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Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von Megbildern aus der Luft
Bei der Verwendung von Luftaufnahmen zum Herstellen von Landkarten ist es erforderlich,
die Lage der Platte im Moment der Aufnahme gegen die Lotrichtung bzw. den Horizont,
d. h. also die Elemente der äußeren Orientierung der Platten, festzustellen. Bei
vorhandener Triangulation kann diese Lage errechnet werden; die Rechnung ist aber
umständlich und zeitraubend. Man suchte daher nach Verfahren, die Elemente der äußeren
Orientierung unmittelbar zu bestimmen. Es ist bekannt, zu dem Zweck die Richtung
eines Lotes oder die Ablesung einer Kreuzlibelle zu benutzen und bei jeder Aufnahme
die Stellung des Lotes bzw. der Libelle mitzuphotographieren. Die Ergebnisse mußten
unzulänglich bleiben, da weder Lot noch Libelle den augenblicklichen Stand der Kammer
im Flugzeug angeben, dieselben vielmehr Eigenschwingungen verschiedener Art unterworfen
sind. Zudem würde auch hierbei eine, wenn auch wesentlich einfachere Rechnung erforderlich
sein. Man hat ferner Versuche gemacht, durch Anwendung eines Kreiselsystems die
Richtung der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs festzuhalten; diese Versuche
sind noch nicht abgeschlossen, haben aber bisher nicht zu einem befriedigenden Ergebnis
geführt. Schließlich versuchte man auch; das Bild der Sonne durch ein Fernrohr festzuhalten
und gleichzeitig mit dem Gelände mitzuphotographieren. Aus der Lage des Sonnenbildes
auf der Platte soll dann die Lage der Platte selbst errechnet werden. Zu einer allseitig
befriedigenden Lösung ist man aber auch hiermit-bisher nicht gelangt.
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Das Verfahren gemäß, der Erfindung besteht darin, da.ß ein Sonnenstrahl
durch Drehung von Spiegeln; die, wie es bei Heliotropen bekannt ist, auf einer waagerechten
Fläche angeordnet und um eine senkrechte und um eine waagerechte Achse drehbar sind,
aufgefangen, in eine willkürlich gewählte, aber bestimmte Richtung, . die mit der
beabsichtigten Aufnahmerichtung (beim Flugzeug die Flugrichtung) und der waagerechten
Auflagefläche der Spiegel in ihrer Größe beabsichtigte, meßbare Winkel bildet, reflektiert
und die Richtung des Sonnenstrahles durch eine dem Fortschreiten der Sonne entsprechende,
zeitlich bestimmte Bewegung der Spiegel um ihre beiden Achsen dauernd festgehalten
wird.
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Bei diesem Verfahren wird zwar die Sonne als Hilfsmittel benutzt,
aber nicht, wie bei dem bekannten Verfahren, indem man ihren Standort auf die photographische
Platte bringt und dann aus der Stellung der Sonne auf der Platte die bei der Aufnahme
vorgelegene Plattenlage ableitet, sondern durch Festhaltung des Sonnenstrahles in
einer bestimmten Lage zur Kammerachse, wie dies z. B. beim Sonnenkompaß bekannt
ist. Die Erfindung benutzt mithin an sich bekannte Mittel, deren Anwendung zu dem
angeführten Zwecke aber neu ist.
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Solange die Lage des reflektierten Sonnenstrahles im Raume fest bleibt,
bleibt auch die Kammer bzw. die optische Achse, welche mit
dem Sonnenstrahl
sozusagen fest verkoppelt wird, fest. Das Festhalten des reflektierten Strahles
in seiner Lage wird in folgender Weise kontrolliert: In dem auf einer mit der Kammer
fest verbundenen Platte ist ein kleiner Planspiegel befestigt, der an einer Stelle,
am besten im Mittelpunkt, durchbohrt ist. Auf derselben Platte, dem Spiegel gegenüber,
ist eine Auffangfläche mit einer Marke befestigt, welch letztere sich in gleicher
Höhe wie die Durchbohrung des Spiegels über der Platte befindet, so daß also die
Verbindungslinie von der Durchbohrung zur Marke der Platte parallel ist. Fängt man
nun mit dem Spiegel den Sonnenstrahl so auf, daß er auf die Auffangfläche reflektiert
wird, und zwar so, daß der durch die Spiegeldurchbohrung verursachte Lichtfleck
auf die Marke der Auffangfläche fällt, so ist der reflektierte Sonnenstrahl markiert
und waagerecht. Wird er in dieser Richtung festgehalten, so bleibt auch die Richtung
der mit ihm starr verbundenen Kammer, mithin auch die Richtung der optischen Achse
des Objektivs z. B. zur Lotrechten, erhalten. Um den Sonnenstrahl in dieser Richtung
festzuhalten, muß die Bewegung der Sonne berücksichtigt werden. Bei fest auf dem
Boden stehender Kammer erreicht man dies durch der Bewegung der Sonne entsprechende
Bewegung des Spiegels um zwei Achsen, am besten um zwei solche, welche sich in der
Mitte der Spiegelbohrung rechtwinklig schneiden, wobei also die senkrechte Achse
fest zur Kammer, die waagerechte Achse um die senkrechte Achse drehbar ist. Auf
der festen Erde würde man also den aufgefangenen Sonnenstrahl nach dem festzuhaltenden
reflektierten orientieren. Im. beweglichen Flugzeug muß aber, um die Kammer stabil
zu halten, der reflektierte Strahl nach dem aufzufangenden orientiert werden. Es
muß daher die Bewegung des letzteren nach dem # Stande der Sonne reguliert werden.
Dies geschieht dadurch, daß an den beiden Drehachsen des Spiegels Stundenkreise
angebracht sind und die Achsen durch ein Uhrwerk in der Bewegung der Sonne entsprechende
Bewegung gesetzt werden.
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Bei Flügen in Nord-Süd- (Meridian-) Richtung wird der Gang der Uhr
nach Sonnenzeit eingestellt. Wird in anderer Richtung geflogen, erhält der Gang
eine leicht mit genügender Schärfe feststellbare Korrektur.
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Die Anwendung des Verfahrens erfolgt in der Weise, daß zunächst außerhalb
des Flugzeuges der reflektierte Sonnenstrahl in eine beliebig wählbare Richtung,
z. B. in die Flugrichtung, festgelegt wird und die Stundenkreise nach der Uhr gestellt
werden. Zum Fluge .wird die Kammer im Flugzeuge kardanisch und auf einem Ringe waagerecht
drehbar aufgehängt. Durch Bewegen der Kammer mit der Hand wird sie in eine solche
Lage gebracht, daß der Schattenpunkt des Spiegels bei der Reflektion des Sonnenstrahles
auf die Marke der Auffangfläche geworfen und auf dieser Marke festgehalten wird.
Bei ruhigem Fluge ist das ohne weiteres möglich; bei plötzlichen Schwankungen wird
der Schattenpunkt ausschlagen; er muß dann wieder eingefangen werden, und bis dies
gelungen ist, werden Bilder mit nicht stabilisierter Achse erzeugt. Die Verwendung
einzelner Bilder, deren Aufnahmerichtung solche Abweichungen haben, hat für die
'Gesamtbearbeitung der Bilder keine Bedenken, weil man im Anschluß an einzelne richtig
orientierte Bilder ganze Bildreihen durch gegenseitige Orientierung anschließen
kann, ohne hierzu terrestrisch bestimmter Punkte zu- bedürfen.
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Nach dem angegebenen Verfahren wird die Zuverlässigkeit der Stabilisierung
nur dann in Frage gestellt, wenn sich Flugzeug mit der Kammer um die Richtung des
aufgefangenen Sonnenstrahles selbst dreht. Dieser Fall ist nur in tropischen Gegenden
gefährlich. Um auch diesen Fehler auszuschalten, werden an der Platte für die Anbringung
des Spiegels und der Auffangfläche zwei Fernrohre mit gemeinsamem Einblick angebracht,
welche sich unter annähernd einem rechten Winkel schneiden und kippbar gelagert
sind. Richtet mau diese bei waagerechter Platte unter Berücksichtigung der Kimmtiefe
auf Tiefenpunkte des Horizonts, was bereits außerhalb des Flugzeuges für angenäherte
Flughöhen vorbereitet werden kann, so mird auch jener Fehler ausgeschaltet.
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Auf der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens
schematisch dargestellt.
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Abb. r zeigt schematisch den Aufnahmeapparat, Abb. z eine Kammer von
außen, Abb.3 die Einrichtung zur Ausführung des Spiegelverfahrens und Abb. 4 den
Spiegel selbst.
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Über einer Meßkammer A (Abb. _, 2) ist eine ebene Platte B so befestigt,
daß sie um eine der Platte parallele Achse C, welche rechtwinklig zur optischen
Achse D des Objektivs verläuft, verschwenkbar ist. Auf der Platte ist in der Mitte
einer Seite E (Abb. 3) eine Gabel F mittels eines Zapfens G senkrecht in die Platte
eingesetzt, so daß sie um die senkrechte Achse H des Zapfens drehbar ist. Die Gabel
F hat zwei röhrenartige Ansätze K, welche so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen
zusammenfallen und die senkrechte Drehachse H des Zapfens G senkrecht schneiden.
In diese Gabel F ist ein kreisrunde; Planspiegel L, welcher in. seinem- Mittelpunkt
M
durchbohrt ist, so eingelegt, daß die Drehachse H des Zapfens
G und die gemeinsame Achse der Röhren K sich im Spiegelmittelpunkt 111 senkrecht
schneiden. Inder Mitte der der Plattenseite E gegenüberliegenden Seite N ist eine
Auffangfläche O mit einer Marke P durch einen Zapfen Q in die Platte
B so eingesetzt, daß die Linie 111-P auf der Auffangfläche in P senkrecht
steht und der Platte B parallel ist. Spiegel- und Auffangfläche können vertauscht
werden. Die Zapfenachse H und die Röhrenachse K, K sind mit je einem Stundenkreis
R (Abb. 3 und q.) versehen, auf welchem die Drehung bzw. Schwenkung des Spiegels
um die Zapfen- bzw. Röhrenachse durch mit den Spiegelachsen fest verbundene Zeiger
S angezeigt wird. In den Mitten der Plattenseiten T und ii befinden sich Ausbohrungen
I', in welche der Spiegel und die Auffangfläche ebenfalls eingesteckt werden können.
Längs der Plattenkanten an den Seiten E und T sind Zielfernrohre mit Fadenkreuzen
so angebracht, daß sie in Richtung der anliegenden Plattenkanten senkrecht zur Platte
gekippt werden können. Bis zu einer Kippuni von etwa 2,5' kann bei beiden
Fernrohren ein gemeinsamer Einblick vorgesetzt werden.
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Die beschriebenen Orientierungsvorrichtungen werden in Verbindung
mit der Aufnahmekammer, die eine mehrfache Kammer sein kann, in justierter Lage
angeordnet, d. h. so, daß beim Zusammenfallen des Schattenfleckes mit der Marke
des Spiegels die optische Achse der Kamera lotrecht steht. Bei dieser Ausgangsstellung
wird die Orientierung unter Berücksichtigung des von Ort und Zeit abhängigen Sonnenstandes
vorgenommen. Selbstverständlich kann statt der Lotlage der optischen Achse auch
eine bestimmte Neigung derselben eingestellt werden, wie dies bei Verwendung von
Mehrfachkammern für die optischen Achsen der unter einem Winkel angeschlossenen
Kammern sich von selbst ergibt. Sodann wird das Uhrwerk in Gang gesetzt, um in bekannter
Weise die scheinbare Bewegung der Sonne auszugleichen. Während des Fluges ist nur
darauf zu achten, daß ungeachtet aller Schwankungen des Flugzeuges und der Kamera
stets der Schattenfleck mit der Marke zusammenfällt, was durch entsprechendes Neigen
der kardanisch aufgehängten Kamera herbeigeführt wird.
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Auf die beschriebene Weise wird zwar nicht der Winkel der optischen
Achse gegen die Lotrichtung, aber ihr Winkel gegen die Sonne festgelegt. Die optische
Achse bleibt also auf einem Kegel beweglich, dessen Achse in die Sonnenrichtung
fällt und dessen halber Öffnungswinkel so gewählt ist, daß die eine von den Kegelerzeugenden
die gewünschte Neigung gegen die Lotrichtung hat. Um auch noch diesen verbleibenden
Freiheitsgrad der Beweglichkeit auszuschalten, sind in fester Verbindung mit der
Kamera die gekreuzten Fernrohre F, W vorgesehen oder an ihrer Stelle ein Periskop.
Die Fernrohre sind so angeordnet, daß die Ebene ihrer Blickrichtungen rechtwinklig
oder unter dem gewünschten Winkel gegen die optische Achse steht. Im Flugzeug wird
die Kamera so eingestellt, daß die Fernrohre bzw. das Periskop den Horizont treffen.
Dadurch ist die gewünschte Stellung der optischen Achse der Kamera gewährleistet.
Da jedoch häufig der Horizont nur, undeutlich erkennbar ist, so wird die Fernrohrvorrichtung
nur zur Ergänzung der Spiegelvorrichtung, also nicht etwa als alleiniges Orientierungsmittel
angewendet. Selbstverständlich ist beim Einstellen der Fernrohre die Depression
des Horizontes (die Kimmtiefe) zu berücksichtigen. Dies geschieht in der Weise,
daß entweder die Fernrohre um den bekannten Betrag der Kimmtiefe aus ihrer Ebene
herausgelegt werden oder daß außerhalb ihrer Blickachsen beobachtet wird. Da die
Depression nach allen Richtungen hin die nämliche ist, läßt sich beides leicht durchführen,
indem bei Verwendung eines Manginschen Periskops oder einer entsprechenden Fernrohrvorrichtung
immer symmetrisch zur Achse der Vorrichtung gehalten wird.
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Als Kammer wird erfindungsgemäß zweckmäßig eine solche Mehrfachkammer
gewählt, bei welcher zum Unterschied von den sonst bekannten Mehrfachkammern die
einzelnen Kammern so verstellbar sind, daß die Lage der optischen Achsen ihrer Objektive
zueinander gemessen oder durch Einstellung der einzelnen Achsen auf beliebige Werte
bestimmt werden kann. Vorteilhaft können die Kammern so angeordnet sein, daß sich
die optischen Achsen sämtlich oder paarweise in einer Ebene vor- oder rückwärts
schneiden; auch können die optischen Achsen mehrerer Kammern durch dasselbe Kammergehäuse
gehen.
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Die Kammern werden für die Aufnahmen so eingestellt, daß gleichzeitig
Bilder von bereits bekanntem bzw. zugänglichem und solche von noch nicht aufgenommenem
bzw. unzugänglichem Gelände erzeugt werden. Aus einem Paar Aufnahmen von ersterem
Gelände werden Maßstab, Meereshöhe und Koordinatensystem sowie durch Auswertung
dieser Bilder die Aufnahmebasis (Aufnahmeabstand zweier Bilder) gewonnen. Hierzu
ist nur nötig eine Strecke, eine Höhe und eine Richtung (Azimut). Mit Hilfe der
so gewonnenen Grundlagen werden die jeweils gleichzeitig aufgenommenen Bildpaare
von dem Neugelände, welches noch gänzlich unbekannt und unzugänglieh
sein
kann, ohne irgendwelche terrestrische Punkte scharf orientiert und ausgewertet.
Diese Auswertung wird sogar noch kontrolliert, da überschüssige Messungen nach Sonne
und Horizont, wie oben beschrieben, und Kontrollen durch Zusammenpassen des Reliefs
vorhanden sind.