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Anordnung mit einem optischen Stereoskop und
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computergesteuerter Bildschirmeinrichtung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem optischen Stereoskop mit einer zusätzlichen
computergesteuerten Bildschirmeinrichtung zur Einblendung einer Bildschirmdarstellung
in das Meßbildstereomodell mit zwei von zwei Meßbildern ausgehenden Hauptstrahlengängen
und einem von einem Bildschirmgerät ausgehenden Nebenstrahlengang, wobei die Hauptstrahlengänge
und der Nebenstrahlengang aus mechanischen und optischen Bauelementen bestehen,
die zur Formierung der Strahlengänge und zur Betrachtung durch einen Beobachter
dienen, und Abbildungsänderungen, insbesondere Veränderungen der Bildgröße ermöglichen.
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Die Interpretation von Meßbildern, die aus verschiedenen Ansichten
aufgenommen wurden, geschieht überlicherweise mit einem optischen Stereoskop. Es
besteht aus einer paarweisen Anordnung zweier Hauptstrahlengänge mit optischen Bauelementen,
die eine Verringerung des Mittenabstandes zweier nebeneinander liegender Meßbilder
auf den Augenabstand und im Allgemeinen zugleich eine vergrößerte Darstellung bewirken.
Das dem Betrachter erscheinende stereoskopische Bild wird als Stereomodell bezeichnet.
Bekannt ist die zusätzliche Ausstattung mit optischen Bauelementen zur freien Einstellung
der Vergrößerung, zur Bilddrehung und zur anamorphotischen Entzerrung. Bekannt ist
ferner die zusätzliche Ausstattung mit einem Nebenstrahlengang zur Einblendung eines
dritten Bildes in beide oder in einen der beiden Hauptstrahlengänge, so daß das
dritte Bild als nicht-stereoskopischer Hintergrund des Stereomodells erscheint.
Bei Beziehung auf die Auswertung von Erscheinungen der Erdoberfläche als hauptsächliches
Anwendungsgebiet der stereoskopischen Meßbild-Interpretation
ist
das dritte Bild beispielsweise eine zu überprüfende oder neu zu zeichnende thematische
Karte im Maßstab des Stereomodells. Ein optisches Stereoskop mit den genannten Eigenschaften
ist in dem Prospekt "Stereozoom Transferskop" der Firma Bausch und Lomb beschrieben
(1983; Rochester -New York, USA). Außerdem bezieht sich die DDR-Patentschrift Nr.
201505 auf derartige optische Anordnungen, die auch als Kartenergänzungsgeräte bezeichnet
werden.
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Ein rationelles Verfahren ist die rechnerunterstützte Meßbildinterpretation
mit einer Darstellung von Interpretationsergebnissen auf einem rechnergesteuerten
Bildschirmgerät. Über den Nebenstrahlengängen wird diese Bildschirmdarstellung maßstabgetreu
in das Stereomodell eingeblendet und führt zusammen mit einer Einrichtung zur manuellen
graphischen Rechnereingabe, z.B. mit einer sogenannten Rollkugel oder einem sogenannten
graphischen Tablett zu einer bequemen interaktiven Arbeitsweise.
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Stereobildpaare können auch rechentechnisch ohne besondere Schwierigkeiten
erzeugt, auf einem Bildschirm dargestellt und mit an sich bekannten optischen Hilfsmitteln
der binokularen,stereoskopischen Betrachtung zugänglich gemacht werden.
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Solche Mittel sind das Anaglyphen-Verfahren, das Wechsel-Verschluß-Verfahren
mit PLZT-Keramik und das Farbschalter-Verfahren mit Flüssigkristallschicht.
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Beim technisch einfacheren Anaglyphen-Verfahren wird das Stereobildpaar
auf dem Bildschirm in Komplementärfarben überlagert und durch zwei entsprechende
Farbfilter betrachtet.
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Beim Wechselverschluß-Verfahren erfolgt die Bilddarstellung des Stereobildpaares
alternierend mit der Bildwechselfrequenz und die Strahlengänge für das rechte und
das linke Auge werden
durch elektrooptische Verschlüsse entsprechend
alternierend freigegeben. Beim Farbschalterverfahren wird das Stereobild auf einem
Schwarz-Weiß-Bildschirm alternierend mit der Bildwechselfrequenz dargestellt und
eine vorgesetzte umschaltbare Flüssigkristallschicht synchron umgeschaltet. Die
Betrachtung erfolgt hier wie beim Anaglyphen-Verfahren durch zwei Farbfilter.
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Die einzelnen Verfahren besitzen jeweils spezifische technische und
anwendungsbezogene Vorteile.
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Es wurde bereits vorgeschlagen (DE-OS 32 19 032), den Bildschirm zur
Darstellung des Meßbildpaares und zugleich zur Darstellung graphischer Informationen
zu verwenden und stereoskopisch über zwei Hauptstrahlengänge oder mit dem Anaglyphen-Verfahren
zu betrachten. Dieses und verwandte Verfahren sind jedoch wegen der vergleichsweise
geringen Linienauflösung des fernsehtechnischen Bildschirms für die Meßbildinterpretation
unvorteilhaft.
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Ein Nachteil der beschriebenen Einblendungen im Interpretations-Stereoskop
besteht weiterhin darin, daß die vorteilhafte Möglichkeit, das Meßbild-Stereomodell
mit einem Bildschirm-Stereomodell zu überlagern, nicht genutzt werden kann.
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Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht darin, eine Anordnung
der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Ausnutzung der Möglichkeiten
der stereoskopischen Überlagerung gewährleistet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Nebenstrahlengang
in der Weise ausgebildet ist, daß hinter einem Objektiv mittels einer halbdurchlässigen
spiegelnden
Fläche der Nebenstrahlengang in zwei Zweigstrahlengänge
aufgeteilt ist, die Zweigstrahlengänge durch weitere spiegelnde Flächen parallel
gerichtet und auf den Augenabstand gebracht sind, und je ein Zweigstrahlengang über
eine teildurchlässige spiegelnde Fläche mit einem der Hauptstrahlengänge vereinigt
ist und im Nebenstrahlengang und in den Zweigstrahlengänge zeitliche und spektral
selektive optische Vorrichtungen angebracht sind.
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In den Haupt-, Neben- und Zweigstrahlengängen können sich weitere,
für die Erfindung nicht unbedingt erforderliche optische Bauelemente befinden, die
beispielsweise zur Maßstabanpassung, zur Entzerrung und zur Richtungsanpassung an
eine bequeme Arbeitshaltung dienen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befindet sich
in den beiden Zweigstrahlengänge je ein komplementäres Farbfilter für das oben genannte
Anaglyphen-Verfahren.
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Es ist auch möglich, in den Nebenstrahlengängen den elektrooptischen
Wechselverschluß, der mit dem Bildschirmgerät synchronisiert ist, einzuschalten.
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In einer Weiterführung der Erfindung ist die halbdurchlässige spiegelnde
Fläche des Nebenstrahlenganges durch Mehrfachbeschichtung so ausgebildet, daß sie
den Spektralbereich in Komplementärfarben für das Anaglyphen-Verfahren teilt. In
dieser Ausführungsart befinden sich keine Filter und kein Wechselverschluß in den
Zweigstrahlengängen.
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sich Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß/vor
dem Bildschirm ein elektronischer Farbschalter zur alternierenden Herstellung von
Komplementärfarben und in den Zweigstrahlengängen komplementäre Farbfilter befinden.
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Das Objektiv des Nebenstrahlenganges ist auf einen Bildschirm eines
Bildschirmgerätes gerichtet, das über einen Digitalrechner mit einem Gerät zur manuellen
graphischen Eingabe verbunden ist.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend beschriebenen
Betriebsarten, denn mit geringem technischen Aufwand kann zusätzlich die beispielsweise
zur Kartenergänzung benötigte monokulare oder nicht-stereoskopische binokulare Einblendung
hergestellt werden. So ist eine nicht-stereoskopische binokulare Einblendung gegeben,
wenn auf dem Bildschirm anstelle des korrespondierenden ein identisches Bildpaar
dargestellt ist. Eine monokulare Einblendung wird durch Austausch der halbdurchlässigen
spiegelnden Fläche gegen eine vollreflektierende Fläche hergestellt, wobei diese
spiegelnden Flächen beispielsweise auf einer Wechselvorrichtung montiert sind. Die
zugeordneten selektiven optischen Vorrichtungen können in dieser Betriebsart aus
den Strahlengängen entfernt sein.Anstelle des Bildschirmes kann sich bei dieser
Betriebsart eine Karte oder eine Skizze vor dem Nebenstrahlengang befinden.
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Die Erfindung besitzt demnach folgende Funktionen: Im optischen Stereoskop
befindet sich ein korrespondierendes Bildpaar, das dem Auswerter als ein erstes
Stereomodell erscheint. Ein weiteres korrespondierendes Bildpaar befindet sich in
der beschriebenen Weise farblich überlagert oder zeitlich alternierend auf dem Bildschrim
und erscheint dem Auswerter über zugeordnete selektive optische Vorrichtungen und
die Zweigstrahlengänge in Form tiefengestaffelter Einzelheiten, Linien oder Flächen,hier
zusammenfassend als zweites Stereomodell bezeichnet.
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Durch an sich bekannte Einstellungshilfen am optischen Strahlengang
und an der Bildschirmeinrichtung werden das erste und das zweite Stereomodell in
Deckung gebracht.
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Der Auswerter vergleicht beide Stereomodelle und modifiziert erforderlichenfalls
das zweite Stereomodell interaktiv mit Hilfe der Einrichtung zur manuellen graphischen
Eingabe.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels mittels der
Figur näher erläutert. Die Figur zeigt hierbei eine Gesamtanordnung in der Draufsicht.
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Der linke Hauptstrahlengang 4a führt zum Meßbild la über zwei Spiegel
2a, 2b und einen halbdurchlässigen Spiegel 5a zum Okular 3a und zum Auge 6a des
Betrachters. Der rechte Hauptstrahlengang 4b verläuft in analoger Weise.
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Der Nebenstrahlengang 7 führt vom Bildschirm 8 über das Objektiv
9 zu dem halbdurchlässigen Spiegel 10, der eine Aufteilung des Nebenstrahlenganges
7 in die Zweigstrahlengänge lla, llb bewirkt.
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Die Umlenkspiegel 12a, 12b, 12c führen die Zweigstrahlengänge durch
selektive optische Vorrichtungen 13a, 13b zu den halbdurchlässigen Spiegeln 5a,
5b. Hier werden die Zweigstrahlengänge mit den Hauptstrahlengängen vereinigt und
gelangen über die Okulare 3a, 3b zum Betrachter.
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Der Betrachter sieht aufgrund dieser Vereinigung eine Überlagerung
der Stereomodelle von Meß- und Schirmbild.
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Die Steuereinheit 14 des Bildschirmgerätes 8 ist über eine Datenleitung
15 mit einem Digitalrechner 18 und einem digitalgraphischen Tablett 19 verbunden.
Die manuelle graphische Bedienung erfolgt über eine elektrisch mit dem Tablett 19
gekoppelte Fadenkreuzlupe 20.
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Die selektiven optischen Vorrichtungen 13a, 13b können aus zwei komplementären
Farbfiltern bestehen oder aus je einem transparenten polarisierenden Piezokristall,
die mit Hochspannungselektroden zur Umschaltung der Polarisationsrichtung versehen
sind und denen je 1 Polarisator vorangesetzt ist. Diese Vorrichtung ist über Steuerleitungen
17a, 17b zur Synchronisation mit der Bildschirmsteuereinheit 14 verbunden.
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Der Spiegel 10 kann als halbdurchlässiger farbselektiver Spiegel ausgebildet
sein, so daß die Zweigstrahlengänge komplementäre Farbauszüge enthalten. Die selektiven
optischen Vorrichtungen 13a, 13b sind in dieser Ausführung nicht vorhanden.
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Die selektiven optischen Vorrichtungen können aber auch aus den Farbfiltern
13a, 13b bestehen, wie bei der ersten Ausführungsform und zusätzlich aus einem Flüssigkristall-Farbschalter
13c vor dem Bildschirmgerät 8. Der Flüssigkristall-Farbschalter 13c ist zur Synchronisation
über eine Steuerleitung 16 mit der Bildschirmsteuereinheit 14 verbunden.