DE699268C

DE699268C - Stereophotogrammetric evaluation device

Info

Publication number: DE699268C
Application number: DE1938Z0024555
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Kern
Original assignee: WILHELM KERN DR ING
Current assignee: WILHELM KERN DR ING
Priority date: 1937-05-18
Filing date: 1938-05-11
Publication date: 1940-11-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur zeichnerischen Auswertung eines durch Aufnahmen aus der Luft gewonnenen Paares von in einer Ebene angeordneten stereoskopischen Meßbildern eines Geländes mit Hilfe eines Paares von Meßmarken, die eine jener Ebene parallele Gerade bestimmen, und einer Zeicheneinrichtung, wobei zum Zwecke des Aufsuchens der verschiedenen Bildpunkte das eine jener beiden Paare gegenüber dem anderen verstellbar ist und zum Zwecke der Änderung der Parallaxe die beiden Teile eines jener beiden Paare parallel zu jener Geraden gegeneinander einstellbar angeordnet sind.The invention relates to a device for the graphic evaluation of a recording A pair of stereoscopic measurement images obtained from the air and arranged in a plane of a terrain with the help of a pair of reference marks which are parallel to one of that plane Just determine, and a drawing device, with the purpose of locating of the various pixels that one of those two pairs is adjustable with respect to the other and for the purpose of Change in parallax the two parts of one of those two pairs parallel to that Straight lines are arranged adjustable against each other.

Um mittels eines solchen Gerätes, statt eines Perspektiven Planes des Geländes einen orthogonalen Plan zu erhalten, wird nach der Erfindung ein einziger um einen Punkt allseitig drehbarer Lenker vorgesehen, der.in bekannter Weise mit dem verstellbaren Paar so gekuppelt ist, daß- seine Lage im Raum stets der Lage eines der beiden Strahlen entspricht, die bei der Aufnahme zur Abbildung desjenigen Geländepunktes auf die beiden Schichtträger gedient haben, dessen Bildpunkten entsprechend im Auswertegerät die Meßbilder und die Meßmarken zueinander eingestellt sind, und ferner gekennzeichnet durch Mittel, um durch den Lenker auf den Zeichenstift so ein-„ zuwirken, daß dieser für jeden in beliebiger Höhe über einer festen Bezugsebene liegenden Geländepunkt eine Verstellung parallel zur Zeichenfläche entsprechend dem Abstand erfährt, den in jener Bezugsebene die Horizontalprojektion des Geländepunktes von der Perspektiven Projektion des Geländepunktes in der Richtung jenes einen Strahles hat. Diese Mittel umfassen zweckmäßig ein parallel der Zeichenfläche verstellbar angeord-¹ netes, den Zeichenstift tragendes Glied mit einer zur Zeichenfläche senkrechten Führung,In order to obtain an orthogonal plan by means of such a device instead of a perspective plan of the site, according to the invention a single handlebar is provided which can be rotated in all directions around a point and which is coupled in a known manner with the adjustable pair so that its position in Space always corresponds to the position of one of the two rays that were used during the recording to map that point of the terrain on the two layers, the image points of which are set in the evaluation device, the measurement images and the measurement marks to each other, and also characterized by means to by the handlebars to act on the drawing pen in such a way that it experiences an adjustment parallel to the drawing surface for each terrain point lying at any height above a fixed reference plane according to the distance that the horizontal projection of the terrain point in that reference plane from the perspective projection of the terrain point in the direction of that one Beam has. These means advantageously comprise a parallel to the drawing surface adjustable angeord- designated ^1, the pen-supporting member having a vertical to the drawing surface guide,

längs deren ein Schieber einstellbar ist, an dem der Lenker allseitig drehbar gelagert ist. Das neue Gerät gestattet Senkrechtaufnahmen und, wenn geringe. Fehler in den Kauf genommen werden können, auch von Senk-"' rechtaufnahmen wenig abweichende Steilaufnahmen auszuwerten. Handelt es sich um Schrägaufnahmen, so muß eine Umprojektion in Senkrechtaufnahmen vorausgehen, ίο Abb. ι veranschaulicht die Verhältnisse bei der Aiifnahme eines Geländes und dient zur Erläuterung der Beziehungen zwischen orthogonaler und perspektiver Projektion. Abb. 2, 3 und 4 zeigen in schematischer Darstellung drei verschiedene Ausführungsformen eines der Erfindung gemäß ausgebildeten Gerätes. In Abb. ι ist G das Gelände, zu dessen Aufnahme zwei Kammern angeordnet sind, von denen die Achsen der Objektive O₁ und O₂ ao lotrecht sind. Die Objektive haben gleiche Brennweite f und liegen in gleicher Höhe H über einer horizontalen Bezugsebene E. Der gegenseitige horizontale Abstand der beiden Objektive ist mit b bezeichnet. B₁ und B₂ sind die beiden Bildplatten, die von den Objektivachsen in A₁ und A₂ geschnitten werden. JV₁ und N₂ sind die Schnittpunkte der Objektivachsen mit der Bezugsebene B. Ein Punkt P des Geländes G, der eine Höhe h über der BezugsebeneE hat, wird durch das Objektiv O₁ nach p" und durch das Objektiv O₂ nach p'" abgebildet. Der gegenseitige Abstand der beiden Bildpunkte p" und p'" ist mit t bezeichnet. Die Differenz t-b wird die Parallaxe genannt. Zwischen der Höhe des Geländepunktes P und der'Parallaxe besteht die Gleichungalong which a slide is adjustable, on which the handlebar is rotatably mounted on all sides. The new device allows vertical shots and, if low. Errors can be accepted, even evaluating vertical recordings that do not differ slightly from vertical and vertical recordings. In the case of oblique recordings, a reprojection in vertical recordings must be carried out beforehand, ίο Fig the relations between orthogonal and perspektiver projection. Fig. 2, 3 and 4 of the invention designed according to the device shown in a schematic representation of three different embodiments. in Fig.'s ι G the terrain, two chambers are arranged to receive it, of which the axes of the objective lenses O ₁ and O ₂ ao perpendicular shown. the lenses have f same focal length and are in the same height H above a horizontal reference plane E. the mutual horizontal distance between the two lenses is denoted by b. B ₁ and B _2, the two optical disks which are intersected by the lens axes in A ₁ and A _2. JV ₁ and N ₂ are the intersection points of the O. Objective axes with the reference plane B. A point P of the terrain G, which has a height h above the reference plane E , is imaged by the objective O ₁ to p " and by the objective O ₂ to p '". The mutual distance between the two image points p " and p '" is denoted by t. The difference tb is called the parallax. The equation exists between the height of the terrain point P and the parallax

—j— = -ψψ—j-. P' ist die orthogonale Projektion des Punktes P in der Bezugsebene E, während P" die in der gleichen Ebene liegende Perspektive Projektion in der Richtung des den Punkt P auf die Bildplatte B₁. abbildenden Strahles ist. P" hat von P' einen Abstand r, der gleich dem Produkt aus der Höhe/i des Geländepunktes P über der Bezügsebene E und dem Tangens des Winkels ν ist, den jener abbildende Strahl mit der Nadirlinie O₁-N₁ —J— = -ψψ - j-. P ' is the orthogonal projection of the point P in the reference plane E, while P "is the perspective projection lying in the same plane in the direction of the ray imaging the point P on the image plate B _1. P" is at a distance from P' r, which is equal to the product of the height / i of the terrain point P above the reference plane E and the tangent of the angle ν that the imaging ray with the nadir line O ₁ -N ₁

einschließt. s includes. s

Die .Erfindung bezweckt, daß bei der Auswertung von dem Punkt P (und sämtlichen anderen Geländepunkten) statt der perspektiven Projektion P" die orthogonale Projektion P' aufgezeichnet wird. Zu dem Zweck muß der Zeichenstift des oben als bekannt vorausgesetzten Auswertegerätes, der ohne besondere Zusatzeinrichtungen den Perspektiven Punkt P" aufzeichnen würde, um P" P' ζ= / = fi. tg ν verstellt werden, so daß er den Punkt P' aufzeichnet. ■ < ■The purpose of the invention is to record the orthogonal projection P ' instead of the perspective projection P' during the evaluation of the point P (and all other terrain points) would record the perspective point P "to be adjusted by P" P ' ζ = / = fi. tg ν so that it records the point P'. ■ <■

In Abb. 2 sind B₁ und B₂ zwei Meßbilder, die auf der waagerechten Oberfläche eines nicht gezeichneten Tisches so befestigt sind, daß die Durchstoßpunkte A₁ und A₂, in denen bei der Aufnahme die Achsen der Objektive O₁ ,_ und O₂ die zu den Meßbildern gehörenden !.Bildplatten durchstoßen hatten, in dem der. Auf nahmestandlinie & entsprechenden Abstand voneinander entfernt sind. Mit vS* ist ein Stereometer bezeichnet, das zwei Meßmarken M₁ und M₂ enthält, von denen M₂ mittels einer Stellvorrichtung S₁ gegenüber M₁ verstellbar ist, zu dem Zwecke, stets diejenige Parallaxe t-b einstellen zu können, die der Höhe des aufzuzeichnenden Geländepunktes entspricht. In der Zeichnung decken sich die Meßmarken M₁ und M₂ mit den - Bildpunkten p" und p'" eines Geländepunktes P, der" in der Höhe h über derjenigen waagerechten Bezugsebene E liegt, die für das Aufzeichnen zugrunde gelegt wird, und über der die Objektive O₁ und O₂ bei der Aufnahme der zu den Meßbildern gehörenden Bildplatten im Abstand H gelegen hatten. Das Stereometer .S ist über den Meßbildern so> beweglich, daß seine Meßmarken mit beliebigen Bildpunktpaaren zur Deckung gebracht werden können. Dabei ist das Stereometer mittels in der Zeichnung der Einfachheit halber weggelassener Führungseinrichtungen so geführt zu denken, daß die Verbindungslinie der Meßmarken Ji₁ und M₂ ihre Richtung nicht ändert. Zur Betrachtung der Meßbilder und der Meßmarken dient ein Spiegelstereoskop U, das zweckmäßig mit dem Stereometer verbunden ist. Ein Arm S₂ des Stereometers 5* trägt eine Kugelschale S₃, in der eine Hülse Si allseitig drehbar gelagert ist. Mit T₁ ist eine fest angeordnete Kugelschale bezeichnet, in der eine Hülse T₂ allseitig drehbar gelagert ist. In den beiden Hülsen S₄, und T₂ ist ein Lenker R 100' verschieblich gelagert, der an seinem unteren Ende eine Kugel Pv₁ trägt. Diese Kugel ist in einer Kugelschale W₃ allseitig drehbar gelagert, die folgendermaßen gelagert ist. Auf einer horizontalen Zeichenfläche Z₂ ist ein Wagen W beliebig verstellbar angeordnet, der den Zeichenstift Z₁ trägt. Der Wagen W enthält eine lotrechte Führurigsstange W₁, längs deren eine Hülse W₂ einstellbar angeordnet ist. Diese Hülse trägt die Kugelschale W₃. m Zur Einstellung der Hülse W₂ ist eine Anzeigevorrichtung angeordnet zu denken. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, welche gegenseitige Lage die Mittelpunkte der Kugelschalen S₃, T₁ und W₅ haben müssen. Die lot- rechte Komponente des gegenseitigen Abstandes der Mittelpunkte der Kugelschalen S₃ und T₁ ist gleich der Brennweite/ der Aufnahmeobjektive O₁ und O₂, während die lotrechte Komponente des gegenseitigen Abstan- 12« des der Mittelpunkte der Kugelschalen T₁ und W₃ der Differenz H-h entspricht. ZurIn Fig. 2, B ₁ and B _{2 are} two measurement images which are attached to the horizontal surface of a table (not shown) in such a way that the penetration points A ₁ and A ₂ , in which the axes of the objectives O ₁ , _ and O ₂ had pierced the image plates belonging to the measurement images in which the. Record stand line & appropriate distance apart. With vS * a stereometer is referred to, which contains two measuring marks M ₁ and M ₂ , of which M ₂ is adjustable by means of an adjusting device S ₁ with respect to M ₁ , for the purpose of always being able to set that parallax tb that corresponds to the height of the to be recorded Corresponds to the terrain point. In the drawing, the measurement marks M ₁ and M ₂ coincide with the - image points p " and p '" of a terrain point P which is "at height h above that horizontal reference plane E on which the recording is based, and above the The objectives O ₁ and O _{2 had been} at a distance H when the image plates belonging to the measurement images were taken. The stereometer .S is movable over the measurement images in such a way that its measurement marks can be made to coincide with any pairs of image points means to think in the drawing for simplicity, omitted guide means out such that the line connecting the measurement marks Ji ₁ and M ₂ does not change its direction. to view the measurement images and the measuring marks is a mirror stereoscope U, which is expediently connected to the stereo meters. a Arm S _{2 of} the stereometer 5 * carries a spherical shell S ₃ in which a sleeve Si is rotatably mounted on all sides. T ₁ is a fixed spherical shell le denotes, in which a sleeve T _{2 is} rotatably mounted on all sides. In the two sleeves S ₄ and T ₂ , a link R 100 'is slidably mounted, which carries _{a ball Pv 1 at its lower end.} This ball is rotatably mounted on all sides in a ball socket W ₃ , which is mounted as follows. On a horizontal drawing area Z ₂ W a carriage is arranged arbitrarily adjustable, which carries the pen Z. ₁ The carriage W contains a vertical guide rod W ₁ , along which a sleeve W _{2 is} adjustable. This sleeve carries the spherical shell W ₃ . To adjust the sleeve W ₂ , a display device is to be thought of as being arranged. From the drawing it can be seen which mutual position the center points of the spherical shells S ₃ , T ₁ and W ₅ must have. The perpendicular component of the mutual distance between the centers of the spherical shells S ₃ and T ₁ is equal to the focal length / of the taking lenses O ₁ and O ₂ , while the perpendicular component of the mutual distance between the centers of the spherical shells T ₁ and W ₃ corresponds to the difference Hh. To the

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Einstellung des Wertes h, der für die aufzuzeichnenden Geländepunkte von Schichtenlinie zu Schichtenlinie wechselt, ist die Hülse W₂ zu verschieben. Die Lage des Mittelpunktes der Kugelschale W₃ entspricht stets dem Geländepunkt P, dessen Bildpunkte p" und p'" mit den Meßmarken M₁ und M₂ zusammenfallen. - Für beliebige Werte von h zeichnet Z₁ auf Z₂ die Orthogonalprojektion auf. Mit i?ö ist strichpunktiert die Nullstellung des Lenkers R bezeichnet, die derjenigen Lage des Stereometers 5" entspricht, in der die Meßmarke M₁ mit A₁ zusammenfällt. Der Lenker R ist stets dem Strahl P-O₁-P" parallel, der bei der Aufnahme den Punkt P auf dip zu dem Meßbild M₁ gehörende Bildplatte abgebildet hat.Adjustment of the value h, which changes from layer line to layer line for the terrain points to be recorded, the sleeve W _{2 is} to be shifted. The position of the center point of the spherical shell W ₃ always corresponds to the terrain point P, the image points p " and p '" of which coincide with the measurement marks M ₁ and M ₂ . - For any values of h , Z ₁ records the orthogonal projection on Z _2. The dash-dotted line denotes the zero position of the control arm R , which corresponds to that position of the stereometer 5 "in which the measurement mark M ₁ coincides with A _1. The control arm R is always parallel to the beam PO ₁ -P" Recording has mapped the point P on dip belonging to the measurement image M ₁ image plate.

Das durch Abb. 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem soeben beschriebenen durch folgendes. Die Meßbilder B₁ und B₂ sind um i8o° in ihrer Ebene gedreht. Die Perspektivitätszentren O₁ und O₂ liegen also statt unter den Meßbildern über denselben, und die Parallaxe ist b-t. In der Kugelschale W_s ist eine Hülse W₄ allseitig drehbar gelagert, und der Lenker R ist in den Hülsen T₂ und W^ verschieblich angeordnet. Seine Kugel R₁ ist in einer Kugelschale S_s allseitig drehbar gelagert, die an dem Arm S₂ des Stereometers S befestigt ist. Die lotrechte Komponente des gegenseitigen Abstandes der Mittelpunkte der Kugelschalen T₁ und S₅ hat den Wert f, während die lotrechte Komponente des gegenseitigen Abstandes derMittelpunkte der Kugelschalen S_s und W₃ dem Wert/i entspricht.The embodiment illustrated by Fig. 3 differs from that just described in the following. The measurement images B ₁ and B ₂ are rotated by 180 ° in their plane. The perspectives centers O ₁ and O ₂ therefore lie above the measurement images instead of below them, and the parallax is bt. In the ball socket W _s , a sleeve W _{4 is} rotatably mounted on all sides, and the link R is arranged displaceably in the sleeves T ₂ and W ^. His ball R ₁ is rotatably mounted on all sides in a spherical shell S _s which is attached to the arm S _{2 of} the stereometer S. The perpendicular component of the mutual distance between the centers of the spherical shells T ₁ and S ₅ has the value f, while the perpendicular component of the mutual distance between the centers of the spherical shells S _s and W ₃ corresponds to the value / i.

Bei dem durch Abb. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben die Meißbilder B₁ und B₂ und ihre Perspektivitätszentren O₁ und O₂ die gleiche gegenseitige Lage wie in Abb. 2. Um die Parallaxe t-b einstellen zu können, ist das rechte Meßbild B₂ in der Richtung der Standlinie O₁-O₂ verschieblich angeordnet. Der Meßmarkenträger M ist ein dicht über den Meßbildern B₁ und B₂ angeordnetes Glaslineal, das an seinen Enden, im festen Abstand voneinander, die beiden Meßmarken M₁ und M₂ trägt. Der Meßmarkenträger M ist über den Meßbildern genau so· geführt zu denken, wie das Stereometer 5" der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, d. h. die Verbindungslinie der Meßmarken M₁ und M₂ behält ihre Richtung immer bei. Der Meßmarkenträger M trägt eine Kugelschale M₃, in der eine Hülse .M₄ allseitig drehbar gelagert ist. In dieser Hülse M₄ sowie in der Hülse T₂, die in der fest angeordneten Kugelschale T₁ allseitig drehbar gelagert ist, ist der Lenker R verschieblich angeordnet, der an seinem unteren Ende den Zeichenstift Z₁ trägt. Der zugehörende Zeichentisch Z₂ ist in der Höhenrichtung einstellbar gelagert. Zur Verstellung dient eine Fußscheibe Z₃. Die Einstellung ist mittels einer nicht "gezeichneten Anzeigevorrichtung so zu bewirken, ⁶S daß der Abstand des Mittelpunktes der Kugelschale T₁ von der oberen Fläche des Zeichentisches Z₂ dem Wert H-h entspricht. Die lotrechte Komponente des gegenseitigen ■ Abstandes der Mittelpunkte der Kugelschalen T₁ und M₃ hat den Wert f. Mit dem Zeichentisch Z₂ ist ein Arm Z₄ verbunden, an dem mittels einer Führung Z₅ eine Tragsäule Z₆ in der Richtung der Standlinie O₁-O₂ einstellbar angeordnet ist. Die- Tragsäule trägt eine Kugelschale Z_r, in der mittels einer Kugel L₁ ein Lenker L allseitig drehbar gelagert ist. Der Lenker L ist in zwei Hülsen verschieblich, von denen die eine, K₂, in einer Kugelschale K₁ allseitig drehbar gelagert ist, die fest so* angeordnet ist, daß von dem gegenseitigen Abstand der Mittelpunkte der Kugelschalen Z₇ und K₁ die lotrechte Komponente dem Wert H-h und die waagerechte Komponente dem Wert b entspricht. Die andere Hülse, Q₂, ist in einer Kugelschale Q₁" allseitig drehbar gelagert, die an einem Arm Q befestigt ist, der mit dem zum Zwecke der Einstellung der Parallaxe verschieblichen Träger des rechten Meßbildes B₂ verbunden ist. Die lotrechte Komponente des gegenseitigen Abstandes der Mittelpunkte der Kugelschalen Q₁ und K₁ hat den' Wert /, so· daß für die zugehörende waagerechte Komponente x, wie aus der Zeichnung ersichtlich,In the embodiment illustrated by Fig. 4, the chisel images B ₁ and B ₂ and their perspective centers O ₁ and O _{2 have} the same mutual position as in Fig. 2. To be able to set the parallax tb , the right measurement image B _{2 is} in Arranged displaceably in the direction of the base line O ₁ _{-O 2.} The measuring mark carrier M is a glass ruler which is arranged close above the measuring images B ₁ and B ₂ and carries the two measuring marks M ₁ and M ₂ at its ends, at a fixed distance from one another. The measuring mark carrier M is to be thought of as being guided over the measuring images like the stereometer 5 ″ of the exemplary embodiments described above, ie the connecting line of the measuring marks M ₁ and M ₂ always maintains its direction. The measuring mark carrier M carries a spherical shell M ₃ , in the one sleeve .M _{4 is} rotatably mounted on all sides. In this sleeve M ₄ as well as in the sleeve T ₂ , which is rotatably mounted on all sides in the fixed spherical shell T ₁ , the link R is arranged displaceably, the pen at its lower end Z ₁ carries. the supplied listening drawing table Z ₂ is rotatably adjustable in the height direction. a basal disc is used to adjust _Z3. the adjustment is to be effected by means of a not "drawn display device so, ⁶ S that the distance of the center point of the spherical shell T ₁ of the upper surface of the drawing table Z ₂ corresponds to the value Hh. The vertical component of the mutual ■ distance between the centers of the spherical shells T ₁ and M ₃ has the value f. An arm Z _{4 is} connected to the drawing table Z ₂ , on which a support column Z ₆ in the direction of the base line O by means of a guide Z ₅ ₁ -O _{2 is} arranged adjustable. The support column carries a spherical shell Z _r , in which a handlebar L is rotatably mounted in all directions by means of a ball L _1. The handlebar L is displaceable in two sleeves, one of which, K ₂ , is rotatably mounted on all sides in a spherical shell K ₁ , which is fixed so * that from the mutual distance between the centers of the spherical shells Z ₇ and K _1, the vertical Component corresponds to the value Hh and the horizontal component corresponds to the value b. The other sleeve, Q ₂ , is mounted rotatably in all directions in a spherical shell Q ₁ ″, which is attached to an arm Q which is connected to the support of the right measurement image B _2, which can be displaced for the purpose of adjusting the parallax The distance between the centers of the spherical shells Q ₁ and K ₁ has the value /, so that for the associated horizontal component x, as can be seen from the drawing,

die Gleichung gilt χ — worin χ, wie austhe equation holds χ - where χ how from

der oben angegebenen Gleichung hervorgeht, die Parallaxe t-b ist. Die beschriebene Lenkereinrichtung dient also dazu, in Abhängigkeit von der Höheneinstellung des Zeichentisches Z₂ die Parallaxe selbsttätig einzustellen.from the above equation, the parallax is tb . The steering device described thus serves to automatically adjust the parallax as a function of the height adjustment of the drawing table Z _2.

Claims

Patent claims:

- i. Device for graphic evaluation '05 a pair of in one plane obtained by taking pictures from the air stereoscopic measurement images of a terrain with the help of a pair of measurement marks, which one of that plane'parallel no Determine straight line, and a drawing device, whereby for the purpose of finding the various image points the " one of those two pairs is adjustable relative to the other and, for the purpose of change, the parallax of the two Parts of one of those two pairs can be adjusted against each other parallel to that straight line are arranged, characterized by a single handlebar rotatable in all directions around a point, which in a known manner so coupled with the adjustable pair

is that its position in space always corresponds to the position of one of the two rays, those when recording to the illustration of the person. Terrain point on the two Layer carriers have been used, the image points of which are correspondingly set in the evaluation device, the measurement images and the measurement marks with respect to one another, and are further identified by means of acting through the handlebars on the pencil so that it can be used in any way Height above a fixed reference plane an adjustment experiences parallel to the drawing surface according to the distance in that reference plane the horizontal projection of the terrain point from the perspective projection of the terrain point in the direction that has a ray.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by a member which is adjustable parallel to the drawing surface and which carries the drawing pen with a member facing the drawing surface vertical guide, along which a slide is adjustable, on which the handlebar is rotatably mounted on all sides.

For this purpose ι sheet of drawings