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Beschreibung
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TITEL: lialbautomatisches Digitalisier-System ANWENDUNGSGEBIET: Die
Erfindung betrifft ein Digitalisier-System für die Umwandlung von graphischen Vorlagen
(z.B. Karten, Pläne, Technische Zeichnungen etc) in analoger Darstellung, in digitale,
computerverarbeitungsgerechte Daten.
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ZWECK: Digitalisier-Systeme werden in der Graphischen/Geometrischen
Daten-Verarbeitung (GDV) eingesetzt.
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Eigentliches Ziel der GDV ist es, graphische Darstellungen (also
Karten, Pläne, Technische Zeichnungen etc.), automatisch mittels eines Zeichenautomaten
zu erstellen.
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Neben anderen Eingabemöglichkeiten der Daten, wie Lochkartenleser,
Magnetband, Lochstreifenleser etc., wird bei der GDV am häufigsten ein Digitalisier-System,
auch Digitizer, oder Koordinatograph genannt, eingesetzt.
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Vor allem, wenn von der manuellen Erstellung von graphischen Darstellungen,
auf automatische Erstellung durch Zeichenautomaten umgestellt werden soll, müssen
alle vorhandenen, graphischen Vorlagen mittels Digitalisier-System erfasst und EDV-gerecht
abgespeichert werden.
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Aber auch handgefertigte Entwürfe, können mit einem Digitalisier-System,
auf dem Weg über einen Computer und einen Plotter, in Technische Zeichnungen umgewandelt
werden.
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Bei der Digitalisierung werden Punkte, Linien, Kreise und sonstige
Zeichnungselemente, durch ein, oder mehrere X/Y-Koordinaten und alphanumerische
Zusatzinformationen beschrieben.
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STAND DER TECHNIK MIT FUNDSTELLEN: 1. Manuell bedient Digitalisier-Systeme
1.1. Mechanisch-orthogonales Meßschlittensystem Beispiele: Gantry Drawing Reader
von Ferranti Ltd., Edinburgh; LP620 Lectomat von Benson GmbH, Wiesbaden; Codimat
von Contraves AG, Zürich; Simulus E von Kuhlmann, Wilhelmshaven; Orthogonal Digimeter
von G. Coradi AG, Zürich.
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1.2. Mechanisch-polare Koordinatenerfassung Beispiele: Geotracer 326
von AGA Optronik GmbH, Schwalbach; Polar-Digimeter Typ DMB von G. Coradi AG, Zürich.
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1.3. Elektromagnetische Steuerung eines mechanischorthogonalen Mcßschlittensystems
Beispiele: Gradicon von Instronics Ltd., Stittsville, Ontario, Canada; Pencil Follower
von D-MAC/CEC Ltd., High Wycombe, Bucks, England.
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1.4. Elektronisches Raster mit Interpolationseinrichtung Beispiele:
Haropen von Hagen Systeme, 6079 Sprendlingen; Digigrid von D-MAC/CEC Ltd., High
Wycombe, Bucks, England; Codimat B von Contraves, Zürich; Aristogrid von Aristo
Werke, Hamburg.
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Das gemeinsame Merkmal aller manuell bedienter Digitalisier-Systeme
besteht darin, daß eine Meßlupe oder ein elektronischer Stift, manuell genau positioniert
werden muss, bevor ein Einzelpunkt erfasst werden kann.
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Bei der fortlaufenden Erfassung von Linien, bei der nach Überschreiten
eines festgelegten Zeit- oder Weginkrementes, automatisch ein Punkt erfasst wird,
muß die Meßlupe ebenfalls manuell genau auf der zu erfassenden Linie entlang geführt
werden.
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2. Fotoelektronisch gesteuerte Digitalisier-Systeme Beispiel: Aristometer
2D von Aristo Werke, Hamburg mit Steuereinrichtung Geameter 2000 von AEG-Telefunken.
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Zum vollautomatischen Nachfahren von Linien, ist der Ordinatenwagen
mit einer fotoelektronischen Abtasteinrichtung ausgerüstet. Die Abtasteinrichtung
wird manuell an den Anfangspunkten herangeführt.
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3. Flächenabtastende Digitalisier-Systeme (Scanner) Beispiele: Autoscan
von Computervision Corporation, Design Automation Division, Bedford, Mass. 01730,
USA; Cartographic Scanner von IBM.
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Auf optisch-elektronischem Wege wird ein Rasterbild von Hell- und
Dunkelpunkten aufgenommen. Die Dunkelpunkte werden in einem zeitlich davon getrennten
EDV-Prozess in Zeichnungselemente (Geraden, Linien, Kreise, Symbole, etc.) umgewandelt.
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Literatur zum Stand der Technik 1. Hartwig Janus: Automatische Zeichnung
von topographischen Kartenelementen im Maßstab 1:5000, Vermessungswesen und Raumordnung
36/2 (Febr. 1974).
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2. Linders, J. G. : Computer Technology in Cartography, International
Yearbook of Cartographie XIII, 1973.
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3. Bert-Günter Müller: Istrumentelle Veraussetzung zur Automation
in der Kartographie, Vermessungstechnische Rundschau, 34/8, 1972.
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KRITIK DES STANDES DER TECIWIK: 1. Manuell bediente Digitalisier-Systeme
Alle Funktionsweisen haben den gemeinsamen Nachteil, daß die genaue Positionierung
der Meßlupe von Hand sehr zeitaufwendig ist. Die Digitalisierung der graphischen
Vorlagen wird damit sehr kostspielig.
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Sehr oft scheitert daran die Umstellung auf GDV.
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Einen weiteren Nachteil bildet die Tatsache, daß der Operator sehr
konzentriert arbeiten muß. Dies führt zu Ermüdungserscheinungen, die die erwartete
Genauigkeit in Frage stellen.
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2. Fotoelektronisch gesteuerte Digitalisier-Systeme Stark abknickende
Linien, schleifende Schnitte, gerissene Linien und Überkreuzungen von Schriftzügen,
sind häufige Fehlerquellen.
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Wegen der Fehlerhäufigkeit und der umständlichen Bedienung (die Abtasteinrichtung
muß manuell an die Anfangspunkte herangeführt und an den Endpunkten gestoppt werden),
werden die manuell bedienten Systeme bevorzugt. (vgl. Bickmore, D. u.a.: Automatic
Cartograhpy Unit, Royal College of Art. The Architectual Press, London 1971).
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3. Flächenabtastende Digitalisier-Systeme (Scanner) Die Ausnützung
dieser Technik ist nur in Verbindung mit Groß-Computern mit umpfangreichen Kernspeichern
und nach der Entwicklung komplizierter Programme möglich. Der Aufwand dafür steht
meistens in keinem vernünftigen Verhältnis zu den erreichbaren Vorteilen, weil für
jede Art von graphischer Darstellung ein anderes Programmsystem entwickelt werden
muß.
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Die Anwendung dieser Technik hat sich bisher nicht durchsetzen können.
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AUFGABE: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geschwindigkeit
der Datenerfassung zu beschleunigen und die Arbeitsbedingungen für den Operator
zu verbessern.
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LÖSUNG: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die
exakte Lagebestimmung der Vektoren und graphischen Formen einer graphischen Vorlage
durch eine automatisch gesteuerte Erfassungsvorrichtung wie z.B. einem Scanner geschieht
und die Zuordnung der einzelnen graphischen Formen zu verschiedenen Arten und Klassen
durch ungenaues manuelles Digitalisieren an einem manuell bedienten Digitalisier-System
zeitlich vor oder nach der automatischen Erfassung erfolgt, wobei die bei der ungenauen
Digitalisierung erfaßten Koordinatenwerte in einem zeitlich getrennten oder gleichzeitig
ablauferitn automatischen Sortier- und Vergleichsvorgang gegen die genauen Koordinatenwerte,
die durch die automatisch gesteuerte Erfassung gewonnen wurden, ausgetauscht werden.
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ERZIELBARE VORTEILE: Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß eine Digitalisierung graphischer Vorlagen wesentlich schneller
und billiger, als mit allen bisherigen Methoden, durchgeführt werden kann, und daß
die Bedienung für den Operator weniger ermüdend ist.
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BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS: Das System besteht aus folgenden
Hauptteilen: a) Eine Arbeitsfläche zum Erfassen von Koordinaten.
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b) Ein elektronischer Stift und nach Bedarf eine Meßlupe.
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c) Eine fotoelektronische Abtasteinrichtung.
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d) Ein Prozeßrechner, oder ein Interface zu einem Computersystem.
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e) Ein Speichermedium für die erfaßten Daten.
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Beschreibung der Funktionen Es werden zwei hauptsächliche Vorgänge
durchgeführt, die zeitlich unabhängig voneinander sind:
á) Manuelle
Digitalisierung einer graphischen Vorlage, wobei die Genauigkeit der durch den manuell
geführten elektronischen Stift oder der Meßlupe festgelegten Lagekoordinaten der
graphischen Formen von untergeordneter Bedeutung ist. Von Bedeutung ist hier die
Zuordnung der einzelnen graphischen Formen zu verschiedenen Arten und Klassen.
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b) Automatisches Umsetzen der graphischen Vorlage mit der fotoelektronischen
Abtasteinrichtung, z.B.
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mit einem sogenannten flächenabtastenden Scanner, in ein digitales
Rasterbild, Speichern der Rasterpunkte, nach einem geeigneten Algorithmus sortieren,
in Vektoren umsetzen und ggf. aus den Vektoren graphische Formen bilden.
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Durch automatisches Vergleichen und Sortieren der manuell und der
automatisch erfaßten Lagepunkte der Vektoren oder graphische Formen , werden in
einem abschließenden Vorgang die im Vorgang a) ungenau erfaßten Koordinaten gegen
die im Vorgang b) genau erfaßten Koordinaten ausgetauscht. Wird der Vorgang b) vor
dem Vorgang a) durchgeführt, kann das Austauschen der Koordinaten während des Vorgangs
a) zeitlich unmittelbar nach Erfassung jeder einzelnen Koordinate erfolgen.