Vorrichtung zur Ausarbeitung eines Luftphotos Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausarbeitung eines Luftphotos unter Anwen dung eines in einer horizontalen Zone gelegenen Stangensystems, das eine Anzahl den projektierenden Strahl repräsentierende Richtstangen umfasst, welche Richtstangen mit ihrem einen Ende um einen Punkt drehbar angeordnet und mit dem andern Ende längs einer Schiene verschiebbar gelagert sind, welches System weiter zwei Lineale aufweist, deren Schnitt punkt einen Punkt im Photo repräsentiert und die an den Schnittpunkten der Schienen und Richtstan- gen aufruhen.
Hierbei repräsentieren die Schienen die Abgren zung der Projektion des Photos in der Zone des Stangensystems, während, wenn jede Richtstange um einen separaten Drehpunkt drehbar ist, jeder dieser Drehpunkte das um die zur betreffenden Richtstange gehörige Schiene in der Zone des Stan gensystems niedergeklappte Projektionszentrum wäh rend der Aufnahme repräsentiert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist nun da durch gekennzeichnet, dass die Richtstangen alle um dieselbe Spindel, die den Hauptpunkt des Photos repräsentiert, drehbar sind, und dass jede Schiene in der horizontalen Zone so weit von dieser Spindel entfernt angeordnet ist, dass sie die Schnittlinie der Photofläche während der Aufnahme und einer Hilfs fläche repräsentiert, welche Hilfsfläche parallel zur Verbindungslinie von Projektionszentrum und Nadir punkt in einer der Kamerakonstanten gleichen Di stanz vom Projektionszentrum gelegen ist.
Dadurch repräsentieren die in der horizontalen Zone gelegenen Richtstangen die in die Photofläche hochgeklappten Projektionen des projektierenden Strahls auf den Hilfsflächen. Zur Behandlung einer Aufnahme, wobei eine zu sich selbst parallele Translation des Lineals notwen dig ist, wird eine einzige Schiene und eine einzige Richtstange für dieses Lineal genügen, wie u. a. bei einer Nadiraufnahme.
An den Schienen würden mit Hilfe einer Grad einteilung die Koordinaten ablesbar sein, wäre es nicht, dass dies konstruktive Schwierigkeiten mit sich bringen kann, und dass wegen der Neigung des Photos Korrektionen durch Umrechnung vorgenom men werden müssten.
Eine günstige Ausführungsform einer erfindungs- gemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Ablesen einer Koordinate eines beachte ten Modellpunktes eine Koordinatenschiene und eine ebenfalls um die den Hauptpunkt des Photos reprä sentierende Spindel drehbare Zeigerstange für diese Koordinaten vorgesehen sind,
welche letztere Stange mit einer Richtstange einen einstellbaren Winkel ein- schliesst. Im Falle einer Nadiraufnahme, also wenn die Neigung gleich 0 ist, fällt die Zeigerstange mit der Richtstange zusammen.
Es sei bemerkt, dass unmittelbare Ablesung von Koordinaten bei photogrammetrischen Instrumenten an sich allgemein bekannt ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematisch auf der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispielen und zugehörigen geometrischen Konstruktionen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 perspektivisch den geometrischen Zusam menhang zwischen einem Geländepunkt und seiner Abbildung auf der mit einer senkrechten Kamera achse aufgenommenen Aufnahme, Fig. 2 perspektivisch den zu einer Aufnahme des Aufnahmepaares gehörenden Mechanismusteil einer Vorrichtung für das Auswerten von mit einer senk rechten oder nahezu senkrechten Kameraachse auf genommener Photo,
wobei die Kupplung mit dem andern gleichartigen Mechanismusteil und mit der Messmarke weggelassen ist, Fig. 3 eine zu Fig. 1 analoge geometrische Kon struktion, jedoch für eine geneigte Kameraachse, Fig. 4 analog zu Fig. 2 einen zur genauen Aus wertung von mit einer beliebig geneigten Kamera achse aufgenommener Luftphoto geeigneten Mecha- nismusteil, Fig. 5 perspektivisch eine mögliche Ausführung der Kupplung zwischen den zwei Mechanismusteilen,
wobei deutlichkeitshalber einige nicht zur Sache ge hörende Teile der Vorrichtung weggelassen sind, Fig. 6 perspektivisch eine mögliche Ausführung einer Kupplung der Mechanismusteile nach Fig. 2 oder 4 mit ihren respektiven Messmarken und mit dem optischen System.
Um den Zusammenhang zwischen den verschie denen Elementen der Vorrichtung einerseits und den diese symbolisierenden Linien bzw. Punkten der geo metrischen Konstruktionen in der Aufnahmefläche anderseits deutlich hervortreten zu lassen, sind in den Figuren und in der Beschreibung für dieselben Elemente dieselben Buchstaben verwendet, wobei die in den geometrischen Konstruktionen vorkom menden Bezugszeichen deutlichkeitshalber unter strichen sind.
In Fig. 1 stellt das Bezugszeichen 1 eine waag rechte Fläche durch einen Geländepunkt P mit den Koordinaten Xp, Yp und Hp in bezug auf das Pro jektionszentrum O (optischer Mittelpunkt des Auf nahmeobjektivs) dar, X die Koordinatenachse par allel oder nahezu parallel zu der Flugrichtung, Y die waagrechte Koordinatenachse senkrecht auf die X- Achse und Z die senkrechte Koordinatenachse im Nadirpunkt. Die Koordinatenachsen <I>X</I> und<I>Y</I> liegen in einer Fläche,
aus der die Höhe der zu kartieren den Punkte gemessen wird. Hat der Punkt P eine Höhekoordinate Zp und liegt das Objektivzentrum O auf einer Höhe ZO, so ist Hp selbstverständlich Z,)ZP.
Die Fläche 4 ist die Aufnahmefläche, die waag recht angenommen ist, p ist der zu dem Gelände punkt P korrespondierende Punkt auf der Aufnahme und der Abstand des Zentrums O vom Hauptpunkt <I>h</I> entspricht dem Brennpunktabstand f (Kamera konstante) der Kamera.
Die Lage von p auf der Aufnahme kann auf gefasst werden als der Schnittpunkt der beiden Li nien S9 und S5, die die Schnittlinien der Aufnahme fläche 4 und der beiden Flächen 3 und 2 durch OP parallel zu der Y- bzw. X-Achse darstellen. Die Stelle von P ist auch bestimmt durch die Winkel a und ss, welche die Flächen 3 und 2 mit der Z-Achse ein schliessen. Die Lage der Linien S9 und S5 in der Aufnahmefläche ist also abhängig von den Winkeln a und ss.
Die Flächen 2 und 3 der Fig. 1 werden von Hilfsflächen, die parallel zu der Z-Achse und senk recht zu der X- bzw. Y-Achse stehen, geschnitten. Diese Hilfsflächen schneiden die Fläche 4 des Photos entlang der parallelen Linien n1, n2 und n3, n4. Der Hauptteil zweier dieser Flächen ist in der Fig. 1 vertikal schraffiert, während die Winkel /3 und cc darin angegeben sind. Naturgemäss kommt auch auf jeder der beiden andern Hilfsflächen ein solcher Winkel vor.
Alle vier Hilfsflächen liegen in einem Abstand vom Projektionszentrum O, der der Kamerakonstanten f gleich ist. Durch diese Lage ist es möglich, dass die vier Dreiecke in den Hilfs flächen, von denen zwei angedeutet sind, in die Fläche 4 des Photos hochgeklappt werden, und diese hochgeklappten Dreiecke, deren zwei schraffiert an gegeben sind, sich im Hauptpunkt h treffen, so dass die Schnittlinien der Hilfsflächen mit den Flächen 2 und 3 von den Linien S2 und S1 bzw. S8 und S6 re präsentiert werden.
Die unter dem Winkel<I>a</I> bezüglich einer durch<I>h</I> senkrecht zur Flugrichtung gelegenen Linie v lau fende Linie S6 ergibt mit der in einer Distanz Hp von h gelegenen Linie B1 (parallel zu der in der Flugrichtung gelegenen Linie u) einen Schnittpunkt <I>B,</I> der die Koordinate Xp bestimmt. In ähnlicher Weise bestimmt die Linie S1 den Punkt A auf der Linie<I>A 1</I> mit der Koordinate Yp.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, in der der vor gehende geometrische Zusammenhang angewandt ist. Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist mit einer festen Spindel h versehen, um die zwei Paare von Armen S1, <I>S2</I> und S6, S8 als Richtstangen drehen können. Hierbei sind die Arme, die zusammen ein Paar bil den, derart miteinander verbunden, dass bei der Be wegung des einen Armes über einen gewissen Winkel der andere Arm sich über denselben Winkel, jedoch in entgegengesetzter Richtung bewegt.
Das Paar Arme S1, S2 trägt ein Lineal S5, mit dem es mittels geeigneter, den Führungsschienen n1 bzw. n2 entlang gleitender Kupplungsorgane ver bunden ist. Diese Kupplungsorgane sind derart kon struiert, dass sie eine Verdrehung des Armes und eine axiale Verschiebung eines Lineals gestatten, dass jedoch der Schnittpunkt von dem Arm und dem Lineal sich auf einer Bahn parallel zu der dazu gehörenden Führungsschiene bewegt.
Das Paar Arme S6, S8 ist auf entsprechende Weise mittels den Führungsschienen n3, n4 entlang verschiebbarer Kupplungsorgane mit dem Lineal S9 verbunden. Der Punkt, in dem die Lineale S5, S9 einander kreuzen, korrespondiert mit dem Punkt p, der von der Messmarke bei diesem Stand der Lineale S5 und S9 auf der Aufnahme gezeigt wird und der die photographische Abbildung des Geländepunktes P darstellt. Die Arme S1, S6 sind derart ausgeführt. dass sie die Koordinatenschiene A 1 bzw. B1 als Zeigerstangen kreuzen.
Es ist unmöglich, die Koordinatenschienen A 1 und <I>B 1</I> in der Distanz Hp, der Flughöhe, von<I>h</I> anzu- ordnen. Die Distanz wird deswegen so gewählt, dass sie innerhalb der Abmessungen der Vorrichtung bleibt und einen Bruchteil der Flughöhe ausmacht.
Aus der Lage dieser Kreuzungspunkte A und B auf den Koordinatenschienen ist jetzt mittels einer linearen Transformation die Y- und X-Koordi- nate des Geländepunktes P zu bestimmen, während mittels einer linearen Transformation aus dem Ab stand zwischen der Koordinatenschiene Al oder B1 und der festen Spindel h die Z-Koordinate des Ge ländepunktes P bestimmt werden kann.
Die vorgehend beschriebene Vorrichtung ist nur für Nadiraufnahmen geeignet. Zur Auswertung von Aufnahmen mit geneigter Kameraachse sind die Nei gungswinkel in und senkrecht zu der Flugrichtung (p und co (bzw. T.,' und (o) zu berücksichtigen.
Die geometrische Konstruktion für eine geneigte Kameraachse ist ersichtlich aus Fig. 3, während Fig. 4 einen Mechanismusteil der Vorrichtung zur genauen Auswertung von mit einer beliebig stark geneigten Kameraachse aufgenommenen Luftphotos darstellt. Der Zusammenhang zwischen den in den Fig. 3 und 4 verwendeten Winkeln c)' und p' und den Winkeln c) und (p ist gegeben durch:
EMI0003.0031
Die Flächen 2 und 3 schneiden die Fläche 4 in den Linien S5 und S9, die aber jetzt nicht mehr senkrecht zueinander stehen.
Die parallel zur Z-Achse und senkrecht zur X- bzw. Y-Achse in der Fläche 1 in einem Abstand vom Projektionszentrum O gelegenen Hilfsflächen liefern wieder die Schnittlinien n1 und n3 sowie auch die nicht eingezeichneten Linien<I>n2</I> und<I>n4.</I> Auch diese Linien stehen nicht mehr senkrecht zueinander.
Dennoch treffen sich die umgeklappten schraf fierten Dreiecke in der Fläche 4, die mit den schraf fierten Dreiecken in den Hilfsflächen kongruent sind, wieder im Hauptpunkt h, und es bilden die Linien S10 und S12 die Repräsentanten der Projektionen der Linie p0 auf den Hilfsflächen. Wird wiederum ein senkrechtes Achsensystem u-v durch h ange nommen, wobei die u-Achse in der Flugrichtung ge legen ist und somit parallel zu n3 läuft, aber einen Winkel b mit hC bildet,
wobei tg b = sin o)tg cp, dann wird n1 mit der v-Achse einen Winkel 8 bilden.
Der Abstand der Linie n1 von h wird durch die nachfolgende Formel bestimmt:
EMI0003.0056
Für die in der Fig. 3 nicht eingezeichnete Linie n2 wird der Abstand
EMI0003.0058
In gleicher Weise wird für die Linie n3 und die nicht eingezeichnete Linie n4 der Abstand
EMI0003.0059
weil die v-Achse mit der Linie D0 den Winkel c) einschliesst.
Die Linie S12 (bezw. eine zu ihr gehörige, nicht eingezeichnete Linie S8) bildet mit der v-Achse einen Winkel u-(p. Um nun auf der Linie B l. die X-Koor- dinate von P ablesen zu können, soll eine Linie S7, die mit S12 einen Winkel p einschliesst, mit dieser Linie S1 gekuppelt werden, so dass S7 mit der v-Achse einen Winkel a bildet.
Die Linie S10 bildet mit der u-Achse einen Winkel ,ss - co' - b (eine zu S10 gehörige, nicht eingezeichnete Linie S2 bildet mit der u-Achse einen Winkel ss - co' -I- ö). Zum Ablesen der Y-Koordinaten auf einer Linie A 1 muss daher eine Linie S3 mit S10 einen Winkel co' + 8 bilden,
so dass S3 mit der u-Achse den Winkel ss bildet.
Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel dar von einem Mechanismusteil der Vorrichtung, die in grossen Zügen mit der Vorrichtung nach Fig. 2 über einstimmt, die jedoch geeignet ist, mit einer in be liebiger Richtung und mit beliebig stark geneigter Kameraachse aufgenommenen Aufnahme genau aus zuwerten.
Um den Einfluss der Neigung zu eliminieren, sind hierbei folgende Massnahmen getroffen worden: Die Schienen n1 und<I>n2,</I> n3 und<I>n4</I> sind derart in der waagrechten Zone verschiebbar, dass die Schienen n1 und n2 bzw.
n3 und n4 gegenseitig par allel bleiben, während das Paar Schienen n3 und n4 parallel zu der u-Achse ist und das Paar Schienen n1 und<I>n2</I> unter einem Winkel b mit der v-Achse eingestellt werden kann. Der Arm S1 aus Fig. 2 ist ersetzt durch die Stangen S10, S3, die gleichfalls um die Spindel h drehen können und von denen die erste, zusammen mit der Richtstange S2,
das Lineal S5 trägt, während die Zeigerstange S3 die Koordi- natenschiene Al. in dem Punkt A kreuzt, aus dessen Lage nach einer linearen Transformation die Y- Koordinate von dem zu p gehörenden Geländepunkt P gefunden werden kann. Diese Stangen S10 und S3 sind versehen mit Mitteln, um sie unter einem beliebig einstellbaren Winkel miteinander zu verbin den.
Es ist auf diese Weise also möglich, sie derart in bezug aufeinander einzustellen, dass zwischen ihren Projektionen in einer Fläche senkrecht zu der Spin del<I>h</I> ein Korrektionswinkel co' -f- <I>8</I> eingeschlossen wird. Der Arm S10 ist wieder auf die schon beschrie bene Weise mit dem Arm S2 gekuppelt, so dass bei der Bewegung des einen der andere sich in entgegen- gesetzter Richtung über denselben Winkel dreht.
Die Kupplung ist hier jedoch derart ausgeführt, dass die Stange S10 mit der u-Achse einen Winkel (l <I>-</I> c,)'- <I>d</I> einschliesst und die Stange<I>S2</I> mit der u-Achse einen Winkel ,ss - 7,' <I>+ 8</I> einschliesst (auch gemessen in einer Fläche senkrecht zu der Spindel h). Auf entsprechende Weise ist der Arm S6 aus Fig. 2 ersetzt durch die Stangen S12, S7, zwischen denen ein Korrektionswinkel 99 eingestellt werden kann.
Der Arm S12 trägt das Lineal S9 und ist weiter mit der zweiten, das Lineal S9 tragenden Richtstange S8 gekuppelt, derart, dass sich die Stan gen über gleiche Winkel in entgegengesetzter Rich tung bewegen können. Die Zeigerstange S7 kreuzt die Koordinatenschiene B1 in einem Punkt B, aus dessen Lage nach linearer Transformation die X- Koordinate des Geländepunktes P gefunden werden kann.
Die Art und Weise, in der die Zeigerstangen S3 und S7 längs der Koordinatenschienen A l bzw. B I verschoben werden können, und auch die Kupplung des linken mit dem rechten Mechanismusteil ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen möglich. Deutlich keitshalber sind die Bezugszeichen, die sich auf Ele mente des linken Mechanismusteils beziehen, mit einem Index L versehen, während die sich auf den rechten Mechanismusteil beziehenden Bezugszeichen einen Index R haben.
Die X-Bewegung wird mittels eines Handrades 5 zustande gebracht, das die mittels Kegelzahnräder miteinander verbundenen Achsen 6 und 7 antreibt. Die Achse 7 ist mit Schraubengewinde versehen, das bei Drehung die die Stangen S7R und S7L tragenden Kupplungsorgane IIR bzw. IIL längs der Schienen B1 verschiebt. Diese Kupplungsorgane sind geteilt ausgeführt, so dass die Büchse, die um die Schiene BI greift, gegenüber der Büchse, in der die Stange S7 geführt wird, verdrehen kann.
Die Y-Bewegung wird mittels des Handrades 19 zustande gebracht, das die mittels Kegelzahnräder aneinandergekuppelten Achsen 20, 21 und 22 drehen kann. Die Achsen 20 und 22 sind gleichfalls als Schraubenspindeln ausgeführt, so dass beim Drehen hiervon die Kupplungsorgane IHR und IIIL längs der Koordinatenschienen A 1R bzw. AlL ver schoben werden und hierbei die Stangen S3R bzw. S3L mitnehmen.
Diese Kupplungsorgane sind derart ausgeführt, dass die Büchse, die um die Schiene A l greift, gegenüber der Büchse, in der sich die Stange S3 verschieben kann, verdrehen kann. Die Möglich keit, den Teilen der Kupplungsorgane II und III eine relative Verschiebung zu geben, gestattet, dass den Koordinatenunterschieden zwischen den zu dem Aufnahmepaar gehörenden Projektionszentren Rech nung getragen wird.
In den Figuren sind einfachheitshalber die Mittel zum Ausführen von Verschiebungen weggelassen. Die Z-Bewegung wird mittels einer Fussscheibe 8 erhalten, die mittels Kegelzahnräder aneinander- gekuppelte Achsen 9, 10, 11, 12 und 14 drehen kann. An diese Achsen sind gleichfalls mittels Kegel zahnräder die mit Schraubengewinde versehenen Stangen 17, 18, 13, 29, 15 und 16 angeschlossen. Eine Drehung der Fussscheibe 8 gibt also eine Ver schiebung der Koordinatenschienen AIL und AIR und auch der Koordinatenschiene B l.
Ein Ausführungsbeispiel des Zusammenhanges der zwei Mechanismusteile mit dem optischen System ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Das Kupplungs stück IVL (bzw. IVR), das die Stangen S5L mit S9L (bzw. S5R mit S9R) verbindet und dessen Lage also mit dem Geländepunkt P korrespondiert, ist mittels einer Stange 30L (bzw. 30R) mit der Messmarke mL (bzw. mR) verbunden, die hierdurch über die linke (bzw.
die rechte) Aufnahme, die auf einem um eine senk rechte Achse drehbaren waagrechten Tisch 32L (bzw. 32R) befestigt ist, bewegt wird. Die Bewegung der Stange 30L (bzw. 30R) soll immer parallel zu ihr selbst sein, wozu eine Geradführung 31L (bzw. 31R) dient. Mit der Messmarke mL (bzw. mR) ist ein Teil 33L (bzw. 33R) des optischen Systems ver bunden, das gegenüber dem Teil 34L (bzw. 34R) verschiebbar ist. Bei einer Bewegung der Kupp lungsorgane IV nach links oder nach rechts bleibt also der Teil 34 des optischen Systems mit den Oku laren 35L (bzw. 35R) an seiner Stelle.
Bei einer Be wegung der Kupplungsorgane IV nach vorn oder nach hinten wird der Teil 34 des optischen Systems mit den Okularen gleichfalls nach vorn oder nach hinten mitgenommen.
Selbstverständlich sind andere Konstruktionen des optischen Systems möglich (und bekannt), wobei die Okulare eine feste Stellung haben können. Als eine kinematische Umkehrung kann die Stange 30 mit dem die Aufnahme tragenden Tisch verbunden werden, der also in dieser Ausführung bewegbar ist, während die Messmarke und die Beobachtungsoptik stabil bleiben.