DE2619795C3 - Verfahren und Anordnungen zur automatischen Parallaxebestimmung - Google Patents
Verfahren und Anordnungen zur automatischen ParallaxebestimmungInfo
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- DE2619795C3 DE2619795C3 DE2619795A DE2619795A DE2619795C3 DE 2619795 C3 DE2619795 C3 DE 2619795C3 DE 2619795 A DE2619795 A DE 2619795A DE 2619795 A DE2619795 A DE 2619795A DE 2619795 C3 DE2619795 C3 DE 2619795C3
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Parallaxebestimmung bei stereoskopischen,
vorzugsweise zweiäugigen optischen Systemen mit mindestens einer sich bewegenden Rasterstruktur im
Abbildungsstrahlengang, mit in einem solchen System aus unterscheidbaren Lichtflüssen gewonnenen elektrischen
Signalen. Die Erfindung betrifft ferner Anordnungen zur Durchführung dieser Verfahren.
Bei stereoskopischen optischen Systemen ist es erwünscht, daß die Parallaxe zwischen zwei Teilbildern
automatisch bestimmt wird. Dies gilt beispielsweise für Basisentfernungsmesser oder für die Auswertung
von Stereoluftbildern. Hierfür wurden bereits unterschiedliche Systeme zur optisch-elektrischen Abtastung
sowie zur Weiterverarbeitung der dabei anfallenden elektrischen Signale vorgeschlagen.
Eine solche Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt, bei welcher die Grundwelle der anfallenden Signale genutzt
wird. Zwei Objektive 10 und 11, welche die Lichtkanäle bestimmen, bilden über Umlenkspiegel
12, 13, 14,15 ein nicht mit dargestelltes Objekt auf eine Rasterstruktur 16 ab, welche durch einen von
einem Generator 17 gespeisten Antrieb 17' senkrecht zu den optischen Achsen 18, 19 bewegt wird. Jeder
optischen Achse ist ein fotoelektrischer Empfänger 20,21 zugeordnet, welche die Rasterstruktur passiert
habende Lichtanteile in elektrische Signale umwandeln. Jedem Empfänger 20,21 ist ein mit einem vom
Generator 17 abgeleiteten Referenzsignal gesteuerter Phasendiskriminator 22, 23 nachgeschaltet, und der
dem ersten Kanal zugeordnete Diskriminator 22 ist mit seinem Ausgang über einen Regler 24 mit dem
Antrieb 17' der Rasterstruktur 16 verbunden, während das Ausgangssignal des Diskriminators 23 über
einen Regler 26 auf einen Verstellmechanismus 25 einwirkt, welcher den Spiegel 15 schwenken kann.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist so, daß der erste Kanal die Ortsphasendifferenz bestimmt und
über den Regler 24 die mittlere Lage der Rasterstruktur so lange verschiebt, bis sein Ausgangssignal zu Null
geworden ist. Der Phasendiskriminator 23 zeigt in diesem Fall die Parallaxe an. Über den Regler 26 und
den Antrieb 25 des Spiegels 15 wird die resultierende Parallaxe auf Null abgeglichen.
Nachteilig ist hier, daß zwei Regelkreise benötigt werden, die über die Rasterstruktur miteinander verkoppelt
sind.
In der US-PS 3710124 ist ein Verfahren beschrieben,
das von der Grundwelle und der 2. Oberwelle ausgeht Der Nachteil .des dort Beschriebenen liegt
darin, daß, wie sich zeigen läßt, die Genauigkeit des Meßergebnisses von der Genauigkeit abhängt, mit
welcher die Verstärkung eingesteift wird, die wiederum
von den Amplituden der Gruindwelle und der 2. Oberwelle abhängt. . :..;
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren sowie Anordnungen zu ihrer Durchführung
zu schaffen, welche die aufgezeigtem Nachteile nicht
aufweisen. Die zur Durchführung geeigneten Anordnungen sollen insbesondere einfacher im Aufbau und
damit weniger störanfällig sein, sie sollen aber nach Möglichkeit noch bessere und/odear einfacher auswertbare
Signale liefern. Dies gilt beispielsweise für ihre Anwendung bei Basisentfernungsmessern.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß zwei der
gewonnenen elektrischen Signale voneir ander subtrahiert
werden, daß eines der beiden Signale differenziert wird, daß das bei der Differentiation entstandene
Signal mit dem durch die Subtraktion entstandene Differenzsignal multipliziert wird und daß das
bei der Multiplikation entstandene Signal eine Anzeigeeinrichtung und/oder Servoeinrichtung steuert. Es
kann aber auch das aus der Multiplikation gewonnene Signal mit einem der Geschwindigkeit der Bewegung
der Rasterstruktur entsprechenden Referenzsignal multipliziert werden, wobei dann das bei dieser Multiplikation
entstehende Signal eine Anzeigeeinrichtung und/oder Servoeinrichtung steuert. Dabei kann das
jeweils aus der Multiplikation entstandene Steuersignal geglättet werden.
Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß eines der mittels fotoelektrischer
Empfänger gewonnenen elektrischen Signale einer Differenzierstufe sowie einer Subtrahierschaltung
zugeführt wird, deren zweitem Eingang das andere elektrische Signal zugeführt wird und daß der
Differenzierstufe und daß der Subitrahierschaltung eine Multiplikationsstufe nachgeschaltet ist, deren
Ausgangssignal eine nachgeschaltete Anzeigeeinrichtung und/oder Servoeinrichtung steuert. Eine andere
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine weitere
Multiplikationsstufe vorgesehen ist, deren einem Eingang das Ausgangssignal der ersten Multiplikationsstufe und derem zweiten Eingang ein der Geschwindigkeit
der Bewegung in der Rastersitruktur entsprechendes Referenzsignal zugeführt wird und deren
Ausgangssignal dann eine Anzeigeeinrichtung und/ oder Servoeinrichtung steuert. Dabei können zur Erzeugung
des Referenzsignals eine Differenzierstufe, ein zusätzlicher Abtastkopf oder ein spezieller Generator
vorhanden sein. Die zweite Muliiiplikationsstufe kann ein phasenempfindlicher Gleichrichter, ein elektronischer
Umschalter oder ein Ringmodulator sein. Der letzten Multiplikationsstufe können signalglättende
Mittel nachgeschaltet sein.
Die Vorteile der neuen Verfahren bzw. der zu ihrer Durchführung verwendeten Anordnungen liegt darin,
daß nur ein Regelkreis vorhanden ist, welcher ein besseres dynamisches Verhalten erbringt. Es wird nur
eine minimale Mittelungszeit beansprucht. Bandpässe werden nicht benötigt. Vielmehr stellen die neuen
Verfahren Nullverfahren mit ihren bekannten Vorteilen bezüglich systematischer und zufälliger Fehler dar.
Die Vorteile lassen sich im Vergleich mit Vorbekanntem,
beispielsweise mit dem Inhalt der DT-OS 2437282 verdeutlichen. In dieser Schrift ist eine Einrichtung
zur fotoelektrischen Bestimmung der Lage mindestens einer Schärfeebene eines Bildes innerhalb
eines optischen Gerätes mit einer Optik zur Abbildung mindestens eines Objektes auf mindestens ein
Örtsfrequenzfilter eines optischen Bildkorrelators und mit einer Meßwertanzeige der durph das Ortsfrequenzfilter
gefilterten Lichtflüsse beschrieben. Bei einem Ausführungsbeispiel dieser Einrichtung wird ein
Objekt über zwei Objektive auf je ein schwingendes Raster als Ortsfrequenzfilter abgebildet Weitere Optiken
bilden jeweils Raster plus Objektbild auf eine von zwei Empfängerzeilen ab. Diese Empfängerzeilen
sind mit Differenzverstärkem so verschaltet, daß jeweils· ein Empfänger der einen Zeile zusammen mit
dem räumlich entsprechend angeordneten Empfänger der anderen Zeile einen Verstärker steuern. Die Ausgänge
der Differenzverstärker sind über Gleichrichter an ein Summierglied gelegt, dem ein Anzeigegerät
nachgeschaltet ist. Beim Fokussieren der Optik durchläuft die Anzeige ein Minimum, welches der
Scharfeinstellung des Objektes entspricht. Für jeden anderen Meßwert ist aber nicht erkennbar, welche
Bewegungsrichtung der Optik zu einer Verbesserung in Richtung Scharfeinstellung führt.
Anders beim Anmeldungsgegenstand, bei dem beim Fokussieren der Optik ein Signal den Wert 0
als der Scharfstellung entsprechenden Wert mit Vorzeichenumkehr durchläuft und damit klar zu erkennen
gibt, welche Bewegungsrichtung der Optik zur Scharfeinstellung führt.
Anordnungen zur Durchführung der neuen Verfahren sind in den nachfolgend genannten Figuren
schematisch dargestellt und im weiteren beschrieben. Es zeigt
Fig. 2 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1,
Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 2.
In Fig. 2 sind zwei Objektive 10,11 gezeigt, welche die Lichtkanäle bestimmen und über Umlenkspiegel
12 bis 15 ein nicht mit dargestelltes Objekt auf eine Rasterstruktur 16 abbilden. Letztere wird durch einen
von einem Generator 30 gespeisten Antrieb 31 senkrecht zu den optischen Achsen 18, 19 bewegt. Jeder
optischen Achse ist ein fotoelektrischer Empfänger 20,21 zugeordnet, die die Rasterstruktur passiert habende
Lichtanteile in elektrische Signale umwandeln. Der Empfänger 20 ist mit den Eingangsklemmen einer
Differenzierstufe 32 sowie einer Subtraktionsstufe 33 verbunden. Der andere Empfänger 21 ist mit dem
zweiten Eingang dieser Stufe 33 verbunden. Die Ausgänge der Stufen 32 und 33 sind an die Eingänge einer
Multiplikationsstufe 34 gelegt, deren Ausgangssignale - gegebenenfalls nach Durchlaufen einer zusätzlichen
Glättungsstufe 35 - eine Servoeinrichtung 25 steuern, die auf den schwenkbaren Spiegel 15 einwirkt. Auch
bo kann eine Anzeigeeinrichtung 36 vorhanden sein. Die
soweit beschriebene Anordnung ist dann anwendbar, wenn die Rasterstruktur stets in einer Richtung bewegt
wird. Eine Realisierungsmöglichkeit hierfür ist die umlaufende Rasterscheibe oder die umlaufende
Rastertrommel.
Nun gibt es aber Anwendungsfälle, bei denen derartige umlaufende Rasterstrukturen zu viel Raum innerhalb
eines Gerätes bzw. Geräteteils beanspruchen
würden. Hier weicht man dann auf eine schwingende Rasterstruktur aus. die genügend klein gehalten werden
kann. Im Betrieb mit einer solchen schwingenden Rasterstruktur ist die Verwendung einer Anordnung
von Vorteil, wie sie in Fig. 3 schematisch dargestellt > ist. Das hier Gezeigte unterscheidet sich vom in Fig. 2
Dargestellten dadurch, daß der Multiplikationsstufe 34 hier eine weitere Multiplikationsstufe 40 nachgeschaltet
ist, deren zweiter Eingang mit einem Referenzsignal beaufschlagt wird, welches der Geschwin- ι ο
digkeit der Bewegung der Rasterstruktur proportional ist. Dieses Signal läßt sich auf unterschiedliche Weise
erzeugen. Einmal ist es beispielsweise möglich, zur Speisung des Antriebs 31 einen Generator 42 zu verwenden,
der zusätzlich einen weiteren Ausgang auf- ! weist, welcher das gewünschte Referenzsignal liefert.
Eine andere Möglichkeit ist die gestrichelt angedeutete Ableitung des Referenzsignals direkt aus dem
Speisesignal des Antriebs 31, beispielsweise mittels einer Differenzierstufe 43. Auch ist es möglich, dieses
Referenzsignal unter Verwendung eines zusätzlichen lotociektrischen Empfängers 44 zu gewinnen, welcher
die Rasterstruktur direkt abtastet. Ein solcher Empfänger ist ebenfalls gestrichelt dargestellt.
Das Ausgangssignal der Multiplikationsstufe 40 steuert dann - gegebenenfalls nach Durchlaufen einer
Glättungsstufe 35 - die Servoeinrichtung 25, weiche auf den schwenkbaren Spiegel 15 einwirkt.
Die Multiplikationsstufe 40 läßt sich auf unterschiedliche Weise realisieren. Sie kann als analoger
Multiplizierer (vgl. »Product Guide« der Fa. Analog Devices, 1975, S. 152-154) ausgebildet sein, sie kann
aber auch beispielsweise durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter (vgl. BMFT Forschungr.bericht W
70-40; Weltraumforschung, die Abhandlung »Weiterentwicklung von Infrarot-Spalt- und Horizontsensoren«
vonN. Kluge,S. 32, insbesondere Abb. 1.11)
oder einen elektronischen Schalter oder durch einen Ringmodulator (beides vgl. Buch »Nachrichtentechnik
von Steinbruch/Ruppert, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1967 S. 290ff., insbesondere
Abb. 7.20-7.23) dargestellt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
- Patentanspruch:Verfahren zur automatischen Parallaxebestimmung bei stereoskopischen, vorzugsweise zweiäugigen optischen Systemen mit mindestens einer sich bewegenden Rasterstruktur im Abbildungsstrahlengang, mit in einem solchen System aus unterscheidbaren, d. h. sich in mindestens einer ihrer Eigenschaften oder Relativlagen unterscheiden- ι ο den Lichtflüssen gewonnenen elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, daßa) zwei der gewonnenen elektrischen Signale voneinander subtrahiert werden, daßb) eines der beiden Signale differenziert wird, daßc) das .bei der Differentiation entstandene Signal mit dem durch die Subtraktion entstandenen Differenzsignal multipliziert wird, und daßd) das bei der Multiplikation entstehende Signal eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Servoeinrichtung steuert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Multiplikation gewonnene Signal mit einem der Geschwindigkeit der Bewegung der Rasterstruktur entsprechenden Referenzsignal multipliziert wird, und daß das bei dieser Multiplikation entstehende Signal eine Anzeigevorrichtung und/oder Servoeinrichtung steu- jo ert.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Multiplikation entstandene Steuersignal geglättet wird.
- • 4. Anordnung zur Durchführung des Verfah- r> rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der mittels fotoelektrischer Empfänger (20, 21) gewonnene elektrische Signal einer Differenzierstufe (32) sowie einer Subtrahierschaltung (33) zugeführt wird, deren zweitem Eingang das andere elektrische Signal zugeführt wird, daß der Differenzierstufe (32) und daß der Subtrahierschaltung (33) eine Multiplikationsstufe (34) nachgeschaltet ist, deren Ausgangssignal eine nachgeschaltete Anzeigeeinrichtung (36) und/ oder eine Servoeinrichtung (25) steuert.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 eine weitere Multiplikationsstufe (40) vorgesehen ist, deren einem Eingang das Ausgangssignal der ersten Multiplikationsstufe (33) und derem zweiten Eingang ein der Geschwindigkeit der Bewegung der Rasterstruktur (16) entsprechendes Referenzsignal zugeführt wird und deren Ausgangssignal eine An-Zeigeeinrichtung (36) und/oder Servoeinrichtung (25) steuert.
- 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals aus dem Antriebsstrom für die Rasterstruk- eo tür eine Differenzierstufe (43) vorgesehen ist.
- 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals aus der Strukturbewegung direkt ein zusätzlicher, dieser zugeordneter Abtaster (44) vorgesehen ist.
- 8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals für den Antrieb der Rasterstruktur ein mit entsprechenden Ausgängen versehener Generator (42) vorhanden ist.
- 9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Multiplikationsstufe ein phasenempfindlicher Gleichrichter ist.
- 10. Anordnung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Multiplikationsstufe ein elektronischer Umschalter ist.
- 11. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Multiplikationsstufe ein Ringmodulator ist.
- 12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der letzten Multiplikationsstufe signalglättende Mittel (35) nachgeschaltet sind.
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: WILD LEITZ GMBH, 6330 WETZLAR, DE |
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Owner name: LEICA INDUSTRIEVERWALTUNG GMBH, 6330 WETZLAR, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |