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Vorrichtung zum Zusammensetzen von freiäugig (objektiv) be-
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obachtbaren Stereorasterbildern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Zusammensetzen von freiäugig (objektiv) beobachtbaren Stereorasterbildern aus
einer Anzahl von zweidimensionalen, aus jeweils benachbarten Ausgangspunkten aufgenommenen
Einzelansichten eines Objektes, deren Negative in einem Abstand voneinander auf
vorzugsweise einem Filmband positioniert sind und unter Ausrichtung auf einen Bezugspunkt
auf einen Bildschirm oder eine lichtempfindliche Fläche projiziert werden, über
der ein Linsenraster oder Linsenelementschirm mit festgelegter Rasterbreite und
mit einer Vielzahl von linienförmigen Bildbändern angeordnet ist.
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Vorrichtungen mit diesen Gattungsmerkmalen sind bekannt.
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Das erzeugen von ohne Betrachtungshilfe plastisch wirkenden Aufsichtshildern
wird zur Zeit vornehmlich nach dem Linsenraster-Stereoverfahren durchgeführt. Im
Prinzip beruht die Linsenraster-Stereoskopie auf der Tatsache der Umkehrbarkeit
cleomctrisch-optischer Strahlenqänge. Ein Linsenraster fokussitzt jedes einfallende
Lichtbündel näherungsweise in seine L3rennebene. Cjleich<iü itig ob nun in dieser
Brennebene eine cli! fus reflektierende Streuschicht (Projektionsverfahren) oder
eine fotografische oder sonstige Speicherschicht (für ein permanentes Bild) angeordnet
sind, führt die Umkehrung des Strahlenganges dazu, daß das einfallende oder gespeicherte
Lichtwellenfeld nach Richtung und Intensität exakt wiedergegeben wird damit ist
die notwendige Bedingung zum Rekonstruieren des dreidimensionalen Bildraumes vollständig
erfüllt.
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Projiziert man nun ein reelles, räumliches Bild mit dem Bezuq auf
die Betrachtungsrichtung umgekehrter Lichtrichtung (man spricht vom pseudoskopischen
Projizieren) auf den Linsenraster, so kann in dem rückläufigen Strahlengang das
räumliche Bild des Objektes beobachtet werden. Infolge der voilständigen Umkehrung
des Strahlenganges wird hierbei auch das reelle Bild der Projektionsoptik mit rekonstruiert,
wodurch im Beobachter raum eine Bündelbegrenzung auftritt. Dies äußert sich darin,
daß das Objekt nur durch die rekonstruierten Austrittspupillen des Projektionsstrahlenganges
gesehen werden kann.
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Hieraus folgt, daß die Erzeugung des reellen pseudoskopischen Luftbildes
im einfachsten Fall auch durch ein einziges Stereobildpaar erfolgen kann, wobei
die Bildqualität keine Beeinträchtigung erfährt, sondern lediglich eine Beschränkung
der Betrachtungsmöglichkeit auftritt.
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Die ideale Dimensionierung eines Rasterbildes zur gleichmäßig scharfen
und störungsfreien Wiedergabe des gesamten Objektraumes von null bis unendlich von
der Linienzahl des verwendeten Linsenrasters abzuleiten, mit der die Auflösung in
der Bildebene festliegt. Hierbei gilt einfach, daß bei einer gegebenen Anzahl von
Rasterelementen in der Bildfläche die von jeder einzelnen Raster linse aufgelöste
Bildpunktzahl sowie die Anzahl der zur Erzeugung des pseudoskopischen Luftbildes
verwendeten Teilbilder einander gleich sein müssen. Mit grobem Raster von 2 bis
3 mm Linsendurchmesser sind derartige Forderungen bereits erfüllt worden. Diese
Überlegunqen sind grundsätzlich sowohl auf sphärische wie auf Zylinderlinsenraster
anwendbar. Im letzeren Falle reduziert sich die zur Erzeugung des pseudoskopischen
Luftbildes erforderliche Projektionsanordnung jedoch auf eine Bildreihe, wobei der
vertikale Parallaxeneffekt entfällt.
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Die idealisierten Eigenschaften der Linsenraster-Stereoskopie werden
in der Praxis durch die Unvollkommenheiten der Raster sowie durch das tatsächlich
nutzbare Auflösungsvermögen der Fotoemulsion weitgehend eingeschränkt. Wichtig für
die Güte der erzeugten Rasterbilder ist die Ausgestaltung der Belichtungsanordnung.
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Bei dem Aufbelichten der Teilnegative auf da linsenrastermaterial
müssen, um in der Papierebene die qewiinschten Parallaxenwerte zu erhalten, die
Winkelbeziehunqen zwischen den einzelnen Strahlengängen in Bezug auf den Aufnahmestrahlengang
verändert werden. Hierzu sind komplizierte Verstelleinrichtungen oder bei sequentieller
Belichtung Vorrichtungen zum exakten Steuern der Verschiebebewegungen für die Einzelobjektive
erforderlich. In Verbindung mit bekannten Vorrichtungen sind die erforderlichen
Berechnungsmaßnahmen hierfür gegeben.
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Geht man jedoch von dem eingangs angegebenen Grundsatz der unveränderten
Umkehrung des Aufnahmestrahlenganges aus, so entsteht hierbei ein unter Umständen
unvollkommenes, aber geometrisch exakt manstabsgetreues, pseudoskopisches reelles
Raumbild am Ort des Aufnahmeobjektes. Ein direktes Aufzeichnen dieses originalgetreuen
Raumbildes ist prinzipiell möglich und auch bereits realisiert worden. Bei einem
einfachen Zyl inderlinsenraster-Aufsichtver fahren ist dies aber aus nufliisunqsgründen
nicht durchführbar, da lediglich der Effekt eines durch den engen Rahmen des Bildformates
begrenzten B1ickes auf eine weit entfernte, tief gestaffelte Szene entstehen würde.
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Hieraus ergab sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, diese
Schwierigkeiten zu überwinden und das optische Projektionssystem entsprechend derart
abzuändern, daß eine einfache Einstellmöglichkeit von Lage und Größe des Raumbildes
möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei einer Vorrichtung mit den
Merkmalen des Gattungsteiles des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß die in seinem
Kennzeichnungsteil angegebene Maßnahmen gemeinsam angewendet werden.
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Wl-.enttich bei cler Erfindung ist, daß erst durch die Verbindung
der beiden Maßnahmen, daß nämlich die einzelnen Teilnegative gemeinsam in einer
einstufig arbeitenden Projektionsvorrichtung eines Mehrfachprojektionssystems unter
Verwendung eines mit dem Aufnahmestrahlengang optisch identisch ausqebildeten optischen
Systems aufbelichtet werden und daß in dem Mehrfachprojektionssystem benachbart
zu den Projektionsobjektiven eine gemeinsame, zusätzliche Abbildungslinse großer
Öffnung angeordnet ist als Mittel zum sowohl transversalen wie longitudinalen Transformieren
des integralen Raumbildes mit dem gewünschten Manstab in die Nähe der Rasterebene,
die
Lösung für eine einfache Einstellmöglichkeit von Lage und Gröne des Raumbildes gegeben
ist. Durch die Wahl der Linsenbrennweite und der Abstände können innerhalb von Grenzen
Lage und Größe des Raumbildes beeinflußt werden.
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Für den Bildabstand jeder Ebene des transformierten Raumbildes gitt
nämlich mit entsprechendem Vorzeichen einfach die Linsen formel. Der Einfluß der
zusätzlichen Brechkraft der Linse auf die zweidimensionale Abbildung der Teilnegative
ist im allgemeinen vernachlässigbar, er kann ggf. durch Nachfokussieren der Projektionsoptiken
ausgeglichen werden.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen
stellen dar: Figur 1 das Abbildungsprinzip für das pseudoskopische Erzeugen eines
Raumbildes mittels eines gegenüber dem Aufnahmestrahlengang identischen, jedoch
umgekehrten optischen Systems, Figur 2 schematisch das erfindungsgegemäße optische
Projektionssystem für Rasterbilder.
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Projektionsoptiken 1 eines Mehrfachprojektionssystems bilden die Einzelnegative
mit den verschiedenen Ansichten des Objektes ab und ein im Projektionsstrahlengang
befindliche Linsenraster 2 fokussiert jedes einfallende Lichtbündel in seine Brennebene
3. Gleichgültig, ob nun in der Ebene 3 eine diffus reflektierende Streuschicht (Projektionsverfahren)
oder eine fotografische oder sonstige Speicherschicht (permanentes Bild) angeordnet
ist, führt die Umkehrung des Strahlenganges dazu, daß das einfallende oder gespeicherte
Lichtwellenfeld nach Richtung und Intensität exakt wiedergegeben wird, so daß im
rückläufigen Strahlengang das räumliche Bild 4 des Objektes beobachtet werden kann.
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Da infolge der vollständigen Umkehrung des Strahlenganges auch das
reelle Bild der Projektionsoptiken 1 mitrekonstruiert wird, tritt im Beobachterraum
eine Bündelbegrenzung auf, so daß das Objekt nur durch die (rekonstruierten) Austrittspupillen
des Projektionsstrahlenganges gesehen werden kann. Ilicraus erqibt sich übrigens,
daß die Erzeugung des reellen pseudoskopischen Luftbildes 4 Im einfachsten Fall
auch durch ein Stereobild-Paar erfolgen kann, wobei keine Beeinträchtigung der Bildqualität,
sondern lediglich eine starke Beschränkung der Betrachtungsmöglichkeit eintritt.
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Bei dem Aufbelichten der Teilnegative auf das Linsenrastermaterial
müssen um in der Papierebene die gewünschten Parallaxenwerte zu erhalten, die Winkelbeziehungen
zwischen den einzelnen Strahlengängen im Bezug auf den Aufnahmestrahlengang verändert
werden. Bei bekannten Vorrichtungen der angegebenden Art erfolgt dies durch komplizierte
Verstelleinrichtungen oder, bei sequentieller Belichtung, durch exakt zu steuernde
Verschiebebewegunqen, die aufgrund entsprechender Berechnungen nach bekanntem Schema
realisiert werden können.
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Demgegenüber ist bei der Erfindung in dem Projektionsstrahlengang
in Nähe der Projektionsoptiken 1 eine zusätzliche gemeinsame Abbildungslinse 5 (Fig.
2) mit großer Öffnung angeordnet, deren Brennweite mit f angegeben ist. Mit dieser
Linse wird die gewünschte Maßstabs- und Parallaxenänderung in einem Schritt erreicht
(Bild 4' in Fig. 2).
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Für den Bildabstand b jeder Ebene des transformierten Raumbildes 4'
gilt mit entsprechendem Vorzeichen die einfache Linsen formel.
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1 + 1 s 1 ~ ~ a b f b = a'f a+f
Ein sich durch die
zusätzliche Brechkraft der Linse 5 bemerkbar machender Einfluß auf die zweidimensionale
Abbildung der Teilnegative ist im allgemeinen vernachlässigbar; er kann jedoch durch
Nachfokussieren der Projektionsoptiken 1 ausgeglichen werden.
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Diese Zusammenhänge werden anhand eines konkreten Dimensionierungsbeispiels
verdeutlicht, welches zeigt, daß sich geeignete Kombinationen der Elemente des optischen
Systems finden lassen.
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Diesem Ausführungsbeispiel ist die Aufnahme mit einer doppelten Rasterlinsenreihe
von 16 Einzellinsen mit Zwischenblenden 1:8 zugrundegelegt, ferner eine Gesamtbasis
von 86,25 mm, eine Linsenbrennweite von 17,70 mm und eine Negativbreite von 5,75
mm.
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Projiziert wird im Abstand von 230 mm auf ein Format von 75 x 105
mm2.
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Verwendet man ein Zylinderlinsenraster mit dem Öffnungsverhältnis
1:2, so ergibt sich dabei eine Ausnutzung von 82 8 des Sichtwinkels, d. h. an den
beiden Grenzen des Betrachtungsbereiches verbleiben schmale unbelichtete Zonen.
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Für die zusätzliche Abbildungslinse 5 wird die Brennweite ,f = 200
mm bei einer genützten Öffnung von 92 mm gewählt.
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Aus der vorstehend angegebenen Linsen formel errechnet sich damit
eine Abbildung des gesamten Objektraumes von 1,5 m bis unendlich auf eine scheinbare
Raumtiefe von b =23,5 mm im Rasterbild. Dieser Bereich kann zumindest bei zur Bildebene
symmetrischer Aufteilung mit üblichen Linsenrastern und Fotomaterialien noch ausreichend
scharf wiedergegeben werden.
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Hinsichtlich der Abbildungslinse 5 ist noch zu fordern, daß sie bei
einem Öffnungsverhältnis von 1:2,2 und einem Bildwinkel von 200 je nach verwendeter
Raster konstante von ca. 2 bis 5 L/mm auflöst. Dies wird im allgemeinen mit einfachen
Linsen zu erreichen sein: jedoch ist auch die Verwendung speziell für diesen Anwendungszweck
korrigierter, zusammengesetzter Linsenysteme möglich.