CH675770A5

CH675770A5 -

Info

Publication number: CH675770A5
Application number: CH1286/88A
Authority: CH
Inventors: Wilfried-Ebbinghaus Pro Wester
Original assignee: Rollei Fototechnic Gmbh
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1990-10-31
Also published as: SE8801305L; JPS6446603A; US4897539A; SE468612B; JP2542040B2; SE8801305D0

Description

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CH 675 770 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur photo-grammetrischen Erfassung eines statischen Aufnahmeobjektes mit Hilfe zumindest eines opto-elek-trischen Festkörper-Flächensensors, dessen Bildfläche kleiner ist als die des angestrebten Gesamtbildes, wobei in das photogrammetrische Abbildungssystem das Punktfeld eines das Gesamtbild abdeckenden Réseaus (Glasplatte mit geeigneten, rasterartig verteilten Punktmarkierungen) einbezogen und der Flächensensor so hinter der Réseau-ebene angeordnet werden, dass er jeweils zumindest eine Masche des Réseaus flächendeckend im Sensorbild abbildet, wobei Kammerréseau und Aufnahmeobjekt auf die Sensorfläche projizierbar sind, die zur fortlaufenden Aufnahme von Réseaumasche zu Réseaumasche verschoben wird.

Dieses Verfahren lässt sich der DE-A1 3 428 325 entnehmen. Wird bei diesem Verfahren eine das gesamte zu erfassende Bildformat abdeckende Réseauplatte in den Abbildungsprozess einbezogen, so können die auf den Flächen der Sensorblöcke entstandenen Teilbilder im Rahmen der digitalen Bildauswertung numerisch mit Hilfe der auf den Sensorflächen mit abgebildeten Réseau-punkte eindeutig in die Ebene des Réseaus transformiert werden. An die physikalische Lage der Sensorblöcke im Abbildungsraum sind dann nur geringe, instrumentell mit wenig Aufwand zu verwirklichende Anforderungen zu stellen: Es soll mindestens je eine Masche des Réseaus flächendeckend auf die Sensorfläche mit abgebildet werden. Durch die Transformation der auf den Bildflächen der einzelnen Sensorblöcke entstandenen Teilbilder in die Ebene des Réseaus wird das gesamte Bildformat mit hoher, durch die kalibrierte Réseauplatte vorgegebenen Genauigkeit erhalten.

Die genannte Vorveröffentlichung zeigt unter anderem die Anordnung eines Sensorblocks hinter der Bildebene eines photogrammetrischen Aufnahmesystems. Zur Erfassung des Gesamtformats kann, bei statischer Aufnahmeanordnung, ein einzelner Sensor zur fortlaufenden Belichtung nach Art eines Flachbett-Abtasters von Réseaumasche zu Réseaumasche geführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuterte Verfahren hinsichtlich seiner Durchführbarkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Réseaupunkte mit einer separaten, nahezu punktförmigen Beleuchtung projiziert werden, und dass durch Verschiebung des Flächensensors in Richtung der optischen Achse die Abbildung jedes Objektpunktes individuell fokus-siert wird, während die Zuordnung des Aufnahmeprojektionszentrums zum Réseau konstant gehalten wird.

Das Bildformat wird nicht ganzflächig simultan, sondern mit dem Sensor selektiv in Teiibildern er-fasst. Es wird deshalb erfindungsgemäss vorgeschlagen, durch Verschieben des Sensors in Aufnahmerichtung auch individuell zu fokussieren, für jedes Teilbild oder, im Extremfall, für jeden abzubildenden Objektpunkt. Würden alle Teilbilder mit Hilfe der mit abgebildeten Réseaupunkte in die Ebene des Réseaus zurückprojiziert, könnten schliesslich alle Bildpunkte im Bezugssystem einer gemeinsamen Bildebene gegeben sein. Damit wäre eine fokussier-bare photogrammetrische Messkammer mit konstanter innerer Orientierung verwirklicht, das heisst, mit Bildebene und Bildraumbezugssystem, einheitlich definiert durch das Réseau, und mit für alle Bildpunkte konstanter Lage des Aufnahmeprojektionszentrums im Bildraum.

Der nutzbare Fokussierbereich aber hängt ab von der Tiefe, innerhalb der die Réseaupunkte ausreichend scharf abgebildet werden. Da die flächenhafte Apertur des Aufnahmeobjektivs die Schärfetiefe auf kaum mehr als 0,1 mm begrenzt, lässt sich eine erfindungsgemäss fokussierbare Réseaukam-mer nur dann optimal realisieren, wenn die Réseaupunkte mit einer separaten, möglichst punktförmigen Beleuchtungsquelle projiziert werden.

Es wird allerdings instrumenteil kaum möglich sein, die Zentren der Objekt- und Réseauabbildung streng identisch anzuordnen. Daher ist zu beachten, dass in einer erfindungsgemäss ausgebildeten Réseaukammer wegen der bildpunktweise individuellen Fokussierung Objekt und Réseau - im Gesamt-Bildformat betrachtet - auf eine nicht ebene Fläche abgebildet werden, so dass bei räumlicher Trennung der Zentren von Objekt- und Réseauprojektion die Objekt- und Réseauabbildung in ihrer Gesamtheit nicht zueinander perspektiv sind. Das bedeutet, dass sich die auf dem Sensor abgebildeten Objektpunkte mit den abgebildeten Réseaupunkten nicht einheitlich perspektiv in die Ebene des Réseaus zu-rückprojizieren lassen.

Daher wird erfindungsgemäss ferner vorgeschlagen, dass Objekt und Réseau bei nicht streng übereinstimmenden Projektionszentren getrennt voneinander projiziert werden, wobei zuerst die, abgebildeten Réseaupunkte zur numerischen Orientierung des Sensors im Bildraum in bezug auf das Réseau verwendet werden, um dann die auf dem Flächensensor abgebildeten Objektpunkte in Richtung auf das Projektionszentrum der Objektabbildung in das Koordinatensystem des Réseaus zu transformieren. Es werden also mit den abgebildeten Réseaupunkten durch räumlichen Rückwärtsschnitt zunächst nur die Lage des Sensors in bezug auf das Réseau bestimmt, wobei die Koordinaten des Zentrums der Réseauprojektion im System des Réseaus zu Grunde gelegt werden. Danach können mit Hilfe der Parameter der inneren Orientierung der Aufnahmekammer, die die Lage des Projektionszentrums der Objektabbildung in bezug auf das Réseau angeben, die abgebildeten Objektpunkte aus den über dem Réseau räumlich orientierten Sensorsystem perspektiv einheitlich in die Ebene des Kam-merréseaus transformiert werden.

Die photogrammetrische Kammerkalibrierung muss bei einer fokussierbaren Réseaukammer nach der Erfindung nicht nur für das Zentrum der Objektprojektion, wie bei üblichen photogrammetrischen Kammern, sondern auch für das Zentrum der Réseauprojektion die Lage im Bildraum bestimmen, beide bezogen auf das System des Réseaus.

Um einen stark tiefenausgedehnten Objektbe5

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reich, der nicht ganzflächig simultan optisch auf eine Bildebene scharf abgebildet werden kann, durch Mehrfachbelichtung mit mehreren, unterschiedlich fokussierten Bildebenen aufzunehmen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass der von einer Masche des Réseaus überdeckte Objektbereich mit einem Flächensensor durch mehrere, unterschiedlich fokussierte Teilbilder in seiner ganzen Tiefe scharf erfasst wird, und dass diese Teilbilder mit Hilfe der mit abgebildeten Réseaupunkte in den gemeinsamen geometrischen Bezug einer einzigen, durch die betroffene Masche des Réseaus gegebene Bildebene überführt und dort rechnerisch überlagert werden. Dadurch entsteht ein einziges, den gesamten von der Masche abgedeckten Objektbereich scharf wiedergegebenes Bild mit exakter, pho-togrammetrisch nutzbarer Geometrie.

Da die Sensorpositionierung auf optischem Wege erfolgt, müssen die Réseaupunkte so gestaltet sein, dass sie mit grösstmöglicher Genauigkeit messbar sind. Mit heutigen Korrelations- und Mustererkennungsverfahren lassen sich schwarze, rechtwinklige Kreuze mit einer Genauigkeit von 1 bis 3 um bestimmen. Diese Genauigkeit ist zuverlässig nur dann erreichbar, wenn sich die Réseaupunkte eindeutig vom Hintergrund trennen lassen. Besitzen jedoch Réseaupunkt und Objekt die gleiche Schwärzung, kann der Punkt nicht identifiziert und der Sensor damit nicht positioniert werden.

Die Trennung von Réseau und Bildinformation kann numerisch durchgeführt werden, wenn sich die Signalintensität des Réseaupunktes von der des Hintergrundes signifikant unterscheidet, wenn also die Differenz der Grauwerte grösser ist als der Rauschanteil im Bild. Die Genauigkeit der Punktbestimmung wird umso schlechter, je höher der Rauschanteil im Bild ist und je inhomogener der Hintergrund ist.

Zur Vermeidung der genannten Nachteile wird erfindungsgemäss eine optische Trennung von Objekt und Réseau durch Doppelbelichtung vorgeschlagen, wobei zuerst die Réseaupunkte bei einer externen, separaten Beleuchtung vom Flächensensor abgebildet werden, ohne dass die Objektinformation sichtbar ist, dass das so gewonnene erste Sensorbild digital ' abgespeichert wird, und dass dann das den gleichen geometrischen Bezug zum Réseau aufweisende Objekt abgebildet und das so gewonnene zweite Sensorbild ebenfalls digital abgespeichert wird.

Der geometrische Bezug zwischen den Bildern des Réseaus und des Objektes ist nur dann bekannt, wenn sich der Sensor in der Zeit zwischen den Aufnahmen nicht verändert hat. Die Taktzeit muss daher möglichst kurz sein. Handelsübliche CCD-Videokameras und Analog-Digital-Wandler arbeiten mit einer Frequenz von 1/30 sec. Diese Taktzeit lässt sich bei Verwendung von zwei Bildspeichern und geeigneter Beleuchtungssteuerung erreichen.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Réseaukammer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt. Dabei zeigen Fig. 1 den Augenblick der Objektabbildung und Fig. 2 den Augenblick der Réseau-Abbildung.

Dargestellt ist eine Réseaukammer 1 mit einem Objektiv 2, einer auf der gegenüberliegenden Kammerseite angeordneten Réseauplatte 3, einer in der oberen Abdeckung vorgesehenen Mattscheibe 4 und einer im Innern angeordneten haibverspiegel-ten Glasplatte 5.

Die Abbildungsebene 6 der Réseaukammer 1 liegt ausserhalb der Ebene der Réseauplatte 3. In dieser Abbildungsebene 6 ist ein opto-elektrischer Festkörper-Flächensensor 7 geführt. Zur Fokussie-rung wird der Flächensensor 7 in Richtung der optischen Achse in die jeweils gewünschte Abbildungsebene 6 bewegt; der eingezeichnete Abstand x ist daher variabel, während der ebenfalls eingezeichnete Abstand k zwischen Objektiv 2 und Réseauplatte 3 konstant bleibt.

Fig. 2 zeigt eine punktförmige Beleuchtung 8 zur Abbildung des Réseaus auf dem Flächensensor 7.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur photogrammetrischen Erfassung eines statischen Aufnahmeobjektes mit Hilfe zumindest eines opto-elektrischen Festkörper-Flächensensors, dessen Bildfläche kleiner ist als die des angestrebten Gesamtbildes, wobei in das photogrammetrische Abbildungssystem das Punktfeld eines das Gesamtbild abdeckenden Réseaus einbezogen und der Flächensensor so hinter der Réseau-ebene angeordnet werden, dass er jeweils zumindest eine Masche des Réseaus flächendeckend im Sensorbild abbildet, wobei Réseau und Aufnahmeobjekt auf die Sensorfläche projizierbar sind, die zur fortlaufenden Aufnahme von Réseaumasche zu Réseaumasche verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Réseaupunkte mit einer separaten, nahezu punktförmigen Beleuchtung projiziert werden, und dass durch Verschiebung des Flächensensors in Richtung der optischen Achse die Abbildung jedes Teilbildes oder jedes Objektpunktes individuell fokussiert wird, während die Zuordnung des Aufnahmeprojektionszentrums zum Réseau konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Objekt und Réseau bei nicht streng übereinstimmenden Projektionszentren getrennt voneinander projiziert werden, wobei zuerst die abgebildeten Réseaupunkte zur numerischen Orientierung des Sensors im Bildraum in bezug auf das Réseau verwendet werden, um dann die auf dem Flächensensor abgebildeten Objektpunkte in Richtung auf das Projektionszentrum der Objektabbildung in das Koordinatensystem des Réseaus zu transformieren.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von einer Masche des Réseaus überdeckte Objektbereich mit einem Flächensensor durch mehrere, unterschiedlich fokussierte Teilbilder in seiner ganzen Tiefe scharf erfasst wird, und dass diese Teiibilder mit Hilfe der mit abgebildeten Réseaupunkte in den gemeinsamen geometrischen Bezug einer einzigen, durch die betroffene Masche des Réseaus gegebene Bildebene überführt und dort rechnerisch überlagert werden.

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