DE2654759A1

DE2654759A1 - Verfahren und geraet zur stereoskopischen messung unter verwendung eines dreidimensionalen bildes

Info

Publication number: DE2654759A1
Application number: DE19762654759
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kano
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-11
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1978-02-16
Also published as: FR2361631A1; NL7612655A; CH617266A5; US4099880A; GB1548960A

Description

Verfahren und Gerät zur stereoskopischen Messung unter Verwendung eines dreidimensionalen Bildes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur stereoskopischen Messung eines tatsächlichen Tiefenwertes eines Gegenstands durch dessen dreidimensionales Bild, welches von zwei stereoskopisch fotografierten Filmen unter Verwendung dreier Faktoren gewonnen wird, das sind das Zentrum der optischen Achse einer Röntgenröhre oder einer Kamera/ Abstand von einem ersten fotografischen Punkt zu einem zweiten fotografischen Punkt und Abstand der Röntgenröhre oder der Linse zum Film.

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ORIGINAL INSPECTED

Bekannte Verfahren zur Erzielung eines dreidimensionalen Bildes von zwei stereoskopisch fotografierten Filmen sind das Linsenrasterverfahren, das Polarisationsverfahren, das Komplementär-Farbverfahren etc., durch welche eina stereoskopische Betrachtung des dreidimensionalen Bildes ermöglicht wird.

Bei konventionellen Verfahren werden die Strecken in den Richtungen der drei Dimensionskoordinaten (Achsen x, y und z) in Bezug auf das dreidimensionale Bild, welches durch das oben angegebene Verfahren erstellt wird, errechnet oder gemessen. Dies wird mit nachfolgenden Verfahren ausgeführt, das sind ein Verfahren zum Messen und Vergrößern des Abstands auf einem Film oder Druckpapier, ein Verfahren zur Messung durch Aufzeichnung der Koordinaten der Achsen χ und y eines maßstabsmäßig verkleinerten Bildes auf einem bestimmten Teilungsbogen und grafische Abbildung des Bilds in Bezug auf bekannte und vorher errechnete Punkte oder ein Verfahren zur Messung des Abstands basierend auf einem Bild eines optischen Filmes. Bei all diesen konventionellen Verfahren ist es notwendig, bekannte Punkte des Gegenstands auf einem fotografischen Bild festzulegen und im voraus die Abstände der obigen Punkte in den Richtungen der x-, y- und z-Achsen am Gegenstand zu messen. Jedoch ist es beim Messen innerer Lokalitäten des Gegenstands, wie einem Gehirn oder einem metallischen Gußprodukt, also von Abständen zwischen mehreren Punkten im dreidimensionalen Raum, unmöglich, einen genauen Abstand zu messen, da ein vorheriges Festlegen der Punkte, welche die Bezugspunkte für die Messung darstellen, und vorheriges Messen der Abstände dieser Punkte entlang den xr#y-und z-Achsen unmöglich ist.

Andererseits ist es jedoch möglich, ein dreidimensionales Bild zu erstellen und diese dimensionale Messung auszuführen, welche ei-

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ne genaue Messung des Abstands und der Position der Punkte an einem Gegenstand durch Messung des Abstands und der Position der Punkte auf dem dreidimensionalen Bild erlaubt. Dazu ist ein deutliches und genaues dreidimensionales Bild erforderlich. Der bekannte Projektor zur Erzielung eines dreidimensionalen Bildes ist wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut und es ist nicht möglich mit diesem ein deutliches und genaues dreidimensionales Bild zu erzeugen. Dazu werden, wie aus Fig. 1 ersichtlich, ein linker Filmträger 3 und rechter Filmträger 4 benötigt, auf welchem der stereoskopisch fotografierte linke Film 1 und der rechte Film 2 gelegt werden, und v/erden die linke Kondensorlinse 5 und die rechte Kondensorlinse 6, wie beispielsweise Fresnellinsen, unter dem linken und rechten Filmträger 3 und 4 angeordnet und werden weiter unterhalb der Kondensorlinsen 5 und 6 eine linke Lichtquelle 7 und eine rechte Lichtquelle 8 vorgesehen. Die linke Linse 9 und die rechte Linse 10 werden in den Brennpunkten der Kondensorlinsen 5 und 6 über den Filmträgern 3 und 4 angeordnet und der linke erste Spiegel 11 und der rechte Spiegel 12, welche zur Umlenkung der optischen Achse in die Horizontalrichtung um 45 geneigt sind, werden gegenüber den Linsen 9 und 10 angeordnet. Der linke zweite Spiegel 13 und der rechte zweite Spiegel 14 sind verschiebbar in Mittenstellungen zwischen dem linken ersten Spiegel 11 und dem rechten ersten Spiegel 12 angeordnet und ändern die Richtung der optischen Achse nach oben. Der dritte Spiegel 16 lenkt das Licht von den zweiten Spiegeln 13 und 14 zum Schirmbild 15. Der linke Polarisationsfilter 17 und der rechte Polarisationsfilter 18, welche das durch die Filme 1 und 2 strahlende Licht polarisieren, sind zwischen den ersten Spiegeln 11 und 12 und den zweiten Spiegeln 13 und 14 vertikal ausgerichtet angeordnet. Bei die-

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sen konventionell aufgebauten Geräten werden die Bilder des linken Films 1 und des rechten Films 2 auf den Bildschirm 15 projiziert, wobei die Bilder, wie aus Fig. 1 ersichtlich, nicht überein ander fallen. Falls die zv/eiten Spiegel 13 und 14 verstellt werden, so daß die Bilder vollständig aufeinanderliegen und jegliche Abweichung ausgeschlossen wird, werden die Bilder gegen die rechten und linken Seitenränder verzerrt. Wenn ein solches Bild durch Polarisationsgläser betrachtet wird, kann nur ein verzerrtes und aus dem Brennpunkt liegendes dreidimensionales Bild beobachtet werden, welches für eine genaue dreidimensionale Messung nicht verwendbar ist. Dies ist deswegen der Fall, da die Messpunkte, welche auf dem rechten und linken Film fotografiert sind auf dem dreidimensionalen Bild nicht übereinstimmen oder in Abweichung zu den Originalstellungen projiziert werden, da das Vergrößerungs- und Kontraktionsverhältnis eines jeden Teiles des Bildes sich unterscheidet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gerät zur leichten und genauen Messung einer in konventioneller Weise nicht meßbaren Position oder Abstands in einem dreidimensionalen Raum basierend auf dreidimensionalen Bildern zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Messung des wahren Werts (tatsächlichen Werts) einer Position auf einer Strecke in den dreidimensionalen durch stereoskopische Fotografie des Subjekts erzielten Bildern in Bezug auf drei Grundfaktoren, das sind das Zentrum der optischen Achse einer Röntgenröhre oder einer Kamera,.welche von den Filmen zur Zeit der stereoskopischen Fotografie indiziert wird (indexed), der Abstand vom ersten fotografischen Punkt zum zv/eiten fotografischen Punkt und der Abstand von der Röntgenröhre oder den Linsen zum Film, während ,

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der Beobachtung der obigen stereoskopisch fotografierten Filme.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Zentrum der optischen Achse ohne Abweichung auf einen Film bei stereoskopischer Fotografie zu geben und sie auf dem stereoskopisch fotografierten Film aufzuzeichnen und zu registrieren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Projektor mit einem Halbspiegel zu schaffen, so daß durch perfekte Ausrichtung der durch jeden Film gelangenden optischen Achsen ein klares und genaues dreidimensionales Bild erzielt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Figurenzeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufbau der Optik eines konventionellen Gerätes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Geräts zur stereoskopischen Fotografie nach Maßgabe der Erfindung,

Fig. 3 ein Lineardiagramm zur Erläuterung der Gleichungen,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Filmhalters,

Fig. 5 eine grobe Prinzipzeichnung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes sowie

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Fig. 6 einen Aufbau der Optik nach Maßgabe der Erfindung.

Im nachfolgenden wird das erfindungsgemaße Messverfahren beschrieben.

In Fig. 2 wird der Abstand zwischen den Punkten A und B des über dem Film 19 angeordneten Gegenstands 20 gemessen. Wenn der Röntgenstrahl auf den Gegenstand 20 vom ersten fotografischen Punkt O₁ mit einem fotografischen Abstand F zum Film 19 geworfen wird, bildet das Bild des Punktes x„- an der Senkrechten, welche sich vom ersten fotografischen Punkt 0. erstreckt, das Zentrum der Lichtachse ohne Abschrägung ab und die Punkte A und B werden schräg als die Punkte A. und B₁ fotografiert. Dann wird der Film 19 ersetzt und die Röntgenröhre wird um den Abstand d parallel zum Film 19 vom ersten fotografischen Punkt O₁ zum zweiten fotografischen Punkt 0_ bewegt. Wenn der Röntgenstrahl von diesem zweiten fotografischen Punkt 0„ auf den Gegenstand gestrahlt wird, bildet das Bild des Punktes X₀₂ auf der sich vom zweiten fotografischen Punkt 0„ erstreckenden Senkrechten das Zentrum der optischen Achse ohne Schrägverlauf und die Punkte A und B werden schräg als die Punkte A₂ und B₂ fotografiert. Eine stereoskopische Aufnahme des Gegenstands 20 wird durch die obigen Vorgänge ausgeführt und die O₁ Filme, welche stereoskopisch von den Positionen des ersten fotografischen Punktes O₁ aufgenommen sind, sowie der von der Position des zweiten fotografischen Punktes O₂ stereoskopisch aufgenommene O₁ Film werden erzielt.

In Fig. 3 sind die Punkte A und B auf dem O₁ Fi^m wie nachfolgend:

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AO

Aq + Aq A

Punkt B: X₀₁ B₁ = x_Q1 B_Q + B_Q B₁

In diesem Fall zeigen die Punkte A₀ und B_Q die Positionen auf den sich von den Punkten A und B auf dem Film 19 erstrekkenden Senkrechten, jedoch sind sie nicht fotografiert.

Die Punkte A und B auf dem 0_? Film sind wie nachfolgend:

Di ι η V Ή Δ · γ Δ — γ Δ -l. Δ Δ

Punkt B: x_Q2 B- = x_Q2 B_Q + B_Q

Wenn der erste fotografische Punkt CL -auf dem zweiten fotografischen Punkt Op überlagert wird, Strecke "ÜT XT ist gleich der Strecke Op a>. und ist der fotografische Punkt um den Abstand d parallel zum Gegenstand bewegt worden und ist die Strek-

ke O₁ B₁ gleich der Strecke 0„ b₁ . Demgemäß gilt: A A A₃ A₁ f\J A^₂ ^A2 ^al

ο ^λπ · o ^-i — π * ο α'

In der obigen Gleichung ist die Strecke Op x_fip der fotografische Abstand f, also Strecke Ί5Ζ x_0? = f.

Falls Strecke Ap a- = P gegeben ist, wird die folgende Beziehung erreicht.

Strecke A₂ A₁ = Strecke A₂ a.- - d = P - d

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Falls die Höhe des Punktes A zum Film 19 die Strecke A A„ = x beträgt, ist das Nachfolgende gegeben.

f : P = χ : (P - d) P · χ = f · (P - d) f · (P - d)

χ =

AusAB Bp B^. fvAO» Bp b^ wird das folgende erzielt.

B₂ b_t = B B₀

In der obigen Gleichung ist die Strecke 0„ x„_? der fotografische Abstand f, also Strecke "UZ xTT = f.

Falls Strecke Β» b, = Q gegeben ist,

¹B₂" B^ = B^ b"Y - d = Q - d

Falls die Höhe des Punktes B zum Film 19 die Strecke B B_Q = y beträgt, hat Folgendes Gültigkeit.

f : Q = y : (Q - d) Q · y = f (Q - d) y ₌ f (Q - d)

In Fig. 3 ist der Abstand " (Tiefe) ζ zwischen den Punkten A und B in Richtung der Achse ζ wie nachfolgend gegeben:

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Z = A A₀ - B

f (P - d) f (Q - d)

P
fQ (P - d)· - f P(Q - d)

Demgemäß kann der Abstand (Tiefe) eines jeden Punkts auf dem Film 19 in Richtung der z-Achse durch Messen der Werte B und Q und Einsetzen der gemessenen Werte in die obigen Gleichungen und Beziehungen gemessen werden.

Dann soll der Abstand Strecke A_Q B_Q zwischen den Punkten A und B in Richtung der Achse χ erzielt werden. Das Zentrum der optischen Achse wird gerade unterhalb der sich von der Röntgenröhre erstreckenden Senkrechten ohne abgeschrägt zu werden fotografiert und die Bilder der anderen Punkte werden unterschiedlich abgeschrägt, abhängig von den Tiefen und den Positionen. Da die Abstände aller Punkte in Richtung der z-Achse genau wie oben beschrieben gemessen werden können, kann der Abstand in Richtung der x-Achse als Funktion des Abstands vom Zentrum der optischen Achse und des Abstands in Richtung der z-Achse ausgedrückt werden.

In Fig. 3, sind die folgenden Ausdrücke gegeben:

f (P - d)

A A_n = A„ = : (1)

0 ζ ρ

f (Q - d)

B B_n = B = (2)

° ^Z Q

^A0 ^B0 — ^A0 ^x02 ~ ^B0 ^X02

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Da-ΔΑ Aq Ap und ,AO₂ ^χη? ^Α2 J^ewei^ls rechtwinkelige Dreiecke sind und den Winkel-^ Op A2 X₀₂ gemeinsam haben, gilt Nachfolgendes.

ΔΑ A₀ A₂ -^AO₂ X₀₂ A₂ (4)

Aus Gleichung (3) ergibt sich A_Q x_n? = Ap x_Qp und aus der Gleichung (4) ergibt sich f:A = P,

^(P2x - ^A2 .... j^	•	^B2	^P2x	Λ	• P	Q	(5)
	f	(5), ^Bz	- ^Az
	^A0 ^X02 ^{= P}2x :n ähnlicher Weise: -Δ B B₀ B_n A^ A O₀	^Q?x	B₂ X₀₂	f		R U (Π — R V ^B2 ^B0 ; ^lQ2x - ^B2 ^x02
^B0 ^X02 ⁼	^X02 ~	^B2 ^B0
Aus Gleichung	f : B₂, • Q_2x	2x
Bp B_n =	f ^Bz

^B0 ^x02 ⁼

Falls obige Gleichungen in Gleichung (3) eingesetzt werden, ergibt sich Folgendes:

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^P2x ^Bz * ^Q

^A0 ^B0 - ^X = ^(P2x - > - ^(Q2x

Dann soll der Abstand Y zwischen den Punkten A und B in Richtung der y-Achse erzielt werden. Dieser Abstand wird in gleicher Weise wie der Abstand in Richtung der x-Achse, wie oben beschrieben, unter Annahme, daß der Film 19 um 90 in Fig. 3 gedreht worden ist, bestimmt.

A · P B · Q~

^Y - ^(P2y ⁾ - ^(Q2y - >

Dabei gilt:

Pp : Abstand des Bildes von Punkt A von Punkt x_Qp in Richtung der y-Achse

Qp : Abstand des Bildes von Punkt B von Punkt x~p in Richtung der y-Achse

Dann soll der lineare Abstand L (wahrer Wert) zwischen den Punkten A und B dargestellt werden. Der Wert L wird als Funktion der Werte Z, X und Y, wie vorhergehend beschrieben, ausgedrückt und ist folgendermaßen gegeben:

-■/

2 2

Wie oben beschrieben, wird der Abstand zwischen den Punkten A und B am Gegenstand 20 in den drei Dimensionsrichtungen unter Verwendung der Funktionen des Abstands d zwischen dem ersten fotografischen Punkt 0. und dem zweiten fotografischen

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Punkt Op, dem fotografischen Abstand f zwischen der Röntgenröhre und dem Film 19 und den Abständen zu den Mittelpunkten Xq.. und x_Qp der optischen Achsen zu jedem Bild am gemessenen Punkt gemessen'. Demgemäß ist es notwendig das Zentrum der optischen Achse auf dem fotografierten Film zu erhalten. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Darstellung des Mittelpunkts der optischen Achse beschrieben.

Basierend auf den fotografierten Filmen kann die Stellung des Mittelpunkts der optischen Achse durch Erfassen der relativen Positionen der drei Faktoren Röntgenröhre, Gegenstand und Filme, basierend auf zwei stereoskopisch fotografierten Filmen, falls der Gegenstand verfügbar ist, errechnet werden. In generellen Fällen sind jedoch nur die Filme verfügbar, jedoch nicht der Gegenstand. Deshalb wird die Fotografie mit dem Filmträger 21 durchgeführt, wie in Fig. 4 zur Zeit der Aufnahme dargestellt ist. Der Filmträger 21 umfaßt zwei Rahmen und zwei Anzeiger 24, 25 und 26, 27 sind an jeder der gegenüberliegenden Seiten 22 und 23 des oberen Rahmens vorgesehen, so daß die Anzeiger an den Seiten entlang gleiten können und einer von ähnlichen Anzeigern 30 und 31 ist auf jeder der gegenüberliegenden anderen Seiten 28 und 29 des oberen Rahmens vorgesehen. Diese Anzeiger oder Indikatoren 24, 25, 26, 27, 30 und 31 bestehen aus einem Werkstoff, wie beispielsweise Blei, welche von der Röntgenstrahlung nicht durchdrungen werden.

Vor der Aufnahme werden die folgenden Arbeiten durchgeführt. Im Strahlungsraum werden die Strahlen in die Röntgenröhre 34 von zwei Strahlungsquellen 32 und 33 emittiert,

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welche in spezifischer Höhe vorgesehen sind, so daß sich die optischen Achseh einander orthogonal überschneiden. Die Röntgenröhre 34 ist derart angeordnet, daß die Strahlen durch zwei Mittelmarkierungen 35 und 36 der äußeren Mantelfläche und der Stirnfläche des Gehäuses der Röntgenröhre 34 fallen, was den Mittelpunkt der Röntgenröhre angibt. Während der eine Strahl unverändert durch die Mittelmarkierung 36 an der Mantelfläche des Außengehäuses der Röntgenröhre 34 strahlt, wird die Röntgenröhre 34 um d/2 parallel bewegt. Dies wird durch überlagerung einer (37) der zwei optischen Achsenmarkierungen 37 und 38, angegeben mit einem Abstand von d/2 an beiden Seiten der Mittenmarkierung 35 an der Stirnfläche des Außengehäuses der Röntgenröhre, ausgeführt. In dieser Stellung, das ist der erste fotografische Punkt O^, wird ein Gewicht 39 vom Mittelpunkt der Röntgenröhre gegen den Filmträger 21 abgesenkt. Die Anzeiger 24, 25, 30 und 31 werden so verschoben und fixiert, daß die Linie zwischen den Indikatoren 24 und 25 des Filmträgers 21 die Linie zwischen den Anzeigern 30 und 31 an der durch das Gewicht 39 markierten Stellung schneiden. Dieser Schnittpunkt gibt den Mittelpunkt x_Q1 der einen optischen Achse an. Dann wird die Röntgenröhre um d in entgegengesetzter Richtung zum obigen Fall parallel bewegt. Die Richtung dieser Bewegung ist parallel zur Linie zwischen den Anzeigern 30 und 31 und sie wird durch Ausrichtung eines Strahls mit einer optischen Achsenmarkierung 38, unterschiedlich zum oben beschriebenen, ausgeführt während der andere Strahl mit der Mittenmarkierung 36 an der Mantelfläche des Außengehäuses der Röntgenröhre ausgerichtet bleibt. In dieser Stellung, das ist der zweite fotografische Punkt 0_, wird das Gewicht 39 vom Mittelpunkt der Röntgenröhre gegen den Filmträger 21 abgesenkt. Die Anzeiger 26 und 27 werden verschoben

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und so fixiert, daß die Linie zwischen den Anzeigern 26 und 27 des Filmträgers 21 die Linie zwischen den Anzeigern 30 und 31 an der durch das Gewicht 39 markierten Stellung schneiden. Dieser Schnittpunkt gibt den Mittelpunkt X₀₂ der anderen optischen Achse an. Nach dieser Bestimmung des ersten und zweiten fotografischen Punkts O₁ und Oj und der Mittenpunkte x_Q1 und x_Q2 der optischen Achse, wird der Film 19 auf den Filmträger 21 gelegt und der Gegenstand darauf angeordnet. Der 0.. Film wird durch Abstrahlen des Röntgenstrahls auf den Gegenstand vom ersten fotografischen Punkt erzielt. Dann wird der Film ersetzt ohne den Gegenstand zu bewegen und der Röntgenstrahl wird auf den Gegenstand vom zweiten fotografischen Punkt O₂ geworfen, wodurch man den O₂ Film erzielt. Die Anzeiger werden mit dem Gegenstand auf den 0.. und O₂ Filmen fotografiert und geben die Mitten der beiden optischen Achsen, wie oben beschrieben, an.

Nachfolgend wird das Gerät zur Ausführung der Messung durch stereoskopische Fotografie unter Verwendung zweier wie oben vorbereiteter Filme beschrieben. Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Geräts. Der Filmständer 40 ist derart aufgebaut, daß der O₁ Film 41 und der O₂ Film 42 parallel zueinander angeordnet sind. Zwei Fresnellinsen 43 und 44 sind unter dem Filmständer 40 und zwei Lichtquellen 4 5 und 46 unter den Fresnellinsen 43, 44 vorgesehen. Die Lichtquellen 45 und 46 verwenden vorzugsweise Xenonlampen, um Wärme zu absorbieren, sind jedoch darauf nicht eingeschränkt. Der linksseitige erste Spiegel 47 ist mit einer Neigung von 45° über dem 0. Film 41 angeordnet, um das Licht in die Horizontalrichtung umzulenken. Die linksseitige Linse 48, welche das Licht vom linksseitigen ersten Spiegel 47 aufnimmt, ist im Brennpunkt der Fresnellinse 43 angeordnet, verstärkt das Bild und leitet das Licht zum

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linksseitigen zweiten Spiegel 49. Der linksseitige zweite Spiegel 49 ist parallel zum linksseitigen ersten Spiegel 47 und lenkt das Licht in die Vertikalrichtung um. Das linksseitige Polarisierungsfilter 50 ist horizontal über dem linksseitigen zweiten Spiegel 49 angeordnet und der Halbspiegel 51 ist mit einer Neigung von 45° über dem linksseitigen Polarisierungsfilter 50 angeordnet. Der dritte Spiegel 53 ist mit einer Neigung von 45 über dem Halbspiegel 51 angeordnet und lenkt das Licht zur an der Vorderseite angeordneten Blende Die rechtsseitige Linse 54 ist in Vertikalrichtung am Brennpunkt der Fresnellinse über dem 0„ Film 42 und der rechtsseitige erste Spiegel 55 ist mit einer Neigung von 45 über der rechtsseitigen Linse 54 angeordnet, um das Licht in die Horizontalrichtung zu lenken.und es zum Halbspiegel 51 zu leiten. Der rechtsseitige Polarisierungsfilter 56 ist in einer mittleren Stellung zwischen dem rechtsseitigen ersten Spiegel 55 und dem Halbspiegel 51 vertikal angeordnet. Der linksseitige Polarisierungsfilter 50 und der rechtsseitige Polarisierungsfilter 56 sind derart angeordnet, daß sie jeweilig um 90 zueinander gedreht sind. Die die y-Achse darstellende Platte 57, welche vorwärts und rückwärts verschiebbar ist, ist in einer Ebene parallel zum Filrsständer 40 und die Platte 58 für die ji-Achse, welche in Orthogonalrichtung zur Bewegung der y-Achse bewegbar ist, ist auf der y-Achsenplatte 57 vorgesehen. Des v/eiteren ist eine Platte 59, die die z-Achse definiert und welche ingleicher Richtung wie die x-Achsenplatte 58 bewegbar ist, auf der x-Achsenplatte angeordnet.

Eine linke Stellmarke 61 ist an der Spitze des Arms 60 fixiert, welcher zur Verschiebung auf dem O₁ Film an der x-Achsenplatte 58 festgelegt ist. . Eine- rechte Stellmarke 63 ist an der Spitze des Arms 62 befestigt, welcher zur

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Verschiebung auf dem O₂ Film 42 an der z-Achsplatte 59 angeordnet ist. Demgemäß arbeitet die linke Stellmarke 61 und die rechte Stellmarke 6 3 nur dann unterschiedlich, wenn die z-Achsplatte 59 angetrieben wird und der Abstand zwischen der linken Stellmarke 61 und der rechten Stellmarke 63 anwächst oder sich vermindert. In den anderen Fällen wird die linke Stellmarke mit der rechten Stellmarke betätigt. Die oben angegebenen Platten 57, 58 und 59 werden durch über einen Motor (nicht gezeichnet) angetriebene Schraubspindeln (nicht gezeichnet) angetrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung auf diese Bewegungsart nicht eingeschränkt. Die Schraubspindeln sind mit Drehkodiereinrichtungen 64, 65 und 66 versehen und die Kegstrecken der Platten 57, 58 und 59 können durch Zählung der Anzahl von durch die Drehkodiereinrichtungen 64, 65 und 66 erzeugten Pulse gezählt werden. Die Drehkodiereinrichtungen 64, 65 und 66 sind an einem Datenverarbeiter angeschlossen, welcher an einer digitalen Anzeigeeinrichtung 67 angeschlossen ist, welche die auf den Filmen 41 und 4 2 gemessenen Werte angibt, wobei der Datenverarbeiter 6 8 mit einem Mikroconputer 69 verbunden ist, welcher basierend auf den Eingang rechnet und die errechneten Ergebnisse in digitaler Form angibt. Der Mikrocomputer 69 führt Rechnungen aufgrund der oben beschriebenen Gleichungen aus und gibt die Werte ZXY und L (wahre Werte) an.

Im Nachfolgenden wird die Arbeitsweise des Geräts in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der 0,. Film 41 und der 0~ Film 42 werden parallel zueinander auf den vorgegebenen Stellungen auf dem Filmständer 40 angeordnet. Wenn die linke Lichtquelle 4 5 ein Licht strahlt, gelangt das Licht durch die linksseitige Fresnellinse 43 und den linksseitig

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- yr-

angeordneten Film 41, wechselt ihre Achsenrichtung durch Reflektion am linksseitigen ersten Spiegel 47 in die Horizontalrichtung und wird auf der linksseitig<-n Linse 48 konzentriert. Das durch die linksseitige Linse 48 konzentrierte und durchgeleitete Licht wird durch den linksseitigen zweiten Spiegel 49 reflektiert und ändert seine Axialrichtung in eine Vertikalrichtung und ein Licht einer speziellen Phase wird durch den linksseitigen Polarisationsfilter ausgefiltert. V'eiter gelangt dieses Licht durch den Halbspiegel 51 von der rückwärtigen Seite zur vorderen Seite mit leichter Brechung. Andererseits, wenn die rechte Lichtquelle 46 ein Licht emittiert,gelangt dieses Licht durch die rechtsseitigen Fresnellinsen 44 und den rechten Film 42 und wird an der rechten Linse

54 konzentriert. Das durch die rechte Linse 54 konzentrierte und durchgostrahlte Licht wird durch den rechten ersten Spiegel

55 reflektiert und ändert seine Axialrichtung in eine Horizontalrichtung und erreicht den rechten Polarisationsfilter 56, wo das Licht einer speziellen Phase eliminiert wird. Schließlich gelangt das Licht zum Halbspiegel 51 und wird an diesem reflektiert. Zu dieser Zeit wird die optische Achse irit der optischen Achse des von der rückwärtigen Seite des Halbspiegels 51 durch den linken Film 41 koFFGnde Licht ausgerichtet und das Licht erreicht den dritten Spiegel 53 zusammen mit dom von der rückwärtigen Seite des IIaIbspiegeis 51 kommenden Licht und wird durch den dritten Spiegel 53 reflektiert. Demgemäß werden die Bilder des linken Films 41 und des rechten Films 42 vollkommen überlagert, verstärkt und auf die Blende 52 projiziert. Wenn dieses überlagerte Bild durch ein Paar von Polarisationsglässrn betrachtet wird, deren Drehwinkel an der linken Seite und rechten Seite unterschiedlich 9O° beträgt, kann das linke Auge das Bild des linken Films 41 und das rechte Auge das Bild des rechten Films 42 sehen und kann somit ein klares und präzises dreidimensionales Bild er-

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zielt werden.

Die y-Achsplatte 57 und die x-/\chsplatte 58 werden v/ährend der Betrachtung des dreidimensionalen Bildes bewegt und das linke Markierungszeichen 61 wird mit dem Mittelpunkt x_Q1 der optischen Achse des Films 41 ausgerichtet. Dann wird die z-Achsplatte 59 bewegt und das rechte Markierungszeichen 6 3 wird mit dem Mittelpunkt x_o« der optischen Achse des 0„ Films 42 ausgerichtet. Somit werden die Stel!marken 61 und 63 auf die Mittelpunkte x_Q1 und x_Q2 der optischen Achsen ausgerichtet und die Anzeige-Ausgaben 67, 69 werden zurückgestellt und machen die Werte der drei Achsen zu Null. Dann v/erden die Platten 57, 58 und 59 zur Ausrichtung der Markierungszeichen 61 und 63 mit dem ersten Meßpunkt A in dem dreidimensionalen Bild unter Beobachtung des dreidimensionalen Bilds bewegt. Unter dieser Bedingung wird das linke Markieruncjs ζ eichen rnit dem Punkt A-(Fig. 3) auf dem 0- Film 41 und das rechte Markierungszeichen 6 3 mit dem Punkt A₂ (Fig. 3) auf dem O^ Film 4 2 ausgerichtet und der Betrag der Bewegung in den drei Axialrichtungen wird errechnet und aufgezeigt. In_Fig. 3 werden die x_o1 A. (= x_„ a ) und die Strecke x_Q? A„ gemessen, worauf sich folgendes ergibt.

^A2 ^{a = P = X}02 ^A2 ^{+ X}02

V7enn der Abstand d (^{= x} ₀-t ^xq2^ zwischen dem ersten fotografischen Punkt 0- und dem zweiten fotografischen Punkt 0_? und der Abstand f zwischen der Röntgenröhre und den Filiron in den Mikrocomputer 69 eingegeben werden, werden die nachfolgenden Werte errechnet,

_ f (P - d)

AA₀ - A_r =

^Α0 ^Χ01 ~ ^Ρ1χ

Av = P

O ^yO1

P	•	^Ρ1χ
- ^Αζ
	•	ρ
- ^Αζ

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Dabei ist die Strecke A_Q y . ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt x_o1 der optischen Achse und dem Punkt A_Q in Richtung der y-Achse und darüberhinaus wird das nachfolgende errechnet und

O ο O ι

L = V A+ Ax+ A ν

IzO 01 0 ^y0i

in Digitalform am Mikrocomputer 69 aufgezeigt.

Dann werden die gemessenen Werte und errechneten Werte im Speicher des Mikrocomputers 69 gespeichert und die Bezugsbestimmung zur Bestimmung dieses ersten Meßpunktes A als Bezugspunkt durchgeführt. Dabei werden die Anzeige-Ausgaben des Mikrocomputers 69 auf (Null) gpEabzt,weshalb die Anzeige-Ausgaben immer 0 angeben wenn das linke und rechte Markierungszeichen 61 und 63 mit dem ersten Meßpunkt A ausgerichtet sind.

V7enn die ' Stellmarken 61 und 63 zum zweiten Meßpunkt B bewegt werden, werden die Strecke x_Q1 B₁ (= x_Q2 b.) und Strecke x_Q„ A₂ gemessen, wobei sich folgendes ergibt:

B₂ b₁ = Q = x₀₂ B₂ + x₀₂ b₁ (siehe Fig. 3)

Im Mikrocomputer 69 werden die folgenden Werte errechnet,

B-B" - R - f (Q - d) B B B

^Bo ^xoi

^Bo y_Oi - ^Qiy -

B_ · Q₁

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Dabei ist B y .. der Abstand vom Mittelpunkt x_n1 der optischen Achse zu Punkt B_n in Richtung der y-Achse. -i

^B0 ^X01 ^{+ B}0 W

und die folgenden auf dem ersten Meßpunkt A als Bezugspunkt basierenden Werte werden errechnet und auf den Anzeigen-Ziusgaben des Mikrocomputers 69 aufgezeigt.

^{Z = A}z

=	X	ί	+	= (]	X²	ρ	A - ζ	f ' ^(Q1y-	-(Q_1x -	^Bz ·	^Q1x)
	A ·			y) -			f )
	f	+		f

Diese Werte können im Gedächtnis des Mikrocomputers 69 gespeichert werden. Wenn die Stellmarken 61 und 63 zum dritten Meßpunkt C bewegt v/erden, können die Abstände X, Y, 7, in den drei Dimensionsrichtungen der Achsrn vom ersten Meßpunkt A und der lineare Abstand (wahrer Viert) L gemessen werden.

Wenn die Bezugsbestimmung bei einem willkürlich gewählten Meßpunkt durchgeführ.t wird, bewegt sich der Bezugspunkt zum besagten Meßpunkt und v/erden folgedesse-n die Abstände vom besagten Punkt gemessen.

Wie oben beschrieben wird die dreidimensionale Messung durch das erfindungsgemäße Verfahren und Gerät durch Ausrichtung des linken und rechten Markierungszeigers 61 und 63 mit dem Mittelpunkt X_Q1

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und χ- der optischen Achse vor Ausrichtung der Stellmarken 61 und 63 mit dem dreidimensionalen auf den Schirm 52 projiziert^Bild und Antrieb der Platten 57, 58 und 59 zur Bewegung der Markierungszeichen 61 und 63 zum ersten Meß punkt A nach Zurücksetzung der Digitalanzeiger auf 0 durchgeführt. Die Bewegungsstrecke in jeder Axialrichtung wird an den Anzeige-Ausgaben für die Achsen x, y und ζ digital angezeigt. Wenn die Stellmakken 61 und 63 zum zweiten Meßpunkt B bewegt v/erden nachdem die Wegstrecke der Bewegung im Speicher gespeichert und die Bezugsbestimmung ausgeführt worden ist, kann die Wegstrecke der Bewegung von den Mittelpunkten x_o1 und X_n- der optischen Achsen zum zweiten Meßpunkt B gemessen werden. Bei Einsetzen der Meßergebnisse in die Gleichungen kann der wahre Abstand von einem willkürlichen Meßpunkt A (0,0,Oäum Meßpunkt B (x, y, z) gemessen v/erden.

Die obigen Angaben betreffen das Messen unter Verwendung zweier Röntgenfilme, die stereoskopisch fotografiert v/erden. Diese Messung kann in ähnlicher Weise mit einer gewöhnlichen Kamera durchgeführt v/erden. Der erste fotografische Punkt O₁ und der zweite fotografische Punkt 0„ sind also die Mittelpunkte der linken und rechten Linsen für die gewöhnliche Kamera. Der Abstand von den auf den Filmen aufgezeichneten Linsenmittelpunkten zu den Bildern an den wi11kürIieben Punkten auf.den Filmen wird in der gleichen Weise oder durch dieselben oben beschriebenen Mittel durch Aufzeichnung der Linsenmittelpunkte auf den linken und rechten Filmen gemessen und die Stellung oder die tatsächlichen Abstände zwischen mehreren Punkten im dreidimensionalen Raum können unter Zuhilfenahme des Abstands zwischen den Linsenmittelpunkten und dem Abstand zwischen den Linsen und den Filmen in Fotografie erstellt werden.

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Wie vorhergehend beschrieben, erlaubt die vorliegende Erfindung die Messung des tatsächlichen Abstands zwischen den willkürlich gewählten Punkten im dreidimensionalen Raum mit durch stereoskopische Fotografie erstellten Bildern durch Errechnung der Daten während der Aufnahme, das sind der Abstand d zwischen dem ersten fotografischen Punkt O^ und dem zweiten fotografischen Punkt 0«, der Abstand f von der Röntgenröhre zum Film und die Abstände von den Mittelpunkten x_n1 und χ - der optischen Achsen an den willkürlichen Punkten auf den Filmen, welche während der Observierung der dreidimensionalen Bilder genessen werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung braucht also der Abstand zwischen den spezifizierten Punkten, welcher im Voraus festgesetzt wird, nicht im Voraus gemessen werden. Demgemäß ist das erfindungsgemäße Meßverfahren außerordentlich wirkungsvoll bei der Diagnose eines Verletzten Gliedes eines menschlichen Körpers. Die Gestalt und die Stellung des verletzten Gliedes können genau im Voraus vor der Operation gemessen und deshalb die Oparation genau und wirksam durchgeführt werden. Darüberhinaus kann die Heilung des verletzten Teiles des menschlichen Körpers nach Operation leicht überprüft und diagnostiziert werden, weshalb die vorliegende Erfindung für die Medizin einen außerordentlich großen Beitrag liefert. Für industrielle Zwecke kann das Verfahren und das Gerät in vorteilhafter Weise zur Prüfung innerer Fehlerstellen von Gußprodukten, leichten Qualitätsüberprüfungen ohne Zerstörung der Produkte (da Gestalt und Lage der Fehlerstellen von Außen bekannt sein können), Überprüfung von Bauteilen in Anlagen ohne Unterbrechung des Betriebs und Zerstörung der Teile und somit unter Verhütung von Unfällen und Schwierigkeiten, was auch eine große Kostenersparnis bezüglich der für Überprüfungen notwendigen Beschäftigten und Materialien bedingt.

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Im erfindungsgemäßen Gerät ist das linke Markierungszeichen mit dem Arm 60 an der an der y-Achsplatte 57 vorgesehenen x-Achsplatte 58 befestigt und das rechte Markierungszeichen 63 ist mit dem Arn 62 an der an der x-Achsplatte 58 vorgesehenen z-Achsplatte 59 befestigt und bewegt sich in der gleichen Richtung wie die x-Achsplatte; deshalb kann die ParaUaxenmessung in Richtung der x-Achse leicht durchgeführt werden. Da die Bewegung und das Maß der Bewegung lediglich durch die Schraubspindeln und die Motoren an den Platten 57, 58 und 59 und die Befestigung der Drehkodiereinrichtung an den Schraubspindeln gemessen werden kann, kann der Aufbau wesentlich vereinfacht und die Berechnung der tatsächlichen Werte erleichtert werden.

-Patentansprüche-

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung von tatsächlichen Abständen in drei Dimensionsachsen, gekennzeichnet durch Verwendung eines dreidimensionalen von zwei stereoskopisch fotografierten Filmen eines Gegenstandes erzeugten Bildes, eines Abstands zwischen einem Zentrum einer optischen Achse sowie eines Abstands zwischen einer Lichtquelle und einem Film, wobei das dreidimensionale Bild mit einem ersten Film, in welchem ein Zentrum einer ersten optischen Achse aufgenommen ist, sowie einem zweiten Film erzeugt wird, in welchem ein Zentrum einer zweiten optischen Achse aufgenommen ist, eine erste auf dem ersten Film gleitende Stellmarke zur Ausrichtung mit dem Zentrum der ersten optischen Achse des ersten Filmes bewegt wird, sowie eine zweite auf dem zweiten Film gleitende Stellmarke zur Ausrichtung mit dem Zentrum der zweiten optischen Achse des zweiten Films bewegt wird, wobei die erste und zweite Stellmarke zu einem ersten Meßpunkt zur Ausrichtung der ersten und zweiten Stellmarke mit dem Meßpunkt auf das dreidimensionale Bild bewegt werden, die Abstände vom ersten Meßpunkt zum Zentrum der ersten optischen Achse und Zentrum der zweiten optischen Achse in Richtung der x-, y- und z-Achsen gemessen, errechnet und aufgezeichnet werden, die erste und zweite Stellmarke zu einem zweiten Meßpunkt zur Ausrichtung auf das dreidimensionale Bild bewegt werden sowie Abstände vom zweiten Meßpunkt zum Zentrum der ersten optischen Achse und dem Zentrum der zweiten optischen Achse in Richtung der x-, y- und z-Achsen zur Messung der tatsächlichen Abstände gemessen, errechnet und aufgezeichnet werden.

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2. Gerät zur Messung von tatsächlichen Abständen in drei Dimensionsachsen unter Verwendung eines dreidimensionalen Bildes, gekennzeichnet durch einen ersten Antrieb entlang einer in einer Fbene parallel zu einem Filmständer (4C) liegenden, mit y-Achse bezeichneten Geraden bewegbaren Tisch (57) und einer F.inrichtung zur Messung der Größe dieser Tischbewegung, einen auf dem Tisch angeordneten und durch einen zweiten I'otor in einer zur Bewegungsrichtung des Tisches (57)orthogonalen mit x-Achse bezeichneten Geraden bewegbaren Tisch (58) und einar Finrichtung zur Messung der Größe dieser Tischbewegung, einen auf dem Tisch (59) angeordneten und durch einen dritten Motor in der gleichen und mit z-Achse bezeichneten Pachtung wie der Tisch (58) bewegbaren Tisch (59) sowie einer F.inrichtung zur Messung der Größe dieser Tischbewegung, eine erste auf dem ersten Film gleitende und am Tisch (58) vorgesehene Stellmarke (61) sowie eine zweite auf dem zweiten Film gleitende und am Tisch

(59) vorgesehene Stellmarke (63) in einem Projektor für ein dreidimensionales Bild mit einem Filmständer (40) auf welchem der erste und zweite stereoskopisch fotografierte Film parallel zueinander anordbar sind, eine durch jeweilige Kondensoren Licht auf den ersten und zweiten Film strahlende Lichtquelle (45; 46) sowie eine Spiegel und Linsen umfassenden Einrichtung zur Ausrichtung der Bilder des ersten und zweiten Films aufeinander und deren Fokussierung auf einem Schirm (52).

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filmständer (40) zur stereoskppischen Fotografie einen Rahmen, ein Paar von verschiebbar an einander gegenüberliegenden Randseiten (28, 29) des Rahmens angeordneten Anzeigern (30, 31) sowie zv/ei Paaren von verschiebbar an anderen gegenüberliegenden Randseiten (22, 23) des Rahmens angeordneten Anzeigern (24, 25; 26, 27) umfaßt.

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4. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Projektor für ein dreidimensionales Bild mit einer Licht auf jeweilig einem ersten und zweiten stereoskopisch fotografierten Film strahlenden Lichtquelle, einer Spiegel und Linsen umfassenden Einrichtung, welche eine optische Achse des durch den ersten Film strahlenden Lichts und eine optische Achse des durch den zweiten Film strahlenden Lichts orthogonal schneidet, einem am Schnittpunkt der beiden optischen Achsen derart angeordneten Halbspiegel, daß der Halbspiegel jede der beiden optischen Achsen in einem Winkel von 45 schneidet sowie durch einen Schirm, welcher durch den Halbspiegel strahlendes und durch diesen reflektiertes Licht empfängt, welches darauf in den ersten und zweiten Film fotografierte Bilder abbildet.

Starnberg, den 24. November 1976/1056/62/d

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