam in order to keep it in,

permanence dirigé correctement vers le point concerné. permanence correctly directed to the point concerned.

Une autre technique de mesure de distance que l'on utilise dans un environnement sous-marin fait usage d'un certain nombre de "transpondeurs", c'est-à-dire de dispositifs qui émettent une impulsion sonore en réponse à une impulsion reçue. Dans ce cas également, on utilise pour mesurer les distances le temps qui s'écoule entre les impulsions d'interrogation et les réponses des divers transpondeurs. Par exemple, dans le cas de remise en fonction d'installations sous-marines, on place les transpondeurs sur le fond de la mer, au voisinage de la structure concernée (c'est-à-dire une tête de puits) et/ou sur la structure même et on étalonne alors ces transpordeurs pour connaître la position mutuelle réelle. Le transducteur acoustique est disposé sur l'extrémité inférieure de la canalisation montante et est relié, au moyen d'un câble électrique, au matériel Another distance measurement technique used in an underwater environment makes use of a number of "transponders", that is, devices which emit a sound pulse in response to a received pulse . In this case too, the time which elapses between the interrogation pulses and the responses of the various transponders is used to measure the distances. For example, in the case of resetting of underwater installations, the transponders are placed on the seabed, in the vicinity of the structure concerned (i.e. a wellhead) and / or on the structure itself and we then calibrate these transporders to know the real mutual position. The acoustic transducer is placed on the lower end of the riser and is connected, by means of an electric cable, to the equipment

d'interrogation situé à la surface de la mer. on the surface of the sea.

Les inconvénients principaux présentés par cette dernière technique concernent à la fois la nécessité de l'étalonnage entraînant une perte de temps importante et l'obligation d'utiliser au moins quatre transpondeurs exigeant un entretien (par exemple, le remplacement périodique des batteries et puis également leur utilisation). Pour effectuer l'entretien mentionné ci-dessus, il faut remonter les transpondeurs à la surface de la mer et, après l'entretien, les placer de nouveau sur le fond de la mer et les étalonner de The main drawbacks presented by this latter technique concern both the need for calibration resulting in a significant loss of time and the obligation to use at least four transponders requiring maintenance (for example, periodic replacement of the batteries and then also their usage). To carry out the maintenance mentioned above, it is necessary to raise the transponders to the surface of the sea and, after the maintenance, place them again on the bottom of the sea and calibrate them

nouveau.new.

Les procédés mécaniques font appel, pour mesurer la distance, à des moyens, tels que, par exemple, un câble étalonné placé entre le point à mesurer et le matériel de mesure: la longueur du câble déroulé donne directement la valeur recherchée de la distance même dans le cas o le point se déplace par Mechanical methods use means to measure the distance, such as, for example, a calibrated cable placed between the point to be measured and the measuring equipment: the length of the unwound cable gives directly the desired value of the distance itself. in case the point moves by

rapport au dispositif de mesure.relative to the measuring device.

Dans ce cas, on voit immédiatement les inconvénients pratiques qui sont dus à la nécessité d'assujettir le câble au point intéressé et par In this case, we immediately see the practical disadvantages which are due to the need to secure the cable to the point concerned and by

l'embarras que cause la présence de ce câble. the embarrassment caused by the presence of this cable.

Enfin, les procédés optiques utilisent, de façon typique, deux objectifs mutuellement parallèles et un système de miroirs et/ou de prismes réglables pour superposer l'une a l'autre les deux images ainsi obtenues: en nesurant les angles des miroirs/prismes et la distance entre les objectifs, on peut calculer la Finally, optical methods typically use two mutually parallel objectives and a system of adjustable mirrors and / or prisms to superimpose the two images thus obtained one on top of the other: by measuring the angles of the mirrors / prisms and the distance between the objectives, we can calculate the

distance du point recherché (télémètre). distance from the point sought (rangefinder).

D'autres procédés optiques utilisent, par contre, un faisceau laser modulé. Dans les deux cas, on doit faire face à un inconvénient important. en ce sens que l'on doit avoir recours à des opérations manuelles pour maintenir le matériel de mesure pointé correctement Other optical methods, on the other hand, use a modulated laser beam. In both cases, there is a significant disadvantage. in the sense that manual operations must be used to keep the measuring equipment pointed correctly

sur le porint choisi en cas d'un mouvement relatif. on the porint chosen in the event of a relative movement.

Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et de fournir, par conséquent, un dispositif qui donne, d'une façon continue, la mesure de la distance entre un point et ce dispositif de mesure sans nécessiter de systèmes auxiliaires (par exemple des transpondeurs ou des câbles étalonnés) et qui, en outre, permet la poursuite continue du point choisi de manière à fournir les valeurs correctes également dans le cas d'un mouvement The object of the present invention is to overcome the drawbacks mentioned above and therefore to provide a device which continuously gives the measurement of the distance between a point and this measuring device without requiring systems auxiliaries (for example transponders or calibrated cables) and which, in addition, allows the continuous pursuit of the chosen point so as to provide the correct values also in the case of a movement

relatif entre le point choisi et le matériel de mesure. relative between the chosen point and the measurement equipment.

On atteint cet objectif au moyen de deux caméras de télévision qui ont des axes optiques mutuellement parallèles et qui sont synchronisées l'une avec l'autre, ces caméras explorent, par trames successives, la même scène photographiée, à l'intérieur de laquelle le point choisi, dont on doit mesurer en permanence la distance, peut se déplacer. Les signaux vidéo concernant les trames successives, photographiées par chacune des deux caméras de télévision, sont stockés successivement, après échantillonnage et conversion sous une forme numérique, dans l'une et l'autre de deux mémoires affectées à chaque caméra de télévision et à partir d'une desquelles un ordinateur de poursuite copie dans sa mémoire de travail une petite zone ou fenêtre de r4éérence située au voisinage du point choisi, affiché alors au moyen d'un curseur positionné à l'aide d'un manche à balai, et compare cette zone ou fenêtre à des zones ou fenêtres comparatives analogues extraites de la trame ou image suivante contenue dans l'autre mémoire et choisie dans les limites du voisinage - proche de la fenêtre de référence. Quand la fenêtre qui contient la nouvelle position du point choisi est trouvée, cette fenêtre est copiée dans la mémoire de travail d'un ordinateur de mesure de distance qui recherche, par une comparaison, la fenêtre la plus similaire qui est présente dans l'image correspondante stockée à l'intérieur d'une des deux mémoires affectées à l'autre caméra de télévision et détermine ensuite la différence qui existe entre les positions de ces deux dernières fenêtres et à partir de laquelle la valeur de la This objective is achieved by means of two television cameras which have mutually parallel optical axes and which are synchronized with each other, these cameras explore, by successive frames, the same photographed scene, inside which the selected point, whose distance must be constantly measured, can move. The video signals relating to the successive frames, photographed by each of the two television cameras, are stored successively, after sampling and conversion in a digital form, in one and the other of two memories assigned to each television camera and from one of which a tracking computer copies into its working memory a small area or reference window located near the chosen point, then displayed by means of a cursor positioned using a joystick, and compares this zone or window to similar comparative zones or windows extracted from the following frame or image contained in the other memory and chosen within the limits of the neighborhood - close to the reference window. When the window which contains the new position of the selected point is found, this window is copied into the working memory of a distance measuring computer which searches, by comparison, for the most similar window which is present in the image. corresponding stored inside one of the two memories assigned to the other television camera and then determines the difference which exists between the positions of these last two windows and from which the value of the

distance recherchée est alors calculée facilement. distance sought is then easily calculated.

On va maintenant décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés, qui représentent un mode de réalisation préféré donné à titre purement illustratif et non limitatif, et sur lesquels: la figure 1 représente, par un schéma synoptique, le dispositif utilisé pour détecter d'une façon continue la distance entre ce dispositif et un point préétabli, conformément à la présente invention; la figure 2 montre la zone de référence, ou fenêtre de référence, d'une trame ou image d'une caméra de télévision utilisée par le dispositif de la figure 1; la figure 3 montre les zones comparatives, ou fenêtres comparatives, proches de la fenêtre de référence et analysées sur la trame ou image suivante donnée par la même caméra de télévision utilisée par le dispositif de la figure 1 pour déterminer la nouvelle position du point; les figures 4 et 5 montrent respectivement la zone ou fenêtre de référence de la nouvelle position trouvée du point ainsi que les zones ou fenêtres comparatives analysées sur l'image correspondante donnée par une seconde caméra de télévision utilisée par le dispositif de la figure 1 pour déterminer la distance recherchée. En se référant aux figures, on voit que deux caméras similaires 1 et 2 de télévision sont montées, au moyen d'un support 3, de façon telle que leurs axes optiques soient parallèles mutuellement et que leur balayages de lignes et leurs balayages de trames soient maintenus synchronisés, par l'intermédiaire de la connexion 4, à l'aide d'un générateur 5 de signaux de synchronisation qui fournit également les signaux d'horloge au restant du dispositif, comme on va le The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which represent a preferred embodiment given purely by way of non-limiting illustration, and in which: FIG. 1 represents, by a block diagram, the device used to continuously detect the distance between this device and a preset point, in accordance with the present invention; Figure 2 shows the reference area, or reference window, of a frame or image of a television camera used by the device of Figure 1; FIG. 3 shows the comparative zones, or comparative windows, close to the reference window and analyzed on the following frame or image given by the same television camera used by the device in FIG. 1 to determine the new position of the point; Figures 4 and 5 respectively show the reference area or window of the new position found from the point as well as the comparative areas or windows analyzed on the corresponding image given by a second television camera used by the device of Figure 1 to determine the distance sought. Referring to the figures, it can be seen that two similar television cameras 1 and 2 are mounted, by means of a support 3, in such a way that their optical axes are mutually parallel and that their line scans and their frame scans are kept synchronized, via connection 4, using a synchronization signal generator 5 which also supplies the clock signals to the rest of the device, as will be

décrire ci-après.describe below.

Les signaux vidéo électriques arrivant des deux caméras de télévision (la caméra 1 de droite et la caméra 2 de gauche) sont simultanément échantillonnés et transformés sous une forme numérique par deux convertisseurs analogiques-numériques indiqués respectivement par les chiffres de référence 6 et 7 et commandés par le générateur de synchronisation au moyen The electrical video signals arriving from the two television cameras (camera 1 on the right and camera 2 on the left) are simultaneously sampled and transformed into digital form by two analog-digital converters indicated respectively by the reference numerals 6 and 7 and controlled by the synchronization generator by means

de la connexion 8.connection 8.

Les deux signaux vidéo échantillonnés et transformés sous une forme numérique par les convertisseurs analogiques-numériques 6 et 7 sont ensuite stockés dans quatre mémoires du type RAM (mémoire à accès aléatoire) dont les mémoires 9 et 10 sont destinées à stocker les images provenant de la caméra droite 1 de télévision et les mémoires 11 et 12 sont destinées à stocker les images provenant de la The two video signals sampled and transformed into digital form by the analog-digital converters 6 and 7 are then stored in four memories of the RAM type (random access memory), the memories 9 and 10 of which are intended to store the images coming from the right camera 1 of television and memories 11 and 12 are intended to store the images coming from the

caméra gauche 2 de télévision.left television camera 2.

L'utilisation d'une double mémoire pour chaque image permet, comme cela apparaîtra plus clairement par la suite, de traiter l'image stockée dans une mémoire simultanément avec le stockage de l'image suivante dans The use of a double memory for each image makes it possible, as will appear more clearly below, to process the image stored in a memory simultaneously with the storage of the following image in

l'autre mémoire.the other memory.

Les séquences de stockage des images successives dans les quatre mémoires 9,10,11,12, sont fournies par un générateur 13 d'adresse sur la base des signaux d'horloge arrivant du générateur 5 de The sequences for storing successive images in the four memories 9, 10, 11, 12 are provided by an address generator 13 based on the clock signals arriving from the generator 5 of

synchronisation.synchronization.

Plus spécifiquement, le générateur 13 d'adresse permet l'inscription dans les mémoires 9 et 11 au moyen d'impulsions de commande transmises par l'intermédiaire de la connexion 14 et dans les mémoires 10 et 12 au moyen des impulsions de commande transmises par l'intermédiaire de la connexion 15. Quand les deux mémoires 9,11 ou 10,12 sont chargées complètement avec les signaux vidéo concernés, elles se libèrent en vue d'une lecture par l'ordinateur 16 de poursuite et par l'ordinateur 17 de calcul de distance qui sont reliés respectivement à ces mémoires au moyen des connexions 19 et 18 et qui sont rendus aptes à accéder successivement auxdites mémoires par le générateur 5 de signaux de synchronisation par l'intermédiaire des connexions 20 et 21. Le but de l'ordinateur 16 de poursuite est de fournir, pour chaque image vidéo, la position (en terme de coordonnées à l'intérieur de la trame) du point qui est choisi comme point de référence par l'opérateur et dont la distance doit être mesurée, ainsi que de poursuivre ce point, s'il s'agit d'un point mobile tant qu'il reste à l'intérieur de la trame ou image More specifically, the address generator 13 allows the recording in the memories 9 and 11 by means of control pulses transmitted via the connection 14 and in the memories 10 and 12 by means of the control pulses transmitted by via the connection 15. When the two memories 9, 11 or 10, 12 are fully charged with the video signals concerned, they become available for reading by the tracking computer 16 and by the computer 17 distance calculator which are respectively connected to these memories by means of connections 19 and 18 and which are made capable of successively accessing said memories by the generator 5 of synchronization signals via connections 20 and 21. The purpose of the 'tracking computer 16 is to provide, for each video image, the position (in terms of coordinates within the frame) of the point which is chosen as the reference point by the operator and the distance of which must be measured , as well as continuing this point, if it is a moving point as long as it remains inside the frame or image

photographiée par les caméras de télévision. photographed by television cameras.

On effectue le choix du point de référence au moyen 3d'un noniteur vidéo 22 branché en dérivation sur une des deux sorties des caméras 1 et 2 de télévision, par exemple sur la sortie 23 de la caméra 2 de gauche (voir figure 1), ce moniteur affichant le signal de sortie provenant de cette caméra 2 sur laquelle est superposé un curseur (par exemple une petite croix) qui doit être positionné sur le point préétabli de l'image obtenue. On effectue cette superposition à l'aide d'un moyen 24 d'introduction de caractères électroniques interposé dans le trajet du signal TV, entre la caméra 2 de télévision et le moniteur vidéo 22, et relié à l'ordinateur 16 de poursuite à l'aide de la connexion 25. Par contre, on effectue le positionnement mentionné ci-dessus du curseur à l'aide l'un manche à balai 26 par l'intermédiaire de l'ordinateur 16 de poursuite avec The choice of the reference point is made by means of a video monitor 22 connected in diversion to one of the two outputs of the television cameras 1 and 2, for example on the output 23 of the camera 2 on the left (see FIG. 1), this monitor displaying the output signal from this camera 2 on which is superimposed a cursor (for example a small cross) which must be positioned on the preset point of the image obtained. This superposition is carried out using a means 24 for introducing electronic characters interposed in the path of the TV signal, between the television camera 2 and the video monitor 22, and connected to the tracking computer 16. using the connection 25. On the other hand, the above-mentioned positioning of the cursor is carried out using the joystick 26 via the tracking computer 16 with

lequel il est relié à l'aide de la connexion 27. which it is connected using connection 27.

Quand l'opération de sélection du point de référence est terminée, l'ordinateur 16 de poursuite copie dans sa propre mémoire 28 de travail une petite zone ou fenêtre 29 (un carré) autour du point choisi par l'opérateur et représenté par une petite croix (voir figure 2) sur l'image vidéo fournie par la caméra gauche 2 de télévision et stockée dans la mémoire 11 et effectue ensuite l'opération de poursuite du point durant laquelle est fournie la nouvelle position du point de référence à la fois à l'ordinateur 17 de mesure de distance, par l'intermédiaire de la connexion 30, et au moyen 24 d'introduction de caractères, par l'intermédiaire de la connexion 25, pour maintenir le When the reference point selection operation is finished, the tracking computer 16 copies into its own working memory 28 a small area or window 29 (a square) around the point chosen by the operator and represented by a small cross (see FIG. 2) on the video image supplied by the left television camera 2 and stored in the memory 11 and then performs the point tracking operation during which the new position of the reference point is supplied both at the computer 17 for measuring distance, via the connection 30, and by means 24 of entering characters, via the connection 25, to maintain the

curseur superposé au point de référence. cursor superimposed on the reference point.

En fait, le point de référence pourrait se déplacer soit par suite de son propre mouvement, soit par suite d'un mouvement apparent dû aux mouvements relatifs du système de -prise de vues (caméras de In fact, the reference point could move either as a result of its own movement, or as a result of an apparent movement due to the relative movements of the camera system.

télévision) par rapport à ce point. television) with respect to this point.

La poursuite du point de référence est effectuée par l'ordinateur qui compare la fenêtre de référence précitée 29 stockée dans la mémoire 28 de travail avec les zones ou fenêtres comparatives 31,32,33,..., ayant les mêmes dimensions que la fenêtre 29 de référence contenue dans la mémoire gauche correspondante 12 et concernant une image ou trame The tracking of the reference point is carried out by the computer which compares the aforementioned reference window 29 stored in the working memory 28 with the comparative zones or windows 31, 32, 33, ..., having the same dimensions as the window 29 of reference contained in the corresponding left memory 12 and relating to an image or frame

suivante (voir figure 3).next (see Figure 3).

Cette comparaison est effectuée au moyen d'une fonction de vraisemblance exacte, par exemple la corrélation mutuelle, dont la valeur est calculée par l'ordinateur en correspondance avec les fenêtres This comparison is carried out by means of an exact likelihood function, for example mutual correlation, the value of which is calculated by the computer in correspondence with the windows.

comparatives précitées 31,32,33,... aforementioned comparatives 31,32,33, ...

L'ordinateur choisit ces fenêtres dans le voisinage immédiat de la fenêtre 29 de référence et cela de façon suffisamment large pour qu'elles comprennent toutes les positions possibles résultant du déplacement (soit vrai, soit apparent) du point de référence pendant The computer chooses these windows in the immediate vicinity of the reference window 29 and this sufficiently wide so that they include all the possible positions resulting from the displacement (either true or apparent) of the reference point during

la période de deux trames ou images successives. the period of two successive frames or images.

Afin que cette opération de recherche soit aussi brève que possible, l'ordinateur de poursuite l'effectue, selon la présente invention, par approximations successives. En d'autres termes, pendant une première passe, l'ordinateur 16 n'effectue pas la recherche sur toutes les nouvelles fenêtres possibles 31,32,33,... existant dans le voisinage de la fenêtre 29 de référence, mais ne tient compte uniquement que d'une partie de celles-ci, en excluant alternativement certaines d'entre-elles (par exemple toutes les quatrièmes nouvelles fenêtres). Ensuite, la précision est augmentée par l'utilisation d'un nombre de plus en plus grand de fenêtres dans le voisinage du nouveau So that this search operation is as brief as possible, the tracking computer performs it, according to the present invention, by successive approximations. In other words, during a first pass, the computer 16 does not perform the search on all the new possible windows 31, 32, 33, ... existing in the vicinity of the reference window 29, but does not hold only counts a part of them, alternately excluding some of them (for example all the fourth new windows). Then, the precision is increased by the use of an increasing number of windows in the vicinity of the new

point déterminé par le traitement précédent. point determined by the previous processing.

Ce procédé permet de trouver très rapidement la nouvelle position vraie atteinte par le point de référence mobile pendant la période couvrant deux trames This process makes it possible to very quickly find the new true position reached by the mobile reference point during the period covering two frames

ou images successives.or successive images.

A la fin de l'opération mentionnée ci-dessus, la formation concernant la nouvelle position du point de référence est transmise à l'ordinateur 17 de mesure de distance au moyen de la connexion 30 et, en outre, l'ordinateur 16 de poursuite envoie, par l'intermédiaire de la connexion 25, une instruction au moyen 24 d'introduction de caractères pour que ce dernier efface le curseur de la position ancienne du point et le visualise de nouveau dans la nouvelle position, après quoi le cycle décrit ci-dessus se répète en étant appliqué aux images ou trames successives prises par les caméras de télévision et stockées alternativement dans At the end of the above-mentioned operation, the training concerning the new position of the reference point is transmitted to the distance measuring computer 17 by means of the connection 30 and, moreover, the tracking computer 16 sends, via connection 25, an instruction by means 24 of entering characters so that the latter erases the cursor from the old position of the point and visualizes it again in the new position, after which the cycle described herein above is repeated by being applied to the successive images or frames taken by the television cameras and stored alternately in

lesdites mémoires.said memories.

Une fois que l'ordinateur 16 de poursuite a terminé la recherche de la nouvelle position du point de référence concernant l'image stockée dans la mémoire gauche 12, l'ordinateur 17 de mesure de distance commence à calculer la distance séparant les caméras 1 et 2 de télévision dudit point de référence, en utilisant la technique stéréoscopique qui permet d'obtenir automatiquement (c'est-à-dire sans intervention de l'opérateur) la mesure de cette distance Once the tracking computer 16 has finished searching for the new position of the reference point relating to the image stored in the left memory 12, the distance measuring computer 17 begins to calculate the distance separating the cameras 1 and 2 of television of said reference point, using the stereoscopic technique which makes it possible to obtain automatically (that is to say without operator intervention) the measurement of this distance

avec une précision considérable.with considerable precision.

Les techniciens en la matière savent que, dans la technique stéréoscopique mentionnée ci-dessus, la distance recherchée est définie par les valeurs de la différence de position du point de référence sur les images- ou trames prises simultanément par la caméra droite 1 de télévision et la caméra gauche 2 de Technicians in the field know that, in the stereoscopic technique mentioned above, the distance sought is defined by the values of the difference in position of the reference point on the images or frames taken simultaneously by the right television camera 1 and the left camera 2 of

télévision.television.

Pour obtenir le résultat final mentionné ci-dessus en un temps de calcul minimal, cela conformément à une caractéristique de la présente invention, l'ordinateur 17 de mesure de distance mesure cette différence en procédant par deux étapes distinctes successives. Au cours de la première étape, il fournit une information grossière de la distance précitée en copiant à partir de la mémoire gauche 12, dans sa propre mémoire 34 de travail, une petite zone ou fenêtre de référence (voir figure 4) se trouvant autour du nouveau point de référence trouvé (toujours représenté par le curseur en forme de croix), en recherchant, par comparaisons, la fenêtre la plus similaire 36,37,... (voir figure 5), de même dimension que celle de la fenêtre de référence 35 contenue dans la mémoire droite correspondante 10 et en calculant la différence de position entre ces deux In order to obtain the above-mentioned final result in a minimum calculation time, this in accordance with a characteristic of the present invention, the distance measuring computer 17 measures this difference by proceeding in two successive separate steps. During the first step, it provides rough information of the aforementioned distance by copying from the left memory 12, into its own working memory 34, a small reference zone or window (see FIG. 4) located around the new reference point found (always represented by the cross-shaped cursor), by searching, by comparison, for the most similar window 36, 37, ... (see FIG. 5), of the same dimension as that of the reference 35 contained in the corresponding right memory 10 and by calculating the difference in position between these two

fenêtres 35 et (36 ou 37, ou...).windows 35 and (36 or 37, or ...).

Dans le cas o les caméras 1 et 2 de télévision sont disposées au même niveau, l'ordinateur 17 réduit la zone de cette recherche, à l'intérieur de la mémoire droite 10, aux seules fenêtres possibles, c'est-à-dire aux fenêtres qui se trouvent sur la gauche par rapport à la fenêtre 35 de référence et qui sont alignées les unes avec les autres le long d'une ligne horizontale (voir figure 5) et effectue la comparaison à l'aide de la même technique que celle utilisée par l'ordinateur 16 de poursuite, en cherchant le maximum de In the case where the television cameras 1 and 2 are arranged at the same level, the computer 17 reduces the area of this search, inside the right memory 10, to the only possible windows, that is to say to the windows which are on the left with respect to the reference window and which are aligned with each other along a horizontal line (see Figure 5) and perform the comparison using the same technique as that used by the tracking computer 16, seeking the maximum of

la fonction de vraisemblance.the likelihood function.

Toutefois, il est clair qu'au lieu d'un positionnement des caméras 1 et 2 de télévision côte à c8te le long d'une ligne horizontale, tout autre agencement est possible, par exemple, les caméras de télévision peuvent être disposées côte à cote le long d'une ligne verticale et, dans ce cas, la recherche de la différence de position par l'ordinateur 17 de mesure de distance est effectuée le long d'une ligne verticale However, it is clear that instead of positioning the television cameras 1 and 2 side by side along a horizontal line, any other arrangement is possible, for example, the television cameras can be arranged side by side along a vertical line and, in this case, the distance measurement computer 17 detects the difference in position is carried out along a vertical line

uniquenent.only.

Toutefois, la différence de position ainsi obtenue présente une précision de mesure qui, évidemment, dépend de la résolution de l'échantillonnage des signaux, exécuté par les éléments 6 et 7, et qui se trouve, par conséquent, limitée. Pour augmenter considérablement cette précision, l'ordinateur 17 de mesure de distance continue de fonctionneren exécutant la seconde étape qui consiste à déterminer, pour chaque point situé à l'intérieur de la fenêtre concernée (35), un affinement de la valeur de différence de position ainsi calculée afin d'obtenir une valeur plus précise de However, the difference in position thus obtained has a measurement accuracy which, obviously, depends on the resolution of the sampling of the signals, executed by the elements 6 and 7, and which is therefore limited. To considerably increase this accuracy, the distance measuring computer 17 continues to operate by executing the second step which consists in determining, for each point situated inside the window concerned (35), a refinement of the difference value of position thus calculated in order to obtain a more precise value of

la distance recherchée.the distance sought.

Cet affinement est effectué par l'ordinateur 17 de mesure de distance pour chaque point individuel xi de la fenêtre précitée à l'aide du calcul itératif suivant dérivé du développement en série de Taylor limité aux termes linéaires: ai = ai- + f2(xl) - fi(xi + ai-1) ai = ai_1 + f1X i1 f'i(xi + ai-1) o: i est un indice allant de 1 jusqu'au nombre total de points contenus dans la fenêtre mentionnée ci-dessus; ai est la valeur approchée déjà déterminée de la différence de position; f2 (xi) et fl(xi + ai-1) sont les valeurs respectives de la luminance au point xi de la fenêtre gauche 35 et du point (xi + ai-1) de.la fenêtre droite 36 ou 37 ou (voir figure 5); et la dérivée f'l(xi + ai_1) est calculée au moyen de This refinement is carried out by the computer 17 for measuring distance for each individual point xi of the aforementioned window using the following iterative calculation derived from the Taylor series development limited to linear terms: ai = ai- + f2 (xl ) - fi (xi + ai-1) ai = ai_1 + f1X i1 f'i (xi + ai-1) o: i is an index ranging from 1 to the total number of points contained in the window mentioned above ; ai is the approximate value already determined of the position difference; f2 (xi) and fl (xi + ai-1) are the respective values of the luminance at point xi of the left window 35 and point (xi + ai-1) of the right window 36 or 37 or (see figure 5); and the derivative f'l (xi + ai_1) is calculated by means of

l'approximation des différences finies. the approximation of finite differences.

Une fois que les valeurs des différences précitées de position ont été calculées, le même ordinateur 17 de mesure de distance les convertit en valeurs de distance dont la moyenne arithmétique est alors envoyée, au moyen de la connexion 38, au dispositif 24 d'introduction de caractères pour qu'il Once the values of the aforementioned position differences have been calculated, the same distance measuring computer 17 converts them into distance values, the arithmetic mean of which is then sent, by means of the connection 38, to the device 24 for entering the characters for it

soit affiché à l'aide du moniteur 22. is displayed using monitor 22.

Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit; ainsi, au lieu de deux ordinateurs utilisés dans le schéma synoptique représenté sur la figure 1, il est possible de n'utiliser qu'un seul ordinateur qui effectue séquentiellement les tâches que remplissent les deux ordinateurs. De même qu'en utilisant un système approprié de miroirs et/ou de prismes, on peut n'utiliser qu'une seule caméra de télévision à laquelle parviennent les deux images dont chacune occupe la moitié de l'écran. En outre, à la place d'une corrélation mutuelle comparable à l'opération de comparaison afin de déterminer les fenêtres correspondantes, on peut avoir recours à d'autres fonctions de vraisemblance, telles que, par exemple, la somme des valeurs absolues des écarts entre les valeurs It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment described; thus, instead of two computers used in the block diagram represented in FIG. 1, it is possible to use only one computer which sequentially performs the tasks which the two computers fulfill. Similarly, by using an appropriate system of mirrors and / or prisms, it is possible to use only one television camera, to which the two images arrive, each of which occupies half of the screen. In addition, instead of a mutual correlation comparable to the comparison operation in order to determine the corresponding windows, other likelihood functions can be used, such as, for example, the sum of the absolute values of the deviations between values

correspondantes des deux fenêtres comparées. of the two compared windows.

Claims

1. Device for continuously detecting the distance between this device and a predetermined point, this also in the presence of a relative movement between said point and this device, characterized in that it consists of two cameras (1,2) television whose optical axes are parallel to each other and which are synchronized with each other by a generator (5) of synchronization signals, the output of each of the television cameras being connected, respectively, via an analog-digital converter (6,7), with two memories (9,10; 11,12) in which, on the instruction of an address generator (13) controlled by the generator (5 ) of synchronization signals, two successive images or video frames taken by the television cameras are stored alternately, the outputs of these memories being connected respectively (a) to a tracking computer (16) capable of comparing a small area or window ( 29) of reference, arranged around the predetermined point which was displayed on one of the two television cameras by means of a cursor introduced by this same computer using a device (24) for entering characters and positioned using a joystick then stored in one of the two memories above, with similar comparative windows (31,32,33 ...) detected in the following image or frame contained in the other of the two aforementioned memories in order to find the new position of the point in this last following image and (b) to a distance measuring computer (17) to which the output of the tracking computer is also sent, said distance measuring computer being capable of comparing a new small reference zone or window positioned around said new position found from the point with analog comparative windows detected in the image or frame stored in the corresponding memory of the other of the two memories associated with the other television camera in order to to find the corresponding position of said point in this last image, as well as to measure the difference in position which exists between these two points and from which the sought value of the distance is calculated, said computers being furthermore synchronized one with the other using the synchronization signal generator (5), and the distance measuring computer (17) being connected to the character input device (24) to move said cursor to the new position from the predetermined point, and means finally being provided to improve the accuracy of the measurement of the aforementioned difference in position.

2. Device for continuously detecting the distance between this device and a predetermined point according to claim 1, characterized in that the means used to improve the accuracy of the measurement of the above-mentioned difference in position from the point concerned consists in determining, at computer (17) for measuring distance, more precise values of the position difference for the various points xi of the window concerned using the formula: f2 (xi) fl (xi + ai-1 ) ai = ai-1 + f f'l (xi + ai-1) or: i is an index ranging from 1 to the total number of points contained in the aforementioned window; ai is the approximate value already determined of the position difference; f2 (xi) and fl (xi + ai-1) are the respective luminance values of the point xi of the reference window and the point (xi + ai_1) of the comparative window; and the derivative f'li is calculated using the finite difference approximation, transforming said position difference values into distance values and calculating the arithmetic mean of these latter values.

3. Device for continuously detecting the distance between this device and a predetermined point according to claim 1, characterized in that the computers compare the reference window (35) with the comparable comparative windows (36,37, ...) in

alternately excluding some of them.

4. Device for continuously detecting the distance between this device and a predetermined point according to claim 1, characterized in that the two television cameras (1,2), whose optical axes are parallel to each other other, are mounted side by side along a horizontal line or along a vertical line.

5. Device according to any one of

above claims, characterized in that it

also allows to detect the distance between this material

and a predetermined point which also moves.