DE19800336A1 - Kamera mit Abstandsmessungs-Sensoreinheit - Google Patents
Kamera mit Abstandsmessungs-SensoreinheitInfo
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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 DDn-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
DDn 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 DDn=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 DDn=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:
ΔDDn ← DDn+1 - DDn.
In Schritt 711 wird bestimmt, ob das berechnete Ergebnis ΔDDn größer oder
gleich Null ist oder nicht. Ist ΔDDn < 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 ΔDDn größer oder gleich Null ist.
Sobald in Schritt 711 festgestellt wird, daß ΔDDn größer oder gleich Null ist, d. h.,
wenn der minimale Abstand DDn bestimmt worden ist, fährt die Steuerung ausge
hend von Schritt 711 mit Schritt 712 fort. In Schritt 712 wird der minimale Abstand
DDn 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 PXj, PYj, PZj der Punkte Pj (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 PXj, PYj, PZj der Punkte Pj 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.
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 Pij(pxij,
pyij) 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 Pij(pxij, pyij) bestimmt worden sind, wird in Schritt
1403 der Zähler k auf Eins gesetzt. Anschließend wird in Schritt 1404 ein geeig
neter Punkt Q1(k=1) des würfelförmigen Objekts OB ausgewählt und Bildpunkte
qik (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 PXj, PYj, PZj
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 PXj, PYj, PZj der Punkte Pj erhaltenen relativen Länge entspricht.
In Schritt 1407 wird durch Verwendung des Koeffizienten m eine Skalierung zwi
schen den ermittelten Koordinaten PXj, PYj, PZj der Punkte Pj 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 q1k und q2k am würfel
förmigen Objekt OB ermittelt werden soll oder nicht. Wenn ein weiterer Satz
Punkte q1k und q2k 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 q1k
und q2k 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 q1k und q2k bestimmt worden
sein, d. h. die Annäherungsberechnung sollte mehr als zweimal wiederholt
werden.
Wenn in Schritt 1410 kein weiterer Satz Punkte q1k und q2k 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 Qk 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 dt (t = 1, 2, . . ., 6, 7) entlang der Z'-
Achse des dreidimensionalen X'-Y'-Z'-Koordinatensystems, wenn eine Vermes
sungskarte Gt in der oben beschriebenen herkömmlichen Weise gebildet wird,
d. h. wenn die Vermessungskarte Gt 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 Gt eine Länge, die
größer ist, als die tatsächliche Länge des zugeordneten Abschnittes Dt. Die Dif
ferenz zwischen diesen Längen kann als Fehlerlänge Et 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 Gt in eine in der horizontalen Ebene Ph defi
nierte Vermessungskarte Gt' umgewandelt, entspricht die Länge dt' jeder Vermes
sungskarte Gt' aufgrund der Koordinatentransformation des dreidimensionalen X'-
Y'-Z'-Koordinatensystems im wesentlichen der Länge dt des jeweils zugeordneten
Abschnitts Dt. 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 (10)
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.
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