WO2000047949A1 - Verfahren und anordnung zur flugzeuggestützten photogrammetrischen aufnahme - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur flugzeuggestützten photogrammetrischen Aufnahme werden im Flugzeug (A) mindestens zwei lichtelektrische Wandlerarrays (7) senkrecht zur Flugrichtung (v) angeordnet und von einem gemeinsamen Objektiv (8) über ein Strahlteilersystem (9) derart belichtet, dass einerseits ein Bodenpixel gleichzeitig von jedem Array (7) registriert wird, und dass andererseits jedem Array (7) ein Spektralbereich zugeordnet wird. Die auf das jeweilige Array (7) auftreffenden Lichtbündel (B1, B2, B3) werden senkrecht zur Flugrichtung durch Abfrage der einzelnen Wandlerpunkte abgetastet, wogegen die Abtastung in Flugrichtung durch die Flugzeugbewegung hervorgerufen wird. Dies wird vorzugsweise mittels einer Anordnung durchgeführt, bei der in einem Flugzeug (A) mindestens zwei lichtelektrische Wandlerarrays (7) senkrecht zur Flugrichtung (v) angeordnet sind, denen ein gemeinsames Objektiv (8) vorgeschaltet ist. Zwischen Objektiv (8) und Wandlerarrays (7) ist ein Farbenteilungssystem (9) derart zwischengeschaltet, dass jeweils ein Farbbild des aufgenommenen Objekts (G) auf den jeweiligen in einer Fokalebene des Objektivs (8) angeordneten Array (7) projiziert wird, der im Betrieb durch eine Horizontalabtasteinrichtung (5') abgefragt wird.

Description

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR FLUGZEUGGESTÜTZTEN PHOTOGRAMMETRISCHEN AUFNAHME

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur flugzeuggestützten photogrammetri- schen Aufnahme sowie auf eine Anordnung hierfür.

Bei flugzeuggestützten photogrammetrischen Aufnahmen wird heute im allgemeinen stets ein Film verwendet, wenn hohe Ansprüche gestellt werden. Der Grund hierfür liegt in der grossen Zahl auflösbarer Bildpunkte, die Hochleistungsobjektive auf photogram- metrischem Film, wie Kodak Panatomic-X 2412, erstellen. Auf grossformatigem Film könnten damit, von der Optik her gesehen, bis zu 60 000 Pixel in einer Dimension, also total 3,6 Gigapixel, gespeichert werden.

Hinsichtlich der Aufnahmetechnik sind zwei Anwendungsfälle von besonderer Bedeutung, nämlich die rein photogrammetrische und die rein photographische Aufnahme des zu überfliegenden Terrains. Beim photogrammetrischen Überflug eines aufzunehmenden Gebiets werden nacheinander Bilder aufgenommen, die einander typischerweise zu etwa 60% überdecken. Somit wird ein Bodenpixel dreimal, allerdings unter verschiede- nen Aufnahmewinkeln, registriert. Nach der Entwicklung der Bilder kann dann mittels einer Stereo-Auswertung der Filmsequenz ein dreidimensionales Höhenprofil der über- flogenen Szene gewonnen werden. Dagegen entfällt bei einer photographischen Überflug die Notwendigkeit, einander überlappende Bilder zu erzeugen. Hier steht vielmehr im Vordergrund, von einem Bodenpixel mehrere Farbauszüge zu gewinnen. Für diesen Zweck ist photographischer Film hervorragend geeignet, da die verschieden spektral empfindlichen Schichten in unterschiedlichen Tiefen des Filmes liegen. Somit ist eine gleichzeitige und spektral differenzierte Registrierung eines Bodenpixels möglich.

Als nachteilig wird dabei allerdings empfunden, dass der Gebrauch von Filmmaterial kei- ne Εchtzeit'-Auswertung der Daten erlaubt. Diese erfolgt in der Regel erst nach der Landung durch die Filmentwicklung und die anschliessende Digitalisierung des Filmbildes mit speziellen Filmscannern. Das Entwickeln des Filmes ist zudem ein zeitaufwendiger und auch ein die Auflösung reduzierender Prozess. Erfahrungsgemäss verliert man bei der Entwicklung und Digitalisierung die Hälfte der Auflösung, so dass man letztend- lieh nur noch mit ca. 30 000 Pixel in einer Dimension rechnen kann. All diese Nachteile führen dazu, dass man immer mehr die Substitution durch zweidi- mensionale Detektorarrays anstrebt. Allerdings müssten diese, um den Anforderungen in der Photogrammetrie zu genügen, mindestens 25 000 bis 30 000 Pixel in einer Dimension besitzen. Derartige Sensoren sind zur Zeit aber nicht erhältlich.

Nach dem sog. Pushbroom-Verfahren werden daher mehrere eindimensionale Arrays, d.s. Diodenzeilen oder Zeilen anderer lichtelektrischer Wandler, nebeneinander und senkrecht zur Flugrichtung plaziert, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Arrays relativ gross ist, um damit stereoskopische Aufnahmen machen zu können. Farbauf- nahmen sind damit aber nicht möglich. Denn für eine photogrammetrische Stereoauswertung benötigt man einen grossen Zeilenabstand, der der etwa sechzigprozentigen Bildüberlagerung bei Filmaufnahmen entspricht. Für photographische Farbaufnahmen hingegen benötigt man einen möglichst kleinen Zeilenabstand.

Aus der US-A-5, 760,899 ist es zwar bekannt, ein gemeinsames Objektiv allenFarben eines Bildes in einer gemeinsamen Bildebene zuzuordnen; dort aber handelt es sich um Farbaufnahmen mittels eines Streifenfilters, bei dem das vom Bild kommende Licht in feine Streifen unterschiedlicher Wellenlänge zerlegt wird, so dass nebeneinander liegende Pixel des Arrays (oder Targets) Licht einer anderen Wellenlänge erhalten. Es ist klar, dass damit ein erheblicher Anteil an Auflösung verloren geht, und dass ein solches System für flugzeuggestützte photogrammetrische Farbaufnahmen nicht geeignet ist.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist auch aus der EP-A-0 544 314 bekannt. Dort aber werden innerhalb des Flugzeugs drei separate CCD- Arrays für die drei Farben verwendet, und es sind deshalb aufwendige Kalibriermass- nahmen im Flugzeug erforderlich, indem man mittels Klappspiegel farbige Lichtquellen auf den drei CCD-Arrays abbildet, ohne jedoch dabei durch das Objektiv zu gehen. Dies mag für weniger kritische Aufgaben angehen, nicht aber in der quantitativen Flugphoto- grammetrie.

Denn die simultane und geometrisch eindeutige Registrierung eines Bodenpixels durch drei Farbpixel muss zeitlich stabil sein, unabhängig vom momentanen Zustand der Flugkamera. Bei grossen Flughöhen, beispielsweise von 9000 m, muss man aber mit Temperaturen von -40°C oder weniger rechnen. Da andererseits das Flugzeug gegebenenfalls bei Wüstentemperaturen bis zu +60°C starten muss, ist eine eindeutige Zuordnung der drei Farbpixel zueinander, bzw. zu einem weissen Bodenpixel, im gesamten Tempera- turbereich zu gewährleisten, und zwar unter Umständen mit einer Registrationsgenauig- keit von einigen μm. Solchen Anforderungen aber kann eine Auftrennung der Farbarrays auf drei separate Träger, wie sie die genannte EP-A--0 544 314 vorsieht, nicht genügen.

Zur Erfindung führte nun die folgende Überlegung. Generell gilt: Ein Bodenpixel wird von in Flugrichtung räumlich getrennten Zeilen zu verschiedenen Zeiten aufgenommen. Sind diese Zeitdifferenzen gross, können Flugstörungen und Luftturbulenzen dazu führen, dass die räumliche Überdeckung nicht mehr gewährleistet ist.

Beim photogrammetrischen Überflug kann man wegen der bewusst gross gewählten Stereobasis diesem Problem nicht ausweichen. Hier wird deshalb mit hohem technischen Aufwand versucht, Flugzeug und Kamera mechanisch zu stabilisieren und nicht regelbare Lageveränderungen durch Mess- und Navigationssysteme zu erfassen. Zusätzlich bedarf es eines grossen mathematischen Aufwands, um letztlich die Überdek- kung mit der erforderlichen Genauigkeit zu erreichen.

Beim photographischen Überflug dagegen, wäre der Abstand der Zeilen klein zu halten, d.h. sie werden eng nebeneinander, insbesondere aneinander anschliessend, angeordnet, schon um den oben genannten Aufwand zu vermeiden. Nun zeigt sich aber, dass bei eindimensionalen Detektoren (CCD-Arrays) mit sehr hoher Pixelzahl (> 10O00 pixel) und sehr kleiner Pixelgrösse (< 6 μm) der Zeilenabstand aus Kostengründen nicht kleiner als 1 mm sein kann. Kleinere Abstände als 1 bis 2 mm komplizieren nämlich den elektronischen Chip-Layout der CCD-Zeile erheblich und führen zu hohen Herstellungskosten. Andererseits können aber Abstände von bereits wenigen mm zu kritischen Aufnahme- Problemen führen, wie das folgende Beispiel illustrieren soll:

Betrachtet man etwa zwei Pixelzeilen, denen jeweils ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so sei der räumliche Abstand der beiden Zeilen dx. Dies entspricht einem Abstand am Boden dX von

dX = H/F . dx

wobei F die Objektivbrennweite und H die Flughöhe ist. Wenn sich nun das Flugzeug mit einer Geschwindigkeit v bewegt, wird das gleiche Bodenpixel im zeitlichen Abstand d_T gemass der folgenden Formel aufgenommen: d_T = dx/F * H/v

Wäre beispielsweise dx = 2 mm, F = 50 mm, H = 3 km und v = 200 km/h, erhielte man eine Zeitdifferenz von etwa 1 ,4 sec zwischen der Aufnahme des gleichen Bodenpixels einmal mit der roten und einmal mit der blauen Zeile. Dann müssten beide ausgelesenen Zeilensignale wegen der verschiedenen Aufnahmezeitpunkte zwischengespeichert und anschliessend, korrekt zur zeitlichen Übereinstimmung gegeneinander verschoben, zum Farbbild addiert werden. Dies ist theoretisch möglich, stiesse aber in der Praxis durch Ungleichmässigkeiten des Fluges oder der Atmosphäre (Flimmern der Luft) auf praktische Probleme, weil dann die Überlagerung der Farbsignale nicht mehr exakt wäre.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, photogrammetrische Farbaufnahmen ohne Verwendung eines Films durchzuführen und dabei dennoch die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden. Dies gelingt erfindungsgemäss durch die Kombination der im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Massnahmen.

An sich könnten, wie oben bereits dargelegt, nur ausgewählte Spektralbereiche, wie etwa rot und blau, aufgenommen werden. Um aus den Einlesedaten eine farbgetreue Szenendarstellung abzuleiten, empfiehlt es sich, mindestens drei Farbkanäle zu benutzen, also in der Fokalebene mindestens drei Wandlerarrays zu plazieren. Dies schliesst nicht aus, dass mehr als drei Wandlerarrays, beispielsweise drei für Farbsignale, wie R- G-B, und ein viertes für das Y-Signal (Luminanz) verwendet werden. Darüber hinaus ist es nötig, für ökologische Anwendungen Kombinationen verschiedener Infrarotkanäle zu verwenden, beispielsweise für einen ersten Bereich von 650 bis 680 nm, für einen zweiten Bereich von 720 bis 760 nm und für einen dritten Bereich von 830 bis 920 nm.

Da nun die Fluggeschwindigkeit bestimmend für die Abtastung in Flugrichtung ist, ist es vorteilhaft, wenn zur Syπchronisierung bei der Wiedergabe die Flugzeuggeschwindigkeit, und gegebenenfalls die Flughöhe, über die Zeit gespeichert werden. Bei konstanter und vorgegebener Flughöhe könnte die Speicherung dieser Grosse entfallen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Zeit der Speicherung mit der Zeit der Abtastung der Arrays synchronisiert wird. Dies kann, wie in der Fernsehtechnik üblich, durch Anbringen entsprechender Synchronisationssignale in zeitlichen Abständen erfolgen. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorzugsweise eine Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 verwendet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich nachstehend an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemässe Prinzip, zu dem die

Figuren 2-4 Ausführungsformen der hierfür zur Anwendung kommenden Prismen und Filter veranschaulichen und Fig.5 einen Schnitt durch einen Träger für vier Arrays darstellt.

Fig. 1 zeigt ein Flugzeug A auf einem Vermessungsflug in Richtung und mit der Geschwindigkeit entsprechend dem Vektor v in etwa konstanter Höhe H über dem Meeresspiegel oder über dem das Aufnahmeobjekt bildenden Boden G. Richtung, Höhe und Geschwindigkeit werden vorzugsweise durch ein GPS-System bestimmt, das einen am Boden G stehenden Referenzpunkt 6 und für diese Zwecke eine GPS-Antenne 1 im Flugzeug A umfasst. Ein ortsfester Referenzpunkt 6 gegenüber dem sich fortbewegenden Flugzeug A ist deshalb möglich, weil die Abtastung eines Terrains für kartographische Zwecke es mit sich bringt, dass ein begrenztes Terrain in zueinander parallelen bzw. antiparallelen, eng nebeneinander liegenden Flugbahnen überflogen wird, so dass sich das Flugzeug A immer noch in der Nähe eines solchen stationären Referenzpunktes 6 befindet. Dementsprechend wird die von einem oder mehreren Satelliten erhaltene Information in einen Vermessungs-Computer 2 ebenso eingespeist, wie gegebenenfalls die gewonnen Daten eines gesonderten Fluggeschwindigkeits- bzw. gegebenenfalls Flughöhenmessers 2', so dass für die oben genannten Berechnungen die entsprechen- den Daten zur Verfügung stehen. Entsprechende Informationen über Höhe, Geschwindigkeit, graphischen Führungsinformationen etc. werden auch einem Navigationsstand 3 des Piloten ebenso zugeleitet, wie einer Anzeigetafel 4. Mindestens hinsichtlich der Fluggeschwindigkeit kann aber gegebenenfalls auf die von der Antenne 1 erhaltenen Daten zurückgegriffen werden, die dann - im Zusammenhang mit dem GPS-System - den Fluggeschwindigkeitsmesser darstellt.

Das Flugzeug A trägt auch eine Kamera 5, die herkömmlich eine Filmkamera ist. Das optische System und Einzelheiten dieser Kamera 5 sind in Fig. 1 nach unten zu herausgezeichnet und umfasst erfindungsgemäss mindestens zwei, vorzugsweise drei, gege- benenfalls aber auch mehr, Zeilen oder Arrays lichtelektrischer Wandler, wie Photo- dioden oder Phototransistoren, die zweckmässig nach Art ladungsgekoppelter Einrichtungen (CCD) geschaltet sind. In der Darstellung der Fig. 1 liegen die drei Zeilen 7 vorzugsweise hintereinander in Flugrichtung v. Zwar wäre es denkbar, sie nebeneinander, senkrecht zur Flugrichtung anzuordnen, doch erleichtert es die dargestellte Anordnung, alle Arrays 7 auf einem gemeinsamen Träger 7', gegebenenfalls auch auf einem gemeinsamen Substrat, wie einem Chip, unterzubringen.

Wesentlich aber ist, dass die Zeilen 7 selbst senkrecht zur Flugrichtung orientiert sind, so dass die elektronische Abtastung ihrer einzelnen Bildpunkte oder Pixel der Horizontal- abtastung, gesteuert durch eine Ablenkeinheit 5', einer Fernsehkamera entspricht, die die jeweils von den einzelnen Wandlern einer Zeile 7 aufgenommene Lichtintensität im jeweiligen Spektralbereich abfragt. Die Vertikalablenkung, d.h. die aufeinanderfolgende Abbildung von Bodenpixel des Bodens G auf ihnen, wird hingegen durch die Fluggeschwindigkeit v sowie die Flughöhe H über dem Boden G im Sinne der oben angegebe- nen Formeln bestimmt. Zur Bestimmung der relativen Flughöhe H über dem Boden G kann noch das Messergebnis eines herkömmlichen Entfernungsmessers, z.B. eines nach dem Trigonometrie- oder dem Laufzeitprinzip arbeitenden Entfernungsmessers (nicht dargestellt) herangezogen werden. Das Ausgangssignal eines solchen Entfernungsmessers wird zweckmässig ebenfalls dem Computer 2 zugeführt.

An sich würde die räumlich getrennte Anordnung von, z.B. drei, Wandlerzeilen 7 dazu führen, dass jede Zeile über ein Kameraobjektiv 8 einen anderen Ausschnitt der Abbildung des Bodens G erhielte. Dies könnte zwar für Stereo-Aufnahmen von Interesse sein, nicht aber für eine gewünschte Farbaufnahme, bei der die spektrale Information eines einzigen Bodenpixels aufzunehmen ist. In Fig. 1 sind die Arrays 7 in Richtung v hintereinander angeordnet, wie es bevorzugt ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass man bei einer Anordnung nebeneinander eine Pixeldeckung erst wieder bekäme, wenn das Flugzeug eine neue Schleife geflogen hat. In der Zwischenzeit wird sich aber die Beleuchtung des Terrains geändert haben, so dass eine Übereinstimmung der einander überdeckenden Pixel nicht mehr gewährleistet wäre.

Im Falle der Hintereinanderanordnung der Arrays 7 in Fiugrichtung v würden daher dieselben Bodenpixel in vorherbestimmbarem zeitlichen Abstand aufgenommen werde n. Um aber ein Farbbild zu erhalten, ist hinter dem Objektiv 8 ein Farbenteilungssystem 9 angeordnet, das auf die verschiedenste Weise ausgebildet sein mag. Wesentlich ist, dass das von der Optik empfangene Lichtbündel B eines Bodenpixels durch physikali- sehe Trennung an Strahlenteilerflächen in drei Lichtbündel B1 , B2 bzw. B3 aufgeteilt wird. Jedes Bündel B1 , B2 bzw. B3 enthält dann letztlich nur Licht desjenigen Spektralbereichs, wie er durch die Strahlenteiler definiert wird. Die Aufteilung des Farbspektrums kann dann auf verschiedene Weise erfolgen. Bevorzugt ist es, jeder der Zeilen 7 ein anderes Farbfilter zur Ausfilterung der Farbinformation, beispielsweise der Grundfarben R-G-B (in einem R-G-B-Farbsystem), vorzuschalten. Gegebenenfalls kann auch die Helligkeitsinformation Y einer eigenen Zeile zugeführt werden. Es versteht sich aber, dass auch andere Farbensysteme, wie etwa das IHS-System, oder andere Spektralkanäle, benutzt werden können, wie sie etwa aus der Farbbildverarbeitung bekannt sind. Es wä- re ebenso denkbar, jede der Zeilen 7 mit für einen anderen Wellenbereich empfindlichen Wandlern auszubilden, so dass ein Farbfilter überhaupt entfällt. Ebenso wäre es alternativ oder zusätzlich möglich, die Spiegelschichten des Farbenteilungssystems bereits farbselektiv auszubilden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist zwischen dem Computer 2 und der Kamera 5 (die nun an Stelle eines Films die entsprechende Elektronik und Optik enthält) ein Doppelpfeil 10 eingezeichnet. Dies bedeutet, dass die im Computer enthaltenen Informationen zur Steuerung der Horizontal-Abtastgeschwindigkeit für die Zeilen 7 an die Kamera 5 abgegeben werden, dass aber umgekehrt auch die von der Kamera 5 erhaltenen Daten, und insbesondere deren Farbinformationen, gegebenenfalls auch eine Rückmeldung von der Horizontalablenkung, an den Computer 2 abgegeben werden. Um eine digitale Speicherung zu ermöglichen, ist es zweckmässig, einen Analog/Digital-Wandler entweder am Ausgang der Kamera 5 oder am Eingang des Computers 2 vorzusehen. Dementsprechend enthält der Computer 2 einen Massenspeicher 11 für die Speicherung der aufge- nommenen Bilder der Kamera 5, wie eine magnetische Aufzeichnungseinrichtung, in der die erhaltenen Informationen abgelegt werden. Um die nacheinander von den Zeilen 7 während des Fluges des Flugzeuges A erhaltenen Farbinformationen zeitlich zuzuordnen und zu einem Gesamtbild zusammenfassen zu können, ist eine Synchronisationsund Taktgebereinheit 12 vorgesehen, so dass, entsprechend der Fernsehtechnik, den so gewonnenen und einander zugeordneten Bildern im Massenspeicher 11 Synchronmarken zugeordnet werden können. Es ist dabei im Hinblick auf die oben umrissenen mathematischen Zusammenhänge besonders vorteilhaft, wenn diesen Synchronmarken auch eine Information über die Fluggeschwindigkeit v bzw. gegebenenfalls die Flughöhe H zugeordnet wird, weil daraus die sich ergebende Vergrösserung bzw. Verkleinerung der Bodenpixel umgerechnet werden kann. So erfolgt dann also eine Synchronisierung der Flugzeuggeschwindigkeit v, und gegebenenfalls der Flughöhe H, über die Zeit mit o

Hilfe des Taktgebersystems der Einheit 12. Es sei erwähnt, dass der Computer 2 aus den abgespeicherten Informationen ein Bild des aufgenommenen Terrains G zu entwik- keln vermag. Dabei wird es zweckmässig sein, die Zeit der Speicherung mit der Zeit der Abtastung der Arrays zu synchronisieren, um die Zuordnung von Bildern und Flugdaten zu erleichtern. Dabei kann die Synchronisiereinheit 12 auch direkt mit der Horizontalablenkeinheit 5' verbunden sein, wie dies durch eine strichlierte Linie 13 angedeutet ist.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform für ein erfindungsgemässes Farbenteilungssystem. Das Lichtbündel B des Bodenpixels tritt durch das, lediglich angedeutete, Objektiv 8 ein und wird an Strahlenteilerflächen 13, 14 eines Mehrkantprismas 15 so aufgeteilt, dass ein Teil des Lichtes - bezogen auf Fig. 2 - von der teiiverspiegelten Fläche 14 nach links zu einer Umlenkspiegelfläche 16 und durch ein Lichtleitprisma 17 als Strahl B1 weitergeleitet wird. Dagegen reflektiert die teilverspiegelte Fläche 13 einen weiteren Strahl nach rechts, wo er auf eine Umlenkspiegelfläche 18 des Mehrkantprismas 15 auftrifft und durch ein Lichtleitprisma 19 als Strahl B3 weitergeleitet wird. Ein weiterer Lichtstrahl B2 durchläuft die teiiverspiegelten Flächen 13, 14 in gerader Richtung auf eine Fokalebene F' zu, in der die drei Wandlerarrays 7 (vgl. Fig. 1) angeordnet sind. Zuvor tritt jeder der drei Strahlen B1, B2 und B3 durch eine entsprechende, der zugehörigen Wandlerzeile 7 vorgeschaltete Filterscheibe 20, 21 bzw. 22, durch die der jeweilige spektrale Be- reich, z.B. gelb, magenta und zyan, bestimmt wird, der die dahinter, in der Fokalebene F' gelegene Wandlerzeile 7 treffen soll. Im Falle der Fig. 2 wird das vom Strahl B kommende Licht symmetrisch aufgeteilt, wobei mit den Ausgleichsprismen 17 und 19 die optischen Weglängen so abgestimmt werden, dass trotz der verschiedenen Spektralbereiche der jeweilige Bündelfokus in der, zweckmässig allen Arrays gemeinsamen, Sensore- bene zu liegen kommt. So können etwaige Abweichungen durch die Länge der Prismen 17 bzw. 19 korrigiert werden.

Einen besonderen Fall des Weglängenausgleichs zeigt die Fig. 3, in der der Hauptstrahl B und sein daraus gewonnener Teilstrahl B2 asymmetrisch zu den beiden anderen Teil- strahlen B1 und B3 liegen. Das Mehrkantprisma 15' kann hier etwas kürzer und kleiner sein, und die Strahlenteilerflächen 13', 14' liegen hintereinander, so dass die Fläche 13' nicht nur die Lichtmenge für den Strahl B1 , sondern auch für die Strahlenteilerfläche 14' und ihren Strahl B3 - bezogen auf Fig. 3 - nach rechts senden muss und daher der prozentuale Anteil des von ihm ausgespiegelten Lichtes entsprechend grösser sein muss. Die Strahlenteilerfläche 14' übernimmt aber hier auch die Aufgabe der Umlenkspiegelfläche 17 (Fig. 2), indem sie einerseits den Strahl Bl hindurchlässt, anderseits den Strahl B3 an den Umlenkspiegel 18 weiterleitet. Die Folge davon ist, dass die optischen Weglängen der drei Strahlen B1-B3 stark voneinander abweichen, was für den direkten Strahl B2 bloss durch ein Würfelstück 23, für den nächsten Strahl B1 durch ein etwas längeres Lichtleitprisma 17' und für den letzten Strahl B3 durch ein langes Lichtleitprisma 19' ausgeglichen wird.

Wie Fig. 4 zeigt, kann eine Anordnung mit hintereinander liegenden Strahlenteilerflächen 13", 14" auch so gewählt werden, dass der mit dem eingehenden Hauptstrahl B fluchtende Teilstrahl B2 in der Mitte zwischen den Teilstrahlen B1 und B3 liegt. Zu diesem Zweck durchläuft das Lichtbündel B zunächst einen Teilerwürfel 24, der die erste Teilerfläche 13" enthält. Für diese teilverspiegelte Fläche gilt dasselbe, was oben für die Fläche 13' ausgesagt worden ist, d.h. sie spiegelt nur etwa ein Drittel des einfallenden Lichtes zur Seite gegen einen Umlenkspiegel 16" (entspricht 16 der Fig. 1), wogegen ein grösserer Anteil, etwa zwei Drittel, in der Flucht der Strahlen B - B2 weitergesandt wird. Auf diesem Weg liegt nun aber ein an den Teilerwürfel 24 anschliessendes schiefes Prisma 25, dessen eine, im Strahlengang gelegene Fläche 14" wiederum teilverspiegelt ist, so dass ein Teil der Strahlen durch ein Würfelstück 23' in Richtung des Strahles B2 hindurchläuft, wogegen ein anderer Teil gegen eine vom schiefen Prisma 25 selbst gebildete Umlenkspiegelfläche 18" umgelenkt und von dieser durch ein Lichtleitprisma 19" gesandt wird.

Vergleicht man nun die Weglängen durch die Lichtleitprismen 17", 19" und den optischen Weg 24, 25, 23', so ist wiederum ersichtlich, dass die Prismenlängen zum Ausgleich von optischen Wegunterschieden unterschiedlich lang sind, um die einzelnen Farbbilder in eine gemeinsame Fokalebene F' zu bringen. Dies erleichtert es wiederum, alle Wandlerarrays 7 auf einem gemeinsamen Träger T, z.B. auch auf einem gemeinsamen Chip, unterzubringen.

Wie die Anordnung von beispielsweise vier Arrays 7 an einem gemeinsamen Träger 7' aussehen kann, veranschaulicht Fig. 5. In dieser Fig. ist der Träger T zu sehen, auf dem vier Arrays 7 nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann eines dieser Arrays gegebenenfalls als Reserve-Array dienen. Um diese Arrays einerseits zu schützen, andererseits den erforderlichen Wegausgleich durch Prismen in einer der Fig. 3 entsprechenden Weise zu gewährleisten, ist eine gläserne (bzw. durchsichtige) Deckplatte 26 auf am Träger 7' als Abstandhalter dienendem Auflagematerial 27 und 28 angebracht. Diese Deckplatte 26 kann zum optischen Wegausgleich eingearbeitete Prismen 17", 19" und 23' bereits enthalten. Eine Sammellinse 29, die zum Objektiv der vorgeschalteten Kamera (nicht dargestellt) ist in Fig.5 gezeigt. Um die Präzision der Lagerung des Trägers 7' zu sichern, kann er an einem Ende, z.B. am unteren Ende, bei der Montage fest eingespannt werden, wogegen am oberen Ende eine Kugelrast 30 in eine Rastvertiefung 31 einrastet. Es kann aber die Anordnung auch insofern umgekehrt werden, als die Kugel ortsfest angebracht wird und ddabei den Träger durch ihren Eingriff in die Nut 31 stationär festhält, wogegen am unteren Ende des Trägers 7' andere Befestigungsmittel zur Anwendung kommen.

Wenn im Rahmen der Erfindung auch die Anordnung der Wandlerarrays jeweils an Hand des Beispiels einer gemeinsamen Fokalebene F' beschrieben wurde, so ist die Erfindung keinesfalls darauf beschränkt. Vielmehr wäre es möglich, die Wandlerarrays 7 in jeweils unterschiedlichen Ebenen anzuordnen, wodurch ein Ausgleich der optischen Weglängen mittels unterschiedlich langer Lichtleitprismen 17', 19' bzw. 17", 19" überflüs- sig würde. Es wird sich aber möglicherweise in jedem Falle empfehlen, den Arrays 7 mindestens eine, im hier zuletzt genannten Fall aber mehrere, Justiereinrichtungen zuzuordnen, um den jeweiligen Array exakt auf die jeweilige Fokalebene auszurichten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur flugzeuggestützten photogrammetrischen Farbaufnahme, bei dem im Flugzeug (A) ein den Farben eines Bildes gemeinsames Objektiv (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl lichtelektrischer Wandlerarrays (7) jeweils für das gesamte Bild in einer gemeinsamen Bildebene (P) und auf einem gemeinsamen Träger oder Chip (7') jeweils senkrecht zur Flugrichtung angeordnet sind und über ein Strahlenteilersystem (9) derart belichtet werden, dass ein Bodenpixel einerseits gleichzeitig von jedem Array (7) registriert wird, und dass andererseits die auf das jeweilige, am gemeinsamen Träger befindliche Array (7) auftreffenden Lichtbündel (B1 , B2, B3) durch Abfrage der einzelnen Wandlerpunkte abgetastet werden, wogegen die Abtastung in Flugrichtung durch die Flugzeugbewegung hervorgerufen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Wandlerarrays (7) in einer Fokaiebene (F') des gemeinsamen Objektivs (8) angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Synchronisierung bei der Wiedergabe die Flugzeuggeschwindigkeit (v), und gegebenenfalls die Flugzeughöhe, über die Zeit gespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Speiche- rung mit der Zeit der Abtastung der Arrays (7) synchronisiert wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Flugzeug (A) mindestens zwei lichtelektrische Wandlerarrays (7) senkrecht zur Flugrichtung (v) angeordnet sind, denen ein gemeinsames Objektiv (8) vorgeschaltet ist, wobei zwischen Objektiv (8) und Wandlerarrays (7) ein Farbenteilungssystem (9) derart zwischengeschaltet ist, dass jeweils ein Farbbild des aufgenommenen Objekts (G) auf den jeweiligen in einer Fokalebene (F') des Objektivs (8) angeordneten Array (7) fällt, der im Betrieb durch eine Einrichtung (5') zum Abtasten in Flugrichtung abgefragt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Arrays (7) jeweils in einer Fokalebene (P) des Objektivs (8), vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger, vorgesehen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluggeschwindigkeitsmesser (1 bzw. 2'), gegebenenfalls auch ein Flughöhenmesser (2'), jeweils mit einem Speicher (11) zur Speicherung der gemessenen Daten über die Zeit verbunden ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5') zum Abtasten in Flugrichtung und der Speicher (11) miteinander synchronisiert sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbenteilungssystem (9) mindestens zwei Prismen aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Prismen (17', 19'; 17", 19") zum Ausgleich unterschiedlicher optischer Weglängen unterschiedliche Länge besitzen.