DE2425986B2

DE2425986B2 - Stereokomparator

Info

Publication number: DE2425986B2
Application number: DE19742425986
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 4401 Roxel Frobin; Eberhard Dipl.-Phys. Dr. 4400 Muenster Hierholzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-30
Filing date: 1974-05-30
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2425986A1; DE2425986C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Stereokomparator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Stereokomparator besteht üblicherweise aus einer Einrichtung zur zweiäugigen Betrachtung der beiden stereoskopischen Teilbilder, die dabei zu einem Raumbild verschmelzen, in welches eine allseits im Räume verschiebliche Meßmarke eingespiegelt wird. Zur numerischen Auswertung der Bilder können die Verschiebungen der Meßmarke an Skalen abgelesen, über Meßwandler auf Datenträger übertragen oder über ein Interface in einen Rechner eingegeben werden.

Mittels der auf andere Weise bestimmten inneren und äußeren Orientierung des Stereobildpaares ist dann die Rekonstruktion eines dreidimensionalen Modells des vermessenen Gegenstands nach den bekannten Methoden der Stereophotogrammetrie möglich. Nachteilig ist dabei, daß die Vermessung eines räumlichen Gegenstands nur punktweise möglich ist Ein solches Meßverfahren ist daher sehr zeitaufwendig.

Eine andere Einrichtung zur Auswertung von Stereobildpaaren ist unter dem Namen Stereoskiagraph nach Hasselwander bekanntgeworden (vergleiche z. B. DT-PS 10 24 256). Dieses Gerät ist ähnlich dem Stereokomparator aufgebaut, jedoch kann anstelle einer Meßmarke ein Zeichenblatt, plastische Modelliermasse oder ein vorgeformter Modellkörper in das Raumbild gebracht werden. Die Auswertung erfolgt dann durch Nachzeichnen oder Nachmodellieren der Raumbildstrukturen oder dadurch, daß der vorgeformte Modellkörper mit der entsprechenden Raumbildstruktur zur Deckung gebracht wird.

Auch dieses Auswertungsverfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Der Auswertungsvorgang ist zwar anschaulicher als bei der Vermessung von Einzelpunkten mit dem Stereokomparator, ist aber ebenfalls mühsam und zeitaufwendig, da von Hand gezeichnet oder modelliert werden muß. Verwendet man einen vorgeformten Modellkörper, so ist eine differentielle Anpassung an die Raumbildstruktur im allgemeinen nicht möglich. Ferner liegt als Ergebnis der Auswertung normalerweise kein Zahlenmaterial vor, sondern nur eine Zeichnung oder ein Modell, an denen weitere Messungen erforderlich sind.

Ein weiterer Nachteil der Auswertung n~.it dem Stereokiagraphen ist die Voraussetzung der Tautomorphie des Raumbildes, d. h. das Raumbild muß die gleiche Geometrie haben wie der aufgenommene Gegenstand seibst Tautomorphie ist gegeben, wenn die innere und äußere Orientierung des Stereobildpaares im Aufnahmegerät und im Betrachtungsgerät übereinstimmen; insbesondere müssen Stereobasis, Kammerkonstante und Zentrierung der Stereo-Teilbilder bei Aufnahme und Auswertung identisch sein. Diese Forderung ist aber in der Regel nicht erfüllbar: bei sehr großer oder sehr kleiner Kammerkonstanten stößt die Konstruktion

is des Auswertungsgeräts auf Schwierigkeiten, ebenso wenn Aufnahmen mit unterschiedlicher Aufnahmegeometrie ausgewertet werden sollen. Ferner ist eine gleiche Stereobasis bei Aufnahme und Auswertung wegen des unterschiedlichen Augenabstands verschiedener Beobachter nicht möglich und darüber hinaus auch nicht wünschenswert, da durch Vergrößerung der Stereobasis das Tiefenauflösungsvermögen des Aufnahmegeräts erhöht werden kann. Schließlich verbietet die Forderung der Tautomorphie die Auswertung nicht zentrierter Stereobilder, was abeV z. B. bei Ausschnittsvergrößerungen notwendig sein kann. Selbst die schwächere Forderung der [somorphie, d.h. der geometrischen Ähnlichkeit des Raumbildes mit dem aufgenommenen Gegenstand, läßt sich nur erfüllen, wenn die Stereobilder zentriert betrachtet werden und wenn bei abweichender Kammerkonstanten des Aufnahmegeräts die Bilder durch entsprechende maßstäbliche Verkleinerung oder Vergrößerung an das Auswertungsgerät angepaßt werden. Die Auswertung eines isomorphen Raumbildes hat den Nachteil, daß das rekonstruierte Modell nicht in natürlicher Größe vorliegt.

Schließlich liegen beim Stereoskiagraphen nach Hasselwander und bei ähnlichen Geräten die beiden Stereo-Teilbilder im allgemeinen in einer anderen Entfernung zum Beobachter als der in das virtuelle Raumbild gebrachte Körper. Dies kann die Bildauswertung aus Gründen zu geringer visueller Tiefenschärfe erschweren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stereokomparatoir zu schaffen, der die beschriebenen Nachteile vermeidet und eine schnelle und genaue Vermessung räumlicher Gebilde nach Stereobildern ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst

In der Ausführungsform nach Anspruch 2 können zwei getrennte Bildschirme für die Darstellung des Modellkörpers vorgesehen sein. Dadurch können Einzelbildschirme mit relativ kleinen Abmessungen eingesetzt werden.

Die Anpassung des rechnerisch simulierten Modellkörpers an die Raumbildstrukturen und damit deren Vermessung kann in einfacher Weise durch interaktive Dateneingabe in den Rechner und durch entsprechende Gestaltung des Rechenprogramms vorgenommen werdein. Insbesondere ist eine beliebige differentielle Veränderung des Modellkörpers möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei die Schnelligkeit und Flexibilität der rechnergesteuerten Simulation im Vergleich zu mechanisch-optischen Verfahren. Die Auswertungsergebnisse liegen durch die bei der Simulation verwendeten Parameter unmittelbar zahlenmäßig vor.

Weiterhin kann das simulierte Stereobildpaar des Modelikörpers stets in der gleichen Projektionsgeome-■Tie berechnet und dargestellt werden, in der die zu vermessende Stereoaufnahme angefertigt wurde. Dadurch ist eine geometrisch richtige Überlagerung von Modellkörper und Raumbild möglich, und zwar unabhängig von der Geometrie des Betrachtungsapparates. Es ist daher nicht von Bedeutung, ob der Beobachter das Raumbild tautomorph sieht, da etwaige Verzerrungen das Raumbild und den Modellkörper in gleicher Weife betreffen und daher keine Meßfehler verursachen können.

Schließlich ist auch eine optisch exakte Überlagerung von Modellkörper und Stereobild durch Verwendung ebener Bildschirme möglich. Bildschirm und Stereobildpaar können daher vom Beobachter in gleicher Entfernung gesehen werden, so daß keine Probleme der visuellen Tiefenschärfte auftreten können.

Der verwendete Modellkörper kann ein einfacher geometrischer Körper sein; es ist jedoch durch entsprechende Gestaltung des Rechenprogramms leicht möglich, einen komplexen Modellkörper erst im Verlauf einer Messung sukzessiv aus einzelnen Teilgebilden zusammenzusetzen.

Die zu untersuchenden stereoskopischen Bilder können entweder photographisch angefertigte Bilder sein, aber auch Zeichnungen, Fernsehbilder etc.; ferner ist es möglich, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiterer optischer Hilfsmittel, räumlich angeordnete Gegenstände direkt, also ohne den Umweg über einen Bildträger zu vermessen.

F i g. 1 und F i g. 2 zeigen Beispiele für die Realisierung des vorgeschlagenen Stereokomparators. Die Ausführung nach F i g. 1 ermöglicht die Vermessung stereoskopischer Bilder, die Ausführung nach Fig.2 dient zur Untersuchung räumlicher Gegenstände.

In der Ausführung nach Fig. 1 werden die beiden Stereo-Teilbilder 1,2 über die teildurchlässigen Spiegel 5, 6 mittels der Okulare 7, 8 betrachtet Das vom Prozeßrechner auf dem Bildschirm ΐθ erzeugte

ίο Stereobildpaar 3, 4 des Modellkörpers wird durch die teildurchlässigen Spiegel 5,6 hindurch ebenfalls mit den Okularen 7, 8 betrachtet Die Trennwand 9 erleichtert die stereoskopische Betrachtung der beiden Bildpaare.

Nicht dargestellt sind Einrichtungen zur Anpassung des Okularabstands an den Augenabstand sowie zusätzliche Umlenkspiegel, die gegebenenfalls zur Betrachtung größerer Bildfelder erforderlich sind.

In der Ausführung nach Fig.2 werden von den Objektiven 13,14 reelle Bilder 17, 18 eines entfernten

Gegenstands über die Umlenkspiegel 15, 16 und die teildurchlässigen Spiegel 5,6 in der Ebene 12 entworfen. Das von Prozeßrechner auf dem Bildschirm 10 erzeugte Stereobildpaar 3, 4 wird vom Objektiv 11 durch die teildurchlässigen Spiegel 5, 6 hindurch in geeignetem Maßstab in die Ebene 12 abgebildet In der Ebene 12, die zweckmäßigerweise als Mattscheibe oder Fresnellinse ausgebildet wird, überlagert sich das Stereobildpaar 17, 18 des Gegenstands mit dem Stereobildpaar 19,20 des Modellkörpers. Beide Bildpaare werden mit den Okularen 7, 8 betrachtet Die Trennwand 9 erleichtert die stereoskopische Betrachtung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stereokomparator zur Vermessung räumlicher Gebilde nach Stereobildern mit einer Einrichtung zur zweiäugigen Betrachtung der beiden stereoskopischen Teilbilder, die zwei gegen die Betrachtungsrichtung geneigte teildurchlässige Spiegel enthält, welche einerseits die Stereo-Teilbilder in die Betrachtungsrichtung spiegeln und es andererseits ermöglichen, die Bilder eines oder mehrerer Modellkörper zu betrachten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stereobildpaar (3, 4) des Modellkörpers mittels eines Prozeßrechners erzeugbar, auf einem Bildschirm (10) darstellbar und mit den Stereo-Teilbildern (1,2; 17,18) überlagerbar ist, wobei das Stereobildpaar (3, 4) des Modellkörpers durch Manipulation des Rechners an den in den Stereobildern (J, 2; 17,18) dargestellten Gegenstand anpaSbar ist

2. Stereokomparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Bildschirme für die Darstellung der beiden Stereo-Teilbilder (3, 4) des Modellkörpers vorgesehen sind.