(57)【要約】  本発明は実質的に直線状のコントラストエッジ（Ｅ）の高精度光学的検知方法と装置に関する。装置において、第１の方向を横切る別の方向において、平行移動（Ｓ）により、“光学センサ（Ｄ１，Ｄ２）の全視野角（Δφ）の周期的スキャン（Ω）が実行される。前記平行移動は、スキャン期間の一部分において、一様ではない角速度（Ω）の周期的スキャン”を引き起こす。そして、前記センサ（Ｄ１，Ｄ２）により与えられる信号から与えられる時間差（Δｔ）を測定する。前記時間差は前記スキャン規則（Ω）から全視野角（Δφ）内のレファレンス方向（ＯＹ12）に関連する、コントラストエッジ（Ｅ）の角度位置に依存するものである。前記レファレンス方向は時間差（ｔ）の特定値に結びついている。上記発明は、視線の空間的安定化、コントラストエッジを呈する目標物の高精度のトラッキングと固定化に対する応用される。【選択図】図１
2007533992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向において実質的に直線である光遷移領域を持ち、異なる輝度の２つの領域に分離するコントラストエッジの検出方法であって、少なくとも次のステップから構成される検出方法。
―前記所定の方向を横切る別の方向において、この別の方向における第１と第２の光学  センサにより構成されるアセンブリの相対的な平行移動により第１と第２の光学センサ  の全視野角の周期的な位置スキャンを実行するステップ。但し、全視野角は周期的なス  キャンの規則は少なくとも周期的なスキャンの期間の一部分において一様ではないスキ  ャンに対応し、前記第１と第２の光学センサの平均観察方向により限定されるものであ  る；
―第１と第２の光学センサにより与えられる信号に基づいて、スキャン規則に基づいて  、前記全視野角に含まれるレファレンス方向に対し、前記光遷移領域の角度位置に依存  する時間差を測定するステップ。但し、前記レファレンス方向は前記時間差の特定値に  リンクしている。
【請求項２】
前記第１と第２の光学センサから構成されるアセンブリについて、及び、前記アセンブリと前記光コントラスト領域との間におかれる光学中心を持つレンズについて、前記第１と第２の光学センサは前記レンズの画像焦点面に実質的に配置され、前記第１と第２の光学センサの平均観察方向は実質的に第１と第２の光学センサの中心と前記レンズの光学中心とを結ぶ線に対応し、周期的位置スキャンは前記第１と第２の光学センサと前記レンズから構成されるアセンブリを前記別の方向に平行移動的変位に従わせることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所定の方向と、前記所定方向を横切る前記別の方向は直交することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
所定方向において実質的に直線である光遷移領域を持つコントラストエッジの検出装置であって、
前記検出装置は、第１と第２の光学センサの平均観察方向により制限される全視野角を有する、少なくとも第１と第２の光学センサ、及び光学中心を有するレンズとを有し、前記第１と第２の光学センサは実質的に前記レンズの画像焦点面に設けられ、前記第１と第２の光学センサの平均観察方向は、前記第１と第２の光学センサの中心と前記レンズの光学的中心を結ぶラインに実質的に対応するものであって、
前記検出装置は更に次の手段を有することを特徴とする検出装置。
―第１と第２の光学センサにより構成されるアセンブリの、及び、周期的スキャン期間の少なくとも１部分に対して一様ではない周期的スキャンの規則に従う全視野角の周期的位置スキャンを持つ、前記所定の方向を横切る別の方向における光遷移領域の、相対的な平行移動のための手段、但し、前記第１と第２の光学センサは検出信号を与えるものである、
―前記検出信号に基づいて、スキャン規則に基づいて、前記スキャン規則に基づいて前記全視野角において含まれるレファレンス方向に関連する前記光遷移領域の角度位置にリンクする複数の信号の間の時間差を測定する手段。但し、前記レファレンス方向は前記時間差の特定値にリンクしている。
【請求項５】
前記第１と第２の光学センサは各々フォトエレクトリックセンサにより構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記レンズが固定の場合、前記‘相対的な平行移動のための手段’は次のものを有する請求項４又は請求項５に記載の装置。
―変形可能な支持要素であって、一方で前記第１と第２の光学センサにより構成されるアセンブリと、他方で、固定レファレンス機械的支持部材と一体である支持要素；
―前記固定機械的レファレンス支持部材に対し、前記スキャン規則に従う第１と第２の光学センサにより構成されるアセンブリの前記別の方向に周期的な平行移動的変位を生成するために、前記変形可能な支持部材に周期的変位を制御するための応力を加える手段；
―前記変形可能な支持部材の変形に基づいて前記第１と第２の光学センサ又はレンズの線形的位置を測定するための手段。
【請求項７】
前記‘相対的な平行移動のための手段’は、前記第１と第２の光学センサにより構成される前記アセンブリが固定のとき、
―変形可能な支持要素であって、一方で前記第１と第２の光学センサにより構成されるアセンブリと、他方で、固定レファレンス機械的支持部と一体である支持要素；
―前記固定機械的レファレンス支持部材に対し、前記スキャン規則に従う前記レンズの別の方向に周期的な平行移動的変位を生成するために、前記支持部材に周期的変位を制御するための応力を加える手段、を有する請求項４または５に記載の装置。
【請求項８】
前記‘変位制御のための応力を加える手段が、少なくとも、
―スキャン電圧を与えるスキャン生成装置；
―一様ではないスキャン規則に従って、前記スキャン電圧を受取り、中間スキャン制御信号を出力する整形回路；
―直流を供給され、前記中間スキャン制御信号により制御され、変位の周期的制御のための電圧を出力する増幅回路；
―周期的制御電圧に感応する電気機械的アクチュエータ
を有する請求項６又は請求項７に記載の装置。
【請求項９】
光遷移領域の角度位置を測定する前記手段は、少なくとも、
―前記第１と第２の光学センサにより与えられる信号を受取り、増幅された信号を出力する分離増幅器；
―前記レファレンス方向に対して、前記時間遅れと一様ではないスキャン規則とに基づいて、前記光コントラスト領域の角度位置に実質的にリニアに依存する信号の出力を可能にする前記増幅された信号を受取る基本的動き検出モジュール、
を有する請求項４ないし８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記所定の方向と、前記所定の方向を横切る別の方向とは直交する、請求項４ないし９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記レンズの、又は、実質的にリニアな光遷移領域の前記所定方向を横切る別の方向に光学センサのアセンブリの周期的な平行移動的変位の方向を方向付けるために、更に、変形可能な支持要素、前記レンズ又は前記第１と第２の光学センサのアセンブリ、固定機械的レファレンス支持部材により構成されるアセンブリの方向付け手段を有する、請求項４ないし９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１と第２の光学センサが矩形のフォトダイオード マトリックスにより構成され、第１と第２の検出装置の、及びその相対的周期的変位の方向のための手段が次のものにより構成される請求項４ないし１１のいずれか一項に記載の装置。
―実質的に矩形のフレーム；
―フォトダイオードマトリックスを前記フレームに弾性的に結合する手段；
―前記フレームに垂直な第１と第２の方向に、前記フォトダイオードマトリックス又は、前記レンズの周期的な変位を交互に生成するための電気機械的手段。
【請求項１３】
請求項４ないし１１の何れか一項に記載された複数の基本的装置であって、各基本的装置は共通中心点を有する球面に実質的に整列された固定レンズを有し、前記共通中心点は、前記装置の場合、基本的装置全体の各々の全視野角に拡大された全視野角の光学的中心点である、請求項４ないし１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも光遷移領域を持つコントラストエッジを有する、目標物の視覚固定化と高精度トラッキングのためのシステムであって、前記光遷移領域は、前記コントラストエッジを形成する所定の方向において実質的にリニアであって、
前記システムは少なくとも、
―請求項４ないし１３のいずれか一項に記載の検出装置（DD）；
―前記検出装置が方向付けされることができる機械的支持部材(ET)；
―前記機械的支持部材（ET）の回転速度を測定する手段Ｈ（ｐ）；
―前記検出装置のレファレンス方向の方向付けのオープンーループ制御手段；前記制御手段は、前記機械的支持部材（ET）の回転速度の測定に基づいて直接制御信号（Uvor）を出力する、
―少なくとも、目標物に属するコントラストエッジの検出された方向にレファレンス方向を制御するための視覚サーボ制御ループを形成する手段；
―前記直接制御信号（Uvor）及び視覚サーボ制御信号をリニア結合で組合せる手段、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１５】
前記機械的支持部材の回転速度に基づいて前記検出装置のレファレンス方向の方向付けの直接制御のための手段が、反対位相で、前記機械的支持部材の角度位置に対し実質的に１(unitary)であるゲインで、検出装置（DD）のレファレンス方向を制御することができる相関器（Cvor(p)）を有することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記‘視覚サーボ制御ループを形成する手段’が少なくとも、
―前記検出装置（DD）、
―前記検出装置により与えられる出力信号のための極性反転スイッチ（Inv）；
―非線形伝達関数（ZSL）；
―ループ補正器（Cv(p)）
を有する請求項１４又は１５に記載されたシステム。
【請求項１７】
請求項１４ないし１６の何れか一項に記載された目標物の視覚固定化と高精度トラッキングのためのシステムであって、
前記組合せる手段が、前記直接制御手段により与えられる出力信号と前記サーボ制御信号とを受け取る減算器（St）により構成されることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は実質的に直線状のコントラストエッジの高精度光学的検知方法、装置及び前記コントラストエッジの少なくとも１つを含む目標物を取得し、トラッキングするためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像の技術分野において、高解像度イメージセンサを得るための方法は高密度のピクセルを持つセンサを適正な光学システムに関連付ける技術に関わる。高度の高密度化の外に、この解決方法は極めて高価である。
【０００３】
別の解決法は、イメージセンサをミクロステップで移動させ、各ミクロ移動の間に得られた部分的画像を基にして最終画像を再構成する方法である。ミクロステップとは、後者のピクセル間のスペースを複数に分割（sub-multiple）した長さである。このタイプの解決法では大容量メモリ並びにイメージ再構成アルゴリズム（これは特に強力で、時間と計算機資源の点で効果がある）を使用する。
【０００４】
船舶又は航空機の自動ステアリングと安定化のための、水平の検知に関する技術分野においては、慣性システムを使用する方法に加え、光学的検知方法が提案されてきた。前記光学検知方法は基本的に、天空と大地との間の赤外線及び/又は可視線放射強度の違いに基づくものである。
【０００５】
又、別の実験システムが提案されてきた。このタイプのシステムは、適正な精度で水平線を求めるために、ＣＣＤセンサとイメージ処理アルゴリズムを使う。しかしながら、このタイプのシステムは高輝度と大きな処理パワーを必要とする。
【０００６】
スチールケーブル及び、比較的遠距離の小型目的物のような妨害物を検出するために、電磁波又はレーダによる検知が行われている。
【０００７】
ミリ波レーダシステムでは直径６ミリのスチールケーブルを２５ｍ離れて検知することができる。又、超広帯域レーダシステムでは前記同一直径のスチールケーブルを８０ｍ離れて検知することができる。
【０００８】
しかしながら、スキャニングレーザを使う方法では、同一分野において、同様な直径のケーブルを６ｍまでの距離で検知することができる。対応するスキャニングレーザタイプの検出器は、図体が大きく、重い（６−８ｋｇ）。
【０００９】
最近、マイクロスキャンによる電子アイ（electronic eye）を使った検出手順については、CNES/Universite de la Mediterranee31（住所  Chemin Jeseph Aiguier 13402 Marseille Cedex 20）のEquipe Microrobotique UMR Mouvement  et Perception のStephane ViolletとNicolas Franceschiniにより、フランスのRenneのIrisa and ENS Cachan , Antenne de Bretagne で、２００２年１１月６，７日に開催された、マイクロロボットポールの第５回ワークショップとマイクロロボットRTPの第１回ワークショップにおいて説明されている。マイクロスキャンは実質的に直線のコントラストエッジに関係して回転するものである。
【００１０】
これらワークショップで公表された記事Ａ１には“neuromimetic”可視センサとして公知の特殊な可視センサの設計と製造及び、同センサの動作原理が生物界から直接着想を得たことについて記載されている。同センサ（OSCAR（Optical Scanner for the Control of Autonomous Robots）として知られている）は、離れて設けられた２つのフォトダイオードを使って、実質的に直線のエッジを表すコントラストの角度位置を決定できる。その際、回転のマイクロスキャン周期を用いるが、これは飛ぶ蝿の網膜の観察から着想を得たものである。
【００１１】
視覚環境の相対運動の測定、即ち、実質的に直線のエッジの測定は、基本的動き検出器回路（an elementary movement detector:EMD）を使って行われる。同回路の使用と原理は蝿の動きの検知ニューロンの観察から着想を得たものである。
【００１２】
可変速度の回転スキャンに関して、２つのフォトダイオードからＥＭＤ回路により与えられる信号の振幅は、２つのフォトダイオードで構成されるセンサの視界の全視野の平均方向に対するコントラストエッジの角度位置に依存している。
【００１３】
このＯＳＣＡＲセンサについての詳細については、これら２つのワークショップに関連して公表された記事Ａ１に説明されている。
【００１４】
この記事を参照すると、このＯＳＣＡＲセンサは次のものを生成することがｄきると記載されている。特に、
―視軸（visual axes）を隔てる角度Δφより,より高い精度；前記視軸はセンサの全    視野角を決める２つのフォトダイオードの最大感度軸である；このセンサは角度Δφ    の2.5％と同等である回転に反応する。
―前記角度Δφより精度の高い可視最小値（a visible minimum）；このセンサは、2    00ｃｍの距離で、１ｃｍの広さの黒いバーを容易に検出する；このバーは角度0.28°    を結ぶものであり、全視野角Δφに対しこの角度は7.8％を占める。
【００１５】
このタイプのセンサは、十分な精度の可視能力を備えており、visuo-motorサーボ制御ループにおいて完全な視覚を可能にする；センサの静的ゲインは、対象の特性に従って、そのコントラストとその距離を最小限度に変化させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は高精度のタイプの実質的に直線のコントラストエッジの検出のための方法と装置の実施を関する。これは同様な原理にもとづくものであるが、その方法によると、検出装置の高密度化、質量(mass)、慣性、消費電力の問題が、従来技術のOSCARセンサと比べて実質的に減少し、本発明によるスキャン操作の反復性の意味で高精度型検出装置の信頼性を向上させ、大きく改善させる。
【００１７】
本発明の別の目的は、実質的に直線の光変化領域を有し、本発明に従って、高精度型検出装置が向く方向のモニタと安定化を可能にする、少なくともコントラストエッジを有する目標物の固定とトラッキングのため（for the fixing and fine tracking of a target）のシステムの実装に関するものである。このシステムの性能は、VOR(Vestibulo Ocular reflex)方法のパフォーマンスと、少なくとも質的に、対比される。VOR方法は、本発明の対象である、高精度タイプの検出方法と前記VOR方法により示唆された急速制御との組合せに基づいて、目、人の視線を安定化するとして知られている。
【００１８】
最後に、本発明は、本発明に基づいてコントラストエッジを検出する方法と装置の応用に関係する。又、目標物の固定化と高精度トラッキングのシステム応用に関係する。
―航空機、宇宙船、海洋船又は航空機器を安定化させるための水平線検知と位置決め；
―航空機又は他の車両（vehicle）による、ケーブル、ポスト、レール及び他の薄膜又はfiliform障害物の検出；
―制限領域における、制御される(steered)又はリモコン制御されるヘリコプタ飛行装置の安定化及び/又は航行への補助；
―アンテナ、又は高精度、高安定のvisuo-motor loopを使って制御又はリモコン制御される他の機器に搭載して使用することによる、高圧電線、電話線等のメンテナンスに対する補助；
―光学的検出による、自由航行する又は、地上に設けられた固定目標物に束縛される航空機の安定化；
―固定光学マーカーに関係するプラットフォームの安定化（機器、機械支持部材(machine supports)、海洋プラットフォーム等）；
―画像センサの安定化（カメラ、写真撮影機器）；
―微細欠陥等を検出するための、光学マスクのような、１次元又は２次元コントラストを有する目標物の高精度差分ミクロ ポジショニング；
―超遠距離コントラスト構成のための受動型テオドライト（passive theodolite）；
―超低振幅の動きの長距離検出。特に保護区域に入ろうとする侵入者について；
―カメラ又は写真撮影機器による行為者（航空機、鳥等）の光学的トラッキング；
―移動方向に近い障害物の検出による航行補助、特に地上、空中、宇宙及び/又は海中ロボティクスにおいて。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明による、所定方向における実質的にリニアである光遷移領域を持つコントラストエッジを検出する方法と装置は重要である。それらは、所定方向を横切る別の方向において、第１と第２の光学センサの全視野角の周期的位置スキャンを実施できるからである。
このスキャンは、第１と第２の光学センサにより構成されるアセンブリの相対的平行移動(relative translation)と、
少なくとも周期的なスキャンの周期の一部分に対し、一様ではないスキャンに対応する周期的スキャンの法則、第１と第２の光学センサの平均的観察方向により制限される全視野角と、
第１と第２の光学センサにより与えられる信号を基礎として、スキャン規則(scanning law)に基づいてレファレンス方向を形成する全視野角の平均方向に関係する、光遷移領域の角度位置にリンクされる信号間の時間差の測定（前記レファレンス方向はこの時間差の特定地にリンクされている）と、により実施できる。
【００２０】
本発明による、コントラストエッジ検出のための方法と装置は、少なくとも１つのコントラストエッジを持つ目標物の固定化と高精度のトラッキングのためのシステムの産業的実施に使用される。発明において、この方法と装置の高精度、高速度、装置の超小型化、超軽量化（その超低イナーシャは、特に注目すべき方法で、このような実施化を可能にする）のおかげで、人の視線のVORプロセスに類似する視線を補償する方法を用いることができる。
【００２１】
コントラストエッジ検出のための方法と装置、及び本発明による、少なくとも１つのコントラストエッジを持つ目標物の固定化と高精度トラッキングのためのシステム、についての詳細については、以下、図面と共に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１及び他の図面に基づいて、コントラストエッジを検出ための方法について説明する。本発明に従うと、前記コントラストエッジは、所与の方向において実質的に直線である光コントラスト領域を有している。
【００２３】
図１を参照すると、光コントラスト領域、光変化領域及び、特にコントラストエッジは、図１を含む紙面に実質的に直交する方向に直線である。前記所与の方向は例えば、１，２，３と連続した位置で表示される板ＰのエッジＥの方向である。
【００２４】
本発明による方法は、少なくとも板ＰのエッジＥに対応する所与の方向を横切る別の方向において、Ｄ１とＤ２と符号をつけた第１第２センサの全視野角Δφの角度位置（angular position）の周期的なスキャンを実行することを含む。
【００２５】
図１を参照すると、全視野角の周期的位置スキャンは図１の面における位置の角度スキャンに関係する。前記全視野角は、第１の光学センサＤ１の視軸Ｏ1Ｙ1と第２の光学センサＤ２の視軸Ｏ2Ｙ2の２つの方向により与えられている。
【００２６】
限定されない実施例において、全視野角は、凸レンズＬにより形成されることができる。光学センサＤ１、Ｄ２は、前記レンズＬの像焦点面（image focal plane）に実質的に配置される。
【００２７】
本発明による方法の注目すべき側面によると、全視野角Δφの周期的位置スキャンは前記別の方向における、第１、第２の光学センサＤ１，Ｄ２により形成されるアセンブリ及びレンズＬに対する平行移動（translation）により行われる。図１における、前記別の方向とはこの図を含む平面に含まれる。平行移動によるスキャンにはＳの記号をつけ、矢印で表示する。
【００２８】
周期的スキャンの法則は、周期的スキャンの少なくとも各期間の一部分の間の一様ではない（non-uniform）スキャンに対応する。全視野角（Δφ＝（Ｏ1Ｙ1、Ｏ2Ｙ2））は第１と第２の光学センサＤ１，Ｄ２の平均観察方向により限定される。
【００２９】
本発明の方法は、第１と第２の光学センサＤ１，Ｄ２によって与えられる複数信号の時間差を検出することを含む。時間差Δｔは、レファレンス方向に対する光変化領域の角度位置に関係している。即ち、板ＰのエッジＥである。レファレンス方向は方向ＭＯＹ１２であることが有利であり、第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２の指向方向の間の２等分線の平均時間方向に対応する。
【００３０】
このようにして、例えば、平行移動Ｓのスキャンに従って、第１と第２の光学センサにより形成されたアセンブリに適用される振幅εのリニア変位は、全視野角Δφの回転を伴い、観察方向ＯＹ１、ＯＹ２の方向を角度Δξだけ回転させる。
【００３１】
スキャンの規則(scanning law)Ωに基づいて、レファレンス方向ＭＯＹ１２に対する光コントラスト領域の角度位置の画像及び、時間差Δｔの測定のプロセスを、図２ａないし２ｈを参照して説明する。
【００３２】
図２ａは、全視野角Δφの角度位置の周期的スキャンのプロセスを示す。特に、全視野角は方向ＯＹ１、ＯＹ２により制限される。これら方向は、光学センサＤ１，Ｄ２の最大感度に関係する。ＯＸ，ＯＹ面、図１の面における後者の感度曲線は、従来の鐘型曲線に対応する。
【００３３】
図２ａにおいて、板Ｐは図１の位置１，２，３を占める。これら位置は後記するプロセスを説明するために任意に選択される。
【００３４】
角速度Ωのスキャンは、コントラストエッジＥの全視野角Δφの角度により可変でありえる。図２ａにおいて、コントラストエッジＥは軸ＯＸに平行な実質的に直線の光コントラスト領域を有している。このコントラストエッジは、前記図の位置１，２，３に位置している。角速度Ωのスキャンは、“板Ｐのコントラストエッジが位置１，２，３に位置するか否かに依存して、全視野角のスキャンの角速度Ω（ｔ）は異なる”ことを意味している。なお、全視野角のスキャン速度Ω（ｔ）は光学センサＤ１とＤ２の対により測定され、１/Δｔで表示される。
【００３５】
図２ｂには、時間的に一様でないスキャンに対応する周期的スキャンの規則を示す。時間の関数であるスキャンの規則Ωは図２ｂに示されている。又、角度ψも、時間と方向ＯＹ１（全視野角を制限する）の関数である。図２ｂのｘ軸の単位は秒である。スキャンの規則のためのｙ軸の単位はｓ-1又は角ψにおける角度である。
【００３６】
図２ｃ、２ｄ、２ｅは、図１、２ａ、２ｂにおいて示される位置１，２，３に対するスキャン操作の期間にコントラストエッジＥの位置に依存して、光学センサＤ１、Ｄ２により与えられる出力信号を示す。
【００３７】
前記出力信号はオーダ１のハイパスフィルタでフィルタすると有利である。これにより前記信号の閾値化が可能になり、図２ｆ、２ｇ、２ｈに示すように、時間差Δｔを測定できる。図２ｆ、２ｇ、２ｈは、それぞれ図２ｃ、２ｄ、２ｅに対応し、位置１、２、３に対応するものである。
【００３８】
センサＤ１，Ｄ２により与えられるフィルタを通った信号の時間差Δｔは、コントラストエッジＥの位置１，２，３により変化する：前記プロセスにより、時間差により角度位置をコード化することが可能になるという重要な結果が得られる。
【００３９】
図２ｃないし２ｈのｘ軸の単位は時間、つまり秒である。ｙ軸の単位は光学検出器Ｄ１、Ｄ２により、又は図２ｆないし２ｈに対するフィルタプロセスにより与えられる信号の、０から１の相対的振幅である。
【００４０】
本発明の方法について、第１光学センサＤ１と第２光学センサＤ２により構成されるアセンブリの平行移動Ｓによるスキャンを、レンズＬに対して行うことは可能である。又、位置の周期的なスキャンのこのステップはレンズを平行移動させることに有利に対応している。但し、この場合、振幅は同一であるが、方向は固定される光学的第１センサと第２センサに対して反対である。
【００４１】
このような条件下で、図２ｃないし２ｅにおける、第１光学センサと第２光学センサＤ１、Ｄ２により与えられる信号の間の遅れΔｔの規則は、図２ａ、２ｂで説明したスキャン法則Ωにおいて、図１に示されるレファレンス方向ＭＯＹ１２の周辺で実行される周期的なスキャンに関連することが分かる。
【００４２】
限定しないやり方で、図１と図２ａの面に直交するコントラストエッジＥの方向と、図１と２ａの方向ＯＸに対応する、全視野角の角位置のスキャンの横方向とは直交することが好ましい。
【００４３】
図２ａないしｈとの関係で示される遅れΔｔの測定プロセスの実装に関して、この測定方法は限定されないやり方で従来技術の検出装置によって実行することができる。この点については、CNRS Laboratoire de Neurobiologie, LNB 3,31（住所：chemin Joseph Aiguier 13402 MARSEILLE CEDEX France）の Stephane VIOLLET et Nicolas FRANCESCHINIにより公表され、SPIE Conference on Sensor Fusion and Decentralised Control in Robotic Systems II, Boston, Massachussetts, September 1999 : SPIE Vol. 3839.0277-78 6X/99.により編集された, "Visual Servo System based on a biologically-inspired Scanning Sensor"というタイトルのＡ２の記事に記載されている。
【００４４】
本発明による方法を実施するための特に有利なプロセスについて、第１と第２光学センサＤ１，Ｄ２により構成されるアセンブリとこれらに対するレンズＬとの何れかは、それらが固定しているとき、その角度位置に応じて、例えば、第１と第２のセンサＤ１、Ｄ２により構成されるアセンブリの角スキャンの法則に対応して、全視野角Δφの角度位置のスキャン規則の実行が可能になる。このことは前記文献Ａ２に記載されている。
【００４５】
他方、本発明の方法の注目すべき側面によると、角度位置スキャンの場合、処理プロセスは前記文献に記載されたものと実質的に同一である。そこに記載されたスキャンはレンズ＋光学センサＤ１、Ｄ２からなるアセンブリの全回転により達成されてはいるが実質的に同一である。
【００４６】
コントラストエッジ検出装置は、本発明の対象に一致する所定方向に実質的に直線である光コントラスト領域を有するものであるが、この検出装置については、図３ａ、３ｂ及び続く図面と共に説明する。
【００４７】
勿論、本発明による装置は少なくとも、図１の第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２と光学的中心を有するレンズＬを有する。光学センサＤ１、Ｄ２は、全視野角Δφを持つもので、前記の通り定義される。
【００４８】
第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２は実質的にレンズＬの像焦点面に設けられる。第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２の平均観察方向は実質的にライン（Ｏ1ＯＹ1、Ｏ2ＯＹ2）に対応する。同ラインは第１と第２の光学センサの中心とレンズＬの光学的中心とを結んでいる。特に、これを図１に示す。
【００４９】
図３ａに示されるように、本発明による装置は、光学コントラスト領域（即ち、前記コントラストエッジの所定方向を横切る別の方向に向かう領域）に対し、第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２により形成されるアセンブリの相対的平行移動的変位（translational displacement）のための手段（resources）を有する。この変位は、周期的角度スキャンの規則に従う前記全視野角Δφの周期的角度スキャンによる変位である。該周期的角度スキャンの規則は、図２ａ、２ｂに表わされているように、少なくとも各スキャン周期の少なくとも一部に関して一様ではない。
【００５０】
相対的な平行移動的変位手段は、図３ａのＡ，１で表わされている。本発明によるコントラストエッジ検出装置は検出回路２を有する。該検出装置は第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２により与えられる信号から、光コントラスト領域の角度位置の関数としての時間差Δｔ、コントラストエッジE（レファレンス方向に対する）、全視野角Δφに含まれる方向ＭＯＹ12（この方向はスキャンの規則Ωに基づいて実行される）を測定する。
【００５１】
好ましい限定されない実施例において、第１と第２の光学センサＤ１．Ｄ２はフォトエレクトリックダイオードのようなフォトエレクトリックセンサで構成されている。そのスペクトル感度は可視領域又は紫外線領域、あるいは、例えば夜間の検出のために赤外領域に選定されることができる。
【００５２】
前記フォトダイオードの最大感度の波長は、本発明によるコントラストエッジ検出装置の応用に従って選択される。
【００５３】
検出回路２の実装に関して、同検出回路は、分離増幅器（separating amplifier）２０（トランスインピーダンス増幅器ともいう）、基本的動き検出装置回路（ＥＭＤ；elementary movement detector circuit）２１からなる。前記分離増幅器２０による増幅の後、該ＥＭＤ回路は第１と第２の光学センサＤ１．Ｄ２により与えられる信号を受け取り、時間遅れΔｔと一様ではないスキャンの規則Ωに基づいて出力信号Ｖ（時間差Δｔの逆数１/Δｔに実質的に比例し、レファレンス方向ＭＯＹ１２に対して光コントラスト領域の角度位置に実質的に比例する）の出力を可能にする。
【００５４】
基本的動き検出装置回路２１については、同回路は実質的に前記文献Ａ２（１９９９年編集された）に記載された回路に対応する。同文献の、特に、その第３章の“Measuring angular speed With An LMD”に、同回路が詳述されている。  
【００５５】
図３ｂには、基本動き検出装置回路２１により与えられる出力信号Ｖが示されている。図３ｂのｘ軸の単位はセンサの方向ＭＯＹ12に対するコントラストエッジＥの角度位置の正又は負の角度である。ｙ軸の単位は回路２１から与えられる信号Ｖの正又は負の相対的振幅の大きさである。
【００５６】
角度位置オフセットが−２°と＋２°の場合、この信号の値は実質的にリニアである。
【００５７】
第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２により構成されるアセンブリの平行変位手段について、又は、光コントラスト領域Ｅに関するレンズＬについては、図３ａに関連する、図４ａないし４ｅを参照しながら説明する。
【００５８】
例えば、図４ａ、４ｂに示されるように、レンズＬが固定しているとき、平行移動的変位手段は、変形可能な支持要素Ａ（a deformable support element）を有する。同要素の一端部は固定レファレンス機械的支持部材（a stationary reference mechanical support）と一体であり、別の端部は第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２を搭載する。
【００５９】
前記手段は変形可能な支持部材Ａに適用する回路を含む。支持部材Ａは、固定レファレンス機械的支持部材に対するスキャンの規則に従って、第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２により形成されるアセンブリの、別の方向（スキャン方向）における周期的平行移動的変位を生成するための周期的変位制御応力（a periodic displacement control stress）のアクチュエータを形成する。
【００６０】
図３ａ、４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄにおいて、固定レファレンス支持部材はハッチングで表わされている。
【００６１】
図４ａ又は４ｂに示されているように、アクチュエータＡは光学センサＤ１とＤ２のアセンブリを、その端部で支持することが好ましい。別の端部は例えば、固定機械的レファレンスに固定することができる。前記アセンブリは炭素から形成されるチューブ形状のエンクロージャに包むと有利である。例えば、図４ａにおいて、チューブ形状のエンクロージャの前端部にはレンズＬがある。他方、チューブ形状のチャンバーの回転表面に形成されるウインドウはレンズＬの取り付けを可能にする。図４ｂに示すように、このレンズは光学センサＤ１、Ｄ２の反対側に設けられる。
【００６２】
平行移動的変位を生成するアクチュエータＡについて図４ｃと４ｄを使って詳述する。これは、光学センサＤ１、Ｄ２のアセンブリ又はレンズＬに対し相対的変位を適用することには依存しないものである。
【００６３】
図４ｃ及び４ｄに示されるように、アクチュエータＡは２つのピエゾエレクトリックブレード（blade）Ａ１，Ａ２により構成されている。これらはその端部の固定支持部材に固定されている。図４ｃに示されるように、別の端部は光学センサＤ１，Ｄ２，…Ｄｎのアセンブリを有する。又は、図４ｄに示されるように、レンズＬを有する。
【００６４】
特に、ピエゾエレクトリックブレードは、２つの対のバイモーフィック（bimorphic）又はモノモーフィックなピエゾエレクトリックブレードから構成されている、または、１つのピエゾエレクトリックブレードとスプリングブレード（spring blade）から、又は同等な手段から、非限定的な仕方で構成されている。図４ｃと４ｄに示されるように、このような条件の下で、前記スキャンの規則に従って適合された電圧の印加により、スキャン方向Ｓの周期的な変位を制御するための応力を印加することができる。
【００６５】
変形例として、２つのピエゾエレクトリックブレードの内の１つは、図４ｃのフォトダイオードＤ１とＤ２のための位置センサとして使用することができる。又は図４ｄのレンズＬの位置センサとして使用することができる。このセンサはフォトダイオード又は、レンズの位置サーボ制御のためのループに含めてもよい。同じ目的で、応力ゲージ（stress gauges）を使った、第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２の、又は、レンズＬの測定回路が、変形可能な支持部材の変形に基づいて設けられると有利である。
【００６６】
図３ａに示されているように、手段１は変位を制御する応力を印加することを可能にするものである。この手段１はスキャン生成器１０（スキャン電圧を与える）、波形整形回路１１（スキャン電圧を受け取り、中間スキャン制御信号を与える）、及び、高圧発生装置１３を介して直流を供給される高圧増幅器回路１２を有している。周期的な変位制御電圧を与えるために、該高圧増幅器回路は、波形整形回路１１から与えられる中間スキャン制御信号により制御される。前記周期的な変位制御電圧は図４ａと４ｂにおけるアクチュエータＡに印加される。特に図４ｃと４ｄにおけるピエゾエレクトリックブレードＡ１、Ａ２に与えられる。
【００６７】
前記の変位制御応力の印加については、この変位応力は１９９９年編集の文献Ａ２に記載されている各変位のキャリブレーションに遡る技術である。図１に示されるように、平行移動変位ξは全視野角Δφ又は、全視野角Δφの半分の回転Δξと同一視することができる（be assimilated）。全視野角Δφの半分は、光学センサＤ１とＤ２を分離する中心Ｏ１とＯ２の距離の半分と、レンズの焦点距離との比により実質的に与えられる。
【００６８】
図４ｅに示される変形例によれば、必要に応じて、パノラマになるまで検出装置の全視野を拡大するために、前記図面に関連して記載した複数の装置を設けることができる。基本装置を構成する各装置は、Ｌ１ないしＬ３で表わす固定レンズを有する。これは非限定的な例示である。これら基本的装置は実質的に共通の中心を有する球表面上に設けられる。取得システム（the acquisition system）にとって、この共通の中心は、各装置の全視野角の全体に広げられた全視野角の光学的中心となる。
【００６９】
図４ｅでは、図面を増やさないために、基本装置の数を、例えば３に限定している。
【００７０】
この条件の下に、レンズＬ１、Ｌ２，Ｌ３のための第１と第２のセンサの各ペアＯ11，Ｏ12；Ｏ21、Ｏ22，Ｏ31、Ｏ32は基本的動き検出装置に接続することができる。該基本的動き検出装置は基本装置のための検出回路（２０−２１で表わす）を有している。各Ｖ１、Ｖ２とＶ３により与えられる出力信号は次のデジタル処理のためにサンプリングすることができる。
【００７１】
本発明に従うコントラストエッジ検出装置の特に有利な実施例については、図５ａと５ｂに関連して説明する。
【００７２】
コントラストエッジＥに対する、第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２により構成されるアセンブリの平行移動周期的なスキャンが行われる方向をＳとすると、一般的に、方向Ｓは理論的にはどの方向であってもよい。非限定的な実施例において、このスキャンが単一コントラストエッジＥを検出する目的で行われるとき、この方向は前記コントラストエッジＥが延長する所与の方向に垂直であることが好ましい。
【００７３】
この動作モードは、レンズＬの焦点面に実質的に対応する面にスキャン方向Ｓを方向付けすることにより容易に実施できる。
【００７４】
この目的で、本発明による検出装置の有利な実施例に従って、図５ａと５ｂに示される検出装置は変形可能な支持要素Ａより構成されるアセンブリ又は第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２と固定レファレンス機械的支持部材のアセンブリの方向付け装置を有している。該方向付け装置は、第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２の周期的平行移動的変位Ｓの方向を、該別の方向（実質的に直線の光コントラスト領域、コントラストエッジＥの所与の方向を横切る）に方向付けすることを可能にする。
【００７５】
図５ａにおいて、レンズＬはチューブ形状のエンクロージャの前部にある。前記エンクロージャはダイオードＤ１，Ｄ２とアクチュエータＡのアセンブリを有している。同図において、支持部材（support）はマイクロモータμＭにより駆動されるプラットフォームであることができる。同マイクロモータμＭは、アクチュエータＡ，ダイオードＤ１，Ｄ２及び固定支持部材からなるアセンブリを同アセンブリの縦軸の回りに、２重の矢印で表わすように、回転させるものである。その効果はスキャンＳの方向を変更することである。
【００７６】
スキャン方向ＳはコントラストエッジＥの方向に対して向けられる（図示しない）。
【００７７】
他方、仮に図５ｂのように、光学センサＤ１、Ｄ２により構成されるアセンブリが固定レンズＬに対向して設けられるとき、アクチュエータＡは、移動円形クラウン（ＣＣで表わす）上に搭載されると有利である。これはボールベアリングの上に置かれる。前記ボールベアリングの軸は、例えば円形ガイドレールの形状の固定支持部材ＳＦに対しレンズＬの軸と一体とされる。図５ｂにおいて、アクチュエータＡ即ちＡ１，Ａ２の円形クラウンＣＣのアセンブリとダイオードＤ１とＤ２のアセンブリは、マイクロモータμＭにより方向付けされる（図示しない）。こうして新たなスキャン方向Ｓを与える。
【００７８】
最後に、少なくとも２つのコントラストエッジを有する２次元目標物を検出するために、本発明によるコントラストエッジの検出装置は、図６に示すように、第１と第２の検出装置（例えば、図４ａないし４ｃに関連して本書に記載しているように）と、第１と第２の検出装置の第１と第２の光学センサＤ１、Ｄ２、を含む。前記検出装置の周期的相対的変位の方向は実質的に垂直（perpendicular）である。
【００７９】
図６ａと６ｂに示される非限定的な実施例において、２つの光学センサＤ１，Ｄ２はマトリックス状のフォトダイオードのような光学的検出装置により置換されると有利である。各々はピクセルＤiを構成し、ダイオードの長方形マトリックスはこのように二次元の網膜を形成する。
【００８０】
この条件の下で、周期的な変位の２つの方向は実質的に垂直で、図６ａにおいてＳＶ，ＳＨと表わしている。ダイオードのマトリックスはこのように堅固なフレームを形成するフレームＦに搭載され、バネＳＰにより吊り下げられ、バネはフレームに対して、このように形成されたダイオードマトリックスに対し、適度なサスペンションを提供する。アクチュエータはアクチュエータＡ１、Ａ２であり、図４ａないし４ｃに関連して記載されたものと同様なやり方で搭載される。例えば、マイクロビードを使って、それぞれ垂直方向Ｓｖ、水平方向ＳHのスキャンを実行する。
【００８１】
図６ｂに示すように、このタイプの装置は、２次元の変位応力を、フォトダイオードモザイクＤｉに対してではなく、固定ダイオードマトリックスの前部に設けられるレンズＬを支持するフレームに印加することにより達成されることが好ましい。レンズは光学軸に垂直な面でフォトダイオードから一定距離で移動する。
【００８２】
本発明による検出装置の特別な実施例によると、このような条件の下で、水平スキャンＳH又は垂直スキャンＳVを実行するのに、垂直の周期的なスキャンと水平の周期的なスキャンが交互に実行される。検出は垂直スキャンと水平スキャンと同期して実行することができる。
【００８３】
一例として、本発明によるコントラストエッジ検出装置において、光学センサの全視野角の回転スキャンは、２つのダイオード（焦点距離ｆ＝8.5ｍｍのレンズの焦点面に設けられる）の直線的平行移動で得られるが、この検出装置は次の結果を与える。
【００８４】
【表１】
2007533992.tif 000003
【００８５】
５００Ｈｚの広い帯域幅を有し、1.4ｇの重さのピエゾエレクトリックタイプのアクチュエータを使うと、オープンループで、低応答時間の１ｍｍの振幅の平行移動を行う。
【００８６】
本発明によるテスト済み検出装置の焦点距離8.5ｍｍより５０倍大きい焦点距離のレンズＬを使うと、50ｍｍ幅の黒色バー（電線用の高圧ケーブル）を500ｍ離れた位置で検出することが可能になる。又は、トラムウェイの空中ケーブルのような直径100ｍｍの黒色バーを１ｋｍ離れた位置で検出することが可能になる。
【００８７】
光コントラスト領域を有する、少なくとも１つのコントラストエッジを有する目標物の固定と高精度のトラッキングのためのシステムについて、図７ａと７ｂを使って以下説明する。光コントラスト領域は実質的に、同コントラストエッジＥを形成する所定の方向に直線的である。
【００８８】
図７ａは、本発明によるシステムであって、視線の安定化と、少なくともコントラストエッジＥを有する目標物の高精度のトラッキングとのためのシステムを構成するアセンブリを上から見た平面図である。
【００８９】
前記のシステムは、図１ないし４ｅ特に４ｂに関連して説明した検出装置ＤＤと、同検出器の方向を決める機械的支持部材ＥＴとを有している。
【００９０】
前記図において、ＥＴはハウジングを意味している。これは人間の頭の空間的レファレンスを象徴的に表わしている。装置ＤＤはその軌道（orbit）を移動する人間の目に忠実に似せて構成している。本発明に従って、外部ハウジングＥＴに対して、電子的マイクロモータμMEを使って、検出装置Ｄの方向を決めることができる。この際スクリューネジＶ,リンクＢ,遊びのないクランクＭを介して方向を決める。電子的マイクロモータμMEは人間の頭における目玉の動きに対応する動きを可能にしている。
【００９１】
絶対マーカー（absolute marker）におけるハウジングＥＴの角度位置にθｈと符号をつけている。ハウジングＥＴと比べて検出装置ＤＤの視線（図１における軸ＭＯＹ１）にθｅｈと符号をつけている。また、絶対方向ＯＹと比べてθｇと符号をつけている。この後者の角度はθｅｈ+θｈの和に厳密に対応する。コントラストエッジＥに関しては、絶対マーカー（Ｏ，Ｘ，Ｙ）における、その角度位置にθｔと符号をつけている。
【００９２】
図７ａを参照すると、制御信号Ｕｅで駆動されるステッピングモータμＭＥの回転は、スクリューネジーリンクークランクシステムＢを介して、検出装置ＤＤを回転させ、方向を決める。検出装置ＤＤはハウジングＥＴの内部で回転自在である。結果、コントロール信号ＵｅはモータμＭＥのシャフト位置を駆動し、方向を、つまり、検出装置ＤＤの視線（レファレンス方向ＭＯＹ１２）を直接的にモニタする。
【００９３】
図７ａのシステムを使うと、検出装置ＤＤの視線が常にコントラストエッジＥに維持することが可能であり、従って、このコントラストエッジが固定状態にあると、このコントラストエッジの検出装置ＤＤにより“固定化”がもたらされる。仮にコントラストエッジが変位するときには“高精度のトラッキング”が行われる。
【００９４】
支持部材ＥＴに回転の乱れが起こっても、本発明によるシステムが機能することは注目すべきである。人間においては、目の視線は頭の動きにより頻繁に乱される。この乱れはvestibulo-ocular反射（VOR）により補正される。頭により生成された回転の乱れがあっても、この反射により視線は一定方向に保持される。
【００９５】
図７ｂは、本発明による視線の安定化と高精度のトラッキングとのためのシステムのブロックダイアグラムである。
【００９６】
図７ｂを参照すると、本発明によるシステムは、機械的支持部ＥＴの回転速度を測定するための手段Ｈ(p)を有している。同手段は、ハウジングＥＴと一体化されるジャイロメータで構成すると有利である。これを図７ａに示す。
【００９７】
本発明によるシステムは、検出装置ＤＤのレファレンス方向の方向付けのオープンループ制御信号に基づく直接制御手段を有している。同手段は、機械的支持部材ＥＴの回転速度Ωｈの測定に基づき、直接制御信号Ｕvorを与える。
【００９８】
最後に、本発明によるシステムは、目標物の少なくとも１つのコントラストエッジの検出方向θｔに対する、レファレンス方向ＭＯＹ12の視覚サーボ制御ループを有している。この視覚サーボ制御ループは検出装置ＤＤ、インバータＩｎｖ、非線形回路ＺＳＬ、及び補正装置（corrector）とから構成されており、制御信号Ｕvを出力する。
【００９９】
最後に、合成手段を使うと、直接制御信号Ｕvorと制御信号Ｕvの線形結合が可能になる。図７ｂを参照すると、該合成手段は引き算器（substractor）STで構成されている。直接制御信号Ｕvorはサーボ直接制御信号Ｕvから引かれている。
【０１００】
θｇとθｔとの差分はエラー信号で、検出装置ＤＤにより測定される。電子的マイクロモータμＭＥの制御信号Ｕｅは最終的に、各時点で、検出装置ＤＤに基づく視覚サーボ制御ループからの制御信号Ｕｖと、補正装置Ｃvorからの制御信号Ｕvorとの差である。なお、補正装置Ｃvorの入力はジャイロメータＨ(p)を使って測定したハウジングＥＴの角速度である。
【０１０１】
ハウジングの角度位置θｎは、次の２つを構成している。
―視覚ループのための乱れ；これはそれ自身検出装置ＤＤ、非線形リミッターＺＳＬ及び補正装置ＣＶ(p)＝Kｖ/ｐの伝達関数により構成されている。
―補正装置フィルタＣvorにより生成される制御信号Ｕvorを介する視覚ループのための制御。
【０１０２】
ハウジングＥＴが回転すると、検出装置ＤＤの回転が回転する。従って、θｇとθｔの角度差を導く。この差は補正装置Ｃvにより補償されるが、ゆっくりしたものである。検出装置DDのスキャン周波数により限定されるからである。視覚ループだけが、振幅２°に対し最大周波数0.4Hzを持つ回転の乱れだけを除去することができる。乱れθｈの除去処理を加速するために、制御信号Ｕvorが制御信号Ｕｖ（極めて緩慢な処理に関係する）に加えられたのである。制御信号Ｕvorの機能は、乱れθｈ（直接制御）の角速度の直接測定に基づいて検出装置ＤＤの方向決めをすることである。
【０１０３】
理想的なケースでは、ＣvorはＯＰとＨ(p)により導入される動力学(dynamics)を完璧に補償するように計算される。
Ｃvor(p)＝１/（Ｈ（ｐ）Ｋe）
【０１０４】
よって、Ｕv=０のとき、次式が得られる。
θeh＝−θｈ
【０１０５】
これは、支持部材ＥＴの回転が、同一振幅で反対方向の、検出装置ＤＤの回転により完全に補償されることを意味する。
【０１０６】
しかしながら、伝達関数Ｃvorは、十分に安定していないので、直接使うことは出来ない。従って、理論的伝達関数は次の伝達関数により近似されていた。
【０１０７】
Ｃvor(p)＝K（ｐ＋ａ/ｂｐ+１）（−ｐ＋ｃ/ｐ+ｃ）
但しＫ＝0.011、ａ＝140rad/ｓ、ｂ＝5 rad/ｓ、ｃ＝0.45 rad/ｓ
【０１０８】
こうして形成されるフィルタは擬似積分器（pseudo-integrator）により構成されている。同擬似積分器は全帯域通過フィルタでカスケード構成され、擬似積分器のゲイン曲線を変更せずに負の位相を提供する。
【０１０９】
最終的に、図７ｂのシステムを使うと、固定化とコントラストエッジの高精度トラッキングを扱う緩慢な視覚ループに、検出装置ＤＤが支持部材ＥＴに加わわる回転の乱れに対し迅速に反応する処理を結びつけることができる。つまり、同システムを使うと、２つのサブシステムが極めて相補的なやり方で、組み合わされ共存することが可能になる。これら２つのサブシステムは各々自分の貢献をおこなっている。
【０１１０】
即ち
―第１サブシステムは緩慢であるが高精度である、なぜなら高い精度が与えられているからである。：視覚ループは検出装置ＤＤに基づくサーボ制御ループにより形成される。
―第２サブシステムは高速であるが、精度が高くない（ジャイロメータにより導入されるドリフトのために）：ＶＯＲシステム
【０１１１】
本発明による検出装置システムＤＤとジャイロシステムとの前記の組合せは本発明の主要な構成である。
【０１１２】
図７ａに示すオキュロモータ（oculomotor）システムは、上記組合せのお陰で目標物を完璧に追跡することができることが実験で確認されている。前記目標物はサイン形状の規則θt（t）（振幅４°、周波数0.2Hz）に従って移動する。この時、回転の乱れθｈは除去される。この回転の乱れの振幅は同様に４°であるが、周波数は２Hzであり、１０倍高い。
【０１１３】
図７bに示すこのようにモデル化したシステムについて、外部ハウジングＥＴに加えられる２つのタイプの乱れがあっても、固定視線を維持するために、頭（即ち外部ハウジングＥＴ）の動きの乱れの除去のテストを行った。
【０１１４】
・急激な回転（スケール３°）θｈ、これは急激で反復されるものである。又は、本書で説明した、高精度のトラッキングを起こす回転θｔ。
【０１１５】
前記のテストは次のことを証明した。即ち、外部ハウジングＥＴの角度θｈの回転に対応する乱れの導入は、視覚補正装置Ｃｖ及び補正装置Ｃvorの乱れを起こした。この乱れは２つの部分に分けることができる。
―システムＶＯＲの慣性的応答に対応する遷移部分。その応答時間は単に約10ｍｓである。
―実質的に視覚応答に対応する連続部分、その応答は、より長い応答時間、約100ｍｓ持続する。この期間、検出装置ＤＤが長期間に亘って正確に安定的に効率的に機能する。
【０１１６】
実験室で行ったテストは、図７ｂのブロックダイアグラムの完全なシステムを使用して、視線θｇが実質的に空間で固定されることを実証した。
【０１１７】
この動作モードは人間の視線の補償と比較して、特に有利である。テストによれば、視覚制御信号Ｕｖと慣性制御信号Ｕvorとを組合せたために、外部ハウジングＥＴの方向付けに加えられた、振幅３°のスケールインターバルタイプ（scale interval type）の乱れが30ｍｓ間、最終値の90％で除去されることが実証された。
【０１１８】
・テストの第２シリーズが、外部ハウジングＥＴの方向付けの、実質的にサイン形状の    ハーモニックな乱れに対応する乱れに対して行われた。換言すれば、頭の乱れである    。この乱れがoculomotor装置に加えられた。
【０１１９】
テストは、外部ハウジングＥＴに加えられる２Hzにおける急速な周波数の、実質的にサイン形状の乱れが存在するとき、この乱れは直ちに検出装置ＤＤ（目を表す）の逆位相の、逆回転により補償される。この補償の効果は、視線の角度θｇにおける僅かなズレを引き起こす。有効値θｇは0.32°で評価されたもので、頭をシミュレートする外部ハウジングＥＴに加えられるpeak−to-peak乱れ６°より更に１９倍小さい。
【０１２０】
最後に、外部ハウジングＥＴに加えられたハーモニック乱れについてのテストが異なる周波数で実施された。これら乱れの周波数は0.5と6Ｈｚの間から選択された。
【０１２１】
これらの条件下で、視線θｇの変化は、前記最大周波数6Ｈｚに至るまで、決して0.55°を超えなかった。
【０１２２】
比較として、ハウジングに加えられるpeak−to-peak振幅６°に対して、乱れの最大周波数は0.4Ｈｚに限定される。この乱れに対しては唯一視覚レトロアクションループ（つまり、直接制御ループＶＯＲとの組合せの無い）だけが除去することが可能である。
【０１２３】
本発明による視線の安定化と、目標物の高精度トラッキングのためのシステムのパフォーマンスは注目すべきである。実際の大きさのヘリコプターに搭載されるとき、前記システムは前記の通り、メインロータが引き起こす約５Ｈｚの信号の基本モードを補償することができるからである。
【０１２４】
コントラストエッジを検出するための方法と装置について説明してきた。これらは、本発明の装置が人間又は哺乳動物の目の視覚と視線の振舞いを再現するシステムを使用できる範囲で、特に有効である。
【０１２５】
特に本発明及び対応するシステムによるコントラストエッジを検出する方法と装置は、前記方法と装置を用いるものであって、本書の序論で述べたように広く変形して応用できるものである。
【０１２６】
特に、図５ａ又は５ｂに示した、本発明によるコントラストエッジ検出のための装置は航空機（例えば、直接制御、又はリモコン制御されるヘリコプター）の航行の補助として直接応用することができる。特にヘリコプターが飛行困難な状況の中で移動しなければならないときに、そして特に、両側がせまった谷、市街エリアで、又は高圧線のような線形状物体がある時に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明によるコントラストエッジ検出のための方法のブロックダイアグラムである。
【図２】図１の方法の実施のためのサブステップを表わす図である。これらサブステップは、スキャン法則と光コントラストエッジ領域に関して第１と第２の光学センサの角度位置の関数である時間差Δｔに基づいて、特に、平均方向に対して、コントラストエッジの光遷移領域の角度位置の検出を可能にする。上記時間差は、この光遷移に対して第１と第２の光学センサの観察の平均方向の不ぞろいを引き起こすものである。
【図３ａ】本発明によるコントラストエッジ検出装置のブロックダイアグラムである。
【図３ｂ】本発明による検出装置の静的入出力特性（ボルト/１度）の例である。コントラストエッジ（Ｃ１）又は幅１ｃｍの黒色バー（Ｃ２）の前で得られる。両者は本検出装置から１３０ｃｍに設けられる。
【図４】図４ａないし４ｅは、図３で示す、又は第１、２、３、４、４の変形例で示す、本発明による検出装置の特殊な実施例である。
【図５】図５ａと５ｂは、非限定的な例として示す、本発明による検出装置の非限定的な変形例である。特定の応用のために、光学センサに適用される平行移動スキャン方向はコントラストエッジに実質的に垂直な方向に調整することができる。
【図６】図６ａと６ｂは、非限定的な例として示す、本発明による更に２つの検出装置である。特に、２次元スキャンに使うことができ、２次元目標物に適用することができる。
【図７ａ】前記図面において、ビジュアルな固定化と高精度トラッキングのコンテキストにおいて動作パラメータを規定するための、本発明によるビジュアルな固定化と高精度トラッキングのブロックダイアグラムである。
【図７ｂ】本発明による検出装置がビジュアルな固定化と高精度トラッキングのためのシステムを構成し、人の視覚の視線を安定化するために、ビジュアルな固定化と高精度トラッキングがＶＯＲプロセスに対応する第２のシステムにより補助されるときに、図７ａにおいて示されるパラメータ又は状態変数を規定するための、本発明によるビジュアルな固定化と高精度トラッキングのブロックダイアグラムである。
【図１】
2007533992.tif 000004
【図２】
2007533992.tif 000005
【図３ａ】
2007533992.tif 000006
【図３ｂ】
2007533992.tif 000007
【図４ａ】
2007533992.tif 000008
【図４ｂ】
2007533992.tif 000009
【図４ｃ】
2007533992.tif 000010
【図４ｄ】
2007533992.tif 000011
【図４ｅ】
2007533992.tif 000012
【図５ａ】
2007533992.tif 000013
【図５ｂ】
2007533992.tif 000014
【図６ａ】
2007533992.tif 000015
【図６ｂ】
2007533992.tif 000016
【図７ａ】
2007533992.tif 000017
【図７ｂ】
2007533992.tif 000018
【国際調査報告】
2007533992.tif 000019
2007533992.tif 000020
2007533992.tif 000021
2007533992.tif 000022