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Vorrichtung zum Bestimmen der gegenseitigen Aufnahmelage von Messbildpaaren.
Werden Messbilder aus Luftfahrzeugen aufgenommen, so ist zunächst die Aufnahmelage (äussere Orientierung) unbekannt. Diese festzustellen ist notwendig, um z. B. Luftbilder zum Herstellen von Karten verwenden zu können.
Zu diesem Zwecke ist es bei Ausmessmaschinen bekannt, so lange Verstellungen des Gerätes vorzunehmen, bis zueinander gehörige Strahlenpaare von mindestens fünf Geländepunkten miteinander zum Schnitt kommen, was durch Abtasten mit einer Marke oder einem Markenpaar auch an andern Geländepunkten überprüft wird, so dass also ein optisches Raummodell erzielt wird.
Bei Ausmessmaschinen mit Doppelbetrachtungsglas ist das Bildfeld solcher Betrachtunggläser zumeist beschränkt. Bei ihnen und bei Doppelprojektoren muss für das Einpassen zwischen der betreffenden Marke und den Bildprojektoren nicht nur ein Einstellen nach der horizontalen Lage, sondern auch nach der Höhe erfolgen. Es ist also eine räumliche Bewegung der gegenseitigen Einstellmittel nötig, und bei jeder Einstellung nach einer Richtung werden zumeist bereits erfolgte Einstellungen nach andern Richtungen beeinträchtigt, so dass sie wiederholt überprüft werden müssen. Dies macht die Einstellarbeit langwierig.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden (französische Patentschrift 664881), als Einpassmittel statt Einpasspunkten, wie sie durch den Schnitt von gekreuzten Linien, durch Markenspitzen od. dgl. gebildet werden, Linien zu verwenden, die Schnittlinien von Ebenen darstellen, die durch die beiden Aufnahmeorte und die betreffenden Geländepunkte laufen (Kernebenen).
Bei der Verwendung von solchen Kernebenenschnitten ist es z. B. bei Doppelprojektoren nicht notwendig, den Auffangschirm während der Arbeit der Höhe nach zu verstellen.
Anderseits ist es z. B. in der Mineralogie bzw. der Kristallographie und zum Ermitteln der Aufnehmelage einzelner Luftbilder nach dem Pyramidenverfahren bekannt, Kurven zu benutzen, die nach Art von Meridianlinien aufgetragen sind (vgl. Zeitschrift für Vermessungs- wesen 1926, S. 225 ff. ).
Gemäss der Erfindung werden solche Meridianlinien, die zweckmässig auf Halbkugeln aufgetragen sind, statt der bisher bekannten geradlinigen Darstellung der Kernebenenschnitte benutzt. Hiedurch kann ein verhältnismässig kleines Gerät geschaffen werden, das neben dem eigentlichen Auswertegerät zum Orientieren der Bilder benutzt wird, so dass nach den ermittelten Angaben schnell die richtige Einstellung am Auswertegerät erzielt werden kann.
Solche Geräte ermöglichen es auch, erfindungsgemäss eine Luftbildaufnahme mit einer terrestrischen Aufnahme zu koppeln, wodurch die Orientierung des Luftbildpaares zum Lot und zur Himmelsrichtung gewonnen wird, eine zur Herstellung von Karten notwendige Voraussetzung, die bisher nur mit Hilfe von koordinierten Bodenpunkten gefunden werden konnte.
Da für terrestrische Aufnahmen die Lage zum Horizont und zur Nordrichtung mit üblichen Einrichtungen ermittelt werden kann, so kann damit auch das Luftbild entsprechend orientiert und an dieses können weitere Luftbilder angeschlossen werden.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier Luftbilder, in Fig. 2 das bekannte Einpassen identischer Bildstrahlen auf eine gerade Linie sowie Fig. 3-7 an Ausführungsbeispielen den Gegenstand der Erfindung, u. zw. ist Fig. 3 eine schematische Darstellung des neuen Gerätes, Fig. 4 eine entsprechende schaubildliche Darstellung der Haupt-
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In Fig. 1 sind zwei Luftaufnahmen dargestellt, die in den Punkten 01 und O2 mit derselben Kammer von der Brennweite {aufgenommen wurden und ganz beliebig im Raum
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Durch die beiden Aufnahmezentren 01, Os, deren gerade Verbindung Kernachse genannt wird, und durch jeden Geländepunkt Pi ist ein Dreieck, somit eine Ebene, bestimmt, welche als die dem Geländepunkt eigene Kernebene bezeichnet wird.
Bedingung : Durch projektive Geometrie lässt sich nun nachweisen, dass die beiden Aufnahmen dann dieselbe Stellung gegeneinander aufweisen, die sie während der Aufnahme innehatten, wenn alle einander entsprechenden Bildpunkte p/und jp/) in ihren Kernebenen liegen.
Das ist bereits der Fall, wenn nur fünf Punkte diese Bedingung erfüllen.
Da in Fig. 1 diese Bedingung ebenfalls eingehalten ist, sind also diese beiden dargestellten Luftaufnahmen schon richtig gegeneinander orientiert.
Diese Kernebenen ki sind nun in Fig.'2 dadurch sichtbar gemacht, dass das Kernebenenbüschel (= Gesamtheit aller Kernebenen) der Fig. l mit einer Ebene geschnitten wird, die parallel zur Kernachse Oi, Os ist.
Die Kernebenen erscheinen nun in dieser Ebene als parallele Gerade, von denen diejenige lei, welche den Bildpunkten pi, pp entspricht. stark ausgezogen ist. Der Einfachheit halber ist in Fig. 2 nur ein Punktpaar statt der erforderlichen fünf Punktpaare abgebildet.
Liegen nun zwei ganz beliebige Aufnahmen vor und werden dieselben mit ihren Aufnahmezentren in die Punkte O1 und Os der Fig. 2 hineingestellt, so wird die obige Bedingung nicht ohne weiteres erfüllt sein, d. h. Strahlen, die durch zusammengehörige Bildpunkte pi, p/'laufen, werden noch nicht auf ein und dieselbe Gerade treffen, weil sie ja noch nicht richtig gegeneinander orientiert sind.
Deshalb sind beide Aufnahmen um die Punkte 01 und O2 so zu verdrehen, dass die durch einander entsprechende Bildpunkte pl, p," laufenden Strahlen auf dieselbe Gerade ki fallen.
Da es nun nicht möglich ist, von vornherein alle Kernebenen (bzw. Spuren der Kernebenen) ki aufzuzeichnen, sondern lediglich in bestimmten Abständen diese Parallelen gezeichnet werden können und es ausserdem gleichgültig ist, welche fünf Punktpaare benutzt werden, so kann man die Bedingung auch so aussprechen : Die beiden Aufnahmen sind dann richtig gegeneinander orientiert, wenn auf den dargestellten Kernebenengeraden ki (es brauchen an sich nur fünf zu sein) zusammengehörige Bildpunkte liegen.
Die Erfindung beruht bei solcher bekannten Benutzung von Kernebenenschnitten darin, dass als Schnittlinien an sich bekannte Meridian- und Breitenlinien benutzt werden. Mithin geht Fig. 3 aus Fig. 1 dadurch hervor, dass man um 01 und O2 je eine Kugel legt, deren Radius an sich beliebig ist (er kann bis zu unendlich wachsen), hier der Einfachheit halber aber
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sichtbar, deren Gesamtheit auf jeder Kugel ein Meridianbüschel darstellt, in bezug auf die Kemachse O1, O2 als Achse.
Die Bedingung für die richtige Orientierung lautet jetzt : Strahlen von zueinander gehörenden (identen) Bildpunkten Pi', pi" müssen ein und denselben Kreis schneiden oder durch
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Um nun das Eintreten dieser Bedingung auch wirklich beobachten zu können, werden gemäss der Erfindung die beiden Aufnahmen Bb B2 (Platten, Filme) beispielsweise in Bildwerfer (Fig. 4) eingelegt und mittels der Bildwurfobjektion LI, L2 auf die Kugelinnenflächen geworfen (projiziert).
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Kugelmittelpunkten 01, O2 zusammenfällt.
Um diese Abbildung auf die Kugelflächen bewerkstelligen zu können, gehören, wie üblich zur Projektionseinrichtung noch Lichtquellen Oi, Q2 (s. Fig. 4) und Kondensoren Ij,
Nun wird sich bei beliebiger Stellung der Projektionsachsen zunächst zeigen, dass auf
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gehörende Bildstrahlen treffen. Um dies zu erreichen, können entweder die beiden Projektoren oder die die Kernebenen-Schnittlinien tragenden Körper um die Punkte 01, O2 beweglich an- geordnet sein. Ersteren Falls gibt es hiezu folgende ansreichende Bewegungsfreiheiten : 1. Drehung des Bildhalters um die Projektionsachse Ab 01, was der üblichen Drehung der Bildhalter
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bei Entzerrungs-Lichtbildkarten-Geräten entspricht, (α-Drehung). 2.
Drehung des Projektions- systems Ab 01 um die Achse d1, d1 (x1-Drehung). 3. Drehung des Projektionssystems Al, 01 um die Achse Ci. Ci (ss-Drehung).
Dieselben Bewegungsmöglichkeiten sind für den zweiten Teil des Geräts : Die Drehung des BiIdhalters B2 um die Projektionsachse A2, O2 (ob-Drehung), die Drehung des Projektionssystems Azol um die Achse d2, d2 (z2-Drehung) und die Drehung des Projektionssystems A2, O2 um die Achse Ca. C2 (ss2-Drehung).
(Dabei ist eine der beiden x-Drehungen überflüssig.)
Damit lässt sich auf jeden Fall erreichen, dass identische Bildpunkte Pli, putti auf dieselben Kreise (Kernebenen) ksi, k"i fallen. Die dann herbeigeführte Stellung der Projektionsachsen stellt die gesuchte gegenseitige Lage der Aufnahmen im Raum dar.
Die Grösse der notwendigen Drehungen kann dadurch ermittelt werden, dass man vergleicht, welche Kemebenenkurven von zueinander gehörigen Bildstrahlen getroffen werden.
Die beiden Aufnahmen des Messpildpaares werden in die Bildhalter B1, B2 wie bei andern Bildmessgeräten so eingelegt, dass die Plattenhauptpunkte Al und A2 (Fig. 4) in die Projektionsachsen Ql'01 und Q2, O2 fallen. Von den Lichtquellen Ql, Q2 und den Kondensorlinsen K1, K2 werden die Platten (Filme) beleuchtet und von den Projektionslinsen Li, L2 auf die Halbkugeln hl, h2 projiziert, auf denen in gleichen Abständen Meridiankreise k', k" (Fig. 6) aufgezeichnet sind. Befinden sich die Augen des Beobachters vor den Punkten A'l und A'2 der Fig. 4, so sieht er die Halbkugeln h1 und h2 so, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind. Man wird nun besonders bei stereoskopischer Betrachtung es genau bemerken, wenn an beiden Halbkugeln einander zugeordnete Kreise (z.
B. k', k") nicht von zueinander gehörigen Bildstrahlen getroffen werden. Um die Aufnahmen richtig gegeneinander zu orientieren, sind
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sind um ihre Achsen Qu, 01. und Q2, O2 zu drehen, was mit Hilfe der Ringfassungen 81, S2 (Fig. 6) möglich ist, das Ablesen der Drehwinkel kann an Kreisen Kal, Ka2 (nicht dargestellt) erfolgen. 2. Die Projektoren sind um die Kugelmittelpunkte 01, O2 zu drehen u. zw. um die gemeinsame Achse Oi, O2, das Ablesen dieser Drehwinkel geschieht an den Kreisen , a (Fig. 6). 3.
Die Projektoren sind um die Kugelmittelpunkte 01, O2 um die Achsen Ci, Ci und C2, C2, die auf Ob Os senkrecht stehen, zu drehen. Diese Drehwinkel werden an den Kreisen Kss1, Kss2 abgelesen.
Die in Ziffer 2 und 3 angegebenen Drehungen können z. B. durch Kardangelenke (Fig. 5 und 6) ermöglicht werden.
Diese Drehungen werden so bemessen, dass durch einander zugeordnete Kreise (z. B.
Z/, k") die von zusammengehörigen Bildpunkten (z. B. p'i, p"i) ausgehenden Strahlen laufen.
Wenn das bei mindestens fünf Punkten der Fall ist, dann sind die Aufnahmen richtig gegeneinander orientiert, wodurch die Aufgabe gelöst ist.
In Fig. 5 und 7 sind noch Einzelheiten dargestellt, die folgenden Zweck haben : Sind der Kugelradius der Halbkugeln hl, h2 sowie die Brennlänge der Projektionsobjektion LI, L2 gleich der Brennweite f der Aufnahmekamera, so werden die von den Linsen Ll, L2 projizierten Bilder in der Umgebung von All und A'2 nur dann scharf, wenn die Plattenhalter Bl, B2 von 01 bzw. O2 den Abstand 3 f haben.
Um auch andere Zonen auf den Halbkugeln scharf abbilden zu können, müssen die Plattenhalter gegen Q, bzw, Q2 hin um d f verschoben werden.
Dies kann selbsttätig z. B. auf folgende Weise erreicht werden : Die Plattenhalter haben an beiden Seiten je einen Stift T, T (Fig. 7), der durch einen Schlitz des Projektionskastens hervorragt. An den Stiften ist je eine Schiene Z, Z parallel zu den Projektionsachsen Ql, 01
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Dem einen Ende der Schiene steht ein Anker ill, dem andern ein Kontakt 7e gegenüber, an welchen die Schiene Z durch eine Feder herangezogen wird.
Der Anker M und der Kontakt k sind mit einer Stromquelle, z. B. einer Batterie, verbunden. Das Ganze stellt somit ein z. B. bei der elektrischen Klingel bekanntes Relais dar und hat zur Folge, dass der Plattenhalter B, bzw. B2 ständig hin und her bewegt wird, so dass in kurzen Zwischenräumen der ganze Platteninhalt auf den Halbkugeln scharf sichtbar wird.
Der Arbeitsvorgang mit dieser Vorrichtung ist einfach. Die ganze Arbeit, die zu leisten ist, besteht darin, dass die Platten (Filme) in die Bildhalter gebracht und nun die beiden Projektoren mit Hilfe der in Ziffer 1 mit 3 beschriebenen Bewegungsmöglichkeiten so gegeneinander verstellt werden, dass auf einander zugeordneten Kreisen kl, k"der Halbkugeln zusammengehörige Bildpunkte erscheinen.
Die Meridiankreise auf den Halbkugeln sind nicht etwa Erdmeridiane, sie stehen vielmehr mit der Erde in gar keiner Verbindung, sie liegen ebenso beliebig im Raume wie die Aufuahmebasis O1. O2.
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Sollen nun die Luftaufnahmen auch gegen das Erdlot orientiert werden, so wird erfindungsgemäss eine Luftaufnahme mit einer terrestrischen Aufnahme gekoppelt, d. h. es wird auf der Erde eine Aufnahme gemacht, die wenigstens fünf Punkte abbildet. welche auch in der Luftaufnahme enthalten sind. Bei dieser terrestrischen Aufnahme ist es nun leicht, die
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festzustellen.
Erfindungsgemäss wird diese terrestrische Aufnahme zusammen mit einer Luftaufnahme genau so behandelt, wie wenn es zwei zusammengehörige Luftaufnahmen wären. Beide werden nach den bisher beschriebenen Verfahren und mit derselben Vorrichtung gegeneinander orientiert. Sie werden also in die Bildhalter B1 und B2 eingebracht und die Projektoren so gegeneinander verstellt, dass wieder auf einander entsprechenden Kreisen kl, & zusammen- gehörige Bildpunkte pi, pi'liegen. Die Meridiankreise auf den Halbkugeln stellen auch hier keine Erdmeridiane dar, sie sind lediglich bestimmt durch die neue Aufnahmebasis-Bodenstandpunkt-Luftstandpunkt, die man auch hier als Kernachse bezeichnen kann.
Da aber in der terrestrischen Aufnahme das Erdlot und die Nordrichtung bekannt sind, so ist auch die Stellung der Kernachse und der Kammerachse der Luftaufnahme gegen das Lot und Nordrichtung ermittelt.
Nun kann diese Luftaufnahme bereits an die Stelle der terrestrischen treten, um in bekannter Weise eine zweite Luftaufnahme an die nach Erdlot und Nordrichtung orientierte Luftaufnahme anzuschliessen. Die Fortsetzung dieses Verfahrens auf weitere Luftaufnahmen ist so lange möglich, als für den vorliegenden Zweck die Summierung der sich beim Anschliessen einschleichenden Fehler nicht zu gross wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Bestimmen der gegenseitigen Aufnahmelage von Messbildpaaren mit Kurven, welche Schnitte von Ebenen darstellen, die durch die beiden Aufnahmeorte und die aufgenommenen Punkte verlaufen (Kernebenen), dadurch gekennzeichnet, dass die Kurven, wie es in der Mineralogie bekannt ist, als Meridian und Breitenlinien (Fig. 6) aufgetragen sind.