DE19800336A1

DE19800336A1 - Kamera mit Abstandsmessungs-Sensoreinheit

Info

Publication number: DE19800336A1
Application number: DE19800336A
Authority: DE
Inventors: Atsumi Kaneko; Toshihiro Nakayama; Atsushi Kida
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 1998-07-09
Also published as: US5995765A; JP3766518B2; JPH10253875A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera, die insbesondere beim fotogrammetrischen Vermessen verwendbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Speichermedium nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 bzw. 9.

Fotogrammetrische Vermessungen werden beispielsweise am Ort eines Ver kehrsunfalls durchgeführt. Hierzu wird der Unfallort aus mindestens zwei ver schiedenen Positionen mit einer Kamera fotografiert und auf Grundlage ausge wählter Aufnahmen eine Vermessungskarte des Unfallortes erstellt.

Hierzu wird in jeder Aufnahme ein zweidimensionales Koordinatensystem defi niert, entsprechend dem zweidimensionale Positionen von in jeder Aufnahme aufgezeichneten Objekten bestimmt werden. Anschließend wird auf Grundlage der zwei zweidimensionalen Koordinatensysteme ein dreidimensionales Koordinatensystem erstellt und die dreidimensionalen Positionen der aufge zeichneten Objekte bezüglich des dreidimensionalen Koordinatensystems ermittelt. Entsprechend kann eine Vermessungskarte des Unfallortes erstellt werden, indem die Objekte auf eine der drei durch das dreidimensionale Koordi natensystem definierten Ebenen projiziert, auf ein Blatt Papier gezeichnet werden.

Bevor genau skalierte Abstände und Längen auf der Vermessungskarte repro duziert werden können, muß gemeinsam mit den Objekten in den Aufnahmen ein Standardmaßstab aufgenommen werden. Des weiteren muß in den Aufnahmen eine Standardreferenzebene definiert werden, auf die sich die Vermessungskarte stützt.

Üblicherweise werden zur Definition eines Standardmaßstabes und einer Refe renzebene drei zueinander identische, kegelförmige Markierungen jeweils an geeigneten Stellen am Unfallort positioniert. Der Standardmaßstab wird durch zwei Spitzen der kegelförmigen Markierungen definiert, deren Abstand zueinan der beispielsweise mit einem Maßband gemessen wird. Die durch die drei Spitzen der kegelförmigen Markierungen definierte Ebene dient als Referenzebene.

Ist der Untergrund am Unfallort eben, d. h. fällt die durch die Spitzen der Markie rungen definierte Referenzebene mit einer horizontalen Ebene zusammen, kann eine ordnungsgemäße präzise Vermessungskarte auf Grundlage der Referenz ebene gezeichnet werden. Ist dagegen der Untergrund geneigt, d. h. verläuft die Referenzebene bezüglich der horizontalen Ebene schräg, ist ein ordnungsge mäßes und präzises Zeichnen der Vermessungskarte nicht möglich.

Demzufolge muß, wenn der Untergrund geneigt verläuft, ein Neigungswinkel ge messen und bei der Bestimmung der dreidimensionalen Positionen der Objekte der gemessene Neigungswinkel mit einbezogen werden, damit die Vermessungs karte ordnungsgemäß und präzise gezeichnet werden kann. Dennoch ist es pro blematisch, den Neigungswinkel des Untergrundes zu messen. Darüber hinaus kann das Maß des Neigungswinkels irrtümlicherweise nicht mit einbezogen wer den.

Andererseits besteht der Wunsch nach einer Vermessungskarte, die in einer ver tikalen Ebene liegt, d. h. einer senkrecht zur horizontalen Ebene bzw. zur Refe renzebene verlaufenden Ebene. Bevor diese Forderung erfüllt werden kann, muß jedoch der vertikale Abstand zwischen der Kamera und dem Untergrund gemes sen werden. Auch hier tritt das Problem auf, den vertikalen Abstand zwischen der Kamera und dem Untergrund messen zu müssen. Darüber hinaus kann das Maß des vertikalen Abstandes gleichfalls irrtümlicherweise nicht mit einbezogen wer den.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kamera bzw. ein Speichermedium bereitzu stellen, mit der bzw. mit dem der Neigungswinkel des Untergrundes bezogen auf eine horizontale Ebene auf einfache Weise ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Kamera der eingangs genannten Art gelöst durch eine Sensoreinheit, die einen vertikalen Abstand und einen minimalen Abstand der Kamera zu einem gegebenenfalls geneigt zu einer horizontalen Ebene ver laufenden Untergrund bestimmt, über dem die Kamera angeordnet ist. Ferner wird die Aufgabe durch ein Speichermedium mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweils zugeordneten Unteransprüchen.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Kamera bereitgestellt, die eine Ab standsmessungs-Sensoreinheit hat, mit der der Neigungswinkel des Untergrun des ermittelt werden kann, sobald die Kamera eine Aufnahme macht.

Ferner kann bei der Erfindung die Kamera mit ihrer Abstandsmessungs-Sensor einheit den vertikalen Abstand zwischen der Kamera und dem Untergrund be stimmen, sobald mit der Kamera eine Aufnahme getätigt wird.

Bei der Erfindung ist die Kamera mit einer Abstandsmessungs-Sensoreinheit aus gestattet, mit der ein vertikaler und ein minimaler Abstand zwischen der Kamera und dem gegebenenfalls geneigt verlaufenden Untergrund, über dem die Kamera angeordnet ist, gemessen wird.

Vorzugsweise hat die Kamera ein Speichermedium, wie beispielsweise eine IC- Speicherkarte, in dem der vertikale und der minimale Abstand abgespeichert werden kann. Darüber hinaus können im Speichermedium zusätzlich die fotogra fierten Bilddaten abgespeichert werden.

Die Kamera kann eine Recheneinheit enthalten, mit der basierend auf dem verti kalen und dem minimalen Abstand ein Neigungswinkel des geneigten Unter grundes berechnet werden kann. In diesem Fall kann anstelle des vertikalen und minimalen Abstands der berechnete Neigungswinkel im Speichermedium abge speichert werden.

Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgen den Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsge mäßen elektronischen Standbild-Videokamera,

Fig. 2 eine Unteransicht der Standbild-Videokamera nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Standbild-Videokamera nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm einer von der Standbild-Videokamera nach Fig. 1 durchgeführten Aufnahmeroutine,

Fig. 5 eine konzeptionelle schematische Darstellung einer durch eine Ab standsmessungs-Sensoreinheit der Standbild-Videokamera nach Fig. 1 durchgeführten Abstandsmessung,

Fig. 6 eine konzeptionelle schematische Darstellung eines Formatbeispiels einer IC-Speicherkarte, die in die Standbild-Videokamera nach Fig. 1 eingelegt werden kann,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm einer Abstandsmeßroutine, die Teil der Auf nahmeroutine nach Fig. 4 ist,

Fig. 8 einen Graph einer gleichmäßigen Kennlinie, die durch Verarbeiten einer Serie von durch die Abstandsmessungs-Sensoreinheit der Standbild-Videokamera nach Fig. 1 gemessenen Abstandsdaten entsteht,

Fig. 9 eine konzeptionelle perspektivische Darstellung einer fotogramme trischen Meßeinrichtung, die die Standbild-Videokamera nach Fig. 1 verwendet,

Fig. 10 eine konzeptionelle Darstellung einer aus einer ersten Position der Meßeinrichtung nach Fig. 9 fotografierten Aufnahme,

Fig. 11 eine konzeptionelle Darstellung einer aus einer zweiten Position der Meßeinrichtung nach Fig. 9 fotografierten weiteren Aufnahme,

Fig. 12 eine konzeptionelle Darstellung der relativen Lagebeziehung zwi schen einem Standardmaßstab und der ersten bzw. zweiten Auf nahme der Fig. 10 bzw. 11,

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Computersystems, mit dem die erfindungs gemäße fotogrammetrische Messung durchgeführt wird,

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm einer fotogrammetrischen Meßroutine zur Er zeugung einer Vermessungskarte auf Grundlage der ersten und zweiten Aufnahme nach den Fig. 10 und 11,

Fig. 15 eine konzeptionelle perspektivische Darstellung eines dreidimen sionalen Koordinatensystems zur Erzeugung der Vermessungskarte,

Fig. 16 ein Ablaufdiagramm, das eine Abwandlung des Ablaufdiagramms nach Fig. 4 zeigt,

Fig. 17 ein Ablaufdiagramm, das eine Abwandlung des Ablaufdiagramms nach Fig. 7 zeigt, und

Fig. 18 eine konzeptionelle Darstellung eines Verfahrens zum Erzeugen ei ner breiten Vermessungskarte durch Kombinieren mehrerer Vermes sungskarten.

Fig. 1 zeigt das Äußere einer erfindungsgemäßen elektronischen Standbild-Vi deokamera. Die Standbild-Videokamera hat einen Kamerakörper 10, eine etwa mittig an einer Vorderseite des Kamerakörpers 10 angeordnete Aufnahmeoptik 12, eine an der Vorderseite des Kamerakörpers 10, rechtsseitig der Aufnahmeop tik 12, über dieser angeordnete elektronische Blitzeinheit 14 und an der Vorder seite einen, bezogen auf die Aufnahmeoptik 12, der elektronischen Blitzeinheit 14 gegenüberliegend angeordneten Auslöser 16.

Des weiteren hat die Kamera auf der Oberseite ihres Kamerakörpers 10 einen mittig angeordneten Sucher 18, ein seitlich der einen Seite des Suchers 18 ange ordnetes LCD-Feld 22 (LCD = Liquid Cristal Display) sowie einen seitlich der an deren Seite des Suchers 18 angeordneten Hauptschalter 24. Ferner hat der Ka merakörper 10 einen an seiner Seitenwand ausgebildeten länglichen Schlitz 26, durch den ein Aufzeichnungsträger wie beispielsweise eine IC-Speicherkarte 28 in die Kamera eingelegt oder aus ihr entnommen werden kann. Zum Auswerfen bzw. Ausgeben der IC-Speicherkarte 28 aus dem länglichen Schlitz 26 der Ka mera dient ein Ausgabeknopf 30.

Obwohl in Fig. 1 nicht dargestellt, ist in der Rückwand des Kamerakörpers 10 ein LCD-Bildschirm 72 eingelassen (vgl. Fig. 3), auf dem die fotografierten Aufnah men reproduziert und betrachtet werden können.

Wie Fig. 2 zeigt, ist an der Unterseite des Kamerakörpers 10 in einer Ausneh mung 32 eine Abstandsmessungs-Sensoreinheit 34 schwenkbar gelagert. Die Sensoreinheit 34 hat eine Lichtquelle 35, die einen Lichtstrahl wie beispielsweise einen Infrarotlichtstrahl in Richtung eines Objektes emittiert, und einen Licht empfänger 36, der den vom Objekt reflektierten Infrarotlichtstrahl empfängt.

Als Lichtempfänger 36 dient beispielsweise ein PSD (PSD = positive sensitive device). Die Lichtquelle 35 und der Lichtempfänger 36 sind mit einem vorgege benen Abstand zueinander angeordnet. Der Einfallspunkt des Lichtstrahls auf den Lichtempfänger 36 wird erfaßt, wobei die Einfallsposition in Abhängigkeit von dem Winkel variiert, mit dem der Infrarotlichtstrahl von dem Objekt reflektiert wird. Dadurch kann der Abstand zwischen der Lichtquelle 35 und dem Objekt auf Grundlage der erfaßten Einfallsposition des Lichtstrahls bestimmt werden. Der ermittelte Abstand wird als Abstandsdatensignal von dem Lichtempfänger 36 aus gegeben.

Wie Fig. 2 zeigt, hat die Sensoreinheit 34 zwei von ihren entgegengesetzten Stirnflächen abstehende Lagerzapfen 38. Die Lagerzapfen 38 sind zueinander entlang einer Mittelachse A der Sensoreinheit 34 ausgerichtet, die rechtwinklig zur optischen Achse der Aufnahmeoptik 12 verläuft. Die Lagerzapfen 38 sind an den gegenüberliegenden Seitenwänden der Ausnehmung 32 in geeigneten La gern (nicht dargestellt) drehbar gelagert, wodurch die Sensoreinheit 34 um die Mittelachse A schwenkbar ist. Einer der Lagerzapfen 38 ist mit einem am Kame rakörper 10 vorgesehenen elektrischen Motor 40 verbunden.

Wird der elektrische Motor 40 nicht angetrieben, kann sich die Sensoreinheit 34 frei um ihre Mittelachse A drehen. Die Massenverteilung der Sensoreinheit 34 ist so durch die Wirkung der Schwerkraft ausbalanciert, daß die Lichtstrahlachse der Lichtquelle 35 normalerweise vertikal ausgerichtet ist. Genauer gesagt, befindet sich die Sensoreinheit 34, unabhängig von der Position der Kamera, in einer ausbalancierten Stellung, wenn die Kamera an einem Stativ befestigt ist. Dadurch kann ein Lichtstrahl von der Lichtquelle 35 der Sensoreinheit 34 vertikal emittiert werden, so lange der elektrische Motor 40 nicht angetrieben wird.

Wird der elektrische Motor 40 betrieben, schwenkt er die Sensoreinheit 34 aus der ausbalancierten Stellung in eine Position, in der die Lichtstrahlachse der Lichtquelle 35 horizontal ausgerichtet ist, wobei die Schwenkrichtung der Sen soreinheit 34 von der Drehrichtung des Elektromotors 40 abhängt. Die Sensor einheit 34 kann über einen Winkelbereich von 90° geschwenkt werden, sobald der Elektromotor 40 betrieben wird.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Videokamera. Die Video kamera hat eine Steuereinheit 42 mit einem Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor, einem ROM-Speicher, einem RAM-Speicher und dergleichen, die die Videoka mera insgesamt steuert.

Die Aufnahmeoptik 12 hat mehrere Linsengruppen und eine zwischen diesen angeordnete Blende 44. Hinter der Aufnahmeoptik 12 ist ein Festkörper-Bildsen sor 46 angeordnet, der als Vorrichtung zum fotoelektrischen Umwandeln der Lichtstrahlen dient und der vorzugsweise ein CCD-Bildsensor (CCD = charge- coupled device) ist. Zwischen der Aufnahmeoptik 12 und dem CCD-Bildsensor 46 ist ein Schnellklappspiegel 48 angeordnet, über dem seinerseits eine Einstell scheibe 50 gehalten ist, die Bestandteil des optischen Systems des Suchers 18 ist.

Der Schnellklappspiegel 48 kann von einer Spiegelantriebsschaltung 52 zwischen einer abgesenkten Stellung, d. h. der mit durchgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigten geneigten Stellung, und einer hochgeklappten Stellung bewegt werden, d. h. der mit gestrichelten Linien in Fig. 3 gezeigten, horizontalen Stellung. Die Spiegelantriebsschaltung 52 wird durch eine Belichtungssteuerung 54 gesteuert, mit der ein Belichtungssensor 56 verbunden ist. Die Belichtungssteuerung 54 wird von der Steuereinheit 42 auf Grundlage des Ausgangssignals des Belichtungssensors 56 betätigt.

Der Schnellklappspiegel 48 ist üblicherweise in der abgesenkten bzw. geneigten Stellung angeordnet, um die durch die Aufnahmeoptik 12 einfallenden Lichtstrah len in Richtung des optischen Systems des Suchers 18 abzulenken, damit der Fotograf das zu fotografierende Objekt im Sucher 18 betrachten kann. Sobald fotografiert wird, schwenkt die Spiegelantriebsschaltung 52 den Schnellklapp spiegel 48 nach oben in die hochgeklappte Stellung, damit die durch die Auf nahmeoptik 12 einfallenden Lichtstrahlen auf die lichtempfangende Fläche des CCD-Bildsensors 46 gerichtet sind. Dadurch wird durch die Aufnahmeoptik 12 eine optische Abbildung auf die lichtempfangende Fläche des CCD-Bildsensors 46 projiziert.

Dabei ist zu bemerken, daß, obwohl in Fig. 3 nicht gezeigt, eine gleichfalls von der Belichtungssteuerung 54 angesteuerte Blendenstellschaltung vorgesehen ist, mit der die Blende 44 verstellt wird.

Der CCD-Bildsensor 46 hat eine elektronische Verschlußfunktion, mit der eine Belichtungszeit, d. h. eine für die elektrische Ladungsspeicherung erforderliche Zeit, auf Grundlage eines Ausgangssignals des Belichtungssensors 56 reguliert wird. Nachdem die Belichtungszeit abgelaufen ist, wird der Schnellklappspiegel 48 von seiner hochgeklappten in seine abgesenkte Stellung zurückbewegt. Wäh rend der Belichtungsdauer wandelt der CCD-Bildsensor 46 die optische Abbil dung in elektrische Pixelsignale um. Die umgewandelten elektrischen Pixelsignale werden aus dem CCD-Bildsensor 46 von einer CCD-Steuerschaltung 58 gelesen, die von der Steuereinheit 42 betätigt wird.

Die aus dem CCD-Bildsensor 46 ausgelesenen Pixelsignale werden von einem Verstärker 60 verstärkt und anschließend durch einen Analog-Digital-Wandler 62 in digitale Pixelsignale umgewandelt. Die digitalen Pixelsignale werden von einer von der Steuereinheit 42 überwachten Bildverarbeitungsschaltung 64 einer Schattenkorrektur, einer Gammakorrektur und dergleichen unterzogen, und an schließend zeitweise in einem Speicher 66 gespeichert, der eine ausreichende Speicherkapazität zum Abspeichern eines aus den digitalen Pixelsignalen beste henden Bildfeldes hat, das von dem CCD-Bildsensor 46 ausgegeben wird.

Die von dem Speicher 66 ausgegebenen Pixelsignale werden einer Speicherkar ten-Steuerschaltung 68 zugeführt, durch die die eingespeisten digitalen Pixelsi gnale als Pixeldaten-Bildfeld auf der IC-Speicherkarte 28 abgespeichert werden. Darüber hinaus kann das aus Pixelsignalen bestehende Bildfeld von dem Spei cher 66 an einen Farbcodierer 70 ausgegeben werden, der auf Grundlage der Pixelsignale des Bildfeldes Farbvideosignale erzeugt, die anschließend in den, wie zuvor bereits erläutert, in der Rückwand des Kamerakörpers 10 vorgesehe nen LCD-Bildschirm 72 eingespeist werden, auf dem die fotografierte Aufnahme reproduziert und beobachtet werden kann.

Die Abstandsmessungs-Sensoreinheit 34 wird von einer Sensorsteuerschaltung 74 gesteuert, die von der Steuereinheit 42 überwacht wird und die die Abstands messungs-Sensoreinheit 34 und den Elektromotor 40 in der zuvor beschriebenen Weise betätigt. Die Steuereinheit 42 erhält wiederum ein vom Lichtempfänger 36 der Sensoreinheit 34 abgegebenes Abstandsdatensignal.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Kamera mit einem Belichtungssensorschalter 76 und ei nem Auslöseschalter 78 ausgestattet, die beide mit dem Auslöser 16 (vgl. Fig. 1) verbunden sind. Genauer gesagt wird der Belichtungssensorschalter 76 ange schaltet, sobald der Auslöser 16 halbgedrückt wird. Wird der Auslöser 16 voll ständig gedrückt, wird der Auslöseschalter 78 angeschaltet. Darüber hinaus ist der Auslöser 16 mit der Abstandsmessungs-Sensoreinheit 34 verbunden, wie später detailliert beschrieben wird.

Die elektronische Blitzeinheit 14 wird, wie Fig. 3 zeigt, von einer von der Steuer einheit 42 überwachten Blitzsteuerschaltung 80 elektrisch erregt. Sofern erfor derlich, wird die elektronische Blitzeinheit 14 betätigt, sobald der Auslöser 16 voll ständig gedrückt wird. Darüber hinaus ist das LCD-Feld 22 mit der Steuereinheit 42 verbunden, um verschiedene Einstellungen der Kamera, geeignete Mittei lungen und dergleichen anzuzeigen.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer von der Steuereinheit 42 durchgeführten Aufnahmeroutine. Die Aufnahmeroutine wird initiiert, indem der Hauptschalter 24 (vgl. Fig. 1) angeschaltet wird.

Dabei ist zu bemerken, daß bei den Erläuterungen der Aufnahmeroutine davon ausgegangen wird, daß die Kamera an einem Stativ befestigt ist, das auf einer geneigten Oberfläche P steht, wie Fig. 5 zeigt, die bezüglich einer horizontalen Ebene Ph einen Neigungswinkel Θ hat. Ferner ist zu bemerken, daß in Fig. 5 das Bezugszeichen L1 den vertikalen Abstand der Sensoreinheit 34 zur geneigten Oberfläche P und das Bezugszeichen L2 den minimalen Abstand der Sensor einheit 34 zur geneigten Oberfläche P angeben. Der Abstand L1 wird vom Schnittpunkt der horizontalen Ebene Ph mit der geneigten Oberfläche P zur Sensoreinheit 34 vertikal gemessen. Der Abstand L2 wird ausgehend von der ge neigten Oberfläche P zur Sensoreinheit 34 lotrecht gemessen.

In Schritt 401 wird ein Anfangstestprogramm ausgeführt, das ermittelt, ob ver schiedene Funktionen der Kamera ordnungsgemäß durchgeführt werden können oder nicht. Sobald eine der Funktionen der Kamera nicht betriebsbereit ist, wird im LCD-Feld 22 eine Warnungsmitteilung angezeigt daß die Kamera nicht ordnungsgemäß arbeitet.

Arbeitet die Kamera ordnungsgemäß, fährt die Steuerung mit Schritt 402 fort, bei dem bestimmt wird, ob der Auslöser 16 zum Einschalten des Belichtungssensor schalters 76 halb gedrückt ist oder nicht. Das Bestimmen, ob der Auslöser 16 halb gedrückt ist, wird in Zeitabständen von beispielsweise 1 ms wiederholt.

Sobald bestätigt wird, daß der Auslöser 16 halb gedrückt worden ist, fährt die Steuerung mit Schritt 403 fort, bei dem die Belichtungszeit bzw. die für die elek trische Ladungsspeicherung erforderliche Dauer auf Grundlage des vom Belich tungssensor 56 erzeugten Ausgangssignals bestimmt wird.

In Schritt 404 wird eine Abstandsmeßroutine durchgeführt, bei der der vertikale Abstand L1 und der minimale Abstand L2 durch die Sensoreinheit 34 gemessen wird. Die Abstandsmeßroutine wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 6 gezeigte Ablaufdiagramm später noch detailliert beschrieben.

Danach wird in Schritt 405 bestimmt, ob der Auslöser 16 vollständig gedrückt wurde oder nicht. Wurde der Auslöser 16, nachdem er zuvor halb gedrückt wor den war, nicht vollständig gedrückt, kehrt die Steuerung von Schritt 405 zu Schritt 402 zurück. Dabei ist zu bemerken, daß in Zeitabständen von beispielsweise 1 ms wiederholt überprüft wird, ob der Auslöser 16 vollständig gedrückt worden ist.

Sobald bestätigt wird, daß der Auslöser 16 vollständig gedrückt wurde, wobei der Auslöseschalter 78 angeschaltet wurde, fährt die Steuerung in Schritt 406 fort, bei dem der Auslöser 16 deaktiviert wird. Anschließend geht die Steuerung zu Schritt 407, bei dem die Aufnahmefunktion ausgeführt wird. Bei der Aufnahmefunktion wird die Größe der Blende 44 durch die von der Belichtungssteuerschaltung 54 gesteuerte Blendenstellschaltung auf Grundlage des Ausgangssignals des Be lichtungssensors 56 eingestellt und anschließend der Schnellklappspiegel 48 von der abgesenkten Stellung in die hochgeklappte Stellung nach oben geschwenkt. Dadurch wird die lichtempfangende Fläche des CCD-Bildsensors 46 den durch die Aufnahmeoptik 12 einfallenden Lichtstrahlen ausgesetzt. Genauer gesagt wird eine von der Aufnahmeoptik 12 erfaßte optische Abbildung fokussiert und auf die lichtempfangende Fläche des CCD-Bildsensors 46 projiziert, der die optische Abbildung in ein aus elektrischen Pixelsignalen bestehendes Bildfeld umwandelt. Nach Ablauf einer vorgegebenen Belichtungszeit, d. h. nach Ablauf der für die elektrische Ladungsspeicherung erforderlichen Dauer, wird der Schnellklappspiegel 48 von der hochgeklappten Stellung wieder in die abge senkte Stellung zurückgeschwenkt.

In Schritt 408 werden die Pixelsignale des Bildfeldes aus dem CCD-Bildsensor 46 ausgelesen, von dem Verstärker 60 verstärkt, durch den Analog-Digital-Wandler 62 in digitale Pixelsignale umgewandelt und von der Bildverarbeitungsschaltung 64 weiterverarbeitet, bevor sie zeitweise im Speicher 66 abgespeichert werden.

In Schritt 409 werden die Pixelsignale von dem Speicher 66 in die Speicherkar ten-Steuerschaltung 68 eingelesen, mit der die ausgegebenen Pixelsignale als Pixeldaten des Bildfeldes auf der IC-Speicherkarte 28 abgespeichert werden. Gleichzeitig werden die Daten der Abstände L1 und L2 sowie weiterer Informati onsdaten auf der IC-Speicherkarte 28 abgespeichert. Wie konzeptionell in Fig. 6 gezeigt, ist der Speicherbereich der IC-Speicherkarte 28 so formatiert, daß er in ein Kopffeld und in ein Bilddatenspeicherfeld untergliedert ist. Die das Bildfeld bildenden Pixeldaten werden in dem Bilddatenspeicherfeld abgespeichert. Die Abstände L1 und L2 sowie die weiteren Informationsdaten, wie die Nummer des Bildfeldes, Aufnahmebedingungen, Datum und Uhrzeit der Aufnahme oder ähnli ches, werden im Kopffeld abgespeichert. Darüber hinaus kann der Speicherbe reich der IC-Speicherkarte 28 auch ein Reservefeld umfassen, wie Fig. 6 zeigt.

Nachdem die Pixeldaten, die Abstände L1 und L2 sowie die weiteren Informati onsdaten auf der IC-Speicherkarte 28 abgespeichert worden sind, fährt die Steuerung mit Schritt 410 fort, bei dem der Auslöser 16 wieder aktiviert wird. An schließend kehrt die Steuerung zu Schritt 401 zurück und wartet auf die nächste Aufnahme.

Wie zuvor bereits angedeutet, wird in Schritt 404 der in Fig. 4 gezeigten Aufnah meroutine, sobald der Auslöser 16 halb gedrückt ist, die in Fig. 7 dargestellte Abstandsmeßroutine ausgeführt, die nachfolgend beschrieben wird.

In Schritt 701 wird ein Zähler n auf Null zurückgesetzt. Anschließend werden in Schritt 702 die von dem Lichtempfänger 36 der Abstandsmessungs-Sensoreinheit 34 erfaßten Abstandsdaten DD aufgenommen, während die Sensoreinheit 34 von der ausbalancierten Stellung in eine vorgegebene Winkelstellung geschwenkt wird, währenddessen der von der Lichtquelle 36 der Sensoreinheit 34 emittierter Infrarotlichtstrahl von der geneigten Oberfläche P zurückgeworfen wird. Dabei ist zu bemerken, daß der in Fig. 5 gezeigte Winkel ω den Winkel zwischen der aus balancierten Stellung (L1) und der vorgegebenen Stellung angibt.

In Schritt 703 werden die erfaßten Abstandsdaten DD als DD_n-Daten eingelesen, die zeitweise in dem RAM-Speicher der Steuereinheit 42 abgespeichert werden. In Schritt 704 wird der Zähler n um Eins erhöht und in Schritt 705 überprüft, ob der Zähler n einen dem Winkel ω entsprechenden vorgegebenen Wert entspricht oder nicht. Hat der Zähler n den vorgegebenen Wert noch nicht erreicht, kehrt die Steuerung von Schritt 705 zu Schritt 702 zurück und wiederholt die Routine mit den Schritten 702 bis 705 so lange, bis der Zähler n den vorgegebenen Wert er reicht hat. Dabei ist zu bemerken, daß die Abstandsdaten DD des Lichtempfän gers 36 in zeitlichen Abständen von beispielsweise 1 ms erfaßt werden.

Sobald der Zähler n den vorgegebenen Wert erreicht, fährt die Steuerung ausge hend von Schritt 705 mit Schritt 706 fort, bei dem die Folge von Abstandsdaten DD_n so verarbeitet wird, daß eine gleichmäßig verlaufende Kennlinie entsteht, wie sie durch den Graphen in Fig. 8 dargestellt ist.

In Schritt 707 wird der Zähler n auf Null zurückgesetzt. Anschließend wird in Schritt 708 der Abstandswert DD_n=0 als Abstand L1 gesetzt und zeitweise im RAM-Speicher der Steuereinheit 42 abgespeichert. Wie aus den zuvor erfolgten Erläuterungen ersichtlich, entspricht dabei der Abstandswert DD_n=0 dem in Fig. 5 gezeigten vertikalen Abstand L1, da sich die Abstandsmessungs-Sensoreinheit 34, unmittelbar bevor der Elektromotor 40 betätigt wird, in der ausbalancierten Stellung befindet.

In Schritt 709 wird der Zähler n um Eins erhöht. Anschließend wird in Schritt 710 die folgende Berechnung durchgeführt:

ΔDD_n ← DD_n+1 - DD_n.

In Schritt 711 wird bestimmt, ob das berechnete Ergebnis ΔDD_n größer oder gleich Null ist oder nicht. Ist ΔDD_n < 0, kehrt die Steuerung ausgehend von Schritt 711 zu Schritt 709 zurück. Die Routine wird also mit den Schritten 709 bis 711 so lange wiederholt, bis ΔDD_n größer oder gleich Null ist.

Sobald in Schritt 711 festgestellt wird, daß ΔDD_n größer oder gleich Null ist, d. h., wenn der minimale Abstand DD_n bestimmt worden ist, fährt die Steuerung ausge hend von Schritt 711 mit Schritt 712 fort. In Schritt 712 wird der minimale Abstand DD_n als Abstand L2 gesetzt und zeitweise im RAM-Speicher der Steuereinheit 42 abgespeichert. Anschließend kehrt die Steuerung zu Schritt 406 des Ablaufdia gramms von Fig. 4 zurück.

Fig. 9 zeigt konzeptionell eine fotogrammetrische Meßeinrichtung, bei der eine er findungsgemäße Videokamera verwendet wird. In dieser Darstellung ist ein würfelförmiges Objekt OB an einer Stelle positioniert, die fotogrammetrisch ver messen werden soll. Seitlich des zu vermessenden, würfelförmigen Objektes OB ist ein Standard-Maßstab SC angeordnet. Der Standard-Maßstab SC und das würfelförmige Objekt OB werden aus zwei verschiedenen Richtungen von der Vi deokamera CA fotografiert. Wie Fig. 9 zeigt, wird der Standard-Maßstab SC und das würfelförmige Objekt OB zunächst aus einer mit durchgezogener Linie dar gestellten ersten Position M₁ von der Videokamera CA fotografiert. Anschließend werden sie aus einer zweiten Position M₂ von der Videokamera CA fotografiert (in gestrichelten Linien dargestellt). Bei der ersten Position M₁ ist die optische Achse der Videokamera CA mit dem Bezugszeichen O₁ bezeichnet. An der zweiten Position M₂ ist die optische Achse der Videokamera CA durch das Be zugszeichen O₂ angegeben.

Dabei ist zu bemerken, daß sowohl die erste als auch die zweite Position M₁ und M₂ jeweils als der hintere Hauptpunkt der Aufnahmeoptik 12 der Videokamera CA definiert sein können.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Standard-Maßstab SC die Form einer gleichseitigen dreieckigen Platte mit drei Referenzpunkten P₁, P₂ und P₃, die nahe der Eckpunkte der gleichseitigen dreieckigen Platte derart angeordnet sind, daß durch die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ ein gleichseitiges Dreieck definiert ist, wie es durch die schraffierte Fläche in Fig. 9 dargestellt ist. Die schraffierte Fläche dient als Referenzebene. Die Seitenkanten des durch die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ definierten gleichseitigen Dreiecks haben jeweils eine vorgegebene Länge l, die als Standardmeßlänge verwendet wird.

Verläuft die zu vermessende Stelle schräg, d. h., ist sie um den Winkel Θ bezüg lich der horizontalen Ebene Ph geneigt, wie es Fig. 5 zeigt, verläuft die durch die Punkte P₁, P₂ und P₃ definierte, schraffierte Referenzebene gleichfalls um den Winkel Θ bezüglich der horizontalen Ebene Ph geneigt.

Dabei ist zu bemerken, daß anstelle des Standard-Maßstabes SC drei zueinander identische, kegelförmige Markierungen an geeigneten Stellen angeordnet sein können. In diesem Fall wird zuvor der Abstand zwischen zwei Spitzen der kegelförmigen Markierungen beispielsweise mit einem Maßband gemessen und der Wert als Standardmeßlänge gesetzt. Ferner wird als Referenzebene die durch die drei Spitzen der kegelförmigen Markierungen definierte Ebene verwen det.

Fig. 10 zeigt eine durch die an der ersten Position M₁ angeordnete Videokamera CA fotografierte erste Aufnahme. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist in der ersten Aufnahme ein rechtwinkliges x₁-y₁ Koordinatensystem definiert, dessen Ursprung c₁ im fotografischen Mittelpunkt der ersten Aufnahme angeordnet ist. In diesem x₁-y₁-Koordinatensystem werden die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ durch die Punkte p₁₁(px₁₁, py₁₁), p₁₂(px₁₂, py₁₂) bzw. p₁₃(px₁₃, py₁₃) darge stellt.

Fig. 11 zeigt eine durch die Videokamera CA in der zweiten Position M₂ fotogra fierte zweite Aufnahme. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß in der zweiten Aufnahme ein rechtwinkliges x₂-y₂-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ur sprung c₂ im fotografischen Mittelpunkt der zweiten Aufnahme angeordnet ist. In diesem x₂-y₂-Koordinatensystem werden die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ durch die Punkte p₂₁(px₂₁, py₂₁), p₂₂(px₂₂, py₂₂) bzw. p₂₃(px₂₃, py₂₃) darge stellt.

In Fig. 12 ist die dreidimensionale relative Lagebeziehung zwischen dem Stan dard-Maßstab SC, der Videokamera CA und der ersten und zweiten Aufnahme dargestellt. In diesem Fall wird der Standard-Maßstab SC auf Grundlage der an der ersten Position M₁ gemachten ersten Aufnahme und der an der zweiten Position M₂ gemachten zweiten Aufnahme reproduziert, wobei jedoch die Abmes sung des Standard-Maßstabes SC einen Relativwert hat. Deshalb ist die Länge der Seitenkanten des durch die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ definierten gleich schenkligen Dreiecks durch die Angabe l' angezeigt.

Um die dreidimensionalen Koordinaten des würfelförmigen Objekts OB berechnen zu können, ist es erforderlich, ein dreidimensionales X-Y-Z-Koordinatensystem zu definieren, wie es Fig. 12 zeigt, bei dem die in der ersten und zweiten Aufnahme abgespeicherten Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ des Standard-Maßstabes SC bezüglich des dreidimensionalen X-Y-Z-Koordinatensystems lagemäßig bestimmt werden müssen.

Wie in Fig. 12 gezeigt, liegt der Ursprung des dreidimensionalen X-Y-Z-Koordi natensystems an der ersten Position M₁. Die erste Position M₁ wird also durch die Ursprungskoordinaten 0, 0 und 0 des dreidimensionalen X-Y-Z-Koordinaten systems repräsentiert. Ferner fällt die Z-Achse des dreidimensionalen X-Y-Z- Koordinatensystems mit der optischen Achse O₁ der an der ersten Position M₁ angeordneten Videokamera CA zusammen. Die zweite Position M₂ wird durch die Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ und die optische Achse O₂ der an der zweiten Position M₂ angeordneten Videokamera CA durch die Winkelkoordinaten α, β und γ repräsentiert. Die optische Achse O₂ der Videokamera 14 definiert also Winkel α, β und γ mit der X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse des dreidimensionalen X-Y-Z-Koordinatensystems.

Die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ des Standard-Maßstabes CA werden durch die Koordinaten PX_j, PY_j, PZ_j der Punkte P_j (wobei j = 1, 2, 3) dargestellt. Wie in Fig. 12 gezeigt, liegen jeder Referenzpunkt P₁(PX₁, PY₁, PZ₁), P₂(PX₂, PY₂, PZ₂) und P₃(PX₃, PY₃, PZ₃), der auf der ersten Aufnahme aufgenommene Bildpunkt p₁₁(px₁₁, py₁₁), p₁₂(px₁₂, py₁₂₎, p₁₃(px₁₃, py₁₃) des entsprechen den Referenzpunktes sowie der hintere Hauptpunkt (M₁) der Videokamera CA zueinander ausgerichtet auf einer gemeinsamen Geraden. In gleicher Weise lie gen jeweils der Referenzpunkt P₁(PX₁, PY₁, PZ₁), P₂(PX₂, PY₂, PZ₂) und P₃(PX₃, PY₃, PZ₃), der auf der zweiten Aufnahme aufgenommene Bildpunkt p₂₁(px₂₁, py₂₁), p₂₂(px₂₂, py₂₂), p₂₃(px₂₃, py₂₃) des entsprechenden Refe renzpunktes sowie der hintere Hauptpunkt (M₂) der Videokamera CA zueinander ausgerichtet auf einer gemeinsamen Geraden.

Folglich können die Koordinaten PX_j, PY_j, PZ_j der Punkte P_j durch die folgenden Kollinear-Gleichungen bestimmt werden:

wobei:
a₁₁ = cos β.sin γ
a₁₂ = -cos β .sin γ
a₁₃ = sin β
a₂₁ = cos α.sin γ + sin α.sin β.cos γ
a₂₂ = cos α.cos γ + sin α.sin β.sin γ
a₂₃ = -sin α.sin β
a₃₁ = sin α.sin γ + cos α.sin β.cos γ
a₃₂ = sin α.cos γ + cos α.sin β.sin γ
a₃₃ = cos α.cos β.

Dabei ist zu bemerken, daß in diesen Gleichungen die Angabe C der Brennweite der Videokamera CA entspricht, die als Abstand zwischen dem hinteren Haupt punkt (M₁) und dem fotografischen Mittelpunkt (c₁) der ersten Aufnahme sowie als Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt (M₂) und dem fotografischen Mittelpunkt (c₂) der zweiten Aufnahme definiert ist. Ferner entspricht die Angabe i der jeweiligen Aufnahme und die Angabe j dem jeweiligen Referenzpunkt P₁, P₂ bzw. P₃ des Standard-Maßstabes SC.

Wie zuvor bereits erläutert, werden, wenn die erste Aufnahme von der an der er sten Position M₁ angeordneten Videokamera CA fotografiert worden ist, Bildpi xeldaten der ersten Aufnahme gemeinsam mit den Abständen L1 und L2 und weiteren Informationsdaten auf der IC-Speicherkarte 28 abgespeichert. In glei cher Weise werden Bildpixeldaten der zweiten Aufnahme gemeinsam mit den Ab ständen L1 und L2 sowie den weiteren Informationsdaten auf der IC-Spei cherkarte 28 abgespeichert, wenn die zweite Aufnahme von der an der zweiten Position M₁ angeordneten Videokamera CA fotografiert worden ist.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild eines Computersystems, das auf Grundlage der auf der IC-Speicherkarte 28 abgespeicherten Bildpixeldaten und Abstände L1 und L2 die oben beschriebene fotogrammetrische Vermessung durchführt.

Das Computersystem nach Fig. 13 hat einen Computer 82, in dem ein fotogram metrisches Vermessungsprogramm installiert ist, sowie einen mit dem Computer 82 verbundenen IC-Speicherkartenleser 84. Der IC-Speicherkartenleser 84 ist mit einem Schlitz zur Aufnahme der IC-Speicherkarte 28 ausgestattet und hat ein IC- Speicherkartenlaufwerk 86 zum Einlesen des aus Bildpixeldaten bestehenden Bildfeldes, der Abstände L1 und L2 sowie der weiteren Informationsdaten. Das Computersystem hat ferner einen Bildschirm 88 zur Darstellung einer fotografier ten Aufnahme auf Grundlage der von der IC-Speicherkarte 28 eingelesenen Bildpixeldaten des Bildfeldes. Ferner hat das Computersystem eine Tastatur 90 zur Eingabe verschiedener Befehle und Daten in den Computer 82 sowie eine Maus 92 zum Bewegen eines auf dem Bildschirm 88 dargestellten Cursors.

Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm der in dem Computer 82 der Fig. 13 auszufüh renden fotogrammetrischen Meßroutine, bei der auf Grundlage der in den Fig. 10 und 11 gezeigten ersten und zweiten Aufnahmen eine Vermessungskarte erstellt wird. Bevor die Routine ausgeführt wird, werden die aus Bildpixeldaten beste henden Bildfelder der ersten und zweiten Aufnahme von der IC-Speicherkarte 28 eingelesen und die erste und zweite Aufnahme gleichzeitig auf dem Bildschirm 88 reproduziert und angezeigt, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt.

In Schritt 1401 werden geeignete Anfangswerte (mit Ausnahme des Wertes 0) für die Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ der zweiten Position M₂ und für die Winkelkoor dinaten α, β und γ der optischen Achse O₂ über die Tastatur 90 in den Computer 82 eingegeben. Anschließend werden in Schritt 1402 die Referenzpunkte P_ij(px_ij, py_ij) nacheinander durch den mit der Maus 92 verfahrbaren Cursor auf der auf dem Bildschirm 88 dargestellten ersten und zweiten Aufnahme bestimmt. Ge nauer gesagt werden die Koordinaten der zwei Punkte P₁₁(px₁₁, py₁₁) und P₂₁(px₂₁, py₂₁), der zwei Punkte P₁₂(px₁₂, py₁₂) und P₂₂(px₂₂, py₂₂) sowie der zwei Punkte P₁₃(px₁₃, py₁₃) und P₂₃(px₂₃, py₂₃) durch eine Zentrale Re cheneinheit (CPU) des Computers 82 ermittelt.

Nachdem die Referenzpunkte P_ij(px_ij, py_ij) bestimmt worden sind, wird in Schritt 1403 der Zähler k auf Eins gesetzt. Anschließend wird in Schritt 1404 ein geeig neter Punkt Q_1(k=1) des würfelförmigen Objekts OB ausgewählt und Bildpunkte q_ik (vgl. Fig. 10 und 11) des Punktes Q1, die in der ersten und zweiten Aufnahme auf dem Bildschirm 88 dargestellt sind, durch den von der Maus 92 bewegten Cursor bestimmt. Genauer gesagt werden die Koordinaten der zwei Punkte q₁₁(qx₁₁, qy₁₁) und q₂₁(qx₂₁, qy₂₁) des Bildpunktes Q₁ durch die Zentrale Re cheneinheit des Computers 82 ermittelt.

In Schritt 1405 werden die oben beschriebenen Kollinear-Gleichungen auf Grundlage der ermittelten Koordinaten gelöst und die Koordinaten PX_j, PY_j, PZ_j der Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ sowie die dreidimensionalen Koordinaten QX₁, QY₁, QZ₁ des Objektpunktes Q₁ bestimmt. Anschließend werden erste Näherungswerte für die dreidimensionalen Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ der zwei ten Position M₂ sowie für die Winkelkoordinaten α, β und γ der optischen Achse O₂ bestimmt, d. h. die Anfangskoordinaten X₀, Y₀ und Z₀ und die Anfangswin kelkoordinaten α, β und γ, die in Schritt 1401 eingegeben wurden, durch die er sten Näherungswerte ersetzt.

In Schritt 1406 wird der Koeffizient m wie folgt berechnet:

m ← l/l'.

Dabei ist zu bemerken, daß die Angabe l der wirklichen Länge zwischen den Re ferenzpunkten P₁, P₂ und P₃ und die Angabe l' der durch die Ermittlung der Ko ordinaten PX_j, PY_j, PZ_j der Punkte P_j erhaltenen relativen Länge entspricht.

In Schritt 1407 wird durch Verwendung des Koeffizienten m eine Skalierung zwi schen den ermittelten Koordinaten PX_j, PY_j, PZ_j der Punkte P_j und den Koordina ten QX₁, QY₁, QZ₁ des Punktes Q₁ bestimmt, um die tatsächliche räumliche Be ziehung zwischen diesen zu ermitteln. Anschließend wird in Schritt 1408 das dreidimensionale X-Y-Z-Koordinatensystem in ein dreidimensionales X'-Y'-Z'- Koordinatensystem transformiert, das so definiert ist, wie es in Fig. 15 gezeigt ist.

Wie aus Fig. 15 ersichtlich, liegt der Ursprung des dreidimensionalen X'-Y'-Z'- Koordinatensystems im Referenzpunkt P₁, wobei die X'-Achse durch die Refe renzpunkte P₁ und P₂ definiert ist. Des weiteren definieren die X'- und die Z'- Achse des Koordinatensystems eine Ebene Ps, die die durch die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ definierte schraffierte dreieckige Fläche bzw. Referenzfläche enthält. Dabei ist zu bemerken, daß bei dem in Fig. 15 gezeigten Beispiel, obwohl der Ursprung des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinatensystems mit dem Referenzpunkt P₁ zusammenfällt, der Ursprung an jeder Position in der Ebene Ps angeordnet sein kann.

In Schritt 1409 wird beispielsweise die X'-Z'-Ebene bzw. die Ebene Ps, in der die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ sowie der Objektpunkt Q₁ aufgezeichnet sind, als Vermessungskarte auf dem Bildschirm 88 dargestellt. Dennoch kann die darge stellte Vermessungskarte ungenau sein, wenn die erneuerten Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ sowie die erneuerten Winkelkoordinaten α, β und γ nicht ausreichend angenähert worden sind.

In Schritt 1410 wird bestimmt, ob ein weiterer Satz Punkte q_1k und q_2k am würfel förmigen Objekt OB ermittelt werden soll oder nicht. Wenn ein weiterer Satz Punkte q_1k und q_2k bestimmt werden soll, d. h., wenn die erneuerten Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ sowie die erneuerten Winkelkoordinaten α, β und γ nicht ausrei chend angenähert worden sind, wird in Schritt 1411 der Zähler k um Eins erhöht. Anschließend wird die Routine mit den Schritten 1404 bis 1410 erneut durchgeführt.

Bevor die Annäherung der Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ sowie der Winkelkoordi naten α, β und γ annehmbar sind, müssen zumindest zwei Sätze von Punkten q_1k und q_2k am würfelförmigen Objekt OB bestimmt worden sein, d. h. die Annähe rungsberechnung sollte zumindest zweimal wiederholt worden sein. Vorzugsweise sollten mehr als zwei Sätze von Objektpunkten q_1k und q_2k bestimmt worden sein, d. h. die Annäherungsberechnung sollte mehr als zweimal wiederholt werden.

Wenn in Schritt 1410 kein weiterer Satz Punkte q_1k und q_2k ermittelt werden soll, d. h., wenn die erneuerten Koordinaten X₀, Y₀ und Z₀ sowie die erneuerten Win kelkoordinaten α, β und γ ausreichend angenähert worden sind, fährt die Steue rung ausgehend von Schritt 1410 mit Schritt 1412 fort, bei dem bestimmt wird, ob von einem Benutzer durch die Tastatur 90 oder die Maus 92 eine Korrektur des Neigungswinkels des Untergrundes befohlen worden ist oder nicht.

Wird ein Befehl zur Korrektur des Neigungswinkels des Untergrundes in den Computer 82 eingegeben, fährt die Steuerung ausgehend von Schritt 1412 mit Schritt 1413 fort, bei dem die folgende Berechnung durchgeführt wird:

Θ←cos^-1(L1/L2).

Genauer gesagt wird der Neigungswinkel Θ des Untergrundes, d. h. der Ebene Ps, auf Grundlage des von der Sensoreinheit 34 beispielsweise an der ersten Positi on M₁ gemessenen vertikalen und minimalen Abstandes L1 und L2 berechnet.

In Schritt 1414 wird das dreidimensionale X'-Y'-Z'-Koordinatensystem so weiter transformiert, daß der Neigungswinkel Θ im wesentlichen Null wird, d. h., daß die Ebene Ps im wesentlichen mit der horizontalen Ebene Ph übereinstimmt. An schließend wird in Schritt 1415 die transformierte X'-Z'-Ebene bzw. die Ebene Ps, in der die Referenzpunkte P₁, P₂ und P₃ sowie der Objektpunkt Q_k aufgezeichnet sind, als neigungswinkelkorrigierte Vermessungskarte auf dem Bildschirm 88 dargestellt, womit die Routine abgeschlossen ist.

Selbstverständlich kann der Neigungswinkel Θ des Untergrundes, d. h. der Ebene Ps, auf Grundlage des von der Sensoreinheit 34 an der zweiten Position M₂ ge messenen vertikalen und minimalen Abstandes L1 und L2 berechnet werden. Ferner kann ein Durchschnitt der Neigungswinkel Θ aus den vertikalen Abständen L1 und den minimalen Abständen L2, die an der ersten und zweiten Position M₁ und M₂ gemessen worden sind, für die weitere Koordinatentransformation des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinatensystems verwendet werden.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann, obwohl der vertikale Ab stand L1 und der minimale Abstand L2 in der IC-Speicherkarte 28 abgespeichert sind, der Neigungswinkel Θ von der Steuereinheit 42 der Videokamera berechnet werden. In diesem Fall müssen die Ablaufdiagramme nach Fig. 4 und 5 teilweise abgewandelt werden, wie in Fig. 16 bzw. 17 dargestellt. Genauer gesagt sollte, wie Fig. 16 zeigt, Schritt 404 und Schritt 409 abgewandelt werden, wie durch Schritt 404' bzw. Schritt 409' angegeben ist. Darüber hinaus sollte, wie Fig. 17 zeigt, Schritt 713 in die Abstandsmeßroutine nach Fig. 7 eingefügt werden.

Die erfindungsgemäße Videokamera mit Abstandsmessungs-Sensoreinheit 34 kann insbesondere in vorteilhafter Weise verwendet werden, wenn mehrere Vermessungskarten miteinander kombiniert werden müssen, um eine breite Ver messungskarte zu erzeugen.

Insbesondere, wenn beispielsweise, wie Fig. 18 zeigt, ein geografischer Bereich D über eine größere Breite vermessen werden soll, der entlang der Y'-Z'-Ebene des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinatensystems ein gewelltes Profil hat, wie durch die Schraffierung angezeigt, wird der geografische Bereich D entsprechend dem natürlichen Verlauf des gewellten Profils beispielsweise in sieben Abschnitte D₁ bis D₇ unterteilt.

Jeder Abschnitt D₁ bis D₇ hat eine Länge d_t (t = 1, 2, . . ., 6, 7) entlang der Z'- Achse des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinatensystems, wenn eine Vermes sungskarte G_t in der oben beschriebenen herkömmlichen Weise gebildet wird, d. h. wenn die Vermessungskarte G_t erstellt wird, ohne den Neigungswinkel Θ des Untergrundes zu korrigieren.

Werden die Vermessungskarten G₁ bis G₇ zum Erzeugen einer breiten Vermes sungskarte so miteinander kombiniert, daß sie sich entlang der horizontalen Ebene Ph (vgl. Fig. 5) erstrecken, hat jede Vermessungskarte G_t eine Länge, die größer ist, als die tatsächliche Länge des zugeordneten Abschnittes D_t. Die Dif ferenz zwischen diesen Längen kann als Fehlerlänge E_t definiert werden. Bei spielsweise hat die Vermessungskarte G₁ eine Fehlerlänge E₁. Die zusammen gesetzte Vermessungskarte hat dementsprechend eine Gesamtfehlerlänge TE, die wie folgt definiert ist:

TE = (d₁ + d₂ + d₃ + d₄ + d₅ + d₆ + d₇) - D.

Dagegen hat eine nach der Erfindung erstellte, zusammengesetzte Vermes sungskarte keine Fehlerlängen, da das dreidimensionale X'-Y'-Z'-Koordinaten system so transformiert wird, daß der Neigungswinkel Θ im wesentlichen Null ist, die Ebene Ps im wesentlichen mit der horizontalen Ebene Ph also übereinstimmt.

Wird jede der Vermessungskarten G_t in eine in der horizontalen Ebene Ph defi nierte Vermessungskarte G_t' umgewandelt, entspricht die Länge d_t' jeder Vermes sungskarte G_t' aufgrund der Koordinatentransformation des dreidimensionalen X'- Y'-Z'-Koordinatensystems im wesentlichen der Länge d_t des jeweils zugeordneten Abschnitts D_t. Kurz gesagt ist es durch die Erfindung möglich, eine Vermes sungskarte mit sehr viel größerer Genauigkeit zu erstellen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann durch Verwendung des beim Fotografieren mit der Videokamera CA ermittelten vertikalen Abstandes L1 eine Vermessungskarte erzeugt werden, die entweder in der X'-Y'-Ebene oder der Y'- Z'-Ebene des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinatensystems liegt. Dadurch ist es möglich, die Höhe des kubischen Objektes OB auf Grundlage des vertikalen Abstandes L1 zu berechnen, um dadurch eine Vermessungskarte in entweder der X'-Y'-Ebene oder der Y'-Z'-Ebene des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinaten systems zu erzeugen.

Claims

1. Kamera, die insbesondere beim fotogrammetrischen Vermessen verwendbar ist, gekennzeichnet durch eine Sensoreinheit (34), die einen vertikalen Abstand (L1) und einen minimalen Abstand (L2) der Kamera (CA) zu einem gegebenenfalls geneigt zu einer horizontalen Ebene (Ph) verlaufenden Un tergrund (P) bestimmt, über dem die Kamera (CA) angeordnet ist.

2. Kamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Speichermedium (38) zum Abspeichern der vertikalen und minimalen Abstandswerte (L1 und L2).

3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit (42) zum Berechnen eines Neigungswinkels (Θ) des Untergrundes (P) auf Grundlage des vertikalen und minimalen Abstandes (L1 und L2), und durch ein Speichermedium (38) zum Abspeichern des berechneten Neigungswin kels (Θ).

4. Kamera nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine Digitalkamera (CA) ist, und daß das Speichermedium (38) die bei der Aufnahme durch die Kamera (CA) ermittelten Bilddaten speichert.

5. Kamera nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verti kale Abstandswert (L1) in dem Speichermedium (38) abgespeichert wird.

6. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (34) um eine rechtwinklig zur optischen Achse der Kamera (CA) verlaufende Achse (A) frei drehbar ist, und daß die Sensoreinheit (34) den vertikalen Abstand (L1) bestimmt, wenn sich die Sensoreinheit (34) in einer durch die Schwerkraft bewirkten, ausbalancierten Stellung befindet.

7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (34) zum Bestimmen des minimalen Abstandes (L2) von der ausbalancierten Stellung in eine weitere Stellung schwenkbar ist.

8. Speichermedium für von einer Kamera (CA) erzeugte Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, daß in das Speichermedium (38) ein vertikaler Abstand (L1) und ein minimaler Abstand (L2) der Kamera (CA) zu einem gegebenen falls geneigt zu einer horizontalen Ebene (Ph) verlaufenden Untergrund (P) abgespeichert werden, über dem die Kamera (CA) angeordnet ist.

9. Speichermedium für von einer Kamera (CA) erzeugte Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, daß in das Speichermedium (38) ein Neigungswinkel (Θ) eines gegebenenfalls zu einer horizontalen Ebene (Ph) geneigt verlaufen den Untergrundes (Ps) abgespeichert wird, über dem die Kamera (CA) an geordnet ist.

10. Speichermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in das Speichermedium (38) Abstandswerte abgespeichert werden, die einen ver tikalen Abstand (L1) der Kamera (CA) zum geneigt verlaufenden Untergrund (P) angeben.