DE963921C

DE963921C - Entzerrungsgeraet

Info

Publication number: DE963921C
Application number: DEZ3905A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Sonnberger; Hans Utz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1954-01-03
Filing date: 1954-01-03
Publication date: 1957-05-16

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

Z 3pos IXI'57 a

Entzerrungsgerät

Die Erfindung betrifft ein Entzerrungsgerät, bei dem durch eine Steuerung beim Neigen des Projektionstisches eine der Fluchtpunktbedingung entsprechende Verschiebung des Photobildes in der Bildebene stattfindet, und zwar nach einer in einem Aufsatz »Die Perspektivbedingung bei Entzerrungsgeräten« von Traenkle in der Zeitschrift »Photogrammetria«, 1942, S. 67 bis 83, auf S. 73 unten angegebene Näherung

wobei ν die Größe der Bildverschieburig, f_e die Entzerrungsbrennweite, f_a die Aufnahmebrennweite, η den Vergrößerungsfaktor in der optischen Achse und w den Tangens des Neigungswinkels des Tisches bedeutet. Die Erfindung besteht darin, daß dabei die Steuerung aus einem Rechengetriebe besteht, welches einen entsprechend den Werten von f_a ² und 1/n² verschiebbaren Körper aufweist, welcher auf zwei Multiplikatoren wirkt, von denen jeder die Verschiebungsgröße des Körpers mit dem Tangens des.Neigungswinkels des Tisches bezogen auf eine Bildverschiebungsrichtung multipliziert, und daß Mittel vorgesehen sind, um die durch die Multiplikatoren gebildeten Produkte in die erforderlichen Bildverschiebungen umzuwandeln. Gegenüber den bekannten Geräten, bei denen das Bild nur

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in einer Richtung verschoben wurde und als weitere Einstellmöglichkeit eine Drehung des Bildes um die optische Achse des Gerätes vorgesehen war, wird durch die Verschiebung des Bildes in zwei Richtungen der Vorteil erzielt, daß das Einpassen des Bildes in eine Karte wesentlich erleichtert wird. Da bei diesen Geräten überdies die Verschiebung in der einen Richtung durch Hebel und Gleitstücke erzielt wurde, wird durch die Verwendung der Rechengetriebe der weitere Vorteil erreicht, daß der sichere Ablauf der Bildverschiebung gewährleistet ist, was bei den genannten bekannten Steuerungen wegen der Verwendung selbsthemmender Getriebe nicht der Fall war. Zum anderen wird gegenüber den Geräten, welche auf Grund der Unzulänglichkeit der bekannten Steuerungen ganz von einer selbsttätigen Bildverschiebung absahen, der Vorteil erzielt, daß zum Einpassen des Bildes in eine Karte eine wesentlich geringere Zeit, z.B. nur ein Viertel der bisher igen Einpaß zeit erforderlich ist.

In zweckmäßiger Ausbildung des Erfindüngsgegenstandes sind für die Berücksichtigung des Abbildungsverhältnisses η wenigstens zwei in Abhängigkeit von η drehbare und durch eine Über-

Setzung verbundene Kurvenscheiben vorgesehen, von denen die eine sich langsamer drehende Kurvenscheibe die auf ihnen gleitende Abtastvorrichtung für kleine Werte von η steuert, während die andere sich schneller drehende Kurvenscheibe für große M-Werte die Steuerung übernimmt. Dadurch wird gegenüber den als Bauelement bekannten einfachen Kurvenscheiben der Vorteil erzielt, daß die Kurve an den Stellen größter Steilheit als gedehnt anzusehen ist, denn bei den einfachen Kurvenscheiben fiel im Verhältnis zu den größeren Funktionswerten die Kurve sehr langsam oder sehr rasch ab, je nachdem es sich um die Bildung von i/m² oder m² handelte, so daß Funktionswerte außerhalb bestimmter Grenzen überhaupt nicht mehr oder nur sehr ungenau mit der Kurvenscheibe eingestellt werden konnten, da diese nur eine Umdrehung ausführen konnte. Die einfache Kurvenscheibe müßte, um den gleichen Vorteil zu erzielen, vielmehr als Schnecke ausgebildet werden, was aber einmal sehr teuer

wäre, und zum anderen den Nachteil mit sich brächte, daß sehr viel Umdrehungen erforderlich wären, um eine merkbare Veränderung, z. B. bei kleineren Funktionswerten zu erzielen, wenn es sich um die Bildung von i/m² handeln würde. Falls die

Kurvenscheiben so ausgebildet sind, daß sie den Wert n² liefern, sind vorteilhaft Mittel vorgesehen, diesen Wert i/m² umzuwandeln. Das Prinzip des Zusammenwirkens der erfindungsgemäßen beiden Kurvenscheiben bleibt jedoch davon unberührt.

Zweckmäßig sind die Kurvenscheiben in einem Gehäuse angeordnet, welches proportional f_a ² verschiebbar ist', und der verschiebbare Körper ist vorteilhaft in einer Führung des Gehäuses angeordnet. Durch Wahl des Verschiebungsnullpunktes für die /^-Verschiebung oder der durch die Kurvenscheiben betätigten Abtastvorrichtung kann so sehr einfach der obengenannte Klammerausdruck als Verschiebungsgröße dargestellt werden.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wirkt der verschiebbare Körper auf zwei elektrische Multiplikatoren, die die Größe der Verschiebung des Körpers mit je einer der entsprechend den Bildverschiebungsrichtungen in zwei Richtungen zerlegten Tangenten des Tischneigungswinkels multiplizieren, und es sind Mittel vorgesehen, um die durch die Multiplikatoren gebildeten Produkte in die Komponenten der Bildverschiebung umzuwandeln.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Multiplikatoren durch mechanische ersetzt, insbesondere dann, wenn keine allzu große Genauigkeit für die Bildverschiebungsgrößen verlangt sind, und es besteht jeder Multiplikator aus einer Schiene, denen Neigung durch den verschiebbaren Körper einstellbar ist, und für jede Schiene ist eine verschiebbare, mit einem Ende auf der Schiene gleitende Abtastvorrichtung vorgesehen, derart, daß ihre axiale Verschiebung der Größe der Bildvierschiebung und ihre Verschiebung in senkrechter Richtung dazu dem Tangens des entsprechenden Tischneigungswinkels proportional ist. Bei dieser Multiplikatorenausbildung sind die Mittel für die Übertragung der Größe der axialen Verschiebung der Abtastorgane in die Bildverschiebungen zweckmäßig mechanischer Art. go

Bei der elektrischen Ausführungsform der Multiplikatoren greift der verschiebbare Körper vorteilhaft auf Potentiometern die an einer gemeinsamen, dem Wert A = (f_a ^s/f_e ² —1 + i/m²) entsprechenden Spannung liegen, seinen Verschiebungen entsprechende Spannungen ab. Diese Spannungen liegen unter Zwischenschaltung von Motoren zur Verschiebung des Tisches für das Photobild als Eingangsspannungen an weiteren von einer konstanten Gegenspannung gespeisten Potentiometern. Da die abgegriffenen Spannungen an den Potentiometern einmal proportional den Eingangsspannungen sind, welche den Windungslängen der Potentiometer gleichgesetzt werden können und zum andern der Länge der abgegriffenen Strecke, stellt die durch die Abtastvorrichtung abgegriffene Spannung an jedem Potentiometer das Piodukt der Verschiebung des Körpers und der betreffenden Abtastvorrichtung dar.

Ist die Bildverschiebung gerade so groß, daß das mit dieser Verschiebung gekuppelte Potentiometer eine ebenso große Spannung liefert wie die Abtastvorrichtung, so ist die Spannungsdifferenz am Motor gleich Null und der Motor bleibt stehen, womit auch die Bildverschiebung in der dem Motor zugeordneten Richtung aufhört.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt

Fig. i, welche der Übersichtlichkeit halber in die Fig. ι a und 1 b unterteilt wurde, das Entzerrungsgerät mit einer elektrischen Steuerung der Bildverschiebung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die Kurvenscbeibenanordnung zur Bildung des Wertes i/m²,

Fig. 3 das Schaltschema für die elektrische Steuerung nach Fig. 1;

Fig. 4, welche der Übersichtlichkeit halber in die Fig. 4 a und 4 b unterteilt ist, das Gerät der Fig. 1 mit einer mechanischen Steuerung der Bildverschiebung.

In den Fig. 1 und 4 wird ein Luftbild 1 durch ein Objektiv 2 auf einen Projektionstisch 3 abgebildet. Zum Einpassen von vier Bildpunkten in eine in der Projektionsebene angeordnete Karte ist der Tisch in einem kugelförmigen Lager 4 um den Mittelpunkt dieses Lagers kippbar angeordnet. Die Kippbewegung wird durch einen Hebel 5 auf zwei nach Art eines Kreuzschlittens in einer Ebene senkrecht zueinander verschiebbare Körper 6 und 7 übertragen. Die Größen dieser Verschiebungen sind proportional dem Tangens des Neigungswinkels des Tisches -in dier betreffenden Richtung und nachfolgend der Einfachheit halber gleich dem Tangens der Neigungswinkel angenommen. Durch eine Stange 8 wird diese Bewegung dem Lineal 9

ao eines Carpentierinversors mitgeteilt. Das Lineal 9 ist im Punkt 10 drehbar gelagert. Bei Verschiebung des Körpers 6 in Richtung W₁ wird über den Carpentierinversor und eine Stange 11 der in einer Führung 12 gelagerte Bildträger 13 entsprechend verschoben, wobei sich das Bild auf Grund der besonderen Ausbildung der Führung 12 neigt. Bei Verschiebung der Körper 6 und 7 in Richtung W₂ wird der Bildträger 13 durch das Lineal 9 um eine Welle 14 gedreht, so daß das Bild 1 in senkrechter

30· Richtung zur erstgenannten geneigt wird.

Zur Einpassung von vier Bildpunkten in eine auf den Projektionstisch 3 angeordnete Karte ist neben der Kippung des Bildes 1 eine Verschiebung des Bildes 1 in seiner Ebene in zwei Richtungen gewählt. Diese Verschiebung wird in den Richtungen V₁ und V₂ in Abhängigkeit von den Verschiebungen W₁ und W₂ des Körpers 6 durch die genäherte Fluchtpunktbedingung

Vi = (fe/2) · (fa²/fe²—l +

(l)

dargestellt, (1=152), wobei f_e als Brennweite des Objektivs 2 konstant ist und f_a die Aufnahmebrennweite und η der Vergrößerungsfaktor bei der Projektion des Bildes 1 auf den Tisch 3 bedeutet. Zur Einstellung des Wertes f_a ist eine Skala 15 vorgesehen, welche nach Werten von f_a ²/f_e ^s geteilt ist und auf der mittels eines Drehknopfes 16 der /«-Wert eingestellt wird. Bei der Einstellung des /„-Wertes dreht sich eine mit dem Drehknopf 16 verbundene Welle 17. Die Welle 17 ist als Gewindespindel ausgebildet, so daß bei Drehung der Welle 17 ein Gehäuse 18 proportional /_a ²//_e ² verschoben wird. Im Gehäuse 18 sind durch ein Zahnrad 19 drehbar Kurvenscheiben 23 und 24, wie in Fig. 2 ersichtlich, angeordnet. Das Zahnrad 19 wird über eine Schnecke 20 und eine biegsame Welle 21 von einem Fußrad 22 angetrieben. Das Zahnrad 19 wird proportional η verdreht. Durch Übersetzungen 25/26 und 27/28 wird erreicht, daß sich die Kurvenscheibe 24 z. B. zehnmal schneller als die Kurvenscheibe 23 dreht. Die Kurvenscheiben 23 und 24 sind so ausgebildet, daß eine Rolle 29 auf ihnen jeweils den Wert ι/μ² abgreift und um diesen Betrag einen Körper 30 verschiebt. Für kleine η rollt dabei die Rolle 29 auf der Kurve der Scheibe 23, und zwar so lange, wie diese Kurve einen größeren Abstand von der Drehachse der Kurvenscheiben hat, als die Kurve der sich schneller drehenden Scheibe 24. In dem Punkt, in dem beide Kurven der Kurvenscheiben 23 und 24 einen gleichen Abstand von der Drehachse der Scheiben haben, fällt die Kurve der Scheibe 23 schnell nach Null ab, und die Rolle 29 rollt jetzt auf der Scheibe 24 weiter, und zwar so lange, bis die Rolle 29 an den Ast 31 der Scheibe 23 anschlägt. Der dazu notwendige Drehwinkel der Scheibe 23 beträgt ungefähr n/5, so daß die Scheibe 24 eine nahezu volle Umdrehung ausgeführt hat. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß auch bei großen η eine sehr genaue Verschiebung des Körpers 30 um i/m² stattfindet. Der Körper 30 ist in einer Führung des Gehäuses 18, wie auch in den Fig. 1 und 4 ersichtlich, gelagert, so daß sich der Körper 30 einmal um den Betrag i/m² und zum andern um den Betrag f_a ²/f_e ² verschiebt, und durch Wahl des Verschiebungsnullpunktes wird erreicht, daß die gesamte Verschiebung

-*i " ' \f Q ' f 0 ) °~^~ X I Xl Hi \ J

beträgt. g₀

In Fig. ι ist am Körper 30 ein Schleifkontakt 74 angeordnet, welcher auf einem Potentiometer 75 eine der Verschiebung des Körpers 30 entsprechende Spannung abgreift. Ebensolche Schleifkontakte 70 und' 72 sind an der Stange 8 und am Körper 7 befestigt. Die Schleifkontakte 70 und 72 greifen bei Verschiebung der Körper 6 und 7 in den Richtungen w_t und W₂ den Größen dieser Verschiebungen entsprechende Spannungen auf Potentiometern 71 und 73 ab. Die Bildverschiebung wird durch zwei Elektromotore 76 und γγ über Getriiebe 78 und 79 bewirkt. Mit den Getrieben 78 und 79 sind Schleifkontakte 80 und 81 verbunden, welche auf Potentiometern 82 und 83 den Verschiebungsgrößen V₁ und V₂ des Bildes 1 entsprechende Spannungen abgreifen.

Zur Erläuterung der Schaltung und der Wirkungsweise der Potentiometer dient Fig. 3. An das Potentiometer 75 ist eine konstante Spannung E₂ angelegt. Entsprechend der Verschiebung A greift "o der Schleifkontakt^ eine Spannung e₉ = (E₂IL₂) -A ab, wobei L₂ die Windungslänge des Potentiometers 75 bedeutet. ' Die Spannung e₂ ist als Eingangsspannung an die Potentiometer 71 und 73 gelegt. Bei Verschiebung des Schleifkontakts 70 um die "5 Strecke W₁ oder des Schleifkontakts 72 um die Strecke w₂ werden durch diese die Spannungen

^es =

L₃) A W₁

^ez' = (^ezl^Lz) · ^OT2 = (EJL₂L₃) Aw₂

abgegriffen, wobei L₃ die Winduiigslänge der Potentiometer 71 und 73 ist. Die abgegriffenen Spannungen sind also den Produkten A · W₁ pro portional.

In entsprechender Weise wird an die Potentiometer 82 und 83 die konstante Spannung E₁ gelegt, welche mit der Spannung E₂ identisch sein kann. Die mit dem Bild 1 verschiebbaren Schleifkontakte 80 und 81 greifen dann, wenn das Bild um die Beträge V_x und V₂ verschoben wird, an den Potentiometern 82 und 83 die Spannungen e_±' = (E₁ZL₁) V₁ und e-[' = (E₁ZL₁) V₂ ab, welche proportional der Bildverschiebung sind. Die Potentiometer 71 und 82 einerseits,'Sowie 73 und 83 andererseits sind mit den Motoren 76 und TJ so schaltungsmäßig vereint, daß in den Motoren 76 und "JJ nur dann ein Strom fließt, wenn die Spannungen e_x' ungleich e_s' oder für den Motor yj wenn e_t" ungleich e_z" sind. In diesem Falle drehen sich die Motore und verschieben das Bild 1, und zwar so lange, bis die Schleifkontakte 80 und 81 gerade eine so große Spannung abgreifen, daß e( = e₃' oder e_±" = e₃" wird. In diesem Augenblick hört die Stromzufuhr auf und die Bildverschiebungen sind beendet.

In Fig. 4 liegt der Körper 30 mit einer Rolle 31 ständig an einem durch ein Gewicht 32 an die Rolle gezogenen Hebel 33. Der Hebel ist um eine Achse

34 drehbar und mit einem Lineal 35 fest verbunden. . Bei Verschiebung des Körpers 30 ändert sich die Neigung des Lineals 35 dementsprechend. Über ein Gestänge wird in Abhängigkeit von der Verschiebung des Körpers 30 ein weiteres Lineal 37, welches um eine Achse 38 drehbar angeordnet ist, in seiner Neigung verändert. Am Körper 6 ist in Richtung W₂ verschiebbar eine Zahnstange 39 angeordnet. Durch eine Feder wird die Zahnstange 39 mit einer Rolle 40 gegen das Lineal 35 gedrückt. Verschiebt sich der Körper 6 in Richtung W₁, dann macht die Zahnstange 39 einmal diese Bewegung mit, verschiebt sich aber zum andern in axialer Richtung proportional einem Wert U₁. Der Proportionalitätsfaktor ist durch Festlegung der Nullneigung des Lineals

35 so gewählt, daß diese Verschiebung U₁ = A-W₁ ist, wobei A die Bedeutung der Gleichung (2) hat.

Die Bewegung wird durch eine Zahnrolle 41, eine biegsame Welle 42, ' Zahnräder 43 und 44, eine Welle 45 und Zahnräder 46 und 47 einer weiteren biegsamen Welle 48 und Schnecken 49 und 50 dem Bild ι mitgeteilt. Die Übersetzung ist dabei so gewählt, daß das Bild nach Gleichung (1) um den Betrag V₁ verschoben wird.

Bej Verschiebung des Körpers 6 in Richtung W₂ bleibt die Lc.ge der Zahnstange 39 mit Bezug auf die Zahnrolle 41 unverändert. Die Stange 8 nimmt jedoch eine an ihr befestigte Führung 51 und eine in dieser Führung axial verschiebbar gelagerte Zahnstange 52 mit. Die Zahnstange 52 weist eine Rolle 53 auf, welche auf dem Lineal 37 gleitet. Bei Verschiebung der Zahnstange 52 in Richtung W₂ erhält diese durch das Lineal 37 eine axiale Bewegung, wodurch eine Zahnrolle 54 betätigt wird. Die Drehung der Zahnrolle 54 wird über Zahnräder 55 und 56, eine biegsame Welle 57, Zahnräder 58 und 59, 60 und 61 und eine weitere biegsame Welle 62 einer Zahnrolle 63 mitgeteilt, welche bei geeigneter Wahl der Nullneigung des Lineals 37 sowie der Übersetzung der Zahnräder zwischen den Zahnrollen 54 und 63 das Bild 1 um den Betrag V₁ verschiebt.

Zum Einpassen der Bildpunkte in eine Karte brauchen daher nur die Größe f_a auf der Skala 15 und mittels der Scheibe 22 die Vergrößerung n, welche an einer Skala 64 ablesbar ist, eingestellt zu werden. Durch anschließende Kippung- des Projektionstisches wird dann erreicht, daß sich einmal das Bild 1 durch den Carpentierinversor für die Scharfabbildung aller Bildpunkte auf den Projektionstisch neigt und zum andern wird das Bild selbsttätig entsprechend der Fluchtpunktbedingung verschoben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Entzerrungsgerät, bei dem durch eine Steuerung beim Neigen des Projektionstisches eine der Fluchtpunktbedingiung entsprechende Verschiebung des Photobildes in der Bildebene stattfindet, und zwar nach der Näherung

wobei ν die Größe der Bildverschiebung, f_e die Entzerrungsbrennweite, f_a die Aufnahmebrennweite, η den Vergrößerungsfaktor in der optischen Achse und w den Tangens des Neigungswinkeis des Tisches bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung aus einem Rechengetriebe besteht, welches einen entsprechend den Werten von f_a ² und iZn² verschiebbaren Körper (6) aufweist, welcher auf zwei Multiplikatoren wirkt, von denen jeder die Verschiebungsgröße des Körpers mit dem Tangens des Neigungswinkels des Tisches, bezogen auf eine Bildvecrschiebungsrichtung, multipliziert, und daß Mittel vorgesehen sind, urn die durch die Multiplikatoren gebildeten Produkte in die erforderlichen Bildverschiebungen umzuwandeln.
2. Entzerrungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berücksichtigung des Abbildungsverhältnisses η zwei in Abhängigkeit von η drehbare und durch eine Übersetzung verbundene Kurvenscheiben (23, 24) vorgesehen sind, von denen die eine sich langsamer drehende Kurvenscheibe (23) die auf ihnen gleitende Abtastvorrichtung (29) für kleine Werte von η steuert, während die andere sich schneller drehende Kurvenscheibe (24) für große Werte von η die Steuerung übernimmt (Fig. 2).
3. Entzenrungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall, daß die Kurvenscheiben den Wert n² bilden, Mittel vorgesehen sind, diesen Wert in τ/η² umzuwandeln.
4. Entzerrungsgerät nach Anspruch 2,- dadurch gekennzeichnet, daß die, Kurvenscheiben in einem Gehäuse angeordnet sind, welches proportional f_a ² verschiebbar ist.
5. Entzerrungsgerät nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Körper in einer Führung des Gehäuses angeordnet ist.
6. Entzerrungsgerät nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Körper (6) auf zwei elektrische Multiplikatoren wirkt, die die Größe der Verschiebung des Körpers mit je einer der entsprechend den Bildverschiebungsrichtungen in zwei Richtungen zerlegten Tangenten des Neigungswinkels des Tisches multiplizieren, und daß Mittel vorgesehen sind, um die durch die Multiplikatoren gebildeten Produkte in die Komponenten der Bildverschiebung umzuwandeln (Fig. ia, ib und 3).
7. Entzerrungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Körper (6) auf Potentiometern (71, 73), die an einer gemeinsamen, dem W&rt Λ = (f_a ²/f_e ² —1 + i/m²) entsprechenden Spannung (£₂) liegen, seinen Verschiebungen entsprechende Spannungen abgreift und daß diese Spannungen unter Zwischenschaltung von Motoren (76, 77) zur Verschiebung des Tisches für das Photobild (1) als Eingangsspannungen an weiteren von einer konstanten Gegenspannung (E₁) gespeisten Potentiometern (82, 83) liegen.'
8. Entzerrungsgerät nach einem der Anspräche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Multiplikatoren vorgesehen sind, von denen jeder aus einer Schiene besteht, deren Neigung durch den verschiebbaren Körper (6) einstellbar ist, und daß für jede Schiene eine verschiebbare und mit einem Ende auf der Schiene gleitende Abtastvorrichtung vorgesehen ist, derart, daß ihre axiale Verschiebung der Größe der Bildverschiebung und ihre Verschiebung in senkrechter Richtung dazu einer der in zwei Richtungen zerlegten Tangenten des Neigungswinkels des Tisches proportional ist (Fig. 4 a und 4 b).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

S 609 709/234 11.56 (709514/316 5.57)