CH618262A5

CH618262A5 -

Info

Publication number: CH618262A5
Application number: CH863377A
Authority: CH
Inventors: Reinhard Probst
Original assignee: Leitz Ernst Gmbh
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1980-07-15
Also published as: DE2637284B2; JPS6214761B2; GB1528306A; DE2637284A1; JPS5324859A; US4158131A; DE2637284C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Parallaxebestimmung bei stereoskopischen, vorzugsweise zweiäugigen optischen Systemen mit mindestens einer sich ; bewegenden Rasterstruktur im Abbildungsstrahlengang, beispielsweise bei einem Basisentfernungsmesser, mit in einem solchen System aus unterscheidbaren Lichtflüssen gewonnenen elektrischen Signalen. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. , Bei stereoskopischen optischen Systemen ist es erwünscht, dass die Parallaxe zwischen zwei Teilbildern automatisch bestimmt wird. Dies gilt beispielsweise für Basisentfernungsmesser oder für die Auswertung von Stereoluftbildern. Hierfür wurden bereits unterschiedliche Systeme zur optisch-elektri-, sehen Abtastung sowie zur Weiterverarbeitung der dabei anfallenden elektrischen Signale vorgeschlagen.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt, bei welcher die Grundwelle der anfallenden Signale genutzt wird. Zwei Objektive 10 und 11, welche getrennte Lichtflüsse bestimmén, bilden i über Umlenkspiegel 12,13,14,15 ein nicht mit dargestelltes Objekt auf eine Rasterstruktur 16 ab, welche durch einen von einem Generator 17 gespeisten Antrieb 17' senkrecht zu den optischen Achsen 18,19 bewegt wird. Jeder optischen Achse ist ein fotoelektrischer Empfänger 20,21 zugeordnet, welche die Rasterstruktur passiert habende Lichtanteile in elektrische Signale umwandeln. Jedem Empfänger 20,21 ist ein mit einem vom Generator 17 abgeleiteten Referenzsignal gesteuerter Pha-sendiskriminator 22,23 nachgeschaltet, und der dem ersten Kanal zugeordnete Diskriminator 22 ist mit seinem Ausgang über einen Regler 24 mit dem Antrieb 17' der Rasterstruktur 16 verbunden, während das Ausgangssignal des Diskriminators

23 über einen Regler 26 auf einen Verstellmechanismus 25 einwirkt, weicherden Spiegel 15 schwenken kann.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist so, dass der erste Kanal die Ortsphasendifferenz bestimmt und über den Regler

24 die mittlere Lage der Rasterstruktur solange verschiebt, bis sein Ausgangssignal zu Null geworden ist. Der Phasendiskrimi-nator 23 zeigt in diesem Fall die Parallaxe an. Über den Regler 26 und den Antrieb 25 des Spiegels 15 wird die resultierende Parallaxe auf Null abgeglichen.

Nachteilig ist hier, dass zwei Regelkreise benötigt werden, die über die Rasterstruktur miteinander verkoppelt sind.

In der US-PS 3 710 124 ist ein Verfahren beschrieben, das von der Grundwelle und der 2. Oberwelle ausgeht. Der Nachteil des dort Beschriebenen liegt darin, dass, wie sich zeigen lässt, die Genauigkeit des Messergebnisses von der Genauigkeit abhängt, mit welcher die Verstärkung eingestellt wird, die wiederum von den Amplituden der Grundwelle und der 2. Oberwelle abhängt.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zu ihrer Durchführung zu schaffen, welche die aufgezeigten Nachteile nicht aufweisen. Die zur Durchführung geeignete Anordnung soll insbesondere einfacher im Aufbau und damit weniger störanfällig sein, sie soll aber nach Möglichkeit noch bessere und/oder einfacher auswertbare Signale liefern.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt beim Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, dass zwei der gewonnenen

3

618 262

elektrischen Eingangssignale differenziert werden, dass jedes der bei der Differentiation entstandenen Signale mit dem anderen gewonnenen elektrischen Eingangssignal multipliziert wird, dass dann die aus diesen Multiplikationen entstehenden Signale voneinander subtrahiert werden und dass das aus der Subtrak- 5 tion resultierende Signal mit einem auf die Relativbewegung.der Rasterstruktur bezogenen Referenzsignal multipliziert wird und das bei dieser Multiplikation entstehende Signal eine Anzeige-und/oder Servoeinrichtung steuert. Das aus der letztgenannten Multiplikation entstandene Signal kann noch geglättet werden, m Mit Vorteil können noch die gewonnenen elektrischen Eingangssignale gesiebt werden. Auch können aus den zu subtrahierenden Signalen oder aus dem durch Subtraktion gewonnenen Signal Gleichsignalanteile eliminiert werden.

15

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass beide mittels fotoelektrischer Empfänger gewonnenen elektrischen Eingangssignale je einer Differenzierstufe zugeführt werden, denen je eine Multiplikationsstufe nachgeschaltet ist, welchen jeweils das andere Eingangssignal i(, mit zugeführt wird, dass die Ausgangssignale dieser Multiplikationsstufen einer Subtrahierstufe zugeführt werden, deren Ausgangssignal in einer nachgeschalteten Multiplikationsstufe auf einem auf die Relativbewegung der Rasterstruktur bezogenen Referenzsignal multipliziert wird, und dass deren Ausgangssi-gnal einer nachgeschalteten Anzeigeeinrichtung und/oder einer Servoeinrichtung zugeführt wird. Dabei kann der letzten Multiplikationsstufe eine Integrationsstufe nachgeschaltet sein. Den fotoelektrischen Empfängern können Tiefpassfilter nachgeschaltet sein. Der Subtrahierstufe können Hochpassfilter vorge- ni schaltet, es kann ihr aber auch ein Hochpassfilter nachgeschaltet sein. Zur Erzeugung des Referenzsignals können eine Differenzierstufe oder ein zusätzlicher Abtaster vorhanden sein. Es kann dazu aber auch ein mit entsprechenden Ausgängen versehener Generator vorhanden sein. Die letztgenannte Multiplizierstufe 35 lässt sich als phasenempfindlicher Gleichrichter, als elektronischer Schalter oder als Ringmodulator darstellen.

Wie sich gezeigt hat, lässt sich nach dem neuen Verfahren die aus der Parallaxe resultierende Phasendifferenz, welche in einem geschlossenen Regelkreis beispielsweise durch ein opti- 40 sches Stellglied zu Null gemacht werden soll, unabhängig von den Amplituden der Eingangssignale bzw. deren zufälligen Phasenlage regeln.

Als Beispiel zur Erläuterung sei angenommen, dass das neue Verfahren im Zusammenhang mit einem Basis-Entfer- 45 nungsmesser angewendet werden soll, in dessen beiden Kanälen in Bildebenen Raster montiert sind, welche mit einer Amplitude von 'A Rasterperiode schwingen. An den Gittern nachgeordneten fotoelektrischen Empfängern treten dann elektrische Signale Sj und S2 auf, die sich aus einem Grundwellenanteil 5» sinrat und einem Oberwellenanteil cos 2o>t zusammensetzen. Sie haben im Idealfall die Form

S, (t) = Q (cos $ sincot + K sin <J> cos 2cot)

S2 (t) = C2 (cos [3> + tf] sinwt + sin [4> + *P] cos 2cot); 55

dabei sind Cj und C2 Amplitudenfaktoren, die durch Regelung möglichst konstant und gleich gross gehalten werden sollen. Der Faktor K entspricht dem Verhältnis von Oberwellen- zur Grundwellenamplitude, er hat bei einer Schwingungsamplitude f,o des Rasters von etwa '/< Teilungsperiode angenähert den Wert 0,5. $ ist eine beliebige Anfangsphase, die sich aus der zufälligen Phasenlage zwischen dem Bild des angemessenen Objektes und dem Raster ergibt. W ist die aus der Parallaxe zwischen den beiden Kanälen resultierende Phasendifferenz. m

Es gilt nun, diejenige Kombination der beiden genannten Signale zu finden, die im Abgleichfall unabhängig von den Amplituden der beiden Signale und ihrer Phasenlage ist.

Ausserdem soll diese Kombination unter Einsatz möglichst wenig aufwendiger Mittel realisierbar sein. Erfindungsgemäss wird die Kombination

Sc = (S( ■ S2—S2 * S|) coscot verwendet, wobei die über den Buchstaben angebrachten Punkte angeben, dass es sich um zeitlich differenzierte Signale handelt. Durch Einsetzen der entsprechenden Grösse ergibt sich

Sc = -74 coKC,C2 sinV.

Für W = 0 ist also - wie gewünscht - Sc = 0, und zwar unabhängig von den Grössen <ï>, Q und C2.

Für V Odagegen wirken die Amplitudengrössen mit. Und da Sc proportional zu sinlIr ist, ist ein vorzeichenrichtiger und symmetrischer Abgleich im Bereich V = ± 180° möglich.

Als Prinzipschaltbild stellt sich die gefundene Lösung wie in der Zeichnung in Fig. 2 beispielsweise gezeigt dar:

Die beiden mittels der beiden Objektive 10,11 und der Umlenkspiegel 12 bis 15 eines Basisentfernungsmessers sowie eines bewegbar gelagerten, von einem Antrieb 31 in Schwingbewegungen versetzten Rasters 16 als Rasterstruktur und zweier fotoelektrischer Empfänger 21,21 aus den Strahlengängen in Abhängigkeit vom Objekt gewonnenen Eingangssignale S, (t) und S2 (t) werden je einer Differenzierstufe 32, 33 zugeführt, deren Ausgangssignale jeweils zusammen mit dem anderen Eingangssignal in eine Multiplikationsstufe 34 bzw. 35 eingespeist werden. Deren Ausgangssignale werden in einer nachgeschalteten Stufe 36 voneinander subtrahiert und dann das sich darauf ergebende Signal in einer weiteren Multiplikationsstufe 37 mit einem auf die Relativbewegung der Rasterstruktur 16 bezogenen Referenzsignal multipliziert. Das somit erhaltene Signal Sc ist das gewünschte Stellsignal, welches noch - falls erforderlich oder erwünscht - mittels einer nachgeschalteten, beispielsweise als Integrationsstufe ausgebildeten Glättungs-stufe 38 (gestrichelt angedeutet) geglättet werden kann, bevor es den im Regelkreis befindlichen Antrieb 25, welcher den drehbar befestigt Umlenkspiegel 15 schwenkt, und/oder eine Anzeigevorrichtung 39 speist.

Die Ableitung des Referenzsignals lässt sich auf unterschiedliche Weise erreichen. Einmal kann rr.an zur Speisung des Rasterantriebs 31 einen Generator 42 verwe nden, der zusätzlich einen weiteren Ausgang aufweist, welcher das gewünschte Referenzsignal liefert. Eine andere Möglichkeit ist die Ableitung direkt aus dem Speisesignal für den Antrieb 31, beispielsweise durch Differentiation mittels einer Stufe 43, wie dies gestrichelt angedeutet ist. Auch ist es möglich, das Referenzsignal unter Verwendung eines zusätzlichen fotoelektrischen Empfängers 44 zu gewinnen, der die Rasterstruktur 16 direkt abtastet. Dieser Empfänger 44 ist ebenfalls gestrichelt angedeutet.

Die Multiplikationsstufe 37 lässt sich auf unterschiedliche Weise realisieren. Sie kann als analoger Multiplizierer ausgebildet sein, sie kann aber auch beispielsweise durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter oder durch einen elektronischen Schalter oder durch einen Ringmodulator dargestellt werden.

Es kann von Vorteil sein, zur Signalverbesserung aus dem Ausgangssignal der Subtrahierstufe Gleichsignalanteile zu eliminieren. Dies kann beispielsweise mittels eines (in der Zeichnung gestrichelt angedeuteten) der Subtrahierstufe 36 nachgeschalteten Hochpasses 36' oder zweier entsprechender, vorgeschalteter Hochpässe 36" erfolgen.

Auch die Eingangssignale lassen sich durch Filtermittel verbessern. Dazu kann man den fotoelektrischen Empfängern 20, 21 je einen Tiefpass nachschalten, um die Rausch-Signalanteile dieser Empfänger zu vermindern.

618 262 4

Die Rasterstruktur kann einerseits körperlich als Gitter mittels Ultraschall- oder elektrischer Ablenkfelder dargestellt oder Raster, andererseits funktionell, aber auch beispielsweise werden.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

618 262 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur automatischen Parallaxebestimmung bei stereoskopischen, optischen Systemen mit mindestens einer sich bewegenden Rasterstruktur im Abbildungsstrahlengang, mit in einem solchen System aus unterscheidbaren Lichtflüssen gewonnenen elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet,

dass zwei der gewonnenen elektrischen Eingangssignale differenziert werden, dass jedes der bei der Differentiation entstandenen Signale mit dem anderen gewonnenen elektrischen Eingangssignal multipliziert wird, dass dann die aus diesen Multiplikationen entstehenden Signale voneinander subtrahiert werden und dass das aus der Subtraktion resultierende Signal mit einem auf die Bewegung der Rasterstruktur bezogenen Referenzsignal multipliziert wird und das bei dieser Multiplikation entstehende Signal eine Anzeige- und/oder eine Servoeinrichtung steuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die gewonnenen elektrischen Eingangssignale gesiebt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der letztgenannten Multiplikation entstandene Signal geglättet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den zu subtrahierenden Signalen Gleichsignalanteile eliminiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch : gekennzeichnet, dass aus dem durch die Subtraktion gewonnenen Signal Gleichsignalanteile eliminiert werden.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der mittels fotoelektrischer Empfänger (20,21 ) gewonnenen elektrischen = Eingangssignale je einer Differenzierstufe (32,33) zugeführt werden, denen je eine Multiplikationsstufe (34, 35) nachgeschaltet ist, welchen jeweils das andere elektrische Eingangssignal mit zugeführt wird, dass die Ausgangssignale dieser Multiplikationsstufen (34,35) einer Subtrahierstufe (36) zugeführt i werden, deren Ausgangssignal in einer nachgeschalteten Multiplikationsstufe (37) mit einem auf die Bewegung der Rasterstruktur (16) bezogenen Referenzsignal multipliziert wird, und dass deren Ausgangssignal einer nachgeschalteten Anzeigeeinrichtung (39) und/oder einer Servoeinrichtung (25) zugeführt 4 wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den fotoelektrischen Empfängern (20,21) Tiefpassfilter (20', 21') nachgeschaltet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- 4 zeichnet, dass der letztgenannten Multiplikationsstufe (37) eine Glättungsstufe (38) nachgeschaltet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Subtrahierstufe (36) Hochpassfilter (36") vorgeschaltet sind. s

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Subtrahierstufe (36) ein Hochpassfilter (36') nachgeschaltet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Referenzsignals aus dem Antriebssignal ? für die Rasterstruktur (16) eine Differenzierstufe (43) vorgesehen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Referenzsignals aus der Strukturbewegung direkt ein der Rasterstruktur (16) zugeordneter Abtaster <■ (44) vorgesehen ist.

13. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Referenzsignals und für den Antrieb (31) der Rasterstruktur (16) ein mit entsprechenden Ausgängen versehener Generator (42) vorhanden ist. h

14. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die letztgenannte Multiplikationsstufe (37) ein phasenempfindlicher Gleichrichter ist.

15. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die letztgenannte Multiplikationsstufe (37) ein elektronischer Schalter ist.

16. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die letztgenannte Multiplikationsstufe (37) ein Ringmodulator ist.