DE2515975B2 - Verfahren zum automatischen Auswerten von Stereobildern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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

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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:

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

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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

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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

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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)

Patentansprüche:

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-