DE1170769B - Vorrichtung zur streifenweisen differentiellen Entzerrung eines Luftbildes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ÄW^äS PATENTAMT Internat. Kl.: G 03 b

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KI.: 57 a-5/09

Nummer: 1170769

Aktenzeichen: J 21526IX a / 57 a

Anmeldetag: 30. März 1962

Auslegetag: 21. Mai 1964

Zur Herstellung eines Luftbildplanes werden bekanntlich die Originalnegative in einem Entzerrungsgerät entzerrt, auf einen einheitlichen Maßstab gebracht, die entzerrten Projektionen photographisch festgehalten und die positiven Papierbilder aneinandergefügt. Die im Bildplan infolge der Zentralprojektion auftretenden Lagefehler der einzelnen Bildpunkte werden, abgesehen vom Aufnahmewinkel der Bildkammer, von den Höhenunterschieden des Geländes erheblich beeinflußt, so daß diese Art der Herstellung von Bildplänen oder -karten hinsichtlich ihrer Genauigkeit bei Luftbildern bewegten Geländes versagt.

Die Entzerrung von Luftbildern unebenen Geländes mittels eines Entzerrungsgerätes setzt mehr oder weniger die näherungsweise Kenntnis des Geländereliefs voraus. Dieses läßt sich zusammen mit der Situation leicht aus von verschiedenen Standpunkten aufgenommenen, sich überdeckenden Luftbildern mit Hilfe eines Stereoauswertegerätes ermitteln, so daß eine Entzerrung und ein Luftbildplan überflüssig erscheinen. Für viele geologische, land- und forstwirtschaftliche oder bautechnische Zwecke ist jedoch der genaue Luftbildplan wegen seines Detailreichtums der Signaturenkarte überlegen. Man hat daher zur Schaffung ausreichend genauer Luftbildpläne oder -karten mittel- oder starkbewegten Geländes Stereoauswertegeräte, die nach dem Porro-Koppeschen Prinzip wirkend die Rückprojektion von unverzerrten Strahlenbündeln gestatten, so ausgebildet oder mit handelsüblichen Projektionsgeräten, deren Projektoren mit denen der Auswertegeräte übereinstimmen, so gekoppelt, daß mit ihnen Bildpläne erhalten wurden, die vom Einfluß der Bildneigung und der Geländehöhenunterschiede frei waren. Zur hierbei erforderlichen Umwandlung des Zentralperspektiven in ein orthographisches Luftbild werden die in das Stereoauswertegerät orientiert eingelegten Bildnegative streifenweise abgetastet, das Profil des jeweiligen Streifens gebildet und eines der orientierten Luftbilder mit Hilfe eines Spaltes differentiell auf eine photographische Schicht projiziert. Durch eine Relativbewegung des Spaltes zum Träger der photographischen Schicht entlang den Profilen, parallel zur Projektionsebene und durch Änderung des Abstandes zwischen Projektionszentrum und Schichtträger nach Maßgabe der Profile wird nach und nach das gesamte im Detail und insgesamt entzerrte Bild auf den Schichtträger projiziert. Profilermittlung und Entzerrung können gleichzeitig oder nacheinander mit demselben Gerät oder mit verschiedenen Geräten durchgeführt werden.

Vorrichtung zur streifenweisen differentiellen
Entzerrung eines Luftbildes

Anmelder:

Jenoptik Jena G. m. b. H., Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Horst Schoeler,
Dr.-Ing. Otto Weibrecht, Jena

Der Mangel aller bekannten Vorrichtungen zur streifenweisen differentiellen Entzerrung von Luftbildern ist durch die Verwendung von Stereoauswertegeräten, die nach dem Porro-Koppeschen Prinzip wirken, bedingt und besteht darin, daß zu jeder Aufnahmebrennweite in dem Auswerte- und Projektionsgerät spezielle Projektoren gleicher Brennweite und gleichen öffnungswinkels des Projektionsobjektivs zur Entzerrung verwendet werden müssen.

Ziel der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur streifenweisen differentiellen Entzerrung eines Luftbildes, die unter weitestgehender Ausnutzung der instrumenteilen Gegebenheiten ein Stereoauswertegerät und ein Projektionsgerät umfaßt, welche miteinander derart gekoppelt sind, daß der Projektionsabstand im Projektionsgerät entsprechend einem im Stereoauswertegerät ermittelten Profil kontinuierlich veränderbar ist, und die ohne eine Vielzahl von auswechselbaren Projektoren mit unterschiedlichen, den der Aufnahmekammern entsprechenden Brennweiten universell für Aufnahmen anwendbar ist, die mit beliebigen Brennweiten vorgenommen worden sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine solche Vorrichtung, wenn das Projektionsgerät als Entzerrungsgerät ausgebildet und mit dem Stereoauswertegerät über einen Steuermechanismus gekoppelt ist, der den Projektionsabstand im Entzerrungsgerät in Abhängigkeit von der Aufnahmebrennweite des Luftbildes, der Entzerrungsbrennweite, der Neigung des Projektionstisches und der jeweiligen Profilhöhe steuert.

Das Prinzip, nach dem das Entzerrungsgerät gebaut ist, ist an sich belanglos und bestenfalls für die konstruktive Durchbildung von Bedeutung. Hinsichtlich des Steuermechanismus kann der Geräteaufbau eine gewisse Vereinfachung bringen; z. B. geht bei einem nach der feststehenden vertikalen optischen Achse aufgebauten Entzerrungsgerät die Neigung der Projektionsebene wegen ihrer Veränderlichkeit in die

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Steuerung ein, während bei einem Geräteaufbau nach der Senkrechten zur Projektionsebene die Neigung nicht in die Steuerung eingeht, weil die Projektionsebene keine Neigungsänderung erfährt.

Das zur Verwendung kommende Entzerrungsgerät ist mit an sich bekannten automatischen Steuerungen für den Fluchtpunkt entsprechend der Perspektivbedingung, für die Scharfabbildung nach Scheimpflug und zur Erfüllung der Linsengleichung, versehen. Es ist ferner eingerichtet zur Entzerrung von Luftbildern nach Einstellwerten, besitzt also einen um zwei Achsen schwenkbaren und in seiner Ebene kantbaren Bildträger. Die Berechnung der Einstellwerte erfolgt erst nach der gegenseitigen und absoluten Orientierung des Bildpaares im Stereoauswertegerät an Hand der dort für das zu entzerrende Bild ermittelten Daten der äußeren Orientierung.

Bei der Koppelung, die vorteilhaft auf elektrischem Wege unter Zuhilfenahme von elektrischen Übertragungskanälen und sogenannten Drehmeldern erfolgt, ist streng darauf zu achten, daß die Primärachse des Entzerrungsgerätes der Primärachse des Stereoauswertegerätes zugeordnet ist.

Damit die Koppelung von Entzerrungsgerät und Stereoauswertegerät nicht auf ein bestimmtes Auswertegerät beschränkt ist, ist der Steuermechanismus vorteilhaft mit dem Entzerrungsgerät fest verbunden. Darüber hinaus wird dadurch eine Vorrichtung zur differenziellen Entzerrung von Luftbildern mit geringstem konstruktivem Aufwand gewährleistet.

Ein einfacher Mechanismus zur Steuerung des Projektionsabstandes im Entzerrungsgerät besteht aus einer Art Schmiege, bei der ein Schenkel fest und der andere Schenkel nach Maßgabe der im Stereoauswertegerät ermittelten Profilhöhen mit Hilfe eines Antriebsmittels schwenkbar angeordnet ist, das in einem von der Aufnahmebrennweite und der Projektionsebenenneigung abhängigen Abstand von der Schwenkachse der Schmiege rechtwinklig zum festen Schenkel wirkt, wobei am schwenkbaren Schenkel ein Abtrieb vorgesehen ist, dessen Projektion auf den festen Schenkel im Abstand der Entzerrungsbrennweite von der Schwenkachse der Schmiege liegt. Dieser Steuerungsmechanismus kann auch so ausgebildet sein, daß mit ihm das Vergrößerungsverhältnis zwischen dem Modellmaßstab im Stereoauswertegerät und dem Entzerrungsmaßstab im Entzerrungsgerät berücksichtigt und damit besondere Übersetzungsgetriebe umgangen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäß der Erfindung ist in den F i g. 1 und 2 perspektivisch dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zur streifenweisen differentiellen Entzerrung in schematischer Darstellung, und zwar sind nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile des Stereoauswertegerätes und des Entzerrungsgerätes angegeben; in

F i g. 2 ist ein auf mechanischer Grundlage aufgebauter Steuerungsmechanismus vergrößert dargestellt.

In F i g. 1 ist ein Stereoauswertegerät im wesentlichen dargestellt durch seine drei Hauptspindeln 1,2 und 3, mit deren Hilfe die zur Messung erforderlichen Bewegungen in x-y- und z-Richtung eingegeben werden können. Mit der Spindel 1 ist ein sogenannter Basiswagen 4 verschiebbar, der zwei weitere Spindeln 5 und 6 für zwei Schlitten 7 und 8 aufweist, die in x-Richtung verschiebbar sind und auf denen je eine Meßmarke 9 bzw. 10 in y- und Z-Richtung zur Einstellung der entsprechenden Basiskomponenten verschiebbar angeordnet ist. Die Spindel 2 dient zur Verschiebung eines Wagens 11 in der y-Richtung, auf dem die Spindel 3 zur Verschiebung eines weiteren Wagens 12 in z-Richtung gelagert ist. Am Wagen 12 sind zwei sich gegenseitig verlängernde winkelige Haltearme 13 und 14 vorgesehen, von denen jeder an seinem abgewinkelten

ίο Ende eine Projektionskammer 15 bzw. 16 mit dem Projektionszentrum 15' bzw. 16' trägt, in die die Meßbilder eingelegt werden. Die Projektionskammer 15 ist um zwei rechtwinklig aufeinander stehende Achsen X-X und Y_x-Y_γ schwenkbar gelagert; das in sie eingelegte Meßbild ist kantbar um eine Achse Z₁-Z₁. Die Projektionskammer 16 ist ebenfalls um die Achse X-X und um eine senkrecht zu dieser stehende Achse Y₁₁-Yi₁ schwenkbar, welche zur Achse Yj-Y₁ parallel ist. Das in die Projektionskammer 16 eingelegte Bild ist um eine Achse Z_n-Z_n kantbar gelagert. Die Führungen für die Wagen und Schlitten sowie die Antriebsmittel der Spindeln sind zur Wahrung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Bei stereoskopischer Betrachtung der orientierten Meßbilder mittels eines der Einfachheit halber nicht dargestellten optischen Betrachtungssystems verschmelzen diese zu einem Raumbild und die im Betrachtungssystem angeordneten Meßmarken 9 und 10 zu einer Raummarke, die durch Verschiebung des Basiswagens 4 in x-Richtung, des Wagens 11 in y-Richtung und des Wagens 12 in z-Richtung auf jeden Punkt des Raummodells eingestellt werden kann.

Das Entzerrungsgerät mit einem Geräteaufbau nach der vertikalen optischen Achse O-O besitzt eine stabile Säule 17, auf der zwei Gleitstücke 18 und 19 verschiebbar in einem Abstand α übereinander angeordnet sind, der sich aus der Linsengleichung ergibt. Am Gleitstück 18 befindet sich eine um eine Achse Y₀-Ya schwenkbare Gabel 20, in der ein Bildträger 21 um eine Achse X_a~X_a schwenkbar gelagert ist, auf welchem ein Meßbild 22 um eine bei horizontaler Lage des Bildträgers 21 mit der Achse 0-0 zusammenfallende Achse Z_a-Z_u kantbar ist. Die Achsen X_a-X_a, Y,-Ya ^d Z„-Z_a entsprechen den Achsen X-X, Y₁-Y₁ und Z₁-Z₁, und das Meßbild 22 gleicht dem in die Projektionskammer 15 eingelegten. Das Gleitstück 19 ist mit einem Arm 23 zur Halterung eines Objektivs 24 versehen, dessen Hauptebenen zusammenfallen und in der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie E-E angedeutet sind.

In einem von der Entzerrungsbrennweite f_e, der Aufnahmebrennweite f_a, der Höhe h des Projektionszentrums über einer durch einen Paßpunkt bestimm- ten Geländeebene sowie den Neigungen v„ und v_a. der Bildebene und der Projektionsebene im Hauptschnitt abhängigen Abstand

α'=<7,/-M ö' (1)

von der Objektivhauptebene E-E nach unten befindet sich ebenfalls eine Gabel 25, die um eine zur Achse Y_a-Y_a parallele Achse Y_a<-Y_a· unmittelbar an der Säule 17 schwenkbar angeordnet ist. In der Gabel 25 ist um eine zur Achse Y_a,-Y_a, rechtwinklige Achse X_a,-X_a, ein Projektionstisch 26 schwenkbar gelagert, der von zwei einen Spalt 27 miteinander bildenden und rechtwinklig zueinander verlaufenden Jalousien 28 und 29 gegen eine photographisch wirksame Be-

lichtung seiner gesamten oberen Fläche geschützt ist. Jede Jalousie 28 bzw. 29 ist an ihren gegenüberliegenden Enden mit zwei Walzen 30, 31 bzw. 32, 33 versehen, von denen die zur Jalousie 28 gehörenden Walzen 30 und 31 am Projektionstisch 26 selbst und die zur Jalousie 29 gehörenden Walzen 32 und 33 an der Jalousie 28 befestigt sind. Sämtliche Walzen stehen unter der Spannung von nicht dargestellten Spiralfedern, die den Walzen das Bestreben zum Aufrollen der Jalousien erteilen. xo

Zu beiden Seiten des Projektionstisches 26 sind einander und zur Achse Y_a,-Y_a, parallel je eine Spindel 34 und eine Führung 35 als Antriebs- und Führungsmittel für einen Schlitten 36 am Projektionstisch selbst vorgesehen. Die Spindel 34 wird mit Hilfe eines Drehmelders 37 gedreht, der mit einem an der Spindel 2 des Stereoauswertegerätes befindlichen Drehmelder 38 über eine elektrische Leitung 39 verbunden ist, wobei der Stromfluß in dieser ■ Leitung mit Hilfe eines Schalters 40 unterbrochen werden kann. Infolge der Drehung der Spindel 34, die der Drehung der Spindel 2 entspricht, erfährt der Schlitten 36 eine Verschiebung in Richtung der Achse Y_a,-Y_a, entsprechend der des Wagens 11 im Stereoauswertegerät. Auf dem Schlitten 36 ist eine Spindel 41 gelagert, die über zwei Drehmelder 42 und 43 sowie eine elektrische Leitung 44 und einen Schalter 44' mit der Spindel 1 des Stereoauswertegerätes in Verbindung steht und ein Mutterstück 45 entsprechend dem Basiswagen 4 in Richtung der Achse X_a,-X_a, bewegt. Das Mutterstück 45 ist mit den spaltbegrenzenden Teilen der Jalousien 28 und 29 verbunden und steuert so die Verschiebung des Spaltes 27 in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen parallel zur Ebene des Projektionstisches 26 entsprechend den Bewegungen im Stereoauswertegerät in x- und y-Richtung.

Mit der Säule 17 des Entz'errungsgerätes ist ferner ein Schenkel 46 einer Schmiege fest verbunden zu denken, deren anderer Schenkel 47 um eine Achse A-A schwenkbar und mit einer Schlitzführung 48 (F i g. 2) versehen ist. Längs des festen Schenkels 46 ist ein Lagerkörper 49 für eine Zahnstange 50 mit Hilfe einer am festen Schenkel gelagerten Spindel 51 durch Drehung eines mit dieser Spindel verkeilten Handrades 52 verschiebbar und auf einen festen Abstand von Achse A-A einstellbar. Am oberen Ende der Zahnstange befindet sich ein Mitnehmer 53, der in die Schlitzführung 48 eingreift. Die Zahnstange ist mit Hilfe eines Ritzels 54 verschiebbar, das über zwei Drehmelder 55 und 56 sowie einen mit Hilfe eines Schalters 57 unterbrechbaren Ubertragungskanal 58 mit der Spindel 3 des Stereoauswertegerätes verbunden ist und entsprechende Drehungen erfährt.

In einem gerätefesten Lagerkörper 59 ist eine weitere Zahnstange 60 verschiebbar gelagert, die mit einem Mitnehmer 61 in der Schlitzführung 48 gleitet und über ein Ritzel 62 sowie ein Kegelräderpaar 63,

64 auf eine parallel zur Säule 17 gerichtete Spindel

65 wirkt. Das Kegelrad 63 ist mit dem Ritzel starr verbunden und mit diesem zusammen ausrückbar. Die Spindel 65 ist in einem an der Säule 17 befestigten Lager 66 (F i g. 1) gelagert und greift in ein am Gleitstück 19 befestigtes Mutterstück 67 ein. Die Mitnehmer 53 und 61 sowie die Schlitzführung des Schenkels 47 sind so ausgebildet, daß bei Verschiebung des Lagerkörpers 49 entlang des Schenkels 46 keine Selbsthemmung eintreten kann.

Außerdem ist ein mit einer Teilung 68 versehenes Handrad 69 (Fig. 1) vorgesehen, das über eine Welle 70 und ein Kegelräderpaar 71 ebenfalls auf die Spindel 65 wirkt. Diese Anordnung dient zur Einstellung des a_o'-Wertes, der unter Zugrundelegung eines bestimmten Paßpunktes berechnet wird, dessen Abstand vom Projektionszentrum des Stereoauswertegerätes bekannt ist und der als Bezugspunkt für die Vergrößerungseinstellung dient.

Nachdem im Stereoauswertegerät die in den Projektionskammern 15 und 16 befindlichen Meßbilder relativ und absolut orientiert, die entsprechenden Orientierungskomponenten für das Entzerrungsgerät sowie die Abstände α und a₀' berechnet und am Entzerrungsgerät eingestellt worden sind, der Spalt 27 so eingestellt ist, daß der genannte Paßpunkt auf den Projektionstisch 26 projiziert werden kann und die beiden Schmiegenschenkel 46 und 47 in der dem Paßpunkt entsprechenden Nullage parallel gerichtet sind, können die Schalter 40, 44' und 57 geschlossen und das Ritzel 62 mit dem Kegelrad 63 eingerückt werden, so daß es in Eingriff mit der Zahnstange 60 bzw. dem Kegelrad 64 kommt.

Werden nun mit dem Stereoauswertegerät die Meßbilder streifenweise zur Ermittlung der Profile abgetastet, so verschiebt sich der Spalt 27 entspreschend den Drehungen der Spindeln 1 und 2. Die den Geländehöhenunterschieden A h entsprechenden Drehungen der Spindel 3 werden mit Hilfe des Ritzels 54, der Zahnstange 50 und des Mitnehmers 53 auf den Schenkel 47 übertragen. Dieser erfährt eine entsprechende Schwenkung um die Achse A-A aus der Nullage und verschiebt seinerseits über den Mitnehmer 61 die Zahnstange 60, die ihrerseits das Gleitstück 19 über das Ritzel 62, das Kegelräderpaar 63, 64, die Spindel 65 und das Mutterstück 67 um den Betrag A d verschiebt, der den Abweichungen A h der Geländehöhen vom Paßpunkt entspricht. Die Werte A a' und A h sind beim vorliegenden Entzerrungsgerät durch die Beziehung

Aa'= j ^fe -Ah

Ja COS VaI

(2)

verknüpft. Durch die im vorstehenden beschriebene Steuerung wird diese Beziehung verwirklicht, wenn der Abstand des Mitnehmers 53 vom festen Schenkel 46 A h, der Abstand der Projektion des Mitnehmers 53 auf dem festen Schenkel 46 von der Achse A-A f_a · cos v_a; der Abstand der Projektion des Mitnehmers 61 auf den festen Schenkel 46 von der Achse A-A f_e und der Abstand des Mitnehmers 61 vom festen Schenkel 46 A a' ist.

An Stelle der beschriebenen mechanischen Steuerung für den Projektionsabstand im Entzerrungsgerät kann selbstverständlich auch eine elektrische oder elektromechanische Steuerung mit gleicher Wirkung verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur streifenweisen differentiellen Entzerrung eines Luftbildes, welche ein Stereoauswertegerät und ein Projektionsgerät umfaßt, die beide derart miteinander gekoppelt sind, daß der Projektionsabstand im Projektionsgerät entsprechend einem im Stereoauswertegerät ermittelten Profil kontinuierlich verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das

Projektionsgerät als Entzerrungsgerät ausgebildet und mit dem Stereoauswertegerät über einen Steuermechanismus gekoppelt ist, der den Projektionsabstand in Abhängigkeit von der Aufnahmebrennweite des Luftbildes, der Entzerrungsbrennweite, der Neigung des Projektionstisches und der jeweiligen Profilhöhe steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entzerrungsgerät mit dem Stereoauswertegerät mit an sich bekannten elektrischen Mitteln gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuennechanismus mit dem Entzerrungsgerät fest verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuermechanismus nach Art einer Schmiege, bei der ein Schenkel fest und der andere Schenkel nach Maßgabe der im Stereoauswertegerät ermittelten Profilhöhen mit Hilfe eines Antriebsmittels schwenkbar angeordnet ist, das in einem von der Aufnahmebrennweite und der Projektionsebenenneigung abhängigen Abstand von der Schwenkachse der Schmiege rechtwinklig zum festen Schenkel wirkt, wobei am schwenkbaren Schenkel ein Abtrieb vorgesehen ist, dessen Projektion auf dem festen Schenkel im Abstand der Entzerrungsbrennweite vom Scheitel liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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