Die Erfindung betrifft eine photogrammetrische Einrichtung zur X-Parallaxenmessung an einem Stereopaar.
Die Definition der Parallaxe, oft Horizontalparallaxe oder X-Parallaxe genannt, welche für die Distanz eines Objektpunktes bzw. Gelände- oder Modellpunktes von den Aufnahmestandorten des Stereobildpaares charakteristisch ist, findet sich in allen Lehrbüchern der Photogrammetrie wie z. B. im Manual of Photogrammetry , 3. Auflage, 1966, Seite 23, herausgegeben von der American Society of Photogrammetry.
Die konventionellen stereophotogrammetrischen Auswertegeräte besitzen als Messmarke eine sogenannte schwebende Marke. Diese ist meist punktförmig ausgebildet und wird vom Operateur des Gerätes im Stereomodell räumlich geführt. Die jeweilige Position dieser Messmarke kann entweder mittels Massstäben oder Zählern abgelesen oder registriert oder in graphischer Form sichtbar gemacht werden.
Wird die Messmarke mit einem Modellpunkt (Objektpunkt) in Kontakt gebracht, d. h. auf diesen aufgesetzt, so weist sie dieselbe Parallaxe auf, wie der zu messende Punkt. Es ist dann keine Parallaxendifferenz zwischen Messmarke und Modellpunkt mehr vorhanden. Zur räumlichen Modellmessung besteht für den Operateur eines stereophotogrammetrischen Auswertegerätes somit die Aufgabe, die Parallaxendifferenzen zwischen Messmarke und Modellpunkt zum Verschwinden zu bringen.
Es sind elektronische Verfahren bekannt, die diesen Vorgang mittels Bildkorrelation automatisieren. Dabei werden flächenhafte Abtastfiguren angewandt, welche die korrespondierenden Bildpunkte und deren Umgebung in den Stereoaufnahmen, aus denen der Objektpunkt im Raummodell gebildet wird, zu erfassen suchen.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch: (A) Mittel zur Abtastung jeder Aufnahme des Stereopaares in einer Linie längs eines Weges, welcher jederzeit im Schnitt einer Kernebene mit der Bildebene liegt, in welchem eine X-Parallaxe vorhanden ist und in dem Y-Parallaxe und Bildverdrehung praktisch fehlen, zwecks Erzeugung erster und zweiter Videosignale, die dem abgetasteten Weg auf den erwähnten Aufnahmen entsprechen, und (B) Mittel zum Anlegen der erwähnten ersten und zweiten Signale an einen Korrelator zur Erzeugung eines Ausgangssignales, das der X-Parallaxe entspricht.
Die vorgeschlagene Erfindung der photogrammetrischen Einrichtung basiert auf der Überlegung, dass für die Erfassung der erwähnten Parallaxen flächenhafte Abtastfiguren nicht notwendig sind, sondern eine eindimensionale d. h. Iinienweise Abtastung in jeder Stereoaufnahme unter nachfolgender Bedingung nicht nur genügt, sondern wegen der unter diesen Umständen sehr hohen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit wesentliche Vorteile bietet und darüber hinaus die Bestimmung der Neigung von Linienelementen auf der Modell- resp. Geländeoberfläche (Hangneigung) ermöglicht.
Die Voraussetzung für die geometrisch richtige Erfassung des Stereomodelles bei eindimensionaler Abtastung mit Linienelementen als Abtastfigur ist, dass die Linienelemente in den korrespondierenden Kernstrahlen der Stereoaufnahmen liegen. Im photogrammetrischen Normfall (Kammerachsen senkrecht zur Aufnahmebasis und diese parallel zur Referenzobjektebene) sind die korrespondierenden Kernstrahlen in beiden Stereoaufnahmen stets parallel zueinander. Bei zur Referenzobjektebene geneigten Aufnahmen sind die Kernstrahlenrichtungen bekannte und somit berechenbare Funktionen der Orientierung der Aufnahmeachsen und der Positio nen der Aufnahmestandpunkte.
Die mit der erfindungsgemässen Einrichtung in den Kernstrahlen der Stereoaufnahmen erzeugte linienförmige Videoinformation wird mit einer der bekannten Korrelationstechniken verarbeitet, um die für die Modell- resp. Geländehöhen charakteristische Parallaxe sowie die Neigung räumlicher Linienelemente in Kernebenen zu gewinnen.
Bevor auf die Erfindung eingegangen wird, sollen die verwendeten Begriffe wie folgt definiert werden:
Basis die Raumstrecke, welche die Aufnahmeorte eines Stereobildpaares verbindet, oder der Abstand zwischen diesen Aufnahmeorten. Ebenso der Abstand zwischen den Projektionszentren im Auswertegerät.
Aufnahmeort der Punkt im Raum, in dem sich das Projektionszentrum der Aufnahmekammer im Moment der Belichtung befindet.
Entsprechende Strahlen (einander entsprechende Strahlen) die Strahlen von zwei einander entsprechenden Bildpunkten, welche durch die jeweiligen Projektionszentren hindurch- gehen und sich im Objektpunkt schneiden.
Verschiebung
Translation eines Bildausschnittes in der Ebene des Bildes ohne Änderung der perspektiven Merkmale.
Kernpunkte
Durchstosspunkte der die Aufnahmestandorte verbindenden Raumgeraden durch die Bildebene eines Stereobildpaares. Im photogrammetrischen Normalfall (zueinander parallele und rechtwinklige zur Basis stehende Aufnahmeachsen) sind die Kernpunkte von den Hauptpunkten unendlich weit entfernt.
Kernebene: jede Ebene, die die Aufnahmebasis enthält.
Kernstrahl: die Gerade in der Bildebene, welche den Kernpunkt und das Bild eines Objektpunktes miteinander verbindet. (Schnittgerade von Kernebene und Aufnahmebildebene.) Schwebende Messmarke (Photogrammetrie) im stereoskopischen Modell räumlich bewegbare Marke, deren Verschiebung gemessen werden kann. Die Messmarke kann gebildet werden: (1) durch eine reelle Messmarke, die im projizierten Objektraum liegt; (2) durch zwei reelle Messmarken, die in reellen oder virtuellen Objekträumen der Stereoaufnahmen liegen; (3) durch zwei reelle Messmarken, die in den Ebenen der Aufnahmen selbst liegen; (4) durch zwei reelle oder virtuelle Messmarken, welche in den Bildebenen des binokularen Betrachtungssystems liegen.
Geometrisches Modell
Modell des Geländes im verkleinerten Massstab im Objektraum eines photogrammetrischen Kartiergerätes, gebildet durch die Schnitte einander entsprechender Strahlen eines Stereobildpaares. Auch die mathematische Abstraktion des Modelles, gebildet aus den dreidimensionalen Koordinaten, die aus den Bildkoordinaten bestimmt sind.
Orthophoto die Umbildung einer zentralperspektiven Aufnahme in eine photographische Orthogonalprojektion bestimmten Massstabs.
Stereoskopische Aufnahmepaare (Photogrammetrie) zwei Aufnahmen, die von verschiedenen Belichtungsorten in einer solchen Art und Weise aufgenommen wurden, dass ein Teil des Bildinhaltes beiden Aufnahmen gemeinsam ist.
Parallaxe (Photogrammetrie)
Unterschied von Koordinatendifferenzen sich entspre chender Bildpunkte im Stereobildpaar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die geometrische Beziehung zwischen zwei Aufnah meorten während des Fluges und einem Gelände, zur Erzeu gung eines Aufnahme-Stereopaares, wobei das Gelände durch eine einfache schiefe Ebene dargestellt ist.
Fig. 2 die gleiche geometrische Beziehung wie Fig. 1, jedoch mit einer komplizierteren Geländeformation.
Fig. 3 graphisch bestimmte Geländeeinzelheiten.
Fig. 4 eine graphische Darstellung der in Stereobildern auftretenden anamorphen Verzerrungen.
Fig. 5 eine vereinfachte Blockschaltung einer photogrammetrischen Einrichtung gemäss der Erfindung.
Fig. 6 einen Längsschnitt einer Bild-Dissector-Röhre, wel che als Abtaster eingesetzt ist, und ein Teil der dazugehörenden Elektronik.
Fig. 7 einen Schnitt gemäss den in der Fig. 6 angegebe nen Schnittlinien 7-7.
Fig. 8 graphisch verarbeitete Videosignale, die von einem Abtaster bei der Betrachtung eines Stereopaares abgeleitet wurden.
Fig. 9 eine Blockschaltung des in der photogrammetrischen Einrichtung enthaltenen Korrelators.
Fig. 10 Wellenformen, die die Spannungen darstellen, welche an verschiedenen Punkten des in Fig. 9 dargestellten Kor relators erzeugt werden, und
Fig. 11 eine Abtastblendeöffnung.
Bevor die Struktur und Arbeitsweise der erfindungsgemässen photogrammetrischen Einrichtung betrachtet wird, werden wir zuerst das Wesen der Verzerrungen analysieren, welche in einer Luftaufnahme des Geländes auftreten.
Dann wird gezeigt, in welcher Form Reliefverschiebungen in der Aufnahme auftreten, welche photogrammetrisch verarbeitet werden sollen.
Fig. list eine stark vereinfachte und idealisierte Version des Falles der Aufnahme einer schiefen Ebene 5 von zwei Luftbildkameras, wobei sich eine Überdeckung ergibt, die diese Ebene einschliesst. Zur Vermeidung von Komplikationen wird angenommen, dass die beiden Kameras ideale Projektionen liefern, deren Projektionszentren die Punkte 3 und 4 sind. Die ganze Bildebene ist nicht dargestellt, sondern nur jener Teil, der von Strahlen geschnitten wird, die von der schiefen Ebene 5 durch die Projektionszentren 3 und 4 hindurchgehen.
Der Einfachheit halber sind längs der schiefen Ebene in gleichen Abständen zueinander liegende Bezugspunkte 5a, 5b, 5c usw. angegeben worden. Zwei unterschiedliche Projektionen sind vorhanden. Die erste wird von Strahlen 10 gebildet, die durch mehrere Informationspunkte (5a, 5b usw.) der Ebene 5 gehen, wobei die Strahlen das Projektionszentrum 3 passieren und sich als Projektionsstrahlen 8 fortsetzen, welche durch die linke Bildebene 1 hindurchtreten.
Die zweite Projektion wird von Strahlen 11 gebildet, die von den gleichen Bezugspunkten auf der Ebene 5 ausgehen, das Projektionszentrum 4 passieren und als Projektionsstrahlen 9 durch die rechte Bildebene 2 hindurchtreten. Jedes Strahlenbüschel wurde nach unten durch die schiefe Ebene 5 verlängert bis es eine unterhalb der schiefen Ebene 5 angeordnete Bezugsebene 12 schneidet.
Für die erste Analyse, die später verallgemeinert wird, wurde eine Konfiguration gewählt, die dadurch vereinfacht worden ist, dass beide Kameras in genau gleicher Höhe über der Bezugsebene 12 angeordnet wurden, wobei die Bild ebenen 1 und 2 miteinander koplanar sind und parallel zur Bezugsebene 12 liegen. Es werden nur Projektionen betrachtet, die in einer durch die vertikale Achse der beiden Kameras definierten Ebene liegen. Der Schnitt dieser Ebene mit irgendeiner Bezugsebene, wie etwa der Ebene 12, definiert die X-Achse des vereinfachten Systems.
Bei der Untersuchung der Fig. list ersichtlich, dass die Projektionen der schiefen Ebene 5 auf die horizontal verschobenen Bildebenen 1 und 2 merklich voneinander verschieden sind. Es ist auch ersichtlich, dass durch die Verwendung ähnlicher Triangularprojektionen die Bilder in den Bildebenen 1 und 2 als vergrösserte Projektionen auf der Bezugsebene 12 erscheinen, wobei die Verhältnisse zwischen den beiden Bildern gewahrt bleiben.
Folglich können die in den Bildebenen 1 und 2 erzeugten Bilder in der Bezugsebene 12 in einem vergrösserten Massstab untersucht werden. In der Bezugsebene 12 stellt die Punktgruppe 16 den Schnitt der Strahlen 10 mit der Bezugsebene dar, während die Punktgruppe 13 den Schnitt der Strahlen 11 mit ihr darstellt.
Wenn ein Modellschnitt, so wie er durch die schiefe Ebene 5 in Fig. 1 dargestellt ist, in einem normalen stereophotogrammetrischen Gerät betrachtet wird, muss der Operateur die Höhe eines jeden der Punkte 5a, 5b, 5c usw., die an den Schnitten der Strahlen der Strahlenbuschel 10 und 11 längs der Ebene 5 liegen, in bezug auf die Ebene 12 bestimmen. Dies erfolgt durch räumliches Aufsetzen der schwebenden Messmarke auf die betreffenden Punkte durch den Operateur.
Die Lösung des gleichen Problems mit Hilfe eines Korrelators erfordert einen anderen Lösungsweg, denn der Korrelator wird im allgemeinen ein relativ grosses Gebiet abtasten oder, spezifischer ausgedrückt, wird er einen grossen Abschnitt in jeder der Aufnahmen, die einen Teil des betreffenden Geländes darstellen, abtasten. Damit der Korrelator gut funktioniert, ist es erforderlich, dass die aus einer Aufnahme abgeleitete Information zur Information der anderen Aufnahme ähnlich (idealerweise identisch) sein muss.
Zur Untersuchung des sich durch das Photographieren der in Fig. 1 dargestellten schiefen Ebene 5 ergebenden Bildes ist es in photogrammetrischen Geräten erforderlich, dass die erzeugte Information gleich jener ist, die durch Abtasten der beiden Bildebenen 1 und 2 gewonnen werden würde. Aber wie aus ihren Projektionen 13 und 16 ersichtlich ist, ist die der Bildebene 1 entnommene Information deutlich von der der Bildebene 2 entnommenen Information verschieden.
Man kann die Verschiebung graphisch dadurch kompensieren, dass man die Schnittpunkte 13 in der Bezugsebene 12 durch Projektionsstrahlen 14 auf eine seitlich verschobene Punktgruppe 15 verschiebt. Das Ausmass der Verschiebung ist derart, dass der erste Punkte 15a der Gruppe 15 genau auf den ersten Punkt 16a ausgerichtet ist, welche die Schnittpunkte der Strahlen 11 mit der Bezugsebene 12 darstellt.
Jedoch bestehen noch sehr grosse Unterschiede zwischen der in den Punktgruppen 15 und 16 abgetasteten Information, wiewohl als Ergebnis der Verschiebung die Anfänge der Punktmengen miteinander identisch sind. Es kann leicht gezeigt werden, dass mit den für diese Projektion angenommenen Randbedingungen die Unterschiede zwischen Gruppe 16 und Gruppe 15 reine Massstabsfaktoren sind.
Man dreht daher die Punktgruppe 16 um neunzig Grad um ihren ganz links aussen liegenden Punkt 16a durch Schlagen von Kreisbogen 17 von jedem (vom Punkt 1 6a unterschiedlichen) Punkt der Gruppe zur vertikalen Linie 18.
Dann findet man durch punktweises horizontales Projizieren längs Linien 20 von der vertikalen Linie 18 und durch vertika les punktweises Projizieren von der verschobenen Gruppe
15, dass die Schnitte dieser horizontalen und vertikalen
Punktprojektionen eine geneigte Gerade 19 definieren.
Derart kann bei dem vereinfachten, in Fig. 1 dargestell ten Reliefzustand, bei welchem das Relief aus einer einzigen zu untersuchenden schiefen Ebene 5 besteht (mindestens in einem idealisierten Fall), durch eine einfache Verschiebung und eine Massstabsänderung der durch das Abtasten einan der entsprechenden Bilder auf den beiden Aufnahmen, die das stereoskopische Modell bilden, eine effektive Gleichheit erhalten werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine Lage untersucht, bei der weiterhin die gleichen Randbedingungen für die
Kameraaufstellungsorte und -orientierung relativ zur Bezugs ebene wie in Fig. 1 gelten, aber das Relief besteht in diesem
Fall aus drei sich schneidenden Ebenen, die den Sägezahn querschnitt 25 ergeben.
In Verbindung mit Fig. 1 wurde gezeigt, dass die auf den horizontal verschobenen Bildebenen 1 und 2 vorhandene In formation in einem grösseren und besser sichtbaren Mass stab in der Bezugsebene 12 reproduziert werden kann. In Fig. 2 wurden deshalb die Bildebenen aus der Projektion weggelassen und nur die Bezugsebene 26 veranschaulicht.
Mit Hilfe der genau gleichen Konstruktion wie in Fig. 1 werden von einem Projektionszentrum 21 eine Anzahl Strahlen 23, die durch Punkte 25a, 25b, 25c usw. des Sägezahnquerschnittes 25 gehen auf die Bezugsebene 26 projiziert.
Gleichermassen werden vom Projektionszentrum 22 Strahlen 24 durch die genau gleichen Punkte 25a, 25b, 25c usw.
des Sägezahnquerschnitts 25 auf die Bezugsebene 26 projiziert.
Die Punktegruppe 29 besteht aus den Punkten, in denen die Strahlen 23 des linken Bildes auf die Bezugsebene 26 stossen und die Punktgruppe 28 ist jene verschobene Punktgruppe, in der die Strahlen 24 des rechten Bildes auf die Bezugsebene 26 stossen, wobei die Verschiebung derart ist, dass der erste Punkt 28a genau auf den ersten Punkt 29a ausgerichtet ist. Die Projektion von der Bezugsebene 26 auf die Punktgruppe 28 erfolgt durch Strahlen 27.
Wenn nun die Punktgruppe 29 um neunzig Grad um ihren ersten Punkt 29a durch Bogen 33 auf die vertikale Linie 30 dreht und dann horizontal von den Punkten auf der vertikalen Linie 30 projiziert wird, damit für diesen Zweck unter Verwendung der gleichen Technik wie in Fig. 1 benutzt die letztgenannten Projektionen sich mit von der Punktgruppe 28 kommenden vertikalen Projektionen schneiden können, findet man, dass der geometrische Ort der Schnitte aus einer Sägezahnlinie 31 besteht. Dies ist wegen des zu analysierenden Sägezahnquerschnittes 25 zu erwarten.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine neuartige Technik für das Abtasten von photographischen Platten, die das stereoskopische Modell bilden. Der Abtastweg besteht aus einer einfachen Linienabtastung parallel zur X-Achse.
Derart wird für die vereinfachte Situation, die in Fig. 1 erläutert wird, der Abtastweg längs der Projektion der Ebene 5 verlaufen, die in den Bildebenen 1 und 2 erscheint und in einem vergrösserten Massstab in der Bezugsebene 12 dargestellt ist. Aus der Untersuchung der Projektion ist offensichtlich dass, nachdem die Seitenverschiebung durch die Projektionsstrahlen 14 durchgeführt worden ist, die Massstabsdifferenzen zwischen den Punktgruppen 15 und 16 durch die Abtasttechnik korrigiert werden müssen, wenn die sich ergebenden Signale effektiv identisch sein müssen.
Die Grösse der erforderlichen Korrektur ist ein direktes Mass für die Steigung der schiefen Ebene 5 in der X-Richtung. In einer Einrichtung gemäss vorliegender Erfindung wird dieser Faktor ausgenutzt, da eines der Ausgangssignale der Einrichtung die Grösse der Massstabsänderungskorrektur darstellt Durch dieses Ausgangssignal kann die Steigung in der X-Richtung ermittelt werden.
Die Untersuchung von Fig. 2 ergibt, dass der geometrische Ort der Massstabsdifferenzen zwischen den von einem der Bilder abgeleiteten Punktgruppen bei Drehung um neunzig Grad auf die vertikale Linie 30, und die Gruppe verschobener Punkte 28, welche vom anderen Bild abgeleitet worden ist, ein Sägezahnlinienabschnitt 31 ist. Damit die beiden Abtaster, welche die durch die Punktgruppen 28 und 29 dargestellte Information untersuchen, das gleiche Ausgangssignal erzeugen, ist es notwendig, auf mindestens einer der Abtastungen den Massstab in einer solchen Art und Weise zu ändern, dass sie genau dem Sägezahnlinienabschnitt 31 folgt.
Zu Bezugszwecken wird in Fig. 2 eine Linie 32 unter fünfundvierzig Grad, ausgehend vom Punkt 29a gezogen, um die die Punktgruppe 29 relativ zur vertikalen Linie 30 gedreht wird. Diese würde der geometrische Ort aller Punkte sein, der von den Punkten in der vertikalen Ebene 30 erzeugt wird, welche horizontal in die vertikalen Projektionen von den Punkten 28 gemäss der in den Fig. 1 und 2 benutzten Methode projiziert werden, wenn die Lagen der beiden Punkte 29 und 28 identisch wären.
Die Abweichung des Linienschnittes 31 von dieser unter einer Steigung von fünfundvierzig Grad verlaufenden, durch die Linie 32 dargestellten Geraden gibt die Korrekturen an, die zu der Massstabsdifferenz an jedem Punkt der beiden Abtastungen anzubringen sind, welche die Information der Punktgruppen 28 und 29 untersuchen, damit das Ausgangssignal aus den Abtastungen dieser beiden Bilder identisch ist.
Der Zweck einer Einrichtung gemäss vorliegender Erfindung ist es, eine Einzellinienabtastung zu verwenden, um die Abtastkorrekturen durchzuführen, welche für ein derart gefaltetes oder komplexes Gelände, wie es durch den Querschnitt 25 dargestellt ist, erforderlich sind, und zwar in einer Weise, dass im wesentlichen identische Videoausgangssignale durch Abtastung der Bilder erzeugt werden, welche Bilder auf den Aufnahmen erscheinen, die derart gemacht werden, dass es zu einer Überdeckung des betreffenden Geländes kommt.
Es ist zu überlegen, ob die gleiche Analyse benutzt werden kann, wenn in der Praxis eine photogrammetrische Situation auftritt, in der die in den Fig. 1 und 2 angenommenen vereinfachenden Bedingungen nicht vorliegen. Zu diesem Zweck wird eine vollkommen willkürliche Situation in Betracht gezogen, in der als einzige einschränkende Bedingung jene Begrenzungen berücksichtigt werden, die in der Praxis für photogrammetrische Luftbildaufnahmen zu berücksichtigen sind.
In der nachfolgenden Analyse wird dargelegt, dass Abweichungen von der Parallelität der drei in Frage kommenden Ebenen (der zwei Bildebenen und der Bezugsebene) und die Änderung des Abstandes zwischen den beiden Bildebenen und der Bezugsebene zu einer einfachen Bildverdrehung und zu Massstabsunterschieden führen, deren Werte direkt berechenbar sind.
Überdies kann vorliegende Erfindung diese berechneten Werte zur Korrektur der Plattenlage verwenden, um Bildverdrehung und Massstabsunterschiede, die durch die erwähnte Nichtparallelität und Änderungen in der Höhe der Kamerastandorte entstehen zu beseitigen, derart, dass gezeigt werden kann, dass die Ergebnisse der vorhergehenden vereinfachten Analyse angewendet werden können.
In der Luftaufnahme treten keine anderen Änderungen auf; somit sind keine zusätzlichen Abtastungsverarbeitungstechniken für die im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 angenommenen vereinfachten Bedingungen notwendig, wenn die systematische Verdrehung und Massstabskorrekturen berech net und durch ein Kompensationssystem mit offener Schleife kompensiert werden.
Es wird gezeigt werden, dass diese Korrekturen durch einen einfachen Analog- oder Digitalcomputer berechnet werden können, die als Eingangssignale nur (I) solche Informationen benötigen, die bei relativer und absoluter Orientierung des Modells erzeugt werden, wenn die Platten zur Auswertung im photogrammetrischen Gerät orientiert werden, und (II) die Modellkoordinaten der Punkte benötigen, die durch die schwebende Messmarke gebildet werden.
Mit relativer Orientierung ist der Vorgang der Eliminie rung der Y-Parallaxe im ganzen Stereomodell gemeint. Dies wird normalerweise durch ein zum voraus festgelegtes Verfahren unter Benutzung der fünf wesentlichen Freiheitsgrade, die in dem Stereobetrachtungsgerät vorhanden sind, erreicht. Als Ergebnis dieses Verfahrens werden die beiden photographischen Platten in die gleiche Lage relativ zueinander gebracht, die sie ursprünglich während des Aufnahmevor ganges hatten (auch unter Bereinigen des Modells bekannt).
Mit absoluter Orientierung ist der Vorgang des Verdrehens und der Festlegung des Massstabes des geometrischen Modells gemeint, so dass es zu lagenmässig bekannten Kontrollpunkten passt. Bei diesem Vorgang werden die photographischen Platten derart gedreht und verschoben, dass ihre relative Orientierung nicht gestört wird. Nach der absoluten Orientierung befinden sind die photographischen Platten in der gleichen absoluten Lage die sie in dem Zeitpunkt der Aufnahme hatten.
Die Verwendung dieser Korrekturen für eine Einzellinienabtastung erfordert, dass das Bild, welches längs einer Geraden auf der einen Aufnahme erscheint, ebenfalls auf einer Ge raden in der anderen Aufnahme erscheint. Dies wird nun erläutert.
In Fig. 3 wählt man ein willkürliches Element, das in einer Kernebene liegt. Dieses Element bildet sich in der linken und rechten Aufnahme als eine Gerade in X-Richtung ab.
Eine Kernebene wird durch die beiden Projektionszentren 0' und 0" und einen angenommenen Geländepunkt wie etwa P, festgelegt. In der Figur ist eine Kernebene für den Fall festgelegt, in welchem die Basis in der X-Achse liegt. In Fig. 3 ist das Geländedetail I in der linken Aufnahme längs einer Geraden 1' abgebildet, welche den Schnitt der Kernebene mit der Aufnahmeebene bildet. Die gleiche Information wird auf dem rechten Photo als 1" abgebildet und stellt ebenfalls eine Gerade längs des Schnittes der Kernebene mit der Aufnahmeebene dar.
In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen folgende Elemente und geometrischen Begriffe: 1: Element der Geländeoberfläche und Kernebene l': linkes Bildelement (Gerade), l": rechtes Bildelement (Gerade), b=bX: Basis (Abstand zwischen den Projektionszentren O' und 0"), P,, P2: Endpunkte des Elements, f: Brennweite.
Es ist ersichtlich, dass die Einführung von Längs- und Querneigung in den linken und rechten Aufnahmen sowohl die Länge der Bildelemente 1' und 1" als auch ihre Richtung ändern wird. Insoweit als Längs- und Querneigung normal für die linke und für die rechte Aufnahme voneinander verschieden sind, werden die Elemente r und 1" nicht mehr zueinander parallel liegen. Das Basiselement bz, welches einer allgemeinen Neigung # entspricht und by werden auch die Länge und Richtung von l' und 1" beeinflussen.
Das allgemeine mathematische Problem kann wie folgt definiert werden:
Die Projektion des Schnittes einer Kernebene und der Modelloberfläche auf die linken und rechten Bildebenen, in Welchen die allgemeinsten Annahmen betreffend Längs- und Querneigung und XYZ-Komponenten der Basis gemacht worlen sind.
Zur Vereinfachung der Darstellung der Begriffe wird angenommen, dass die Basiskomponente by (parallel zur V-Achse) in der folgenden Ableitung null ist, da diese Komponente in vielen photogrammetrischen Anwendungen eliminiert oder nahezu eliminiert werden kann. Im allgemeinsten Fall jedoch kann ihr Einfluss auf die gleiche Weise wie die ier anderen Parameter berücksichtigt werden.
Die in den mathematischen Formeln auftretenden Parameter sind somit:
X Modellkoordination des Mittelpunktes des Abtastele
Y mentes.
Z bx Basiskomponenten parallel zu den X- und Y-Achsen
EMI4.1
<tb> by
<tb> # <SEP> allgemeine <SEP> Neigung <SEP> (eine <SEP> Funktion <SEP> von <SEP>
<tb> <SEP> bz <SEP> Neigung <SEP> und <SEP> Funktion <SEP> bx) <SEP>
<tb> <SEP> Orientie
<tb> zp' <SEP> Quer- <SEP> und <SEP> Längsneigung <SEP> der <SEP> linken <SEP> Auf- <SEP> rungs
<tb> o' <SEP> nahme <SEP> elemente
<tb> " <SEP> Quer- <SEP> und <SEP> Längsneigung <SEP> der <SEP> rechten <SEP> Auf
<tb> " <SEP> nahme
<tb> ss Geländeneigung, definiert als der Winkel zwischen dem Element und der horizontalen Linie,
welche die senkrechte Projektion des Elements in die XY-Ebene ist, vertikal in die XZ-Ebene projiziert.
Es wird auch angenommen, dass Längs- und Querneigung klein sind (wie es heute überall in der photogrammetrischen Praxis der Fall ist). Die folgenden Näherungsgleichungen für die Winkel a' (linkes Bildelement) und a" (rechtes Bildelement) können dann abgeleitet werden:
EMI4.2
<tb> <SEP> Y <SEP> 2 <SEP> +:
> <SEP>
<tb> <SEP> - <SEP> Z <SEP> 1+ <SEP> 2Z <SEP>
<tb> <SEP> -x <SEP>
<tb> <SEP> Y <SEP> ( <SEP> U > 1 <SEP> I > <SEP>
<tb> <SEP> -x <SEP>
<tb> <SEP> 1+ <SEP> 2Z <SEP>
<tb> <SEP> Y <SEP> (# <SEP> - <SEP> # <SEP> + <SEP> # <SEP> ) <SEP>
<tb> <SEP> Z <SEP> (# <SEP> - <SEP> <SEP> b <SEP> 1- <SEP> 2XZ(1 >
<tb> <SEP> hz <SEP>
<tb> 1- <SEP> Z <SEP> 1- <SEP>
<tb> <SEP> 2Z
<tb>
Diese Winkel sind dann die Winkel zwischen der X-Achse und den Spuren der Kernebene und den beiden Bild ebenen. Diese Spuren sind die Kernstrahlen.
Eine Untersuchung dieser Gleichungen zeigt, dass die
Winkel a' und a" in der Praxis nie grösser als wenige Grade sein werden und dass deshalb die erforderlichen Bildele mente und die zugehörigen Linienabtastungen stets in einer fast mit der X-Richtung zusammenfallenden Richtung liegen werden.
Es ist ersichtlich, dass sich die Winkel a' und a" voneinander unterscheiden und dass deshalb in einem Korrelatorsystem, das einen Einzellinien-Abtastweg verwendet, die Linienabtastungen getrennt gedreht werden müssen, um die glei chen Einzelheiten in den linken und rechten Aufnahmen abzutasten. Auch sind die Winkel a' und a" unabhängig von der Geländeneigung p.
Derart ist es augenscheinlich, dass die erforderlichen Drehungen a' und a" entweder durch einen Analog- oder einen
Digitalcomputer mit jeder erforderlichen Genauigkeit berech net werden können und als elektrische oder optische Korrekturen für eine geeignete Drehung der Bilder oder Abtastungen verwendet werden können.
Eine gleiche Art der Analyse kann zur Bestimmung des Verhältnisses der beiden Längen I' und 1" in den Aufnahmen gemacht werden. Diese Analyse zeigt, wie dies aus Fig. 4 leicht hervorgeht, dass dieses Verhältnis eine Funktion der Orientierungselemente und der Geländeneigung p ist. Das
Verhältnis der Längen kann stets als eine Funktion der Orien tierungselemente und Modellkoordinaten für den Fall ,B=0 be rechnet werden und als eine Korrektur, gleich wie die oben beschriebene Drehkorrektur, verwendet werden.
Nachdem diese Korrektur gemacht worden ist, ist jede noch verbleibende Differenz in den Längen r und 1" offensichtlich eine Funktion der Geländeneigung p. Der erfindungsgemässe Korrelator kann diese verbleibende Differenz automatisch detektieren und dadurch ein Ausgangssignal abgeben, welches eine Funktion der Geländeneigung ss an irgendeinem Punkt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sind dort die Grundelemente einer photogrammetrischen Einrichtung nach der Erfindung in einer vereinfachten Blockschaltung dargestellt.
Diese Anlage umfasst zwei elektronische Abtaster, vorzugsweise in der Form von Bild-Dissector-Röhren Tt und T2, mit deren Ausgangssignalen (Videosignale A und B) ein elektronischer Korrelator COR gespeist wird. Es versteht sich, dass, obwohl in vorliegender Erfindung Bild-Dissector-Röhren verwendet werden, statt diesen andere bekannte Typen von Abtastern verwendet werden können, wie etwa Halbleiter-Detektoren und Vidikonröhren.
Zwei sich teilweise überdeckende Luftaufnahmen D, und D2, werden durch ein optisches System auf die empfindlichen Photokathoden der entsprechenden Röhren projiziert.
Diese Bilder werden durch Lichtquellen 35 und 36 beleuchtet, deren Lichtstärke zur Bildung von Videosignalen mit einem guten Rauschabstand ausreichend ist. Die Abtaströhren T1 und T2 werden von Kippgeneratoren bzw. Abtastgeneratoren G1 und G2 gesteuert, welche durch den Korrelator COR zur Durchführung der gewünschten Abtastung gesteuert werden.
Die in allen automatisierten Stereokartiergeräten verwendete Geländehöhenmesstechnik macht es nötig, die Grösse der X-Parallaxe durch elektronische Mittel ohne Eingriff eines menschlichen Operateurs zu bestimmen. Zwei grundlegende Vorgänge sind erforderlich. Der erste ist die Umwandlung der Bildinformation aus dem Stereopaar (D1 und D2) in entsprechende Videosignale (dies kann mittels mechanischer oder elektronischer Abtastmittel durchgeführt werden).
Der zweite ist ein Vergleich dieser Videosignale in einem Korrelatorkreis, dessen Funktion darin besteht, den Ähnlichkeitsgrad zwischen den beiden Videosignalen, die die Bilder auf dem Stereopaar repräsentieren, festzustellen. Je ähnlicher die Bilder sind, um so besser ist die Korrelation zwischen ihnen.
Aus der an den Korrelator COR gelieferten Videoinformation werden die Verschiebungs- und Massstabs-Korrektursignale erzeugt, welche die Kippgeneratoren G1 und G2 steuern, die ihrerseits wiederum die Bild-Dissector-Röhren T1 und T2 steuern. Ein erfindungsgemässer Korrelator kann angewendet werden, um sowohl die Korrekturen niedriger Ordnung (Grobkorrekturen) und die Korrekturen höherer Ordnung (Feinkorrekturen) durchzuführen.
Durch das Korrelationsverfahren werden Signale erzeugt, welche, bei geeigneter Interpretation und Verwendung, bewirken, dass die von den abgetasteten Stereobildern hergeleiteten Videosignale sich einem Zustand nähern, bei welchem sie in einem Ausmass, das innerhalb der Möglichkeiten der Korrektur niedriger Ordnung liegt, fast identisch sind. Damit soll gesagt werden, dass eine Korrektur niedriger Ordnung eine grobe Massstabs- und Lagenkorrektur ermöglicht, wie sie in dem Beispiel, das vorher im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 erläuterten Stereopaar angegeben wurde, erforderlich ist.
Die komplizierteren Reliefverhältnisse wie sie Fig. 2 zeigt, erfordern eine Korrektur höherer Ordnung, welche eine Funktion der im Korrelator COR enthaltenen Feinkorrekturkreise ist. Bei der. Durchführung der Grobkorrektur kann der Korrelator in der üblichen Weise durch ein geeignetes Servosystem 37 wirken, um die Lage des Diapositivs D relativ zum Diapositiv D2 in einer Richtung und in einem Ausmass zu verschieben, das dadurch die X-Parallaxe zwischen ihnen auf ein Minimum herabgesetzt wird. In der Praxis kann zur Halterung der Diapositive (oder anderer Arten von Aufnahmen) ein gemeinsamer Wagen 38 oder für jedes Diapositiv ein separater Wagen verwendet werden.
Im letzteren Fall sind die einzelnen Wagen mit einem gemeinsamen Stelltrieb verbunden, der in den X-, Y- und Z-Richtungen beweglich ist
Fig. 6 und 7 zeigen schematisch die wesentlichen Bestandteile der Bild-Dissector-Röhren T1 oder T2, welche die Diapositive abtasten, um die Videosignale zu erzeugen.
Der durch die Dissector-Röhre zu beobachtende Diapositivausschnitt wird durch eine Linse 34 auf eine Photokathode 39 projiziert. Die Fokussierspule 40 wirkt so, dass sie ein scharfes elektronisches Bild von der Oberfläche der Pho- tokathode in der Ebene der Anode erzeugt, in welcher sich eine schmale Blendenöffnung 41 befindet. Wegen der Fokussierwirkung der elektronischen Linse legt das Blendenloch seinerseits ein eng begrenztes Gebiet in der Photokathode fest, von dem Signal- und Dunkelrauschen herkommen kann.
Das übrige Rauschen bzw. die übrigen Signale der Photoka thode werden wirksam beseitigt.
Das in irgendeinem Zeitmoment wirksame schmale Pho tokathodengebiet wird als momentan wirksames Photokathodengebiet bezeichnet. Hinter der begrenzenden Lochblende 41 liegt die Sekundärelektronen-Vervielfacherstufe, die aus einer Serie von Sekundäremissionselektroden 42 und einem
Kollektor 43 zur Erzeugung eines verstärkten Signals be steht, das über den Lastwiderstand 44 abgegriffen werden kann. Die Verstärkung kann in Abhängigkeit von der angeleg ten Spannung in der Grössenordnung von 10' oder mehr sein, und ist ausreichend, so dass Verstärker-, Lastwider stands- und andere äussere Rauschquellen normalerweise ver nachlässigbar gemacht werden können.
Horizontalablenkspulen 45 umgeben den Beschleunigungs teil der Röhre und ermöglichen es, die Elektronen in den
Raum zwischen Photokathode 39 und der Blendenöffnung
41 abzulenken, wodurch während des Betriebes die horizon tale Abtastung erzeugt wird. Da das Abtasten nur in einer Richtung erfolgt, sind keine vertikalen Ablenkmittel erforderlich.
Wenn bisher nur magnetische Ablenkmittel erläutert worden sind, kann man eine gleichartige Wirkung auch mit elektrostatischen Ablenkmitteln erhalten.
Bevor die spezielle Form des Korrelators COR, welche im Zusammenhang mit den Bild-Dissector-Röhren T1 und T2 verwendet wird, betrachtet wird, soll zuerst ein kurzer Uber- blick über die Grundprinzipien der Arbeitsweise von Korreln- toren im Zusammenhang mit photogrammetrischen Geräten gegeben werden.
Nachdem die aus einem Stereopaar gewonnene Bildinformation durch einen Abtastvorgang in zwei Videosignale urn- gewandelt worden ist, wird die Grösse der Parallaxe durch Vergleichen dieser Signale festgelegt. Der Abtastvorgang bewirkt die Umwandlung der räumlichen Lagen sich ändernder photographischer Schwärzungen, die auf dem Abtastweg auftreten, in eine zeitliche Folge elektrischer Signale.
In Fig. 8 ist in stark vereinfachter Form ein verarbeitetes, quantisiertes Videosignal der Bild-Dissector-Röhre T, dargestellt. Unterhalb des Videosignals A ist das entsprechende verarbeitete, quantisierte Videosignal B der Bild-Dissector Röhre T2 dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass zwischen den durch die beiden Abtastungen erfassten Bildausschnitte eine Parallaxe vorhanden ist, da in dem Videosignal A das Bild weiter links ist als in seinem zugeordneten Videosignal B, welches das entsprechende Bild darstellt Folglich wird die Bildinformation vom Abtaster T2 zu einem späteren Zeitpunkt als die vom Abtaster T1 erzeugt werden, wenn angenommen wird, dass sich die betreffenden Abtastungen synchron von links nach rechts bewegen.
Derart ist zwischen den beiden Videosignalen eine konstante Zeitverzögerung vorhanden. Die Funktion des Korrela- torkreises besteht darin, automatisch die Zeitdifferenz herauszufinden. Aus der Kenntnis dieser Zeitdifferenz D und der Geschwindigkeit V wird die Parallaxe durch die Gleichung X=DV bestimmt, worin X die Parallaxe ist. Eine bevorzugte Form der Signalverarbeitungseinheit wird im Altman-Patent 3 593 286 offengelegt.
Eine detaillierte Besprechung der Funktion und des Aufbaues der verschiedenen, im Handel erhältlichen Typen von Korrelatoren für photogrammetrische Anwendungen kann im Kapitel XV, Automatisation der Stereoauswertung im Manual of Photogrammetry (= Leitfaden der Photogrammetrie), dritte Auflage, Band II, herausgegeben von der American Society of Photogrammetry gefunden werden.
In Fig. 9 wird eine bevorzugte Ausführungsform des Korrelators COR für eine automatisierte photogrammetrische Einrichtung in Blockform erläutert. Der erfindungsgemäss Korrelator ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, deren jeder auf die gleichen, durch die Bild-Dissector-Röhren T, und T2 erzeugten, Videosignale A und B anspricht In Fig. 9 wird im unteren Teil die Grobsteuerung und im oberen Teil die Feinsteuerung erzeugt.
In der Praxis können im Zusammenhang mit dem Stereopaar besser zwei Paar Röhren T1 und T2 als nur eines verwendet werden, wobei ein Paar Röhren zusammen mit dem Grobteil und das andere Paar zusammen mit dem Feinteil funktioniert.
Die Bild-Dissector-Röhren T1 und T2 arbeiten derart, dass sie einander überdeckende Gebiete in den Stereodiaposi- tiven D und D2 zur Erzeugung der Videosignale A und B ah- tasten. In der vorliegenden Erfindung wird das Abtasten durch Kippspannungen durchgeführt, welche an die Horizontal-Ablenkspulen 45 der Röhren T1 unci T2 angelegt werden, um ausschliesslich ein Abtasten in der X-Richtung zu bewirken. Diese Kippspannungen werden durch den Spulen-Trei- berverstärker 45D, an die Horizontal-Abienkspule 45 der Röhre T1 und durch den Spulen-Treiberverstärker 45D2 an die Horizontal-Ablenkspule 45 der Röhre T2 angelegt.
Die von den Röhren T1 und T2 stammenden Videosignale A und B stellen die sich ändernden photographischen Schwärzungen der abgetasteten Gebiete dar und bilden die Eingangssignale für die Grob- und Feinsteuerungsteile des Korrelators.
Die Videosignale A und B werden in zwei getrennte Kanäle im Niederfrequenz-Grobsteuerungsteil des Korrelators eingespeist. Der erste Kanal umfasst ein Niederfrequenz Bandpassfilter 47, dem eine Videosignal-Verarbeitungseinheit 48 nachgeschaltet ist. Die Videosignal-Verarbeitungsein- heit normalisiert den Pegel des Videosignals in bezug auf eine Referenz und quantisiert das Videosignal durch einen Nulldurchgangs-Komparator.
Der zweite Kanal enthält ein Niederfrequenz-Bandpassfil- ter 49, dem eine Videosignal-Verarbeitungseinheit 50 nachgeschaltet ist. Die Ausgangssignale der 'videoverarbeitungsein- heiten 48 und 50 werden an eine Voiiabtast-Signal-Verarbei- tungseinheit 5i gegeben, die ein Glob -Massstabs-Fehlersig- nal 52, ein Grob -X--Verschiebungs-Fehlersignal 53 und ein Grob -Korrelationspegelsignai 54 erzeugt.
Nach Integration wird das Verschaebungs-Fehlersignal 53 an den Spulen- treiber 45Ds für die Röhre T1 angelegt, um in diesem die grobe Grösse und Lage der Abtastung zu steuern. In der Praxis können als -voliabtast-Vidleosignal-Verarbeitungseinheit Typen verwendet werden, wie sie in Fig. 14 des oben angegebenen Altman-Patentes dargestellt sind.
Die Feinkorrektur der Lage und Grösse von ausgewählten Teiie der Abtastung erfolgt durch den Wiochfrequenz- Feinsteuerungsteil des Korrelators. In diesem Feinsteuerungsteil werden die Videosignale A und B in getrennte Kanäle eingespeist. Der erste Kanai umfasst einen elektronischen Schlater 55, gefolgt von einen I Hochfrequenz-Bandpassfilter 56 und einer Videosignal-Verarbeitungseinheit 57. Der zweite Kanai umfasst einen elektronischen Schalter 58. gefolgt von einem Hochfrequenz-Bandpassfilter 59 und einer V- deosignal-Verarbeitungseinheit 60.
Die Ausgangssignale der Video-Verarbeitungseinheiten 57 und 60 werden an eine Signal-Verarbeitungseinheit mit hohem Aullösungsvermögen 61 gespeist, deren Schaltung im wesentlichen gleich wie die der Signaí-Verarbeitungseinhei 51 sein kann. Diese lerarbeitungseinheit mit hohem Auflösungsvermögen erzeugt für die ausgewählten Teile der Abtastung ein Fein -isfassstabs-Fehlersignai 62, ein Fein -X-Ver- schiebungsiehlersignal 63 und ein !Hein -Korrelationspegel- signal 64.
Nach Integration bewirkt das Fein-)c;Versd-ie- bungsfehlersignal 63 die Feinkorrektur des ausgewählten Teiles der Abtastung.
Das Grob-Anamorph-Fehlersignal 52 der Vollabtast-Vi- deosignal-Verarbeitungseinheit 51 wird nach geeigneter inte- gration in einer Integratorswfe 65 als erstes Eingangssignai an einen Summierverstärker 66 gegeben.
Das zweite Eingangssignal des Summierverstärkers ist das Fein-Mass stabs- Fehlersignai 62, welches nach integration in Stufe 67 über einen elektronischen Schalter 68 an den Verstärker gespeist wird. Das dritte Eingangssignai des Summierverstärkers 66 bildet nach Integration in Stufe 69 das Fein-X-Verschiebungs- fehlersignal 63, wobei das Ausgangssignal der Stufe 69 über einen elektronischen Schalter 70 dem Verstärker zugeführt wird.
Wenn die Schalter 68 und 70 in Arbeitsstellung sind, ist das Ausgangssignal des Summierverstärkers 66 eine Modifizierspannung MV, deren Wert gleich der Summe der integrierten Grob und t ein-Massstabs-Korrektursignale plus dem integrierten Fein-X-Verschiebungsfehlersignal ist.
Bevor die Wirkung dieser Modifizierspannung auf den Abtastvorgang betrachtet wird, werden wir zuerst die Beschaffenheit der Kippspannungsgeneratoren für das Anlegen der Kippspannungen an die Horizontal-Ablenkspulen der Bild-Dissector-Röhren T1 und T2 betrachten. Vorliegende Ablenkanlage wird durch einen Taktgeber 71 synchronisiert, -der eine Rechteckwelle SW mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt (Fig. 10, Zeile A).
Die Rechteckwelle SW wird an einen einfachen Integrationsverstärker 72 zur Erzeugung einer Dreieck-Spannung SS angelegt. Die Kippspannung SS ist in Zeile D der Fig. 10 dargestellt. Die Kippspannung wird an den Spulen-Treiberverstärker 45D2 für die Bild-Dissector-Röhre T2 angelegt.
Das bewirkt, dass der Elektronenstrahl in einer Einzellinie hin und her in der X-Richtung abtastet, und zwar mit einer Geschwindigkeit V, die durch die Grösse der Ablenkspannung gegeben ist.
Bei jeder Periode der Dreieckspannung bestimmt die positive Halbwelle die Geschwindigkeit des Vorwärtslaufs in der Abtastlinie, während die negative Halbwelle die Geschwindigkeit des Rückwärtslaufs bestimmt.
Die Rechteckwelle SW des Taktgebers 71 wird auch an den lntegrationsverstärker 73 angelegt, welcher, wenn keine Modifizierspannung MV vom Summierverstärker 66 vorhanden ist, eine Spannung erzeugt, die identisch mit der vom Integrierverstärker 72 erzeugten Spannung ist. Das Ausgangssignal des Integrierverstärkers 73 gelangt an den Spulentreiber 45D, für Spule 45 der Röhre T,. An den Spulentreiber 45D, wird auch das Grob -X-Verschiebungsfehlersignal 53 der Vollabtast-Videosignal-Verarbeitungseinheit 51 angelegt, nachdem dieses Signal in der Stufe 75 integriert worden ist.
Ohne das Vorhandensein von Fein- und Massstabs-Korrekturen würden beide Röhren T, und T2 durch Kippspannun gen identischer Form gesteuert werden. Bei einem stark welligen Gelände wird es jedoch für einen Operateur mit Hilfe der manuellen Steuerungen 74a und 74b, die an einem Impuls generator 74 vorhanden sind, möglich, die Lage und die Breite der Impulsfolge SPA zu wählen, die in Zeile B der Fig. 10 dargestellt ist. Die resultierende, korrigierte Kippspannung, die an den Spulentreiber 45D, angelegt wird, ist in Zeile E der Fig. 10 als Wellenform MSS dargestellt.
Die Impulsfolge SPA wird zur Betätigung von Torschaltern 55 und 58 an die betreffenden Kanäle des Feinsteuerungsteils angelegt. Während den Impulsen werden die Schalter 55 und 58 freigegeben, so dass die in den Videosignalen A und B enthaltene Hochfrequenzinformation verarbeitet werden kann. Aus dieser Information werden durch die Videosignal-Verarbeitungseinheit mit hohem Auflösungsvermögen 61 Spannungen erzeugt, die die Differenz von Grösse und Lage des kleinen ausgewählten Teiles des abgetasteten Gebietes angeben.
Das Fein-Massstabs-Fehlersignal 62 am Ausgang der Videosignal-Verarbeitungseinheit mit hohem Auflösungsvermögen 61 gibt die Massstabsdifferenzen des untersuchten Gebietes während der durch die Impulsfolge SPA ausgewählten Zeit an. Der zwischen der Integratorstufe 67 und dem Summierverstärker 66 angeordnete Schalter 68 dient dazu, das integrierte Fein-Massstabs-Fehlersignal 62 während der Zeitdauer der Freigabeimpulse in der Impulsfolge SPA zu einem Eingang des Summierverstärkers durchlaufen zu lassen.
Auf ähnliche Weise gibt das Fein-Fehlerkorrektorsignal 63 die X-Verschiebung an, welche in dem gewählten untersuchten Gebiet gefunden wurde. Der zwischen dem Integrator 69 und dem Summierverstärker 66 angeordnete Schalter 70 dient dazu, das integrierte Fein-X-Verschiebungs-Fehlersignal 63 während der Zeitdauer der Freigabeimpulse in der Impulsfolge SPE zu einem anderen Eingang des Summierverstärkers durchlaufen zu lassen.
Unter der Annahme, dass die Impulsreihen SPA und
SPE die Freigabe bewirken, wenn sie positiv sind, geht klar hervor, dass das Fein-X-Fehlerkorrektursignal zu Beginn einer Vollabtastperiode in integrierter Form an den Eingang des Summierverstärkers 66 gespeist wird. Derart steuert das vom Fein-X-Fehlerkorrektursignal gewünschte Signal die Stei gung der modifizierten Kippspannung MSS (Fig. 10 E) und zwar von seinem Einsatzpunkt an bis zum Beginn des vorge wählten Zeitintervalls für die Feinuntersuchung des Bildes.
Durch diese Korrektur wird gewährleistet, dass der Fein teil der Kippspannung MSS (d. h. der Teil, welcher während des Freigabevorganges der Impulsreihe SPA abläuft) beim gleichen Feinteil der beiden Bilder beginnt. Das Fein-Massstabs-Fehlersignal 62 steuert während des durch die Impulsreihe SPA festgelegten Zeitintervalls die Neigung der Kippspannung. Dieses steuert dann die Geländeneigungskorrektur während des Zeitintervalls, in dem die Hochfrequenzinformation untersucht wird.
Die mittlere Neigung der Kippspannung MSS und ihre Anfangs- und Endpunkte werden durch das Massstabs-Korrektur-Eingangssignal an den Summierverstärker 66 und das X-Korrektur-Eingangssignal an den Spulentreiber gesteuert, wobei diese Signale durch Integration des Grob-Anamorph Fehlersignals 52 bzw. durch Integration des Grob-X-Verschiebungsfehlersignals 53 erhalten werden. Derart ist das Ergebnis dieser Korrektur auf die Grundkippspannung SS die korrigierte Kippspannung MSS, die in Fig. 10 E dargestellt ist.
Letztere erfüllt die für eine richtige Abtastung eines in Fig. 2 dargestellten Geländeabschnittes auferlegten Bedingungen bzw. Voraussetzungen.
Das Ergebnis des Summiervorganges ist deshalb die Wellenform MSS, welche Grob-Massstabskorrekturen kombiniert mit Feinkorrekturen aufweist, um sehr unregelmässige Geländeabschnitte, wie beispielsweise den in Fig. 2 dargestellten Teil, auszugleichen. Die Massstabsänderungen der Abtastung, die Stück für Stück durchgeführt werden, wird durch die Verwendung eines einfachen linearen Abtasters möglich gemacht, welcher nur solche Steuerungen enthält, die zur Erzeugung von Korrektursignalen bei der Untersuchung der in Fig. 2 erläuterten Geländeformen notwendig sind.
Insbesonders gewährleistet die Feinverschiebungs- und Massstabssteuerung eine richtige Korrelierung in der für diese Geländefläche ausgewählten kleinen Zone. Diese Zone wird durch die am Impulsgenerator 74 in ihrer Lage und gewünschten Breite eingestellten Impulsfolge SPA festgelegt.
Abgesehen von der Existenz der elektronischen Torschalter 55 und 58, ist der Feinsteuerungsteil mit hohem Auflösungsvermögen dem Vollabtast-Grobsteuerungsteil elektrisch sehr ähnlich. Derart liefert der Teil mit hohem Auflösungsvermögen Korrelations- und Massstabs-Korrekturinformation von jenem Teil der Abtastung, die im Zeitintervall während eines Impulses der Impulsreihe SPA durchgeführt wird.
Das von der Signalverarbeitungseinheit mit hohem Auflösungsvermögen 61 stammende Feinkorrelationspegelsignal 64 zeigt der während des Zeitintervalls der Fein-Korrelationsuntersuchung erhaltenen Qualität der Korrelation an. Die Vollabtast-Signalverarbeitungseinheit 51 gibt eine Korrelationspegelspannung 54 ab, die ein Mass für die Qualität der Korrelation während der ganzen Abtastung darstellt. Die Korrelationspegelspannung 54 ist für eine Verwendung bei einer Suchbetriebs-Arbeitsweise verfügbar, und zur Anzeige von Situationen, in denen der Korrelator verloren geht .
Der Hauptunterschied zwischen vorliegender Erfindung und den bekannten automatisierten Stereokartiergeräten besteht darin, dass die Abtastung nur in einer einzigen Dimension, im wesentlichen in der X-Richtung durchgeführt wird.
Somit werden Verschiebungs- und Massstabsänderungs-Infor mationen nur in bezug auf diese Richtung verarbeitet. Dies vereinfacht sowohl die Durchführung der Abtastung, als auch die Verarbeitung der beim Abtastvorgang erzeugten Information bedeutend.
Die durch das Abtasten in nur einer Richtung erhaltene Information geht aber nicht auf Kosten der Leistungsfähigkeit der Einrichtung denn die Verwendung einer Bild-Dissector-Röhre bringt noch andere wesentliche Vorteile.
Im US-Patent 3 593 286 wurde eine Strukturerkennungsan lage offenbart, in der Bilder durch eine Bild-Dissector-Röhre abgetastet werden. Dieses Patent betont die Wünschbarkeit einer wirksamen Vergrösserung der Blendenöffnung. Diese Vorteile sind auch für photogrammetrische Anwendungen gültig. Um die Blendenöffnung wirksam zu vergrössern, ist jedoch in diesem bekannten Patent eine Hochfrequenzmodulation erforderlich, damit der Abtaststrahl seitlich schwingt, wenn er längs eines kreisringförmigen Abtastweges geführt wird. Dies setzt die erlaubte Verweilzeit in jedem individuellen Teil des abgetasteten Bildes merklich herab, wodurch die verfügbare Photonenzahl und der resultierende Rauschabstand reduziert werden.
In vorliegender Erfindung besteht keine Notwendigkeit, die Abtastspannung zu modulieren, um die Blendenöffnung wirksam zu vergrössern. Da die Abtastung stetig in einer Dimension erfolgt, wird es möglich, die Blendenöffnung mechanisch zu formen und dadurch nicht nur eine weniger komplizierte elektronische Konfiguration zu erhalten, sondern auch ein System, das in bezug auf sein Photonen-Sammelvermögen eine grössere Leistungsfähigkeit aufweist.
In einer erfindungsgemässen Bild-Dissector-Röhre wird die Blendenöffnung MA in der Anodenebene, so wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, derart geformt, dass sie relativ schmal in der X-Dimension und relativ lang in der Y-Dimension ist.
Es können Blendenöffnungen von 5 mm in Y-Richtung und 0,1 mm in X-Richtung verwendet werden.
Diese 5x0,1 mm grosse Blendenöffnung in der Anode hat das Auflösungsvermögen einer runden Blendenöffnung von 0,1 mm Durchmesser zur Abtastung in der X-Richtung, aber es bringt eine 50fache Verbesserung in bezug auf den Photoneneinfang, verglichen mit einem System, das eine 0,1 mm runde Blendenöffnung verwendet.
Es versteht sich, dass die Verwendung eines einzigen Freigabeimpulses während eines jeden Abtastzyklus gemäss der Darstellung in Fig. 10 A nur zum Zwecke der Erläuterung erfolgte, und nicht beabsichtigt ist, dadurch die Erfindung einzuschränken. In der Praxis können mit Vorteil mehrere Freigabeimpulse gewählt werden, die gleichzeitig mehrere kleine Abschnitte der Abtastung verarbeiten und dadurch Korrekturen höherer Ordnung der in Fig. 10 E dargestellten Wellenform MSS mit einem Verarbeitungskanal für jeden Impuls liefern würden.
Eine solche gleichzeitige Verarbeitung hat eine Anzahl wichtiger Vorteile. So wird es möglich, gleichzeitig mit hoher Auflösung mehrere Profile des Geländes zu bestimmen, wobei für jeden Freigabeimpuls ein solches Profil bestimmt wird. Eine Gruppe solcher gleichzeitig erzeugter Profile kann dazu verwendet werden, das Vorhandensein einer isolierten, plötzlichen Änderung in der Geländeform zu ermitteln, wie etwa das Vorhandensein eines Hauses, eines hohen Baumes oder einer anderen abrupten Änderung.
Folglich würde es durch ein Mehrheitsentscheidungs Verfahren möglich werden, das Profil des Geländes selbst zu bestimmen und nicht die aus ihm herausstechenden Besonderheiten, wenn diese isolierte Formen des Geländes darstellen. Es gibt viele Fälle, in denen eine derartige Profilbestimmung sehr nützlich wäre.
Zusammengefasst lässt sich sagen, dass der Korrelator gemäss vorliegender Erfindung imstande ist, die automatische Profilermittlung eines photogrammetrischen Modells durch- zuführen, um nicht nur die Profilinformation daraus zu gewinnen, sondern auch die zusätzliche Information über die Geländeneigung in X-Richtung. Diese Geländeneigungsinformation kann beispielsweise als ein Zusatz zum Profil in X-, Yund Z-Koordinaten benutzt werden und bei Erzeugung eines Orthophotos, um die sich aus der Geländeneigung ergebenden Fehler zu beseitigen.
Die Einrichtung gemäss vorliegender Erfindung ist zum Teil wegen der Einfachheit der Abtastung imstande, viel schneller als irgendeine bestehende Einrichtung zu arbeiten.
Abtastgeschwindigkeiten bis zu 100 000 Abtastungen pro Sekunde können relativ einfach erzeugt werden. Die Abtastung könnte sich relativ zur photographischen Platte etwa um 'k mm pro zehn Abtastperioden oder um 5000 mm/sek. bewegen. Das ist etwa hundertmal schneller als in irgendeiner bis jetzt entwickelten Einrichtung.
Natürlich ist es nicht möglich, eine mechanische Präzisionsanlage für eine Bewegung mit dieser ausserordentlich hohen Geschwindigkeit ohne Verlust an mechanischer Genauigkeit auszuführen. Aber zum ersten Mal sind in der photogrammetrischen Technologie Einschränkungen bei der Profilbestimmung nicht durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit gegeben, sondern vielmehr durch die Grenzgeschwindigkeit, mit der die Erzeugung genauer mechanischer Bewegungen möglich ist.
Weiter sind noch die Vorteile vorhanden, die sich daraus ergeben, dass die Abtastung durch die Verwendung der im Niederfrequenz-Grobsteuerungsteil erzeugten Information grob positioniert werden kann. Dies setzt die Wahrscheinlichkeit eines Verlorengehens der Abtastung herab, eines häufigen Fehlers in herkömmlichen, durch Korrelatoren gesteuerten Einrichtungen insbesonders solchen, die für photogram metrische Anwendungen benutzt werden.
Bisher war es stets notwendig, einen Kompromiss zwischen der Verwendung einer grösseren Abtastung zur Ver hinderung des Verlorengehens und der von einer kleinen Abtastung zur erhaltbaren Auflösung zu machen. In vorlie gender Erfindung wird nicht ein Faktor auf Kosten des ande ren geopfert Der Grund hierfür ist, dass der grössere Teil der Abtastung, welcher im Grobsteuerungsteil verarbeitet wird, dafür verwendet wird, um zu gewährleisten, dass die Abtastung auch nicht bei einigermassen grossen Geländeunebenheiten verloren geht, wobei die eigentliche Information für die Hochpräzisions-Profilermittlung aus der während eines kleinen Teiles der Abtastung untersuchten Hochfrequenzinformation gewonnen wird.
Wenn in einem Korrelator nach der Erfindung die Feinabtastung verloren gehen sollte, kann ein automatischer elektro nischer Hochgeschwindigkeits-Suchbetrieb gestartet werden, um die Korrelation wiederherzustellen. Wegen der hohen Ge schwindigkeit dieser Suchtechnik wird die mechanische Pro filermittlung nur unwesentlich unterbrochen.
Zusätzlich ist die Fähigkeit, eine Parallelverarbeitung durchzuführen, einzigartig in vorliegender Erfindung; das heisst, die Fähigkeit der Mehrfachprofilermittlung und dass von dieser in der am besten passenden Weise Gebrauch ge macht wird, entweder zur Verbesserung der Verarbeitungsge schwindigkeit der Anlage, ohne dass das mechanische Sy stem viel schneller bewegt werden muss, oder um von der
Mehrheitsentscheidungstechnik Gebrauch zu machen, um die Profile nach dem Vorhandensein isolierter Häuser,
Bäume usw. abzutasten und zu korrigieren.
Es ist ersichtlich, dass ein kleiner Teil der Abtastung zur stärkeren Vergrösserung durch eine physisch getrennte Ab tastanlage via Strahlenteiler abgezweigt werden kann, statt dass er dem oben offengelegten integralen Feinabtastsystem zugeführt wird. Die Funktion und Arbeitsweise der getrenn ten Anlage ist im wesentlichen die gleiche wie jene des hier offengelegten integralen Systems.
Während hier bevorzugte Ausführungsformen einer photogrammetrischen Einrichtung nach der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, dass viele Änderungen und Modifikationen in der Erfindung gemacht werden können, ohne von der Grundidee der Erfindung, so wie sie in den Ansprüchen im Anhang weiter enthalten ist, abzuweichen.