DE2102946A1

DE2102946A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von verzerrungsfreien optischen Abbildungen bzw Orthophotos von Stereo skopischen Bildpaaren

Info

Publication number: DE2102946A1
Application number: DE19712102946
Authority: DE
Inventors: Theodore J Smialowski Antoni J Schut Gerhardus H Carman Philip D Ottawa P Blachut
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1971-01-22
Publication date: 1971-08-19
Also published as: CA913439A; CH536484A; FR2075747A5; IT942538B; US3692405A

Description

Patentanwalt
I.G.GRAVEDipl.-Phys.
5 Köln, Friesenstr. 34

(am Hohenzollernrlng) Tel. 21 41 95

21. JAN. 1971

Canadian Patents and Development Limited

275 Slater Street, 18th Floor, Ottawa, Ontario, Canada

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von verzerrungsfreien optischen Abbildungen bzw. Orthophotos von stereoskopischen Bildpaaren·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von verzerrungsfreien optischen Abbildungen bzw· Orthophotos von stereoskopischen Bildpaaren, wobei die Bilder dieses Bildpaares jeweils neben der zugehörigen Abtasteinrichtung angeordnet und beleuchtet werden* Solche Abbildungen benötigt nan insbesondere für kartographische Zwecke, unter Berücksichtigung der Einzelheiten auf der Oberfläche bzw. im Terrain.

Jede Karte nuss so angefertigt werden, dass sie eine gleichlautende Information hinsichtlich ihres Terrains darstellt, und folglich kann eine Orthophotografie selten als ein endgültiges kartographisches Erzeugnis angesehen werden. Üblicherweise muss mindestens ein Teil der im Orthophoto vorhandenen Information richtig erkannt und symbolisiert werden, um Zweifel auszuschliessen. Ferner muss jede auf der Technik der Orthophotos aufgebaute Karte eine dreidimensionale Information hinsichtlich des Terrains enthalten, in einigen Fällen auch natürliche oder künstliche Terraineinzelheiten wie Bäume, Häuser, Hügel usw.

Deshalb ist es nicht möglich, von einem flachen Einzelbild wie einem Orthophete einer Terraineberfläche viele wichtige Terraineinzelheiten zu erkennen und einzuordnen oder die notwendige

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dreidimensional« Information zu gewinnen. Es führt weiter, Stereoorthophotopaare anstelle von einzelnen #rthophotos herzustellen» Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um derartige Bildpaare während eines einzigen Abtastverfahrens von den ursprünglichen, das Terrain zeigenden stereoskop!sehen Photos herzustellen.

Hierbei wird die zugehörige Vorrichtung zweckmässig als ein Orthokartograph bezeichnet, wodurch Mechanische photogrameetrische Planimeter berücksichtigt werden. Zugehörige Abschnitte stereophotografischer Bilder dieser Planigrafen unterliegen erfindungsgemäss einer Korrektur und werden gleichzeitig mit Hilfe mindestens eines Optiksysteme übertragen, als auch gleichzeitig auf lichtempfindlichen Pilsen in einer Druckeinheit gedruckt, wobei die relativen Stellungen beider Filme in jedem Arbeitspunkt sicher überwacht werden, sodass nan Orthophotos gewinnt.

Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass Mindestens ein mit einem lichtempfindlichen Stoff bzw. Schicht versehener Träger- bzw* Registrierbauteil durch mindestens einen Lichtstrahl bzw. ein Lichtstahlbündel abgetastet wird, wobei durch mindestens einen Lichtstahl das optische Modell bzw. die optische Abbildung betrachtet wird bzw. betrachtet werden kann, und jede Abtastseinrichtung von einem langgestreckten Bauteil bewegt bzw. angetrieben wird, der den von dem jeweiligen optischen Modell bzw. der Abbildung ausgehenden Lichtstahl darstellt, und diese Bauteile zwecks Abtastung derart bewegt werden, dass ihr angenommener Kreuzungspunkt der Oberfläche des optischen Modells folgt und eine lichtempfindliche Oberfläche dieses Trägerbauteils, auf die der Abtaststrahl gerichtet ist, mit den Bewegungen der länglichen Bauteile synchron verstellt wird.

Zur Ausführung der Erfindung wird eine Verrichtung vorgeschlagen, die zur Herstellung eines Orthophotos von einem Stereobildpaar

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dient, mit einem festen, ansich bekannten Rahmen, einem Paar von anderen Rahmen, aufgenommen in dem festen Rahmen und schwenkbar in Lagern um eine Achse. Ferner ist ein Paar von weiteren Rahmen vorgesehen, die jeweils in einem der vorhergehenden schwenkbaren Rahmen aufgenommen sind und ihrerseits um eine Achse schwenkbar gelagert werden, wobei die Schwenkebene mit der ersten Achse zusammenfällt, jedoch rechtwinklig hierzu erfolgt. Die Vorrichtung weist für letztere Rahmen Stützbauteile auf, um jeweils ein Bild des Stereopaares aufnehmen zu können. Ferner sind optische Einrichtungen auf jedem der letzteren Rahmen vorhanden, um jeweils ein Bild bzw· ein Bildpaar abtasten zu können. Diese Einrichtung ist parallel zur Ebene der Stützteile verstellbar. Ferner ist ein einzeln ansich bekanntes Betrachtungsgerät mit dieser Optikeinrichtung gekoppelt, um das Stereobildpaar als optisches Modell betrachten zu können. Diese Bauteile werden durch längliche Bauteile wie Stangenbauteile ergänzt, um die Optikeinrichtung verstellen zu können, wobei jede Stange oder dgl. schwenkbar ist, aodass sie durch einen vorbestimmten Punkt bzw. Stelle geht und auf diese Weise die Stange oder dgl. den Lichtstrahl von der jeweiligen Abbildung zum optischen Modell darstellt. Zur Vorrichtung gehören ferner Bauteile,um die Stangen oder dgl. derart verstellen zu können, dass diese auf dem optischen Modell sich kreuzen und man verwendet einzeln ansich bekannte Markierungselemente im Betrachtungsgerät. Es ist mindestens ein Optiksystem mit dieser Optikeinrichtung verbunden, um mindestens ein Bild übertragen zu können, welches von der Optikeinrichtung aufge^ noramen wurde, zumindestens einem optisch registrierenden Stoff wie zu einer lichtempfindlichen Schicht auf einen Film oder dgl. Die Optikeinrichtung kann, rechtwinklig zueinander, in zwei Richtungen bewegbar sein, oder sie kann schwenkbar gelagert werden und ist radial vom Schwenkpunkt bewegbar.

BAD ORIGtNAi

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Eine Ausftihrungsform der Erfindung iet in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigern

Fig. 1 eine dreidinensionale teilweise schematisierte Ansicht der Apparatur für den Ortho-Karthographen.

Fig. 2 schematische Einzelheiten des Optiksysteme zur Herstellung eines der Ortho-Photos durch die Vorrichtung.

Fig. 3 eine Einzelheit der Figur 1.

Fig. h eine der Figur 1 ähnlich« Ansicht, aber einer anderen Ausführungeform und

Fig. 5 eine Draufsicht auf 2 DrucktromeIn genäss Figur k und ihre Servomechanismen.

Gemäss Figur 1 hat die Vorrichtung ein Paar von Trägerplatten 1 und 2 für Photografien oder photografisohe Abbildungen» nämlich zur Aufnahme von Stereo-Abbildungen 3 bzw« ^_# Diese Platten 1 und 2 sind Teile von Rahmen 5 bzw· 6, die jeweils in ersten La-. gern 9 und 1o angeordnet sind» um eine Verschwenkung in der l*o Richtung um die X-Achse im zweiton Rahmen 15 una ?o, die ihrerseits verschwenkbar in zweiten Lagern 17 und 18 um die^Y-Achse, in yRichtung,im festen Gestell 19.

Unter Bezugnahme nunmehr lediglich auf die Trägerplatte 1 ( die Trägerplatte 2 ist Identisch ausgeführt) sind Gleitlager 25 und 26, gelagert im Rahmen 5, vorhanden und in Y-Richtung verstellbar. Sie stützen einen Gloitträger 27 ab,der eine Optikeinrichtung 28 trägt, welohe auf dem Gleitträger 27 in dor X-Richtung verstellbar ist· Einrichtung 28 ist kardanisch oder durch eine Kugel-Sockelvorbindung, Figur 3, an einer Stange 29 befestigt, die in einem Kardangelenk bzw. Kardanteil 3© aufgenommen 1st·

BAD ORtGfNAL

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Kardangelenk Jo besteht aus Stützlagern 31 in» Hahnen 5, und hat Innenlager 32, die einen Innenring 33 abstützen, in welche» Stange 29 in einer Hülse 34 gleitet· Das untere Ende der Stange 29 ist von eines Hülsenlager 4o aufgenommen, welches in einen Kardangelenk schwenkbar ist, das seiner-seits von einer Gabel 41 getragen ist. Gabel 41 ist auf einer zweiten Stange angeordnet, die verstellbar in der zweiten Hülse 43 aufgenommen ist, die so ausgerichtet ist, dass die zweite Stange 42 mit der Y-Richtung fluchtet· Die zweite Hülse 43 wird auf einer vertikalen dritten Stange 45 getragen, die vertikal gleitend verstellbar in einer Nabe 48 ist, die auf einer dritten Hülse 46 angeordnet ist, welche auf einer querverlaufenden Gleitstange 47, die sich in X -Richtung erstreckt, gleitend getragen ist« Gleitstange 47 ist in einem ersten Gehäuse 5o angeordnet, das auf einer vertikal beweglichen vierten Stange 51 angeordnet ist· Diese Stange 51 wird von einem Getriebegehäuse 52 aufgenommen, das in X-Richtung entlang der zweiten Gleitlager 53 durch einen vorbestimmten Schraubenantrieb 54 antreibbar ist· Jedes Ende des zweiten Gleitlagers 53 ist gleitend in Kästen 55 und 56 in Y_Richtung, durch geeignete Antriebsteile wie einer Schraube 57» bewegbar.

Das Optiksystem der Optikeinrichtung 28 zur Trommel 60, die einen Film 6i trägt, ist schematisch als Optiksystem 62 dargestellt, und dient dazu, die Abbildung eines unmittelbar über dem Objektiv 63 der ersten Optikeinrichtuftg 28 liegenden Punktes auf die Abbildung 3 ( zweite Abbildungsetelle 64 ) auf den Film 6i zu fokussieren. Ein Strahlaufspalter 59» Figur 3, ist dem Optiksystem 62 vorgeschaltet, um eine Abbildung der Stelle 64 in eine Linse eines ( nicht dargestellten) Binokular-Sichtgerätea auszurichten, das die Bedienungsperson benutzt. Das optische System 62 enthält ebenfalls eine veränderliche Vertfröaserung und eine Abbildung»- Winkelkorrektur für die Neigung der Originalphotos 3 und 4. Dies wird im einzelnen anhand der Figur 2, in einem der später folgenden Abschnitte der Beschreibung, erläutert.

Der Aufbau der mit dem Photo 4 verwendeten Einrichtung ist ähn- I^S^jM^CG BAD OFHGiNAt

lieh, und durch das zweite optische System 72 wird eine Abbildung des Photos k an einem Punkt erreicht, der oberhalb der zweiten optiahen Einrichtung 1*1 gezeigt ist als auch zur Erfassung auf dem zweiten Film 71» der von einer zweiten Trommel 7ο getragen und für ein zweites Augenokular des ( nicht dargestellten ) Binokular-BetrachtungsgeraVtes bestimmt ist.

Der Antrieb für die erste Trommel 6o ist ein Servosystem, welches synchron mit der Abtastung durch die Schraube 5k in X-Richtung gekoppelt ist. Die Abtastung des Filmes 61 in der Y- Richtung, wenn die Schraube 57 rotiert wird, kann durch Längsverstellung der Trommel 6o in Y-Richtung erreicht werden. Durch geeignete Auswahl der Optik kann eine Verkürzung bzw. eine Verlängerung des optischen Systems, das durch die Optikeinrichtung 28 verursacht werden kann, aufgenommen bzw. ausgeglichen werden, indem das Licht ( mit im Unendlichen liegenden Brennpunkt ) über den Abschnitt 58 parallel gemacht wird, soweit eine Verkürzung oder Längung des optischen Systems erforderlich ist. Ferner ist ein Bauteil vorgesehen, um die Trommel differenziell von der zweiten Trommel 7o anzutreiben. Die zweite Trommel trägt den zweiten Film 71» sodass künstliche Parallaxen dem Film 71 aufgeprägt werden, um eine dreidimensionale Reliefinformation zu gewährleisten, wenn der zweite Film 71 als ein Stereoorthophoto zum Film 6i verwendet wird.

Die Vorrichtung nach Figur 1 arbeitet folgendermassen: Die Abtastung in der X-Richtung wird durch Drehen der Schraube 5k bewirkt, welche ebenfalls die Gleitstange kj in der X-Richtung verstellt, welche ein Kardangelenk ko dreht und - in-dem Kardangelenk 3o verschwenkt wird, wird die Optikeinrichtung 28 ebenfalls in der X Richtung bewegt» Synchron hiermit wird die Trommel 60 in Rotation versetzt. Gleichzeitig wird die unter dem Photo k befindliche Einrichtung 148 gleichermassen in der X Richtung angetrieben. Venn man voraussetzt, dass die abgetasteten Punkte während dieser Bewegung keine Höhenunterschiede aufweisen, erscheint die schwimmende Marke in der von der Bedienungsperson

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betrachteten Optik ale in der Berührung »it der Oberfläche des optischen Modells verbleibend, welches in der Betrachtungsoptik erscheint, und die Abbildungen werden direkt auf die Fila» 61 und 71 durch die Optiksysteme 62 bzw. 72 zugeführt. Bevor die Rückwärtsabtastung in der X-Richtung erfolgt» wird die Schraube 57 angehalten, und die Trommeln 6o und 7© werden um einen kleinen vorbestimmten Abstand hinsichtlich der Optiksysteme 62 und 72 verstellt, um einen zweiten Abtaststreifen während der Rückwärt sab tastung aufzubauen. Weist das Optikmodell Höhendifferenzen auf, ao sieht es die Bedienungsperson als notwendig an, offensichtlich die schwimmende Marke bezüglich des Optikmodelle zu bewegen» womit sie die Höhe des Gehäuses 5o in Bezug aufdas zweite Gehäuse 52 ändert. Diese in der Z-Richtung erfolgende Bewegungen werden einem Differentialantrieb So der Trommel 7o zugeführt, z.B. durch geeigneten Servokopplungsmotor, um eine künstlich· Parallaxe dem Film 71 aufzuprägen, wenn relativ zum Ortho-Photo 61 betrachtet wird.

Neigung oder Kippeteilung der Photos 3 und U wird für die Abtastung dadurch kompensiert, dass* Rahmen 5 und 6 durch Rotation in den Lagern 9» 17* 1o bzw. 18 rotiert werden, sodass die Photos 3 und k in Bezug auf die Vertikale eine Stellung erhalten, als sie sich in der ursprünglichen Photografierkamera befänden. Die für d*s Optiksystem notwendigen Änderungen der Vergrösserung, wenn die Photos in Ortho-Photos umgewandelt werden, um einen genauen Maßstab in den Ortho-Photos zu erhalten, werden durch Maasnahmen bzw. Bauteile des Optiksystems wie nachfolgend beschrieben erreicht.

Die Fähigkeit der zweiten Stange *»2, in der zweiten Hülse i»3, der dritten Stange in der Nabe k8 und der dritten Hülse k6 auf der Gleitstange k7 zu gleiten, gewährleistet eine Kompensation in den X, Y und Z Relatiwerstellungen zwischen den Photos 3 und k von vorbestimmten Idealwert (Idealdatum).

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Die Figur 2 zeigt Einzelheiten des Optiksystems 62, um eine Abbildung des Filmes 61 zu erreichen. Das von der Optikeinrichtung 28 erhaltene Licht ist parallel und durchsetzt ein Keilprisma 1oo. Das Prisma korrigiert die LJ-Neigungsverschiebung des Winkels des Tastschlitzes, wobei die Abbildung um ein Mass rotiert wird, die von einer Stellung eines Nockens 1o1 abhängt, welches in Übereinstimmung mit der Stellung einer geneigten Rampe 1o2 gedreht wird. Die Rampe wird durch eine Schraube 1o3 auf der Welle eines ersten Servomotors 1o4 angetrieben, und zwar proportinal mit der X-Verstellung des abgetasteten Punktes. Der Rampenwinkel wird parallel zum U) gemacht, sodass die Korrektur als proportional zu U)X zur Anwendung kommt.

Das das Keilprisma loo durchsetzende Licht fällt dann in die Grundvergrösserungslinsenanordnung 1o5, die den Maßstabsunterschied zwischen dem Photo 3 *** Hauptpunkt und der auf dem Film 61 angezeigten Abbildung bestimmt. Dann fällt das Licht in die veränderliche Vergrösserungseinheit lie, das eine Linsenanordnung für veränderliche Brennweite und BildgrSsse somit durch einen Arm 11 angetrieben ist, der seimerseits von einem zweiten Nocken 112 betätigt wird. Der zweite Nocken 112 wird von einer vom Differential 113 abgehenden Abtriebswelle aufgenommen. Die zwei Antriebe für das Differential rtfhren vom zweiten Servoi- -motor 114 her, der der Z Koordinate folgt, die ( bzw. dessen Werte ) durch Höhenänderungen zwischen Gehäuse 5o und Gehäuse 52, Figur 1, wobei der zweite ( Leistungs- ) Eingang von einem zweiten Differential 115 erfolgt, der Eingangs- (Antriebs-) Wellen 116 und 117 hat. Antriebswelle 116 ist mit einem Hebelam 118 gekoppelt, das mit einer Rampenfläche 119 zusammen wirkt, dessen Neigung in Übereinstimmung mit der Lo -Neigung des Photos 3 einstellbar ist und wird durch einen zweiten Schraubenantrieb 12o angetrieben, der mit einem dritten Servomotor 121 in Übereinstimmung mit der X-Koordinate der Abtastung gekoppelt ist, wobei die Abtastung durch die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung erfolgt. Die zweite Antriebswelle 117 wird von einem zweiten

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Hebelare 125 angetrieben, dessen Ende in der geneigten Oberfläche einer dritten Rampe 126 ruht und dessen Neigungswinkel zur Längsrichtung des dritten Schraubenantriebs 127» in Übereinstimmung mit der Lo Neigung des Photos 3, ein- oder feststellbar ist. Der dritte Schraubenantrieb 127 ist mit einem vierten Servomotor 128 gekoppelt, der in Übereinstimmung mit der Y Koordinate der Abtastvorrichtung gemäss !Figur 1 angetrieben ist.

Somit variert die durch die Einrichtung 11o bewirkte Vergrösserung zunächst mit der Z-Koordinate, sodass die Vergrösserung für näher an der Kamera liegende Gegenstände durch die zweite Servoeinrichtung 114 verringert wird, und umgekekrt. Die <**■> -Neigung führt zu einem vergrösserten Masstab des Photos in der Y-Richtung. Durch die Kombination der dritten Rampe 126 und des vierten Servomotors 128 dient zum Berichtigen der V_ergrösserung, welche aus der Lo -Neigung herrührt, und kompensiert die Vergrösserung, welche vom zweiten Servomotor 114 proportional zum X Abstand des abgetasteten Punktes zum Hauptpunkt eingeführt wird· Eine ähnliche Kompensation wird durch die zweite Rampe 119 und den dritten Servomotor 121 für die Neigung in J* und für den Abstand X vom Hauptpunkt bewirkt.

Wenn auch soeben das Optiksystem 62 berücksichtigt wurde, so ist das zweite Optiksystem 72 exakt gleich und bewirkt die gleiche Kompensation für auf dem zweiten PiIa 71 des Photos k hergestellte Abbildungen. Der Differentialantrieb 8o, der die gewünschten horizontalen Parallaxe auf den Film 71» in Bezug auf das genaue Ortho-Photo 16 bewirkt, verändert die Verstellung der zweiten Trommel 7ο derart, so dass diese proportional zur Z-Koordinate ist, die durch die Trennung der Gehäuse 52 und 5o erreicht wird. Wenn auch vorstehend im einzelnen eine Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Kompensation in den Optiksystemen 62 und 72 beschrieben ist, so folgt aus der erfindungsgemässen Lehre, dass. je nach Einzelfall, die mechanischen Differentiale und mit Servokraft angetriebenen Rampen durch geeignete oder Elektronikba»-

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teile ersetzt werden können, was der Fachmann auf diese« Gebiet -erkennt, welche Elektronik die notwendige Korrektur im Antrieb für die Einheit 11o oder das Prisma 1oo gewährleistet, so dass die Vergrösserung und die Abbildungsneigung der vorstehend gewünschten Verhältnisfolgen. Eingangsgrössen für die X-und Y-Signale können durch Antrieb der Schraubenantriebe 5h bzw. 57 von einem Signalgenerator aus erfolgen, dessen Ausgangsleistung ebenfalls für den vierten bzw. dritten bzw. ersten Servomotor 128 bzw. 121 bzw. lok ausgenutzt wird. Das Eingangssignal der Z Koordinate kann durch Indexelemente in Form von Ziffern oder kontinuierlicher Bauart zwischen der vierten Stange 51 und dem zweiten Getriebegehäuse 52 erreicht werden. Diese können optisch, mechnisch, magnetisch, elektrisch oder ähnlich, bekannt für den Fachmann auf diesem Gebiet, ausgebildet sein. Verstellungen der zweiten Stange k2 und der zweiten Hülse k"}, um die Y- Vers teilung zwischen den beiden Photos zu kompensieren, Verstellungen der dritten Stange k5 und des Stützteils bzw. der Nabe kS führt Verstellungen in Z Richtung.und solche der Gleitstange k"J und der dritten Hülse k6 für X-Kompensation können alle vor dea Abtastverfahren eingestellt werden, mit Hilfe von Verfahrensschritten, die für Fachleute bekannt sind, um Photografien auszurichten,von welchen optische Modelle errichtet werden sollen. Wenn auch nicht so ins Einzelne gehend, so werden ähnliche Korrekturen für X, Z und Y durch die Kupplungseinrichtung zwischen der Gleitstange k7 und der Kupplungsstange 149 erreicht.

Figuren h und 5 zeigen eine elektromechanische Vorrichtung, dessen Teile ähnlich denjenigen in Figuren 1-3 sind, mit gleichen Bezugsziffern, sodass die vorstehende Beschreibung für solche Bezugsziffern gilt.

Diese Vorrichtung weist einen Wagen 2oo auf Führungsschienen 2o2 und 2o3, zur Bewegung längs der X-bzw. Y-Achse, auf, welcher mit der Z-Bewegung eines Gerüstes bzw. einer Bühne 199 zusammenwirkt und diese Bewegungen Optikeinrichtungen 28 und 1^8 ( nicht dargestellt ) unterhalb den Photos 3 und h zuführt. Dritte und vier-

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te Gleitlager 2o5 und 2o9 von Kardangelenken 3o und 3o· als auch ein Federausgleichslager 21 ο ermöglichen die Einstellung der Bewegung der Optikeinrichtungen in diesen Richtungen· Mit Hilfe von Schraubenspindeln 2o6 und 2o7 ist der Wagen 2oo auf den Führungeschienen 2o2 bzw. 2o3 bewegbar· Durch die dritte Schraubenspindel 2o8 wird die Bühne 199 in der Z Richtung entlang einer weiteren Führungsschiene Zok bewegt. Die erste» zweite bzw. dritte Schraubenspindel 2o6, 2o7 bzw.-2e8 haben alle dengleichen Gewindegang von 2,5 ma ( 12,7 mm Gewindegang Durchmesser )· Diese Schraubenspindeln 2o6, 2o7 und 2o8 sind jeweils mit Positionsspeicherelementen 211, 212 bzw·213 versehen und durch Elektromotoren 221, 222 bzw. 223 angetrieben· Jedes Speichexiement ^ sendet 25qo Impulse je Umdrehung der jeweiligen Schraubenspindel 2o6 - 2o8 aus, was zusammen mit dem Gewindegang von 2,5 mm der Spindel ein Mikron pro Umdrehung ergibt» Die Positionsspeicherelemente 211 und 213 geben Signale für die Koordinaten 224 bzw. 225 ab. Das Speicherelement 213 ist verbunden mit einem Stellungswächter 226, der den Elektromotor 223 antreibt. Ein Tachometer 227 ist mit einem Elektromotor 221 verbunden, ferner mit einem Geschwindigkeitsmesser 228, der den Elektromotor 221 überwacht. Speicherelement 212 ist mit einem, in eine vorbestimmte Stellung gesetzten Markierungeelement 23o verbunden, das den Elektromotor 222 steuert bzw· überwacht. Es sind drei Präzision-Potentiometer vorhanden, eines auf der Zeichnung als Petentio- M meter 232 dargestellt, und jeweils mit Schraubenspindeln 2o6-2o8 verbunden, um Korrekturen an der Vergrösserung des druckenden Optiksystems, wie nachfolgend näher beschrieben, zu gewährleisten.

Vie bei der Ausführungeform gemäss Figur 1 - 3 auf Filmen 61 und 71 werden die Ortho-Photos durch abtasten photografischer Abbildungen Streifen um Streifen entlang derX- Achse der Trägerplatten 1 und 2 durch ähnliche optische Bauteile ( nicht dargestellt) wie ebenfalls anhand Figuren 1 -3 erläutert, gewonnen. Die Abtastgeschwindigkeit des Wagens 2oo entlang der X-Achse beträgt 5 mm/sek. maximal ( 12o Umdrehungen pro Minute der Ganghöhe ).

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Der Elektromotor 221 wird überwacht durch Geschwindigkeitsmess-er 228. Die Breite des Abtaststreifens wird durch schrittweise Bewegungen des Wagens 2oo längs der Y Achse mit Hilfe einer vom Elektromotor 222 angetriebenen Schraubenspindel 2o7 gewonnen, wobei der Motor ein ansich bekanntes Markierelement 23o hat. Das in vorbestimmte Lage versetzte" Markierungselement 23o sendet eine Anzahl elektrischer Impulse aus, die für eine vorbestimmte kleine Y Bewegung, ^ Y, und diese elektrischen Impulse zum Motor 222 werden vom Vagen 2oo emittiert und betätigen einen ( nicht dargestellten ) Schalter am Ende der X-Bewegung. Hat sich der Wagen 2oo um ^i Y bewegt, erfolgt am Markierelement 230 eine Rückstellung, insofern als es auf die für das vorbestimmte ^J Y erforderliche Impulsanzahl zurückstellt und das Element ist dann bereit, um im nächsten Arbeitsgang vom

zu
Schalter betätigt werden.

Die dritte Schraubenspindel 2o8 kann entweder durch einen Handgriff ( nicht dargestellt ) oder durch einen fußbetätigten Stellungswächter 226 angetrieben werden,und es ist eine Vorkehrung für Antrieb durch den Elektromotor 233 vorgesehen.

Ein gleichzeitiger Druck von Stereopaaren von Ortho-Photos 61 und 71 wird mit Hilfe eines ortsfesten Optiksystems bewerkstelligt, wobei die Ortho-Photos 61 und 71 auf sich drehenden Trommeln 60 bzw. 70 befestigt sind. Über einen vierten Elektromotor 314 und ein drittes Differential 313 sowie einen dritten Nocken 312 wird über ein viertes Positions- Speicherelement 236 der Trommel 7« eine künstliche Parallaxe als Punktion von Z zugeführt bzw, aufgeprägt.

Wie in der vorstehenden Ausführungsform müssen die Geschwindigkeiten der Ortho-Photos 61 und 7I genau der Abtastgeschwindigkeit des Optikmodells entsprechen, unter Berücksichtigung der Vergrösserungen.

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Die Trommeln 60 und 7° sind jeweils in weiteren Lagern 3oo und 3o1 eines dritten Rahmens 3o2 gelagert und sind längste Achse der Trommeln auf einem vierten Rahmen 3°^· verschiebbar.

Beide Trommeln 60 und 7 ο müssen mit genau gleicher Geschwindigkeit rotieren und sind so angeordnet, dass sie durch einen einzigen Motor 33 mit einer gedruckten Schaltung angetrieben sind, wobei der Motor auf dem dritten Rahmen 3°2 befestigt und durch ein fünftes Positionsspeicherelement 233 über ein weiteres Getriebe 234 gesteuert ist, das bzw. die so ausgewählt sind, um die gewünschte Vergrösserung bis auf das Fünffache, in Abhängigkeit % vom Maßstab des Ortho-Photos, zu erreichen.

Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute der Trommeln 60 und 7<> ist sehr klein und deshalb ist ein zusätzliches Planeten-Untersetzungsgetriebe 235 in die Antriebe für Trommel 60 und 7o eingebaut. Die zugehörige Verstellung ist mit der X-Abtastgeschwindigkeit des dritten Differentials 313 gekoppelt.

Das Breitenintervall -^d Y des Abtaststreifens der Trommeln 60 und 7o wird in gleicher Weise und zur gleichen Zeit als die Verschiebung des Wagens 2oo relativ zur sichtbaren Stellung des Optikmodells erhalten. Die Abtastbewegung Λ Y auf den Trommeln 60 und M 7o ( für diese Bewegung ist auf einem vierten Rahaen Jok ein fünfter Motor 328 vorhanden, der eine vierte Schraubenspindel 323 antreibt, wobei letztere ein sechstes Positionsspeicherelement 329 trägt) muss um den gleichen Koeffizienten wie die Abtastgeschwindigkeit des Optikmodella vergrössert werden; deshalb ist die Impulszahl, die das sechste Element 329 für die ^3 Y Verschiebung am Optikmodell abgeben muss, durch diesen Koeffizienten zu verstärken und das Markierungeelement 230 und das weitere Markierungselement 237 werden vorher entsprechend eingestellt. Diese Elemente 230 und 237 werden durch die gleichen (nicht dargestellten) Schalter am Ende jedes Abtaststreifens betätigt.

Wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen muss die mechanische Vergrasβerung der X-und Y-Bewegungen d»r gedruckten Ortho-

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Photos von der richtigen, optischen Vergrösserung der von jedem Photobild der Trägerplatten 1 und 2 projizierten Abbildung begleitet werden. Der notwendige Koeffizient der Vergrösserung muß während der relativen Ausrichtung eingestellt werden· Die Grundvergrösserung der Abbildung muss kontinuierlich berichtigt werden, um Vergrösserungsfehler zu kompensieren, die auf dieu^Z-Neigung und Änderungen im Aufriss Z zu kompensieren.

Es wird angenommen, dass die Fehler linear und proportional zu (j / ι sowie zum Abstand vom sichtbaren Hauptpunkt des Optikmodells sind, jeweils mit positiven oder negativen Vorzeichen, was von der Richtung der Neigung abhängt. Bei Z-Fehlerzeichen entsprechen die positiven und negativen Werte dem "oben" und "unten" an der sichtbaren Bezugsebene des Optikmodells·

Die Korrektur der Vergrösserung und die Neigung von allen drei Fehlerquellen in J" , Lu und Z werden mit Hilfe des zweiten und des dritten Präzisions-Potentiometer 239 und 24o eingeführt, die über Zahnräder und Schrauben an das Linsensystem 11o für veränderliche Brennweite und Bildgrösse und an die Keilprismeneinheit 1oo gekoppelt sind. Das Null-Potential ist in der Bewegungsmitte der Potentiometer 239 und 24o und entspricht dem sichtbaren Hauptpunkt des Optikmodells· Die elektrischen Potentiale (plus V) und (minus V)₁ die proportional der Grosse und Richtung der Fehler sind, d.h., Funktionen von 7", U/ und Z sind, liegen an den Potentiometern 239 und 2ko und werden von hier aus dem sechsten Elektromotor 242 bzw. dem siebenten Elektromotor 2kk zugeführt. Sie dienen zum Antrieb einer Servosteuerung, zur Einstellung des Linsensystems für veränderliche Brenweite und Bildgrösse 11o bzw. der Keilprismeneinheit 1oo ( für die Lj -Neigung). Auf diese Weise können die gleichen Korrekturen an der Abbildung zum Zwecke der Erfassung aufgeprägt werden, wie dies mit der mechanischen Vorrichtung nach Figur 2 ebenfalls erfolgte.

Wenn auch die Filmträger als Trommeln 6o und 71 dargestellt sind

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so können die Filmträger, je nach Einzelfall, auch eine flache Gestalt haben und entsprechend angeordnet sein, wobei die für das Abtasten notwendige Relativbewegung in geeigneter vorbestimmter Weise erfolgt. Die Relativbewegung kann durch Bewegen der Filmträger und/oder des druckenden bzw, schreibenden Kopfes oder dgl. erfolgen.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, dassr die erfindungsgemässe Vorrichtung, je nach Wahl, zur Herstellung von Stereo-Ortho-Photos, dann Pseudostereoorthophotos oder für einzelne Orthophotos benutzt werden kann. Die Stereoorthophotos werden definiert als Stereopaare von Orthophotografien in jeder Form, in welcher ein Bild die geometrischen Kennzeichen eines Orthophotos ( d.h., eine gleichmässige V_ergrösserung über die Abbildung) hat und das zweite Bild mit eingebauten horizontalen Parallaxen versehen ist, welches spezifische &harakteristika hinsichtlich vorgegebener Information über Terrainhöhe hat. Pseudostereoorthophotos sind als Stereopaare definiert, in welchen beide Bilder die geometrischen Charakteristika einer Orthophotografie ( Orthophoto) haben. Im letzteren Fall kann lediglich eine Höheninformation von örtlichen Einzelheiten erhalten werden.

Ausserdem kann die Vorrichtung Bauteile zur Einführung von Markierungselementen oder einer ziffermässigen Anzeige von Konturstellungen versehen sein, indem mindestens ein Schreibgerät vorgesehen ist,welches eingestellt werden kann, um in Koinzidenz mit dem auf dem Film 61 oder 71 projizierten Bild liegt. Ferner können Schattenplättchen oder Schablonen verwendet werden, um das Terrainrelief, bei geänderter Intensität, abzubilden, z.B. der auf Film 61 oder 71 fokussierten Abbildung und die Werte der X", Y-und Z-Koordinaten können für zukünftige nummerische Auswertung registriert bzw. angezeigt werden.

Unter Orthophotos in der vorstehenden Beschreibung versteht man, Photografien bzw. Abbildungen von Photografien, mit orthogonaler also senkrechter, verzerrungsfreier Linienführung der abzubildenden Darstellungen,

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Zusammenfassend ergibt sich erfindungsgemäss ein Katograph zum Herstellen von Photografien mit orthogonalem Li-nienverlauf, insbesondere in Gestalt eines mechanisch durchgebildeten photogrammetrisehen Planigrafen, dessen zugehörige Abschnitte stereophotografischer Abbildungen korrigiert und simultan bzw. gleichzeitig durch ein Optiksystera übertragen-und simultan bzw. gleichzeitig auf lichtempfindliche Filme einer Druckeinheit abgedruckt werden. Die relativen Stellungen beider Filme hinsichtlich jeden Filmpunktes wird fest überwacht, sodass Photos mit orthogonalem Linienverlauf (Orthophotos) hergestellt werden. Die Bildvergrösserung der stereophotografischen Abbildungen wird in Übereinstimmung mit der Z Koordinate, rechtwinklig zur X und Y Koordinate, verändert, ebenfalls in Übereinstimmung mit der UJ Neigung um die X Achse herum und eine ~f Heigung um die Y Achse herum, relativ zum Hauptpunkt. Wenn die Abtastung in der X Richtung erfolgt, wird die Abbildung in Übereinstimmung mit der (^o Neigung um die X Achse rotiert.

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Claims

Canadian Patents and Development Limited Pa t entansprüche

»J Verfahren zur Herstellung von verzerrungsfreien optischen Abbildungen bzw. Orthophotos von stereoskopischen Bildpaaren, wobei die Bilder dieses Bildpaares jeweils neben der zugehörigen Abtasteinrichtung angeordnet und beleuchtet werden, M dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, mit einem lichtempfindlichen Stoff versehener Träger- bzw. Registrierbauteil durch mindestens einen Lichtstrahl bzw· Lichtstrahlbündel abgetastet wird, wobei durch mindestens einen Lichtstrahl das optische Modell bzw. die optische Abbildung betrachtet wird bzw. betrachtet werden kann, und jede Abtasteinrichtung von einem langgestreckten Bauteil bewegt bzw. angetrieben wird, der den von dem jeweiligen optischen Modell bzw. der Abbildung ausgehenden Lichtstrahl darstellt, und diese Bauteile zwecks Abtastung derart bewegt werden, das-s ihr angenommener Kreuzungspunkt der Oberfläche des optischen Modells folgt und eine lichtempfindliche Oberfläche dieses Trägerbauteils, auf die ja der Abtaststrahl gerichtet ist, mit den Bewegungen der länglichen Bauteile synchron verstellt wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von dem zweiten Bild des Bildpaares strahlenoptische Abbildungen gewonnen werden und ferner Änderungen in der Höhe am optischen Modell ein zweiter, mit einem lichtempfindlichen Stoff versehener Träger- bzw. Registrierbauteil, relativ zum ersten lichtempfindlichen Trägerbauteil, verstellt wird, derart, daß · Höheninformationen dem zweiten lichtempfindlichen Stoff zugeführt werden, wenn danach eine stereoskopische Betrachtung zusammen mit dem des ersten Träger- bzw. Registrierbauteile erfolgt.

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3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem ortsfesten Rahmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Rahmen (15t16) in dem ortsfesten Rahmen in Schwenk» oder Drehlagern (17»18) zwecks Drehung um eine Achse (γ) aufgenommen ist, während andere Rahmen (5 bzw. 6) jeweils im zugehörigen ersten Rahmen (15 bzw. 16) schwenkbar um eine andere Achse (x) in der Ebene der ersten Achse (Y), aber rechtwinklig hierzu, aufgenommen sind und Bauteile, insbesondere Trägerplatten (1,2), auf diesen anderen Rahmen (5,6) zur Abstützung je eines Bildes des St-ereophotopaares vorgesehen sind, wobei auf jedem dieser anderen Rahmen (5,6) optische Bauteile (28,148) abgestützt sind, durch die jeweils eines der Abbildungspaare bzw. der Abbildungen (3»*0 abgetastet sind und ferner diese Bauteile parallel zur Ebene der abstützenden Bauteile wie der Trägerplatten (1,2) bewegbar sind, wobei eine einzeln an sich bekannte Betrachtungsoptik mit dieser Optikeinrichtung (28,148) in Verbindung steht, um das Stereoabbildungspaar wie ein optisches Modell zu betrachten, dass ferner Stangenbauteile (29, 30, 31, 32, 33, 34, 4o, 41, 42) für die Feststellung der Optikeinrichtung (28) vorhanden sind und jede Stange odgl. (29) verschwenkbar ist und somit einen vorbestimmten Punkt bzw. eine Stelle durchsetzt, wobei diese Stange odgl. eine Darstellung eines Lichtstrahles von der jeweiligen Abbildung zum optischen Modell ist, und dass ferner antreibende Bauteile wie ein Schraubenantrieb, eine Gleitstange oder ein Hülsenlager (54, 47» ^o) zur Verstellung dieser Stangen vorhanden sind, so dass letztere auf dem optischen Modell sich kreuzen und einzeln an sich bekannte Markierungselemente in der Betrachtungseinrichtung und ferner ein Optiksystem (72; 62, 63, 59) vorgesehen sind, wobei das Optiksystem mit der Optikeinrichtung (28) in Verbindung steht, derart, dass mindestens eine von der Optikeinrichtung (28) erfasste Abbildung mindestens einen optisch registrierenden Stoff wie photoempfindlichen Filmen ( 61, 71), zugeführt wird.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (62,72) optische Bauteile (I1o, 1o5, 1oo) zur Übertragung von Abbildungen von beiden Optikeinrichtungen (28, 148) zu dem jeweiligen optischen Registrierstoff bzw. Regietrierschicht, z.B. zu Filmen (61, 71)» besitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass der registrierende Stoff wie Filme (61, 71) »it Trägerbauteilen (7o, 6o) in Verbdndung steht und dass mindestens eine Antriebsvorrichtung (57» 3oo, 3oi) zur Verstellung dieser Trägerbauteile (6o, 7o),in Übereinstimmung mit Verstellbewegungen des Antriebs, der diese länglichen Bauteile wie die Stange (29) in Bewegung versetzt, vorhanden ist, und mindestens ein Differentialbauteil wie ein Differentialantrieb (80) verwendet wird, um den Bewegungsantrieb des Trägerbauteils des lichtempfindlichen bzw. registrierenden Stoffes in Übereinstimmung mit der Höhe der Einzelheiten auf dem optischen Modell zu verstellen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb für die länglichen Bauteile wie für die Stange (29) mindestens ein Kupplungsteil (4o) aufweist, der in drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen verstellbar ist bzw. mit einem Kardangelenk (30) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Punkt jeder der länglichen Bauteile wie der Stangen (29) im Kreuzungspunkt von der ersten und zweiten Achse (X, Y) der jeweiligen Rahmen liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikal verstellbaren Kupplungsteile wie eine Nabe, ein Stützteil odgl. (48) für diese elektrischen Bauteile (45) aufweist, sodass der angenommene bzw. projizierte Kreuzungspunkt

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dieser Stangen oder dgl. (42,45,47) abwärts bzw. aufwärts verstellbar ist, derart, dass Höhenkoordinatenwerte für auf dem Stereobildpaar dargestellte Einzelheiten gewonnen werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch optische Kompensationsbauteile (ioo-1o4j 112-115$ 118-121) im optischen System (62,72), die auf in der ersten und zweiten Abtastrichtung gewonnenen Koordinatenwerte, bestimmt für den Antrieb des länglichen Bauteils, ansprechen.

0o. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (62,72) mit mindestens einem die Bildneigung korrigierendem Bauteil ( 1o1, 1o3, 1o4j 112} 118, 12o, 121 ) versehen ist, der in Übereinstimmung mit der Verstellung der länglichen Bauteile in der ersten Abtastrichtung rotierbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Vergrösserung berichtigende Bauteile wie elektrische Potentiometer (239,24o,24i,244) aufweist, durch welche das Maßstabsdifferential zwischen jeder Abbildung und dem optischen Registrierstoff in dem Film (61,71) einstellbar ist und zwar als Funktion der ersten und der zweiten Abtastkoordinate, der Höhenkoordinate und in Bezug auf die Neigung jedes Bildes.

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