DE1944105A1

DE1944105A1 - Vorrichtung zur Kompensation zylindrischer Verzeichnungen in Panoramaluftbildaufnahmen

Info

Publication number: DE1944105A1
Application number: DE19691944105
Authority: DE
Inventors: Schelttema Gerard Andries; Kingma Rinze Veenenga
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1968-08-29
Filing date: 1969-08-29
Publication date: 1970-03-05
Also published as: FR2023309A1; NL6812263A; NL145962B; US3653307A; GB1275145A; SE345527B

Description

19ΑΑ105

N.V.Optische Industrie "De Oude Delft", Delft/Holl.

Vorrichtung zur Kompensation zylindrischer Verzeichnungen in Panoramaluftbildaufnahmen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation zylindrischer Verzeichnungen in Panoramaluftbildaufnahmen.

In der Luftbildaufnahmetechnik bemüht man sich, den Bildwinkel quer zur Flugrichtung des Flugzeugs immer mehr zu vergrößern, um die Anzahl der zur Aufzeichnung eines gewissen Flächenbereichs des Geländes erforderlichen Flüge zu reduzieren.

Verwendet man vertikal gerichtete Panoramakameras, dann ist es mqg.ich, Bilder aufzunehmen, die einen !"ildwinkel von 2 χ 60 oder noch mehr, vom Flugzeug aus gesehen, überdecken. Demzufolge kann man bei einem Flug einen breiten Geländestreifen aufzeichnen, \ienn man eine Bildserie aufnimmt, deren Einzelbilder, :Li Flugrichtung gesehen, aneinandergrenaen.

009810/1371

Ähnliche Bemühungen hat man sich auch schon um die auf thermographischem Weg erfolgende Luftbildaufzeichnungstechnik gemacht, bei der ein schmaler Geländestreifen unter dem Flugzeug periodisch in einer Richtung quer zur !Flugrichtung mithilfe eines schnell rotierenden Abtasters abgetastet wird, um langwellige Infrarotstrahlung zu erfassen. Diese Strahlung, deren Intensität sich verändert, wird mithilfe eines Detektors in ein elektrisches Signal umgewandelt und einer fotografischen Aufzeichnungsvorrichtung: zugeführt, um deren Lichtquelle nach Ma%abe der sich verändernden Intensität der empfangenen Infrarotstrahlung zu modulieren. Ein von dieser Lichtquelle erzeugter Lichtpunkt wird periodisch über einen in Querrichtung gekrümmt angeordnet, fotografischen !Film bewegt, der seinerseits in Längsrichtung mit einer von dem Verhältnis zwischen Flugzeuggeschwindigkeit und Flugzeughöhe (v/h) abhängigen Geschwindigkeit transportiert wird. Auf diese V/eise wird ein Bild des abgetasteten Flrcnenbereichs aus aufeinanderfolgenden Zeilen auf den Film zusammengesetzt, wobei natürlich bei Vergrößerung des Abtastwinkels der durch das Abtasten erfaßte Flächenbereich erweitert v/erden kann.

Weitwinkelfotografien zeigen Verzeichnungen an den Seiten infolge der schnell anwachsenden Entfernung von dem Objekt. Dies führt aber zu einer steigenden Querverdichtung des Bildes, die man zylindrische Verzeichnung nennt, da das Bild im wesentlichen eine Zentralprojektion der abgetasteten Fläche auf eine zylindrisch gekrümmte Brennfläche darstellt.

009810/1371

t «

Han kennt bereite verschiedene System-e zur Kompensation dieser zylindrischen Verzeichnung. Allen ist (gemeinsam, daß ein originales, diese Verzeichnung enthaltendes Bild in einer getrennten Vorrichtung reproduziert v;ird, um ein korrigiertes Bild zu erhalten. Diese Maßnahme ist aber zeitraubend. Darüber hinaus sind die hierfür geeigneten bekannten, optisch-mechanischen Vorrichtungen (Entzerrer) ziem lich kompliziert aufgebaut.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine einfache Vorrichtung zur Kompensation zylindrischer VeSeichnunn; .-u schaffen, die mit einer Aufnahmevorrichtung, beispielsweise einer Panoramakamera, zu kombinieren i.^r-t, um ein originales Bild erzeugen zu können, welchen frei von zylindrischer Verzeichnung iot.

u¹'!: der verfliegenden Erfindung ist die Vorrichtung nur Konpensation zylindrischer Verzeichnungen von Par.orarcaluf i;bi Idem gekennzeichnet durch eine aus einer großen Anzahl paralleler, voneinander optisch isolierter, lichtführender Pasern gebildeten optischen Faseranordnung, deren aktiver Querschnitt eine gestreckte Form hat iuid deren zwei Stirnflächen in: wesentlichen "ylinärisci: verlai;fen und durch gemeinsame parallele I:"r neu rend e gebildet sind, wobei die eine Stirnfläche (Eintrittsfl^che) konkav und kreis zylindrisch verläuft und die andere Stirnfläche (Austrittsflache) konvex verläuft, unü der Gleichung:

COS

H*

009810/1371

ΒΑ»

entspricht, in der

r = Krümmungsradius der Eintrittsfläche.

*? = Abtastwinkel, d.h. der Winkel, der durch den Bogen zwischen dem Scheitel der Eintrittsfläche und einem betrachteten Punkt bestimmt ist» = eine kleine Winkelveränderung .vontf _t

n ·= der senkrecht zur Erzeugenden verlaufende Abschnitt der Eintrittsfläche, der von dem Winkel Δ¹P eingeschlossen wird,

n = der entsprechende Abschnitt der Austrittsfläche,

bedeuten, ferner gekennzeichnet durch Mittel zur Projektion eines verzeichneten Bildes auf die Eintrittsfläche der optischen Faseranordnung und ferner durch eine Vorrichtung, die dazu dient, einen fotografischen I'ilm gegen die Auctrittsfleche zu pressen.

Aufgrund der besonderen formgebung der Austrittsfläche ν; ei si; das auf den- Film erzeugte EiId, v/ie nachstehend tuner beschrieben wird, keine zylindrische Verzeich-.iUri; O.U.-L .

Soll die Vorrichtung zur Entzerrung eines ursprünglich mit einer Verzeichnung behafteten Filmes dienen, dann wird dieser gegen die kreiszylindrische gestaltete Ein-•trittsfläehe gedrückt und Licht durch ihn hindurchgesckickt. Es ist nicht notwendig," den Film oder ein anderes mechanisches oder optisches Teil der Vorrichtung v.-ährend der Eirposition. zu bewegen.

009810/ 1371

ΒΑ©

Es ist sehr einfach, die Kompensationsvorrichtung mit einer Aufnahmevorrichtung zu kombinieren, d.h. beispielsweise mit einer Panoramakamera oder mit dem Aufzeichnungsteil eines thermographisch arbeitenden Luftbildgeräts. Zu diesem Zweck ist die optische Faseranordnung so in der Vorrichtung angeordnet, daß ihre Eintrittsfläche mit der zylindrisch gekrümmten Brennfläche der Aufzeichnungsvorrichtung zusammenfällt, in der sonst der Film liegen würde. Jetzt wird jedoch der I)¹Hm längs der Austrittsfläche der optischen Faseranordnung geführt. Letztere leitet das Licht Punkt für Punkt von der originalen Trennfläche zum Film, der ein verzeichnungsfreies FAId empfängt.

Die Technik zur Herstellung von optischen Faseranordnungen ist bekannt, es brauchen somit hierüber keine Einzelheiten erörtert zu v/erden. Es soll lediglich erwähnt werden, daß in der vorliegenden optischen Faseranordnung Fasern verwendet v/erden können, die zueinander parallel verlaufen und deren Stärke gleich ist. Die Verschmelzung solcher Fasern zu zusammenhängenden Platten mit Stirnflächen, welche bearbeitet und abgeschliffen werden können, um ihnen die gewünschte Form zu geben ist viel einfacher als bei Verwendung von Fasern, deren Seiten nicht parallel aneinanderliegen,oder von Fasern, deren Durchmesser sich verjüngt.

An sich isb es bekannt, die Krümmungen optischer oilder mitteln rotationssymmetrischer, optischer Faserrmordnungon mit parallelen Einzelfasern zu kompensieren oder zu modifizieren. Diese Maßnahme wird bei-

009810/137 1

spielsueise Lei der optischen Verbindung von Bildverstärkerrohren arr;ev;e:i:l-:.-~, wobei die Erümmun-" des Anodenschirns der ersten Röhre der andern "ekrhnmte-i J¹Yjto-katode der zweite.ι Röhre anzupassen ist. Es int klar, daß eich diene Auf ga* e aber von der der vorliegenden Srl'inuunr; zugrundeliegenden. Aureate, die Verzeichnung ~u beheben, unterscheidet.

Einzelheiten der l-Jr.findunr ergeben cicL auc der nachstehenden heschreibung anhand der Zeichr.un.;·:.

Die erste Ausbildunr^ciorr. betrifft hierV.ei den Aufzeichnungsteil eines Geräts zur thermographischen Erzeugung eines Luftbildes, wie es oben bereits kurz beschrieben wurde. Eine ins Einzelne gehende Beschreibung eines derartigen Systems einschließlich dessen Abtactteils ist aus der brit. Patentschrift 1 1>4- 649 zu entnehmen.

Die zweite, hier beschriebene Ausbildungsform betrifft eine an sich bekannte I'anoramaluftbildkamera, wie sie in der brit. Patentschrift 809 055 beschrieben ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung dec zur Aufzeichnung dienenden Eeils eines Ihernographen zur Erzeugung von Luftbildaufnahmen,der die erfindunysromäße Kompensationsvorrichtung enthalt.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Vorderansicht der Kompensationsvorrichtung zur Verdeutlichung von deren Arbeitsprinzip.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Panoramakamera, die mit der erfindungsgemäßen Kornpensationsvorrichtung kombiniert ist.

009810/1371

BABORUSiNAt

19U105

Der in FiR. 1 darf erteilte, r.ur Auf r.eichnunr dienende •t'oi] e rlrhält eine intensitetsmodiilierte Lichtquelle 1, von welcher ein Lichtbündel über einen Kondensor 2 in ein Diaphragma i auεgesandt wird. Das Diaphragma sitzt auf dem einen Ende eines zylindrischen Rohres 4-, das um seine Längsachse synchron r.it einem rotierenden Abtaster (nicht dargestellt) drehbar iet. Vorzugsweise ist das Rohr mit dem Abtaster feet verbunden. Der zu belichtende Film wird von einer Zuführunrrsspule 6 ei- ::er Aufwickelspule 7 zugeführt. An der otelle, an der der ^iIm exponiert wird, verlr'uft er mittels einer riliir'ührunß 8 in Querrichtung konform einen: vorpe-.. ohriohenen Profil gekrümmt, v.'obei die Pilnführunpi; so a::peordnet ict, daß rv.'iricl-c^. ihr υ .d der Ausi i'i'"¹ rTliiche einer optischen /a.:crar.ordr.u:ir ? ei:i e"-rer ?s\ alt bleibt. Auf die oprircre ianeranordiui" v.'ird r\"-->:-v nHier eir.refangen. Der "iln: wird kontinuierlich ::. i ' ei. .1W 3c eci.v;i'idif:kcit" a:i:-c-^Jri eben, die ver^urrswei-.;■_ y"orcT'öäonal den Verhi'ltnic bischer, der· Gesc;"_wi:i- ^;;^: .---tc::'" u::u d·:.' liehe (v/h) dec ~^;>lu -.:eu(:s "cv:^:'}:lt v:iri. '"irr.-u _;cei[cnete Vorrichtunren ^i::d cekar.::⁴ u;..; v,'e:vlc-_: ' :^; er i-iher nici.t drirrectell;.

Bor ^'ilm v:ird "eile für Zeile ir.i; hilfe vo". ~\·:~1 rotiere::de : Lich.tr-.rikten belich"¹ ·;'■, -3r-^^r Inre::r?it^:"~ von l"-.ini:t" "U I-;:ii'v variiert, r.ncV Ir=H -·Γ:1 e "¹Cr Ir.re.'.si ■;'; Irr (?r:'ai:te:i Irifi^arotrtrahlV.:^-. Die^e außerordentlich '-"c:-:c-; Lichtpunkte erhält r.a ι drli;ror, daß πα:: zwei " ildcr der Diaphragmas a·.;:"" ci:rr l.reinli ::.e, v.'elche ko*:.-e itrir.ch ~u dem Rohr 4 '-erl;'r:-ft, erneuet. Dies wird durch die '; eider, reflektiere..der. Cberfl"chen c-ir.ee I-rierr.as 10 und rvei lükroskopob^ektive ' ' und 12, die in der Vi and des Rohre ο 4 sitzen, erir/J "licht. 3ei dem beschriere-

0 0 9 8 10/1371

-8-

nen Ausführungsbeispiel übernehmen somit die beiden Lichtpunkte abwechselnd die Belichtung einer Filmzeile.

Die optische Faseranordnung 9 besteht aus vertikal und parallel zueinander angeordneten Fasern gleichen Querschnitts, die zu einer kompakten Platte miteinander verschmolzen sind« Dor Querschnitt dieser Platte entspricht einem länglichen Rechteck, dessen klein ste Seitenlange gleich der gewünschten Breite der die Bilder auf dem Film erzeugenden Zeilen ist. Diese Seitenlänge kann sowohl eine als auch mehrere Fasern umfassen.

Die obere Stirnfläche der Platte 9 ist konkav und so zugeschliffen, daß sie der Mantelfläche eines Kreiszylinders entspricht, die mit den von den Lichtpunkten durchlaufenen Kreisbahnen zusammenfallen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Stirnflächen der Fasern von diesen Lichtpunkten abgetastet werden. Das dem Intensitätsmuster entsprechende Lichtbündel wird durch die Fasern an die konvexe Austrittsfläche der Faseranordnung übertragen. Diese Austrittsfläche entspricht im Unterschied zur Eintrittsfläche nicht der Form eines KreisZylinders, sondern ist so zugeschliffen, daß bereits das auf dem Film 5 aufgezeichnete Bild von der zylindrischen Verzeichnung korrigiert ist. Zu diesem Zweck kann man den Verlauf der konvexen Form der zylindrischen Austrittsfläche berech- -nen, ',vas im einzelnen im Zusammenhang mit Fig. 2 dargelegt werden soll. ·

0 0 9 810/1371

* ν k *

-9-

Pig. 2 zeigt eine Vorderansicht der optischen Faseranordnung. Die der Mantelfläche eines KreisZylinders entsprechende Eintrittsfläche 13 besitzt den Krümmungsradius r und erstreckt sich über den Bogen eines Winkels von 120°. Die horizontale Ebene 14 berührt die Eintrittsfläche in dem Scheitel N und entspricht dem Boden, wobei der Punkt N dem Nadir unter dem Flugzeug entspricht.

Ein Punkt P, der in der Ebene 14 unter einem Winkel <? gesehen wird, liegt in einem Abstand u = r.tan*? von 2T entfernt, wird aber in der Eintrittsfläche 13 mit einem Abstand u~ = r.9 wiedergegeben. Dieser Unterschied, der mit zunehmendem «C wächst, ist die Ursache für die zylindrische Verzeichnung.

Ein kleiner Zuwachs Δf des Abtastwinkels wird in der Brennebene 15 als Au~ = r.AVwiedergegeben. Bei einer unverzeichneten Wiedergabe sollte aber gelten:

Au =

^& COS
da der Differentialquotient

dtan V

Verläuft die Austrittsfläche 15 der optischen Faseranordnung so, daß für jeden Punkt P ein geringer Zuwachs von Δ<? des Abtastwinkels zu einer Abweichung

in dieser Oberfläche führt, die Δ μ gleich ist, d.h.

009810/1371

I _

f ~

COS

gilt, dann ist für jeden Punkt der Gesamtabs ta-id Vf = u und das auf <

der Verzeichnung.

= u und das auf dem Film 5 erzeugte Bild frei von je-

Die Form der Austrittsflächen kann ohne weitere« nunerisch berechnet werden, indem man ^rlea V/inkel «f langsam schrittweise um Af vergrößert, beispielsweise jeweils

^ um 1 und jedesmal die Koordinaten des nächsten Kurven— punktes mithilfe der gegebenen Gleichung berechnet.

Fig. 3 zeigt eine Panoranakamera der jaerkömmliclie-i Art, deren obere Gehc^:usev/and entfernt vmräe, um Einblick in ihr Inneres zu ernöglichen. Das Objektiv 17 i->t durch ein sogenanntes konzentrisches System gebildet, ans auπ einer Zentrallinse 13 Und zwei kugelGchalenförEire.i feilen, die mit der Linse 18 verkitte=: sind, bestel-.t.

Die Panoramabrennfli:che dieses Systems verlauft ebenfalls kugelförmig und konzentrisch mit dem Objektiv. Gemäß der vorliegenden Figur treten die Lichtstrahlen, deren Apertur mittels einer Anzahl von radial verlaufenden Backen 21 begrenzt ist, recht:; in das Objektiv ein. Hinter dem Objektiv ist eine optische Faseranordnung vorgesehen, deren Eintrittsfläche mit der Brennfläche des Objektivs zusammenfällt. Diese Eintritcsflache ist hier nicht genau zylindrisch ausgebildet, da sie in allen Eichtungen denselben Krümmungsradius aufweist. -Will man aber das Bild genau zylindrisch haben, dann verv/endet man eine torische, zur Abflachung

009810/1371

19U105

dec bildfeldes dienende Linse, wie sie in der brit. Patentschrift 809 055 beschrieben ist. Pur die Wirkungsweise der optischen Faseranordnung als Kompensator der zylindrischen Verzeichnung hat dies aber keinen Ei-.riuß.

Die optische Faseranordnung v/eist einen gestreckten !•Echteckisen Querschnitt auf, dessen kleinste Seite ::l."iir-e lurch den Bildwinkel der Kamera senkrecht rur Iaicraraaebene bestimmt ist. Bs soll betont werde *a, daß :rei der Aufnahme die Kamei^a so angeordnet .;ird, daß die PanorantaeberB vertikal und quer sur Flugai™ verlauft.

ik-"t¹:: cue zylindrische Austrittsfläche 24 der optici·" e: Λ², 'cranord^u-i: , deren Verlauf ereiiso v.'ie oben ;t;*eiix. · öchriele„ viirie berechnet verden kanu, ■axv-I der ilr. 2? an~edrückt. !lach jeder Ezcposition ~.:i:'ä 3:i. 'ilra tiir. ei" „ild vreiter^erückt ixr.' ro.: der Λ;ί:ΐ' ";:.i.>"3spule 2ur A*tfv:ickelspule hin :.ewe-jt*. Ivr'hrc i ler Xrpositior- I-cv:eEe:i aich weder das Cr^ektiv -;cc·: der PiIn. Die Exposition erfolrrt dadurch, daß ir.a:i neirvreise einen Verschluß (nicht dargestellt) aus dei* *^:ah:i des Licht—Strahls zv/ischea der Brennebene 2J anl dem Cb^ektiv entfernt.

Infolge dor verschiedenen Winkel, unter denen die Faser:: in den äußeren Eandfcereichen des Panoramabildbereic'-is ar. ihren beiden Stirnfläche:: Geschnitten v/erden, tritt ein Vignettieruagseffekt auf, da die Belichtungsstärke des Films su seinen Händern hin allmählich abniffiEit infolge der Verteilung des pro Bildelement zur Verfügung stehenden Lichts auf eine sich vergrößernde Äustrittsf leiche ·

009810/1371

—Ί 2—

Bei der in Fig. 1 dargestellten Aufzeichnungsvorrichtung kann dieser Vignettierangseffekt zum leil oder auch vollständig dadurch kompensiert werden, daß man in an sich bekannter V/eise den Strom der Lichtquelle 1 abhängig von dem Abtastwinkel<P moduliert.

009810/1371

Claims

Ansprüche :

/■
{ 1.; Vorrichtung zur Kompensation zylindrischer Verzeichnungen von ranoramaluftbildern, gekennzeichnet • durch eine aus einer großen Anzahl paralleler, voneinander optisch isolierter, lichtführender Fasern gebildeten Faseranordnung (9)j deren aktiver Querschnitt eine gestreckte Form hat und deren zwei Stirnflächen O-'¹» 15) iiH wesentlichen zylindrisch verlaufen und durch gemeinsame parallele Erzeugende gebildet sind, wobei die eine Stirnfläche (Eintrittsfläche; 13) konkav und kreiszylindrisch verläuft und die andere Stirnfläche (15; Austrittsfläche) konvex verläuft und der Gleichung

U _£

Δ u.p ' r Δ

cos 9 ^cos

entspricht, in der

r = Krümmungsradius der Eintrittsfläche, φ = Abtastwinkel, d.h. der Winkel, der durch den Bogen zwischen dem Scheitel der Fläche und einem betrachteten Winkel bestimmt ist, = eine kleine Winkel änderung von V , _f = der senkrecht zur Erzeugenden verlaufende Abschnitt der Eintrittsfläche, der von dem Winkel Af eingeschlossen ist,

Au¹, = der entsprechende Abschnitt der Austrittsfläche,

bedeuten, ferner gekennzeichnet durch Mittel zur Projektion (1o, 11, 12) eines verzeichneten Bildes auf die

009810/ 1371

Eintrittsflache der optischen Faseranordnung, und ferner durch eine Vorrichtung (8), die dazu dient, einen fotografischen Film (5) gegen die Austrittsfläche zu pressen.
2. Panoramakamera unter Verwendung einer Vor-richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faseranordnung (22) derart angeordnet ist, daß ihre Eintrittsfläche (23) mit der Brennfläche des Kameraobjektivs zusammenfällt.
3· System zur Durchführung einer thermographischen Luftbildaufnahme unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faseranordnung derart in dem Aufzeichnungsteil des Systems angeordnet ist, daß die Eintrittsfläche der optischen Faseranordnung periodisch von einem intensitätsmoduiierten, sich in einer Kreisbahn bewegenden Lichtpunkt abgetastet wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die dazu dient, die Intensität des Lichtpunktes in Abhängigkeit von dem Abtastwinkel (ψ) zu modulieren, um eine infolge der unterschiedlichen Winkel, unter denen die iasern an ihren beiden Stirnflächen geschnitten v/erden, auftretende Vignettierung vollständig oder zumindest zu einem Teil zu kompensieren.

009810/1371 BAS ORMINAL