Vorrichtung zur differentiellen Entzerrung von Messbildern
Die Erfindung betrifft eine mit einem photogramme trischen Auswertegerät skoppellbare Vorrichtung zur differentiellen Entzerrung von Messbildern mit einem BildtrÏger und einer ProjektionsflÏche, die relativ zueinander in drei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen verschiebbar angeordnet sind, und einem mit seiner opti schen Achse senkrecht auf dem BildtrÏger und der Projektionsfläche stehenden Projektionsobjektiv.
Zur HerstcHung genauer Luftbild plane sind die Messbillder vom Einfluss der Bildneigung und der Gdiände- h¯henunterschiede zu befreien, die zentralperspektiven Luftbilder sind in orthographische umzuwandeln. Hierzu werden die an das photogrammetrische Auswertegorät eingelegten Messbilder streifenweiseabgetastet,das Profil des jeweiligen Streifens gebildet, mindestens eines der Messbillder mit Hilfe eines Spaltes sulkzessiv auf eine photographische Schicht projizient und auf diese Weise das photographische Bild festgehalten.
Die bekannten Vorrichtungen zur differentiellen Ent zerrung besitzen zwar einen verhÏltnismÏssig einfachen Aufbau, sind jedoch mur an spezielle, nach einem bestimmten Prinzip projizierende Auswortcgeräte koppd- bar. Daneben wurde bereits eine Vorrichtung zur streifen- weisen differentiellen Entzerrung eines Luftbildes vorge- schlagen, die mit jedem photogrammetrischen Auswerte- gerät gdkoppelt werden kann, die jedoch sehr aufwendig und kompliziert ist, weil sie, wie jedes herkömmliche Entzerrungsgerät, die automatischen Steuerungen f r den Ftuchtpunkt,
für die Scharfabbildung nach Scheimpflug und zur Erf llung der Linsegleichung besitzt.
Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur differen- tiellen Entzerrung von Messbildern, die einerseits mit jedem photogrammetrischen Auswertegerät koppelbar ist und die andererseits sehr einfach in ihrem Aufbau ist, weil1 sie weder einer automatischen Fluchtpunktsteuerung, noch einer automatischen Steuerung zur Erf llung der Scheimpflug-Bedingung bedarf. Die erfindungsgemässe Vorrichtu, ng gewährlei, stet eine genaue Entzerrung unabhängig von der Nadirdistanz.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass man nein unter einer beMebigen Nadirdistanz aufgenom- menes MessbiNd mechanisch m eine Senkrechtaufnjahme umbilden und diese in einem nur im differentiellen Bereich konstanten VerhÏltnis vergr¯ssern kann.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung enthält einen Inversor, der einerseits die Linsengleichung verwirklicht und andererseits das VerhÏltnis von Messbild zu Projektion in AbhÏngigkeit von der Aufnahmebrennweite, der Nadirdtstanz und den Punktkoordinaten mindestens eines mi photogrammetrischan Auswertegerät befindlichen Messbildes steuert.
Der Inversor verwirklicht also die Linsengleichung
1 + 1 = 1 a a'f unter Ber ckszichtigung des Massstabfaktors z v =-, c"k wobei c", ? = (CK ò cos? - x' ò sin?) ò cos? - y' ò sin? ist. In diesen Gleichungen bedeuten a den Abstand d. er Blildebene vom vorderen Olb- jektivhauptpunkt, a'den Abstand der ProjektionsflÏche vom hinteren
Objektivhauptpunkt, f die Brennweite des Objektivs, c @ die momentane Kammerkonstante,
Ck die Aufnahamekammerkonstante, x'und y'die Bildkoordinaten eines Punktes, z eine koordinate (H¯he) des Dingraumes, ? und ? diie Komponenten der Nadirdistanz.
Die Höhe z des Projektionszentrums der Aufnahme und die momentane Kammokonstante c"k werden im Aus wertegarät gebildet und der erfindungsgemÏssen Vorrichtung zugeleitet.
Der Inversor kann sowohl aus rein mechanischen als auch aus rein elektrischen Miltteln oder aber auch aus einer geeigneten Kombination mechanischer und elektrischer Mittel bestehen. Welche Mittel im einzelnen Verwendung Enden, ergibt sich stets aus der Konstruktion und der späteren Verwendung der Vorrichtung.
Ein Inversor unter Zugrundelegung rein mechanischer Mittel besteht aus einer Goradführung f r zwei parallel zueinander und senkrecht zur Goradfübrung angeord- neten Stäbe, deren Verschiebungen enttlang der Geradführung vom Auswertegerät her gesteuert werden und von denen der erste der Vettänderung der GegenNtamds- weite und der zweite der VerÏnderung der Bildweite dient, und zwei um eine Achse X-X schwenkbaren, an jeden Stab abgelenkten Schwingen, die sich mit der Geradführung in einem Punjkt der Achse X-X schneiden,
wobei die AbstÏnde des Anlenkpunktes der ersten Schwinge am ersten Stab und der zweiten Schwinge am zweiten Stab von der Geradf hrung verÏnderbar und die Ab stände des Anlenkpunktes der ersten Schwinge am zweiten Stab und der zweiten Sdhwirge am ersten Stab von der Geradführumg konstant sind. Dabei kann die Geradführung sankrecht zu sich selbst verschiebbar angeordnet sein.
Ein Inversor, der aus rein elektrischen Mitteln besteht, weist zwei der Veränderung der Bd-un Projektionsentfernung dienende elektrische Motoren und zwei dazugehörige elektrische Reohenbrüdken auf, welche die Wirkung der Motoren entsprechend dem Eingabewerten des Auswertegerätes steuern.
Besteht der Inversor z. T. aus elektrischen und z. T. aus mechanischen Mitbeln, so ergibt sich eine orteilhafte Ausführungsform, wenn nur ein Motor vorgesehen ist, der ber ein Hebelgetriebe das Verhältnis von Bild zu Projektion ändert und dabei eine Rechenbrücke abgleicht, die mit einem Zweig mit dem Auswertegerät ver bunden ist und zur'Steuerung des Mators dient. Diese Ausführungsform ist besonders einfach, raumsparend und kostensparend, weil sie in geeigneter Weise die Vorteile der rein mechanischen und der rein elektrischen Aus führungsform vereinigt. ohne deren MÏngel zu bernehmen.
F r die Wirkungsweise der Erfindung ist es gleichg ltig, ob das Objektiv feststeht und BildtrÏger und Projektionstisch in Richtung der drei Raumkoordinaten verschiebbar sind oder ob der Projktionstisch feststeht und demgegenüber das Projektionsobjektiv sowie der BildtrÏger verschiebbar ist oder ob sich BHdträger und Projektionstisch in parallelen Ebenen bewegen, das Ob jektiv feststeht und die optische Weglänge zwischen Bild- träger und Projektionstisch durch Verwendung verschieb- bar angeordneter, optischer Mittel varÏnderbar ist.
Es ist auch eine Ausführungsform der erfindungsgemÏssen Vorrichtung möglieh, bei welcher der auf Spulen gewijk- kelte photographische Schichtträger über einen Projektionstisch gefuhrt wird, der etwa die Breite der grösstm¯glichen. SpaltlÏnge hat und der zusammen mit den Spulen und dem Projektionstisch im Richtung der Spu- lenachsen verschiebbar ist, wäfhrand Objektiv und Spalt fest angeordnst sind. Die erfindungsgemÏsse Vorrichtung kann als selbständiges Gerät oder als ZusatzgerÏt ausgebildet sein.
Anhand der Fig. l bis 5 der schematischen Zeich- nung wird ein Ausf hrungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung naher erläutert. In Fig. l ist eine Vorrichtung zur differentiellon Entzerrung dargestellt. Fig. 2 zeigt den dazugehörigenInversor in vergr¯sserter Darstellung. Figur 3 zeigt den optischen Aufbau zu einer zweiten Aus- führungsform der Vorrichtung zur differentieHen Entzerrung und die Fig. 4 und 5 stellen zwei Inversoren dar.
An den vier Ecken einer Grundplatte 1 sind seni- recht vier Rundstabe 2, 3,4 und 5 befestigt, auf denen Zylinder 6, 7,8 und 9 gleiten, welche ihrerseits an den Edken eines Rahmens 10 befestigt sind. Der Rahmen ist mit zwei Führungen 11 und 12 für einen Schitten 13 versehen, auf dem ein weiterer Schlitten 14 entlang zweier Führungsstäbe 15 u. 16 rechtwinklig zur Verschie- bungsrichtung des ersten Schlittens verschiebbar ist.
Auf dam ScMitten 14 ist ein weiteres aus den Schlitten 17 und 18 bestehendes Kreuzschlittensystem gelagert, dessen Sohlitten 17 entlang zweier Führungsstäbe 19 und 20 verschiebbar und TrÏger des entlang eines Führungsstabes 21 und einer Spindel 22 bewegbaren Schlittens 18 ist.
Eine'ein Objektiv 23 tragende Platte 24 ist senkrecht zu den Ebenen der Kreuzschlitten entlang von am Schlitten 14 parallel zu den Rundstäben 2,3,4 und 5 befestigten F rungen. 25,26,27 und 28 verschiebbar. Ein mit Gloitstüdken 29,30,31 und 32 auf den Zylindern 6, 7,8 und 9 zwischen der Grundplatte 1 und dem Rah- man 10 verschiebbarer Rahmen 33 ist ber zwei an gegen berliegenden Rahmenseiten verschiebbar angeordnete Tnäger 34 und 35 für zwei Führungen 36 und 37, in denen zwei an der Platte 24 befestigte Stäbe 38 und 39 gleiten, mit der Platte 24 und dem Objektiv 23 ver bunden.
Ausserdem sind am Rahmen 33 zwei Schwingen 40 und 41 in Ebenen um eine Achse X-X schwenkbar gelagert, die senkrecht auf den Bewegungsebenen der Kreuz- scMitten und parallel zur Bewegungsrichtung des Sc. hlittens 13 stehen. Auf einer am Ralhmen 10 gelagerten Spindel 42 ist mit einem Mutterstück 43 ein senkrecht angeordneter Stab 44 verschiebbar, mit dem ein entlang der Schwinge 40 verschiebbares Gleitstück 45 verbun- den ist, das sich vom Mutterstüdk 43 im Abstand der Brennweite des Objektivs 23 befindet.
Der Stab 44 gleitet in einer Führung 46, welche mit einem auf einer am Rahmen 33 vorgesehenen, zur Spindel 42 parallelen F hrung 47 gleitenden Schlitten 48 starr verbunden ist. Am Schlitten 48 ist mit einem Ende ein Stab 49 parallel zum Stab 44 befestigt, an dessen anderem Ende im Abstand der Brennweite des Objdktivs 23 ein auf der Schwinge41gleitendesGleitstück 50 gelagert ist. An der Grundplatte 1 ist parafai zu der Führung 47 und mit der'Spindel 42 eine senkrechte Ebene bestimmend eine weitere Spindel 51 angeordnet.
Entlang dieser Spindel wird ein Mutterstück 52 f r einen lotrechten Stab 53 versdhoben an dem im Abstand der Brennweite des Objelktivs 23 vom'Mutterstüdk 52 ein auf der Schwinge 41 gleitendes Gleitst ck 54 schwenkbar angebracht ist. Entlang des Stabes 53 ist ein an einem Schititten 55 befestig- tes Gleitst ck 56 verschiebbar. Der Schlitten 55 gleitet ebenso wie das Gleitstüdk auf der F hrung 47 und trägt einein lotrechten Stab 57, mit dessen freiem Ende im Abstand der Brennweite des Objektivs 23 ein auf der Schwinge 40 verschiebbares Gleitstück 58 gelenkig verbunden ist.
Die Verschiebungen der Schlitten 13 und 14 werden von einen nicht dargestellten Auswertegerät über elek- trische Geber, ¯bertragungskanÏle 59 und 60 sowie am oberen Rahmen 10 gelagerte EmpfÏnger 61 und 62 entsprechend den'Koordinaten x und y des Dingraumes gesteuert. Der Empfänger 61 treibt eine am Rahmen 10 geitagerte Spindel 63, die in den Schlitten 13 eingreift. Mit dem Empfänger 62 ist ein ebenfalls am Rahmen 10 gelagerter Vierkantstab 64 verbunden, der über ein Kegel rädarpaar 65, 66 und einen Mitnehmer 67 eine recht- winklig zu ihm angeordnete, auf dem Schlitten 13 gela- gerte und mit dem Schlitten 14 in Eingriff stehende Spindel 68 antreibt.
Der Selffitten 17 und 18 werden entsprechend den Bildkoordinaten x' unid y' eines in das AuswertegerÏt eingelegten Stereobildes verschoben. Zu dem Zweak werden die in die Horizontalebene reduzierten Bildkoortinaten vom nicht dargestettten Auswertegerät über elek- trische Geber Übertragungskanäle 69,70 und einen am Schlitten 14 bzw. 17 abgeordneten Empfänger 71 bzw.
72 auf eine Spindel 73 bzw. 74 übertragen, die mit dem Schlitte 17 bzw. 18 in Eingriff sirs.
Zur Verschiebung der Schlitten 48 und 55 und damit der StÏbe 44, 49 bzw. 53, 57 entlang der Filhrung 47 47 werden die am Rahmen 10 bzw. an der Grundplatte l gelagerten Spindeln 42 und 51 ber elektrische Empfän- ger 75 und 76 (Fig. 2), ¯bertragungskanÏle 77 und 78 vom nicht dargestellten Awswertegerät her angetrieben, und zwar wird der Schliltten 55 entsprechend der Koordinate z des Dingraumes und der Schlitten 58 entspre chend der sogenannten Momentan-Kammerkonstanten c"k verschoben.
Dabei erfahren die Abstände der Gleit- stüdke 45 und 54 von den zugehörilgen Schlitten 48 und 55 eine Veiänderung und somilt der'Rahmen 33 mit den Gleitst cken 29,30, 31, 32 eine Verschiebung längs der Zylindar 6. 7,8,9 sowie der Rahmen 10 ber seine Zylinder 6,7,8,9 eine Verschiebung entlang der Rund- stäbe 2,3,4,5.
Es werden die Abstände des Projoktions- objaktivs 23 von der Grundplatte 1 als Projektionsebene einerseits und von dem Schlitten 18 als Bildbräger andererseits zur Erf llung der Linsengleichung und Verände- rung des Vergrösserungsverbaltmsses zwischen Bild und Projektion so verändert, wie es zur differentiellen Ent zerrung erforderlich ist.
Ein auf dem S'ohl'itten 16 liegendes Messbild 79 wird partiell mittels einer nicht dargestellten Lichtquelle be- leuchtet und durch das Objektiv 23 auf die mit der Oberfläche der Grundplatte l zusammenfallenden ProjektionsflÏche in allen sleinen Teilen entzerrt abgebildet.
WÏhrend in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 die AbstÏnde zwischen der'Bildebene und Objek- tivmittalebene einerseits sowie der Objektivmittelebene und Projektionsebene andererseits veränderbar sind, sind in Fig. 3 Bild und ProjektionsflÏche nur in ihren einander parallelen Ebenen verschiebbar. Eine derartige Ausbildung gchafft die Voraussetzungen, die erfindungsgemasse Vorrichtung als ZusatzgerÏt zu einem Auswertegerät aus zugestalten.
Das von einer Lichtquelle 80 ber einen zwei. gedri- gen Kondensator 81 ausgesendete und an der HypotenusenflÏche eines rochtwinMgen Prismas 82 reflektierte LichtstraMenbündel dient der Beleuchtung eines Ausschnittes eines Messbildes 83, welches in der Brennebene eines zweigliedrigen Linsensystems 84 liegt. Zwei rechtwinklige Prismen 85 und 86 dienten der Umlenkung des Strahlenganges zwischen Messbild und Objektiv.
Das zweigliedrige Linsensystem bildet den beleuchteten Ausschnitt des Messbildes 83 nach Umlenkung des Strahlenganges an einem rechtwinkligen Prisma 87 in die Gegen- standsebene G eines Objektivs, des eigentlichen Entzerrungsobjekitivs 88, ab, in dessen Bildebene B sich die durch einen Spalt 89 zum Teil freigegebene Projektions- flÏche 90 befindet.
Zwischen der Gegenstandsebene G und dem Entzerrungsobjektiv 88 sowie dem Entzerrungs- objsktiv und der ProjektionsflÏche 90 wird der Abbildungsstrahlengang mit Hilfe eines in Richtung des Strah- lenganges verschiebbaren 90¯-Winkelspiegels oder -Prismas 91 bzw. 92 um 180 abgelenkt und nach Reflexion an der HypotenusenflÏche eines rechtwinkligen Prismas 93 der ProjektionsflÏche 90 zugeleitet.
Die Verschiebung der Winkelspiegel 91 und 92 kann mit HiNfe eines Inversors gesteuert werden, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestelltist oder wie or nachfolgend noch beschrieben wird.
In Fig. 4 bedeutet 95 den Träger eines Prismas 96 und 97, den Träger eines Pnismas 98,99 ein Objektiv,
100 ein Messbild, 101 einen Spalt vor einer Projektions- fläche 102. Die Verschiebung des TrÏgers 95 bzw. 97 in F hrungen 123 bzw. 124 erfolgt durch einen Motor 103 bzw. 104 über einen Spindel 105 bzw. 106 und ein mit dem TrÏger in Verbindung stehendes Mutterstiick 107 bzw. 108.
Der Steuerung dermotoren 103 und 104 dienen zwei Rechenbrüdken mit den gemeinsamen Poten tiometern 109 und 110 sowie den Potentiometern 111 und 112 f r die eine Br cke und 113 und 114 f r die andere'Brüdke sowie zwei Verstäriker 115 und 116.
Die Potentiometer 109 und 1110 stehen ber mittels Spindeln
117 und 118 verschiebbare Kontakte 119 und 120 mit dem Auswertegeräit 140 in Verbindung, und zwar übertrÏgt der Kontakt 119 die z-Koordinate (Höhe) des Dingraumes und der Kontakt 120 die Momentan-Kammerkonstante c"li auf die Massbrüdken. Verändern die Kon talkie 119 und 120 ihre Lage, so fliessen in jeder Mess brüctke sogenamfte Brückenströme, die über die Ver stärtker 115 und 116 die Motoren 103 und 104 in Tätig- keit setzen.
Dadurch wird ein mit dem Mutterstück 107 bzw. 108 fest verbundener Kontaikt 121 bzw. 122 lÏngs dos Potentiometers 111 bzw. 113 so lange verschoben, bis kein Brüokenstrom mehr fliesst. Dabei werden die Prismen 96 und 98 in eine Lage bewegt, die sowohl die Scharfabbildung als auch das MessstabsverhÏltnis zwischen Projektion'und BiiM gewahrleistet.
Einen auf dem eldktromechanisohen Prinzip beruhen- don Inversor zeigt Fig. 5, wom wieder die Prismen mit 96 und 98, die PrismentrÏger mit 95 und 97, das Objektiv mit 99, das Messbild mit 100, der Spalt mit 101 und die ProjektionsflÏche mit 102 bezeichnet ist.
Ein doppeltes Schubkurbalgetriebe, dessen Glieder 125,126 und 127 einerseits in einem einezigen Gelenk 128 miteinander verbunden und andererseits um eine feste Achse Y-Y schwenkbar gelagert bzw. mit den PrismentrÏgern 95 und 97 gelenking verbunden sind, wird ber ein auf das Glied
126 wirkendes Schub- und Zugglied 129 durch einen Motor 130 angetrieben, um auf diese Weise die Prismentrager 95 und 97 mitsamt den Prismen 96 und 98 in Rich- tung der optischen Achse O5-O5 des Objektivs 99 gleich- sinnig in ilhren Führungen 123 und 124 zu schieben.
Die Schwenkachse Y-Y des Gliedes 126 und die Verbindungspunkte der Glieder 125'und 127 mit den Prismenträgern 95 und 97 legen in einer Ebene.
Da zur Verschiebung beider Prismenträger 95 und 97 nur ein Motor 130 dient, ist zu dessen Steuerung auch nur eine vier Potentiometer 133,134,135 und 136 aufweisende Rechenbr cke erforderlich. Das Potentiometer
133 steht'über einen Kontatkt 131 mit der z-Spindd 138 und das Potentiometer 136 über einen Kontakt 132 mit der c"k-Spindel 139 des Awswertegerätes 140 in Verbin- dung.
Verändern stich im Auswertegerät die Werte für z und c"k, so verscMoben sich zwangsläufig die Kontakte 131 und 132 der Potentiometer 133 und 134, die Gleich- heit der Widerstände (in den Brückenzweigen ist gest¯rt und es wird dadurch ein Brüienstrom erzeugt, der weber einen Verstärker 141 denantrieb des Motors 130 in der richtigen Richtung bewirkt. Da der Motor 130 auch den<BR> Prismenträger 95 und damit einen an diesem befestigten, auf dem Potentiometer 135 gleitenden Kontakt 142 verschiebt, werden die Widerstände der Brückenzweige wieder einander angeglichen und der Brückenstrom zum Verschwinden gebracht.
In diesem Augenblick wird der Motor abgeschaltet.
An die Sterne der Prismen in den Fig. 4 und 5 können auch Bild-und/oder Projektionsebene treten.