DE2209569A1 - Stereo-auswerteverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Dr. Ing. H. Ncgsndanlc

m_lL.X

Telefon 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 2G. Februar 197 2

Southfield, Mich. 4SC75, USA Anwaltsakte M-2055

Stereo-Auswerteverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ableiten drei-dimensionaler Positions- oder Koordinateninformation für eine Szene aus zwei Stereobildern dieser Szene.

Die Erfindung erstreckt sich auf das Feld der Stereo-Photogrammetrie, d. h., auf die Technik des Erzielens einer genauen Ausmessung einer Szene, ausgehend von der stereoskopischen Betrachtung zwei-dimensionaler Bilder dieser Szene.

Bekannte Stereo-Auswertegeräte schließen einen Apparat zum Aufbau eines drei-dimensionalen Modells einer Szene, einen Apparat für die Bereitstellung einer schwebenden Marke, die von Punkt zu Punkt in dem Modell zu der Identifizierung und Auswahl von interessierenden Punkten bewegt werden kann, und einen Apparat zum Messen der Position der schwebenden Marke . . _ . _ ._. - 2 -

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ein, um die Modell-koordinatenlagen der verschiedenen interessierenden und ausgewählten Punkte ein. Die Genauigkeit der mit Hilfe dieser bekannten Stereo-Auswertegeräte vorgenommenen Positionsraessungen von ausgewählten Punkten hängt von der Fähigkeit des Stereo-Auswertegerätes ab, ein unverzerrtes Modell der Szene bereitem stellen. In einem grundlegenden Stereo-Auswertegerät schließt der Apparat zur Bereitstellung eines drei-dimensionalen Modells einer Szene eine ebene Fläche ein, auf der zwei von verschiedenen Standpunkten aufgenommene Stereobilder einer Szene angeordnet sind. Im Folgenden wird der Ausdruck "Stereobilder" zur Definition von beliebigen zwei-dimensionalen Darstellungen einer drei-dimensionalen Szene benutzt, wobei die Darstellungen von verschiedenen Standpunkten aufgenommen sindj der Ausdruck "Stereobilder" schließt photographische Aufzeichnungen, Handzeichnungen, Maschinenzeichnungen und dergleichen ein. Dieses grundlegende Stereo-Auswertegerät schließt weiterhin ein binokulares Betrachtungsgerät ein, das so angeordnet ist, daß der Betrachter mit jedem Auge eine Photographic betrachtet und auf diese Weise ein drei-dimensionales Bild oder Modell sieht. Eine schwebende Marke wird in dem Modell von Punkt zu Punkt bewegt und die X-, Y- und Z-Modellkoordinaten der schwebenden Marke werden direkt an jedem Punkt gemessen. Ein Vorteil dieses einfachen Stereo-Auswertegeräts ist, daß es äußerst einfach zu konstru-. ieren und zu bedienen ist. Der Hauptnachteil liegt in der be- , grenzten Genauigkeit der Messungen der X-, Y- und Z-Koordinaten, die für die Punkte in der Szene durchgeführt werden können. Das

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von diesem grundlegenden Stereo-Auswertegerät aufgebaute drei-dimensionale Modell wird normalerweise nicht ein genaues maßstabsgetreues Modell der photographierten Szene sein, sondern vielmehr eine gekrümmte oder verzerrte Ansicht dieser Szene. Um ein wahres Stereo-Modell der photographierten Szene genau zu rekonstruieren, müssen die Stereo-Photographien in eine solche Lage gebracht werden, daß ihre Orientierung zueinander der Orientierung zum Belichtungszeitpunkt entspricht. Bei dieser Vorrichtung kann der Auswerter die beiden Photographien nur in der Ebene der Oberfläche justieren, auf der die Photos aufliegen, indem er ihren seitlichen Abstand ändert und indem er sie dreht. Da die Photographien zum Belichtungszeitpunkt selten vollkommen koplanar sind, ist im Allgemeinen ein Anheben oder Verkanten einer der Photographien bezüglich der anderen erforderlich, um ein ungekrümmtes Stereobild zu erhalten. Das grundlegende Stereo-Auswertegerät sieht solche Justierungen nicht vor.

Andere und kompliziertere Stereo-Auswertegeräte haben die Nachteile der oben beschriebenen einfachen Anordnung überwunden. Diese Vorrichtungen, die Projektions-Stereo-Auswertegeräte genannt werden, lassen eine physikalische Rekonstruktion der Kamerageometrie und der photographischen Situation zu. Jedes Stereobild bzw. -photographie wird auf eine unabhängige Fläche gelegt, die in alle Richtungen bewegt und verschwenkt werden kann. Sie sind an einen weiteren Bereich von photographischen Situationen und Kamerageometrien angepaßt, als die bereits

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früher beschriebene einfache Vorrichtung, und kann das Modell der photographierten Szene genauer rekonstruieren. Die physikalische Rekonstruktion der Projektions-Auswertegeräte führt aber zu einem viel komplexeren, empfindlicheren und teuereren . Aufbau, als es bei dem einfachen Stereo-Auswertegerät der Fall ist. Darüber hinaus sind einige Paktoren, wie z. B. die differenzielle Schrumpfung des photographischen Films schwer und in teuerer V/eise physikalisch zu rekonstruieren. Projektions-Stereo-Auswertegeräte können nur einen Teil dieser zusätzlichen Faktoren verarbeiten und führen dabei weiterhin zu erhöhter Komplexität und zu erhöhten Kosten.

Einige Stereo-Auswertegeräte bauen nicht physikalisch ein maßstabsgetreues Stereobild der originalen Szene auf, sondern bauen dieses Bild vielmehr mathematisch auf. Eines dieser Stereo-Auswertegeräte schließt zwei unabhängige, horizontale, bewegliche Plattformen oder Meßstufen ein, die jede ein Stereobild, wie eine Stereophotographie tragen. Weiterhin schließen sie eine binokulare optische Betrachtungseinrichturig zur Bereitstellung eines drei-dimensionalen Bildes für einen Betrachter und einen Steuer-Computer ein. Eine Halb-Meßmarkierung wird in den Strahlengang für jede Photographie gebracht, um eine schwebende Marke in dem drei-dimensionalen Modell bereit zu stellen. Für den Auswerter sind Steuereinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe er die scheinbare Bewegung der schwebenden Marke durch ein rekonstruiertes Stereomodell der photographierten Szene steuern kann. Die Steuersignale werden

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in Form von Modellkoordinaten, üblichen drei-diraensionalen Koordinaten gegeben, die die Lage eines jeden Punktes in einem genauen, unverzerrten Modell der photographisehen Szene definieren. Die Steuereinrichtungen erzeugen Eingangssignale für einen Hochgeschwindigkeitsreohner. Der Rechner simuliert im Grunde genommen die photograph!sehe Situation und die Kamerageometrie in mathematischer Weise, indem er geometrische Transformationen durchführt, die die vom Auswerter bestimmte Lage der schwebenden Marke in dem Stereomodell zu der entsprechenden Lage auf jeder Photographie in Beziehung setzen, an der die Modellage abgebildet ist. Die Photolagen werfen durch besondere x-, y- und z-Stereobilct-Koordlnatensysteaie für jede Photographie definiert· Wie sie hier benutzt wird, stellt die z-Stereobild-Koordinate die Hauptentfernung der Kamera dar, mithin eine Konstante, und die x-Stereobild-Koordinate liegt im Wesentlichen parallel zur Basisstrecke der binokularen Betrachtungseinrichtung. Nach Berechnung der beiden Bildlagen steuert der Rechner die Bewegung jeder Stufe bezüglich der Halb-Markierungen, so daß die berechnete Bildlage direkt unter die Halb-Markierungen gebracht wird, wenn dies durch die Optik des Gerätes betrachtet wird.

Das oben beschriebene Stereo-Auswertegerät besitzt eine Reihe von Vorteilen gegenüber den üblichen optiseh-meehanisohen Projektions-Stereo-Auswertegeräten. Zum Beispiel kann der Rechner so konstruiert oder programmiert sein, daß er Ungenauigkeiten eliminiert, die durch solche Faktoren wie die

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unterschiedliche Filmsehrumpfung, Linsenverzerrung und andere systemeigene physikalische Phänomene verursacht werden, die
mathematisch im Modell berücksichtigt werden können. Der
Hauptnachteil dieses Stereo-Auswertegerätes ist aber darin zu sehen, daß ein schneller und komplizierter Rechner gebraucht wird, der dem Auswerter eine Steuerung der Bewegungen der
schwebenden Marke durch das rekonstruierte Modell ermöglicht. Der Rechner muß während des Auswertens fortwährend benützt
werden und verarbeitet jedes vom Auswerter ausgelöste Eingangssignal sofort, damit die schwebende Marke scheinbar in direktem Ansprechen auf die Befehlssignale des Auswerters sich durch
das Stereobild hindurch bewegt. Die Tatsache, daß ein solcher Rechner integraler Bestandteil dieses Stereo-Auswertegerätes
sein muß und daß ein Auswerten nicht ohne sofortige Tätigkeit des Rechners möglich ist, macht einen derartigen Stereoplotter zu einer komplizierten und teueren Vorrichtung.

Es sind andere Stereo-Auswertegeräte bekannt, die eine unverzerrte Konturkarte einer Szene mathematisch von einem Modell
einer Szene ableiten, welches verzerrt sein kann. Dieses
Stereo-Auswertegerät schließt einen Apparat zum Halten und
Betrachten zweier Stereobilder ein, um für einen Betrachter
ein drei-dimensionales Modell bereit zu stellen. In diesem
Stereo-Auswertegerät ist die schwebende Marke eine kleine
Scheibe, die auf einer mechanischen Bewegungsvorrichtung montiert ist, um in X-, Y- und Z-Richtungen im Raum von Punkt zu Punkt in dem drei-dimensionalen Bild bewegt zu werden. Weiter-

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hin schließt das Stereo-Auswertegerät einen Apparat zum
mechanischen Messen der Koordinatenpositionen der sehwebenden Marke in dem drei-dimensionalen Modell und einen Rechner ein, der zum Empfang der gemessenen X-, Y- und Z-Modellkoordinaten von Punkten in dem Modell und zur Berechnung der Koordinatenpositionen dieser Punkte in einer unverzerrten Konturkarte
dieser Szene mit dem Apparat verbunden ist.

Dieses Stereo-Auswertegerät besitzt eine Reihe von Vorteilen, da der Rechner für die Erzeugung einer äußerst genauen Karte
oder eines Modells einer photographierten Szene konstruiert
oder programmiert werden kann. Er besitzt aber auch einige
bemerkenswerte Nachteile, da eine große Anzahl mathematischer Transformationen, die Positionen in dem verzerrten Modell zu
Positionen in der Szene in Beziehung setzen, bestimmt und dem. Rechner zugeführt werden müssen, bevor ein Auswerter die Auswertung oder Auswahl von interessierenden Punkten mit Hilfe
dieser Vorrichtung beginnen kann. ES ist äußerst schwierig
und zeitraubend, zu diesen Transformationen zu gelangen. Da
der Rechner ein wesentlicher Bestandteil des Stereo-Auswertegeräts ist, der für eine fortlaufende Errechnung der Positionen aller Punkte in der tatsächlichen Szene oder in einem unverzerrten maßstabsgetreuen Modell der Szene bei Bewegung der schwebenden Marke in dem verzerrten Modell ausgelegt ist, ist dieses Stereo-Auswertegerät ebenfalls ein teueres Gerät,

Alle bekannten Stereo-Auswertegeräte basieren auf dem Erforder-

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nis, zunächst die photographierte Szene stereoskopisch so gut wie möglich innerhalb der Konstruktionsgrenzen des Auswertegeräts zu rekonstruieren und dann die aus der Rekonstruktion gewünschte Dimensionsinformation herauszuziehen, während ■' Steuersignale für die Bewegung der schwebenden Marke in Gegenstandskoordinaten oder maßstabsgetreuen Gegenstandskoordinaten erzeugt werden. Einige Stereo-Auswertegeräte führen zu einer guten Rekonstruktion, einige zu einer schlechten, aber die Grundidee ist dieselbe.

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Berechnung der Koordinatenpositionen in einer tatsächlichen Szene oder in einem maßstabsgetreuen Modell dieser Szene für aus dem drei-dimensionalen Bild dieser Szene ausgewählte Punkte. Der Ausdruck "drei-dimensionales Bild" definiert in dieser Beschreibung eine Ansammlung von Bildpunkten, wobei jeder Bildpunkt von einem konjugierten Punkt auf jedem der beiden Stereobilder gebildet wird. Abweichend von zum Stand der Technik gehörigen Systemen braucht das dreidimensionale Bild, aus dem interessierende Punkte ausgewählt werden, nicht eine richtige oder unverzerrte Darstellung der tatsächlichen Szene zu sein. Daher muß von einem Auswerter nur ein Minimalaufwand an Vororientierung der beiden Stereobilder aufgewandt werden, bevor er die Registrierung interessierender Punkte beginnen kann. Während der Registrierung braucht die Orientierung der beiden Stereobilder nicht der Orientierung dieser Bilder während ihrer Bildung zu entsprechen.

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Die Stereobilder brauchen nur so weit hinreichend in Bezug auf einander während der Auswertung orientiert zu sein, daß dem Auswerter eine stereoskopische Auswahl von interessierenden Punkten möglich ist. Abweichend vom zum Stand der Technik gehörenden Systeme werden die Bildpositionen von konjugierten Punktepaaren auf den Stereobildern registriert, die die interessierenden Punkte in dem drei-dimensionalen Bild bilden, anstelle der Positionen der Funkte selbst in dem Koordinatensystem des drei-dimensionalen Bildes; die so registrierten Bildpositionen werden zur Berechnung der Koordinatenpositionen der ausgewählten Punkte, entweder in einem unverzerrten. Bild der Szene oder in der Szene selbst, benutzt,

Verschiedene Auswertegeräte, die eine Vielzahl von neuen Merkmalen in dieser Richtung zeigen, werden im Folgenden beschrieben. Jedes der beschriebenen Stereo-Auswertegeräte schließt einen Apparat zur Bereitstellung eines drei-dimensionalen Bildes oder Modells einer Szene aus zwei Stereobildern dieser Szene ein. Dieser Apparat schließt Bildträger zum Halten der beiden Stereobilder und einen binokularen Betrachtungsapparat ein, der dem Auswerter ein gleichzeitiges Betrachten der beiden Stereobilder und damit das Beschauen sines drei-dißiensionalen Bildes dieser Szene ermöglicht» Die beschriebenen. St-ereo-Auswertegeräte sind so konstruiert, daß der Auswerter eine Relativbewegung zv/isehen dem binokularen Eetrachtungsapparat und den beiden Stereobildern bewirken kann derart, daß die interessierenden Punkte aus verschiedenen Bereichen des drei-dim ens io-

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nalen Bildes betrachten und auswählen kann.

Die beiden Bildträger sind auch so konstruiert, daß sie relativ zueinander bewegbar sind. Der Charakter des von einem Auswerter betrachteten Modells ist unwichtig, da nur die Bildpositionen konjugierter Punktepaare zum Aufbau des unverzerrten Modells der Szene herangezogen werden. Eine Bedienungsperson kann daher die beiden Stereobilder bewegen, um in dem Bereich des Stereobildes eine angenehme Stereoverschmelzung zu erreichen, indem er interessierende Punkte auswählt, wenn er während des Auswertens von einem Bereich des drei-dimensionalen Bildes zu einem anderen übergeht.

Eine neue Gitterstruktur ist Bestandteil eines jeden Bildträgers, um ein ßezugsmeßkoordinatensystem zum Meßen der Koordinaten konjugierter Punkte auf dem Stereobild bereit zu stellen. Die Bildpositionen konjugierter Punkte werden zunächst in den Koordinatensystemen der beiden Gitter gemessen. Die Gitterkoordinaten der konjugierten Punktepaare, die alle interessierenden Punkte bilden, können registriert werden, bevor die Beziehung zwischen den Koordinatensystemen der bei-

den Gitter (Gitterkoordinaten) _} den Koordinatensystemen der beiden Stereobilder (Stereobild-Koordinaten) und dem Koordinatensystem der tatsächlichen Szene oder eines maßstabsgetreuen Modells dieser Szene (Modellkoordinaten) bestimmt ist. Die ! beiden Stereobilder werden starr an den beiden Gittern befestig^

sodaß die Orientierung zwischen den Stereobildern und den Git-

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tern fixiert bleibt, während alle interessierenden Punkte ausgewählt und registriert werden. Die Beziehung zwischen dem Gitterkoordinatensystem und dem Stereobildkoordinatensystem v.'ird bestimmt, indem die Gitterkoordinaten besonderer Bezugsmarken registriert werden, deren Stereobildkoordinaten bekannt sind, und indem die für die Umwandlung der gemessenen Gitterkoordinatenwerte in die bekannten Stereobildkoordinatenwerte erforderlichen Transformationsfaktoren berechnet werden. Die Beziehung zwischen den Stereobildkoordinatensystemen und dem Modellkoordinatensystem wird auf ähnliche Weise bestimmt, indem Punkte in der Szene benutzt werden, deren Mcdellkoordinaten bekannt sind. Die Berechnung der- Transformation zwischen den Gitterkoordinatensystemen und den Stereobildkoordinatensystemen, und zwischen den Stereobildkoordinatensystemen und den Modellkoordinatensystemen und auch die Berechnung der Koordinatenpositionen in einem unverzerrten Modell der Szene können aber durchgeführt werden, nachdem die Gitterkoordinaten für konjugierte Punktepaare registriert worden sind, die alle interessierenden Punkte bilden. Es ist daher nicht erforderlich, daß ein Rechner vorhanden ist, oder benutzt wird, während die interessierenden Punkte aus dem möglicherweise verzerrten drei-dimensionalen Bild, wie es die Bedienungsperson benutzt, ausgewählt werden.

Ein im Folgenden beschriebenes Stereo-Äuswertegerät schließt ein Rückkoppelungssystem ein, das es einer Bedienungsperson ermöglicht, Punkte auf einer Kontur in der tatsächlichen Szene

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auszuwählen und zu registrieren, obwohl er diese Punkte aus einem drei-dimensionalen Bild einer Szene auswählt, das verzerrt sein kann.

Dieses Stereo-Auswertegerät schließt einen binokularen Betrachtungsapparat und eine diesem Betrachtungsapparat zugeordnete schwebende Marke ein, die eine Bedienungsperson zur Auswahl und Identifizierung von interessierenden Punkten in der dreidimensionalen Szene benutzt. In diesem Stereo-Auswertegerät wird die Modellkoordinatenposition eines jeden interessierenden ausgewählten Punktes sofort nach der Registrierung der Gitterkoordinaten des den ausgewählten Punktjbildenden konjugierten Punktepaares berechnet. Die berechneten Gitterkoordinatenjustierungen werden einem Rückkoppelungs-Steuersystem zugeführt, das für eine Bewegung eines der Stereobilder und damit für eine Einführung einer beobachtbaren X-Parallaxe in das von dem Ausv/erter betrachtete drei-dimensionale Bild ausgelegt ist; diese Bewegung soll erfolgen, wenn die berechnete Überhöhung eines Punktes sich von der Überhöhung einer vorgewählten Kontur der Szene abweicht. Die Bedienungsperson veranlaßt eine relative Bewegung zwischen den otereobildern und dem Betrachtungsapparat, um diese X-Parallaxe zu entfernen, und bewegt dadurch die schwebende Marke zwangsläufig zu einem Punkt hin, dessen berechnete Überhöhung in dem Modellkoordinatensystem auf der vorgewählten Kontur liegen wird.

Neuartige Halb-Mcrkierungen werden ebenfalls in der Beschrei-

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bung beschrieben, die bei jedem der beiden beschriebenen Stereo-Auswertegeräte benutzt werden können. Diese Halb-Markierungen ermöglichen es dem Auswerter, die x- und y-Koordinaten konjugierter Punkte des einen Stereobildes und nur die x-Koordinaten konjugierter Punkte auf dem anderen Stereobild zu registrieren und diese drei Koordinatenwerte der konjugierten Punkte zur Berechnung der Koordinatenpositionen ausgewählter Punkte in einem unverzerrten Modall dieser Szene zu benutzen. Diese neuartigen Halb-Markierungen sind in jedem Strahlengang des binokularen Betrachtungsapparates eines Stereo-Auswertegeräts eingesetzt, um eine schwebende Marke zur Auswahl und zur Identifizierung von in dem drei-diniensionalen Bild interessierenden Punkten vorzusehen. Die beiden Halb-Markierungen sind einander überlagert, wenn sie über konjugierten Bildpunkten angeordnet sind und von einer Bedienungsperson betrachtet werden. Die Halb-Markierungen stellen eine schwebende Marke bereit, die sowohl x-Koordinaten als auch y-Koordinaten definierende Teile aufweist, sodaß eine Bedienungsperson in dem drei-dimensionalen Bild interessierende Punkte auswählen und identifizieren kann. Da eine Halb-Markierung aber nur einen x-Koordinaten definierenden Teil der sehwebenden Marke bereitstellt,

scheinbar

teilt sich die schwebende Harke aber nicht*in zwei getrennte Marken, wenn die Halb-Markier-ungen über konjugierten Punkten der beiden Stereobilder angeordnet sind und wenn die beiden Stereobilder so zueinander orientiert sind, daß in dem von der Bedienungsperson betrachteten drei-dimensionalen Bild eine

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x-Parallaxe von geringem Ausmaß vorhanden ist. Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen umschrieben ist, werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen deutlich. ES zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Stereo-Auswertegeräts nach der Erfindung,

Pig. 2 eine perspektivische Schnittdarstellung des binokularen Betrachtungsapparates des in der Pig. I gezeigten Stereo-Auswertegeräts,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung zweier Bilder einer Landfläche, die von verschiedenen Aussichtspunkten aufgenommen worden sind, welche Darstellung zeigt, daß die Koordinaten eines Punktes der Landfläche aus x- und y-Stereobild-Koordinaten dieses Punktes auf dem einen Bild und der x-Stereobild-Koordinate dieses Punktes auf dem anderen Bild bestimmt werden können,

Fig. 4 zeigt verschiedene Kombinationen von Halb-Markierungen, die zur Abnahme von x- und y-Koordinateninformation aus dem einen Bild und von x-Koordlnateninfortnation aus dem anderen Bild ausgelegt sind und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Stereo-Auswertegerätes nach der Erfin-

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dung, das für die Bereitstellung eines Signals für den Auswerter ausgelegt ist, das ihm anzeigt, daß er Punkte festhält, die von einer ausgewählten Kontur in der durch die Stereobilder dargestellten dreidimensionalen Szene abweichen.

Die Fig. 1 zeigt ein Stereo-Auswertegerät 10, das einen Apparat zum Halten zweier Stereobilder 14 und Io einschließt, welche Photographien einer Saene darstellen, und einen binokularen Betrachtungsapparat 18 zum Betrachten dieser Photographien und zum Aufbau eines drei-dimensionalen Bildes der Szene. Das drei-dimensionale Bild stellt eine Ansammlung von Bildpunkten dar, wobei jeder Bildpunkt von einem konjugierten Punkt auf jedem der Stereophotograpiiien I¹T und 16 gebildet wird. Weiterhin schließt aas StereG-Aus^TrSi^:t-3,3;erat 10 auch einen Apparat 20 zur Ermöglichung einer Aufzeichnung der Gitterkoordinaten der konjugierten Punkte auf den Stereophotographien 14 und 16 ein, die einen Auswerter selektiv in dem drei-dimensionalen Bild interessierende Punkte bilden. Der Apparat 20 leitet die festgehaltenen Gitterbild-Koordinaten an einen Bereclmungsapparat 22 weiter, der für die Benutzung der festgehaltenen Koordinaten aur vorangehenden Berechnung der Stereobild-Koordinaten der konjugierten Punktepaare und zur nachfolgenden Bestimmung der Koordinatenposition eines jeden drei-dimensionalen Bildpunktes in einem unverzerrten Modell der Szene aus den Stereobild-Koordinaten ausgelegt ist, wobei jeder drei-dimensionale Bildpunkt von einem festgelialte-

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j nen Paar konjugierter Punkte dargestellt wird. Die vom Rech-

ner 22 berechneten Modellkoordinatenpositionen werden einem ; graphischen Ausgabegerät zugeleitet, das eine zwei-dimensionale graphische Darstellung der unverzerrten Szene durchführt.

Der Apparat 12 zum Halten der beiden Stereophotographien 14 und 16 schließt eine erste Fläche oder Plattform 24 ein, die auf einem Tisch 26 mittels Rollen 28 bewegbar gelagert ist. Die Plattform 24 ist so montiert, daß sie relativ zum Betrachtungsapparat 18 bewegbar ist, sodaß ein Auswerter interessierende Punkte in verschiedenen Teilen des mittels der beiden Stereobilder 14 und 16 aufgebauten drei-dimensionalen Bildes betrachten und festhalten kann. Die Plattform 24 wird von einem Parallelbewegungsarm 25 gehalten, der die Plattform 24 zwangsläufig während jeder beliebigen Plattformbewegung parallel zur ; x-Achse des Stereo-Auswertegeräts 10 hält. Diese Maßnahme hält einem Auswerter von einer nachteiligen Bewegung der Plattform 24 in einer Weise ab, die zu einer Einführung einer y-Parallaxe, in das von den beiden Stereophotographien 14 und 16 aufgebaute drei-dimensionale Bild führen würde. Die Plattform 24 ist mit einer in ihrer Bewegungsfreiheit beschränkten Kugel J>0 verbunden, die ein Auswerter bewegt, um die beiden Stereophotographien relativ zum Betrachtungsapparat 18 zu bewegen. Ein Rahmen 32 umgibt die in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkte Kugel und wirkt als eine Führung, die den Auswerter daran hindert, die Plattform so weit in eine Richtung zu bewegen, daß.

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die Stereobilder 14 und l6 nicht mehr länger auf den Betrachtungsapparat l8 ausgerichtet sind·

Zwei Plattformen j>4 und 36 sind auf der ersten Plattform 24 bewegbar gelagert. Die Plattform 34 hält die Stereophotographie 14, während die Plattform 36 die Stereophotographie l6 und ein Zeichenpapierblatt 38 hält. Ein zurückziehbar montierter Schreibstift 40 hält auf dem Zeichenpapier 38 eine Spur der relativen Bewegung der Stereophotographie l6 bezüglich des Betrachtungsapparats 18 fest. Diese Spur hindert einen Auswerter daran, die Koordinaten eines interessierenden Punktes, einer Linie, oder einer Fläche mehr als einmal in unnützer Weise zu betrachten und festzuhalten. Ein Zahnstangengetriebe 42 ist zur Bewegung der Plattform 34 und der Stereophotographie 14 längs der y-Achse des Stereo-Auswertegeräts 10 vorgesehen; ein zweites Zahnstangengetriebe 44 ist zur Bewegung der Plattform 36 und der Stereophotographie 16 längs der x-Ächse des Stereo-Auswertegeräts 10 vorgesehen. Ein Auswerter bewegt die beiden Stereophotographien mit Hilfe dieser Zahnstangengetriebe, um sie derart relativ zueinander auszurichten, daß die Stereobilder ein drei-dimensionales Bild bereitstellen, das ohne Schwierigkeiten betrachtet werden kann und aus dem der Auswerter interessierende und festzuhaltende Funkte auswählen kann. ;

j I

Der Auswerter sieht ein drei-dimensionales Bild,inderii er die beiden Stereophotographien 14 und 16 durch Ökulare 46 und 48 '

j ' -18-

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des Betrachtungsapparates 18 betrachtet. Die beiden Okulare bestimmen die Augenbasis und die Ausrichtung der x-, y- und z-Achsen des Stereo-Auswertegeräts 10. Die Augenbasis des Stereo-Auswertegeräts 10 ist die die Mitten der beiden Okulare 46 und 48 verbindende Linie. Die x-Achse des Stereo-Auswertegeräts verläuft parallel zu dieser Augenbasis. Die y-Achse des Stereo-Auswertegeräts steht auf der x-Achse senkrecht und liegt im Wesentlichen in der Ebene der Stereobilder 14 und 16. Die z-Achse des Stereo-Auswertegeräts bestimmt die Überhöhung in dem von dem Auswerter betrachteten drei-dimensionalen Bild und steht sowohl auf der x- als auch auf der y-Achse senkrecht und ist damit auch im Wesentlichen normal zu der Ebene der Stereobilder 14 und 16.

Eine genauere Darstellung eines Strahlengangs des binokularen Betrachtungsapparates 18 ist in der perspektivischen Schnittansicht der Fig. 2 dargestellt. Zum Strahlengang zwischen dem ! Okular 48 und der Stereophotographie 16 gehört ein Prisma 49* das Fachleuten als Frankfort Arsenal Prisma Nr. 4 bekannt ist, weiterhin eine Glasfläche 50, Spiegel 52 und 54 und eine Glasfläche 56, auf der eine Halb-Markierung 58 eingeätzt ist. Die Halb-Markierung 58 wird über das Stereobild l6 gebracht. Eine zweite Halb-Markierung 62 wird über dem Stereobild 14 angeordnet (siehe Fig. l). Diese beiden Halb-Markierungen bilden eine schwebende Markierung in dem von dem Auswerter gesehenen drei-dimensionalen Bild, wenn die beiden Markierungen über

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konjugierten Punkten auf den beiden Stereophotographien angeordnet sind. Die von den beiden Halb-Markierungen gebildete schwebende Marke scheint in dem von einem Auswerter betrachteten drei-dimensionalen Bild su wandern, wenn die Plattform 24 relativ zu dem Betrachtungsapparat bewegt wird. Ein Auswerter wählt die in dem drei-dimensionalen Bild interessierenden Punkte stereoskopisch aus, indem er die Plattform 24 bewegt, um die schwebende Markierung über diese Punkte zu bringen.

Weiterhin weist der Betrachtungsapparat 18 einen Spiegel 60 auf, den der Auswerter in eine Lage bringen kann, in der· ein Bild des Spurmusters auf dem Blatt 58 dem von dem Stereobild 16 aufgebauten Bild der Szene überlagert ist. Auf diese Weise kann der Auswerter das Spurmuster der vorhergehenden relativen Bewegung des Betrachtungsapparates 18 und der Stereophotographien 14 und 16 zueinander betrachten, während er das durch diese Stereophotographien aufgebaute drei-dimensionale Bild betrachtet*

Die Gitterkoordinaten konjugierter Punkte, die interessierende Punkte des von einem Auswerter betrachteten drei-dimensionalen Bildes bilden, werden durch den Apparat 20 bereit gestellt, der für ein Pesthalten der Positionen der Halb-Markierungen 58 und 62 ausgelegt ist. Es sind eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, die zur Bestimmung der Positionen dieser beiden Halb-Markie- , rungen benutzt werden können. Jedoch wird als besonderer Appa- < rat zur Bestimmung von Koordinaten derjenige Apparat gezeigt,

US- aer in der/Patentanmeldung, mit der Serial Ho. 805.^59* "Auto-

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matische Koordinatenbestimmungs-Vorrichtung", K3/. Bailey, beschrieben ist. Dieser Apparat weist zwei leitende Gitterstrukturen 64 und 66 auf, die fest an die Photograph!en 14 bzw. 16 geheftet sind und zwei leitende Stellringe 68 und JO, die die Halb-Markierungen 62 bzw. 58 umgeben. Die Mitte einer jeden Halb-Markierung liegt in der Mitte des sie umgebenden Stellrings. Ein Signalgenerator 72 gibt Signale an die Stellringe 68 und 70 ab, wodurch in den leitenden Gitterstrukturen 64 und 66 Signale induziert werden. Diese induzierten Signale ändern sich in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen den Gitterstrukturen. 64 und den Stellringen 68 und 7O· Diese induzierten Signale werden einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, die für ein Ansprechen auf Wechsel in den induzierten Signalen ausgelegt ist, um die Positionen der Mitten der Stellringe 68 und 70 bezüglich ausgewählter Bezugspunkte auf den Gitterstrukturen 64 bzw. 66 zu bestimmen. Die Signalverarbeitungseinrichtung "Jh gibt Signale an eine Registriereinrichtung 76 weiter, die die Lagen der Stellringe 68 und JO anzeigen. Da die Halb-Markierungen 58 und 62 jeweils in der Mitte der Stellringe 70 bzw. 68 angeordnet sind, stellen diese Signale ebenfalls die Positionen der Halb-Markierungen dar. Die Registriereinrichtung hält die Gitterkoordinaten der konjugierten Punkte fest, die Punkte, Linien und Flächen in dem drei-dimensionalen Bild bilden, welche einen Auswerter interessieren. Die von der Registriereinrichtung 76 kommenden Signale werden dem Rechner 22 zugeführt, der für die Berechnung der Koordinatenpositionen jedes von einem festgehaltenen konjugierten Punkte-

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paar dargestellten Punktes in einem unverzerrten Modell der Szene ausgelegt ist. Die von dem Rechner 22 erzeugte Information wird dem Plotter 23 zugeleitet, der eine unverzerrte kartographische oder zeichnerische Darstellung der Szene liefert. Die Art der von dem Rechner 22 durchgeführten Berechnungen und die Art der von dem Rechner bereit gestellten Ausgangssignale werden durch Steuer- oder Befehlssignale bestimmt, die ein Auswerter mit Hilfe einer Steuereinheit 78 in die von der Registriereinrichtung getätigte Aufzeichnung einfügt. So unterscheiden diese Signale eine Klasse von festgehaltenen Punkten, wie z. B. signalisierte Marken, von einer zweiten Klasse von festgehaltenen Punkten, wie z. B. Höhenlinien, oder von einer dritten Klasse von Punkten, die z. B. besonderen topographischen Merkmale.

Obwohl der Rechner 22 in der Figur1als mit der Registriereinrichtung verbunden dargestellt ist, ist es nicht notwendig, daß er körperlich mit dem Apparat zu der Zeit verbunden sein muß, zu der der Auswerter die Stereobilder 14 und l6 betrachtet und die Gitterkoordinaten von interessierenden konjugierten Punkten j festhält. Eine Registrierung der Gitterkoordinaten aller derartig konjugierter Punkte kann durchgeführt werden, bevor irgend,-welche Berechnungen durchgeführt werden müssen.

Beim Auswerten werden die Stereophotographien 14 und l6 zunächst auf die Gitterstrukturen 64 bzw» 66 gelegt und an ihnen befestigt. Diese Photographien werden dann zusammen mit den

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ihnen zugeordneten Gitterstrukturen entweder von Hand oder mit Hilfe der Zahnstangengetriebe 42 und 44 so bewegt, daß sie bezüglich des binokularen Betrachtungsapparates 18 ausgerichtet sind, um ein von einem Auswerter ohne Schwierigkeiten zu betrachtendes drei-dimensionales Bild aufzubauen, von dem er ihn interessierende Punkte für eine Registrierung auswählen kann. Eine Registrierung der Gitterkoordinaten der interessierenden _;; konjugierten Punkte auf den beiden Photographien 14 und 16 wird mit Hilfe des Apparates 20 bewerkstelligt. Hie bereits oben beschrieben, gibt die Signalverarbeitungseinrichtung 74 ein Signal ab, das die Positionen der Stellringe 62 und 58 bezüglich der Gitterstrukturen 64 bzw. 66 anzeigt. Die Punkte auf den Photographien 14 und 16 werden im Allgemeinen nicht die gleichen x- und y-Koordinatenwerte sowohl in dem Stereobildals auch in dem Gitterkoordinatensystem aufweisen, weil die Photographien im Allgemeinen bezüglich der Gitterstrukturen gedreht oder in gerader Richtung verschoben werden. Eine Transformation zwischen den beiden Systemen für eine Photographic wird erzielt, indem die Halb-Markierung zur Registrierung verschiedener signalisierter Marken oder besonderer Bezugsmarkierungen an den Kanten der Photographien benutzt wird. Die Bildkoordinaten der signalisierten Marken (fiducial marks) sind vorgegebene Kamerakonstanten der Photographien und damit bekannt. Ein Auswerter schickt ein Signal von der Steuereinheit. 78 zu der Registriereinrichtung 76., wenn sich die schwebende Marke über einer signalisierten Marke befindet, wodurch angezeigt wird, daß die Koordinaten solche einer signalisierten

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Marke sind und zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Gitter- und dem Stereobild-Koordinatensystem herangezogen v/erden können, Die Transformation zwischen den beiden Koordinatensystemen wird durch die folgenden Gleichungen bestimmt:

x=x cos θ + y sin θ + χ
y =-x sin θ + y cos 0 + y

worin:

x, y = die Stereobild-Koordinaten eines Punktes; ^S*^yg = die Gitterkoordinaten desselben Punktes;

^xo'^yo = die Stereobild-Koordinaten des Gitterkoordinaten-Anfangspunktes und

θ = der Drehwinkel zwischen dem Gitter- und dem Bildkoordinatensystem sind.

Diese hier definierten mathematischen Symbole werden im Folgenden weiter benutzt und nicht erneut definiert werden.

Durch das Einsetzen der bekannten Stereobild-Koordinaten und der gemessenen Gitterkoordinaten eines oder mehrerer signalisierter Marken in die Gleichungen l) werden zwei oder mehrere Gleichungssätze aufgestellt, die nach Lösung die drei unbekannten Parameter θ, χ und y ergeben. Gesonderte Gitter-Stereobild-Koordinatentransformationen werden für jedes Stereobild

-24-

309817/020 0

erhalten. Nachdem die Transformationen durch den Rechner 22 bestimmt worden sind, werden die Gitterkoordinaten der konjugierten Bildpunkte mit Hilfe der Gleichungen (l) in Stereobild-Koordinaten umgewandelt. Die Stereophotographien 14 und 16 sind fest mit den Gitterstrukturen 64 bzw. 66 verbunden, sodaß die Transformations-Parameter θ, χ und y nur einmal für jede

'ο ο

Photographie berechnet werden müssen.

Danach betrachtet ein Auswerter das von den Photographien 14 und 16 aufgebaute drei-dimensionale Bild und registriert die Gitterkoordinaten konjugierter Punkte, welche interessierende Punkte in dem drei-dimensionalen Bild darstellen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 74 erzeugt fortlaufend Signale, die die Positionen der Halb-Markierungen 62 und 58 anzeigen. Wenn der Auswerter die schwebende Marke an einem interessierenden Punkt sieht, schickt er ein Steuersignal von der Steuereinheit 78 zu der Registriereinrichtung 76, welches eine Registrierung der Gitterkoordinaten der konjugierten Punkte veranlaßt, die diesen interessierenden Punkt bilden. Wenn dieser interessierende Punkt am Anfang eines Musters liegt, dem der Auswerter zu folgen wünscht, wie z. B. am Anfang einer Straße, eines Flußes, ! eines Profils, oder eines Konturniveaus, kann er ein Signal ! von der Steuereinheit 78 zur Registriereinrichtung 76 laufen

! lassen, das dazu führt, daß die Gitterkoordinaten aller nunmehr folgenden Positionen der Halb-Markierungen 62 und 58 auch registriert werden, bis der Auswerter ein Beendigungssignal von der Steuereinheit 78 ausgehen läßt. Der Auswerter kann ebenso

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2208569

ein Steuersignal an der Steuereinheit 78 erzeugen, das die Art des Geländegegenstands anzeigt, dem bei der Auswertung gefolgt wird. Dieses Signal kann bei der Erstellung einer Karte oder graphischen Darstellung der Szene von Nutzen sein. Die registrierten Gitterkoordinatensätze für die Halb-Markierungen 62 und 58 werden dem Rechner 22 zugeleitet. Dieser Rechner ist für die Heranziehung dieser registrierten Gitterkoordinaten für die Berechnung der Stereobild-Koordinaten und für die darauf folgende Berechnung der Position jedes der von einem registrierten Paar konjugierter Punkte dargestellten Bildpunktes in einem unverzerrten Modell der Szene ausgelegt. Die Stereobild-Koordinaten konjugierter Punkte in den Stereophotographien unterscheiden sich von den Koordinaten dieser durch ein konjugiertes Punktepaar dargestellten Punkte in einem unverzerrten Modell dieser Szene aus verschiedenen Gründen. Erstens erscheint die Höhe oder Elevation eines Gegenstandes in einer Photographie als eine x, y-Verschiebung auf dieser Photographie. Zweitens kann das Bild oder die Stereophotographie im Maßstab von dem Modell abweichen. Und drittens kann der KoordinatenurSprungspunkt des Stereobild-Koordinatensystems für jede Photographie aus dem Koordinatenursprungspunkt des Modells heraus verschoben sein. Das heißt, daß bei leichter Kippung oder Drehung der Kamera bei der Aufnahme jedes der beiden Photographien das. Stereobild-Koordinatensystem für die Photographie in ähnlicher Weise bezüglich des Koordinatensystems des unverzerrten Modells verkantet oder gedreht sein wird.

-26-309817/0200

- 26 -

Die Transformation zwischen den Stereobild- und Modellkoordinaten wird auf die registrierten Gitterkoordinaten verschiedener Kontrollpunktbilder auf der Stereophotographie gegründet. Kontrollpunkte sind auf dem photo-identifizierbare Stellen in einer photographierten Szene, deren x-, y- und z-Koordinaten

in dieser Szene oder in einem unverzerrten Modell dieser Szene bekannt sind. Der Auswerter hält die Gitterkoordinaten dieser Kontrollpunkte auf jeder Photographie fest, indem er stereoskopisch die schwebende Marke auf die Kontrollpunktbilder rieh- : tet und von der Steuereinheit 78 ein Steuersignal zu der Registriereinrichtung 76 laufen läßt, das anzeigt, daß die HaIb-Markierungen über Kontrollpunkte auf den beiden Photogr,aphien angeordnet sind und das den einzelnen Kontrollpunkt durch eine Nummer identifiziert. Die Gitterkoordinaten der konjugierten ' Punkte, die das Kontrollpunktbild bilden, werden dann registrier und gemäß der Gleichungen (l) in die Bildkoordinaten dieser | Punkte transformiert. Die Bildkoordinaten eines Punktes werden ,

in die Modellkoordinaten oder die Koordinatenlage dieses Punktes in einem unverzerrten Modell unter Zuhilfenahme der folgenden Gleichungen transformiert:

^XLl6

^Y - ^YLl6 ⁺

^{Z = Z}Ll6 ^{+ Szf}l6

worin:

X, Y, Z = die Modellkoordinaten eines Punktes 309817/0200 ~²ⁱ~

in der photographierten Szene sind,

die hierin auch als Koordinaten eines Punktes in einem unverzerrten Modell der Szene angesprochen werden,

* Yt > ^t = die Lage des Koordinatenursprunges 16 16 _des Bildkoordinatensystems für die

Stereophotographie 16 in Modellkoordinaten,

= ein Maßstabsfaktor zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Bildkoordinatenmaßstabes auf den Modellkoordinatenmaßstab, wobei S durch den Ausdruck:

(X - X^ W₁L- (Zr -Zr )x^!l4 S ₌ ^Ll4 ^16 -^{14 L}l4 ^Ll6 -

^x 16 ^z 14 ^x H ^z_l6 definiert werden kann,

⁼

graphie l6 sind, die zur Erreichung einer Parallelität zu den Modellkoordinatenachsen gemäß der folgenden mathematischen Ausdrücke gedreht sind:

^x'l6 =

y'ie= f^ai2>^xi6 ^{+ (a}22^)yi6 ^{+ (a}32^)cl6

-28-309817/0200

in denen:

^x'l4 ^z'l4

- 28 - . ■ · . ■

X₁- , Z₁- = die X- und Z-Model!koordinaten des

14 14

Bildkoordinatenursprunges der Stereophotographie 14 sind,

^xl4' ^yl4 ^{= die} Ster'eot'ü^⁰⁰¹'⁰¹!¹¹³·^^{11 des} Modellpunktes (X, Y, Z) sind, wie er auf der Stereophotographie 14 dargestellt ist,

^xl6* ^yl6 ^{= d}^^e Stereobildkoordinaten des Modellpunktes (X, Y, Z) sind, wie er auf der Stereophotographie 16 dargestellt ist,

^cl6 d ^cl4 ^{= die bekannten} Kamerakonstanten sind,

die die lotrechten Entfernungen von den perspektivischen Mittelpunkten der Kameralinsen zu den Filmebenen hin für die Kameras umfassen, mit denen die Stereophotographien 16 bzw* 14 belichtet worden sind,

(a..) = die bekannten Richtungs-Cosinus von

sind, die die aufeinander folgenden Drehungen zwischen den x-, y- und z-Achsen des Bildkoordinatensystems der Stereophotographie 16 und der X, Y und Z-Achsen des Modellkoordinatensystems anzeigen.

■■ -29- ■

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2209563

Die (a. .)-Ausdrücke können in einer Form ausgedrückt werden durch

(a	11	) = cos
(a	12	) - cos
(a	13	) = -sin
(a	21	) = -co
(a	22

sin*_l6
sin ^₁₆ + sin ^₁₆ sin^_l6 cos

sin cos

cosco
16

(b.,) = sind die bekannten Richtungscosinus

κ» H14-» welohe die aufeinanderfolgenden Drehungen zwischen den χ-, y- undz-Achsen des Bildkoordinatensystems der Stereophotographie 14 und den X-, Y- und Z-Achsen des Modellkoordinatensystems darstellen.

Die ( b. . )-Ausdrücke können in einer Form dargestellt werden als:

(b₁₁) = cos ^, u

^ 4 sin4) ^k cos«.

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^,,) = sin C^,₄ cosH_l4 + cos

^₂) = sin ^₁₄ sin*<,_l4 - cos ^₁₄ siniO_l4 oos

Die Transformation zwischen dem Stereobild- und Modellkoordinaten wird durch das Einsetzen der gemessenen Stereobild-Koordinaten und der bekannten Modellkoordinaten dreier oder mehrerer Kontrollpunkte in die obigen Gleichungen und ein Lösen dieser Gleichungen hinsichtlich der lateralen Transformationselemente X₁. , Y₁- ,Z, und X₁- , Z, und hinsichtlich der ^xl6 ^Ll6 ¹¹IO ^Ll4 ^14

Winkeltransformationselemente to^, φ . g, W. ^r, & ^, r \K ^un(* ^14 bestimmt. Nach Bestimmung dieser Transformationselemente können die Gleichungen (2) zur Berechnung der Lage eines jeden durch ein registriertes Paar konjugierter Punkte bestimmten Punktes in einem unverzerrten Modell der Szene benutzt werden.

Da die Positionen der von einem Auswerter interessehalber ausgewählten Punkte in einem unverzerrten Modell der Szene in einer Rechenoperation berechnet werden, die vollkommen unabhängig von der Auswahl der Punkte aus dem drei-dimenslonalen · Bild ist, kann das Stereo-Auswertegerät zum Erstellen einer Konturkarte benutzt werden, ohne daß der Auswerter' zürn Erstel-

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len dieser Karte einer Kontur in dem drei-dimensionalen Bild folgen muß. Tatsächlich können die beiden Stereophotographien lh und 16 ein drei-dimensionales Bild aufbauen, das hinsichtlich der tatsächlichen Szene so inseinem Aufbau verzogen ist, daß ein Auswerter selbst einer Annäherung an eine Konturlinie in der tatsächlichen Szene nicht folgen kann. Ein Auswerter kann einem vorgegebenen Muster folgen und Punkte in regelmäßigen Abständen in Gebieten des Oberflächenreliefs registrieren und eine Konturkarte erzeugen, indem er den Rechner 22 bestimmen läßt, Vielehe der registrierten Punkte längs vorgegebener Konturen in dem unverzerrten Modell der Szene liegen. Zum Beispiel kann der Auswerter die Plattform 2h in einer Weise bewegen, die die schwebende Marke längs einer Vielzahl von parallelen Linien führt, und er kann die Gitterkoordinaten entweder kritischer Elevationspunkte auf diesen Linien oder von Punkten registrieren, die mit Abstand voneinander an vorgegebenen festen Intervallen auf diesen Linien angeordnet sind.

Die Fig. _J5 zeigt, daß nicht beide x- und y-Stereobild-Koordinaten von konjugierten Punkten auf jeder Stereophotographie notwendigerweise benutzt werden müssen, um die Position eines durch ein registriertes Paar konjugierter Punkte dargestellten Punktes in einem unverzerrten Modell der Szene zu berechnen. Das heißt, die Position eines Punktes in einem unverzerrten Modell der Szene kann bestimmt werden, wenn die x- und y-Stereobild-Koordinaten eines konjugierten Punktes auf einer Photographic bekannt sind und wenn die x-Stereobild-Koordinate des konjugierten Punk-

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tes auf der anderen Photographic bekannt ist. Die Fig. 3 schließt zwei Stereophotographien 14 und 16 und eine Szene oder . Landmasse 80 ein, die von den beiden Photographien dargestellt wird. Die Stereobilder 14 und 16 sind von zwei Negativildern 82 und 84 abgeleitet, die wiederum mit Hilfe zweier nicht gezeigter Kameras dargestellt sind, die in den durch Stereobild-Koordinatensysteme 86 und 88 definierten Lagen angeordnet sind. Der Koordinatenursprung des Koordinatensystems 86 definiert die Position der Kameralinse während der Bildung des Negativs 82, und der Koordinatenursprung des Koordinatensystems 88 definiert die Position der Kameralinse während der Erzeugung des Negativbildes 84. Jedes photographische Positivbild,'wie z. B. die beiden photpgraphischen Bilder 14 oder 16, gehen auf die Projektion eines Negativbildes, wie des Bildes 82 oder 84, durch die Kameralinse zurück, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist.

Wenn die Kamerakonstanten, wie z. B. die vertikale Entfernung der Kameralinse von der Filmebene in der Kamera, und die Orientirung der Kamera während des Belichtungszeitpunktes bekannt sind '. oder berechnet werden können, kann - wie die Fig. 5 zeigt - die Position irgendeines Punktes wie z. B. eines Punktes 90 auf der ^; Landmasse 80 aus der x-Stereobild-Koordinate des Punktes 90' ; und den x- und y-Koordinaten des Punktes 90" bestimmt werden. : Die Punkte 90¹ und 90" sind die Bilddarstellungen des Punktes 90!

auf den Photographien 14 bzw. l6. Die Lage des Punktes 90 in ;

der Landmasse, das heißt seine X-, Y- und Z-Koordinaten, werden j eindeutig durch den Schnitt einer Ebene 92 mit einem Objekt-Bild*

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strahl 9^ bestimmt. Es muß nurdLe x-Stereobild-Koordinate des Punktes 90^f auf der Stereophotographie 14 bekannt sein, um die Ebene 92 aufzuspannen. Das heißt, diese Ebene erstreckt sich von dem Koordinatenursprung des Stereobild-Koordinatensystems 86 durch alle Punkte auf der Stereophotographie 14, deren x-Stereobild-Koordinatenwert dem x-Stereobild-Koordinatenwert des Punktes 90' entspricht. Der Objekt-Bild-Strahl 94 erstreckt sich von dem Koordinatenursprung des Stereobild-Koordinatensystems 88 durch den Punkt 90" auf der Stereophotographie 16. Die x- und y-Stereobild-Koordinaten dieses Punktes definieren in eindeutiger Weise diesen Strahl.

Das Stereo-Auswertegerät 10 gemäß Fig. 1 kann daher abgewandelt werden, um die Koordinatenpositionen von Punkten in einem unverzerrten Modell einer Szene zu bestimmen, welche von einem Auswerter aus Interesse ausgewählt worden sind, in dem nur die x-Stereobild-Koordinaten der interessierenden konjugierten Punkte auf einem Stereobild und die x- und y-Stereobild-Koordinaten konjugierter Punkte auf dem anderen Stereobild benutzt werden. Die Registriereinrichtung 76 ist dann für die Bereitstellung der x- und y-Gitterkoordinaten konjugierter Punkte auf einem Stereobild und der x-Gitterkoordinate von konjugierten Punkten auf dem anderen Stereobild ausgelegt, wobei von der Signalverarbeitungseinrichtung 74 bereit gestellte Signale be- ^!

I nutzt werden, die die Positionen der Stellringe 58 und 62 be- j

züglich der Gitterstrukturen 66 bzw. 64 anzeigen. Diese Gitter- . koordinatenwerte können durch den Rechner 22 in Stereobild-

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Koordinatenwerte umgewandelt werden, indem die Gleichungen (l) in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben benutzt werden. Wenn die Stereophotographie bezüglich des Gitters 64 derart angeordnet ist, daß die x.j,- und y, ^-Stereobild-Koordinaten sich von den χ - und y -Gitterkoordinaten nur durch die Translatio- ;

g t> ι

nen x_Q und y_Q unterscheiden, führen die Gleichungen (l) für das Stereobild 14 einfach zu X₁₂, = χ + X₀ und y -Gitterkoordinate wird nicht registriert. Andererseits können die x-Gitterkoordinaten des Gitters 64 anstatt der wahren x-Stereokoordinaten unabhängig von der Orientierung der Stereophotographie 14 bezüglich des Gitters 64 benutzt werden. Im letzteren Falle muß die x-Gitterkoordinate in die Stereobild-Koordinate um den Wert X₀ umgerechnet werden. In beiden Fällen werden die X-, Y- und Z-Koordinatenpositionen in einem unverzerrten Modell einer ' Szene aus den drei Stereobild-Koordinaten x^, y^ und x^ mit- ! tels der folgenden Gleichungen bestimmt:

X =

^XL

Y = Υ_τ

Z = Z₁

16

^Jl6

S'x¹

16

S¹Z¹

16

worin;

S« ₌

16^C14

16 ^xl4

¹ -35-

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in dem:

= U₁I(Xr - ^X _L ) + ^bl?(^YL - ^YL ) ^{+ b}1^^ZL - ²I L 11 "L₁₄ L₁₆ 12 L₁₄ L₁₆ I? L₁₄ "L

Z* = 13,.(X₁. - X_x ) + b__o(Y_T - Υ_τ ) + b„(Z_T

Ib - O₁₁X₁₆ + a_lay_l6 + Q₁₃O₁₆

(d. .) = die Richtungscosinus νοη^',ο^¹ und

Hj sind, die die aufeinanderfolgende Drehung der x-, y- und z-Bildkoordinatenachsen der Stereophotographie darstellen, die erforderlich ist, um diese Koordinatenachsen parallel zu den x-, y- und ζ-Bildkoordinatenachsen der Stereophotographie 1^- zu legen. Die Winkel^¹, (k^x und^¹ sind einfach die Dif ferenzenÄ) _l4 -Uo _l6,

ΦIk ~fi\6 ^bzw-^i4 -^16' ^Diese Richtungscosinus können in einer

Form ausgedrück werden als:

(d-j.) = cos^¹ cosi^.¹ - sinp¹ sin^o¹ sin (d₁₂) = cos JZ^¹ sinj^.¹ + sin^ ' sin^j '

(d-,,) = sin©¹ cosK' + cos<r>' sin/-,¹ sin

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(d-_/)2) = sin^^f sin K-¹ - cosj$^f sino ^f cost»*-¹ (d^,) = cosdi ' cos O^f

Die Beziehung zwischen dem Bildkoordinatensystem jeder Photo- · graphie und dem Koordinatensystem des unverzerrten Modells wird bestimmt, indem die Gleichungen (^) in einer ähnlichen V/eise benutzt werden, wie sie oben im Zusammenhang mit den Gleichungen (2) beschrieben worden ist. Das heißt, die Stereobild- und Modellkoordinaten von Kontrollpunkten werden in die Gleichungen (3) eingesetzt, die danach für die Elemente dieser Gleichungen gelöst werden, die Lateral- oder Rotationstransformationen zwischen dem Bild- und dem Gegenstands-Koordinatensystem anzeigen. Das heif3t, die Gleichungen (^) werden für die Winkeltransformationselemente £> ,g, Φιβ* ^-if,' ίθ '* ^' ^unc^ K ' ^unc* die'lateralen Transformationselemente X_x , Y₁. , Z_T , (X₁- - X_T )

^16 ^Ll6 ^Ll6 ^Xl4 ^Ll6

und (Z₁. - Z₁- ) gelöst. Wenn diese Transformationselemente

^Ll4 ^Ll6
bekannt sind, werden die Gleichungen (3) zur Umwandlung der Stereobild-Koordinaten aller ausgewählter Punkte in die Modellkoordinaten dieser Punkte benutzt.

Da die x- und y-Stereobild-Koordinaten konjugierter Punkte auf einer Stereophotographie und nur die x-Stereobild-Koordinaten konjugierter Punkte auf der anderen Photographic zur Bestimmung der Positionen von Punkten in einem unverzerrten Modell der Szene benutzt werden, können die beiden Halb-Markierungen so konstruiert sein, daß eine fortwährende Justierung der Stereo-

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photographien zur Entfernung einer Y-Parallaxe aus dem von dem

Beobachter betrachteten drei-dimensionalen Bild nicht erforderen lieh ist. Das heißt, die beiden Halb-Markierung/58 und 62 brauchen nicht identisch zu sein. In der Pig. 4 sind verschiedene Ausführungsformen dieser Halb-Markierungen dargestellt. Die beiden Halb-Markierungen müssen in Hinblick auf die Bildung einer schwebenden Marke konstruiert werden, die ein Benutzer des Geräts für die stereoskopische Auswahl von interessierenden Punkten benutzen kann. Das heißt, die schwebende Marke muß in dem drei-dimensionalen Bild eine eindeutige x- und y-Position definieren. Andererseits braucht aber nicht jede Halb-Markierung sowohl einen eine x-Koordinate und einen eine y-Koordinate definierenden Teil für die schwebende Marke bereit zu stellen, da nur die x-Koordinaten von Punkten auf einer Stereophotographie aufgezeichnet werden. Die Pig. 4 zeigt vier Halb-Markierungen 95* 96* 98 und 100, die sowohl einen die x- als auch die y-definierenden Teil der schwebenden Marke bereitstellen, und vier Halb-Markierungen 102, 104, 106 und I08, die nur einen eine x-Koordinate definierenden Teil der schwebenden Marke bereitstellen. Jede der Marken 95 bis 100 kann zusammen mit jeder der Marken 102 bis I08 zur Bereitstellung einer sehwebenden.Marke benutzt werden, die ein Auswerter zur Identifizierung und zur . Auswahl von Punkten in einem drei-dimensionalen Bild benutzen kann. Eine der Marken 95 bis 100 würde über der Stereophotographie angeordnet, aus der sowohl die x- als auch die y-Gitterkoordinaten interessierender konjugierter Punkte entnommen werden soll, und eine der Halb-Markierungen 102 bis I08 würde

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über der Stereophotographie angeordnet, aus der nur die x-Gltterkoordinaten interessierender konjugierter Punkte registriert werden sollen. Ein Auswerter wird diese beiden Marken einander überlagert sehen, sodaß sie zur Bildung einer schwebenden Marke zu verschmelzen scheinen. Die Halb-Markierungen scheinen sich nicht zu trennen, wenn sie über konjugierten Punkten auf den Stereobildern angeordnet werden, die zum Aufbau eines drei-dimensionalen Bildes mit einer Y-Parallaxe ausgerichtet sind. Die Kreuzmuster der aus den Marken 95 bis 100 ausgewählten HaIb-Markierungen wird sich bloß scheinbar in Reaktion auf die Einführung der Y-Parallaxe in das drei-dimensionale Bild längs der Linie bewegen, die die aus den Markierungen.102 bis 108 ausgewählte Halb-Markierung darstellt. Die Halb-Markierungen 104 bis 108 geben eine y-Bezugsmöglichkeit für den Auswerter, wenn dieser eine y-Koordinate registrieren möchte. Diese y-Bezugsmöglichkeit ist durch eine oder mehrere Unterbrechungen in den Linien gegeben. Diese Unterbrechungen geben eine y-Koordinaten-Information, wenn diese Linien nur mit einem Auge betrachtet werden.

. · ■ ι Der Vorteil dieser Konstruktion liegt in der Physiologie des menschlichen Sehens begründet. Wenn zwei durch die Optik des Geräts betrachtete konjugierte Bilder in Y-Richtung leioht gegeneinander verschoben sind, können die Augen in entsprechen'-der Weise akkommodieren und so die Stereoverschmelung der Bilder aufrecht erhalten. Wenn bei Benutzung von üblichen Ifelb-Markierungspunkten deren Y-Trennabstand sich von aem der konju-

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gierten Bildflächen unterscheidet, befinden sie sich nicht über konjugierten Punkten und der Auswerter nimmt eine Y-Parallaxe wahr. Daher hilft ihm die oben erwähnte Fähigkeit zur Y-Akkomrnodation nicht; er muß vielmehr den Y-Justierapparat 42 betätigen, um die Y-Parallaxe zu entfernen, die er in den Markierungen sieht. Bei der neuen Markierungsausbildung ist die schwebende Marke nicht in der Y-Richtung definiert. Daher sieht der Auswerter bei Verschiebung der Photographien in der Y-Richtung keine Y-Parallaxe. Dafür scheint das X-Segment des Kreuzes senkrecht zur schwebenden Linie an einem Punkte zu liegen, der nicht der Mittelpunkt der schwebenden Linie ist. Der Auswerter braucht nur die gesamte Bezugsfläche in Y-translatorisch zu bewegen, um mit der Markierung auf ein Bild zu zeigen.

Daher muß eine differenzielle Justierung der Halb-Markierungen in der Y-Richtung aur Entfernung der Y-Parallaxe viel weniger häufig durchgeführt werden als das bei Benutzung üblicher Halb-Markierungs-Muster der Fall ist; nur wenn die Y-Parallaxe für eine anstrengungsfreie Y-Akkommodation der Augen zu groß wird oder wenn das X-Segment des Kreuzes sich über das Ende der schwebenden Linie hinaus bewegt, ist eine derartige Justierung erforderlich.

Die Fig. 5 zeigt ein Stereo-Auswertegerät HO, dessen Konstruktion einem Auswerter die Auswahl von Punkten aus einem Modell ι erlaubt, die längs einer Kontur in der tatsächlichen Szene liegen. Das Stereo-Auswertegerät 110'schließt einen Rüokkoppelungs-

-40-

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kreis mit einer Steuereinheit 114 und einem Motor 116 für die Betätigung des Zahnstangengetriebes 44 und einem Rückkoppelungs-Signalgenerator 117 ein, der den Betrag der vom Motor 116 durchgeführten Bewegung anzeigt. Dieser Rückkoppelungskreis empfängt · die berechneten Koordinaten von Positionen, welche Koordinaten von dem Rechner 22 abgegeben werden, und erzeugt ein Signal für einen Auswerter, das ihm anzeigt, ob er Punkte auswählt, die auf einer vorgewählten Kontur in dem unverzerrten Modell liegen, oder nicht. Der Auswerter ist daher in der Lage, Punkte längs dieser Kontur auszuwählen, obwohl ihm nicht ein unverzerrtes Bild dieser Szene zur Verfugung steht. Um daher dieses Signal zu erzeugen, welches anzeigt, ob der Auswerter einer vorgegebenen Kontur folgt oder nicht, wird die Beziehung zwischen den Gitterkoordinaten, den Stereobild-Koordinaten und dem Koordinatensystem des unverzerrten Modells vor dem Beginn des Plottens bestimmt, indem die Halb-Markierungen 58 und 62 über signalisierte Anfangsmarken und Kontrollpunkte auf den beiden Stereobildern angeordnet werden und die Beziehungen zwischen den mehreren Koordinatensystemen in der oben beschriebenen Weise berechnet werden. Der Rechner 22 kann dann die Lage in einem unverzerrten Modell einer Szene eines jeden von einem registrierten Paar konjugierter Punkte dargestellten Punktes sofort nach der Registrierung der Gitterkoordinaten des konjugierten Punktepaares berechnen.

Die berechneten Positionen werden dann an die Steuereinheit weitergeleitet, die das Einführen einer X-Parallaxe in das von

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dem Auswerter betrachtete drei-dimensionale Bild veranlaßt, wenn die berechnete Überhöhung eines Punktes von der Überhöhung einer vorgegebenen Kontur abweicht.

Um diese Einführung einer X-Parallaxe in das drei-dimensionale Bild zu erreichen, ist die Steuereinheit Il4 für die Bestimmung des Unterschiedes zwischen der berechneten Überhöhung eines Punktes und einer Konturüberhöhung ausgelegt, die zuvor von dem Auswerter mittels Kontrollsignale von der Steuereinheit 78 her eingegeben worden ist. Die Steuereinheit 114 bewirkt eine Verschiebung der Stereophotographie 16 in einer durch die Richtung des Überhöhungsfehlers bestimmten Richtung. Wenn die berechnete Überhöhung eines Punkces kleiner ist als die vorgegebene Konturüberhöhung, wird die Stereophotographie 16 von der Stereophotographie 14 fortbewegt. Auf gleiche V/eise wird bei einer Überhöhung eines Punktes, welche höher ist als die vorgegebene Konturüberhöhung, die Stereophotographie 16 auf die Stereophotographie l4 zubewegt. Die Bewegungsweite der Stereophotographie ist in jedem Fall dem Überhöhungsfehler zwischen dem Punkt und der vorgewählten Kontürüberhöhung proportional. Die Bewegung der Stereophotographie wird durch den Motor II6 bewirkt, der zur Bewegung des Trägers 36 und damit der auf ihm angeordneten Stereophotographie 16 und des Gitters 66 das Zahnstangengetrie- _; be 44 antreibt. Der Generator 117 erzeugt RUckkoppelungssignale · für die Steuereinheit 114, um die von dem Motor II6 bewirkte Bewegungsweite anzuzeigen. Die Steuereinheit 114 wird so lange i eine Bewegung der Stereophotographie l6 zulassen,, bis sie ein

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ausreichendes Signal vom Signalgenerator 117 erhält, das anzeigt, daß die Stereophotographie um eine in ihrem Wert dem Oberhöhungsfehler entsprechende Strecke bewegt worden ist.

Das Vorhandensein einer kleinen X-Parallaxe in dem vom Auswerter betrachteten drei-dimensionalen Bild kann dadurch festgestellt werden, daß die schwebende Marke scheinbar über der Oberfläche des drei-dimensionalen Bildes schwebt oder in die Oberfläche eingegraben zu sein scheint. Dieser Zustand zeigt ihm an, daß er Punkte aus dem drei-dimensionalen Bild auswählt und registriert, die leicht gegenüber der ausgewählten Kontur in dem unverzerrten Modell der Szene versetzt sind, und er muß diesen Zustand korrigieren, indem er die Plattform mit Hilfe der in ihrer Bewegungsfreiheit beschränkten. Kugel JO bewegt, sodaß die schwe bende Marke scheinbar erneut Kontakt mit der Oberfläche des drei-dimensionalen Bildes bekommt. Indem er in hinreichend schnell aufeinanderfolgenden Intervallen Pehleranzeigesignale der Steuereinheit 114 zuleitet, stellt der Berechnungsapparat 22 sicher, daß die Überhöhungsfehler immer innerhalb annehmbarer kleiner Fehlergrenzen gehalten werden. Da die berechneten Lagen auch dem graphischen Ausgabegerät 23 zugeleitet werden, erzeugt das Stereo-Auswertegerät 110 auf diese Weise eine unverzerrte Konturkarte einer Szene, ohne daß die beiden Stereobilder zum

Aufbau eines unverzerrten drei-dimensionalen Bildes der Szene ·

orientiert werden müssen, bevor ein Auswerter mit der Registrie rung von Koordinaten beginnen kann. ;

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Es ist klar, daß die Steuereinheit 114 das Überhöhungssignal auch auf andere Weise erzeugen kann, z. B. indem sie zwei Lampen zur Anzeige eines positiven oder negativen Überhöhungsfehlers aufleuchten läßt, wobei die Richtung jedes Fehlers durch eine unterschiedlich gefärbte Lampe angezeigt wird. In diesem Falle wird die Motoreinrichtung 116 nicht gebraucht. Die Lampen werden derartig in dem Auswertegerät angeordnet, daß der Auswerter ihr Licht sehen kann, während er das drei-dimensionale Modell durch den binokularen Betrachtungsapparat betrachtet. Er justiert die X-Parallaxe oder die Lage der schwebenden Marke von Hand aus, um auf diese Weise die schwebende Marke in Berührung mit der wahrgenommenen Oberfläche des drei-dimensionalen Bildes in einer Lage zu halten, die nicht zu einem Aufleuchten einer der Lampen führt.

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Claims (1)

1. Dr. Ire. H. Nor."dank · Dip! In?.^. Η·-·.;.'·; - P.ir:l Pnvs. W. f-htiitz Dipl. Inc. E. Orcal/i-Dir.·.'.-·η. V/. V/iN-.n 8 Wüschen 2. C.^v.-i:irs3e 25 Telefon 5380586

   The Bendix Corporation

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   Bendix Center 28. Februar 197 2

   Southfield, Mich. 48075, USA Anwaltsakte M-2055

   Patentansprüche

   ^fl ^) Verfahren zur Bestimmung der Koordinatenpositionen ausgewählter Punkte in einem unverzerrten Modell einer Szene, wobei die Punkte aus einem drei-dimensionalen Bild der-Szene ausgewählt werden, das verzerrt sein kann und das zur Verringerung der Verzerrungen in einer Fläche des Bildes während der Punktauswahl verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stereobilder der Szene bereitgestellt werden, beide Stereobilder zum Aufbau eines drei-dimensionalen Bildes der Szene gleichzeitig betrachtet werden, wobei das drei-dimensionale Bild eine Ansammlung von Bildpunkten darstellt, welche Jeder für sich von je einem konjugierten Punkt auf jedem der Stereobilder gebildet wird, im dreidimensionaler Bild interessierende Punkte, Linien und Flächen ausgewählt werden, eine Registrierung der Bildpositionen der konjugierten Pun--:tepa.are erfolgt, die ausgewählte Punkte

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   Linien und Flächen des drei-dimensionalen Bildes bilden, und die registrierten Bilaposifcionen zur- Berechnung der Koordinaten- ^! Positionen in einem unveraerrten Modell der Bzene für Bildpunkte, -linien und -flächen berechnet werden, die durch die registrierten Paare von konjugierten Punkten dargestellt werden.

   daaurch gekennzeichnet, 2. Verfahren na cn Anspruch 1,/das"» weiterhin aus den berechneten Koordinatenpositionen eine zwei-dimensionale, graphische Darstellung eier unverzerrten Szene abgeleitet wird.

   3' Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Koordinatenpositionen in einem unverzerrten Modell für jedes ausgewählte konjugierte Punktepaar entweder nach einer Registrierung der Bildpositionen aller ausgewählter konjugierter Punktepaare oder sofort nach Auswahl des Punktepaares erfolgt, um eine Echtzeit-Darstellung des unverzerrten Modells zu ermöglichen.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Kontrollsignale in die Registrierung der Stereobild-Koordinaten eingefügt werden, die die Klassifikation der registrierten Punktepaare anzeigen.

   :5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl von interessxerenuen Punkten, Linien und Flächen die Bereitstellung einer schwebenden Marke für die

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   stereoskopische Identifizierung und Auswahl Von in dem dreidimensionalen Bild interessierenden Punkten, Linien und Flächen einschließt.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schwebende Marke längs einer Vielzahl paralleler Linien zur Auswahl von auf diesen Linien liegenden Punkten, bewegt wird und daß die Berechnung den Gebrauch der Bildpositionen von längs dieser Linien liegenden ausgewählten Punkten zur Berechnung der X- und Y-Modellkoordinatenwerte der Punkte einschließt, die längs vorbestimmter Konturen des Modells an vorgegebenen Intervallen liegen.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Spur der als interessierend ausgewählten Punkte, Linien und Flächen geformt wird, welche Spur es dem Auswerter¹ ermöglicht, die registrierten Punkte, Linien und Flächen zu erkennen.

   8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß weiterein Bild hin dem drei-dimensionalen Bild/der Spur überlagert wird.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn-

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   \ zeichnet, daß ein erstes Koordinaten-Meßsystem für ein Stereo- ! bild und ein zweites Koordinatensystem für ein anderes Stereo4 bild bereitgestellt werden, eine Registrierung der Koordinaten konjugierter Paare von Punkten erfolgt, die die ausge-

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   wählten Bxldpunkte bilden, eines der Stereobilder relativ zum anderen bewegt wird, während gleichzeitig eine feste räumliche Beziehung zwischen jedem Stereobild und dem jedem Stereobild zugeordneten Koordinaten-Meßsystem aufrecht erhalten wird, wobei die Relativbewegung dem Auswerter eine Veränderung der Stereoqualität des drei-dimensionalen Bildes und eine Stereo-Verschmelzung in der betrachteten Fläche des drei-dimensionalen Bildes ermöglicht, und dadurch daß die registrierten Koordinaten zur Berechnung der Koordinatenpositionen in einem unverzerrten Modell der Szene für Bildpunkte benutzt werden, die von registrierten Paaren konjugierter Punkte dargestellt werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung von Bildkoordinaten die Bestimmung der Positionen von Punkten des einen Stereobildes in dem ersten Koordinaten-Meßsystem, die Bestimmung von Positionen von Punkten des anderen Stereobildes in dem zweiten Koordinaten-Meßsystem, die Bestimmung der relativen Positionen des einen Stereobildes und des ersten Meß-Koordinatensystems und die relativen Positionen des al deren Stereobildes und des zweiten Meß-Koordinatensystems und die Umwandlung der Positionen in den MeS-Koordinatensystemen in Stereobild-Koordinatenposition einschließt, die bezüglich vorgegebener Bezugspunkte auf den Stereobildern bestimmt werden.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellung des ersten und zweiten Bezugskoordinaten-Meß-

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   systems die Befestigung eines ersten Bezugs-Gittersystems für einetj der Stereobilder und das Befestigen eines zweiten Bezugs-Gitterpystems i'ür das andere der Stereobilder einschließt und die Umwandlung der Koordinatenpositionen in dem Koordinaten-Meßsystem in Stereobild-Koordinatenpositionen mit Hilfe der Formel:

   χ ~ ;<. ccs Q + ν sin Q + r.
   y = -x _ π in Q + y cos θ +

   erfolgt, deren Symbole in der Beschreibung definiert, sind.

   12. Verfahren nanh Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung von Gitterkoordinaten konjugierter Punktepaare so erfolgt, da 3 die x- und y-Stereobild-Koordinate konjugierter Punkte registriert werden.

   1;5. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das drei-dimensionale Bild einer X-Paralla;:e von mäßigem Ausmaß au five is en kann, dadurch gekennzeichnet, άο3 eine schwebende Marke bereitgestellt wird, indem eine erste Halb-Markierung für die Identifizierung von Punkten auf einem der Stereobilder bereitgestellt wird, die in ihrer Formgebung sowohl einen x-Koordinaten definierenden als auch einen y-Koordinaten definierenden Teil der schwebenden Marke darstellt, und eine zweite Halb-Markierung für die Identifizierung von interessierenden Punkten auf dem anderen der Stereobilder bereitgestellt wird, die in ihrer Formgebung

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   nur eiiion die x-Koordinate definierenden Teil der schwebenden Marke darstellt, wobei die beiden Halb-Markierungen eine schwebende Harke aufbauen, die Punkte in dem drei-dirnensionalen Bild identifizieren kann, wenn die Stereobilder so orientiert werden, daß sie ein drei-dimensionales Bild mit einer y-Paral L.-j.xe mäßigen Ausmai3es aufbauen, und wenn die HaIbilarkierutigen über konjugierten Punkten auf den beiden Stereobildern angeordnet werden, und die die Bildpositionen von die aus_t.ewänlten Bildpunkte bildenden konjugierten Punkten bestimmen kann.

   14. Verfahren nach Anspruch lj>, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halb-Markierung eine gerade Linie darstallt, die im Wesentlichen senkrecht zur Augenbasis eines Auswerters angeordnet wird, der Cas drei-dimensionale Bild in üblicher v/eise beerachtet.

   13. Verfahren nach Anspruch Ij5 oder lh, dadurch gekennzeichnet, iaf3 die zwei ce Halb-Marklerung eine unterbrochene gerade Linie ist, wobei die Unterbrechung eine y-Koordinatenposition definiert, wenn die zweite Halb-Markierung alleine betrachtet wird.

   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis \j, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Stereobild-Koordinaten der konjugierten I unkte die iz- und y-Stereobild-Ko;ordinaten konjugierter Punkte auf dem einen Stereobild und die ;c-Stereoblld-Kjordina-.en von konjugierten Punkten auf dem ande-

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   ren Stereobild bestimmt werden. .

   17. Verfahren nach Anspruch 12 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Koordinatenpositionen in einem unverzerrten Modell für durch Paare konjugierter Punkte dargestellter Bildpunkte gemäß den folgenden Gleichungen erfolgt:

   = X. + Sx¹, ,r

   i-i, r JLU

   L₁₆ 16

   worin die X-Acnse des Koordinatensystems für die obigen drei Formeln parallel zur Augenbasis eines das drei-dimensionale Bild in üblicher V/eise betrachtenden Betrachters ist, die Z-Aciise des Koordinatensystems senkrecht zur X-Achse ist, und die Überhöhung in dem drei-dimensionalen Bild definiert, die Y-Achse des Koordinatensystems sowohl auf der X-Achse als auf der Z-Achse steht und alle Symbole bereits in der Beschreibung definiert worden sind.

   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, das für die Anzeige von auf einer vorgegebenen Kontur in dem unverzerrten Modell liegenden Punkte verwendet wird, dadurcn gekennzeichnet, daß die Stereobild-Koordinaten zur Berechnung der Koordinatenposition eines Bildpunktes in einem unverzerrten Modell der S/.ene sofort nach der Auswahl des Bildpunktes benutzt werden, und ein Signal zur An^eitse der Beziehung der Überhöhung der berechneten Koordiriatenposition des einen BiId-

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   punktes zur Überhöhung einer ausgewählten Kontur erzeugt wird.

   19. Verfahren nach Anspruch Ic, dadurch gekennzeiclmet, dai? bei der Urzeugung eines Signals zur Anzeige der Be,::,iehmv; der berechneten Überhöhung und der vorgegebenen Überhöhung ein ersten Signal erzeugt wird, das anzeigt, da3 die berechnete Überhöhung größer ist als die vorgegebene Überhöhung, und ein zweites oijnal erzeugt wird, das anzeigt, da3 die berechnete Überhöhung kleiner als die vorgegebene Überhöhung ist.

   20. Verfahren nach den Ansprüchen 5* 13 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung eines Signale zur Anzeige der Beziehung zwischen der berechneten und der vorgegebenen Überhöhung eine Relativbewegung zwischen dem einen Stereobild und einer der Halb-Markierungen erfolgt, um die scheinbare Überhöhung der schwebenden Marke zu verändern, wobei die Relativbewegung eine Bewegung ist, die zu einem Anwachsen der scheinbaren Überhöhung der schwebenden Marke führt, wenn die berechnete Überhöhung größer ist als die vorgegebene Überhöhung, und zur Abnahme der scheinbaren Überhöhung der schwebenden Marke führt, wenn die berechnete Überhöhung kleiner als die vorgegebene Überhöhung ist.

   21. Stereo-Auswertegerät, das Koordinatenpositionen von ausgewählten Punkten in einem unverzerrten Modell einer Szene aus einem drei-dimensionalen Bild bestimmt, das entweder verzerrt oder nicht verzerrt sein kann, emä2 dem Verfahren nach eintv-.i

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   der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch Plattformen (j>4; ~j>6) zum Halten zweier Stereobilder (1Λ;l6)_} einen Betrachtungsapparat (18) zum Aufbau eines drei-dimensionalen Bildes aus den beiden Stereobildern und zur Betrachtung verschiedener Punkte, Linien und Flächen des drei-dimensionalen Bildes, wobei das drei-dimensionale Bild eine Ansammlung von Bildpunkten darstellt und jeder dieser Bildpunkte von zwei konjugierten Punkten auf den beiden Stereobildern gebildet ist, zwei HaIb-Markierungen (58;62) für die Auswahl einzelner in dem dreidimensionalen Bild interessierender Punkte und Linien und Flächen definierender Punktereihen, einen Apparat (76) zur Registrierung der Bildpositionen von die ausgewählten Bildpunkte, -linien und -flächen in dem drei-dimensionalen Bild bildenden konjugierten Punktepaaren, einen Berechnungsapparat (22), der die registrierten Bildpositionen zur Berechnung der Koordinatenpositionen in einem unverzerrten Modell der Szene für durch die registrierten Paare konjugierter Punkte dargestellter Bildpunkte, -linien und -flächen und durch einen Zeichenapparat (23), der zur Erzeugung einer zwei-dimensionalen graphischen Darstellung der unverzerrten Szene mit dem Bewegungsapparat verbunden ist.

   22. Stereo-Auswertegerät nach Anspruch 21, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch '-j, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsapparat (22) entweder für die Berechnung der Koordinatenpositionen in dem unverzerrten Modell für jeden ausgewählten Punkt nach Auswahl aller interessierender Punkte

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   und nach Registrierung der Stereobild-Koordinaten konjugierter Punlctepaare durch die Ragistriereinriehtung (76), welche Punktepaare die ausgewählten Punkte, Linien und Flächen bilden, programmiert ist oder für ein sofortiges Ansprechen auf die registrierten Bildpositionsn und für die Bereitstellung einer Echtheit-Darstellung der Koordinatenpositionen eines jeden ausgewählten Bildpunktes, einer derartigen Blldllnie und einer derartigen Bildfläche in einem unver.4errten Modell der Szene programmiert ist,

   23. Stereo-Ausv/ertegerät nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (jS) sum Einfügen von Kontrollsignalen in die Registriereinrichtung (76) für die Bildpositionen vorgesehen isc.

   24. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb-Markierungen (J53;62) eine schwebende Marke zum stereoskopischen Identifizieren und Auswählen von in dem drei-dimensionalen Bild interessierenden Punkten, Linien und Flächen bereitstellen und daß die Registriereinrichtung (76) automatisch die Bildpositionen von konjugierten Punktepaaren, die einen durch die schwebende Marke identifizierten Bildpunkt bilden, immer dann registrier^ wenn die schwebende Marke um eine vorgegebene Strecke bewegt worden ist.

   25. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß es einen rückziehbar gelagerten

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   Schreibstift (4o) aufweist, der eine Spur von als interessierend ausgewählten Punkten, Linien und Flächen auf einem Schreibpapierblatt (38) erzeugt, wobei die Spur die relative Bewegung der Stereophotographie (l6) bezüglich des Betrachtungsapparates (18) darstellt.

   20. Stereo-Auswertegerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrachtungsapparat (l8) für eine Überlagerung des drei-dimensionalen Bildes mit einem Bild der Spur ausgelegt ist.

   27. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste mit einem ersten Stereobild (14) zum Aufbau eines ersten Koordinaten-Meßsystems befestigte Gittereinrichtung (64) und eine zweite an einem zweiten Stereobild (l6) zur Bereitstellung eines zweiten Koordinaten-Meßsystems befestigte Gittereinrichtung (66) aufweist und daß der Berechnungsapparat (22) auf die Stereobild-Koordinaten für die Berechnung der Koordinatenposition der ausgewählten Bildpunkte in einem unverzerrten Modell der Szene anspricht.

   28. Stereo-Auswertegerät nach den Ansprüchen 21 und 27» dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel (42;44) für eine Relativbe- ! wegung zwischen einem Stereobild (l6;l4) und wenigstens einem Teil (58;62) des Betrachtungsapparates (l8) aufweist, wäh- j rend eine feste räumliche Beziehung zwischen dem anderen i

   Stereobild (I4;l6) und wenigstens einem Teil (62;58) des j

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   Betrachtungsapparates, zwischen einem Stereobild und dem ersten Koordinaten-Meßsystem (64) und zwischen dem anderen Stereobild und dem zweiten Koordinaten-Meßsystem (66) aufrecht erhalten bleibt, wobei die Bewegungsmittel, damit einen Auswerter in die Lage versetzen, die Stereoqualität zu verändern und eine Stereoverschmelzung in der betrachteten Fläche des drei-dimensionalen Bildes zu erzielen.

   29. Stereo-Auswertegerät nach Anspruch 2? oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stereobild (14) und die erste Gittereinrichtung (64) beweglich (42) auf einem ersten Bildträger (34) und daß das zweite Stereobild (l6) und die zweite Gittereinrichtung (66) beweglich (44) auf einem zweiten Bildträger angeordnet sind.

   3>0. Stereo-Auswertegerät nach Anspruch 29* dadurch gekennzeichnet, daß ein ersten Zahnstangengetriebe (42) für die Bewegung des ersten Trägers (54) längs einer ersten Achse (Y) des Stereo-Auswertegeräts (lO) und daß ein zweites Zahnstangengetriebe (44) für die Bewegung des zweiten Trägers (56) längs einer zweiten Achse (X) vorgesehen sind, wobei die zweite Achse (X) senkrecht auf der ersten Achse (Y) des Stereo-Auswertegeräts steht.

   pl. Stereo-Auswertegerät nach den Ansprüchen 25 und 29* dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bildträger (56) auch ein Zeichenpapierblatt (38) trägt.

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   32. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, da 3 der erste Bildträger (34) und d6r zweite Bildträger (36) beweglich (42;44) auf einer Fläche oder Plattform (24) gelagert sind, welche wiederum auf einem Tisch (26) mittels Lenkrollen (28) beweglich gelagert ist.

   33· Stereo-Auswertegerät nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fläche oder Plattform (24) mit einer in ihrer Bewegungsfreiheit beschränkten Kugel (30) verbunden ist, die ein das Gerät Bedienender bewegt, um die beiden Stereobilder (l4;l6) bezüglich des Betrachtungsapparates (18) zu bewegen.

   34. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 21 bis 33» dadurch gekennzeichnet, daß der Betrachtungsapparat ein binokularer (46;48) Betrachtungsapparat für das gleichzeitige, Betrachten der beiden Stereobilder ist, wobei der binokulare Apparat einö Augenbasis für das Stereo-Auswertegerät (lO) definiert, und daß die Bewegungsmittel (42;44) Mittel (44) zur Bewegung eines der Stereobilder (l6) in einer zu der Augenbasis parallelen Richtung aufweisen. ·

   35. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stereobilder (l4;l6) im Wesentlichen in einer Ebene gehalten sind und daß die Bewegungsmittel (^!-'.2;44) Mittel (42) zur Bewegung eines der Stereobilder (14) im Wesentliehen senkrecht zu der Augenbasis und in der Ebene aufweisen.

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   36. Stereo-Auswertegerät nach den Ansprüchen 21 und 24, dadurch gekennzeichnet., daß die schwebende Marke zur Identifizierung von in dem drei-dimensionalen Bild interessierenden Punkten eine erste Halb-Markierung (58) für die Identifizierung von Punkten auf einem der Stereobilder (l6) aufweist,, die so geformt ist, daß s%e sowohl einen X-Koordinaten definierenden und einen Y-Koordinaten definierenden Teil (95;96j 98;100) der schwebenden Marke bereitstellt, und eine zweite Halb-Markie-(62) für die Identifizierung von auf dem anderen Stereqfl4j> interessierenden Punkten aufweist, die sq. gefqrm,t ist, daß sie nur, einen X-Koordinaten definierenden Teil (1Q2; \04;_t 10,6$ 108) der schwebenden Marke bereitstellt, wqbei die beiden Halb-Markierungen eine schwebende. Marke bereitstellten, die Punkte, in dem drei-dimensionalen Bild identifizieren kann* wenn 3i^e Stereobilder so orientiert sind, daß sie ein. dr.e.idiimensionales Bild mit einer Y-Parallaxe von mäßigem Ausm.aß a,ufbauen, und wenn die beiden Halb-Markierungen über kp.nju-Punkten auf den beiden Stereobildern angeordnet sind.

   37· Stereo-Auswertegerät nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halb-Markierung (62) eine sich im Wesentlichen senkrecht zu der x-Achse erstreckende, unterbrochene gerade Linie ist, wobei die Unterbrechung eine y-Koordinatenposition definiert, wenn die zweite Halb-Markierung nur alleine betrachtet wird.

   58. Stereo-Auswertegerät nach einem der Ansprüche 21 bis 37* zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche l8 bis

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   309817/0200 bad ORiaiNAt

   2Q₁ zur Anzeige, ob die Punkte auf einer ywgegebenen Kpntur in defn unverzerrten Modell liegen* 4a4upQh daß einen Riiekkoppeluiigskrels zwischen dem (22) und dem den Träger (36) bewegenden (44) einschließt^ wobei der Rtiekkoppelynggkpets einheit (U^)i einen Motor (U6) ^ur Bewegung 4e§ getriebe^ (44) und einen RUckkQPP§3-ung§,sign^ige.nejP§.top 4er 4aß Au§maiß der you dej? Mol©?' (J-J-6) g an2e|g|_t

   BAD ORiOINAL

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