DE1548387C - Automatisches Stereoauswertegerat mit Abtasteinnchtungen fur die Stereo bilder und einer Korrelationseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Stereoauswertegerät mit Abtasteinrichtungen für die Stereobilder und einer Korrelationseinrichtung, die die schrittweise abgetasteten Punkte jedes Stereobildes vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, das die Bewegung der beiden Stereobilder relativ zueinander in ihrer Ebene beeinflußt.

Beim Vergleichen von stereografischen Luftaufnahmen, d. h. Fotografien derselben Landschaft von verschiedenen Aufnahmepunkten aus, treten dadurch besondere Schwierigkeiten auf, daß sehr selten zwei Fotografien in derselben horizontalen Ebene aufgenommen werden. Dies kommt daher, daß das Flugzeug während des Fotografierens sich um seine Längsachse, Querachse und Gierungsachse bewegt. Auf Grund dieser Faktoren und weiterer Fehlerbedingungen, wie der bekannten Kamerakonstanten, ergibt ein kleiner Ausschnitt der Gegenstandsoberfläche Bilder von verschiedener Gestajt auf den verschiedenen Fotografien. Zur optimalen Korrelation und zum Vergleich der aus solchen Bildern erhaltbaren Information muß man die durch die oben aufgezählten Faktoren eingeführten Unterschiede in der Oberflächengestalt kompensieren.

Bei einem bekannten System der eingangs genannten Art werden zwei transparente Stereobilder eines Gegenstandes auf zwei transparenten Trommeln genau ausgerichtet befestigt, und diese Trommeln werden um eine gemeinsame Achse gleichförmig gedreht. Die einem Gegenstandspunkt zugeordneten bekannten Koordinaten A", Y und Z werden einem Computer eingespeist, und dieser errechnet die zugeordneten konjugierten Bildkoordinaten (X₁, ^₁) und (x₂, y₂) für diesen bekannten Kontrollpunkt. Den Ablenkspulen zweier wandernder Lichtpunktabtaster werden diese Bildkoordinaten in Form von Spannungen zugeführt, so daß jeweils ein Lichtpunkt auf die beiden Stereobilder entsprechend den errechneten Bildkoordinaten gelenkt wird. Im Inneren der transparenten Trommeln sind Fotovervielfacher angeordnet, und diese erzeugen in Abhängigkeit des Helligkeitswertes der betreffenden Stelle auf den Stereobildern Ausgangssignale. Ist zwischen diesen beiden Punkten eine Parallaxe vorhanden, so weist das in die Fotovervielfacher gelangende Licht einen der Größe der Parallaxe entsprechenden Helligkeitsunterschied auf, so daß die Ausgangsspannung der Fotovervielfacher ein Maß für die.Größe der vorhandenen Parallaxe darstellt. Der Computer errechnet nun aus einer Reihe von Parallaxen-Fehlerspannungen einen Z-Wert, für den die Parallaxen-Fehlerspannung ein Minimum ergibt. Mit Hilfe des neu ermittelten Z-Wertes werden erneut die konjugierten Bildkoordinaten (X₁, ^₁) und (x₂, y₂) für diesen neuen Gegenstandspunkt berechnet, so daß letzten Endes ein Bildkoordinatenpunkt (x,, y,) mit einem zugeordneten Z erhalten wird, der eine schrittweise Annäherung an die tatsächlichen Koordinatenwerte darstellt.

Eine der Koordinaten X, Y, Z, wie z. B. Y, wird um einen bestimmten Betrag verändert, und für diesen neuen Gegenstandspunkt werden erneut die konjugierten Bildpunktkoordinaten (x,, y_x) und (x₂, y₂) errechnet und die neue Parallaxen-Fehlcrspannung ermittelt. Zusätzlich ermittelt der Computer einen Satz von Bildpunktkoordinaten für zugeordnete Werte (Z" ±, I Z) und (Z" ±-.2 IZ), wobei Z° der dem neuen y-Wert zugeordnete Z-Wert ist. Für diesen Satz der Bildpunkte werden die entsprechenden Parallaxen-Fehlerspannungen ermittelt, und hieraus wird der-

DO /

jenige Z-Wert bestimmt, für den die Parallaxen-Fehlerspannung ein Minimum beträgt. Dieser, neue Z-Wert führt in Verbindung mit den Werten (A", Y) zu einer neuen Rechnung des Computers, der hieraus den neuen Bildkoordinatenpunkt (X₁, y_t) errechnet. Bei diesem bekannten System sind für die Auswertung der Stereobilder Größen wie Bodenradienkoordinaten, Brennweite der Kamera, Flughöhe bei der Aufnahme der Stereobilder erforderlich. Die Genauigkeit dieses bekannten Systems hängt weiterhin von der Anzahl der vom Computer ausgeführten Rechnungen für einen bestimmten Bildpunkt ab.

Es ist ebenfalls in Verbindung mit einem automatischen Stereoauswertegerät bekannt, Steuermittel zur Änderung der Abtastbewegungen der Abtasteinrich-, tung entsprechend bekannter Differenzen zwischen den Stereobildern und einem gewünschten Bild des Gegenstandes vorzusehen. Bei diesem bekannten System werden zwei Stereobilder in zwei Projektoren gegeben und auf einer Nipkow-Scheibe projiziert, mit deren Hilfe eine punktweise Auswertung des projizierten Bildes vorgenommen wird. Diese Nipkow-Scheibe wird in Abhängigkeit von der Gegenstandsneigung gekippt, so daß hierbei eine bestimmte Berücksichtigung der Oberflächenneigung des aufgenommenen Gegenstandes vorhanden ist (französische Patentschrift 1 369 411).

Bei einem weiter bekannten System sind vor einer Kathodenstrahlröhre die beiden auszuwertenden Stereobilder angeordnet, und der Kathodenstrahl dieser Röhre gelangt über Fokussierlinsen auf einen bestimmten Punkt jeweils auf den beiden Fototransparenten. Das Licht der Kathodenstrahlröhre gelangt nach dem Durchtritt durch die Fototransparente anschließend in Fotozellen, deren Ausgänge in einer Auswertschaltung ausgewertet werden. Das Ergebnis dieser Auswertung besteht in einer Steuerung des Abstandes der Kathodenstrahlröhre von den beiden Stereobildern, so daß der Abstand der Kathodenstrahlröhre von den Bildern ein Maß für die- Höhe des betreffenden Bildpunktes darstellt und wobei der von der Kathodenstrahlröhre zurückgelegte Weg die Größe der aufgetretenen Parallaxe kennzeichnet. Bei diesem bekannten System wird zu Beginn der Auswertung der Stereobilder über eine elektronische Steuerung der genaue Abstand und die Lage der Stereobilder zueinander eingestellt. Nach dieser anfänglichen Justierung der Stereobilder wird die eigentliche Auswertung der Bilder vorgenommen, wobei der einem bestimmten Bildpunkt zugeordnete Abstand der Kathodenstrahlröhre von den transparenten Stereobildern ein Maß für den Gegenstandsabstand, d. h. die Gegenstandskoordinate Z, darstellt (USA.-Patentschrift 3 145 303). Bei einem weiteren bekannten Stereoauswertegerät wird bei der Auswertung eines Stcreobilderpaares z. B. ein Ausrichtfehler in Richtung der X-Achse zur Ermittlung der Höhe verwendet. Dieser Ausrichtfehler in der X-Achse ist eine Funktion der Höhe der fotografischen Aufnahme, und es wird eine der Größe des Ausrichtfehlcrs entsprechende elektrische Größe entwickelt und angezeigt, so daß man einen Bilderrahmen mit einem der Bilder entweder von Hand .oder durch einen Servomotor automatisch ausrichten kann, so daß sich für einen bestimmten Abtastpunkt auf den Bildern dann ein Fehler von Null ergibt. Das Verschiebungsmaß des Rahmens mit dem einen Bild, um also den Fehler von Null zu erreichen, stellt damit ein Maß für die Höhe dieses betreffenden abgetasteten

Punktes dar. Es wird hierbei nur ein Bild relativ zur Abtasteinrichtung, die eine Kathodenstrahlröhre ist, bewegt, und die Bilder sind z. B. in Y-Richtung ausgerichtet. Das Auswerten der einzelnen Bildpunkte geschieht hierbei zeitlich hintereinander, d. h., es wird zuerst um eine Einheit verschoben, also z. B. in der X-Richtung, und dann wird der Ausrichtfehler für diesen eingestellten Punkt in der Z-Richtung ermittelt und entweder von Hand oder über eine Servoeinrichtung auf Null abgeglichen. Erst nach dem Abgleich kann aus der Fehlergröße die diesem Punkt zugeordnete Höhe ermittelt werden (USA.-Patentschrift 2 964 642).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein automatisches Stereoauswertegerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das ein weitgehendst verbessertes Auflösungsvermögen und damit eine möglichst genaue Auswertung stereofotografischer Aufnahmen aufweist bzw. ermöglicht, wobei möglichst wenige Parameter zur Auswertung der Aufnahmen erforderlich sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Steuerschaltung zur Änderung der Größe der Abtastschritte der Abtasteinrichtung entsprechend der durch die Abtastung erfaßten Oberflächenneigung des Gegenstandes vorgesehen ist, und daß beide Stereobilder auch in Abhängigkeit der Oberflächenneigung des Gegenstandes relativ zueinander in ihrer Ebene bewegbar sind.

Bei dem Stereoauswertegerät nach der vorliegenden Erfindung wird also die Größe der Abtastschritte in Abhängigkeit von einer gemessenen Fehlergröße geändert, so daß man z. B. bei der Auswertung eines Gegenstandsbildes mit großer Oberflächenneigung eine entsprechend große Auflösung dieses Gegenstandes erhält und man bei einer kleinen Oberflachenneigung des Gegenstandes eine entsprechend kleine Auflösung erhält. Hierdurch läßt sich ein stereografisches Bildpaar mit sehr viel größerer Genauigkeit auswerten.

Nach einem Ausführungsbeispiel sind der Steuerschaltung des vorliegenden Auswertegerätes Mittel zur Änderung der Abtastschritte im Sinne einer Be-Stimmung der partiellen Ableitungen der Positionskoordinaten eines vorgegebenen Punktes jeder Bildprojektion bezüglich der Positionskoordinaten des gegebenen Gegenstandspunktes zugeordnet.

Das Auswertgerät nach der vorliegenden Erfindung ist auf der Verwendung infinitesimaler Differenzen aufgebaut, die um einen Arbeitspunkt genommen werden, wobei diese Differenzen durch partielle Ableitungen und Substitution endlicher Differenzen bestimmt sind. Die Steuerschaltung des Auswertegerätes enthält daher Recheneinrichtungen, welche durch Multiplizieren und Summieren der partiellen Ableitungen die Änderungen (/Ix₁, Ay₁, Ax₂, Ay₂) hinsichtlich der Abtastkoordinaten in folgender Weise erfaßt:

Δ X₁
Ay₁
A X₂ Ay₂

_ (^&χι

\δΧ δ Z

AX

\δΧ δΖ δΧ

\δχ ⁺ δΖ δχ) \δΥ δΖ

δΥ)

αχ ,

\δΥ δΖ δΥ

^ΔΧ

■)

^6Ζ\

ττ)

δΖ δΥ J

Oy₂ δΖ\ \δΥ δΖ δΥJ

^ΔΥ

A Y

AY

^ΔΥ

^ΔΥ

wobei X₁, ^₁, X₂, y₂ die Positionskoordinaten auf den Bildprojektionen X, Y, Z die Positionskoordinaten der Objektprojektion sind.

In vorteilhafter Weise ist dabei vorgesehen, daß die der Steuerschaltung zugeordneten Mittel zur Änderung der Abtastschritte, die partiellen Ableitungen auf der Grundlage des Verhältnisses aus errechneten Änderungen in den Positionskoordinaten des gegebenen Bildprojektionspunktes zu willkürlichen Änderungen in den Positionskoordinaten des gegebenen Gegenstandspunktes schätzungsweise errechnen. Es wird also bei der Erzeugung der Parallaxen-Eliminationsgeschwindigkeit nicht nur die auftretende Parallaxe, sondern auch eine Gefälleschätzung verwendet.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß die Korrelationsschaltung die Parallaxe zwischen den abgetasteten diskreten Flächen der Bildprojektionen mißt und daß die Einrichtung zur Herleitung einer Aufzeichnungsbewegung die Bildprojektionen bezüglich der Abtasteinrichtung derart bewegt, daß die Relativbewegung einer Kontur- oder Profillinie auf der Oberfläche des Gegenstandes folgt. Hierbei ist weiter vorgesehen, daß die Einrichtung zur Herleitung einer Aufzeichnungsbewegung eine Einrichtung zur Entwicklung einer die Abtastbewegung beeinflussenden Eliminationsgeschwindigkeit im Sinne einer Eliminierung der Parallaxe aufweist. Es ist der Einrichtung zum Entwickeln der Eliminationsgeschwindigkeit eine Einrichtung zum Bestimmen des Gefälles der Oberfläche des Gegenstandes zugeordnet sowie Mittel, die die Eliminationsgeschwindigkeit proportional dem Quotienten aus gemessener Relativverschiebung (Parallaxe) und der Größe der Oberflächensteigung des Gegenstandes machen, so daß die Eliminationsgeschwindigkeit proportional der Entfernung zwischen einem im Moment abgetasteten Punkt und dem der tatsächlichen Konturlinie am nächsten liegenden Punkt ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 im Blockdiagramm eine bevorzugte Ausführung der Erfindung,

5 6

F i g. 2 ein Blockdiagramm mit Gleichungen des koordinaten in die Fotografie-Koordinaten umsetzt,

Abtastformungsblockes in F i g. 1, und entwickelt zwei Videosignale V₁ und V₂, welche

Fig. 3 diagrammartig die Abtastelemente in dem Informationen hinsichtlich der hellen und dunklen

Fotoabtastblock der Fig. 1, Flächen liefern, die in den entsprechenden Foto-

F i g. 4 ein Blockdiagramm der Korrelationsein- 5 grafien in der kleinen abgetasteten Fläche eines jeden

richtung in F i g. 1, Fotobildes auftreten. Die im einzelnen in F i g. 4

F i g. 5 ein Blockdiagramm des Blockes zur Be- dargestellte Korrelationseinrichtung 32 empfängt die Stimmung des Oberflächengefälles mit entsprechenden Videosignale V₁ und V₂ aus Schaltkreisen im Foto-Gleichungen, bildabtastkasten 28 und empfängt weiterhin die Ab-

F i g. 6 a ein Blockdiagramm (mit Gleichungen) des io tastbewegungen Δ X und Δ Y aus dem Abtastgenerator

Blockes für die Aufzeichnungsbewegungen in F i g. 1 20. Die Korrelationseinrichtung verarbeitet diese

zum Konturenaufzeichnen, Signale und bestimmt die Korrelation C und die

Fig. 6 bin anderer Ausführung in Blockdiagramm- Parallaxe? zusammen mit dem Fehler in der Oberform (mit Gleichungen) den Block in F i g. 1 zur Er- flächensteigung ε S_x und eS_Y, wobei dies der Fehler zeugung der Aufzeichnungsbewegungen, der für das 15 in der Schätzung der Oberfiächenneigung an der Konturenaufzeichnen dient, und Stelle der Abtastbewegungen oder -muster ist.

F i g. 7 ein Blockdiagramm (mit Gleichungen) für Der Umsetzer 30 setzt die Modellkoordinaten X, Y den zur Erzeugung der Aufzeichnungsbewegungen und Z in entsprechende Fotokoordinaten X₁, y_u X₂, y₂ für das Profilierungssystem in F i g. 1 dienenden unter Verwendung von Orientierungselementen um. Block:. 20 Zu diesem Zweck werden bekannte Transformations-Für das Folgende soll gelten, daß X, Y und Z die gleichungen verwendet, die beispielsweise aus »Manual Modellkoordinaten der gerechneten Gegenstands- of Photogrammetry, American Society of Photopunkte sind, und X₁, y₁ sind die Fotokoordinaten des grammetry, 3. Ausgabe, 1965« entnommen werden ersten fotografischen Bildes, und x₂, y₂ sind die können. Diese Transformationen können dadurch er-Fotokoordinaten eines zweiten fotografischen Bildes. 25 halten werden, daß man irgendeinen für allgemeine Der Ausdruck »Modellkoordinaten« wird an Zwecke ausgelegten Computer in einer Weise pro-Stelle des Ausdruckes »Gegenstandskoordinaten« ver- grammiert, wie sie in »Guide to Fortran Programming« wendet, da das von der Stereoaufzeichnungseinrich- von D. McCracken, erschienen bei John Wiley & tung verwendete Modellkoordinatensystem normaler- Sons, 1961, beschrieben sind. Ebenfalls ist im Sepweise eine Verkleinerung des den wahren Gegenstand 30 temberheft von 1961 der Zeitschrift »Photogrammetric beschreibenden Koordinatensystems ist. Die Foto- Engineering«, S. 583 bis 589, und im Juniheft von koordinaten werden dadurch bestimmt, daß die 1963 der Zeitschrift »Canadian Surveyor«, S. 155 bis Modellkoordinaten entsprechend den Kamerastel- 168, eine Methode dargestellt, mit welcher man diese lungen und Flughöhen während des Aufnehmens der Transformationen erhalten kann.
Stereofotografien, den Kameralinsenverzerrungen, 35 Die Schaltung zur Bestimmung, d. h. zur Abder Erdkrümmung, der atmosphärischen Diffraktion Schätzung des Oberflächengefälles ist im Kasten 26 und anderer im folgenden als Orientierungselemente angedeutet. Die Schaltung im Kasten 26 empfängt bezeichneter Faktoren transformiert werden. εS_x und eS_y vom Korrelator 32 und integriert und

In F i g. 1 ist in Form eines Blockdiagramms eine rechnet eine neue Schätzung des Oberflächengefälles

bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung nach der 40 _c ,. , . SZ , 9Z , ,. ,

r _c λ λ , „, ° , ,■ τ>ι 1 j· -λ S_x, Sv, die auch mit bzw. dargestellt werden

Erfindung dargestellt, und dieses Blockdiagramm wird ,*' "' 3 X 3 Y . ⁶

im folgenden kurz beschrieben, bevor dessen Einzelheiten weiter unten erläutert werden. Der Abtast- Die Schaltung zur Erzeugung der Abtastbewegungenerator 20 entwickelt eine Abtastbewegung, die will- gen oder der Änderungen der Modellkoordinaten X, kürlich sein kann oder einem bestimmten Schema 45 Y, Z ist im einzelnen in den F i g. 6 a, 6 b und 7 dargefolgt. Der Ausgang des Abtastgenerators 20 wird von stellt und wird in F i g. 1 als Block oder Kasten 34 einer Steuer- oder Formungsschaltuhg 22 geformt dargestellt, welcher die Oberflächenneigungsschätzung (»shaped«), in welcher die Abtastbewegung entspre- QZ QZ ■ , _Λ· _v ,^- ^ · j· η ^ chend partiellen Ableitungen verändert wird, die aus TT' TT ^{und die} Korrelation C sowie die Paralder Schaltung im Kasten oder Block 24 erhalten wer- 50 laxe P vom Korrelator 32 empfängt. Die vorliegende den und weiter von partiellen Ableitungen, die aus Erfindung verwendet bei der Erzeugung der Paraldem Schaltkreis im Kasten 26 erhalten werden und laxen-Eliminations-Geschwindigkeit W nicht nur die das Oberflächengefälle anzeigen. Das Formen oder gemessene Parallaxe P, sondern auch die Gefälle-Verändern der Abtastbewegung korrigiert Verzer- Schätzung S_M. Damit ist, wie die Gleichungen in rungen in den Fotografien, die auf geometrischer 55 Fig. 6a zeigen, W proportionald, wobei d die Ent-Projektionsverzerrung und dem Oberflächengefälle fernung des tatsächlichen gerechneten Konturpunktes beruhen. Wie weiter unten unter Hinweis auf F i g. 3 vom echten Punkt der Korrelation ist, womit ein erläutert werden wird, werden zwei getrennte Abtast- zweckmäßigerer Zusammenhang zwischen W und bewegungen erzeugt, wobei jede dieser Abtastbewe- der tatsächlichen Konturlinie erhalten wird,
gungen getrennt und in verschiedener Weise geformt 60 Bei der vorliegenden Erfindung wird auch β erwird. Wie die partiellen Ableitungen in den Kästen halten, welches der Winkel der Oberflächenneigung oder Blöcken 24 und 26 bestimmt werden, wird weiter am Punkt der Kontur ist, indem in die Rechnung des unten diskutiert. Winkels β das Zeitintegral der Parallaxen-Elimina-Eine im einzelnen in F i g. 3 dargestellte Abtast- tions-Geschwindigkeit berücksichtigt wird. Damit ereinrichtung 28 für die Fotografien empfängt die ge- 65 hält man eine zusätzliche Information, die während formten Abtastbewegungen von der Formungsschal- des Aufnehmens der Konturen von kleinen Gefällen tung 22 und empfängt ferner die Fotokoordinaten X₁, und spitzwinkligen Änderungen der Konturenrichtung yu *2> ϊι ^von der Schaltung 30, welche die Modell- die Genauigkeit und Verläßlichkeit des Systems er-

höht. Dieses Vorgehen wird auch beim Bestimmen von Sp als Funktion des Winkels γ verwendet, welcher die Profilrichtung darstellt.

Nach der Erfindung wird auch V, d. h. die Aufschreib- oder Aufzeichnungsgeschwindigkeit, bestimmt, indem man V nicht nur von einer Funktion der Korrelation abhängig macht, sondern auch von einer Funktion der Parallaxe, so daß V eine geringere Geschwindigkeit ist, wenn die Parallaxe oder der Fehler groß ist, wodurch der Betrag der Parallaxe begrenzt wird, welche das System während des Aufzeichnens erreicht.

Wie bereits erläutert wurde, werden in die Schaltung, die vom Block 24 dargestellt wird, die Modellkoordinaten X, Y und Z sowie die Fotokoordinaten X₁, ^₁, X₂ und y₂ eingegeben. Dieser Block sendet zur Formungsschaltung 22 über die Leitung 24 a die partiellen Ableitungen. Im wesentlichen besteht die Wirkungsweise der Blöcke 22 und 24 darin, die allgemeine Transformationsgleichung eines dreidimensionalen Objektes oder Gegenstandes in eine zweidimensionale Projektion durchzuführen, wenn der Gegenstand eine Oberfläche ist, und eine orthographische Projektion dadurch zu erhalten, daß infinitesimale Differenzen um einen Arbeitspunkt genommen werden. Diese Differenzen werden durch partielle Ableitungen und Substitution endlicher Differenzen bestimmt. Im folgenden werden zur Erläuterung dieses Vorgangs allgemeine Formern angegeben. Ins einzelne gehende Formeln für die Transformation können entnommen werden aus »Manual of Photogrammetry, American Society of Photogrammetry«, 3. Ausgabe, 1965.

Bei jeder Projektionstransformation gilt:

Ay =

= ( ^by \&X

öy ÖZ\ ÖZ δΧ J

AX

F(X, Y, Z) F(X, Y, Z).

(1)

35

Dabei sind χ und y Koordinaten in einer Projektionsebene und X, Y, Z die Koordinaten eines Objektes bzw. Gegenstandes.

Wenn die Oberfläche als Gegenstand betrachtet wird, dann gilt:

Z = F(X, Y).

(2)

Wenn dasselbe Objekt orthographisch projiziert wird, dann gilt:

X, Y — Koordinaten der orthographischen (3) Projektion.

50

Wenn infinitesimale Differenzen im Bereich eines Arbeitspunktes genommen werden, dann erhält man durch partielle Differentiation

zlx =

Ay =

ZlZ =

55

6ο

δχ

Durch Einsetzen der Letzten in die Erste erhält man / δχ δ χ öZ

\öY ⁺ ~δ~Ζ~ δ Χ δ χ

Ax =

IY

AX

ΤΤ

δΖ\

Ύζ Tr)

AY

Endliche Differenzen können für diese infinitesimalen Größen eingesetzt werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegen die Werte für die endlichen Größen im Bereich von 0,1 bis 5 mm, wobei dieser Bereich für herkömmliche Luftaufnahmen geeignet ist.

Die ins einzeln gehende Funktion der Schaltung im Kasten 24 besteht darin, die partiellen Ableitungen der Modell-Fotografie-Transformationen aus den obigen Gleichungen zu bestimmen. Diese partiellen Ableitungen können mit jedem für allgemeine Aufgaben ausgelegten Cumputer erhalten werden, wenn man das in »Guide to Fortran Programming« von D. McCracken, erschienen bei John Wiley & Sons, 1961, beschriebene Programm verwendet.

Die so bestimmten partiellen Ableitungen werden Von der Abtastformungsschaltung 22 zusammen mit den der Oberflächenneigung zugeordneten partiellen

Ableitungen -Γγ- und -r^r aufgenommen. Die Schal-

ο Λ. QX

tung zur Durchführung der Abtastformung ist im einzelnen in F i g. 2 dargestellt. Sie weist eine Vielzahl von Multiplizierschaltungen auf, welche die Funktionen von den Schaltungen 24 und 26 erhält und diese miteinander multipliziert.

Die Produkte werden mit aus der Schaltung 24 erhaltenen Werten summiert, und dann werden weiter die so erhaltenen Summen mit Informationen multipliziert, die vom Abtastgenerator 20 kommen. Dann werden die Ausgänge dieser letzteren Multiplizierschaltungen summiert, um die in F i g. 2 mit ZIx₁, Ay₁, Ax₂, Ay₂ bezeichneten Summen zu erhalten. Die von der Schaltung nach F i g. 2 durchgeführten Operationen sind in F i g. 2 ebenfalls in Gleichungsform dargestellt.

Alle diese in F i g. 2 gezeigten Einzelschaltungen zum Multiplizieren, Summieren, Quadrieren, Wurzelziehen, Integrieren, zum Erzeugen von Sinus- und Kosinus-Funktionen, die Filter, die Differentierschaltungen, die Schaltungen zum Umkehren des Vorzeichens usw. können von bekannter Art sein. Solche Einzelschaltelemente sind im Handel erhältlich.

Die den Ablenkmustern entsprechenden Koordinaten ZIx₁ und ZIy₁ werden den entsprechenden Ablenkverstärkern 40 a bzw. 40 £> für das in F i g. 3 gezeigte Kathodenstrahlrohr 40 zugeführt. Die Abtastmuster-Koordinaten Ax₂, Ay₂ werden den entsprechenden Ablenkverstärkern 42a bzw. 42b der Kathodenstrahlröhre 42 zugeführt. Die Abtastmuster werden durch entsprechende Linsen 44 bzw. 46 fokussiert und unter Ablenkung durch Spiegel 48 bzw. 50 durch die transparenten Fotografien 52 bzw. 54 geschickt, wonach sie wieder fokussiert werden und auf Sekundärelektronen- Vervielfacher-Röhren 56 bzw. 58 reflektiert werden. Dann werden die erhaltenen Signale durch die Videofilter 60 und 62 zur Erhaltung von Videosignalen V₁ und V₂ geschickt. Die Fotokoordinaten X₁ und ^₁ werden entsprechenden Servomotoren 64 bzw. 66 zur Bewegung des fotografischen Bildes 52 entsprechend den von der Schaltung 30 (s. Fig. 1) entwickelten Signalen zugeführt, und die Foto-Koordinaten-Signale x₂ und y₂ werden an

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die Servomotoren 68 bzw. 70 gelegt, um das transparente Foto 54 in der x- bzw. ^-Richtung zu bewegen. Die Motoren 64,66,68 und 70 und die entsprechenden Vorschubeinrichtungen, welche nicht weiter gezeigt sind, sind von bekannter Bauart.

Durch Verwendung zweier verschiedener Kathodenstrahlrohre 40 und 42 können für die Fotografien 52 und 54 verschiedene Abtastmuster verwendet werden. Die Fotografien 52 und 54 werden in der x- bzw. y-Richtung entsprechend der Aufschreibbewegung bewegt.

Die Bewegungen der in der dem Schaltkasten 34 erzeugten Modellkoordinaten werden in der Aufzeichnungseinrichtung 35 der F i g. 1 aufgezeichnet, um die Konturen- oder Profillinien aufzuzeichnen, und zwar je nach dem, welche von den beiden bestimmt wird, wie dies auch bei bekannten Einrichtungen üblich ist.

Der Korrektor bzw. die Korrelationsschaltung nach F i g. 4 empfängt die Videosignale V₁ und V₂. Das Signal V₁ wird zusammen mit dem Signal}^ in der Multiplikationsschaltung 76 multipliziert und im Filter 78 gefiltert, um den Wert C, d. h. den Wert der Korrelation zwischen den Signalen V₁ und V₂, zu erhalten, wie es Stand der Technik ist. Das Signal V₁ wird ebenfalls in der Differenzierschaltung 80 differenziert und in der Multiplizierschaltung 82 mit dem Wert V₂ multipliziert. Das Produkt dieser Multiplikation wird dann in der Multiplizierschaltung 84 mit dem Differential von X nach der Zeit differenziert.

—-ζ— wird aus der Differenzierschaltung 86 erhalten.

Das Produkt am Ausgang der Multiplizierschaltung 84 wird gefiltert, und dies ergibt dann P, d. h. die Parallaxe oder relative Verschiebung zwischen den Fotografien, die zur Erzeugung der Signale V₁ und V₂ verwendet wurden. Dieser in F i g. 4 dargestellte Teil der Korrelationsschaltung ist Stand der Technik.

Bei der Erfindung wird P bezüglich der Abtastkoordinaten Δ X und Δ Y gemessen, um die Abtastformungsfehler zu bestimmen; daraus bestimmen sich eS_x und eSy, d. h. die Fehler hinsichtlich der Neigung. Der Fehler in der Formung der Abtastbewegung wird durch Vergleichen von P mit Δ X und Δ Υ bestimmt. Wenn P Null ist, dann besteht an diesem Punkt kein Fehler in der Abtastformung. Das von der Multiplizierschaltung 84 kommende Produkt P wird in der Multiplizierschaltung 88 mit Δ Χ multipliziert, wobei das so erhaltene Produkt im Filter 90 gefiltert wird, um eS_x zu erhalten, und der Wert P wird weiter in der Multiplizierschaltung 92 mit Δ Υ multipliziert, und dieses Produkt wird im Filter 94 zur Erzielung des Wertes eS_y gefiltert. ·

Die Oberflächenneigung wird in der obenerwähnten Weise dadurch erhalten, daß in den in F i g. 5 gezeigten Integrierschaltungen 96 bzw. 98 die Größen eS_x und eS_Y integriert werden.-Als Ergebnis der Integration

erhält man -τγ- (welches im folgenden S_x genannt

Λ 7 ·

wird) und -j-y (welches im folgenden als S_Y bezeichnet wird).

Die Aufzeichnungsbewegungen für die Konturen werden in der Schaltung nach Fig. 6a bestimmt, in welcher die der Oberflächenneigung entsprechenden Eingänge aus dem Kasten 26 der F i g. 1 an die Quadrierschaltungen 100 und 102 und die Multiplizierschaltungen 104 und 106 gelegt werden. Der Funktionsgenerator 108 erhält C und liefert F (C) entsprechend der allgemeinen Beziehung, die in dem Kasten 108 in Fig. 6a dargestellt ist. In ähnlicher Weise erhält der Funktionsgenerator 110 den Wert P und entwickelt F (P) entsprechend der allgemeinen Beziehung, die in dem Kasten 110 in F i g. 6 a dargestellt ist. Die Ausgänge der Funktionsgeneratoren 108 und 110 werden in der Multiplikationsschaltung 112 multipliziert, und man erhält als Produkt V, d. h.

die Aufzeichnungsgeschwindigkeit, die ihrerseits mit dem Kosinus von β und dem Sinus von β multipliziert wird, um die Komponenten darzustellen, welche wiederum X und Y entsprechen.

P wird in der Multiplizierschaltung 116 mit dem Reziprokwert von S_M multipliziert, welcher vom die inverse Quadratwurzel ziehenden Generator 114 erhalten wird, um so W zu erhalten, welcher Wert zur Errechnung von ß' im Integrator 118 über die Zeit integriert wird. Die Ausgangsgrößen der Multiplikationsschaltungen 104 und 106 werden der Summier- und Integrierschaltung 120 zur Erreichnung von ß" eingegeben, welch letzterer Wert in der Summierschaltung 122 mit ß' summiert wird, wodurch an deren Ausgang β erscheint, β" wird außer der Summierschaltung 122 auch dem Sinus- und Kosinus-Generator 124 zugeführt, um die Werte des Sinus und des Kosinus von ß" zu erhalten, die ihrerseits wieder an die Multiplizierschaltungen 104 und 106 rückgekoppelt werden. Das Vorzeichen der Ausgangsgröße der Multiplizierschaltung 104 wird von der Umkehrschaltung 105 umgekehrt. Der Sinus- und Kosinus-Generator 126 legt die Werte von sin β und cos β an die Multiplikationsschaltungen 128, 130, 132 und 134, in welchen diese Werte mit den Größen W und Vin der aus Fig. 6a ersichtlichen Weise multipliziert werden, um dann durch Weiterverarbeitung in den Summier- und Integrationsschaltungen 136 und 138 die Werte X und Y zu ergeben. Z zeigt die Höhenkontur an und behält seinen anfänglichen Wert, wie mit dem Ausgang der Schaltung 140 angedeutet ist.

Eine weitere Möglichkeit, die Kontureninformationen cos β und sin β zu erhalten, ist in Fig. 6 b dargestellt. Dabei wird W in den Multiplizierschaltungen 142 und 144 mit den Werten von sin β und cos β multipliziert, in den Integrierschaltungen 146 und 148 integriert. Der Ausgang des Integrators 146

wird in der Summierschaltung 150 mit

st ^

zur Er-

rechnung von S^ summiert, und der Ausgang der Integrierschaltung 148 wird in der Summierschaltung

152 mit -j-ψ- summiert, um so S'_Y zu erhalten. S* wird

dann in der Multiplizierschaltung 154 mit dem sin β multipliziert, und das Vorzeichen dieses Produktes wird von der Umkehrschaltung 155 umgekehrt, wobei der so erhaltene Wert dann in der Summier- und Integrierschaltung 158 mit dem Produkt der Multiplizierschaltung 156 summiert und integriert wird, welch letztere das Produkt von S'_Y und dem cos von β errechnet. Der Ausgang der Integrierschaltung 158 ist dann ß, und der Sinus-Kosinus-Generator 160 gibt dann die Ausgangsgrößen cos β und sin β an. Die in F i g. 1 schematisch dargestelle Anordnung nach der Erfindung kann auch zum Profilieren verwendet werden, indem man die in F i g. 1 mit dem Kasten 34 eingezeichneten Schaltkreise vorsieht, welche im einzelnen in F i g. 7 dargestellt sind. Die Größen C

und P werden Funktionsgeneratoren 162 bzw. 164 zugeführt, welche die in F i g. 7 dargestellten Funktionen bzw. Zusammenhänge rechnen. Die Ausgänge der Funktionsgeneratoren werden in der Multiplizierschaltung 166 multipliziert, und man erhält so die Größe F Dieser Wert Fwird in der Multiplizierschaltung 168 mit dem Kosinus von γ, d. h. der Profilrichtung multipliziert. Das Ausgangsprodukt der Multiplizierschaltung 168 wird zur Errechnung der Größe X in der Integrierschaltung 170 integriert. F wird ebenfalls in der Multiplizierschaltung 172 mit dem Sinus von γ multipliziert, und dieses Ausgangsprodukt wird zur Errechnung von Y in der Integrierschaltung 174 integriert. Fwird ebenfalls in der Multiplizierschaltung 176 mit Sp multipliziert. Dieses Produkt wird in der Summier- und Integrierschaltung 178 zur Errechnung von Z mit W summiert und integriert.

st yr

Der Wert von -τγ- wird in der Multiplizierschaltung

182 mit dem aus dem Generator 180 erhaltenen Wert

δΖ

von cos γ multipliziert. Der Wert von

δΥ

wird in

der Multiplizierschaltung 184 mit dem vom Generator 180 erhaltenen Wert von sin γ multipliziert. Die Ausgänge der Multiplizierschaltungen 182 und 184 werden in der Summierschaltung 186 summiert. Der Ausgang der Summierschaltung 186 (Sp) wird in der Summierschaltung 188 mit S'_P zur Errechnung von Sp summiert. S'_P ist das Integral von W über der Zeit und wird vom Integrator 190 gewonnen, der das Ausgangsprodukt der Integrierschaltung 192 über die Zeit integriert.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Automatisches Stereoauswertegerät mit Abtasteinrichtungen für die Stereobilder und einer Korrelationseinrichtung, die die schrittweise abgetasteten Punkte jedes Stereobildes vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, das die Bewegung der beiden Stereobilder relativ zueinander in ihrer Ebene beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (22) zur Änderung der Größe der Abtastschritte der Abtasteinrichtung (28) entsprechend der durch die Abtastung erfaßten Oberflächenneigung des Gegenstandes vorgesehen ist, und daß beide Stereobilder (52, 54) auch in Abhängigkeit der Oberflächenneigung des Gegenstandes relativ zueinander in ihrer Ebene bewegbar sind.

2. Auswertegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch der Steuerschaltung (22) zugeordnete Mittel (24) zur Änderung der Abtastschritte im Sinne einer Bestimmung der partiellen Ableitungen der Positionskoordinaten (X₁, ^₁, X₂, y₂) eines vorgegebenen Punktes jeder Bildprojektion bezüglich der Positionskoordinaten (X, Y, Z) des gegebenen Gegenstandspunktes.

3. Auswertegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (22) Recheneinrichtungen aufweist, welche durch Multiplizieren und Summieren der partiellen Ableitungen die Änderungen (^x₁, Ay₁, Ax₂, Ay₂) hinsichtlich der Abtastkoordinaten in folgender Weise erfassen :

Ax, =

\ÖX

δ X₁ dZ\

Tz Tx J

AX + δΥ

Ox₁ δΖ'

Tz TY

AY

Ay₁ =

Ax₂ =

( \δΧ

JY

δΖ

δΖ δΧ

AX +

Ox₂ δΖ\

δ ζ Tx) \όΥ

AX + \δΥ

δΖ δΥ J Ox₂ δΖ

Tz TT

Δ Y

AY

Oy₂ δΖ' δ Z TY

ΔΧ + (Ih.

\δΥ

δΖ\ )

δΖ δΥ)

AY

wobei X₁, Jz₁, X₂, y₂ die Positionskoordinaten auf den Bildprojektionen und X, Y, Z die Positionskoordinaten der Objektprojektion sind.

4. Auswertegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuerschaltung (22) zugeordneten Mittel (24) die partiellen Ableitungen auf der Grundlage des Verhältnisses aus errechneten endlichen Änderungen der Positionskoordinaten (X₁, y_u y₂, X₂) des gegebenen Bildprojektionspunktes zu willkürlichen Änderungen in den Positionskoordinaten (X, Y, Z) des gegebenen Gegenstandspunktes schätzungsweise errechnen.

5. Auswertegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Korrelationsschaltung (32) die Parallaxe (P) zwischen den abgetasteten diskreten Flächen der Bildprojektionen meßbar ist und daß mittels einer Einrichtung zur Herleitung einer Aufzeichnungsbewegung (34, 30) die Bildprojektionen bezüglich der Abtasteinrichtung (28) derart bewegbar sind, daß die Relativbewegung einer Kontur- oder Profillinie auf der Oberfläche des Gegenstandes folgt.

6. Auswertegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (34) zur Herleitung einer Aufzeichnungsbewegung eine Einrichtung (100, 102, 114, 116) zur Entwicklung einer die Abtastbewegung beeinflussenden Eliminationsgeschwindigkeit (W) im Sinne einer Eliminierung der Parallaxe (P) aufweist.

7. Auswertegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entwickeln der Eliminationsgeschwindigkeit eine Ein-

richtung (100, 102, 114) zum Bestimmen des Gefälles (S_M) der Oberfläche des Gegenstandes aufweist, sowie Mittel (116), die die Eliminationsgeschwindigkeit proportional dem Quotienten aus gemessener Parallaxe und der Größe der Ober-

flächenneigung des Gegenstandes machen, so daß die Eliminationsgeschwindigkeit (W) proportional der Entfernung zwischen einem im Moment abgetasteten Punkt und dem der tatsächlichen Konturlinie am nächsten liegenden Punkt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen