DE2833808C3 - Stereo-Zeilenabtaster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stereo-Zeilenabtaster, insbesondere für Luft- oder Raumfahrzeuge, zur Erzeugung von quer zur Flugrichtung verlaufenden Abtastzeilen von zusammengehörigen Beobachtungspunkten aus, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Stereo-Zeilenabtaster werden in Verbin- ίο dung mit Fahrzeugen, vorzugsweise in Verbindung mit Luft- oder Raumfahrzeugen, zur Aufzeichnung stereoskopischer Daten, vorzugsweise optischer Signale, von entfernten Gegenständen, wie beispielsweise Wolken oder Oberflächenstrukturen auf der Erde oder anderen Planeten verwendet Hierbei kann eine solche Abtasteinrichtung zur Gewinnung multispektraler und infraroter Abtastbilder bzw. sogenannter Panoramabilder eingesetzt werden.

Bei herkömmlichen Abtasteinrichtungen erfolgt bei- so spielsweise die Abtastung über zwei verschieden ausgerichtete Abtastsysteme oder über nur ein Abtastsystem, das diskontinuierlich zum Bildanfang zurückgeschwenkt wird. Bei einer kontinuierlichen Abtastung kann eine gemeinsame Detektoranordnung oder ein gemeinsames, rotierendes Drehprisma und eine Detektoranordnung verwendet werden. Bei der zuletzt erwähnten Einrichtung kommt es jedoch zu einer konischen Abtastung und damit zu einem variablen Basis-Höhenverhältnis. (BuI, Jahrg. 40 (1972) Seiten 120 bis 122 und 228 bis 230 von Lorenz bzw. Leberl und Jahrg. 43,(1975) Seiten 76 bis 77 von Lorenz).

Ferner ist eine Anordnung zur linearen, konvergenten Abtastung beschrieben worden, die zwei Umlenkspiegel und ein gemeinsames, drehbares, unter 45° abgeschrägtes Umlenkprisma aufweist (ITC-Journal, 1976 - 2, Seiten 357 bis 363 von Jerie).

Obwohl bei der letzterwähnten Anordnung für beide Abtastrichtungen im wesentlichen gemeinsame Elemente verwendet werden und eine lineare Stsreoabtastung erreicht ist, weist auch diese Anordnung noch die Nachteile auf, daß die Spiegelfläche der festen Umlenkspiegel insbesondere bei Basiswinkeln von mindestens 30°, d. h. speziell bei einer Weitwinkelabtastung, groß ist und daß das Lager des drehbaren Umlenkprismas nach unten hängt, so daß es bei fliegenden Instrumententrägern nur schwer zu integrieren ist

Die Erfindung soll daher unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Schwierigkeiten einen Stereo-Zeilenabtaster schaffen, bei welchem zur Schaffung stereoskopischer Bilder eine kompaktere Spiegelanordnung verwendet ist, bei welcher die festen Spiegelflächen verkleinert und die Anzahl der Spiegel verringert ist und bei welcher ferner das Lager des drehbaren Umlenkprismas leicht in den Instrumententräger zu integrieren ist

Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Stereo-Zeilenabtaster durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Stereo-Zeilenabtaster wird zur Schaffung von zwei konvergenten linearen Abtastzeilen der Primärstrahl direkt nur über ein verspiegeltes, drehbares 45° -Umlenkprisma abgelenkt, während der Sekundärstrahl, der für ein stereoskopisches Bild erforderlich ist, zuerst über einen festen planen Umlenkspiegel und danach über das Umlenkprisma umgelenkt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Stereo-Zeilenabtaster ist somit besonders vorteilhaft, daß der Primärstrahl nur einmal umgelenkt werden muß. Aus einem sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegenden Instrumententräger kann somit jede Bildzeile des abzutastenden Objektes zu zwei verschiedenen Zeitpunkten aus unterschiedlichen Blickwinkeln zur Flugrichtung abgetastet werden. Dadurch wird eine zweifache, stereoskopisch auswertbare Überdeckung des überflogenen Objektes, beispielsweise eines überflogenen Gebietes erhalten.

Hierbei kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch Drehen des planen Umlenkspiegels senkrecht zur Strahlebene das Basis-Höhenverhältnis geändert werden, während durch eine Drehung der gesamten Abtasteinrichtung der mittlere Blickwinkel bei der Stereoabtastung nach vorne oder nach hinten verschoben werden kann. Hierbei können die zur Flugrichtung schräg verlaufenden Abtastzeilen durch eine vertikale Verstellung der ganzen Anordnung rechtwinklig justiert werden.

Die erfindungsgemäße Abtasteinrichtung hat dadurch gegenüber der in dem ITC-Journal beschriebenen Anordnung den großen Vorteil, daß sich bei einem Basiswinkel von 45° und einem Abtastwinkel von ±60° die Gesamtfläche des festen Umlenkspiegels bei gleicher optisch wirksamer Fläche um den Faktor 4,7 verringert, während die Flächenverkleinerung bei demselben Abtastwinkel und einem Basiswinkel von 30° immer noch 2,8 beträgt Da bei der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung die Drehachse des planen Umlenkspiegels senkrecht zur Flugrichtung, d.h. waagrecht gelagert ist, läßt sie sich viel leichter in den Instrumententräger integrieren. Darüber hinaus muß bei der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung nur ein Spiegel, nämlich der plane Umlenkspiegel justiert werden. Die nur einmalige Umlenkung des Primärstrahls ist ein weiterer Vorteil.

Der Stereotaster kann ferner durch einen integrierten Laserhöhenmesser erweitert werden, so daß neben der Höhenbestimmung auch noch eine horizontale Geschwindigkeitsbestimmung möglich ist

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erste Drehstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stereo-Zeilenahtasters zur Schaffung des Primärabtaststrahls;

F i g. 2 eine zweite Drehstellung der Ausführungsform der F i g. 1 zur Schaffung eines Sekundärabtaststrahls; und

Fig.3 eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Stereo-Zeilenabtasters um einen Laserhöhenmesser.

Mittels eines zylindrischen 45°-Umlenkprismas 1, das um eine Achse 2 drehbar ist, wird in F i g. 1 eine Zeile des senkrecht zur Achse 2 darunterliegenden Objekts 3 abgetastet Das zylindrische Umlenkpnsma 1 ist unter 45° an einer verspiegelten Schnittebene 5 abgeschrägt und reflektiert das unter 90° zur Drehachse und in der aus der Drehachse und einer Spiegelnormalen gebildeten Ebene einfallende Licht über eine in der Drehachse angebrachten Sammeloptik 8 zu einer Detektoranordnung 7.

Ein über dem Umlenkprisma 1 fest angebrachter planer Umlenkspiegel 6 lenkt, wie in F i g. 2 gezeigt, zu einem früheren Zeitpunkt das vom Objekt 3 kommende und um einen Basiswinkel 2ß gegenüber F i g. 1 von vorn einfallende Licht ebenfalls senkrecht zur Drehachse 2 auf das Umlenkprisma 1 und von dort zur Detektoranordnung 7. In dem Spezialfall, daß der Basiswinkel 45° und die Neigung des planen Umlenkspiegels 6 22£^c gegenüber der Drehachse 2 ist kann der plane Umlenkspiegel 6 unmittelbar ohne Abschattung an das Umlenkprisma 1 anschließen. In diesem Fall ist die Spiegelfläche des Umlenkspiegels ei» Minimum.

Durch Verwendung mehrerer senkrecht übereinanderliegender Detektoren 7 wird unter Beibehaltung der linearen Abtastung die Bodenauflösung bei gleicher Drehzahl des von einem nicht dargestellten Antrieb angetriebenen Umlenkprismas 2 vervielfacht

In F i g. 3 ist in dem Stereoabtaster ein Laserhöhenmesser integriert Das monochromatische Licht des Lasers 10 wird an einem rotierenden 45°-Drehprisma 9 umgelenkt und auf den gleichfalls passiv abgetasteten Objektpunkt P gerichtet wobei in großer EntfernLing eine Konvergenz der »parallelen« Strahlen besteht Das mit dem Umlenkpnsma mitrotierende Drehprisma 9 ist an der der Sammeloptik 8 abgewandten Seite der Drehachse 2 angebracht Das vom Objekt 3 passiv abgetastete Primärsignal wird zusammen mit dem rückgestreuten Laserlicht von dem Stereoabtaster erfaßt. Über eine Laufzeitmessung kann bei bewegten Objekten der Höhenfehler des Stereobildes korrigiert und die horizontale Bewegungsrichtung ermittelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stereo-Zeilenabtaster, insbesondere für Luftoder Raumfahrzeuge, zur Erzeugung von quer zur Flugrichtung verlaufenden Abtastzeilen von zusammengehörigen Beobachtungspunkten aus, die zu verschiedenen Zeiten entlang der Flugbahn erreicht werden, wobei mit einem optischen System aufgenommen wird, dessen optische Achse mit der Drehachse eines zu ihr um 45° geneigten rotieren- to den Spiegels zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beobachtung von dem einen Beobachtungspunkt aus der vom Objekt kommende Strahl vor Auf treffen auf dem Drehspiegel (1) an einem gerätefesten Spiegel (6) umgelenkt is wird.

2. Zsilenabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gerätefeste Spiegel (6) im Sinne einer Änderung des Basis-Höhenverhältnisses schwenkbar ist. zo

3. Zeilenabtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiederherstellung einer zur Lotrechten symmetrischen Abtastung die Abtasteinrichtung als Ganzes zur Flugrichtung schwenkbar einstellbar ist

4. Zeilenabtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorzugsweise in einer Ebene angeordnete Detektoren (7) vorgesehen sind.

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