DE2515975B2 - Verfahren zum automatischen Auswerten von Stereobildern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum automatischen Auswerten von Stereobildern und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
rer Linien eingegeben werden, oder daB die Steuereinheit einen Rechnerabschnitt und einen Programmleser
aufweist, dem Parameter für die Abtastung längsepipolarcr Linien eingebbar sind, um daraus die Abtastdaten
zu berechnen. Die Bildkoordinaten der Epipolarlinien können auf diese Art und Weise leicht vorgegeben und
die erforderlichen Abtastbewegungen des Abtastkopfes auf dem Bild leicht gesteuert werden, wodurch die
Notwendigkeit für eine gleichzeitige Abtastung beider Stereobilder eines Stereobildpaares in Echtzeit entfällt
Es genügt, wenn für die anschließenden Bearbeitungsund Kartiemngsvorgänge die Abtastsignale eines Bildes
in einem Speicher gespeichert werden, da die beim Abtasten des zweiten Bildes gewonnenen Signale sofort
mit den in dem Speicher gespeicherten Signalen korreliert werden können. Es ist aber durchaus möglich,
die Signale beider Büder zu speichern und die Korrelation der beiden gespeicherten Datenblöcke
spätei vorzunehmen.
Weitere Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Erfindung ist nachstehend näher e/läuterL Die
Zeichnung zeigt
F i g. 1 die perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einzelbild-Epipolarabtastgeräts;
Fig.2 eine Schemazeichnung zur Erläuterung der
Epipolartechnik;
Fig.3 die perspektivische Ansicht eines anderen
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einzelbild- Epipolarabtastgerätes mit einem Drehtisch;
F i g. 4 ein optisches Schemabild zur Darstellung der
Bauteile des Mikrodensitometers und des eingebauten
Mikroskops;
F i g. 5 ein optisches Schemabild zur Darstellung der
Bauteile eines anderen Ausführungsbeispiels des mit einer linearen Anordnung von Detektorelementen
bestückten Mikrodensitometers oder Schwärzungsmes
40
Fig.6 ''ine optische Schemazeichnung zur Darstellung der Bauteile eines weiteren Ausführungsbeispiels
des Mikrodensitometers, der Möglichkeiten zur Abtastung einer Anzahl von Epipolarlinien während einer
jeden mechanischen translatorischen Verschiebung besitzt;
Fig.7 ein Flußdiagramm tjr Darstellung der
Umsetzung der erzeugten Analogsignals in Digitaldaten zwecks Speicherung in einem Digitalspeicher.
F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einzelbild-Epipolarabtastgerätes. Das Abtastgerät
10 enthalt einen auf einer starren Grundplatte 14
montierten Koordinatenmeßtisch 12. Der Koordinatenmeßtisch 12 besteht aus einem Wagen 16 für die
K-Achse, der au/ der Oberfläche 18 der Grundplatte 14
in Richtung der K-Achse befestigt ist und dessen Bewegung parallel zur Oberfläche 18 zwangsgeführt ist
sowie aus einem Wagen 20 für die X-Achse, der am Wagen 16 für die K-Achse befesigt ist und dessen
Bewegung parallel zur Oberfläche 18 der Grundplatte 14 zwangsgefiihrt ist. Die Koordinaten X und Y des
Geräts sind durch die links vom Gerät eingezeichneten Koordinatenpfeile 22 angezeigt Der Wagen 16 für die
K-Achse wird auf einer Kante durch eine Durchführung 26, die längs der einen Kante des K-Achsenwagens 16
ausgeformt ist, durchgeschobene Stange 24 gehaltert und geführt Die Stande 24 ist an beiden Enden in den
aufrechtstehenden Blöcken 28 und 30 gelagert, die an der Grundplatte 14 permanent befestigt sind. Die
andere Kante des K-Achsenwagens 16 ist in einer Gewindespindel 32 gelagert, welche durch eine an Jer
anderen Kante des K-Achsenwagens 16 ausgeformten Gewindebohrung 34 geführt ist Die Enden der
Gewindespindel 32 sind in den aufrechtstehenden Blöcken 36 und 38 gelagert die permanent an der
Grundplatte 14 befestigt sind. Die Stange 24 und die Gewindespindel 32 sind parallel zur Oberfläche 18 der
Grundplatte 14 angeordnet und bewirken die Zwangsführung der Bewegung des Wagens für die K-Achse in
der K-Richtung parallel zur Grundplatte. Die beiden Enden der Gewindespindel 32 ragen über die Blöcke 36
und 38 hervor und dienen zur Aufnahme eines K-Handrades 40 am einen Ende sowie eines Servoantriebs 42 für die K-Achse am anderen Ende.
Der Wagen für die X-Achse ist an einer Kante durch eine Stange 44 geführt, die durch eine an der einen
Kante des X-Achsenwagens 20 ausgeformte Durchführung 46 geschoben ist Die Stange 44 ist an beiden Enden
in den aufrechtstehenden Blöckei<48 und 50 permanent
am K-Achsenwagen 16 befestigt Die andere Kante des X-Achsenwagens 20 ist in einer Gewindespindel 52
gelagert welche durch eine an der anderen Ksnte des X-Achsenwagens 20 ausgebildeten Gewindebohrung 54
geführt ist Die Enden der Gewindespindel 52 sind in den aufrechtstehenden Blöcken 56 und 58 permanent
am K-Achsenwagen 16 befestigt Die Stange 44 und die Gewindespindel 52 sind parallel zur Oberfläche 18 der
Grundplatte 14 angeordnet und bewirken eine Zwangsführung der Bewegung des X-Achsenwagens in der
X-Richtung parallel zur Grundplatte. Die Enden der Gewindespindel 52 ragen über die Blöcke 56 und 58
hinaus und dienen zur Aufnahme eines X-Handrades 60 am einen Ende sowie eines Servoantriebes 62 für die
X-Achse am anderen Ende.
Der K-Achsenwagen 16 kann auf der K-Achse in beiden Richtungen von Hand durch Kurbeln des
Handrades 40 oder elektrisch durch Betätigung des Servoantriebes 42 für die K-Achse bewegt werden. Da
der X-Achsenwagen 20 am K-Achsenwagen befestigt
ist, wird durch eine mechanische Bewegung des K-Achsenwagens 16 in der K-Richtung auch der
X-Achsenwagen 20 in der K-Richtung entsprechend um eine gleiche Strecke bewegt Der X-Achsenwagen 20
kann auf der X-Achse in beiden Richtungen von Hand durch Kurbeln des Handrades 16 oder elektrisch durch
Betätigung des Servoantriebs 62 für die X-Achse verfahren werden. Die Bewegung auf der X-Achse des
X-Achsenwagens 20 ist von der Bewegung des K-Achsenwagenj 16 unabhängig.
Das abzutastende oder auszuwertende Lichtbild £4 ist
durch herkömmliche Mittel am X-Achsenwagen befestigt und wird mit dessen Bewegung zwangsgeführt Die
gleichgeschaltete Bewegung des X-Achsenwagens 20 und des K-Achsenwagens 16 auf der K-Ächse und die
unabhängige Bewegung des X-Achsenwagens 20 auf der X-Achse gestattet es, das Lichtbild 64 in jeder der
beiden Achsen °inzeln und unabhängig oder auch mit einer koordinierten Bewegung in beiden Achsen
zusammen abzu (asten.
Obwohl der Koordinatenmeßtisch 17 in. bevorzugten
Ausführungsbeispiel mit Führungsstangen und Gewindespindeln zur Zwangsführung und zum Antrieb der
einzelnen Wagen ,>uf der X- und K-Achse gezeigt ist, ist es bekannt, daß auch andere Formen von Führungen
wie die Schwalbenschwanz- oder V-Führung für die
Wagen verwendet werden können.
Das Bilddetail auf dem Lichtbild 64 wird durch ein Mikroschwärzungsmesser 200 mit dem Eingang 202 und
einem Abtaster oder Detektor 204, deren Einzelheiten in den Fig.4, 5 und 6 dargestellt sind, in elektrische
Signale umgesetzt. Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen andere
Ausführungsbeispiele des Schwärzungsmessers oder Densitometers, der Daten auf eine Anzahl von Linien
während eines jeden Abtastlaufs in der X-Achse erzeugen kann. Der Eingang 202 ist auf der Grundplatte
14 befestigt und beleuchtet eine bestimmte Fläche auf dem Lichtbild 64 von unten. Das einfallende Licht wird
durch das Bilddetail auf dem Lichtbild 64 in der beleuchteten Flache moduliert. Der Detektor 204 ist fest
übe·- dem Lichtbild 64 angeordnet, um das durch das Lichtbild modulierte Licht vom Eingang aus aufzunehmen,
und erzeugt elektrische Signale entsprechend dem beleuchteten Bilddetail. Der Detektor 204 ist fest über
dem Lichtbild 64 und mit der Eingangsoptik optisch fluchtend durch den Winkelträecr 66 gehalten, der an
der Grundplatte 14 befestigt ist. Die beleuchtete Fläche kann ein Einzelpunkt, eine Reihe von Punkten oder auch
ein Linienbild von bestimmter Länge sein, wie nachstehend anhand der F i g. 4, 5 und 6 näher erläutert
wird.
Um den Schwärzungsmesser leichter auf die gewählten Punkte am Lichtbild 64 zentrieren zu können, besitz!
das Abtastgerät 10 noch ein schwach vergrößerndes Mikroskop 300, das mit dem Eingang 202 und dem
Detektor 204 zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist. F i g. 4 zeigt die Einzelheiten des schwach vergrößerten
Mikroskops 300, die nachstehend näher erläutert werden.
Ferner umfaßt das F.inzelbild-Epipolarabtastgerät die in folgendem als Abtastregler bezeichnete Steuereinheit
68, die epipolare Abtastsignale für die Betätigung der Servoantriebe 42 und 62 für die Y- und ,Y-Achse
erzeugt, um das Lichtbild 64 gegenüber dem Mikrodensitometer translatorisch zu verschieben, so daß die
durch den Schwärzmesser beleuchtete Fläche das Lichtbild auf Epipolarlinien (»Kernstrahlen«) abtastet.
Der Abtastregler 68 erzeugt Steuersignale aufgrund von externen Daten, welche ihm in geeigneter Form
eingegeben w- den. Die externen Daten können in Form von aufbereiteten Programmen wie einem
Lochstreifen, einer Lochkarte oder einem Magnetband eingegeben werden, wie es von numerischen Werkzeugmaschinensteuerungen
her bekannt ist. Bei einem weiterentwickelten Ausführungsbeispiel könnte der Abtastregler 68 spezielle ausgelegte logische Schaltungen
wie einen Miniaturrechner enthalten, der ebenfalls bei numerischen Werkzeugmaschinensteuerungen üblich
ist, um die erforderliche Bewegung des Lichtbildes 64 zu berechnen, welche bewirkt, daß der Mikrodensitometer
längs Epipolarlinien ablastet. Der Regler könnte dann kompliziertere Aufgaben erfüllen; beispielsweise
können die externen Daten nicht vollständig sein, und der Miniaturrechner würde wie bei vorhandenen
Siereokartiergeräten Interpolations- und selbst geometrische Rechnung durchführen, um die endgültigen
Daten zum Antrieb des Koordinatentisches zu erhalten. Der Miniaturrechner könnte auch den Speicher 70
steuern und beaufschlagen.
Die elektronische logische Schaltung zur Erzeugung elektrischer Signale für die Servoantriebe der X- und
y-Achse zur Abtastung auf Epipolarlinien sowie zur Erzeugung von Steuersignalen für den Speicher 70 iiegt
auf dem Stande der Technik und bedarf keiner näheren Erläuterung.
Die elektrischen Signale für den auf den einzelnen Epipolarlinien abgetasteten Bildausschnitt des Lichtbildes
64 werden im Speicher 70 für die anschließende Datenverarbeitung gespeichert. Die elektrischen Signale
können einerseits in einem Analogspeicher gespeichert werden, andererseits können sie in Digitaldaten
umgesetzt und in einem Digitalspeicher gespeichert werden. Dieses zweite Verfahren bietet verschiedene
Vorteile, die dem Fachmann bekannt sind. Es kann jeder beliebige Digitalspeicher verwendet werden, doch
erscheinen Magnetbänder oder Magnetplatten besonders geeignet. Solche Speicher können in Verbindung
mit marktgängigen Allzweckrechncrn für einen wirksamen rechnerunabhängigen Betrieb und andere Daicnverarbeitungsaufgabcn
verwendet werden. Falls dies vorteilhaft erscheint, können Spezialrechner und Zusatzverarbeitungsgeräte
ebenfalls eingesetzt werden.
Das Einzelbild-Epipolarabtastgerät arbeitet wie folgt:
Das Einzelbild-Epipolarabtastgerät arbeitet wie folgt:
Ein Lichtbild, für welches die Parameter der epipolaren
Abtastkontur bekannt sind, wird am X-Achsenwagen zwischen dem Eingang 202 und dem Detektor 204 des
Mikrodensitometers angebracht (Fig. I). Mit Hilfe des
schwach vergrößerten Mikroskops 300 wird die durch den Densitometer beleuchtete Fläche auf vorgegebene
Punkte des Lichtbildes 64 zentriert, indem die Handräder 60 und 40 für die X- und die V-Achse von
Hand gekurbelt werden. Dann wird der Abtastregler 68 angeschaltet und erzeugt Abtastregelsignale in Abhängigkeit
von den Parametern der in den Abtastregler 68 eingegebenen Abtastkonturen für die Epipolarlinien
(»Kernstrahl«). Die Abtastregelsignale beaufschlagen die Servorantriebe 62 und 42 für die X- und die K-Achse,
welche ihrerseits das Lichtbild 64 auf den gewünschten Epipolarlinien über die durch den Mikrodensitometer
beleuchtete Fläche verfahren. Dann werden die durch den Mikrodensitometer erzeugten elektrischen Signale
im Speicher 70 entweder in analoger oder in digitaler Form gespeichert.
*o Nach der Abtastung des ersten Lichtbildes und der
Speicherung der entsprechenden Daten im Speicher 70 wird das erste Lichtbild vom X-Achsenwagen abgenommen
und durch das zweite Lichtbild 64 des Stereobildpaares ersetzt, welches das zweite Photobild des
Stereobildpaares ist.
Es folgt nun der gleiche Verfahrensgang beim zweiten Lichtbild 64, dessen Bilddaten ebenfalls in den Speicher
70 eingegeben werden. Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die Daten des zweiten Lichtbildes
nicht unbedingt gespeichert zu werden brauchen, wenn die erforderliche anschließende Datenverarbeitung in
Echtzeit mit der Erzeugung der Daten vom zweite" Bild durchgeführt werden kann. Unter diesen Umständen
können die Daten des zweiten Lichtbildes direkt in den Rechner eingegeben, und die konjugierten Daten des
ersten Bildes nach Bedarf aus dem Speicher 70 abgerufen werden.
Fig.2 wird zur Erläuterung der aus der DE-OS
22 59 762 bekannten und beim Einzelbild-Epipolarabtastgerät angewandten Epipolarlinientechnik geboten.
Das Stereobildpaar 102 und 104 einer Landschaft oder eines Geländes sind in verschiedenen Höhen von
verschiedenen Aufnahme- oder Blickpunkten 108 und 110 aufgenommen. Entsprechende Epipolarlinien 112
und 114 auf den Stereobildern 102 und 104 werden dann
durch eine Epipolarebene 116 beschrieben, welche die beiden Lichtbilder schneideL Die Epipoiarebene 116
wird ihrerseits durch die Blickpunkte 108 und 110 sowie
durch einen Punkt 118 im Gelände definiert. Verschiedene
Epipolarlinien auf den Lichtbildern 102 und 104 wie die Linien 120 und 122 können durch Drehung der
Epipolarebene 116 um die die beiden Blickpunkte 108 und 110 verbindenc Linie in die Lage 124 erzeugt
werden. Die Epipolarlinien auf dem Stereobild 102 sind Gerade, welche eine Fächerform beschreiben, die radial
vom Punkt 126 ausgehen, der in der Ebene des Bildes 102 liegt. Der Punkt 126 wird durch den Schnittpunkt
der die Blickpunkte 108 und 110 verbindenden Linie mit
der Ebene des Bildes 102 bestimmt. Ebenso bilden die anderen Epipolarlinien auf dem Stereobild 104 Gerade,
die radial von einem Punkt 128 ausgehen. Der Punkt 128
ist ein Punkt in der Ebene des Stereobildes 104, an welchem die Projektion der die Blickpunkte 108 und 110
verbindenden Linie die Ebene des Stereobildes 104 schneidet. Die Epipolartechnik besitzt den Vorteil, daß
die konjugierten Bilder auf den beiden Photos auf konjugierten Linien liegen, wodurch die betriebssichere
Ortung der konjugierten Bilder in einem Stercobildpaiir
gewährleistet ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einzelbild-Epipolarabtastgerätes 10 ist in F i g. 3
gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel enthält einen Drehtisch zur Vereinfachung der Abtastung der durch
die Epipolarlinien gebildeten Fächerstruktur. Soweit die Bauteile des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 gleich
denen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 sind, besitzen sie die gleichen Bezugszeichen. Außer der
Grundplatte 14 und dem Koordinatentisch 12 umfaßt das ζ veite Ausführungsbeispiel einen Drehtisch 72. Der
Drehtisch 72 besitzt seinerseits eine Grundplatte 74 mit einer kreisförmigen öffnung 76, in welcher ein auf dem
X-Achsenwagen 20 montiertes Drehteil 78 drehbar angeordnet ist. Zwischen der Grundplatte 74 und dem
Drehteil 78 kann ein Ringlager (nicht gezeigt) oder eir. anderes Lager angeordnet sein, damit sich das Drehteil
78 in der öffnung 76 frei und nur mit vernachlässigbarem
Seiten- oder Horizontalspiel drehen kann. Der Umfang des Drehteils 78 ist mit einer Anzahl von
Zähnen 80 ausgestattet, welche in ein Schneckengetriebe 82 eingreifen, das koaxial auf der Welle 84 befestigt
ist und sich mit dieser dreht. Die Welle 84 ist drehbar an beiden Enden in den aufrechtstehenden Blöcken 86 und
88 gelagert, welche permanent an der Grundplatte 74 befestigt sind. Die sich gegenüberliegenden Enden der
Welle 84 ragen durch die Blöcke 86 und 88 hindurch und dienen zur Aufnahme des Handkurbelrades 90 an einem
Ende sowie des Winkelservoantriebs 92 am anderen Ende. Eine Drehung der Welle 64 durch Kurbeln des
Handrades 90 oder durch elektrische Betätigung des Servoantriebs 92 bewirkt eine Drehung des in die Zähne
80 eingreifenden Schneckengetriebes 82, wodurch auch das Drehteil 78 in Drehung versetzt wird. Das Lichtbild
64 wird auf dem Drehteil 78 angebracht und dreht sich mit diesem. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 erzeugt
der Abtastregler 68 auch Regelsignale, welche die Drehung des Drehtisches 72 steuern.
Die Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist gleich der des bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Fig. I. Jedoch wurden wegen der Hinzufügung des Drehtisches die durch den Abtastregler erzeugten
Abtastsignale vereinfacht. Das Lichtbild 64 wird auf dem Drehteil 78 befestigt und wie bisher mit Hilfe des
Mikroskops 300 und der Handkurbelräder 40,60 und 90 ausgerichtet. Anstatt, daß nun der Abtastregler
koordinierte Regelsignale für den Koordinatentisch erzeugt, um eine Verbundbewegung der beiden Teile zu
>ϊ
erhalten und dadurch einer Epipolarlinie zu folgen, wird das Bild durch ein entsprechendes, an den Drehtisch
gelangendes Signal gedreht, so daß die abzutastende Epipolarlinie auf der X-Achse liegt, woraus folgt, daß
die Abtastung einer jeden Epipolarlinie eine einfache Translationsbewegung der X-Achse ist.
Jedesmal, wenn das Lichtbild in der V-Richtung zur nächstfolgenden Epipolarlinie bewegt wird, wird der
Drehtisch weitergeschaltet, so daß die nachfolgende Linie ebenfalls auf der X-Achse liegt.
F i g. 4 zeigt die Einzelheiten des Densitometer oder
Schwärzungsmessers 200. Die Eingangsoptik 202 umfaßt eine als Lampe 206 ausgebildete Lichtquelle,
welche durch eine Kollektorlinse 212 eine Lochblende 208 in einer lichtundurchlässigen Ablenk- oder Schirmwand
210 beleuchtet. Das die Lochblende durchlaufende Licht der Lampe 206 wird durch eine Einstellinse 216 auf
den Brennpunkt 214 im Lichtbild 64 gebündelt.
Der Detektor 204 umfaßt eine Kollektorlinse 218, welche das am Punkt 214 einfallende und durch das
tJiiddetaii auf dem Lichtbild M modulierte Licht sammelt und das gebündelte Licht auf einen Detektor
220 wirft. Dieser erzeugt ein elektrisches Signal für die Intensität des empfangenen Lichtes.
Das schwach vergrößerte Mikroskop 300 ist mit dem Densitometer zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Es
umfaßt eine Lichtquelle in Form der Lampe 302, welche die Fläche um den Punkt 214 durch einen halbdurchlässigen
Spiegel oder Strahlenteiler 304 und eine Kollektorlinse 218 beleuchtet. Die Lampe 302 ist von
der Kollektorlinse 218 in einem Abstand angeordnet, der annähernd gleich ist der Kollektorbrennweite, so
daß das Lichtbild 64 mit im wesentlichen parallelstrahligem Licht beleuchtet wird. Das parallelstrahlige Licht
durchläuft das Lichtbild 64 und wird teilweise durch einen halbdurchlässigen Spiegel 306 auf ein Objektiv
308 des Mikroskops zurückgeworfen. Das Objektiv formt ein virtuelles Bild 310 des beleuchteten Teiles des
Lichtbildes, das über eine Zwischenlinse 314 zum Okular 312 des Mikroskops übertragen wird. Das Mikroskop
kann auch eine Ablenkoptik 316 wie einen Spiegel oder Prisma enthalten, um das Okular 312 in einer bequemer
Lage für den Beobachter 318 anordnen zu können. Es sei bemerkt, daß ein entsprechendes Gehäuse mit
optischer Schutzwand (nicht gezeigt) vorhanden ist, wie es bei der Auslegung optischer Instrumente üblich ist.
Fig.5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des
Mikrodensitometers, der in der Lage ist, während eines jeden epipolaren Abtastlaufs in der X-Achse eine Reihe
von Linien abzutasten. Im Ausführungsbeispiel der Fig.5 beleuchtet eine Lichtquelle 206 durch eine
Kollektorlinse 226 eine Schlitzblende 222 in einer lichtundurchlässigen Ablenk- oder Schirmwand 224. Die
Schlitzblende 222 ist im allgemeinen senkrecht zur X-Achse des Geräts angeordnet Im gezeigten Ausführungsbeispiel
liegt die X-Achse senkrecht zur Zeichnungsebene und läuft durch die Mittellinie 228 der
gezeigten optischen Einrichtung. Das die Schlitzblende 222 durchlaufende Licht wird durch die Linse 230 auf
das Lichtbild 64 bebündelt Die Länge des Schlitzbildes auf dem Photo 64 ist genügend groß, um die Blickpunkte
232, 234 und 236 zu umfassen. Das das Lichtbild gestaltende Licht durchläuft das Photo 64 und wird
durch das Bilddetail auf dem Photo moduliert Das modulierte Schlitzbild auf dem Photo 64 wird mit
seinem Brennpunkt auf drei Detektoren 238, 240 und 242 geworfen, die parallel zur Schlitzblende angeordnet
sind, welche das von den Punkten 232, 234 und 236
abgestrahlte Licht abtastet. Die Punkte 232, 234 und 236 können durch die natürlichen Blenden oder öffnungen
der Detektoren oder auch durch eine Anzahl von Lochblenden (nicht gezeigt) bestimmt werden, die vor
den Detektoren angeordnet sind. Obwohl in der ■■> Darstellung dieses Ausführungsbeispiels drei getrennte
Detektoren gezeigt sind, können die einzelnen Detektoren zu einem einzigen Gerät zusammengefaßt sein wie
in einer lineprsn Anordnung von ladungsgekoppelten Vorrichtungen, einer linearen Anordnung einer Gruppe
von Auffängerelektroden, einer linearen Anordnung von Kanalelektronenvervielfachern mit einzelnen Ausgängen
für jeden Kanalelektronenvervielfacher oder anderen linearen Anordnungen von lichtelektrischen
Abtastgeräten. Um die Darstellung zu vereinfachen, ι ■>
sind die Bauteile des Mikroskops 300 nicht dargestellt.
Während einer Einzelabtastung in der X-Richuing
des Lichtbildes wird das Bilddetail auf der durch den Punkt 234 gegebenen gewünschten Epipolarlinie durch
den Detektor 240 abgetastet. Die Detektoren 236 und 242 tasten das Bilddetail auf dem Photo 64 von
Parallellinien zur gewünschten Epipolarlinie ab, die in einem kurzen Abstand in der V-Richtung zu beiden
Seiten der Epipolarlinie verlaufen. Da die Linien nahe beisammen liegen, ist die Fächerwirkung der Epipolarli- r>
nien vernachlässigbar klein. Ferner können während der anschließenden Datenverarbeitung die Daten einer
benachbarten Linie zur Korrektur der Restparallaxe in V-Richtung verwendet werden, die infolge anderer
Fremdfaktoren auftreten kann. Natürlich können auch mehr als die drei dargestellten Detektoren eingesetzt
werden, wodurch die Erzeugung von Daten auf mehr als drei parallelen Linien ermöglicht werden kann. Ein
weiteres Ausführungsbeispiel des Mikrodensitometers 200 ist in F i g. 6 gezeigt. Dieser Schwärzungsmesser
kann eine Anzahl von Epipolarlinien während eines einzigen Abtastlaufs des Lichtbildes in der X-Achse
auswerten. Die optische Eingabevorrichtung 202 ist gleich der, die anhand der Fig.4 beschrieben wurde,
und umfaßt die Lichtquelle 206, die Schlitzöffnung 222 in -to
einer lichtundurchlässigen Schirmwand 224, den Kollektor 226 sowie die Linse 230, welche eine Konturenfläche
auf dem Lichtbild 64 parallel zur V-Achse beleuchtet. Die Konturenfläche auf dem Lichtbild 64 ist genügend
lang, um eine Anzahl von Epipolarlinien zu umfassen. Im -15
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die drei einzelnen Epipolarlinien durch die Punkte 246, 248 und 250
angegeben. Anstelle des in F i g. 5 gezeigten Objektivs 244 mit unveränderlicher Brennweite tritt nun eine
Gummilinse 252 mit veränderlichem Vergrößerungsfaktor, die durch einen Servoantrieb 254 mechanisch
betätigt wird, wobei dieser Servoantrieb seine Signale vom Abtastregler 68 erhält, weiche die Stellung in der
X-Achse des Lichtbildes 64 anzeigen. Die Gummilinse bündelt die Bildpunkte 246, 248 und 250 auf getrennte
Detektorelemente einer linearen Anordnung von photoelektrischen Detektoren 256. Auch in diesem Falle
kann der Detektor aus einer Anzahl von Einzelvorrichtungen wie in F i g. 5 bestehen, er kann aber auch eine
zusammengefaßte Anordnung von Lineardetektoren sein, wie eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, eine
Gruppe von Auffängerelektroden oder anderen Arten von bekannten Detektoranordnungen mit zeitweiligen
Speicher- und sequentiellen Auslösemöglichkeiten, wobei es genügt daß die Detektoranordnung 256 mit
mindestens einem eigenen Detektorelement für jede abzutastende Epipolarlinie bestückt ist.
In der Praxis kann eine zusammengefaßte Linearanordnung wie die Anordnung 256 über 1000 einzelne
Detektorelenicnte besitzen, die seriell oder aufeinanderfolgend
ausgelesen werden können. Dies bedeutet jedoch keine wesentliche Einschränkung, da diese
serielle Auslesurig bei den vorhandenen Geräten die Ladungs- und Kopplungsvorrichtungen oder Vorrichtungen
mit Auffängerelektrodengruppen in etwa einer Mikrosekunde durchgeführt werden kann. Eine stärkere
Einschränkung beruht auf der Tatsache, daß die Fühler Integrationsvorrichtungen sind, welche eine vorherbestimmbare
Eingangsgröße (Helligkeit χ integrierte Zeit) brauchen, um einen einwandfreien Signal-Rauschabstand
zu erreichen. Zweitens erzeugt die Bewegung des X-Achsenwagens eine unerwünschte Wisch- oder
Unschärfewirkiing, da das Lichtbild während der Integrationszeit bewegt wird. Das Verwischen kann
durch Ausblenden der Detektoranordnung gesteuert werden, doch erfolgt dies auf Kosten der Integrationszeit. Diese Schw;erigkeit kann dadurch überwunden
werden, dau die Lichtquelle 206 uuieii eiiic riüchicistungs-Gasentladungslampe
ersetzt wird, die pro Sekunde 60 bis 120 kurzzeitige Blitze von hoher Energie
erzeugt. Diese Blitze sind kurz genug, um die Bewegung »einzufrieren«, doch erzeugen sie genügend Energie bei
jedem Impuls, um einen guten Signai-Rauschabstand zu gewährleisten. Bei dieser Auslegung besitzt der Regler
68 eine zusätzliche Schaltung, um abwechselnd die Triggersignale für die Entladungslampe und die
Auslesesignale für die integrierte lineare Detektoranordnung zu erzeugen.
Der von einer linearen Anordnung mit einer großen Anzahl von Detektorelementen abgegebene DatenfluQ
für die Helligkeit- oder Schwärzungswerte ist sehr groß. In der Praxis ist der Datenfluß so stark, daß die
Bedingungen für einen Digitalspeicher nur durch sehr teure Rechner des neuesten Standes der Technik erfüllt
werden können. Es steht jedoch eine Kompromißlösung zu geringen Kosten zur Verfügung. Anstatt alle durch
die Detektorelemente erzeugten Daten zu speichern, brauchen nur die Daten von ausgewählten Detektoren
für die gewünschten Epipolarlinien gespeichert zu werden. Die Auswahlsteuerung kann durc'. den Regler
68 in Verbindung mit dem Abtastgerät vorgenommen werden. Durch die Auswahl entfällt die Forderung an
einen teueren Speicher.
Das in Fig.6 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet wie folgt: Bei Anordnung des
Lichtbildes an einem Ende des Abtastweges in der X-Achse wird die Gummilinse so eingestellt, daß die
gewünschte Epipolarlinien auf die ausgewählten Detektorelemente der Detektoranordnung gebündelt werden.
Bei Abtastung des Lichtbildes 64 auf der X-Achse wird die Vergrößerung der Gummilinse 252 laufend durch
den Servoantrieb 254 verändert, an dem Signale vom Abtastregler 68 für die Stellung in der X-Achse anliegen.
Die mit der Verschiebung des Lichtbildes 64 in der X-Achse koordinierte Veränderung des Vergrößerungsfaktors
der Gummilinse 252 bewirkt, daß die einzelnen Detektorelemente der Detektoranordnung
256 Bilddetails auf dem Photo auf konvergierenden oder divergierenden Linien in Abhängigkeit von der
Abtastrichtung in der X-Achse sowie in Abhängigkeit von der Richtungsänderung des Vergrößerungsfaktors
der Gummilinse 252 abtasten. Die vorhandenen elektronischen sowie die zugeordneten elektrooptischen
Bauteile sind durchaus dafür ausgelegt die einzelnen Elemente der Detektoranordnung 256 so zu
beaufschlagen, daß diese Bildwertdaten längs der
Epipolarlinien erzeugen, wodurch während eines
einzigen Abtastlaufes in Kichiung der X-Achse eine
Anzahl von Epipolarlinien gleichzeitig ausgewertet werden kann.
Wenn der Speicher 70 ein Analogspeicher ist, werden die analogen Ausgangssignale eines jeden Deiektorelementes
direkt in den Speicher zusammen mit einem Signal für die Abtaststcllung eingegeben, das vom
Abtastregler her anliegt. Wenn jedoch der Detektor eine zusammengefaßte lineare Anordnung ist und die
Lichtquelle impulsförmig arbeitet, dann kann der Abtastregler 68 zu bestimmten Zeitabschnitten seriell
Triggersignale und Auslesesignale für einen bestimmten Weg in der X-Achse erzeugen. Die Triggcrsignale auf
der Leitung 258 liegen dann an der Lichtquelle 206 und die Auslesesignale auf der Leitung 260 an der
Detektoranordnung 256 an.
Die Ausgangssignale der einzelnen Detektorelemente werden dann dem Speicher 70 eingegeben, in
auswerten.
Der in F i g. I gezeigte Speicher 70 kann entweder ein Analog- oder ein Digitalspeicher sein, jedoch wird ein
Digitalspeicher vorgezogen. Die Erzeugung von Digitaldaten durch lineare Anordnungen von ladungsgekoppelt^
Vorrichtungen oder von Auffängerelekfrodengruppen kann wie anhand der Besprechung der Fig. 6
erfolgen. Analogdaten von Analogdetektoren können jedoch unter Verwendung bekannter Verfahren in
Digitaldaten umgesetzt werden. F i g. 7 zeigt eil· Verfahren dieser Umsetzung. Das Lichtbild 64 wird
mechanisch in der .Y-Achse durch den Servoantrieb 62 in Abhängigkeit von Signalen abgetastet, welche vom
Abtastregler 68 her anliegen. Wenn das Lichtbild gegenüber dem aus der F.ingangsoptik 202 und dem
Detektor 204 bestehenden Mikrodensitometer bewegt wird, erzeugt der Detektor ein analoges elektrisches
Signal für das Bilddetail auf dem abgetasteten Lichtbild. Die Analogsignale werden durch den Verstärker 402
ausgewählt und mit entsprechenden durch den Regler 68 erzeugen Digitaladressen zusammengeschaltet
werden, worauf sie in einer bestimmten Reihenfolge gespeichert werden. Die Signale für die Digitaladressen
gelangen über die Leitung 262 vom Regler 68 zum Speicher 70.
Es ist offensichtlich, daß die Auswertung einer Anzahl von Linien zu beiden Seiten einer jeden abgetasteten
Epipolarlinie zwecks Korrektur der Restparallaxe quer zu den Epipolarlinien (wie anhand der Fig. 5 besprochen
wurde) mit dem in F i g. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt werden kann. Es
sind die Linien 246', 248' und 250', die zu beiden Seiten der durch die Punkte 246, 248 und 250 dargestellten
Epipolarlinien verlaufen. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 6 jedoch verlaufen die Linien 246', 248' und 250'
nicht parallel zu den abgetasteten Epipolarlinien, sondern in der Form der Fächerkontur der Epipolarlinien.
Das Ausführungsbeispiel der F i g. 6 ist auch nicht auf die Abtastung dreier Epipolarlinien beschränkt, wie
gezeigt, sondern kann während eines jeden Abtastlaufs in der X-Achse eine Reihe von Epipolarlinien
Digitalumsetzer 404 eingespeist. Gleichzeitig mit der Erzeugung der Steuersignale für den Servoantrieb 62
erzeugt der Abtastregler zu bestimmten Zeltintervallen Abtastsignale für einen vorgegebenen Weg des
Lichtbildes 64 auf der Achse. Diese Abtastsignale gelangen über die Leitung 406 an den Digitalumsetzer
404, wo sie die Analogsignale in bestimmten Zeitintervallen abtasten. Die Abfragewerte der Analogsignale
werden dann mit Hilfe bekannter Verfahren in Digitalsignale umgesetzt und dann seriell in eine
Speicherschnittstelle 408, beispielsweise einem Schieberegister eingegeben, wo die digitalisierten Abfragewerte
zeitweilig bis zur Beendigung des Abtastlaufes gespeichert werden. Am Ende des Abtastlaufes erzeugt
der Abtastregler 68 einen Befehl auf der Leitung 410. der in herkömmlicher Weise den Block von Digitaldaten
mit einer entsprechenden Adresse in eine Speichereinheit 412 überführt. Die elektronischen Schaltungen zur
Durchführung der vorstehend beschriebenen Arbeitsgange sind allgemein bekannt und brauchen nicht näher
erläutert zu werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum automatischen Auswerten von Stereobildern, bei dem die Bilder durch einen
Abtastkopf abgetastet und identische Punkte durch Korrelation der Abtastsignale solcher Punkte
bestimmt werden, die jeweils auf dem von einem Bildträger gehaltenen Bild im wesentlichen auf
epipolaren Linien liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder (64) unabhängig
voneinander abgetastet und die Abtastsignale mindestens des ersten Bildes in einem Speicher (70)
gespeichert werden und nach dem Abtasten des zweiten Bildes die Korrelation durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtasten der Bildträger (20; 78)
in einer zur Bildebene parallelen Ebene mindestens in zwei zueinander senkrechten Richtungen bewegt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtasten der Bildträger (78) um
eine zur Bildebene senkrechte Achse gedreht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder gleichzeitig
längs mehrerer epipolarer Linien abgetastet werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem
Abtastkopf, einem relativ zum Abtastkopf beweglichen Bildträger, einem Speicher und einer Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die für die
Relativbewegung zwischen Abtastkopf (202, 204) und Bild (64) erforderliche Steuereinheit (68) einen
Datenleser autweist, mit dem Abtastdaten für eine Abtastung längs epipolarer Linien eingelesen
werden.
6. Vorrichtung zur Durchführe g des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Abtastkopf, einem relativ zum Abtastkopf beweglichen Bildträger, einem Speicher und einer Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (68) einen Rechnerabschiiitt und einen Programmleser aufweist, dem Parameter für die
Abtastung längs epipolarer Linien eingebbar sind, um daraus die Abtastdaten zu berechnen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf eine lineare
Anordnung (238, 240, 242, 256) von Detektoren aufweist, die sich im wesentlichen quer zur Richtung
der Relativbewegung zwischen Abtastkopf und Bild (64) erstrecken.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor der linearen Detektoranordnung (256) speichert und sequentiell auslesbar
ist und daß die Lichtquelle (206) einer triggerbare Blitzlichtlampe ist und die Steuereinheit (68)
Steuersignale für das Auslesen der Detektoren und die Aufleuchten der Blitzlichtlampe (206) erzeugt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (202,
204) eine vor der linearen Detektoranordnung (256) angeordnete Gummilinse (252) mit veränderlicher
Vergrößerung aufweist, die von der Steuereinheit (68) her ansteuerbar ist, derart, daß sich bei der
Abtastung des Bildes (64) ihre Abbildungseigenschaften senkrecht zur Abtastrichtung ändern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Auswerten von Stereobildern der im Oberbegriff
des vorstehenden Anspruchs 1 genannten Art.
Aus der DE-OS 22 59 762 ist ein solches Verfahren bekannt. Durch das Abtasten längs Epipolarlinien
werden konjugierte Bildpunkte zuverlässig abgetastet, die Abtastkontur vereinfacht und außerdem wird der
Schaltungsaufwand für die Durchführung der Korrelation verringert Aus der DE-OS 22 59 762„ insbesondere
ίο S. 27 im Zusammenhang mit der DE-OS 22 OS 569 ergibt
sich, daß das Abtasten längs epipolarer Linien auch vorgenommen werden kann, ohne daß die Stereobilder
vor Entnahme der Koordinateninformation aus den Stereobildern weder mathematisch noch physikalisch
orientiert werden müssen. Aus den Druckschriften sind Auswerteverfahren von Stereobildern bekannt, bei
denen ausschließlich die Bildinformatiori aus beiden
Stereobildern gleichzeitig entnommen und die Korrelation der Abtastsignale zur Bestimmung der identischen
Punkte in Echtzeit durchgeführt wird. Der Echtzeitbetrieb führt zu einem großen Geräte- und damit
Kostenaufwand.
Aus der DE-AS 19 28 753 ist ein Monokomparator
zur Messung der Koordinaten von in einer Ebene
liegenden Punkten bekannt
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren mit Abtastung längs epipolarer Linien gemäß
Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 so zu gestalten, daß der zu seiner Durchführung erforderliche
Geräteaufwand wesentlich verringert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß die Bilder unabhängig voneinander abgetastet und die Abtastsignale mindestens des ersten Bildes in einem Speicher
gespeichert werden und nach dem Abtasten des zweiten
Bildes die Korrelation durchgeführt wird.
Die Notwendigkeit für eine gleichzeitige Abtastung beider Bilder und Verarbeitung der Abtastsignale in
Echtzeit entfällt Die zueinander konjugierten Punkte auf den beiden Bildern werden mit Sicherheit erfaßt da
beide Stereobilder nacheinander längs epipolarer Linien abgetastet werden. Da beide Bilder eines
Stereobildpaares nacheinander mit einem Einzelbildauswertegerät abgetastet werden können, werden
Gerätefehler so weit als möglich ausgeschaltet. Der für
die Korrelation vorgesehene Computer braucht auch
nicht die bei gleichzeitigem Abtasten und Echtzeit-Korrelation erforderliche große Kapazität aufzuweisen.
Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, daß Abtastung und Auswertung an
so getrennten Orten erfolgen kann. Außerdem können
mehrere Abtastgeräte einem die Korrelation durchführenden Auswertegerät zugeordnet sein, was teure
Auswertegeräte spart
Vorzugsweise werden die Bilder gleichzeitig längs
mehrerer epipolarer Linien abgetastet. Es werden also
auch Daten längs benachbarter Linien erzeugt die parallel zu den einzelnen Epipolarlinien verlaufen, um
anschließend die Parallaxe in der A--Richtung während
der Datenverarbeitung zu korrigieren.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die auch als Stereobildauswertegerät bezeichnet werden kann, geht aus von einer Vorrichtung mit einem
Abtastkopf, einem relativ zum Abtastkopf beweglichen Bildträger, einem Speicher und einer Steuereinheit
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß entweder die für die Relativbewegung zwischen Abtastkopf und Bild
erforderliche Steuereinheit einen Datenleser aufweist, mit dem Abtastdaten für eine Abtastune läneseoiDola-
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