DE2506325A1

DE2506325A1 - Anordnung zur steuerung von luftbildaufnahmekameras

Info

Publication number: DE2506325A1
Application number: DE19752506325
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Prof Dr Pohl; Otto Dr Weibrecht; Ulrich Dipl Phys Wiesenburg
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1974-05-13
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1975-11-27
Also published as: DD113809A1; US3997795A; CH576626A5

Description

JENOPTIKJHNA GmbH ο cn ο ο π

12. 2. 1974 Anordnung zur Steuerung von Luftbildaufnahmekameras

Die Erfindung "betrifft- eine Anordnung zur Steuerung von Luftbildaufnahmekameras, bei der ein Objektiv das überflogene Gelände auf eine Projektionsfläche abbildet und aus Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung des Bildes auf der Projektionsfläche das Bildfolgeintervall, die Abtrift und/oder aus den Schwärzungsunterschieden die Belichtungszeit für die Einstellung der Luftbildaufnahmekamera ermittelt und auf diese übertragen wird.

Die gebräuchlichen Anordnungen dieser Art ermöglichen die manuelle und kontinuierliche Überwachung und Korrektur der Abtrifteinstellung, der Belichtungszeiteinstellung und des Bildfolgeintervalls. Die Überwachung und Korrektur dieser Bestimmungsgrößen muß im Bildflugzeug unter erschwerenden UmweItbedingungen, insbesondere bei tiefen Temperaturen erfolgen, weshalb optimale Bildflugergebnisse nur erzielbar sind, wenn die Einstellungen gleichzeitig und zentral vom Steuergerät durchgeführt werden. Wegen der Anzahl der vorzunehmenden Einstellungen und der Notwendigkeit manueller Eingriffe ist bei den meisten bekannten Steuergeräten die gleichzeitige Vornahme aller Einstellungen nicht möglich. Man hat daher schon versucht, einen Teil der vorzunehmenden Überwachungen, Korrekturen und Einstellungen, insbesondere die das Bildfolgeintervall oder die Abtrift und den Bildwanderungsausgleich betreffen, zu automatisieren, um dadurch die manuellen Einstellungen zu reduzieren und die Gleichzeitigkeit aller Einstellungen zu gewährleisten. Jedoch konnte bisher die manuelle Einstellung mit ihren Unbequemlichkeiten und Unzulänglichkeiten nicht gänzlich

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vermieden werden, und die Teilautomatisierung bedarf in ihrer bekannten Form erheblicher Aufwendungen zur Ermittlung der Ausgangswerte für die Korrekturen. Es v/erden Elektronenstrahlröhren oder Vidikons und elektronische Speicherröhren mit dem zugehörigen Verarbeitungsaufwand zur Ermittlung der Korrekturwerte in analoger Form benutzt. Zur Erreichung des gewünschten Bildfolgeintervalls oder der gewünschten' Überdeckung müssen Getriebeteile im Antriebsmechanismus der Luftbildkamera manuell ausgetauscht werden.

Durch die Erfindung sollen die Mangel der bekannten Anordnungen umgangen werden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung einer Luftbildaufnahmelcamera zu schaffen, die sämtliche Korrekturwerte für die Einstellung der Luftbildaufnahmekamera mit geringstmöglichem Aufwand digitalisiert, ohne wesentliche manuelle Arbeit automatisch zu ermitteln gestattet und die in die Luftbildkamera selbst eingebaut sein kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Projektionsfläche zumindest teilweise von einer digitalen Fotoempfängermatrix bedeckt ist, daß mit der digitalen Fotoempfängermatrix eine Informationsbearbeitungsstufe verbunden ist, die die in der Fotoempfängermatrix erzeugten Signale aufnimmt und nach einem vorgegebenen Programm verarbeitet, und daß mindestens eine Ausgabeeinheit vorgesehen ist, die die verarbeitenden Signale der Luftbildaufnahmekamera zuleitet, Dabei kann die Projektionsfläche zwei Fotoempfängermatrizen in einem Abstand voneinander tragen, der von der gewünschten Korrektionsgenauigkeit abhängt.

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Die Fotoempfängermatrizen sind zellenförmig ausgebildet und im •wesentlichen rechtwinklig zur Plugrichtung gerichtet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die gesamte Projektionsfläche von einer Potoempfängermatrix erfassen zu lassen, von der zwei nicht benachbart liegende, zueinander parallele Teile zur Ermittlung der Korrekturwerte für die Kameraeinstellung dienen, die es aber im übrigen gestattet, das durch das Kameraobjektiv projezierte Luftbild digitalisiert zu erfassen. Diese Art der Luftbildaufnahme hat den überaus großen Vorteil, daß die bei Filmkameras auftretenden, von der Abbildungsoptik und vom PiIm' herrührenden Pehler ausgeschaltet sind_a Die vollautomatische und gleichzeitige Ermittlung und Berücksichtigung des Bildfolgeintervalls, der Abtrift, der Belichtungszeit und der Bildwanderung entlastet nicht nur den Bildflieger während des Bildfluges, sie schafft gleichzeitig die "Voraussetzungen dafür, daß er seine ganze Aufmerksamkeit auf die zentrale Überwachung des Luftbildaufnahmesystems richten und seine navigatorischen Aufgaben besser erfüllen kann. Perner ergibt sich eine instrumenteile Vereinfachung dadurch, daß der Bildwinkel der Aufnahmekamera und das gewünschte Überdeckungsverhältnis nicht getrennt an zwei mehrstufigen Getrieben, sondern an einem einzigen Multiplikator berücksichtigt werden können. Die digitalen Potoempfangermatrizen werden bei der vorliegenden Erfindung als Meß- und Abtastelemente verwendet. Sie stellen außerdem Sensoren für die digitale Bildkorrelation und den elektronischen Kontrastausgleich dar.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 das Blockschaltbild einer Steueranordnung, Mg. 2 die Projektionsfläche einer Steueranordnung, Fig. 3 das Blockschaltbild einer Steueranordnung, die mit einer Luftbildaufnahmekamera verbunden ist, Fig. 4 das Blockschaltbild einer"Steueranordnung, die

mit Mitteln zum elektronischen Kontrastausgleich gekuppelt ist.

In Fig. 1 sind auf einer Projektionsfläche 1 zwei digitale Fotoempfängermatrizen 2; 3 angeordnet. Die Projektionsfläche 1 befindet sich in der Bildebene eines Objektivs 4, das aus Darstellungsgründen neben die Projektionsfläche 1 gezeichnet ist, tatsächlich, aber über oder unter der Projektiossflache 1 (Zeichenebene) angeordnet ist. Ein durch das Objektiv STif der Projektionsflache 1 erzeugtes, nicht dargestelltes Bild bewegt sich infolge des Fluges des gesamten, hier beschriebenen Systems in Richtung eines Pfeils 5 von der Matrix 2 zur Matrix 3. Dabei v/erden vom gleichen Bilddetail zunächst in der Matrix 2 und danach in der Matrix 3 optische Signale in elektrische umgewandelt· Eine Ansteuereinheit 6 fragt die Matrizen 2| 3 nach den erzeugten Impulsen ab und gewährleistet, daß die Impulse su einem Verzögerungsglied ? gelangen, wo die Impulse jeder Matrix, da sie im wesentlichen gleichzeitig am Matrizenausgang anliegen, gegeneinander verzögert werden. In einem Speicher 8 wird die aus der Matrix 2 herrührende Signalfolge Sg zur späteren Weiterleitung an einen Korrelator 9 gespeichert. Die Signalfolge 3, der Matrix 3 gelangt unmittelbar in den

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Korrelator 9, wo sie ständig mit der gespeicherten Signalfolge Sp verglichen und.die Verschiebung f der Signalfolgen des Bildes und der Xorrelationsfaktor J*vC& ermittelt v/erden. Dem Korrelator 9 ist ein Analysator 10 nachgeordnet, in dem der maximale Wert .f___ des Korrelationsfaktors J*τΛ*£) sowie der dazugehörige Zeitpunkt als Zählergebnis bestimmt werden. Mach der Bestimmung des maximalen Korrelationsfaktors P wird der Speicher 8 gelöscht und über die Verbindung des Analysators 10 zur AnSteuereinheit 6 der Abfragezyklus für die Matrizen 2 und 3 neu eingeleitet. Mit dem Korrelator 9 und dem Analysator 10 ist ein Summierglied 11 verbunden, in dem die Summe Ij aus dem vom Korrelator 9 ermittelten Wert T* und einem Wert *X* ermittelt werden, der aus dem maximalen Korrelationsfaktor 9_ma^. abgeleitet ist. In einem an das Summierglied 11 angeschlossenen Mittelbilder 12 v/erden die Summenwerte ^f über einen im wesentlichen durch Plughöhe, Aufnahmebrennweite und Pluggeschwindigkeit bestimmten Zeitraum T^ zu einem Mittelwert TT gemittelt. Vom Mittelbilder 12 gelangt der gemittelte Summenwert ^ in einen Impulsgeber 13, der in Abhängigkeit vom Summenmittel XT einen Impuls zum Betrieb eines Stellmotors 14 abgibt. Gleichzeitig damit wird der durch die Ansteuereinheit 6 bewerkstelligte Abfragezyklus für die Matrizen 2 und 3 unterbrochen und der Speicher 8 gelöscht. Diese Unterbrechung dauert an, solange der Stellmotor 14 wirksam ist. Der Stellmotor 14 wirkt über ein Getriebe 15 auf den Träger 16 einer Kamera 17 ein, er verdreht den Träger in einer zur Zeichenebene parallelen Ebene. Damit wird die Abtrift

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automatisch korrigiert.

Befinden sich gemäß Fig. 2 auf der Projektionsfläche 1 die beiden Potoempfangermatrizen 2; 3, von denen jede aus vier Zeilen zu je 50 Elementen besteht, so kommt es bei der Abtriftbestimmung darauf an, daß ein Bilddetail, das beispielsweise in der ersten Zeile der Matrix 2 das Element 23 passiert, auch das gleiche Element der vierten Zeile der Matrix 3 passiert daß sich also das Bilddetail nur irf der Spalte 23 der Matrizen 2 und 3 bewegt. Ein Auswandern des Elements aus der Spalte hat ein Signal zur Folge, das ein Ingangsetzen des Stellmotors und damit eise Abtriftkorrektur bewirkt. Es ist also von Bedeutung, ob, in welchem Maße und In v/elcher Richtung die Signalfolge der Matrizen 2 und 3 gegeneinander verschoben sind und in welcher Zeile die Korrelation festgestellt wurde, weil darin die zu korrigierende Abtrift zum Ausdruck kommt.

In FIg, 1 ist an den Analysator 10 eic v/eiterer Mittelbilder 18 angeschlossen, In dem die Zählwerte ζ aus üen abgefragten Fotoempfängermatrizen 2; 3 über einen Zeitraum T,, gemittelt und ihr Mittelwert ζ in einen Multiplikator 19 gegeben wird. In einem Umrechner 20 wird aus dem Summenmittel entsprechend dem Abtriftwinkel oC der coscc geformt und ebenfalls dem Multiplikator 19 zugeleitet. Schließlich wird ein für ^eden Bildflug konstanter Korrekturfaktor k = f (c_K, p, ^? ) über einen Drehschalter 21 in den Multiplikator 19 eingeführt. *φ Ist die Zählfrequenz der Ansteuereinheit 6. Der Korrekturfaktor Ist van der gegebenen Kammerkonstanten c_K und dem gewünschtes Überdeckungsverhältnis abhängig und kann einer

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gebräuchlichen Tabelle entnommen werden. Das Multiplikationsergebnis 4t - k»z«cosoc wird einein Impulsgeber 22 zugeführt, der nach der berechneten Zeit ßt einen Impuls an Betätigungsmittel 24 des Verschlusses 25 der Kamera 17 abgibt. Das Funktionsprinzip der automatischen Ermittlung des Bildfolgeintervalls bzw. zur automatischen Regelung der Überdeckung besteht darin, daß zv/ei Signale zweier verschiedener Zeilen der Matrizen 2 und 3 auf Korrelation untersucht werden mit dem Ziel, die Zeit zu bestimmen, in der ein Bildstreifen, der auf die eine Zeile abgebildet wurde, zur anderen Zeile gewandert ist. Zur Belichtungszeitregelung v/erden aus den Signalfolgen S₂ und S- beider Matrizen 2 und 3 in Fig. 1 die maximalen und minimalen Spannungswerte in einem Extremwertbilder 26 analysiert, der zu diesem Zweck durch Impulse, die vom Impulsgeber 22 herkommen, gestartet und gestoppt wird. In einem Rechner 27 wird der Quotient aus den Extremwerten der Bildhelligkeiten ^E _mj__n/^E _max ^der verschiedenen Bilddetails gebildet. In einem Korrekturglied 28 wird ein über einen Drehschalter eingegebener, einer Tabelle entnommener Belichtungswert H in Abhängigkeit vom Quotienten ^i /E korrigiert. Ein Belichtungsregler 30 ermittelt nach der Beziehung log t = H-logE die Belichtungszeit t und gibt den entsprechenden Impuls an den Drehzahlregler 31 der Lamellen des Verschlusses 25 ab. Der mittlere Zählwert ζ aus dem Mittelbilder 18 kann auch zum automatischen Bildwanderungsausgleich verwendet werden. Ein Bildwanderungsausgleich ist bei längeren Belichtungszeiten

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notwendig, um Unscharfen des Bildes während der Aufnahme zu vermeiden, die infolge der Flüggeschwindigkeit und damit des Wandern des Bildes in der Bildebene im Belichtungszeitraum entstehen. Dazu ist während des Belichtungsvorganges dem Kameraobjektiv (nicht dargestellt) relativ zur Bildebene oder der Kamerabildebene relativ zum Objektiv eine Bewegung zu erteilen, deren Geschwindigkeit mit der Bildwanderungsgeschwindigkeit übereinstimmt. Auf diese Weise wird erreicht, daß während des Belichtungsvorganges trotz der Bewegung der Aufnahmekamera entsprechend der Geschwindigkeit des BiMflugzeuges über Grund die abgebildeten Bildpunkte in· der Bildebene als Punkte erscheinen. Da die Zählergebnisse ζ mit bekannter Frequenz ermittelt wurden, sind sie einer Zeitmessung gleichzusetzen. Werden daher der Zählwert I aus dem Mittelbilder 18, das Ergebnis cos«, des Umrechners und die über Drehschalter 32 einzugebende Konstante

c = -sA- · s · V = 2{v) in einen Divisionsrechner oder allge-¹St

mein in einen Multiplikator 33 eingegeben, so kann dieser die

^fF a , v>

Geschwindigkeit ¥„ - ψ—~ * — od^r eine entsprechend

St

umgeformte Information zur Steuerung eines Schrittmotors 34 berechnen„ Hierbei sind s der Abstand der Matrizen 2 und 3 voneinander« y die Zählfrecmenz und f^j f^, die Brennweiten der Objektive von Luftbildaufnahmekamera 1? und Steuergerät*· Der Impulsgeber 22 gibt einen Impuls an den Multiplikator 33 ab, so daß dessen Informationen an den Schrittmotor 34 in der Luftbildaufnahmekamera 17 gegeben werden, der für die

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Relativbewegung zwischen Bildebene und Objektiv im Moment der Verschlußauslösung sorgt. Tn der Zeichnung sind aus Gründen der einfacheren Darstellung der Schrittmotor 34 und die Luftbildaufnahmekamera getrennt voneinander gezeichnet·

In Pig. 3 ist in einer Luftbildaufnahmekamera 35 einem Aufnahmeobjektiv 36 mit der optischen Achse 0-0 eine Projektionsfläche 37 zugeordnet, die von einer Fotoempfängermatrix bedeckt ist, von der Ausschnitte 38; 39 Signale für die automatische Steuerung der Abtriftkorrektur, des Bildfolgeintervalls und des Bildwanderungsausgleichs abgeben und die in ihrer Gesamtheit zur digitalen Erfassung des Bildinhalts dient.

Die Projektionsfläche 37 und die mit ihr übereinstimmende Fotoempfängermatrix sind in der ^eichenebene und das Aufnahmeobjektiv 36 ist aus Darstellungsgründen mit seiner optischen Achse 0-0 parallel dazu angeordnet. Eine bereits aus Fig. 1 bekannte Ansteuereinheit 40 steuert durch Impulse die Fotoempfänger■ matrix 37 bzw. deren Ausschnitte 38 und 39. Der Start der Ansteuereinheit 40 löst gleichzeitig den Start eines programmgesteuerten Zählers 41 (auch Fig. 4) aus, der über den Schalter 42 und ein Verzögerungsglied 43 mit der Matrix 37 verbunden ist. Über das Verzögerungsglied 43 und den Schalter 42 werden die an den Matrizenausgängen anliegenden Lage- und GrauwertSignaIe zu einem Speicher 44 zur digitalen Aufzeichnung des gesamten Bildinhalts geleitet. Gleichzeitig erhält auch der programmgesteuerte Zähler 41 diese Signale zur automatischen Steuerung der Luftbildaufnahmekamera 35, zu der das Objektiv 36 und die Matrix 37 gehören. Der Zähler 41 sorgt dafür, daß der Schal-

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ter 42 nach Abschluß der Befragung der gesamten Matrix 37 in Richtung des Speichers 44 geschlossen wird. Damit wird die Bildaufzeichnung im Speicher 44 angehalten, und es werden nur noch Impulse zum Zähler 41 weitergeleitet. Dieser Zähler 41 gewährleistet die Weiterleitung der Informationen aus dem Ausschnitt 38 und die Öffnung und Schließung eines dem Zähler 41 nachgeordneten Schalters 45 bei Beginn und Beendigung der Abfragung des Ausschnitts 38. Weiterhin gewährleistet der Zähler 41 die Weiterleitung der Informationen aus den Zeilen des Matrix-Ausschnittes 39 und das Öffnen und Schließen eines parallel zum Schalter 45 dem Zähler 41 nachgeordneten Schalters 46. Die Schalter 45 und 46 liefern über einen Speicher 47 bzw. direkt Impulse S.j- bzw. S.r an einen Korrelator 48, dem analog zu Fig. 1 ein Analysator 49_f ein Summierglied 50, ein Mittelbilder 51, ein Impulsgeber 52 und ein Stellmotor 53 zu^r Kompensation der Abtrift nachgeordnet sind. Ebenfalls analog zu Fig. 1 sind an den Analysator 49 ein Mittelbilder 54 mit einem Multiplikator 55 und einem Impulsgeber 56 zur automatischen Regelung der Bildüberdeckung zweier aufeinanderfolgender Aufnahmen angeschlossen. Dabei besteht eine Verbindung zwischen dem Mittelbilder 51 und dem Multiplikator 55 über einen Umrechner 57. Ein Drehschalter 58 gestattet, wie in Fig. 1, die manuelle Einführung einer Konstanten k. Mit dem Mittelbilder 54, dem Impulsgeber 56 und dem Umrechner 57 ist ein Multiplikator 59 verbunden, der analog zu Pig. 1 den Bildwanderungsausgleich mit Hilfe eines Schrittmotors 60 ermöglicht. Ein Drehschalter 61 gewährleistet die Eingabe einer Konstanten

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in den Multiplikator 59.

Der programmgesteuerte Zähler 41 sorgt dafür, daß der Schalter 45 solange geschlossen "bleibt, bis vom .Analysator das Korrelat ions- und Zählergebnis, wie zu Fig. 1 beschrieben, ermittelt worden ist, und daß der Schalter 46 bei jedem Abfragezyklus für die Dauer der Abfragung¹ der Zeilen des Matrix-Ausschnittes 39 geöffnet ist.

Da im digitalen Bildaufnahmesystem kein Käme raverschIuß im üblichen Sinne vorhanden ist, ist der Impulsgeber 56 nicht mit dem KameraverSchluß, sondern mit dem Schalter 42 verbunden,' der bei einem entsprechenden Impuls vom Impulsgeber 56 den Weg zur Aufzeichnung der Matrizeninformationen im Speicher 44 freigibt. Der Schalter 42 hat also die Funktion eines Kameraverschlusses. Eine Belichtungsregelung erfolgt beim digitalen Bildaufnahmesystem nicht.

Fig. 4 zeigt die wesentlichen Teile eines digitalen Aufnahmesystems mit elektronischem Kontrastausgleich. Eine Ansteuereinheit 65 dient der programmäßigen Abfragung einer Fotoempfängermatrix 66, die die gesamte Projektionsfläche einnimmt und aus der zwei Ausschnitte 67 . und 68 besonders hervorgehoben sind. Es erfolgt eine gruppenweise Abfragung, um eine Reduzierung des Grobkontrastes und eine Erhöhung des Detailkontrastes zu ermöglichen. Die Richtung der Bildbewegung gegenüber der gesamten Matrix gibt ein Pfeil 69 an. Von der Matrix 66 gehen die Signale über ein Verzögerungsglied 70 und einen Schalter 71 gruppenweise sowohl an einen Integrator 72 als auch an ein Verzögerungsglied 73. Im Integrator 72 v/erden die digitalen Schwärzungswerte jeweils einer Gruppe von Ilatrizenelementen gemittelt und

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einem Umrechner 74 zugeleitet. Das Verzögerungsglied 73 sorgt für die Weiterleitung aller Informationen aus dem Schalter 71 in den Umrechner 74 undfor die Verzögerung dieses Vorganges um die Zeit, die im Integrator 72 für die Mittelbildung benötigt wird. Ein Belichtungsregler 75 ist wie in Fig. 1 über ein Korrekturglied 76, einen Rechner 77 und einen Extremwertbilder 78 an den Umrechner 74 angeschlossen. Im Umrechner 74 werden die digitalen Grauwerte der Einzelelemente einer quadratischen Gruppe analytisch so transformiert, daß ein Kontrastausgleich für den groben Kontrast innerhalb der Gruppe erreicht wird, ohne daß der Detailkontrast wesentlich verändert wird. Uach Differenzbildung zwischen dem vom Belichtungsregler kommenden mittleren Grauwert M_ des Gesamtbildes und dem mittieren Grauwert m_ einer Elementengruppe werden die transformierten Grauwerte s^f im Umrechner 74 zu dieser Differenz addiert, so daß sie in die Werte s" = s^f + (M_ - m_) übergehen- Die auf diese Weise im Umrechner 74 gewonnenen digitalen Informationen s" werden schließlich in einem Speicher (Magnetband) abgespeichert.

Die Verzögerungsglieder 7; 43 und 70 der einzelnen Ausführungsbeispiele können bei Anwendung der CCD-Technik (charge coupled device) entfallen.

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Claims

- 13 Patentansprüche

Anordnung zur Steuerung von Luffbildaufnahmekameras, bei der ein Objektiv das überflogene Gelände auf eine Projektionsfläche abbildet und aus Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung des Bildes auf der Projektionsfläche das Bildfolgeintervall, die Abtrift und/oder aus den Schwärzungsunterschieden die Belichtungszeit für die Einstellung der Luftbildaufnahmekamera ermittelt und auf diese übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche zumindest teilweise von wenigstens einer digitalen Fotoempfängermatrix bedeckt ist, daß mit der digitalen Fotoempfängermatrix eine Informationsverarbeitungsstufe verbunden ist, die die in der Fotoempfängermatrix erzeugten Signale aufnimmt und nach einem vorgegebenen Programm verarbeitet, und daß mindestens eine Ausgabeeinheit vorgesehen ist, die die verarbeiteten Signale der Luftbildaufnahmekamera zuleitet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche in der Bildebene des Objektivs der Aufnahmekamera angeordnet ist.

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