DE3028004A1 - Verfahren und einrichtung zur aufnahme von gegenstaenden - Google Patents

Description

DIP L.-PHY S. F. ENDLICH germer.ng 21. Juli 1980 E/m

PATENTANWALT 9

^TEL^f°^N: MÖNCHEN 84 36 38 TELEGRAMMADRESSE: patpNDLICH MÖNCHEN CABLEADDRESS: PATENDLICH MÖNCHEN DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-8034 GERMERING TELEX: 521730 pate D

Meine Akte: D-4809

Anmelder: Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln

Verfahren und Einrichtung zur Aufnahme von Gegenständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Gegenständen in Gestalt von gekrümmten Abtastzeilen, insbesondere von Kreisringen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Abtastung von Gegenständen, z.B. der Erdoberfläche und/ oder der über ihr befindlichen Wolken im sichtbaren Spektralbereich, im nahen Infrarot und im thermalen Infrarot von Luftfahrzeugen oder Satelliten aus zur Gewinnung von Meßdaten und zur Bilderzeugung wird heute überwiegend in Form von geraden Zeilen durchgeführt, die quer zur Flugrichtung verlaufen. Durch die Fortbewegung des Geräteträgers wird bei entsprechender Abstimmung von Fluggeschwindigkeit, Flughöhe und öffnungswinkel des optischen Systems eine lückenlose Abtastung eines Streifens, z.B. der Erdoberfläche ermöglicht.

Für eine Reihe von Anwendungen, insbesondere im Bereich der Meteorologie hat diese Abtastung von geraden Zeilen erhebliche Nachteile, z.B. weil sich der Sichtwinkel (Winkel zwischen Abtaststrahl und Lotrechter) entlang einer geraden Zeile ändert.

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Dies kann durch eine Abtastung in Gestalt von Kreisringen oder Ellipsen vermieden werden (Archiv Meteor.Geophys.Bioklimat.Ser. B, IX, 125 - 146 (1973)).

Für die Abtastung in Gestalt von gekrümmten Abtastzeilen sind optisch-mechanische Systeme erforderlich, Deren Nachteil ist insbesondere darin zu sehen, daß sie mechanisch bewegte Teile wie Drehspiegel oder Schwingspiegel besitzen, die vor allem bei Einsätzen im Weltraum ein erhebliches Risiko bedeuten. Sollen mehrere konzentrische Kreisringe abgetastet werden, so sind dafür bei optischmechanischer Abtastung zusätzliche Dreh- und Schwenkeinrichtungen erforderlich, die ebenfalls störanfällig sind. Insbesondere ist es nicht möglich, alle gewünschten Meßpunkte gleichzeitig zu erfassen, sondern nur nacheinander. Dies bedeutet einen erheblichen Nachteil, wenn die Geschwindigkeit des Geräteträgers nicht vernachlässigbar klein gegenüber der Abtastgeschwindigkeit ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß für eine Abtastung mit gekrümmten Abtastzeilen einerseits keine mechanisch bewegten Teile wie Drehspiegel oder Schwingspiegel erforderlich sind, und daß andererseits alle Meßpunkte gleichzeitig erfaßt werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungs gemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist Gegenstand der Unteransprüche.

Ein wesentlicher mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht deshalb darin, daß durch derartige Detektoranordnungen Zeilenformen erreicht werden können, die mit optisch-mechanischer Abtastung nur unter großen Schwierigkeiten oder überhaupt nicht realisiert werden können. Bei Abtastung in Gestalt von Kreisringen ergibt sich außerdem der Vorteil, daß bei der Wahl der optischen Achse des Objektivs als Kreismittelpunkt die wegen der natürlichen Vignettierung des Objektivs bei Messungen erforderlichen Korrekturen für alle Punkte des Kreises konstant sind. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Abbildungsverhältnisse durch Objektiv-Wechselmöglichkeiten flexibel gestaltet werden können. So ist es z.B. möglich, sog. Fish

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Eye Objektive zu verwenden und dadurch den Konuswinkel bis 90° und größer zu gestalten. Damit ist z.B. auch eine Horizontabtastung möglich.

Weiterhin besteht die Möglichkeit/ durch entsprechende Detektoranordnungen auch bei nicht geradlinig zellenförmiger Abtastung Konvergentaufnahmen und damit stereoskopisch auswertbare Bilder herzustellen. Da es ferner für Untersuchungen zur Erfassung der Strahlungsbilanz weniger auf die Erzeugung von Bildern als auf die Gewinnung möglichst genauer Meßwerte ankommt, kann in derartigen Fällen mit einem relativ geringen optischen Auflösungsvermögen gearbeitet werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Bildebene in Fig. 1, in der wie in Fig. 1 eine kreisförmige Detektoranordnung gewählt ist;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Bildebene in Fig. 1 mit drei Detektoranordnungen in Form konzentrischer Kreise und einem Detektor im Kreismittelpunkt; und

Fig. 4 eine Aufsicht auf die Bildebene in Fig. 1 mit zwei Detektoranordnungen in Form von zwei Kreisen gleichen Durchmessers, deren Mittelpunkte gegeneinander um den Abstand a in Flugrichtung versetzt sind.

Fig. 1 zeigt eine Kamera mit einer kreisringförmigen Detektoranordnung in der Bildebene des Objektivs 0. Die Detektoranordnung kann aus einer Anzahl diskreter Detektoren an sich bekannter Art bestehen, beispielsweise aus Halbleiterdetektoren, die in einem Kreis angeordnet sind, wie das Fig. 2 schematisch in Draufsicht auf die Bildebene zeigt. Durch das Objektiv 0 wird ein kreisringförmiger Ausschnitt der aufzunehmenden Gegenstände auf die Detektoranordnung abgebildet. Auf ein einzelnes Detektorelement E wird der Gegenstands ausschnitt G abgebildet. Durch die Fortbewegung des Geräteträgers in Richtung R und eine entsprechende Abstimmung von

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Größe des Einzeldetektors, der Objektivbrennweite, der Flughöhe und der Fluggeschwindigkeit aufeinander kann ein Geländestreifen der Breite ST jeweils zweifach vollständig abgetastet werden; einmal von dem nach vorn und einmal von dem nach hinten gerichteten Halbkreisring. Wird nur eine einfache Abtastung benötigt, so kann man sich auf einen Halbkreis beschränken.

Durch verwendung eines Fish Eye Objektivs, bei dem in der Bildebene der Abstand von der optischen Achse etwa proportional dem Winkel zwischen optischer Achse und Sichtwinkel zum Gegenstand ist, lassen sich Winkel zwischen optischer Achse und Sichtstrahl zum Gegenstand von mehr als 90° erreichen und somit auch Horizontabtastungen vornehmen.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht auf die Bildebene Detektoranordnungen in Form von drei konzentrischen-Kreisen und mit einem Einzeldetektor im Kreismittelpunkt, die entweder gleichzeitig oder wechselweise durch Schaltvorgänge oder wahlweise für die Bild- und/oder Meßwertaufzeichnung herangezogen werden können. Derartige Detektor ano^dnunaan sind vor allem für Untersuchungen der Strahlungsbilanz / weltraum von Interesse,, wobei es weniger auf die Erzeugung aron Bildern als auf die Gewinnung möglichst genauer Meßwerte ankommt, so daß dann mit einem relativ geringen optischen Auflösungsvermögen gearbeitet werden kann.

In Fig. 4 ist ein Beispiel für eine Detektoranordnung für die Konvergen tauf η ahme in Form von Kreisringen, z.B. für Stereoaufnahmen bei Verwendung eines einzigen Objektivs dargestellt. Die beiden kreis ringförmigen Detektoranordnungen mit gleichem Radius sind im Abstand a in Fortbewegungsrichtung des Geräteträgers gegeneinander versetzt, aus dem die stereoskopische Basis b im Gegenstandsraum resultiert. Es ergeben sich für jeweils einander entsprechende Gegenstandspunkte innerhalb des erfaßten Gegenstandsstreifens ST, wie itnFig. 1 zeigt, zwei mal zwei Abtastungen im Abstand b. Sind nur zwei Abtastungen im Abstand b erforderlich, so kann man sich z.B. auf zwei Halbkreisringe beschränken.

Der Abstand a kann entweder fest vorgegeben oder mechanisch veränderbar sein, letzteres vor allem dann, wenn man sich auf Teile von Kreisringen beschränkt.

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Die optische Achse des Objektivs kann z.B. durch den Mittelpunkt eines der beiden Kreise gehen. Sie kann beispielsweise auch auf der Verbindungslinie zwischen beiden Mittelpunkten liegen.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Detektoranordnungen (oder Teile davon) können auch miteinander kombiniert werden, wobei alle oder ein Teil der Detektoranordnungen wahlweise anschaltbar sind.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufnahme von Gegenständen von einem sich relativ zu diesen Gegenständen bewegenden Geräteträger aus, bei dem die Aufnahme in Gestalt von gekrümmten Abtastzeilen, insbesondere von Kreisringen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene eines abbildenden Objektivs eine oder mehrere solcher gekrümmter Zeilen gleichzeitig ohne die Verwendung mechanisch bewegter Teile abgebildet und aufgenommen werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Aufnahme von Gegenständen von einem sich relativ zu diesen Gegenständen bewegenden Geräteträger aus, mit der die Aufnahme in Form von gekrümmten Abtastzeilen, z.B. von Kreisringen gleichzeitig für eine oder mehrere solcher gekrümmter Abtastzeilen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene eines abbildenden Objektive-(0) Detektoranordnungen in Form von mindestens einer gekrümmten Zeile angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn et, daß in der Bildebene des abbildenden Objektivs der Abstand der Bildpunkte von der optischen Achse etwa proportxnal

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dem Winkel zwischen optischer Achse und Sichtstrahl zum Gegenstand ist (Fish Eye Objektiv), und daß Bildwinkel von über 180 erzielbar und damit auch Horizontabtastungen möglich sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadureh g e kennz ei c h η e t, daß die Detektorenanordnungen in Gestalt mehrerer konzentrischer Kreisringe mit einem zusätzlichen Detektor im Mittelpunkt der Kreisringe vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadureh gekennzeichnet, daß die Detektoranordnungen in Gesfalt von zwei oder mehreren Kreisringen - oder Teilen davon angeordnet sind, deren Mittelpunkte in Fortbewegungsrichtung bestimmte Abstände voneinander aufweisen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadureh gekennzeichnet, daß die Detektoranordnungen in Fortbewegungsrichtung gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadureh gekennzei chnet, daß alle oder ausgewählte Detektoren gemeinsam anschaltbar sind.

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