DE3633714C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtzeitauswertung in digital gesteuerten photogrammetrischen Auswertegeräten, wobei über Eingabeelemente eine Einstellung auf Modellpunkte vorgenommen wird, die den eingestellten Werten entsprechenden Modellkoordinaten (, , ) einem Rechenwerk übertragen, die berechneten Bildkoordinaten (x′, y′, x″, y″) an Regelkreise ausgegeben, durch die Regelkreise über motorische Antriebe die Bildträger bewegt und die zu den Modellkoordinaten gehörigen Bildkoordinaten eingestellt werden.

Bekannte analytische Auswertegeräte (PLANICOMP C 100 Opton, BC 1 WILD, DSR 11 KERN) realisieren in Echtzeit (50 Hz) eine Transformation zwischen einem räumlichen kartesischen Koordinatensystem (Objektkoordinaten, Modellkoordinaten) und zwei ebenen kartesischen Koordinatensystemen (Koordinaten des linken und rechten Bildes nach den Gleichungen:

x′, y′, x″, y″  Bildkoordinaten des linken und rechten Bildes
x, y, z  Objekt- bzw. Modellkoordinaten
x ₀₁, y ₀₁, z ₀₁, x ₀₂, y ₀₂, z ₀₂  Koordinaten des linken und rechten Projektionszentrums
a _ÿ , b _ÿ   Transformationsmatrix des linken bzw. rechten Bildes

Dabei sind die a _ÿ , b _ÿ für ein ganzes Bild konstant. Ferner werden an den Bild- und/oder Modellkoordinaten Korrekturen infolge symmetrischer Fehler (Erdkrümmung, Refraktion, Verzeichnung, Gerätefehler) vorgenommen, wodurch die Geräte für die Auswertung von Luftbildern aus Flugzeugen vollständig und für die Auswertung von Luftbildern aus Satelliten bedingt geeignet sind. Diese Einschränkung ergibt sich daraus, daß bei der Kartenherstellung aus Satellitenbildern noch eine zusätzliche Transformation in die gewünschte Kartenprojektion erforderlich sein kann, die nicht Bestandteil des Echtzeitprozesses (siehe obige Gleichung) ist. Auch bei der Auswertung terrestrischer Bilder gibt es Anwendungen, bei denen die Eingangskoordinaten des Echtzeitprozesses ein nicht-kartesisches Koordinatensystem verkörpern sollen, was mit obiger Gleichung nicht möglich ist.

Zur Überwindung dieser Einschränkungen und zur Auswertung anderen Bildmaterials (fotografische Streifenbilder, Scannerbilder etc.) sind andere Echtzeitalgorithmen erforderlich, die jeweils vom Gerätehersteller erarbeitet, getestet und bereitgestellt werden müssen, weil der Echtzeitprozeß so sehr mit der Gerätesteuerung verbunden ist, daß der Anwender der Geräte diese Programmierung nicht übernehmen kann.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das universell für den Echtzeitprozeß eines analytischen Auswertegerätes anwendbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das für alle Arten von Bildern (Luftbild, Satellitenbild, Scannerbild) sowie auch für nichtkartesische Modellkoordinatensysteme geeignet ist und bei dem die Spezifik der einzelnen Bilder und Koordinatensysteme in den dem Anwender zugänglichen Orientierungsprogrammen berücksichtigt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst. Dabei ist es vorteilhaft, die Abmessungen der Quader kleiner als die verwendete Wortlänge des Rechners zu wählen. Dadurch können Rechnungen mit mehrfacher Wortlänge vermieden werden.

Bei digital gesteuerten Orthophotogeräten wird (bei Abtastung in y-Richtung) dx _max gleich der Spaltbreite oder ihrem ganzzahligen Vielfachen gewählt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen Fig. 1-3 näher erläutert.

In Fig. 1 ist das Prinzipschema eines analytischen Auswertegerätes dargestellt.

Es sind Eingabeelemente 1 vorgesehen, die von einer Auswerteperson betätigt werden und die Koordinatenänderungen δ eines Modellkoordinatensystems auf einen Rechner 3 übertragen. Aus diesen Koordinatenänderungen und den in bekannter Weise ermittelten Orientierungselementen berechnet Rechner 3 die Bildkoordinaten (x′, y′, x″, y″) und gibt diese an Regelkreise aus, die die Bildträger 2 bewegen. Der Auswerter kontrolliert über ein optisches System 4, ob die gewünschten Bildbewegungen erzielt werden.

In Fig. 2 ist das Auswerteverfahren schematisch dargestellt.

Die Erfindung geht davon aus, daß sich jede Transformation zwischen einem Objektkoordinatensystem (x, y, z) und den beiden Bildkoordinatensystemen (x′, y′, x″, y″) in der Form (I) darstellen läßt.

x′ = f ₁(x, y, z); y′ = f ₂(x, y, z); x″ = f ₃(x, y, z); y″ = f ₄(x, y, z) (I)

Nach der Taylorschen Formel kann aber jede Funktion u′ = f(c, y, z) in der Umgebung eines Punktes P ₀ (x ₀, y ₀, z ₀) entwickelt werden nach

u′(x, y, z) = u ₀′(x ₀, y ₀, z ₀) + f _x (x ₀, y ₀, z ₀)dx + f _y (x ₀, y ₀, z ₀)dy + f _z (x ₀, y ₀, z ₀)dz + R (II)

f _x , f _y , f _z sind die partiellen Ableitungen von f(x, y, z) nach x, y, z.

Das Restglied R kann nach (III) abgeschätzt werden

R = 1/2(f _xx dx ²+2f _xy dxdy+2f _xz +dxdz+f _yy dy ²+2f _yz -dydz+f _zz dz ²) (III)

mit f _xx (x ₀+δ dx, y ₀+δ dy, z ₀+δ dz), . . . 0≦ωτδ≦ωτ1
als den zweiten Ableitungen von f(x, y, z) nach x, y, z.

Das Restglied R kann aber in bestimmten Fällen auch durch Umkehrung von (II) exakt berechnet werden.

Aus dem beschriebenen Algorithmus ergibt sich folgende Arbeitsweise eines analytischen Auswertegerätes.

Das Objektkoordinatensystem x, y, z wird in Quader A _ÿk mit den Abmessungen 2dx _max , 2dy _max , 2dz _max geteilt, deren Mittelpunkte die lokalen Nullpunkte P _0ÿk sind.

Für jeden dieser Quader werden die Parameter x ₀, y ₀, z ₀, x ₀′, y ₀′, x ₀″, y ₀″, f _1x , . . . f _4z und die zur Beschreibung des Restgliedes erforderlichen Koeffizienten abgespeichert.

Erfolgt beim Auswerten des Bildes ein Übergang von Quader A _ÿk zu einem der 26 benachbarten Quader A _i+1, _j+m , _k+n (l = -1, 0, 1; m = -1, 0, 1; n = 1, 0, 1), dann wird jeweils der gesamte Parametersatz ausgetauscht und die auf P _{0 ÿk} bezogenen dx, dy, dz werden auf P ₀, _i+1, _i+m , _k+n bezogen.

In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen den Koordinatenänderungen an den Eingabeelementen , , und den Koordinatendifferenzen d , d zu den lokalen Nullpunkten P ₀ für eine Ebene dargestellt.

Im folgenden wird auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Algorithmus anhand einiger Beispiele eingegangen.

Der Ausgangspunkt wird von dem allgemeinen Fall eines Modellkoordinatensystems mit nichtkartesischen Koordinaten , , gebildet.

Dafür gelten folgende Ausgangsgleichungen:

Aus ihnen ergibt sich die Grundgleichung für ein Bild (für das zweite Bild entsprechend):

wobei

Die Konstanten K, k, R und U ergeben sich wie folgt:

mit

x ₀ = u( ₀, ₀, ₀
y ₀ = v( ₀, ₀, ₀)
z ₀ = w( ₀, ₀, ₀)

Am Beispiel der Berücksichtigung der Erdkrümmung soll dies gezeigt werden:

K ^e und R ^e ergeben sich aus (4).

In dem häufig auftretenden Spezialfall, daß das Modellkoordinatensystem ein rechteckiges Koordinatensystem ist, d. h. = x, = y, = z, ergeben sich in (2) und (4) für die Grundgleichung und die Konstanten:

c _k : Kammerkonstante.

Es ist ohne weiteres möglich, Bildfehlerkorrekturen in die Grundgleichung (2) zu integrieren:

Beispielsweise soll die Bildfehlerkorrektur nach

mit (1) erfolgen. Auf der linken Seite der Gleichung (6) handelt es sich um die korrigierten Bildkoordinaten, auf der rechten Seite von (6) werden die aus (1) ermittelten Bildkoordinaten eingesetzt.

Für die Konstanten K, k, R und U ergibt sich:

Zur Auswertung von Scannerbildern werden meist Polynome 2. oder 3. Grades verwendet.

Für ein Polynom 3. Grades lautet die Grundgleichung:

Daraus ergeben sich die Konstanten K, k, R und U:

Claims (2)

1. Verfahren zur Echtzeitauswertung von Luftbildern in digital gesteuerten photogrammetrischen Auswertegeräten, wobei
über Eingabeelemente (1) eine Einstellung auf Modellpunkte vorgenommen wird,
die den eingestellten Werten entsprechenden Modellkoordinaten ( , , ) einem Rechenwerk (3) übertragen,
die berechneten Bildkoordinaten (x′, y′, x″, y″) an Regelkreise ausgegeben,
durch die Regelkreise über motorische Antriebe die Bildträger (2) bewegt
und die zu den Modellkoordinaten gehörigen Bildkoordinaten eingestellt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einteilung des Modells in räumliche Segmente A _ik der Abmessungen 2 (d , d , d ) vorgenommen wird und diesen spezielle Transformationsparameter zugeordnet werden, wobei diese aus den Daten der äußeren Orientierung der Luftbilder und den Mittelpunktkoordinaten der räumlichen Segmente im Modell entsprechend der Taylorschen Formel ermittelt werden, wobei zwischen Bild- und Modellkoordinaten der Zusammenhang besteht und der Speicherbereich des Rechenwerks in Unterbereiche unterteilt wird, wobei jedem räumlichen Segment A _ik des Modells ein Speicherbereich zugeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der räumlichen Segmente kleiner als die verwendete Wortlänge des Rechners sind.