DE2259762A1

DE2259762A1 - Verfahren zum bestimmen konjugierter punkte auf stereobildern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2259762A1
Application number: DE2259762A
Authority: DE
Inventors: Walter E Chapelle; Uuno V Helava; John A Hornbuckle
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-12-08
Filing date: 1972-12-06
Publication date: 1973-06-14
Also published as: CA972554A; GB1363207A; JPS549905B2; IT971548B; FR2162479B1; US3726591A; FR2162479A1; DE2259762B2; JPS4866457A

Description

Patentanwalt® 2 2 5 9 7 S 2

Dr. Ing. H. Negandank

Dipl. Ing. H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 ftlünchan 2, Mozaritstraße 23

Telefon 53805So

The Bendix Corporation .

Executive Offices

Bendix Center 6. Dezember 1972

Southfield,Mich. 48075,USA ' Anwaltsakte M-2432

Verfahren zum Bestimmen konjugierter Punkte auf Stereobildern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen konjugierter Punkte auf Stereobildern einer Szene, wobei die Punkte aus einem dreidimensionalen Bild der Szene ausgewählt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung liegt also auf dem Gebiet der Stereophotogrammetrie,.-d.h. auf dem Gebiet der genauen dreidimensionalen Ausmessung einer Szene unter Zuhilfenahme zweidimensionaler Bilder dieser Szene.

Insbesondere ist die Erfindung auf ein Veräiren zur Korrelation ,

von auf epipolaren Linien angeordneten Bildpunkten gerichtet.

Automatische Stereokartiergeräte, die konjugierte Bilddetails, wie sie auf zwei Stereobildern einer Szene auftreten, einander zuord- j

ι neu, sind bekannt. Eine Gruppe der bekannten automatischen Stereo-

kartiergeräte weist eine Einrichtung für das Führen kleiner Licht-

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punkte über die beiden Stereobilder auf. Die Lichtpunkte werden in Übereinstimmung mit dem Bilddetail auf den Stereobildern moduliert. Die Korrelation zwischen den durch verschiedene Punkte auf den Stereobildern modulierten Lichtintensitäten wird zur Identifizierung von konjugierten Bildpunkten bestimmt. Bin Korrelationsmaxiuium identifiziert konjugierte Punkte. Die Positionen konjugierter Punkte auf den beiden Stereobildern werden dann zur Berechnung der Position derjenigen Punkte in der tatsächlichen Szene benutzt, die durch Paare zueinander konjugierter ßildpunkte dargestellt werden.

Einander entsprechende Gegenstände oder Bilddetails auf den beiden Stereobildern weisen unterschiedliche Formen auf, da jedes Stereobild die Szene von einem anderen Standpunkt aus darstellt. Andere Faktoren, wie eine unterschiedliche Filmschrumpfung, führen auch dazu, daß einander entsprechende Bilddetails auf verschiedenen Stereobildern unterschiedliche Formen aufweisen. Bekannte automatische Stereokaitiergeräte, die genaue Ausgangsmessungen bereitstellen, weisen daher eine Abtastformeinrichtung zur Steuerung der Bewegung der Lichtpunkte auf, die über die beiden Stereobilder geführt werden. Die Abtastformeinrichtung läßt den Lichtpunkt auf dem einen Stereobild einem Pfad folgen, der von dem durch den Lichtpunkt auf dem anderen Bild gefolgten Pfad etwas abweicht, sodaß jeder Punkt län^s einander entsprechender Bildelemente bewegt wird, iiines der Hauptprobleme auf diesem Gebiet der Technik ist die Bestimmung, wie die unterschiedlichen Pfade über die beiden Stereobilder ausgelegt sein müssen, sodaß konjugierte Bildinhalt^

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abgetastet werden. Die Abtastforinung, die für eine Abtastung von Punkten auf konjugierten Bildinhalten der beiden Stereobildern eingehalten werden muß, wird bei den zum Stand der Technik gehören4-den Stereoplottern durch die Bestimmung der Parallaxe auf verschie-j-

J denen Gebieten um verschiedene interessierende Punkte herum und

durch die Benutzung·dieser Parallaxenmessungen zur Berechnung der !

Abtastbewegung bestimmt. Das Erfordernis der Abtastformung bei den zum Stand der Technik gehörenden Stereokartiergeräten vergrößert die Komplexität der Stereokartierung und damit die Kosten unter \

i gleichzeitiger Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit dieser

Kartiergeräte. ·

Das Ausmaß der erforderlichen Abtastformung oder des Unterschiedes zwischen den von den Beleuchtungspunkten auf den Stereobildern einzuhaltenden Pfaden ist durch die Natur des durch die Bilder dargestellten Terrains bestimmt. Wenn das Terrain Zufallscharakter aufweist, wird die Bewegung des das eine Stereobild mit belichtenden Punktes sehr unregelmäßig und damit von der Bewegung des das ander«. Stereobild belichteten Punktes sehr abweichend sein. Zusätzlich müssen die beleuchteten Punkte sehr schnell bewegt werden, so daß alle interessierenden konjugierten Punkte auf den beiden Stereo-DÜdern in einer vernünftigen Zeit identifiziert werden können. Wegen des Erfordernisses einer schnellen Bewegung längs eines komplexen Abtastmusters werden bei den meisten automatischen Sterec kartiergeräten des Standes der Technik eine oder mehrere Kathodenstrahlröhren 'zur Bereitstellung der beleuchtenden Lichtpunkte und der Führung dieser Lichtpunkte über die Stereobilder benutzt. Eine ! Kathodenstrahlröhre gibt aber ein relativ schwaches Signal ab. j

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Die durch die Stereobilder modulierten Lichtpunkte weisen daher eiiji kleines Signal-Rausch-Verhältnis auf, das zu Fehlern in den Korrelationsmessungen führt. Obwohl in den bekannten Stereokartier·+ geräten Kathodenstrahlröhren verwendet werden, sind sie darüber- i hinaus wegen der großen Punktezahl auf dem zweiten Stereobild _l !sehr langsam, die mit jedem Punkt auf dem ersten Stereobild zur Identifizierung eines Paars konjugierter Punkte verglichen werden muß. Schließlich weisen Teile mancher Stereobilder relativ wenig Bilddetail auf. Zum Stand der Technik gehörige Stereokartiergeräte arbeiten oft nicht mehr richtig, wenn sie mit einer solchen Fläche auf einem Bild konfrontiert werden. der Bildinhalt auf dem zweiten Stereobild, der konjugiert zu dem auf einer Abtastlinie auf dem ersten Stereobild liegenden Bildinhalt ist, kann '< auf einer eine Anzahl von verschiedenen Abtastrichtungen liegen. Daher sind die zum Stand der Technik gehörigen Stereokartiergeräte loft nicht in der Lage, eine Abtastung über eine wenig Bilddetail ; aufweisende Fläche zu führen, und die Identifizierung konjugierter Punkte fortzusetzen, wenn die Belichtungspunkte zu Flächen der Stereobildern mit mehr Bilddetail zurückkehren.

jDie vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung des (Betriebs von Stereokartiergeräten, Stereoplottern und ähnlichen

Anordnungen, die die Korrelation zwischen Punkten auf den Stereobildern einer Szene bestimmen, um konjugierte Punkte zu identifizieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Mittel zur Begrenzung der Korrelationsmessung auf eine Messung der Korrelation, zwischen solchen Punkten auf, die im wesentlichen auf einander entsprechenden epipolaren Linien auf den beiden Stereobildern

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,liegen. Konjugierte Punkte auf zwei Stereobildern liegen im weserit*

ί liehen auf entsprechenden über diese Bilder führenden epipolaren :

Linien. Da die Suche nach konjugierten Punkten auf eine Untersuchung entsprechender epipolarer Linien begrenzt wird, weist die ■ erfindungsgemäße Vorrichtung eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit auf,

mit der konjugierte Punkte identifiziert werden können. Die er- '■'-'>. ■ . . " ι

findungsgemäße Vorrichtung kann die Arbeitsgeschwindigkeit eines ' Stereokartierers oder einer ähnlichen Anordnung, in die sie einge- \ [baut wird, um mehr als zwei Größenordnungen erhöhen, intern sie
das bei dem zum Stand der Technik gehörigen Systemen vorhande'ne
Erfordernis des Vergleiches eines Punktes auf einem Stereobild ; nit auf vielen verschiedenen Linien eines anderen Stereobildes
liegenden Punkten zur Identifizierung konjugierter Punkte nicht : mehr aufweist. . !

... Jim folgenden wird unter einer sich über ein Stereobild erstreckenden apipolaren'Linie eine Linie verstanden, die durch den Schnitt des
Stereobildes mit einer epipolaren Ebene bestimmt ist. Eine epipolarfe bene ist jede Ebene, die die Standpunkte jedes der beiden Stereoilder und wenigstens einen Punkt der durch die beiden Stereobilder äargesiäLlten Szene enthält. Es gibt eine unendlich große Anzahl vor verschiedenen möglichen epipolaren Ebenen bei jeweils zwei Stereobildern. Die verschiedenen epipolaren Ebenen können durch Auswahl
3iner einzigen epipolaren Ebene und durch Drehung dieser Ebene

eine die Standpunkte der beiden Stereobilder enthaltende Linie
srzeugt werden.

Verschiedene epipalare Ebenen schneiden das Stereobild an vev-

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schiedenen Stellen und führen damit zu verschiedenen epipolaren Linien. Der Ausdruck "entsprechende epipolare Linien" wird im folgen-

den zur Identifizierung der beiden epipolaren Linien, je eine auf !einem Stereobild, verwendet, die durch dieselbe epipolare Ebene erzeugt werden. Epipolare Linien auf zwei Stereobildern, die eine Szene von verschiedenen Standpunkten aus bei gleicher Höhe be-

[trachten, verlaufen parallel zur Projektion der die Standpunkte

der beiden Stereobilder verbindenden Linie auf die beiden Stereobilder. Die epipolaren Linien auf Stereobildern!, die eine Szene von zwei unterschiedlichen Standpunkten aus bei nterschiedlicher Höhe betrachten, bilden, ein Fächeraiuster. Die sich auffächernden epipolaren Linien auf einem der beiden Stereobildern gehen von dem Punkt aus, an dem eine Verlängerung der die beiden Standpunkte der beiden Stereobilder verbindenden Linie die Ebene dieses einen ildes schneidet.

ie Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eist auch eine Steuereinrichtung für die Begrenzung der Korrelaionsmessungen auf eine Messung der Korrelation zwischen auf entsprechenden epipolaren Linien auf zwei Stereobildern liegenden Punkten auf. Als Ausführungsbeispiel wird ein Projektionsstereokartiergerät beschrieben, in dem zwei Stereobilder einer Szene so gehalten werden, daß Licht von einer Punktquelle auf einen Punkt ader Fleck auf jedem der Stereobilder projiziert wird. Die punktförmige Lichtquelle wird in einer unter den Stereobildern sich erstreckende Bezugsebene geführt, um die beleuchtenden Punkte auf äen Bildern entsprechender epipolrer Linien zu führen. Die Bilder modulieren das empfangene Licht. Die Korrelation zwischen den

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verschiedene Punkte auf den beiden Stereobildern darstellenden modulierten Lichtintensitäten wird bestimmt, um die Positionen

konjugierter Punkte zu identifizieren« Ein Rechner benutzt die ; Lagen von als zueinander konjugiert identifizierten Punkten zur Be-| rechnung der Lage eines jeden Punktes in der Szene, der durch ein Paar konjugierter Punkte dargestellt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht: eine Formung der Abtastbe- , wegung der die beiden Stereobilder beleuchtenden Lichtpunkte unnö-₍ tig. Bei der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist es nicht erforderlich, längs einer irregulären Linie auf einem Stereobild abzutasten, um die Punkte auf dem einen Stereobild zu identifizieren, die zu den Punkten längs der regulären Linie auf dem anderen Stereobild kon^ jugiert sind. Erfindungsgemäß werden Flecken oder Lichtpunkte hoher Intensität längs vereinfachter¹ Äbtastmuster auf jedem Stereobild geführt, nämlich längs epipolar :**"* Linien. Flecke großer Intensität werden längs vereinfachter Abtasin&uster mit hoher Geschwindig· keit gefünrx₍-m in einfacher und schneller Weise alle interessierenden konjugierten Bildinhalte auf den Stereobildern zu identifizieren. Die grc.-e Intensität der beleuchtenden Lichtpunkte führt dazu, daß cas dur~h die Stereobilder modulierte Licht ein hohes Signal/RauEch-Ver.iältnis aufweist, so daß sehr genaue KonelationsbeStimmungen durchgeführt werden können.

Das beschriebene Stereokartiergerät schließt eine Steuereinheit für die Steuerung des Betriebes eines Korrelators zur Begrenzung der Korrelationsmessungen ein, so daß Punkte auf einem Teil einer epipolaren Linie auf einem ersten Stereobild nur mit Punkten auf

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einem relativ kurzen Teil einer entsprechenden epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild verglichen werden müssen, um zueinander konjugierte Punkte auf diesen Bildern zu identifizieren. Die Positionen der ersten Sätze an konjugierten Punkten, die längs entsprechender erster epipolarer Linien auf zwei Stereobildern liegen sind identifiziert. Punkte, die einen bestimmten Abstand von dem identifizierten ersten Satz konjugierter Punkte auf dem einen Stereobild aufweisen, werden nur mit solchen Punkten verglichen, die in einem Intervall liegen, das einen ähnlichen Abstand von dem identifizierten ersten Punktesatz an konjugierten Punkten auf dem zweiten Stereobild aufweist. Das Punkteintervall auf dem zweiten Stereobild weist mehr Punkte auf als der zu identifizieren de Punktesatz und ist damit etwas größer als der Punktesatz, weil die relativen Lagen von konjugierten Punkten auf zwei eine Szene von unterschiedlichen Standpunkten aus betrachtenden Stereobildern unterschiedlich sein werden. Das Intervall ist aber wesentlich kürzer als eine vollständige sich über ein Stereobild erstreckende epipolare Linie. Die Begrenzung der Korrelationsmessungen auf eine^i Vergleich der Punkte auf einem Stereobild mit nur den Punkten in einem Intervall auf einer entsprechenden epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild hebt damit die Geschwindigkeit, mit der konjugierte Punkte identifziert werden können, in signifikanter Weise an.

Die Position eines jeden identifizierten Satzes konjugierter Punktii wird aufgezeichnet und die Position eines jeden zu untersuchenden neuen Intervalls wird mit Bezug auf einen Satz konjugierter Punkte definiert, welcher relativ dicht zu diesem Intervall liegt. Der

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!Unterschied zwischen dem Abstand zwischen zwei Punkten aaf einem Stereobild und dem Abstand zwischen den zu "diesen konjugierten (Punkten auf einem anderen Stereobild ist im allgemeinen ziemlich

[klein für solche Punkte₉ die relativ dicht beieinander liegen. Die Definition der Lage eines zu untersuchenden Intervalls be- !züglich der dicht an diesem Intervall liegenden Punkte verkleinert die Länge, die das Intervall aufweisen muß, damit die gesuchten Punkte in den Intervall eingeschlossen sind; damit wird die Geschwindigkeit_s mit der konjugierte Punkte identifiziert werden, vergrößert.

Die hierin beschriebene Korrelationseinrichtung mißt die Korrela- i tian zwischen einem Punktesatz auf einer epipolaren Linie auf einem Stereobild und verschiedenen Punktesätzen längs einer entsprechenden epipolaren Linie auf einem zweiten Stereobild. Die Korrelationseinrichtung identifiziert den Punktesatz auf einer epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild, der bezüglich eines ausgewählten Punktesatzes auf dem ersten Stereobild eine maximale Korrelation aufweist. Eine maximale Korrelation wird zwischen konjugierten Punktesätzen erzielt. Die Punktesätze weisen eine hinreichend große Anzahl von Punkten auf, so daß es unwahrscheinlich ist, daß eine hohe Korrelation .zwischen den Punktesätzen er-' halten wird, solange sie nicht Sätze von zueinander konjugierten Punkten sind.

Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben werden. Von den Figuren zeigen:

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Fig. 1 eine schematische teilweise perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung zweier Bilder einer Landfläche, die von verschiedenen Standpunkten bei gleicher Höhe aufgenommen worden sind, wobei das Konzept epipolarer Linien für solche Bilder dargestellt ist;

Fig. 3 eineperspektivische Darstellung zweier Bilder einer Landfläche, die von verschiedenen Standpunkten bei unterschiedlichen Höhen aufgenommen sind, wobei das 'Xonzept epipolarer Linien für solche Bilder dargestellt ist;

Fig. 4 eine Aufsicht auf zwei Stereobilder, wrbei der Abstand zwischen verschiedenen konjugierten Punkten auf diesen Bildern zur Erläuterung verschiedener Betriebsweisen der in der Fig-1 gezeigten Vorrichtung dargestellt ist;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines abgewandelten Teils der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei faseroptische Elemente für eine schnelle Verschiebung eines Lichtpunktes „>

über die Stereobilder vorgesehen sind und j

Fig. 6 eine Aufsicht auf zwei Stereobilder mit gekrümmten epipolaren Linien zur Erläuterung einer zusätzlichen Arbeitsweise

der in den Fig. 1 und/oder Fig. 5 gezeigten Vorrichtung.

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Die Fig. 1 zeigt ein Stereokartiergerät 10 für das automatische Identifizieren zueinander konjugierter Punkte auf zwei Stereobildern einer Szene, bei dem die Positionen eines jeden konjugierten

Punktpaares zur Berechnung der X, Y und Z-Koordinaten eines jeden |Punktes in der Szene dienen, der durch ein identifiziertes konjugiertes Punktepaar dargestellt ist. Das Stereoka&iergerät besitzt einen Lasergenerator 12 zur Erzeugung eines kleinen hellen Lichtifleckes und eine mechanische Verschiebe einrichtung 14 für das Verschieben des Generators 12 in einer Bezugsebene; weiterhin gehört zu dem Kattiergerät eine Gehäuseanordnung 16, in der zwei Stereobilder 18 und 20 derart angeordnet sind, daß das vom Generator 12 aufgesandte Licht auf einen Punkt eines jeden Stereobildes auftrifft. Schließlich gehört zu dem Stereokavtiergerät 10 eine elektronische Schaltung 22 für die Steuerung des Betriebs der mechani-

;schen Verschiebe einrichtung 14« Das auf ein Stereobild auf treffenide Licht wird durch das Bild moduliert» Die elektronische Schaltung 22 empfängt das modulierte Licht une bestimmt die Korrelation zwischen den verschiedene Punkte auf den Stereobildern darstellenden Lichtintensitäten, um die PositioBen der konjugierten Punkte jauf diesen Bildern zu bestimmen. Die Position eines jeden konjugierten Punktepaares wird zur Berechnung der dreidimensionalen koordinaten des Punktes in der Szene herangezogen, der durch das jkonjugierte Punktepaar dargestellt wird.

Die mechanische Verschiebeeinrichtung 14 für die Bewegung des Laser generators 12 zur Verschiebung einesjfcfeinen Lichtpunktes oder ffleckes über jedes der Stereobilder 18 und 20 weist eine Stütz-

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und Führungsstange 24 und eine Spindel 26 auf, die zusammen den Lasergenerator tragen. Die Stütz- und Führungsstange 24 und die j Spindel 26 sind auf zwei Führungsstauen 28 und 30 und zwei weitere^ Spindeln 32 und 34 beweglich gelagert. Motore 36, 38 und 40 sind antriebsmäßig mit den Spindeln 26,32 bzw. 34 verbunden, um diese in Abhängigkeit von durch die elektronische Schaltung 22 abgegebenen Stellsignalen zu verdrehen, wodurch der Lasergeneräor 12 bewegt wird. Die Spindel 26 und die Stütz- und Führungsstange 24 sind so gelagert, daß die Motore 38 und 40 unabhängig voneinander erregt werden können und damit die Spindel 26 und die Stütz- und Führungsstange 24 bezüglich der X-Achse des Stereokatiergerätes unter einem spitzen Winkel anordnen können. Daher kann der Motor 36 den Generator 12 längs einer einen Winkel mit der X-Achse des Kaitiergerätes 10 einschließenden Linie bewegen, wobei angenommen wird, daß sich die X-Achse senkrecht zu den Führungsstangen 28 und 30 erstreckt.

Die Gehäuseanordnung 16 zum Haltern der Stereobilder 18 und 20 erlaubt es der Bedienungsperson, jedes Stereobild um drei zueinander orthogonale Achsen zu drehen und erlaubt es ihr weiterhin, die relative Höhe der beiden Stereobilder zu verändern, sodaß die Stereobilder in eine Lagebeziehung zueinander gebracht werden könner die der Lagebeziehung entspricht, welche zwei Kameras bei der Aufnahme dieser Bilder einnehmen würden. Zu der Gehäuseanordnung 16 gehören zwei Gehäuse 42 und 44 für jeweils eines der Stereobilder

|18 und 20. Die Basis eines jeden Gehäuses wird von einem Ring 46 gebildet, der drehbar in einem äußeren Ring 48 derart gelagert ist,

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,daß die Bedienungsperson die Stereobilder relativ zueinander dreheh kann. Jeder dieser Doppelringe 46,48 ist drehbar auf einer Welle j 50 gelagert,, die ihrerseits von einem U-förmigen Stützglied 52 ge-j tragen wird. Jedes U-förmige Stützglied 52 ist drehbar auf einem |

Schlitten 54 gelagert, sodaß die Bedienungsperson entweder die U-förmigen Sützglieder drehen oder sie seitlich verschieben kann, !um damit die relativen Höhen (Elevationen) der Stereobilder 18 und!

20 zu verändern.

Die Stereobilder 18 und 20 sind derart in den Gehäusen 42 und 44 i

angeordnet, daß der Projekt!onsmittelpunkt eines jeden Stereobildes in der Mitte des die Basis des zugeordneten Gehäuses bildenden ί

Ringes 46 zu liegen kommt. Jeder Ring 46 hält eine Linse 56, die ^; das aus dem Lasergenerator 12 austretende Licht auf einen Punkt ί des über ihr angeordneten Stereobildes fokussiert. Dear Lichtpunkt auf jedem Stereobild wird mit Hilfe der mechanischen Verschiebe einrichtung 14 über das Bild verschoben, in--dem der Lasergenerator in einer unterhalb der Stereobilder 18 und 20 liegenden Bezugsebene verschoben wird. Mit dem Gehäuse ist jeweils ein Photomultiplier 58 bzw. 60 befestigt, um das durch die Stereobilder 18 bzw. 20 jhindurchgetretene Licht zu empfangen und die empfangenen Lichtsig-

I in elektrische

jialevumzuwandeln, die von der elektronischen Schaltung 22 verarbeitet werden. In jedem Gehäuse 42 und 44 ist eine Fresnel-Linse 62 · angeordnet, die als Kollektor wirkt und sicherstellt, daß das auf ■einen beliebigen Punkt eines festgehaltenen Stereobildes auftreffei de Licht auch dem oberhalb des Stereobildes angeordneten Photomultiplier zugeführt wird.

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Die elektronische Schaltung 22 steuert die Bewegung des Lasergenerators 12. Zu der elektronischen Schaltungsanordnung gehört ein Rechner 64 zur Erzeugung der Stellsignale und ein Verschiebesteuerkreis 66 für die Fortleitung der Stellsignale zu den Motoren 36,38 und 40 hin. Kodierer 68,70 und 72 geben in Abhängikeit von der Drehung der Motoren 36,38 bzw. 40 Ausgangssignalimpulse ab. Diese Ausgangsimpulse werden Zählern 74,76 bzw. 78 zugeleitet und diese summieren die empfangenen Signalimpulse auf, um Rückkopplungs· Signale für den Verschiebesteuerkreis 66 zu erzeugen, die anzeigen, wenn die Motoren 36„38 und 40 den Generator 12 in die durch einen besonderen Satz an Stellsignalen identifizie "te Position verschoben haben.

Die elektronische Schaltungsanordnung 22 mißt auch die Korrelationeiizwischen den von verschiedenen Punkten auf den Stereobildern 18 und 20 modulierten Lichtintensitäten, um die Positionen konjugierter Punkte zu bestimm-en. Die Einrichtung um dieser Korrelationsmessung durchzuführen und die zueinander konjugierten Punkte

für zu bestimmen schließt zwei Verstärker 80 und 82 die Verstärkung der von den Photomultipliern 59 und 60 abgegebenen elektrischen Signale'iDie Verstärker 80 und 82 geben an ihrem Ausgang Analogsig-

nale ab, die mittels Analog/Digitalwandlern 84 und 86 in digitalen Form gewandelt werden. Die digitalen Signale stellen die Intensität des von den auf den Stereobildern 18 bzw. 20 vorhandenen Punkten modulierten Lichts dar. Diese ein Maß für die Intensität darstellenden Signale werden in Speicherregistern oder Memories

88 bzw. 90 eingegeben. Den Speicherregistern werden auch Signale

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der Zähler 74 und 76 zugeführt,die die Lage auf den Stereobildern 18 und 20 identifizieren, welche jedem von den Wandlern 84 bzw. 86 empfangenen Signal zuzuordnen ist.

Eine Steuereinheit 92 steuert die Fortführung der Information über die Speicherregister 88 und 90 zu einem Korrelator 94 hin, der die Korrelation zwischen den empfangenen Signalen mißt. Die Steuereinheit 92 führt dem Korrelator 94 Signalsätze zu, der einen von dem Speicherregister 88 empfangenen Satz mit verschiedenen vom Speicherregister 90 empfangenen Sätzen vergleicht und ein Ausgangs·· signal abgibt, das ein Maß für die Korrelation zwischen den empfan·· genen Informationssätzen ist. Einer Maximum-Bestimmungseinheit 96 wird das Aus gangssignal des Korrelators 94 zugeführt; sie gibt immer dann ein Ausgangsignal ab, wenn ihr ein Signal zugeführt ;das größer als die ihr vorher zugeführten Signale ist. Das Ausgangssignal der Maximum-Best imarangseinheit 96 steuert ein Speicherregister 98 derart an, daß das Register von der Steuereinheit die Koordinaten derjeni-gen Punkte aufnimmt, die die größere durch den Korrelator 94 erfaßte Korrelation aufweisen. Bei zueinander konjugierten Punkten wird eine Maximalkarelation bestimmt. Das Speicherregister 98 speichert in vorgegebenen Speicherplätzen die Koordinaten eines jeden Punktepaares der Stereobilder 18 und 20, die durch den Korrelator 94 und die Maximum-Bestimmungseinheit 96 als konjugierte Punkte identifiziert worden sind. Die Positionsdaten konjugierter Punkte der beiden Stereobilder werden dem Rechner 64 zugeführt, der die Lagen eines jeden Punktes der tatsächlichen

berechnet
Szene, der auf den beiden Stereobildern durch ein konjugiertes

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Punktepaar darstellt ist. Weiterhin werden die Lagen d,er konjugier· ten Punkte der Steuereinheit 92 zugeführt, die die Lagedaten dazu verwendet, die Anzahl von Sätzen zu begrenzen und abzuändern, die von dem Speicherregister 90 entnommen werden, um den zu einem nachfolgend von dem Speicherregister 88 übertragenen Satz konjugierten Satz zu identifizieren.

Beim Betrieb des StereokaJtiergerätes trifft das vom Lasergenerator

■ ■ j

12 ausgesandte Licht auf einen Punkt eines jeden Stereobildes 18

und 20. Der Lasergenerator 12 wird mit Hilfe der mechanischen Verschiebeeinrichtung so verschoben, daß Punkte auf jedem Stereobild längs entsprechender epipolarer Linien beleuchtet werden. Um die !Punkte in dieser Weise abtasten zu können,müssen die Positionen der Stereobilder 18 und 20 eingestellt werden, um dieser Bilder in solche Positionen zu bringen, die den relativen Lagen entsprechen, welche Kameras bei der Bildung dieser Bilder einnehmen müßten. Die Orientierung verschiedener Bildtypen und das Scajien der Licht-

ι '

punkte über diese Bilder wird nun unter Bezignahme auf die Figuren |2 und 3 beschrieben. Die Fig. 2 stellt zwei fotographische Bilder

jiOO und 102 einer Landoberfläche 104 dar, wobei die Bilder von !verschiedenen Standpunkten 106 und 108 von gleicher Höhe (Elevation) aufgenommen worden sind. Die entsprechenden epipolaren Linien ¹HO und 112 auf den beiden Stereobildern 100 und 102 werden dünn eine epipolare Ebene 114 definiert, die die Bilder schneidet. Die epipolaren Linien 110 und 112 verlaufen parallel zu der Verbindung« jlinie der beiden Standpunkte 106 und 108 auf die Stereobilder. jAndere epipolare Linien wie die Linien 117 und 118 werden durch

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Drehung der epipolareii Ebene 114 um die Verbindungslinie der Standpunkte 106 und 108 erzeugt,, Jede .epipolare Linie auf den Stereobildern 100 bzw. 102 verläuft parallel zu den Linien 110 und 112. Lichtpunkte werden über die von wschiedenen Standpunkten bei gleicher Höhe aufgenommenen Bilder geführt, in-dem zunächst diese beiden Bilder in dem Stereoks/tiergerät 10 in geeigneter Weise orientiert werden und danach der ab-tastende Lasergenerator 12 längs Linien verschoben wird, die parallel zu der Projektion einer 'die beiden Projektionsmittelpunkte der beiden Stereobilder verbindenden Linie auf diejenige Ebene sind, in der der Lasergenerator 12 bewegt wird.

iln der Fig. 3 sind zwei fotographische Bilder- 119 und 120 dner 'Szene odat Landfläche 122 dargesteilt, die von verschiedenen Standpunkten 124 und 126 aufgenommen worden sind, wobei die Stand=¹ punkte jedoch eine unters ehiedlicheHöhe (Elevation) besitzen. Eatsprechende epipolare Linien 1 28 und 130 xirerden auf den Stereo» bildern 119 und 120 durch eine epipola© Ebene 132 definiert, die diese Bilder schneidet. Die epipolare Ebene 132 wird durch die beiden Standpunkte 124 und 126 und durch einea Punkt 134 auf der •Landoberfläch© 122 definiert. Ändere epipolare Linien^ wie die Linien 135 und 136_y können, durch Rotation der epipolaren Eben© 132 !um die Verbindungslinie der Standpunkte 124 und 126 erzeugt werden Die epipolaren Linien auf dem Stereobild 119 sind gerade Linien, die ein Fächermuster (fan pattern) bilden und gehen von einem Punkt 137 aus, an dem die Projektion einer die Standpunkte 124 und

I 126 verbindenden Linie die Ebene des Bildes 119 schneidet. In I

gleicher Weis© gehören tu anderen epipolaran Linien auf dem Siere©j

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" ¹⁸ " 225976?

bild 120 gerade Linien die von einem Punke 138 ausgehen, anjdem die Projektion der die Punkte 124 und 126 verbindenden Linie die Ebene des Stereobildes 120 schneidet.Liclipunkte werden längs der entsprechenden epipolaren Linien der von verschiedenen Standpunkten bei unterschiedlicher Höhe aufgenommenen Bilder geführt, in-^-dem zunächst die Bilder in geeigneter Weise in dem Stereokantiergerät 10 ausgerichtet werden und danach der abtastende Lasergenerator 12 längs Linien verschoben wird, die von dem Punkt ausgehen, an welchem eine Verlängerung einer die beiden Proj \tionsmittelpunkte der beiden Bilder verbindenden Linien diejenige Ebene schneidet,

inker der Lasergenera toi;· 12 bewegt wird.

Die Betriebsweise der Steuereinheit 92 und des Koorelators 94 sollen nun anhand "der Fig. 4 näher beschrieben werden. Die Fig. 4 zeigt eine Auiicht auf die beiden Stereobilder 18 und 20, wobei zwei epipolare Linien 142 und 144 auf dem Stereobild 18 und zwei epipolare Linien 146 und 148 auf dem Stereobild 20 dargestellt sind; die epipolaren Linien 146 und 148 auf dem Stereobild 20 entspre-

jenen den epipolaren Linien 142 und 144 auf dem Stereobild 18. Um die Lage der ersten Sätze von konjugierten Punkten auf den Bildern 18 und 19 zu identifizieren, übermittelt die Steuereinheit 9 2 zu-

nähst ein Steuersignal auf das Speicherregister 98, sodaß die ersten beiden Speicherplatz-Sätze in dem Register gelöscht werden. Danach übermittelt die Steuereinheit 92 an den Korrelator 94 die Intensitäten eines ersten Punktesatzes auf der epipolaren Linie 142 und die Intensitäten einer ausreichenden Anzahl von Punkten auf der epipolaren Linie 146 damit der Korrelator 94 in die Lugu

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versetzt wird, den Satz 152 derjenigen Punkte auf der Linie 146

zu ermitteln, der ein zu dem Satz 150 konjugierter Satz ist. Geht man z.B. von einem Satz 150 mit Io Punkten längs der Linie 142 aus, so überträgt die Steuereinheit 92 die Intensitäten dieser , Punkte und die Intensitäten der Punkte auf der Linie 146, sodäß deir

Punkten Korrelator 94 die Korrelation zwischen dem Punkte-satz 150 und eins bis sechzehn, zwei bis siebzehn, drei bis achtzehn, usw. auf der Linie 146 bestimmen kann, bis das Ergebnis eine Maximalkorrelation anzeigt und damit der Punktesatz 152 auf der Linie 146 identifiziert ist, der zu dem Punktesatz 150 konjugiert ist. Die , Lagen des Punktesatzes 150 auf der Linie 142 werden in dem ersten : Satz an Speicherplätzen des Speiclierregisters 98 gespeichert« I ramey dann, wenn ein Punktesatz auf der Linie 146 erfaßt wird, der eine , größere Korrelation mit dem Pnnktes&tz 150 aufweist als alle ande-^ ren bereits untersuchten Fmikt®sätze₃ veranlaßt die Maximum-Bestim* mungseinheit 96, daß die. Koordiaaten dieses Punktesatzes die in dem zweiten Satz an Speicherplätzen des Speieherregisters 98 gespeicherten Werte ersetzen. Da eine Maximalltorrelation .zwischen den Punktesatz 150 und dem zu dem Punktesatz 150 konjugierten Punkte·=· satz 152 erreicht werden wird, werden schließlich die Punkte des Punktesatzes 152 in dem zweiten Satz der Speicherplätze in dem Speicherregister 98 gespeichert sein.

Die Koor-dinaten derjenigen Punkte, die als konjugierte Punkte identifiziert worden sind, werden zu der Steuereinheit 92 weitergeleitet die zwei Koordinaten zur Begrenzung der Punktezahl heranzieht, die zur Identifizierung des Punktesatzes längs der epipolaren Linie 146

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konjugiert als zu einem zweiten Satz 154 längs der Linie 14l^v untersucht werdenj müssen. Um diese konjugierten Punkte zu finden.gibt die Steuereinheit 92 zuerst ein Signal zum Speicherregister 98 ab, das die !beiden zweiten Sätze an Speicherplätzen dieses Registers löscht, sodaß diese Speicherplätze die Positionen der Punkte des Punkte- ! satzes 154 und des zu ihm konjugierten Satzes aufnehmen können. Di3 Steuereinheit 92 überträgt dann die Intensitäten des Punktesatzes 154 und die Intensitäten derjenigenPunkte die in einem Intervall 156 auf der Linie 146 liegen auf den Integrator 94. Die Mitte des Intervalls 156 weist von da: Mitte des Punktessatzes 152 einen Abstand ab, der gleich demjenigen zwischen den Mitten der Punktesätz^ 150 und 154 ist. In dem Intervall 156 sind mehr Punkte enthalten als in dem Punktesatz 154, da die Elevationsunterschiede zwischen verschiedenen Punkten auf den Stereobildern dazu führen, daß die Sätze von konjugierten Bildpunkten längs der entsprechenden epipolaren Linien von zwei von verschiedenen Standpunkten aus aufgenomnenen Stereobildern einen leicht unterschiedlichen Abstand aufweisen. Da aber gewöhnlicherweise der Abstand zwischen den Punktesätzcjn 150 und 154 relativ klein sein wird, wird der Abstand zwischen dem Punktesatz 152 und dem zu dem Punktesatz 154 konjugierten Punkte- >atz 158 sich nicht signifikant von dem Abstand zwischen den Punktesätzen 150 und 154 unterscheiden. Das Intervall 156 kann daher relativ kurz sein und kann bei manchen Anwendungsfällen nur zwei Punkte mehr enthalten als die Puriktezahl in dem untersuchten Punkte* »atz beträgt. Die Steuereinheit 92 erhöht daher die Geschwindigkeit beträchtlich, mit der das Stereokatiergerät 10 konjugierte Punktesätze identifizieren kann indem die dem Korrelator 94 not-

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wendigerweise zuzuführende Information begrenzt wird. Der Punktesatz 154 muß nur mit einer kleinen Anzahl von Punktsätsen längs der epipolaren Linie 146-verglichen werden, um den zu dem Punkte» satz 154 konjugierten Punktesa'ez 158 zu identifizieren. Die Koordinaten der die Punkts™ätze 154 und 158 bildenden Punkte vsrden in einer ähnlichen Weise verwendet wie die Koordinaten der zu den Punktsätzen 150 und 152 gehörigen Punkte, zwar zur Begrenzung der J Suche nach nachfolgende« Sätzen von konjugierten Punkten längs der

Jepipolaren Linien 142 und 146» |

Die Steuereinheit 92 benützt die Lagen von verschiedenen Punktsätzen längs der epipolaren Linien 142 und 146^ um die Anzahl der Punkte zu begrenzen, die für eine Identifizierung von Sätzen konjugierter 'Punkte längs folgender epipolarer Linien, wie die Linien 144 und 148, untersucht werden müssen. Um z.B. den zu einem Punktesatz 160 auf der Linie 144 konjugierten Punktesatz auf der Linie 148 ^! !zu finden, wobei der Punktesatz 160 sich in einer der Lage des Punktesatzes 150 auf der Linie 142 entsprechenden Lage befindet, vergleicht der Korrelator den Punktes atz 160 nur mit den in einem Intervall 162 längs der Linie 148 liegenden Punkten. Der Mittelpunkt des Intervalls 162 nimmt auf der Linie 148 eine Lage an, die der Lage des Mittelpunktes des Punktesatzes 152 auf der Linie ;146 entspricht. Selbst wenn der zu dem Punktesatz 160 kojugierte Punktesatz 164 auf der Linie 148 eine Lage einnimmt, die von der Lage des Punktesatzes 152 längs der Linie 146 leicht abweicht, wirÄ die Lage des Punktesatzes 164 auf der epipolaren Linie 148 im all-

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gemeinen nur wenig von der Lage des Punktesatzes 152 auf der Linie 146 abweichen.solange die epipolaren Linien %2 und 144 und die epipolaren Linien 146 und 148 relativ dicht beieinander liegen. In den meisten Anwendungsfällen wird daher das Intervall 162 nur

wenig mehr Punkte aufweisen als zu dem Punktesatz 164 gehören. Daher identifiziert das StereokaAiergerät tO den Punktesatz 164 auf dem Stereobild 20 sehr schnell, der zu dem Punktesatz 160 auf dem Stereobild 18 konjugiert ist. Der relative Abstand zwischen konjugierten Bildteilen ändert sich von einem Teil des Bildes zu einem anderen bei den meisten Stereobildern. Das Sterejkatiergerät 10 definiert daher die Positionen der Punktsätze auf jedem neuen Paar einander entsprechender epipolarer Linien bezüglich der Positionen der Puiiktesätze auf einem zuvor korrelierten Paar epipolarer Linien. die in der Nähe der neuen Linien liegen, d.h. die Positionen der Punktesätze 142 und 146 werden zur Kontrolle der Korrelationsmessungen längs der Linien 144 und 148 benutzt. Die Lagen der Punkt-

Sätze auf den Linien 144 und 148 werden dann zur Kontrolle der Korrelationsmessungen auf den nächsten Linien längs der Stereobilder 18 und 20 herangezogen.

Da der relative Abstand von kojugierten Bildteilen sich längs der Linie in stetiger Weise ändertest es daher von Vorteil, wenn die Üildlagedaten im Speicher modifiziert werden. Dies wird durch

Interpolation zwischen den bereits gemessenen konjugierten Punktsätzen erreicht. Die Koordinaten derjenigen Punkte die bereits als konjugierte Punkte identifiziert sind, werdenauf vorgegebenen lätzen des Speicherregister 98 gespeichert und danach dem Rechner

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64 zugeführt, der diese Koordinaten zur Berechnung der X-, Y- und , Z-Koordinaten eines jeden Punktes in der tatsächlichen Szene heran⁴· zieht, der durch ein konjugiertes Punktepaar auf den Stereobildern 18 und 20 dargestellt ist. Die «fm Rechner 64 zugeführte Information ist dieselbe wie die durch irgend ein anderes Katiergerät bereitgestellt Information, nämlich die X- und Y-Koordinaten konjugierter Punkte. Die von dem Rechner 64 zws Identifizierung der Koordinaten von Punkten in der durch die Stereobilder 18 und 20 dargestellten Szene ausgeführten Rechnungen sind daher durchaus üblich.

Die oben beschriebene Bauart und die Betriebsweise des igerätes 10 kann verschiedenen Abänderungen unterworfen werden, Di© in der Fig. 5 gezeigte mechanische Verschiebeeinrichtung 166 führt Lichtpunkte über die Stereobilder 18 und 20 mit extrem hoher Ge- ' schwindigkeit. Zu der Verschiebeeinrichtung gehört ame Gruppe von ; faseroptischen lichtübertragendesi Elementen, die so angeordnet sind, daß ihre Eingangsenden einen Kreis 170 und ihre Ausgasenden eine Linie 172 definieren. Die Ausgangsenden der faseroptischen Gruppe 168 werden von einem Block 174 gehalten der auf Führungen 28 und 30 geführt ist. Die mechanische Verschiebeeinrichtung 166 Weist auch einen Lasergenerator 176 auf, der auf die Mitte des Kreises 170 ausgefluchtet ist und einen dünnen Laserlichtstrahl bereitstellt. Das aus der Laserquelle 176 austretende Laserlicht wird durch ein gebogenes fiberoptisches Übertragungselement auf di« Eingangsenden der fiberoptischen Elemente der Gruppe 168 übertra-gen, Durch die Drehung des Elementes 178 wird nacheinander Licht von

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dem Lasergenerator 176 auf die Eingangsenden der verschiedenen faseroptischen Elemente der Gruppe 168 gegeben, sodaß ein Lichtpunkt längs der Linie 172 hin und her bewegt wird. Mit dem gebogenen Element 178 ist ein Motor 180 gekoppelt,der das Element sehr

schnell drehen kann, sddaß ein Lichtpunkt sehr schnell längs der Linie 172 bewegt werden kann. Ein den Kodierern 68,70 und 72 ver-

182
gleichbarer Kodierer gibt Ausgangssignalpulse in Abhängigkeit von der Drehung des Motors 180 ab, die zur Bereitstellung eines Rückkopplungssignals zur Identifizierung der Lage eines Lichtpunktes längs der Linie 172 benutzt werden können. Wie bei der in Fig. 1 gezeigten Verschiebeeinrichtung kann der Lichtpunkt längs Fächerlinien bewegt werden.um den belichteten Punkt längs entsprechender^ epipolarer Linien von unter verschiedenen Elevationen aufgenommenen Stereobildern zu bewegen ■indem die Motoren 38 und 40 derart eingestellt werden, daß die Linie gegenüber der X-Achse des Stereokavtiergerätes eine Winkelstellung einnimmt.

Es müssen aber nicht notwendigerweise Stereobilder mit geraden epipolaren Linien vorliegen und es ist auch nicht erforderlich, !daß die Führung von Lichtpunkten über die Stereobilder so gestaltet j werden muß, daß die Lichtpunkte den entsprechenden epipolaren j

I ■ j

Linien folgen.um die Korrelationsmessung auf die Messung der Korre !lation zwischen auf den entsprechenden epipolaren Linien liegen-

den Punkten zu beschränken. In der Fig. 6 werden zwei Stereobilder

I 184 und 186 mit gekrümmten epipolaren Linien gezeigt. Gekrümmte j

epipolare Linien können z.B auf einem fotographischen Stereobild ; entstehen, das mit einer Kamera aufgenommen worden ist, deren

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Linse Verzerrungen in die aufgenommenen Bilder einführt. Zwei ge·* •krümmte epipolare Linien 188 und 190 sind auf dem Bild 184 und zwei gekrümmte epipolare Linien 192 und 194 sind auf dem Stereo- !bild 186 gezeigt, wobei die letzteren Linien den epipolaren Linien

I -

¹188 und 190 auf dem Stereobild 194 entsprechen. Verschiebeeinrichtungen wie Einrichtung 14 gemäß Fig. 1'und die Einrichtung 166 gemäß Fig. 5 können beleuchtete Punkte über die Stereobilder längs ,gerader Linien wie die Linien 196,198,200 und 202 auf dem Stereo-

I- ■

!bild 184 und längs der Linien 204,206,208,210 auf dem Stereobild 1186 verschieben. Konjugierte Punkte können dadurch identifiziert werden, daß die Intensitäten der Punkte längs mehrerer Abtastlinien auf jedem Bild aufgezeichnet werden. Die Steuereinheit 92 und der

Korrelator 94 können dann einen Punktesatz 212 längs der Abtast- ! linie 196 mit Punktesätzen längs einer Anzahl von Abtastlinien auf

dem Stereobild 186, z.B. deri Linien 204 und 206 _} vergleichen um da-!

einen ι

!durch zu dem Punktesatz 212 konjugiertemPunktesatz zu identifizieren. In ähnlicher Weise wurddein Punktesatz 214 auf der Linie 198 mit Punktesätzen auf mehr als einer Linie auf dem Stereobild 186 verglichen, um den mit dem Punktesatz' 214 konjugierten Punktesatz jauf dem Stereobild 186 zu ^identifizieren. Nach der Aufzeichnung der Positionen konjugierter Punkte auf mehreren Abtastlinien derart, daß der angenäherte Unterschied in der Krümmung zwischen den Abtastlinien und epipolaren Linien bekannt ist, kann die Steuereinheit die gespeichertenLagen der konjugierten Punktsätze dazu heranziehen, um die Korrelationsmessungen für einen Punktesatz, wio z.B. den Punktesatz 216 auf den Linien 190 und 200, auf die Messung: _;der Korrelation zwischen diesem Punktesatz und nur denjenigen

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Punktesätzen zu beschränken, die in einem Intervall 218 auf den Linien 194 und 208 des Stereobildes 186 liegen. Bin stetiger Vergleich der Punktesätze auf einer Abtastlinie mit Punktsätzen auf verschiedenen unterschiedlichen Abtastlinien ist daher nicht erforderlich, und die Krümmung der epipolaren Linien ist bekannt.

Natürlich können noch weitere Abänderungen bei der Konstruktion und der Betriebsweise des Stereokartiergerätes 10 zusätzlich zu den Abänderungen vorgenommen warden, wie sie in den Fig. 5 und 6 vorgeschlagen sind. Zum Beispiel können andere Stereokaitier geräte als die Projektionsstereokattiergeräte herangezogen werden, um die Korrelation zwischen auf korrespondierenden epipolaren Linien zweier Stereobilder liegenden Punkte zu bestimmen. Ein Projektionsstereokcutiergerät wie das Stereoka&iergerät 10 bringt zunächst zwei Stereobilder einer Szene in die gleiche relative Lage, die für die Herstellung dieser Bilder herangezogene Kameras einnehmen würden. Es ist sehr zeitraubend, um die Stereobilder körperlich in dieser W6ise zu orientieren. Es ist eine Reihe von Stereoplottern bekannt, die einen Rechner zur Simulierung dieser relativen Orientierung benutzen. Die Stereobilder selbst können in irgend beliebiger Weise ausgerichtet werden. Mathematische Überführungsgleichungen zwischen den von den Stereobildern eingenommenen Lagen und den Lagen, die die Stereobilder bei richtiger Orientierung in einem Projektionsstereokaitiergerät einnehmen würden, werden zur Steuerung der Abtastung über jedes Stereobild herangezogen. Ein Stereokattiergerät, bei dem ein Rechner für die Simulierung der richtigen Orientierung der beiden Stereobilder benutzt wird, kann eine Einrichtung zur

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Begrenzung der Korrelationsmessungen auf Punkte aufweisen, die auf entsprechenden epipolaren Linien liegen. Als Beispiel für ein im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbares Stereokavtiergerät, das kein Projektionsstereokavtiergerät ist, soll auf das in der Anmeldung P 22 09 569.8 beschriebene Stereokattiergerät verwiesen werden, bei dem weder eine mathematische noch eine physikalische Orientierung der Bilder vor der Entnahme der Koordi-! nateninformation aus diesen Bildern erforderlich ist. Die erfindungsgemäße SteuaranorUlnung für die Begrenzung der Korrelations- i messung auf die Messung der Korrelation zwischen wesentlichen auf entsprechenden epipolaren Linien zweier Stereobilder liegenden Punkten kann auch bei diesem Stereokaütiergerät Verwendung finden.

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Claims

Patentanwalt* *..«„

Dr. Ing. H. Nagendonk / Z ί) ΪΙ / O /

Dfpl. Ing. H. Haut;: - Dip! ' v.-s. yy. Srhrr'rz DIpI. Ing. E. Graeli. - Dipl. in:t W. Wehnart 8 München 2, fc'Qra.risu-ae· 25 Telefon 5380586

The Bendix Corporation
(Executive Offices

bendix Center Anwaltsakte: M-2¹+32

(Southfield, Michigan 18075, USA 6. Dezember 1972

Patentansprüche

L. Verfahren zum Bestimmen konjugierter Punkte auf Stereobildern einer Szene, wobei Punkte aus einem dreidimensionalen Bild der Szene ausgewählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stereobilder der Szene geschaffen werden, ein Lichtstrahl zum beleuchtenden Auftreffen auf die beiden Stereobilder gebracht wird, damit er durch diese moduliert wird, die Korrelation zwischen den Intensitäten des modulierten Lichtes, welches Punkte auf dem einen Stereobild darstellt, und dem modulierten Licht, welches Punkte auf dem anderen Stereobild darstellt, bestimmt wird, um konjugierte Punkte auf den beiden Stereobildern zu identifizieren, und die Korrelationsmessungen auf die Messung der Korrelation zwischen solchen Punkten beschränkt werden, die im wesentlichen auf epipolaren Linien auf beiden Stereobildern liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen auf epiolaren Linien von photografischen Stereobildern einer Szene liegende belichtete Punkte abgetastet werden wobei die Stereobilder von verschiedenen Standpunkten aus bei gleicher Elevation aufgenommen worden sind, und daß die -2-,

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Beleuchtungspunkte auf jedem Stereobild längs Linien abgetastet werden, die sich parallel zur Projektion der Verbindungslinie zwischen den Standpunkten jedes der Stereobilder auf jedes der Stereobilder erstrecken (Fig. 2),

!3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die j Beleuchtungspunkte im wesentlichen längs epigolarer Linien von photografischen Stereobildern einer Szene abgetastet werden, die von verschiedenen Standpunkten bei unterschiedlicher Elevation aufgenommen worden sind und dabei die beleuchteten Punkte auf dem einen Stereobild längs gerader Linien geführt werden, die von dem Punkt ausgehen, an dem die die Standpunkte eines jeden Stereobildes verbindende gerade Linie die Ebene des einen Stereobildes schneidet und die beleuchteten Punkte auf dem anderen Stereobild längs gerader Linien abgetastet werden, die von dem Punkt ausgehen, an dem eine die Standpunkte der beiden Stereobilder verbindende gerade Linie die Ebene des anderen Stereobildes schneidet (Fig. 3).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsmessung zwischen den Intensitäten des modulierten Lichtes, welches Punkte auf dem einen und dem anderen der Stereobilder darstellt, zur Identifizierung konjugierter Punkte auf den beiden Stereobildern in der Weise durchgeführt wird, daß die Korrelation zwischen den durch einen Punktsatz auf einer epipolarer Linie auf einem der Stereobilder modulierten Lichtintensitäten und den durch eine Vielzahl von Punktsätzen

- I

auf einer entsprechenden epipolaren Linie auf dem anderen Sterec bild modulierten Lichtintensitäten erfolgt, um den Punktsatz _Q

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längs der epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild zu identifizieren, der eine maximale Korrelation zu dem Punktsatz auf der epipolaren Linie auf dem einen Stereobild besitzt, wobei eine Maximalkorrelation zwischen Punktsätzen aus konjugierten Punkten erreicht wird. j

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage eines ersten Punktesatzes auf einer ersten epipolaren Linie auf dem einen Stereobild aufgezeichnet und die Lage des

: ' ■ ■ f

zu dem ersten Punktesatz konjugierten Punktesatz aufgezeichnet wird, wobei der Punktesatz auf einer entsprechenden oder ' ersten epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild liegt. i

¹ j

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Korrelationsmessung für einen in einer Position auf einer zweiten epipolaren Linie des einen Stereobildes liegenden zweiten Punktesatz, der der Lage des einen Punktesatzes auf der ersten epipolaren Linie auf dem einen Stereobild entspricht, erreicht wird, indem eine Begrenzung auf eine Messung der Korrelation zwischen dem zweiten Punktesatz und den nur auf einem Teil einer zweiten epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild liegenden Punktesätzen erfolgt, wobei der Teil der zweiten epipolaren Linie eine Lage auf der zweiten epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild einschließt, die der Lage des konjugierten Punktesatzes längs· der ersten epipolaren Linie auch dem anderen Stereobild entspricht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennüeichf net, daß die Begrenzung der Korrelationsmessung für einen __,

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zweiten auf der ersten epipolaren Linie liegenden Punktesatz erreicht wird, indem eine Begrenzung auf eine Messung der Korrelation zwischen dem zweiten Punktesatz und den Punktesätzen

erfolgt, die nur auf einen Teil der entsprechenden epipolaren Linie liegt, wobei der Teil die Position einschließt, die von dem konjugierten Punktesatz einen Abstand aufweist, der gleich dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Punktesatz auf der ersten epipolaren Linie ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen des zweiten Punktesatzes und des zu dem zweiten Punktesatz konjugierten Punktesatz aufgezeichnet werden und daß die Begrenzung der Korrelationsmessungen für einen dritten Punktesatz, der auf der epipolaren Linie liegt, dadurch erzielt wird, daß die aufgezeichneten Positionen des zweiten Punktesatzes und der zu diesem zweiten Punktesatz konjugierten Punkte benutzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beleuchteten Punkte über die beiden Bilder längs Linien geführt werden, die einen Winkel mit wenigstens einem Teil der epipolaren

ι Linien auf den Stereobildern einschließen, daß die Begrenzung für einen auf einem ersten Teil einer epipolaren Linie auf dem einen Stereobild liegenden ersten Punkt dadurch eine Messung der Korrelation zwischen dem ersten Punkt und solchen Punkten erreicht wird, die auf einer ersten über das andere Stereobild

< führenden Abtastlinie liegen, und daß die Begrenzung der Korrelationsmessungen für einen auf einem zweiten Teil der epipolarer Linie liegenden zweiten Punkt durch Messung der Korrelation _₅ '

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zwischen dem zweiten Punkt und solchen Punkten erreicht wird, die auf einer zweiten über das andere Stereobild führenden Abtastlinie liegen, wobei alle diejenigen Punkte, die zu den auf der epipolaren Linie auf dem einen Stereobild konjugiert sind, auf einer entsprechenden epipolaren Linie auf dem anderen Stereobild liegen und wobei die erste Abtastlinie längs einem ersten Teil des anderen Stereobildes der entsprechenden epipolaren Linie

ι benachbart ist und wobei die zweite Abtastlinie längs einem , zweiten Teil des anderen Stereobildes der entsprechenden epipolaren Linie benachbart ist.

10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen eines jeden konjugierten Punktepaares

! zur Berechnung der X-, Y- und Z Koordinaten eines jeden Punktes

in der Szene verwendet werden, der durch ein identifiziertes

Paar konjugierter Punkte dargestellt ist. I

!.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (12;176) kohärenten Lichts auf einer beweglichen Verschiebeeinrichtung (m;166) derart gelagert ist, daß sie einen kohärenten Lichtstrahl auf zwei von einer Anordnung (16) gehaltene Stereobilder (18,20) lenkt und dieser durch die Stereobilder modulier-[ bar ist, daß jedes Stereobild in der Anordnung (16) um drei j orthogonale Achsen drehbar und die relative Elevation der j

Bilder veränderbar ist, daß das Licht von den Stereobildern (18,,

20) empfangende Fotomultiplier (58,60) vorgesehen sind, die das ; ^! Licht in elektrische Signale umwandeln, und daß eine elektrische

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Schaltungsanordnung (22) für den Empfang und die Verarbeitung der elektrischen Signale vorgesehen ist, zu welcher ein Steuer- ■ signale erzeugender Rechner (64) und ein Verschiebesteuerkreis _{ (66) für die Übertragung der Steuersignale auf Servomotoren (36,38,40) gehören, die auf die Position der beweglichen Ver-r schiebeeinrichtung (14;166) einwirken.

12.Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (16) für jedes Stereobild eine am Projektionsmittelpunkt eines jeden der beiden Stereobilder (18, 20) angeordnete Linse (46) zur Fokussierung des aus der Lichtquelle C12) austretenden Lichtes auf jedes der Stereobilder und eine Fresnel-Linse (62) aufweist, die der Sammlung des durch das Stereobild hindurchgetretenen Lichtes auf den zugeordneten Multiplier (58,60) dient, j

JL3.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltungsanordnung (22) eine Steuereinheit (92) für die Steuerung der Weitergabe der elektrischen. Signale zu einem Korrelator ('94) aufweist, der die Korrelation zwischen den empfangenen Signale bestimmt.

:L4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Speicherregister oder Memories (88,90) zwischen den Fotomultipliern (58,60) und der Steuereinheit (92) angeordnet sind und daß mit dem Ausgang des Korrelators (94) eine Maximum-Bestimmungseinheit (96) verbunden ist, welche immer dann ein Aus gangs signal abgibt, wenn ein Signal empfangen wird, das größelr als die "zuvor empfangenen Signale ist.

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15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis IH, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximumspeicherregister (98) mit dem Ausgang der Maximum-Bestimmungseinheit (96) für die Speicherung der

Koordinaten eines jeden Punktepaares auf den Stereobildern (18,20) in bestimmten Speicherplätzen verbunden ist, welche

Punkte als zueinander konjugiert durch den Korrelator (94) und die Maximum-Bestimmungseinheit (96) identifiziert worden sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Servomotoren (36, 38,HO) ein Kodierer (88; 70; 72) zur Abgabe von Signalimpulsen in Abhängigkeit von der Drehung der Motoren zugeordnet sind und die Ausgangsimpulse Zählern (74,76,78) zugeleitet werden, die Rückkopplungssignale für den Verschiebesteuerkreis (66) abgeben.

17. Anordnung nach Anspruch 11 oder einem der Ansprüche 13 bis 16, ₍ dadurch gekennzeichnet, daß die Stereobilder (18, 20) in Gehäusen (42 bzw. 44) derart angeordnet sind, daß der Projektionsmittelpunkt eines jeden Stereobildes in der Mitte eines Rings ; (46) liegt, der die Basis des Gehäuses bildet und eine Linse j. (56) trägt, die das aus der Quelle (12j 166) austretende Licht auf einen Punkt des Stereobildes fokussiert.

18. Verfahren nach Anspruch 11 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Verschiebeeinrichtung (14) die Lichtquelle (12; 166) in einer Bezugsebene bezüglich der Stereobilder (18, 20) bei Betrieb der Servomotoren (36,38,40) verschiebt.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 18, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lieht-, punkte längs der von verschiedenen Standpunkten bei gleicher ; Elevation aufgenommenen Bilder verschiebbar sind, wobei die Bilder (18, 20) richtig orientierbar sind, und die Lichtquelle (12, 16 6) längs Linien bewegbar ist, die sich parallel zur Projektion einer Verbindungslinie der Projektionsmittelpunkte der beiden Stereobilder (18,20) auf diejenige Ebene erstrecken, in der die Lichtquelle bewegbar ist. ι

20. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 18 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtpunkte längs entsprechender epipolarer Linien auf von unterschiedlichen Standpunkten bei unterschiedlicher Elevation aufgenommenen Bildern bewegbar sind., wobei die Bilder (18,20)

i richtig orientierbar und die Lichtquelle (12, 166) längs Linien bewegbar ist, die von dem Punkte ausgehen, an der die Verlänprung einer die Projektionsmittelpunkte der beiden Bilder verbindenden Linie diejenige Ebene schneidet, in der die Licht4 quelle bewegbar ist. i

21. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung (166) eine Gruppe (168) von faseroptischen lichtübertragenden Elementen aufweist, die derart angeordnet sind, daß ihre Eingangsenden einen Kreis (170) und ihre Ausgang-senden eine Linie (172) bestimmen und dass ein gebogenes und bewegliches faseroptisches Licht übertragendes Element (178) | für die Übertragung von Licht von der kohärenten Lichtquelle I

(176) zu den Eingangsenden der Gruppe (168) der Reihenfolge _Q '

— y ™*

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nach vorgesehen ist.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Servomotor (180) für die Drehung des lichtübertragenden Elementes (178) und ein Kodierer (18 2) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Drehung des Motors (180) Ausgangssignalimpulse abgibt, um ein Rückkopplungssignal zur Identifizierung der Position eines Lichtpunktes auf der Linie (172) abzugeben.

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