CH677028A5 - Real=time evaluation of aerial photographs - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. 



  Bekannte analytische Auswertegeräte (PLANICOMP C 100 Opton, BC 1 WILD, DSR 11 KERN) realisieren in Echtzeit (</= 50 Hz) eine Transformation zwischen einem räumlichen kartesischen Koordinatensystem (Objektkoordinaten, Modellkoordinaten) und zwei ebenen kartesischen Koordinatensystemen (Koordinaten des linken und rechten Bildes nach den Gleichungen: 
EMI2.1
 



  Dabei sind die aij, bij für ein ganzes Bild konstant. Ferner werden an den Bild- und/oder Modellkoordinaten Korrekturen infolge symmetrischer Fehler (Erdkrümmung, Refraktion, Verzeichnung, Gerätefehler) vorgenommen, wodurch die Geräte für die Auswertung von Luftbildern aus Flugzeugen vollständig und für die Auswertung von Luftbildern aus Satelliten bedingt geeignet sind. Diese Einschränkung ergibt  sich daraus, dass bei der Kartenherstellung aus Satellitenbildern noch eine zusätzliche Transformation in die gewünschte Kartenprojektion erforderlich sein kann, die nicht Bestandteil des Echtzeitprozesses (siehe obige Gleichung) ist. Auch bei der Auswertung terrestrischer Bilder gibt es Anwendungen, bei denen die Eingangskoordinaten des Echtzeitprozesses ein nicht-kartesisches Koordinatensystem verkörpern sollen, was mit obiger Gleichung nicht möglich ist. 



  Zur Überwindung dieser Einschränkungen und zur Auswertung anderen Bildmaterials (fotografische Streifenbilder, Scannerbilder etc.) sind andere Echtzeitalgorithmen erforderlich, die jeweils vom Gerätehersteller erarbeitet, getestet und bereitgestellt werden müssen, weil der Echtzeitprozess so sehr mit der Gerätesteuerung verbunden ist, dass der Anwender der Geräte diese Programmierung nicht übernehmen kann. 



  Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das universell für den Echtzeitprozess eines analytischen Auswertegerätes anwendbar ist. 



  Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das für alle Arten von Bildern (Luftbild, Satellitenbild, Scannerbild) sowie auch für nichtkartesische Modellkoordinatensysteme geeignet ist und bei dem die Spezifik der einzelnen Bilder und Koordinatensysteme in den dem Anwender zugänglichen Orientierungsprogrammen berücksichtigt wird. 



  Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gemäss dem Kennzeichen des ersten Patentanspruches gelöst. Dabei ist es vorteilhaft, die Abmessungen der räumlichen Segmente kleiner als die verwendete Wortlänge des Rechners zu wählen. Dadurch können Rechnungen mit mehrfacher Wortlänge vermieden werden. 



  Bei digital gesteuerten Orthophotogeräten wird (bei Abtastung in y-Richtung) dxmax gleich der Spaltbreite oder ihrem ganzzahligen Vielfachen gewählt. 



  Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. 



  In Figur 1 ist das Prinzipschema eines analytischen Auswertegerätes dargestellt. 



  Es sind Eingabeelemente 1 vorgesehen, die von einer Auswerteperson betätigt werden und die Koordinatenänderungen  delta  eines Modellkoordinatensystems auf einen Rechner 3 übertragen. Aus diesen Koordinatenänderungen und den in bekannter Weise ermittelten Orientierungselementen berechnet Rechner 3, die Bildkoordinaten (x min , y min , x min  min , y min  min ) und gibt diese an Regelkreise aus, die die Bildträger 2 bewegen. Der Auswerter kontrolliert über ein optisches System 4, ob die gewünschten Bildbewegungen erzielt werden. 



  In Figur 2 ist das Auswerteverfahren schematisch dargestellt. 



  Die Erfindung geht davon aus, dass sich jede Transformation zwischen einem Objektkoordinatensystem (x, y, z) und den beiden Bildkoordinatensystemen (x min , y min , x min  min , y min  min ) in der Form (I) darstellen lässt.
 
 I
 x min  = f1(x, y, z)       y min  = f2(x, y, z)
 x min  min  = f3(x, y, z)     y min  min  = f4(x, y, z)
 



  Nach der Taylorschen Formel kann aber jede Funktion u min = f(x, y, z) in der Umgebung eines Punktes (P0(x0,y0,z0) entwickelt werden nach
 
 II
 u min (x, y, z) = u min )(x0,y0,z0) + fx (x0,y0,z0)dx
 + fy(x0,y0,z0)dy+fz(x0,y0,z0)dz + R
 
 fx, fy, fz sind die partiellen Ableitungen von f(x,y,z) nach x, y, z. 



  Das Restglied R kann nach (III) abgeschätzt werden
 
 III
 R = 1/4 (fxxdx<2>+2fxydxdy+2fxzdxdz+fyydy<2>+2fyzdydz+fzzdz<2> )
 mit fxx(x0+ delta dx, y0+ delta  dy, z0+ delta  dz),... 0 <  delta  < 1 
 als den zweiten Ableitungen von f(x,y,z) nach x,y,z.
 



  Das Restglied R kann aber in bestimmten Fällen auch durch Umkehrung von (II) exakt berechnet werden. 



  Aus dem beschriebenen Algorithmus ergibt sich folgende Arbeitsweise eines analytischen Auswertegerätes. 



  Das Objektkoordinatensystem x, y, z wird in räumliche Segmente Aijk mit den Abmessungen 2dxmax, 2dymax, 2dzmax geteilt, deren Mittelpunkte die lokalen Nullpunkte P0ijk sind. 



  Für jede dieser Segmente werden die Parameter x0, y0, z0, x0 min , y0 min , x0 min  min , y0 min  min , f1x,...f4z und die zur Beschreibung des Restgliedes erforderlichen Koeffizienten abgespeichert. 



  Erfolgt beim Auswerten des Bildes ein Übergang vom Segment Aijk  zu einem der 26 benachbarten Segmente Ai+l,  j+m, k+n (1= -1, 0, 1; m = -1, 0, 1; n = 1, 0, 1), dann wird jeweils der gesamte Parametersatz ausgetauscht und die auf P0ijk bezogenen dx, dx, dz werden auf P0,i+l, i+m, k+n bezogen. 



  In Figur 3 ist der Zusammenhang zwischen den Koordinatenänderungen an an den Eingabeelementen  delta x,  delta y,   delta z und den Koordinatendifferenzen dx, dy zu den lokalen Nullpunkten P0 für eine Ebene dargestellt. 



  Im folgenden wird auf die Anwendung des erfindungsgemässen Algorithmus anhand einiger Beispiele eingegangen. 



  Der Ausgangspunkt wird von dem allgemeinen Fall eines Modellkoordinatensystems mit nichtkartesischen Koordinaten x, y, z gebildet. 



  Dafür gelten folgende Ausgangsgleichungen: 
EMI6.1
 



  Aus ihnen ergibt sich die Grundgleichung für ein Bild (für das zweite  entsprechend): 
EMI6.2
 



  wobei 
EMI6.3
 



  Die Konstanten K, k, R und U ergeben sich wie folgt: 
EMI7.1
 



  Am Beispiel der Berücksichtigung der Erdkrümmung soll dies gezeigt werden: 
EMI8.1
 



   In dem häufig auftretenden Spezialfall, dass das Modellkoordinatensystem ein rechteckiges Koordinatensystem ist, d.h. x = x, y = y, z = z, ergeben sich in (2) und (4) für die Grundgleichung und die Konstanten: 
EMI9.1
 



  ck: Kammerkonstante 



  Es ist ohne weiteres möglich, Bildfehlerkorrekturen in die Grundgleichung (2) zu integrieren: 



  Beispielsweise soll die Bildfehlerkorrektur nach 
EMI9.2
 



  mit (1) erfolgen. Auf der linken Seite der Gleichung (6) handelt es sich um die korrigierten Bildkoordinaten, auf der rechten Seite von (6) werden die aus (1) ermittelten Bildkoordinaten eingesetzt. 



  Für die Konstanten K, k, R und U ergibt sich: 
EMI10.1
 



  Zur Auswertung von Scannerbildern werden meist Polynome 2. oder 3. Grades verwendet. 



  Für eln Polynom 3. Grades lautet dle Grundgleichung: 
EMI10.2
 



  Daraus ergeben sich dle konstanten K, k, R und U: 
EMI11.1
 

Claims (2)

1. Verfahren zur Echtzeitauswertung von Luftbildern in digital gesteuerten photogrammetrischen Auswertegeräten, wobei über Eingabeelemente (1) eine Einstellung auf Punkte eines Modelles vorgenommen wird, die den eingestellten Modellpunkten entsprechenden Koordinaten als Modellkoordinaten (x, y, z) in ein Rechenwerk (3) übertragen, die berechneten Bildkoordinaten (x min , y min , x min min , y min min ) an Regelkreise ausgegeben, durch die Regelkreise über motorische Antriebe die Bildträger (2) bewegt und die zu den Modellkoordinaten gehörigen Bildkoordinaten eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einteilung des Modells in räumliche Segmente Aijk der Abmessungen 2(dx, dy, dz) vorgenommen wird und diesen spezielle Transformationsparameter zugeordnet werden,

wobei diese aus den Daten der äusseren Orientierung der Luftbilder und den Modellkoordinaten des Mittelpunktes der räumlichen Segmente entsprechend der Taylorschen Formel ermittelt werden, wobei zwischen Bild- und Modellkoordinaten der Zusammenhang EMI12.1 besteht, wobei EMI12.2 ist und der Speicherbereich des Rechenwerks in Unterbereiche unterteilt wird, wobei jedem räumlichen Segment Aijk des Modells ein Speicherbereich zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Bit der Abmessungen der räumlichen Segmente kleiner als die Anzahl Bit der verwendeten Wortlänge des Rechners gewählt wird. 1. Verfahren zur Echtzeitauswertung von Luftbildern in digital gesteuerten photogrammetrischen Auswertegeräten, wobei über Eingabeelemente (1) eine Einstellung auf Punkte eines Modelles vorgenommen wird, die den eingestellten Modellpunkten entsprechenden Koordinaten als Modellkoordinaten (x, y, z) in ein Rechenwerk (3) übertragen, die berechneten Bildkoordinaten (x min , y min , x min min , y min min ) an Regelkreise ausgegeben, durch die Regelkreise über motorische Antriebe die Bildträger (2) bewegt und die zu den Modellkoordinaten gehörigen Bildkoordinaten eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einteilung des Modells in räumliche Segmente Aijk der Abmessungen 2(dx, dy, dz) vorgenommen wird und diesen spezielle Transformationsparameter zugeordnet werden,

wobei diese aus den Daten der äusseren Orientierung der Luftbilder und den Modellkoordinaten des Mittelpunktes der räumlichen Segmente entsprechend der Taylorschen Formel ermittelt werden, wobei zwischen Bild- und Modellkoordinaten der Zusammenhang EMI12.1 besteht, wobei EMI12.2 ist und der Speicherbereich des Rechenwerks in Unterbereiche unterteilt wird, wobei jedem räumlichen Segment Aijk des Modells ein Speicherbereich zugeordnet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Bit der Abmessungen der räumlichen Segmente kleiner als die Anzahl Bit der verwendeten Wortlänge des Rechners gewählt wird.