DE3433412C2 - - Google Patents
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- DE3433412C2 DE3433412C2 DE3433412A DE3433412A DE3433412C2 DE 3433412 C2 DE3433412 C2 DE 3433412C2 DE 3433412 A DE3433412 A DE 3433412A DE 3433412 A DE3433412 A DE 3433412A DE 3433412 C2 DE3433412 C2 DE 3433412C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der
optimalen Einstellungen der verstellbaren Objektiv- und
Bildträger einer photographischen Kamera nach dem Gesetz von
Scheimpflug, mit Meß- und Einstellvorrichtungen zum Festlegen
einer Anfangs-Einstellung der Objektiv- und Bildträger.
Bekanntlich lassen sich die Bildperspektive und der Schärfe-/Unschärfe-Verlauf
der Abbildung durch Verstellen der Objektiv-
und Bildträger in bezug aufeinander und in bezug auf die zu
photographierende Motivszene beeinflussen, wobei die Perspektive
und die Schärfe bzw. Unschärfe der Abbildung innerhalb
der optisch bedingten Grenzen sowohl korrigiert als auch absichtlich
akzentuiert werden können. Damit verfügt der Photograph
über bildgestalterische Mittel, die mit einer sogenannt
starren Kamera nicht oder nur eingeschränkt gegeben sind. Das
Verstellen der Objektiv- und Bildträger umfaßt in der Praxis
das Verändern des Abstandes zwischen dem Objektiv- und dem
Bildträger, das Verschieben mindestens eines der genannten
Träger in der Ebene desselben und/oder das Schwenken mindestens
eines der Träger.
Die Abbildungsschärfe wird durch die räumliche Orientierung
von drei Ebenen beeinflußt, nämlich der Gegenstandsebene,
der Bildebene und der Objektivebene. Eine scharfe Abbildung
wird erzielt, wenn diese drei Ebenen parallel zueinander
sind oder sich - nach dem Gesetz von Scheimpflug - in einer
gemeinsamen Geraden schneiden. Nicht wenige Photographen haben
oftmals Mühe, die letztgenannte Bedingung herbeizuführen oder
beizubehalten, wenn nachträglich noch eine weitere Verstellung,
z. B. zwecks Änderung des Bildausschnittes oder des Abbildungsmaßstabes,
erforderlich ist. Erschwerend wirkt sich
bei manchen Kamerakonstruktionen auch die Tatsache aus, daß
die Schwenkachsen des Bildträgers und/oder des Objektivträgers
nicht in der Bildebene bzw. Objektivebene oder außerhalb des
durch den Bildträger gegebenen Bildausschnittes liegen. In
manchen Fällen läuft deshalb das Einstellen der Kamera auf
ein reines Pröbeln hinaus, das nicht nur zeitraubend ist,
sondern häufig auch zu abbildungsmäßig nicht optimalen Kameraeinstellungen
führt.
Durch die DE-A 23 02 695 ist bereits eine photographische
Mattscheibenkamera bekannt geworden, welche zum leichteren
Ermitteln der optimalen Einstellungen der Objektiv- und Bildträger
nach dem Gesetz von Scheimpflug Mittel aufweist, die
von einer Anfangs-Stellung ausgehend die Winkel der erforderlichen
Schwenkungen des Objektiv- oder des Bildträgers
manuell zu ermitteln gestatten. Dabei sind die in unterschiedlichen
Entfernungen vor dem Kameraobjektiv liegenden
Punkte der Aufnahmeszene nacheinander auf vorgegebenen Markierungslinien
der Mattscheibe durch Betätigen der Fokussiereinrichtung
der Kamera scharf abzubilden, wobei jeweils in
Funktion der Bildweitedifferenz der Winkel der für die Einstellung
nach Scheimpflug erforderlichen Schwenkung des Bild-
oder Objektivträgers an einer der Fokussiereinrichtung zugeordneten
Meßwinkelskala ablesbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, in Weiterbildung
des geschilderten Standes der Technik eine Einrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche die Einstellung
der Objektiv- und Bildträger nach dem Gesetz von Scheimpflug
für den Benutzer der Kamera noch erheblich erleichtert
und zumindest teilweise automatisiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichung gemäß
Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht, bei jeder beliebigen
Anfangs-Einstellung der Objektiv- und Bildträger die
auf ein gegebenes Bezugssystem bezogenen Raumkoordinaten von
frei auswählbaren Bildpunkten des jeweiligen Szenenbildes in
Form von durch Meßwertgeber-Einrichtungen erzeugten Signalen
an Signaleingänge eines Rechners zum Berechnen der Soll-Einstellung
des Objektiv- und/oder Bildträgers einzugeben und
als Ausgabe des Rechners Positionssignale für die Soll-Einstellung
oder/und von Positionsänderungssignalen für die zum Herbeiführen
der Soll-Einstellung nötigen Verstellungen des
Objektiv- und/oder Bildträgers zu erhalten, wobei an die
Signaleingänge des Rechners zusätzlich angeschlossene Eingabevorrichtungen
auch erlauben, beim Ermitteln der Soll-Einstellung
des Objektiv- und/oder Bildträgers auch die jeweilige
Brennweite des Objektivs oder/und den gewünschten Abbildungsmaßstab
oder/und die Werte für die Lage des Objektivs im
Bezugssystem zu berücksichtigen.
Zweckmäßige und bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Einrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch diese Weiterbildungen wird die Arbeit des
Photographen weiterhin vereinfacht und erleichtert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung Teile einer
in bezug auf eine Motivszene nach dem Gesetz von
Scheimpflug eingestellte photographische Mattscheibenkamera;
Fig. 2 veranschaulicht, ebenfalls in perspektivischer
Darstellung, die Ermittlung der Raumkoordinaten
von Gegenstandspunkten der Motivszene und der dazu
optisch konjugierten Bildpunkte in einem Koordinatensystem
mit rechtwinklig zueinander verlaufenden
Koordinatenachsen;
Fig. 3 stellt eine Projektion von Gegenstandspunkten und
dazu optisch konjugierten Bildpunkten in einer zu
der optischen Achse des Kameraobjektivs rechtwinklig
verlaufenden Richtung dar und dient zur Erläuterung
der Berechnung von Koordinaten der Gegenstandspunkte
aus jenen der Bildpunkte, wobei anders als in Fig. 2
ein Koordinatensystem gewählt ist, dessen y-Achse mit
der optischen Achse des Objektivs zusammenfällt;
Fig. 4 zeigt eine schematisierte perspektivische Ansicht
einer Kamera mit Einrichtung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines in Fig. 4
gezeichneten Rechners zum Ermitteln und Anzeigen
der Daten für korrekte Kameraeinstellungen nach
Scheimpflug;
Fig. 6 zeigt eine Variante der in Fig. 4 dargestellten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
Fig. 7 stellt einen Teil einer Ausführungsvariante des in
Fig. 5 gezeigten Rechners dar;
Fig. 8 bis 10 sind schematische Darstellungen von verschiedenen
Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
Das für die Technik der Photographie bedeutungsvolle Gesetz
von Scheimpflug ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht.
Mit 20 ist eine photographische Kamera bezeichnet, die einen
verstellbaren Bildträger 21, einen ebenfalls verstellbaren
Objektivträger 22, ein Objektiv 23 und einen den Bildträger
21 mit dem Objektivträger 22 verbindenden, lichtdichten Balgen
24 aufweist. Am Bildträger 21 ist eine Mattscheibe 25
für die Bildkontrolle vor der photographierenden Aufnahme angeordnet.
Mit dieser Kamera 20 soll ein Gegenstand M so
photographiert werden, daß drei Punkte A, B und C des Gegenstandes
M auf dem photographischen Bild scharf abgebildet
werden. Um dies zu erreichen, ist es nach Scheimpflug
nötig, den Bildträger 21 und den Objektivträger 22 der Kamera
20 in bezug auf den zu photographierenden Gegenstand M derart
auszurichten, daß die Bildebene P, die Hauptebene O des
Kameraobjektivs 23 und die durch die drei Gegenstandspunkte
A, B und C definierte Ebene G sich in einer gemeinsamen Geraden
s schneiden, wie in Fig. 1 deutlich erkennbar ist. Wenn
diese Bedingung erfüllt, liegen die zu den Gegenstandspunkten
A, B und C optisch konjugierten Punkte A′, B′ und C′
exakt in der Bildebene P. Somit werden alle drei Gegenstandspunkte
A, B und C scharf abgebildet. Diesseits oder jenseits
der Ebene G liegende Punkte, wie z. B. der Punkt D des Gegenstandes
M, lassen sich gleichzeitig mit den Punkten A, B
und C nur dadurch annähernd scharf abbilden, daß die Schärfentiefe
des Objektivs 23 durch Abblendung vergrößert wird.
Der Einfachheit halber sind im folgenden die durch die Gegenstandspunkte
A, B und C definierte Ebene G als Szenenebene
und die Hauptebene O des Objektivs 23 als Objetivebene bezeichnet.
Die Szenenebene G und die Objektivebene O sind in
bezug aufeinander um den Winkel ε geneigt, während der Winkel
ε′ die Neigung der Bildebene P in bezug auf die Objektivebene
O angibt. Die von den Gegenstandspunkten A, B und C
zu den entsprechenden Bildpunkten A′, B′ und C′ gehenden
Lichtstrahlen a, b und c schneiden sich in einem Punkt H,
dem Hauptpunkt des Objektivs 23, der in der Objektivebene O
und auf der optischen Achse Q des Objektivs 23 liegt.
Das Einstellen der Kamera 20 gemäß dem Gesetz von Scheimpflug
bereitet dem Photographen häufig Schwierigkeiten, weil
die in Fig. 1 eingezeichneten Ebenen G, O und P und die
Schnittgerade s für den Photographen nicht ohne weiteres
erkennbar sind. Die vorliegende Erfindung erlaubt nun, korrekte
Einstellungen des Bildträgers 21 und des Objektivträgers
22 auf rechnerischem Wege mühelos zu erreichen. Bevor die
hierfür geeigneten Mittel und Einrichtungen beschrieben werden,
wird nun anhand der Fig. 2 und 3 das zweckmäßige Vorgehen
rein beispielsweise erläutert. Der Einfachheit halber
und im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung ist in
den Fig. 2 und 3 die Kamera lediglich durch die Bildebene P,
die Objektivebene O und den Hauptpunkt H des Objektivs dargestellt.
Ferner ist die optische Achse Q des Objektivs eingezeichnet.
Gemäß Fig. 2 werden die Bildebene P und die Objektivebene O
zunächst parallel zueinander gestellt und die Kamera bezüglich
der scharf abzubildenden Gegenstandspunkte A, B und C
derart gerichtet, daß auf der am Bildträger der Kamera angeordneten
Mattscheibe vorerst noch unscharfe Abbildungen der
erwähnten Gegenstandspunkte sichtbar sind. Hierauf stellt
man durch Parallelverschieben des Bildträgers die Bildebene
P auf den zum Gegenstandspunkt A optisch konjugierten Bildpunkt
A′ ein, so daß der Punkt A auf der Mattscheibe scharf
abgebildet wird. Diese Lage der Bildebene ist in Fig. 2 mit
P A bezeichnet. Dann werden die Raumkoordinaten des Bildpunktes
A′ in einem bestimmten, grundsätzlich aber beliebig
wählbaren Koordinatensystem ermittelt. In Fig. 2 ist beispielsweise
ein rechtwinkliges Koordinatensystem x-,
y- und z-Achsen angedeutet. Nachher stellt man durch
Parallelverschieben des Bildträgers die Bildebene P auf den
zum Gegenstandspunkt B optisch konjugierten Bildpunkt B′ ein,
so daß der Punkt B auf der Mattscheibe scharf abgebildet ist.
Die hierbei resultierende Lage der Bildebene ist in Fig. 2
mit P B bezeichnet. Dann werden die Raumkoordinaten des
Bildpunktes B′ im gleichen Koordinatensystem ermittelt. Auf
analoge Weise wird auch für den zum Gegenstandspunkt C optisch
konjugierten Bildpunkt C′ verfahren, wobei die mit P C
bezeichnete Lage der Bildebene resultiert.
Im gleichen Koordinatensystem werden auch die Raumkoordinaten
des Hauptpunktes H und die Gleichung der durch den Hauptpunkt
H gehenden optischen Achse Q ermittelt.
Aufgrund der ermittelten Raumkoordinaten der Bildpunkte A′,
B′ und C′ sowie der Raumkoordinaten des Hauptpunktes H, der
Gleichung der optischen Achse Q und der Brennweite f des
Objetivs lassen sich nach den bekannten Regeln der geometrischen
Optik und der analytischen Geometrie die Raumkoordinaten
eines jeden Gegenstandspunktes A, B bzw. C berechnen und
die Gleichung der durch diese Gegenstandspunkte definierten
Szenenebene G ermitteln. Die Szenenebene G ist unabhängig von
der Kamera 20. Nachdem auf die vorstehend beschriebene Weise
die Szenenebene G rechnerisch erfaßt worden ist, können
grundsätzlich die Einstellung der Objektivebene O und/oder
der Bildebene P der Kamera 20 beliebig verändert werden,
ohne die Szenenebene G zu beeinflussen. Das weitere Vorgehen
zum Herbeiführen einer Kameraeinstellung nach Scheimpflug
kann unterschiedlich sein.
Ausgehend von einer gegebenen Einstellung des Objektivträgers
22 wird z. B. wie folgt vorgegangen: Die Raumkoordinaten des
Hauptpunktes H des Objektivs 23 und die Gleichung der optischen
Achse Q, welche die Objektivebene im Hauptpunkt H senkrecht
durchdringt, erlauben die Ermittlung der die Objektivebene
definierenden Gleichung. Aufgrund der Gleichungen der
Szenenebene G und der Objektivebene O läßt sich die Gleichung
zur Definition der Schnittgeraden s der beiden Ebenen
G und O ermitteln. Der Bildträger 21 der Kamera ist nachher
so einzustellen, daß die Schnittgerade s und einer der zu
den Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte
A′, B′ und C′ in die Bildebene P zu liegen kommen.
Dann erscheinen die Bildpunkte A′, B′ und C′ als scharfe Abbildungen
der entsprechenden Gegenstandspunkte A, B und C.
Geht man aber von einer gegebenen Einstellung des Bildträgers
21 aus, welche Einstellung z. B. im Hinblick auf eine gewünschte
Perspektive der Abbildung auf der Mattscheibe 25 gewählt
worden ist, so wird zunächst die Gleichung der Bildebene P
und nachher aus den Gleichungen der Szenenebene G und der
Bildebene P die Gleichung der Schnittlinie s der genannten
Ebenen ermittelt. Der Objektivträger 22 der Kamera ist
nachher so einzustellen, daß die Schnittgerade s in die Objektivebene
O zu liegen kommt und der Hauptpunkt H des Objektivs
23 eine solche Lage einnimmt, daß einer der zu den Gegenstandspunkten
A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte
A′, B′ und C′ in die Bildebene P zu liegen kommt. Dann erscheinen
die Bildpunkte A′, B′ und C′ auf der Mattscheibe 25
des Bildträgers 21 als scharfe Abbildungen der entsprechenden
Gegenstandspunkte A, B und C.
Für die praktische Durchführung der beschriebenen Berechnungen
und Handlungen ist es zweckmäßig, abweichend von der
Darstellung in Fig. 2 ein Raumkoordinatensystem zu wählen,
das einen festen Bezug zu einem Bauteil der Kamera hat. Besonders
einfach werden die Berechnungen, wenn das Koordinatensystem
seinen Ursprung im Hauptpunkt H des Kameraobjektivs
hat und eine Koordinatenachse aufweist, die mit der
optischen Achse Q des Objektivs zusammenfällt. Es kann sich
dabei um ein Koordinatensystem mit Zylinderkoordinaten oder
um eines mit rechtwinkligen Koordinaten handeln. Ein Beispiel
der letztgenannten Art ist nachstehend unter Bezugnahme auf
Fig. 3 erläutert.
Gemäß Fig. 3 weist ein rechtwinkliges Koordinatensystem eine
mit der optischen Achse Q des Kameraobjektivs übereinstimmende
y-Achse und in der Objektivebene O verlaufende x- und z-Achsen
auf, wobei die z-Achse in der Zeichnungsebene liegt
und die x-Achse senkrecht dazu verläuft und deshalb in Fig. 3
nicht sichtbar ist. Mit A x , B x und c x sind die in Richtung
der x-Achse erfolgten Projektionen der Gegenstandspunkte A,
B und C bezeichnet. A x ′, B x ′ und C x ′ sind die analogen Projektionen
der zu den Gegenstandspunkten A, B und C optisch
konjugierten Bildpunkte. Für die Punkte A und A′ sind auch
die y- und die z-Koordinaten eingezeichnet. Ferner zeigt
Fig. 3 die Brennpunkte F und F′ wie auch die Brennweite f
des Objektivs.
Gemäß den Regeln der geometrischen Optik gilt:
z a ′/y a ′ = tgδ = z a /y a (1)
-z a ′/f = tgϑ = z a /(y a - f) (2)
Daraus lassen sich die Gleichungen ableiten:
y a = fy a ′/(y a ′ + f) (3)
z a = fz a ′/(y a ′ + f) (4)
Durch eine analoge Projektion der Gegenstandspunkte A, B
und C sowie der zugeordneten Bildpunkte A′, B′ und C′ auf
die Ebene der x- und y-Achsen läßt sich die weitere Gleichung
herleiten:
x a = fx a ′/(y a ′ + f) (5)
Die Gleichungen (3), (4) und (5) erlauben die Berechnung der
x-, y- und z-Koordinaten des Gegenstandspunktes A. Auf völlig
analoge Weise können auch die Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte
B und C aus den Raumkoordinaten der entsprechenden
Bildpunkte B′ und C′ berechnet werden.
Aus den y-Koordinaten der Bildpunkte A′, B′ und C′ läßt
sich der arithmetische Mittelwert p₀ bilden, der im folgenden
als mittlere Bildbreite bezeichnet ist. Der Mittelwert der
y-Koordinaten der Gegenstandspunkte A, B und C ist im folgenden
mittlere Gegenstandsweite g₀ genannt. In Fig. 3 sind die
Strecken p₀ und g₀ eingezeichnet. Nach den Regeln der geometrischen
Optik ist der mittlere Abbildungsmaßstab m₀:
m₀ = p₀/g₀ (6)
Weiter gelten die Gleichungen:
p₀ = f (1 + m₀) (7)
g₀ = f (1 + m₀)/m₀ (8)
Aufgrund der gemäß den Gleichungen (3), (4) und (5) berechneten
Koordinaten x, y und z für jeden der drei Gegenstandspunkte
A, B und C ist die durch diese Punkte gehende Szenenebene
G bestimmt, welche sich durch die folgende Determinante
3. Grades darstellen läßt:
Durch Auflösung der Determinante (9) erhält man für die Ebene
G die Gleichung:
(x - x a ) (y b - y a ) (z c - z a ) + (y - y a- ) (z b - z a ) (x c - x a )
+ (z - z a ) (x b - x a ) (y c - y a ) - (z - z a- ) (y b - y a ) (x c - x a ) (10)
- (x - x a ) (z b - z a ) (y c - y a ) - (y - y a- ) (x b - x a ) (z c - z a ) = 0
+ (z - z a ) (x b - x a ) (y c - y a ) - (z - z a- ) (y b - y a ) (x c - x a ) (10)
- (x - x a ) (z b - z a ) (y c - y a ) - (y - y a- ) (x b - x a ) (z c - z a ) = 0
In der allgemeinen Linearform lautet die Gleichung der Ebene
G:
K₁x + K₂y + K₃z + T = 0 (11)
Aus der Gleichung (10) lassen sich die Werte für die Koeffizienten
K₁, K₂, K₃ und T in der Gleichung (11) berechnen:
K₁ = (y b - y a ) (z c - z a ) - (z b - z a ) (y- c - y a ) (12)
K₂ = (z b - z a ) (x c - x a ) - (x b - x a ) (z- c - z a ) (13)
K₃ = (x b - x a ) (y c - y a ) - (y b - y a ) (x- c - x a ) (14)
T = - K₁ x a - K₂ y a - K₃ z a (15)
Die Szenenebene G schneidet die x-Achse, die y-Achse und die
z-Achse in Punkten, welche vom Ursprung des Koordinatensystems
die Abstände u, v bzw. w haben, gemäß den folgenden
Gleichungen:
u = - (= x-Achsenabschnitt) (16)
v = - (= y-Achsenabschnitt) (17)
w = - (= z-Achsenabschnitt) (18)
In dem in bezug auf Fig. 3 beschriebenen Koordinatensystem
ist die Gleichung für die Objektivebene O:
y = 0 (Null) (19)
Die Schnittlinie s der Objektivebene O und der Szenenebene G
ist durch die Gleichung definiert:
z = - x - w (20)
Für den Winkel ε zwischen der Objektivebene O und der Szenenebene
G gilt die Gleichung:
Aufgrund der Koordinaten x′, y′ und z′ für jeden der zu den
Gegenstandspunkten A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte
A′, B′ und C′ ist die durch die letztgenannten Punkte gehende
Bildebene P bestimmt; ihre Gleichung lautet:
K₁′x +K₂′y +K₃′z + T′ = 0 (22)
wobei in Analogie zu den Gleichungen (12) bis (18) gilt:
K₁′ = (y b ′ - y a ′) (z c ′ - z a ′) - (z b ′ - z- a ′) (y c ′ - y a ′) (23)
K₂′ = (z b ′ - z a ′) (x c ′ - x a ′) - (x b ′ - x- a ′) (z c ′ - z a ′) (24)
K₃′ = (x b ′ - x a ′) (y c ′ - y a ′) - (y b ′ - y- a ′) (x c ′ - x a ′) (25)
T = - K₁′x a ′ - K₂′y a ′ - K₃′z a ′ (26)
u′ = - (= x-Achsenabschnitt) (27)
v′ = - (= y-Achsenabschnitt) (28)
w′ = - (= z-Achsenabschnitt) (29)
Die gemeinsame Schnittlinie s der Objektivebene O mit der
Bildebene P ist durch die Gleichung definiert:
z = - x - w′ (30)
Für den Winkel ε′ zwischen der Objektivebene O und der Bildebene
P gilt die Gleichung:
Wenn die Kamera gemäß dem Gesetz von Scheimpflug korrekt eingestellt
ist, haben - wie erwähnt - die Szenenebene G, die
Objektivebene O und die Bildebene G eine gemeinsame Schnittgerade
s. Demzufolge gelten für diese Schnittgerade sowohl
die Gleichung (20) als auch die Gleichung (30):
z = - x - w′ = - x - w (32)
Da ferner die z-Achsenabschnitte w und w′ identisch sind,
folgt aus der Gleichung (32) und aus den Gleichungen (18)
und (29):
= = (33)
Eine vom Ursprung des Koordinatensystems, im vorliegenden
Fall vom Hauptpunkt H ausgehende Gerade, die senkrecht auf
die Bildebene P auftrifft, schließt mit den x-, y- und z-Koordinatenachsen
die Winkel α, β und γ ein, für welche die
folgenden Gleichungen gelten:
Die Gleichungen (34) bis (36) erlauben die Berechnung der Winkel,
um welche die Bildebene P bezüglich der Objektivebene O
geschwenkt und/oder geneigt werden muß. Ist die richtige
Schwenk- bzw. Neigungslage der Bildebene P einmal erreicht,
braucht der Photograph nur noch den Abstand des Bildträgers
vom Objektivträger der Kamera so zu verändern, daß die Bildpunkte
A′, B′ und C′ auf der Mattscheibe scharf erscheinen.
Aus den Winkeln ε und ε′ zwischen den drei Ebenen G, O und P
läßt sich der mittlere Abbildungsmaßstab m₀ gemäß der folgenden
Gleichung exakt berechnen:
m₀ = (37)
Die Gleichung (37) läßt sich in die folgende Form überführen:
Durch Einsetzen der Gleichungen (21) und (31) in die Gleichung
(38) und nach Umformung ergibt sich für den mittleren
Abbildungsmaßstab m₀ auch die Gleichung:
Der Fachmann weiß, daß bei der beschriebenen Schwenkung bzw.
Neigung des Bildträgers zwecks Herbeiführung der Kameraeinstellung
nach Scheimpflug die Perspektive in der Abbildung
des zu photographierenden Gegenstandes sich verändert. Ebenso
ist dem Photographen bekannt, daß eine von ihm gewünschte
Perspektive beibehalten werden kann, wenn anstelle des Bildträgers
der Objektivträger der Kamera verstellt wird bis das
Gesetz nach Scheimpflug erfüllt ist, wobei in letzterm Fall
im allgemeinen aber eine Änderung des mittleren Abbildungsmaßstabes
m₀ eintritt und die zu den Gegenstandspunkten A,
B und C optisch konjugierten Punkte A′, B′ und C′ ihre Lagen
im Raum ändern.
Nachdem - wie oben beschrieben - die Raumkoordinaten von
Bildpunkten A′, B′ und C′ ermittelt und daraus die Raumkoordinaten
der Gegenstandspunkte A, B und C berechnet worden
sind, ist grundsätzlich die Szenenebene G bekannt. Sie ist
durch die Gleichung (11) definiert. Wenn der Photograph nun
die Bildebene P nicht in die durch die zu den Gegenstandspunkten
A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte A′, B′
und C′ gehende Ebene einstellen will, sondern im Hinblick
auf eine gewünschte Perspektive der Abbildung in eine andere
Lage einstellt, so ist diese Bildebene P* allgemein durch
die Gleichung definiert:
K₁′′x + K₂′′y + K₃′′z + TT′′ = 0 (40)
Für jede Ebene, welche die gemeinsame Schnittgerade s der
Szenenebene G und der Bildebene P* enthält, gilt die Gleichung:
(K₁x + K₂y + K₃z + T) + n(K₁′′x + K₂′′y + K₃′′z + T′′) = 0 (41)
wobei n eine beliebige Zahl ist.
Wird der Einfachheit halber angenommen, die Bildebene P* werde
vom Photographen in einer zur xz-Ebene parallelen Lage - wie
für die Ermittlung der Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte
A, B und C - belassen, so gilt für die Bildebene P*:
K₁′′ = K₃′′ = 0 (42)
K₂′′y + T′′ = 0 (43)
y = v′′ (44)
wobei v′′ den Abstand der Bildebene P* vom Ursprung des Koordinatensystems
bedeutet.
Die durch die gemeinsame Schnittgerade s der Szenenebene G
und der Bildebene P* gehende Objektivebene O* ist dann durch
die folgende Gleichung definiert:
K₁x + (K₂ + nK₂′′)y + K₃z + T + nT′′ = 0 (45)
oder mit Bezug der Gleichungen (43) und (44):
Der Winkel ε′ zwischen der Bildebene P* und der Objektivebene
O* beträgt:
Für den mittleren Abbildungsmaßstab m₀ gilt in diesem Fall:
m₀ = = - (48)
Wenn die Objektivebene O* durch den Ursprung des Koordinatensystems
geht, wird n = -T/T′′ und die Gleichungen (46) und
(47) für die Objektivebene O* bzw. den Winkel ε′ reduzieren
sich zu:
Eine durch den Ursprung des Koordinatensystems gehende Gerade,
die senkrecht zur Objektivebene O* steht, schließt
mit den x-, y- und z-Koordinatenachsen die Winkel α*, β* und
γ* ein, für welche die folgenden Gleichungen gelten:
Beim Drehen der Objektivebene aus der ursprünglichen in die
beschriebene neue Lage wandern die zu den Gegenstandspunkten
A, B und C optisch konjugierten Bildpunkte, wobei sie in
die Bildebene P* zu liegen kommen und damit die gewünschte
Kameraeinstellung nach Scheimpflug erreicht wird.
Wie bereits erwähnt, ist auch die Benutzung anderer Koordinatensysteme
möglich, wobei jedoch die oben angegebenen Gleichungen
nur nach entsprechenden Koordinatentransformationen
gelten.
Fig. 4 zeigt in schematisierter perspektivischer Darstellung
ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgestatteten Kamera 20,
wobei die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 für die entsprechenden
Teile zu finden sind. Der Bildträger 21 und der
Objetivträger 22 sind in bekannter Weise je mittels einer
mehrteiligen Haltevorrichtung 26 bzw. 27 an einer als optische
Bank ausgebildeten Kamerabasis 28 befestigt. Jede der
Haltevorrichtungen 26 und 27 ist in Längsrichtung der Kamerabasis
verstellbar und mit Gelenken mit rechtwinklig zueinander
verlaufenden Achsen 31 und 32 versehen, um welche der
betreffende Bild- bzw. Objektivträger geneigt und geschwenkt
werden kann. Gemäß der üblichen Terminologie in
der photographischen Technik ist die Achse 31 als "horizontale"
und die Achse 32 als "vertikale" Achse benannt, obwohl
diese Achsen 31 und 32 in der Praxis auch anders als horizontal
bzw. vertikal verlaufen können. Den Gelenken mit den
Achsen 31 und 32 ist je eine Winkelmaß-Skala 33 bzw. 34
zugeordnet, um den Winkel der Neigung bzw. Schwenkung des
Bildträgers 21 und/oder des Objektivträgers 22 anzuzeigen.
Ferner ist die Kamerabasis 28 mit einer Längenmaß-Skala 35
versehen, um den jeweiligen Abstand der Bildebene P von der
Objektivebene O anzuzeigen. Der Einfachheit halber ist angenommen,
daß in der Grund- oder Nullstellung der Gelenke
die Kamerabasis 28 parallel zur optischen Achse Q des Kameraobjektivs
23 verläuft. Die Kamerabasis 28 ist an einem Halter
36 befestigt, der mittels eines Stativkopfes 37 auf einem
Stativ 38 abgestützt ist. In bekannter Weise ermöglicht der
mehrteilig ausgebildete Stativkopf 37 eine Neigung und eine
Schwenkung des Halters 36 um eine horizontale Achse 39 bzw.
um eine vertikale Achse 40. Den Gelenken mit den Achsen 39
und 40 ist zweckmäßig je eine Winkelmeß-Skala 41 bzw. 42
zugeordnet.
Am Bildträger 21 der Kamera 20 sind zwei Einstellschieber
43 und 44 bewegbar angeordnet, die je mit einem Zeiger 45
bzw. 46 versehen sind, welcher sich geradlinig über die Mattscheibe
25 erstreckt. Der eine Zeiger 45 verläuft parallel zu
der vertikalen Schwenkachse 32, der andere Zeiger 46 hingegen
rechtwinklig dazu. Jedem Einstellschieber 43 bzw. 44 ist eine
Längenmaß-Skala 48 bzw. 49 zugeordnet, um die Lage des betreffenden
Zeigers 45 bzw. 46 anzuzeigen und die Flächenkoordinaten
eines im Schnittpunkt der beiden Zeiger 45 und 46
liegenden Bildpunktes zu ermitteln. Als weitere Koordinate
für die Definition der räumlichen Lage des genannten Bildpunktes
wird der Abstand der Bildebene P von der Objektivebene
O bei scharfer Abbildung des Bildpunktes auf der Mattscheibe
25 benutzt. In einem Raumkoordinatensystem entsprechend
Fig. 3 liegt dann die y-Achse auf der optischen Achse Q
des Objektivs 23, während die x- und die z-Achse zweckmäßig
parallel zum Zeiger 45 bzw. 46 durch den Hauptpunkt H des
Objektivs verlaufend in der Objektivebene O liegen. In einem
solchen Koordinatensystem lassen sich die Raumkoordinaten von
auf der Mattscheibe 25 einzeln scharf eingestellten Bildpunkten
A′, B′, C′ verhältnismäßig einfach ermitteln, wie die
Gleichungen (3), (4) und (5) erkennen lassen.
Die für die Einstellung der Kamera 20 nach Scheimpflug dienenden
Berechnungen werden mittels eines elektronischen Rechners
50 durchgeführt, der gemäß Fig. 4 ein Tastenfeld 51
für die Eingabe der Daten und ein Anzeigefeld 52 zum Anzeigen
von Resultaten und von Anweisungen an den Photographen aufweist.
Im technisch einfachsten Fall ist vorgesehen, die
Brennweite f des Objektivs 23 und die mit Hilfe der Kamera
selbst ermittelten Raumkoordinaten x′, y′ und z′ oder y′, r
und ϕ von verschiedenen Bildpunkten A′, B′ und C′ nacheinander
über die Tasten 51 manuell an den Rechner 50 zu übertragen.
Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 5 weist der
Rechner 50 ferner ein elektronisches Rechenwerk 53 mit Signaleingängen
und Signalausgängen sowie eine Signalauswertungsvorrichtung
54 auf, welche an die Signalausgänge des
Rechenwerkes 53 angeschlossen ist und das Anzeigenfeld 52 umfaßt.
Die der Dateneingabe dienenden Tasten 51 sind mit Mitteln
55 bis 59 zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend
den eingetasteten Daten verbunden. Die so erzeugen Signale
werden in Signaleingängen des Rechenwerkes 53 eingegeben
und in letzterem gespeichert.
Das Rechenwerk 53 enthält ein Rechenprogramm, gemäß welchem
aufgrund der eingegebenen Signale und des Gesetzes nach
Scheimpflug elektrische Ausgangssignale erzeugt und an die
Signalauswertungsvorrichtung 54 geliefert werden. Auf dem
Anzeigefeld 52 kann der Photograph dann sehen, in welcher
Richtung und um welchen Betrag der Bildträger 21 und/oder der
Objektivträger 22 der Kamera 20 geneigt, geschwenkt und längs
der Kamerabasis 28 verschoben werden soll, um eine nach
Scheimpflug korrekte Einstellung der Kamera zu erhalten. Das
Rechenwerk 53 ist ferner so programmiert, daß es nach Betätigung
einer Taste des Tastenfeldes 51 den jeweils resultierenden
mittleren Abbildungsmaßstab m₀ berechnet und im
Anzeigenfeld 52 zur Anzeige bringt. Weiter ist die Programmierung
des Rechenwerkes 53 derart, daß über das Tastenfeld
51 ein gewünschter mittlerer Abbildungsmaßstab m₀ eingegeben
werden kann und nachher das Rechenwerk 53 aufgrund des
eingegebenen Wertes für m₀ und aufgrund der zuvor berechneten
Raumkoordinaten der Gegenstandspunkte die für eine nach
Scheimpflug korrekten Soll-Einstellungen des Bildträgers 21
und des Objektivträgers 22 der Kamera 20 berechnet und im
Anzeigefeld 52 zur Anzeige bringt. Diese Vorgänge sind in
Fig. 5 schematisch veranschaulicht.
Eine Variante zu der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist in
Fig. 6 in schematisierter Darstellung gezeigt. Anstelle der
Einstellschieber 43, 44 und der Zeiger 45 und 46 ist bei
der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 am Bildträger 21 der
Kamera 20 ein stabförmiges Indexglied 60 vorhanden, das bei
einem seiner Enden eine Visieröffnung 61 aufweist. Das Indexglied
60 ist längsverschiebbar in einer kleinen Drehscheibe
62 geführt, die ihrerseits am Bildträger 21 drehbar
gelagert ist. Durch Längsverschiebung und Schwenkung des
Indexgliedes 60 läßt sich die Visieröffnung 61 auf jeden
beliebigen Punkt der Mattscheibe 25 der Kamera 20 einstellen,
wobei die außen liegende Endpartie 63 des Indexgliedes
60 als Handgriff zum Handhaben des Indexgliedes dient. Als
Flächenkoordinaten des jeweils eingestellten Punktes in der
Ebene der Mattscheibe 25 werden zweckmäßig der Abstand r
des Mittelpunktes der Visieröffnung 61 vom Zentrum der Drehscheibe
62 und der Winkel ϕ zwischen der Längsachse 64 des
Indexgliedes 60 und einer Geraden 65 benutzt, die vorzugsweise
parallel zur Schwenkachse 32 des Bildträgers 21 verläuft
oder gegebenenfalls parallel zur Neigungsachse 31 ist,
je nachdem, welche dieser Achsen 31 und 32 eine bezüglich
des Bildträgers 21 unveränderliche Lage hat. Es ist klar,
daß aus den ermittelten Werten für r und ϕ ohne Schwierigkeit
die x- und z-Koordinaten des anvisierten Punktes der
Mattscheibe 25 berechnet werden können. Gemäß dem Schema
nach Fig. 5 sind einfach anstelle der x- und z-Koordinaten
die Werte für r und ϕ über das Tastenwerk in das Rechenwerk
53 einzugeben, wie in Fig. 5 mit gestrichelten Linien angedeutet
ist.
In einer Weiterbildung der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind
bei der Visieröffnung 61 des stabförmigen Indexgliedes 60
optoelektronische Detektorelemente vorhanden, mit deren Hilfe
die optimale Abbildungsschärfe des anvisierten Punktes auf
der Mattscheibe 25 feststellbar ist. Solche Detektorelemente
sind z. B. bei Kameras mit automatischer Scharfeinstellung
bekannt. Die Detektorelemente sind zweckmäßig in einem Hohlraum
des Indexgliedes 60 verschiebbar angeordnet, so daß
sie für die Messung in die Visieröffnung 61 bewegbar sind,
nachdem der betreffende Bildpunkt anvisiert worden ist. Für
die elektrische Verbindung der Detektorelemente mit dem Rechenwerk
53 ist ein flexibles Kabel 66 zwischen dem Rechner
50 und der als Handgriff für die Handhabung des Indexgliedes
60 bestimmten Endpartie 63 des Indexgliedes vorhanden. Die
erwähnten Detektorelemente erleichtern die genaue Ermittlung
der y-Koordinate des jeweils anvisierten Bildpunktes.
In weiterer Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß Fig. 6
kann das Indexglied 60 bei der Visieröffnung 61 mit elektrooptischen
oder elektroakustischen Echolot-Einrichtungen versehen
sein, mit deren Hilfe der jeweilige Abstand des anvisierten
Bildpunktes von dem Objektivträger 22 meßbar ist,
um die y-Koordinate des anvisierten Bildpunktes zu ermitteln.
Zweckmäßig kann z. B. ein kleiner elektroakustischer Ultraschallwandler
wie die vorstehend erwähnten Detektorelemente
im Innern des hohlen Indexgliedes 60 verschiebbar angeordnet
sein, so daß er für die Messung in die Visieröffnung 61 bewegbar
ist. Die zum Ultraschallwandler gehörende elektronische
Schaltungsanordnung für die Echomessung kann zweckmäßig
im Rechner 50 untergebracht sein.
Fig. 7 stellt eine zweckmäßige Ergänzung der in Fig. 5 gezeigten
Ausbildung des Rechners 50 dar. Demgemäß sind zusätzlich
Mittel 70 vorhanden zum Erzeugen von in das Rechenwerk
53 eingebbaren und in diesem speicherbaren elektrischen
Signalen, welche den Grenzen der Verstellbarkeiten des Bildträgers
21 und des Objektivträgers 22 sowie den Grenzen der
mechanischen und/oder optischen Verstellbarkeit des Balgens
24 entsprechen. Die Grenzen der Verstellbarkeiten des Bild-
und des Objektivträgers sind durch die Länge der Kamerabasis
28, durch die Grenzen der Neig- und Schwenkbarkeit um die
Achsen 31 und 32 sowie durch die limitierte Flexibilität des
Balgens 24 gegeben. Das Rechenwerk 53 ist nun derart programmiert,
daß es die Signale für die berechneten Soll-Einstellungen
des Bildträgers 21 bzw. Objektivträgers 22 mit
den eingespeicherten Grenzwertsignalen vergleicht und jeweils
ein elektrisches Warnsignal an die Signalauswertungsvorrichtung
54 liefert, wenn eine berechnete Soll-Einstellung zum
Überschreiten der vorstehend erwähnten Grenzen der Verstellbarkeiten
führen würde. Das elektrische Warnsignal bringt im
Anzeigefeld 52 ein optisches Alarmsignal zur Wirkung, wie in
Fig. 7 angedeutet. Gleichzeitig wird vorteilhaft auch ein
akustischer Signalgeber zum Warnen des Photographen in Betrieb
gesetzt. Es können auch durch das elektrische Warnsignal
gesteuerte Mittel zum selbsttätigen Blockieren der Verstellmechanismen
der Kamera vorhanden sein.
Gemäß Fig. 7 sind weiter Mittel 71, 72 und 73 vorhanden
zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend dem Bildwinkel
des Objektivs 23, den Abmessungen des Bildfensters am
Bildträger 21 und der Lage des Bildfensters in der Bildebene
P. Diese Daten, welche mittels des Tastenfeldes 51 manuell
oder durch vorgegebene Codierungsmittel automatisch in den
Rechner 50 eingebbar sind, haben ebenfalls Bedeutung im Zusammenhang
mit den Grenzen der Einstellbarkeit der Kamera, da
bei Nichtbeachtung dieser Daten eine ungewollte Vignettierung
des photographischen Bildes entstehen kann. Das Rechenwerk 53
ist nun derart programmiert, daß es die für eine Kameraeinstellung
nach Scheimpflug berechneten Soll-Positionssignale
für die Soll-Einstellung des Bildträgers 21 oder/und des Objektivträgers
22 jeweils mit den von den Signalerzeugungsmitteln
71, 72 und 73 gelieferten Signalen vergleicht und jeweils
ein elektrisches Warnsignal an die Signalauswertungsvorrichtung
54 liefert, wenn eine den Soll-Positionssignalen
entsprechende Soll-Einstellung zu einer Überschreitung des
durch den Bildwinkel des Objektivs und die Abmessungen und
die Lage des Bildfensters gegebenen Bereichs führen würde.
Durch das elektrische Warnsignal wird im Anzeigenfeld 52 ein
optisches Alarmsignal zur Wirkung gebracht, wie in Fig. 7 angedeutet,
wobei mit Vorteil zugleich auch ein akustischer
Signalgeber zum Warnen des Photographen eingeschaltet wird.
Auch in diesem Fall können durch das elektrische Warnsignal
gesteuerte Mittel zum automatischen Blockieren der betreffenden
Verstellmechanismen der Kamera vorgesehen sein.
Die in Fig. 8 schematisch gezeigte Ausführungsform der Erfindung
ist eine Weiterbildung des Beispiels nach Fig. 5. Zusätzlich
zu den bereits in Fig. 5 gezeigten Teilen weist der
Rechner 50 gemäß Fig. 8 Mittel 80 und 81 zum Erzeugen von
elektrischen Signalen entsprechend dem Ist-Wert der relativen
Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs 23 bzw. entsprechend
dem Durchmesser des in der Bildebene zulässigen Zerstreuungskreises
auf. Diese Daten sind z. B. mittels der Tasten 51 in
den Rechner 50 eingebbar, können gegebenenfalls aber ebensogut
durch vorgegebene Codierungsmittel automatisch eingegeben
werden. Das Rechenwerk 53 ist derart programmiert, daß es
aufgrund der von den Signalerzeugern 80 und 81 gelieferten
Signale und des von dem Signalerzeuger 55 gelieferten Signals
entsprechend der Brennweite f des Objektivs 23 die bildseitige
Schärfentiefe berechnet und ein derselben entsprechendes
Signal erzeugt und speichert. Weiter sind im Rechenwerk
53 die Signale entsprechend den Raumkoordinaten von mehr
als drei Bildpunkten speicherbar, die nicht alle in eine gemeinsamen
Ebene zu liegen brauchen, d. h. deren optisch konjugierten
Gegenstand z. T. außerhalb der Szenenebene G
liegen. Schließlich ist das Rechenwerk auch so programmiert,
daß es aufgrund des der Tiefenschärfe entsprechenden Signals
und der gespeicherten Raumkoordinatensignale die Soll-Positionssignale
für eine solche Soll-Einstellung der Kamera erzeugt,
bei welcher die genannten Bildpunkte innerhalb oder
möglichst wenig außerhalb der bildseitigen Schärfentiefe
liegen. Dabei kann gegebenenfalls eine Kamera-Einstellung
resultieren, bei welcher die Bildebene P weniger als drei,
unter Umständen sogar keinen einzigen der zu den Gegenstandspunkten
konjugierten Bildpunkte exakt enthält, welche Einstellung
aber insgesamt eine optimale Abbildung mit tolerierbaren
Unschärfen ermöglicht.
Anstelle oder zusätzlich zu den Mitteln 80 zum Erzeugen eines
Signals entsprechend dem Ist-Wert der relativen Öffnung der
Arbeitsblende können Mittel 82 zum Erzeugen eines Signals
entsprechend der Größe der Eintrittspupille des Objektivs 23
vorgesehen sein, wie in Fig. 8 mit gestrichelten Linien angedeutet
ist. Aus der Größe der Eintrittspupille und der Größe
des zulässigen Zerstreuungskreises in der Bildebene läßt
sich ebenfalls die bildseitige Schärfentiefe berechnen.
Das Rechenwerk 53 ist vorzugsweise weiter so programmiert,
daß es ein Ausgangssignal erzeugt, das ein Soll-Blendensignal
ist entsprechend einem Soll-Wert der relativen Öffnung der
Arbeitsblende des Objektivs, nämlich einem Soll-Wert, der
eine kleinstmögliche, aber hinreichende Schärfentiefe für die
Abbildung mehrerer, nicht alle in einer gemeinsamen Ebene
liegenden Gegenstandspunkte mit tolerierbarer Unschärfe ergibt.
Das Soll-Blendensignal wird der Signalauswertungsvorrichtung
54 zugeleitet, in deren Anzeigefeld 52 die einzustellende
relative Öffnung der Arbeitsblende optisch signalisiert
wird. Bei einer weiter ausgebauten Ausführungsform kann
das Soll-Blendensignal auch zur Steuerung eines Antriebsmotors
83 dienen, welcher die dem Soll-Blendensignal entsprechende
relative Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs
automatisch einstellt.
Bei einer noch weiter entwickelten Ausführungsform der Erfindung,
wie sie schematisch in Fig. 9 veranschaulicht ist,
sind die Haltevorrichtungen 26 und 27 für den Bildträger 21
bzw. den Objektivträger 22 je mit drei elektrischen Signalgebern
90, 91 und 92 bzw. 93, 94 und 95 versehen, welche
elektrische Ist-Positionssignale entsprechend dem jeweiligen
Neigungs- bzw. Schwenkwinkel um die Horizontalachse 31 und
die Vertikalachse 32 und entsprechend der jeweiligen Lage
der Haltevorrichtung 26 bzw. 27 entlang der Kamerabasis 28
erzeugen. Ferner ist jedem der Einstellschieber 43 und 44
(Fig. 4) ein elektrischer Signalgeber 96 bzw. 97 zugeordnet,
welcher ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von
der jeweiligen Lage des Zeigers 45 bzw. 46 erzeugt, so daß
dieses Signal der Koordinate x′ bzw. z′ des Kreuzungspunktes
der Zeiger 45 und 46 entspricht. Bei der Ausführungsvariante
gemäß Fig. 6 sind anstelle der Signalgeber 96 und 97 zwei
andere Signalgeber 98 und 99 vorhanden zur Erzeugung von
elektrischen Signalen entsprechend der Strecke r bzw. dem
Winkel ϕ. Alle genannten Signalgeber 90 bis 99 sind durch
ein mehradriges Kabel 100 (Fig. 4 und 9) mit Signaleingängen
des elektronischen Rechenwerkes 53 verbunden. Letzteres ist
vorzugsweise derart programmiert, daß es automatisch in relativ
rascher zyklischer Folge die von den Signalgebern 90
bis 99 gelieferten Signale aufnimmt und in die Berechnungen
der Soll-Positionen des Bildträgers 21 und des Objektivträgers
22 einbezieht.
Der Rechner 50 ist im übrigen im wesentlichen gleich wie bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ausgebildet, mit der Ausnahme,
daß die über das Tastenfeld 51 betätigbaren Signalgeber
56, 57 und 58 für die Erzeugung von Koordinatensignalen
für die Bildpunkte fehlen können, weil sie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 9 entbehrlich sind.
Fig. 9 zeigt weiter sechs elektrische Antriebsmotoren 101
bis 106, von denen je drei der Haltevorrichtung 26 für den
Bildträger 21 bzw. der Haltevorrichtung 27 für den Objektivträger
22 zugeordnet sind. Diese Motoren dienen zum Antreiben
der Gelenke mit den Horizontalachsen 31 und den Vertikalachsen
32 sowie zum Antreiben der Haltevorrichtungen 26 und
27 entlang der Kamerabasis 28. Die Motoren 101 bis 106 sind
mit Steuersignalausgängen der Signalauswertungsvorrichtung
54 verbunden und haben die Aufgabe, die im Anzeigefeld 52
angezeigten Soll-Positionen des Bildträgers 21 oder/und Objektivträgers
22 automatisch herbeizuführen.
Die mit Bezug auf Fig. 9 beschriebene Ausführungsform der
Erfindung erlaubt ein vereinfachtes und sicheres Erfassen der
Raumkoordinaten der zu den maßgebenden Gegenstandspunkten
optisch konjugierten Bildpunkte, da eine manuelle Übertragung
von Skalenwerten an den Rechner 50 entfällt. Darüberhinaus
werden bei der Einrichtung gemäß Fig. 9 alle momentanen
Positionen und Verstellungen des Bildträgers 21 oder/und
des Objektivträgers 22 durch die Ist-Positionssignalgeber
90 bis 95 dem Rechenwerk 53 mitgeteilt, welche diese
Positionen oder Verstellungen laufend in die Berechnungen
einbezieht. Die elektrischen Antriebsmotoren 101 bis 106
sorgen schließlich dafür, daß die jeweils errechneten
Soll-Positionen für die Erfüllung des Gesetzes nach Scheimpflug
automatisch erhalten werden. So ist es z. B. möglich,
nachdem eine erste Kameraeinstellung nach Scheimpflug erzielt
worden ist, z. B. wie in Fig. 1 gezeigt, die Stellung
des Bildträgers 21 zu verändern, um eine andere Perspektive
der Abbildung der zu photographierenden Motivszene zu erhalten,
wobei völlig automatisch auch dem Objektivträger 22
eine andere Einstellung erteilt wird, so daß das Gesetz
von Scheimpflug weiterhin erfüllt bleibt. Umgekehrt kann
der Photograph die Einstellung des Objektivträgers willentlich
verändern, um einen anderen Abbildungsmaßstab zu erhalten,
wobei ebenfalls automatisch auch dem Bildträger 21
eine andere Einstellung erteilt wird, so daß wieder das
Gesetz von Scheimpflug erfüllt bleibt. Zweckmäßig ist das
Rechenwerk 53 auch so programmiert, daß aufgrund einer
manuellen Eingabe eines anderen Abbildungsmaßstabes m₀
(über das Tastenfeld 51 und den Signalgeber 59) der Objektivträger
22 und der Bildträger 21 mittels der Motoren 101
bis 106 automatisch derart verstellt werden, daß sich der
gewünschte neue Abbildungsmaßstab ergibt und das Gesetz
nach Scheimpflug weiterhin eingehalten bleibt.
Die Ausführungsform nach Fig. 9 kann mit Vorteil auch durch
die mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 beschriebenen Ausgestaltungen
ergänzt sein.
Es ist aber auch eine Variante zur Ausführungsform gemäß
Fig. 9 denkbar, bei welcher Variante die Antriebsmotoren 101
bis 106 fehlen. Der Photograph hat dann zwar die im Anzeigefeld
52 angezeigten Soll-Einstellungen manuell vorzunehmen,
genießt aber den Vorteil, daß sämtliche Einstellungen und
Verstellungen des Bildträgers und/oder Objektivträgers automatisch
an das Rechenwerk 53 übertragen und laufend in die
Berechnungen einbezogen werden.
Zusätzlich zu den optischen Anzeigen im Anzeigefeld 52 oder
gegebenenfalls anstelle derselben können akustische Anzeigevorrichtungen
vorhanden sein, die z. B. elektronische Sprachsimulatoren
aufweisen.
Fig. 10 zeigt eine zweckmäßige und vorteilhafte Ergänzung
der in Fig. 9 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung.
Zusätzlich zu den elektrischen Ist-Positionssignalen
90 bis 95, welche den Haltevorrichtungen 26 und 27 des
Bildträgers 21 bzw. des Objektivträgers 22 sowie den Gelenken
mit den Gelenkachsen 31 und 32 (Fig. 4) zugeordnet sind,
weist die Ausführungsform gemäß Fig. 10 weitere elektrische
Ist-Positionssignalgeber 110 und 111 auf, welche dem Stativkopf
37 (Fig. 4) zugeordnet sind und elektrische Signale
entsprechend dem jeweiligen Neigungs- bzw. Schwenkwinkel um
die Horizontalachse 39 bzw. die Vertikalachse 40 erzeugen.
Diese elektrischen Signale werden über das Kabel 100 dem
elektronischen Rechenwerk 53 zugeleitet. Letzteres ist derart
programmiert, daß es auch die von den Ist-Positionssignalgebern
110 und 111 gelieferten Signale in die Berechnungen
der Soll-Einstellung des Bild- und/oder des Objektivträgers
der Kamera einbezieht. Hierdurch ist es dem Photographen
ermöglicht, die Richtung der Kamerabasis 28 zu verändern,
ohne daß nachher von neuem die Raumkoordinaten der
maßgebenden Gegenstandspunkte ermittelt werden müssen. Eine
solche Veränderung der Richtung der Kamerabasis 28 kann z. B.
angezeigt oder notwendig sein, wenn die Verstellbarkeit des
Bild- und des Objektivträgers allein nicht ausreicht, um eine
korrekte Kameraeinstellung nach Scheimpflug herbeizuführen.
Wenn in bekannter Weise die Kamerabasis 28 um ihre Längsachse
im Halter 36 des Stativkopfes 37 drehbar und in der jeweils
gewünschten Drehlage feststellbar ist, kann mit Vorteil ein
weiterer Ist-Positionssignalgeber 112 vorhanden sein, wie in
Fig. 10 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, so daß dieser
Ist-Positionssignalgeber 112 elektrische Signale entsprechend
der jeweiligen Drehlage der Kamerabasis 28 erzeugt.
Über das Kabel 100 werden diese Ist-Positionssignale dem
elektronischen Rechenwerk 53 zugeführt. Letzteres ist in diesem
Fall derart programmiert, daß es auch die vom Ist-Positionssignalgeber
112 gelieferten Signale in die Berechnungen
einbezieht. Dem Photographen ist hierdurch ermöglicht, den
Bildausschnitt durch Verändern der Drehstellung der Kamerabasis
28 zu ändern, ohne daß nachher von neuem die Raumkoordinaten
der maßgebenden Gegenstandspunkte ermittelt zu
werden brauchen.
In Fig. 10 ist schließlich auch noch ein elektrischer Signalgeber
113 für die automatische Eingabe des y′-Koordinatensignals
angedeutet. Dieser Signalgeber 113 arbeitet z. B. in
Steuerabhängigkeit von elektrooptischen oder elektroakustischen
Echolot-Einrichtungen, wie sie mit Bezug auf Fig. 6 erwähnt
worden sind und welche zur Ermittlung des jeweiligen
Abstandes der Visieröffnung 61 des stabförmigen Indexgliedes
60 von dem Objektivträger 22 dienen.
Es ist klar, daß auch die Ausführungsform nach Fig. 10 durch
die mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 beschriebenen Ausgestaltungen
ergänzt sein kann.
Während gemäß Fig. 4 der Rechner 50 ein mit der Kamera 20
durch ein elektrisches Kabel 100 verbundenes Gerät ist, sind
selbstverständlich auch Ausführungsformen der Erfindung möglich,
bei denen der Rechner unmittelbar an einen Bestandteil
der Kamera angesteckt oder in einen Kamerabestandteil integriert
ist.
Claims (22)
1. Einrichtung zum Ermitteln der optimalen
Einstellungen der verstellbaren Objektiv- und
Bildträger einer photographischen Kamera nach dem
Gesetz von Scheimpflug, mit Meß- und
Einstellvorrichtungen zum Festlegen einer
Anfangs-Einstellung der Objektiv- und Bildträger,
dadurch gekennzeichnet,
daß Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen von Signalen für die auf ein gegebenes Bezugssystem bezogenen Raumkoordinaten frei auswählbarer Bildpunkte des jeweiligen Szenenbildes bei der Anfangs-Einstellung vorgesehen sind,
daß eine Eingabe-Vorrichtung (55, 59) zum Erzeugen von Signalen für die Brennweite des Objektivs (23) oder/und den gewünschten mittleren Abbildungsmaßstab oder/und die Werte für die Lage des Objektivs (23) im Bezugssystem vorhanden ist,
und daß die Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) und die Eingabevorrichtung (55, 59) an Signaleingänge eines Rechners (53) zum Berechnen der Soll-Einstellung des Objektiv- und/oder Bildträgers (22, 21) und zur Ausgabe von Positionssignalen für die Soll-Einstellung oder/und von Positionsänderungssignalen für die zum Herbeiführen der Soll-Einstellung nötigen Verstellungen des Objektiv- oder/und Bildträgers (22, 21) angeschlossen sind.
daß Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen von Signalen für die auf ein gegebenes Bezugssystem bezogenen Raumkoordinaten frei auswählbarer Bildpunkte des jeweiligen Szenenbildes bei der Anfangs-Einstellung vorgesehen sind,
daß eine Eingabe-Vorrichtung (55, 59) zum Erzeugen von Signalen für die Brennweite des Objektivs (23) oder/und den gewünschten mittleren Abbildungsmaßstab oder/und die Werte für die Lage des Objektivs (23) im Bezugssystem vorhanden ist,
und daß die Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) und die Eingabevorrichtung (55, 59) an Signaleingänge eines Rechners (53) zum Berechnen der Soll-Einstellung des Objektiv- und/oder Bildträgers (22, 21) und zur Ausgabe von Positionssignalen für die Soll-Einstellung oder/und von Positionsänderungssignalen für die zum Herbeiführen der Soll-Einstellung nötigen Verstellungen des Objektiv- oder/und Bildträgers (22, 21) angeschlossen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber-Einrichtungen
(56-58) zum Erzeugen der Signale für die
Raumkoordinaten von mehr als drei ausgewählten
Bildpunkten ausgebildet sind,
daß an Signaleingängen des Rechners (53) weitere Eingabevorrichtungen (80-82) zum Erzeugen von zusätzlichen Signalen für die Größe des in der Bildebene zulässigen Zerstreuungskreises und entweder für die Größe der Eintrittspupille des Objektivs (23) oder für die Brennweite und die relative Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23) angeschlossen sind,
daß der Rechner (53) ferner ausgebildet ist zur Berechnung der bildseitigen Schärfentiefe aufgrund der zusätzlichen Signale,
und daß der Rechner (53) weiter derart ausgebildet ist, daß er aufgrund der Schärfentiefe und der Signale für die Raumkoordinaten der ausgewählten Bildpunkte die Soll-Positionssignale oder/und die Positionsänderungssignale für eine solche Soll-Einstellung des Objektiv- oder/und Bildträgers (22, 21) erzeugt, bei welcher die ausgewählten Bildpunkte innerhalb der bildseitigen Schärfentiefe liegen.
daß an Signaleingängen des Rechners (53) weitere Eingabevorrichtungen (80-82) zum Erzeugen von zusätzlichen Signalen für die Größe des in der Bildebene zulässigen Zerstreuungskreises und entweder für die Größe der Eintrittspupille des Objektivs (23) oder für die Brennweite und die relative Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23) angeschlossen sind,
daß der Rechner (53) ferner ausgebildet ist zur Berechnung der bildseitigen Schärfentiefe aufgrund der zusätzlichen Signale,
und daß der Rechner (53) weiter derart ausgebildet ist, daß er aufgrund der Schärfentiefe und der Signale für die Raumkoordinaten der ausgewählten Bildpunkte die Soll-Positionssignale oder/und die Positionsänderungssignale für eine solche Soll-Einstellung des Objektiv- oder/und Bildträgers (22, 21) erzeugt, bei welcher die ausgewählten Bildpunkte innerhalb der bildseitigen Schärfentiefe liegen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rechner (53) weiter zur
Ausgabe eines Soll-Blendensignals der für die
Einhaltung der Schärfentiefe nötigen relativen
Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23)
oder/und eines Blendenänderungssignals für die zum
Herbeiführen des Soll-Wertes der relativen Öffnung
nötigen Verstellung der Blende ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen
der Signale für die Raumkoordinaten in einem
Bezugssystem ausgebildet sind, das seinen Ursprung
im Schnittpunkt der optischen Achse und der
Hauptebene des Objektivs (23) hat und eine mit der
optischen Achse des Objektivs zusammenfallende
Koordinatenachse aufweist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwertgeber-Einrichtungen (56-58) zum Erzeugen
der Signale für die Raumkoordinaten am Bildträger
(21) der Kamera (20) anbringbare oder angebrachte
Meßmittel (43-46; 60-63) zum Ermitteln von in der
Bildebene liegenden Flächenkoordinaten der
ausgewählten Bildpunkte sowie weitere Meßmittel
(28, 35) zum Ermitteln einer dem Abstand zwischen
dem Objektivträger (22) und dem Bildträger (21)
entsprechenden weiteren Koordinate eines jeden
ausgewählten Bildpunktes aufweisen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßmittel zum Ermitteln
der Flächenkoordinaten mindestens ein in der
Bildebene bewegbares Einstellglied (45, 46; 61)
aufweisen, das auf einen beliebigen Punkt der
Bildebene einstellbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßmittel zum Ermitteln
der weiteren Koordinate jedes ausgewählten
Bildpunktes elektrooptische oder elektroakustische
Entfernungs-Meßeinrichtungen aufweisen.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß am Bildträger der
Kamera mindestens ein optoelektrisches Element
angebracht ist, welches jeweils beim Vorliegen des
Schärfeoptimums eines ausgewählten Bildpunktes ein
Steuersignal erfaßt und an den Rechner liefert.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß an Signalausgänge des
Rechners (53) eine Signalauswertungsvorrichtung
(54) angeschlossen ist, welche elektrooptische
und/oder akustische Anzeigevorrichtungen zum
Anzeigen der den Soll-Positionssignalen
entsprechenden Soll-Einstellung oder/und der den
Positionsänderungssignalen entsprechenden nötigen
Verstellungen zum Herbeiführen der Soll-Einstellung
des Bildträgers (21) oder/und des Objektivträgers
(22) aufweist.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Signalauswertungsvorrichtung (54) ferner
elektrooptische und/oder akustische
Anzeigevorrichtungen zum Anzeigen der dem
Soll-Blendensignal entsprechenden relativen
Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23)
oder/und der dem Blendenänderungssignal
entsprechenden nötigen Verstellung der relativen
Öffnung der Arbeitsblende des Objektivs (23)
aufweist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und
Einstellvorrichtungen des Bildträgers (21) und des
Objektivträgers (22) mit an Signaleingänge des
Rechners (53) angeschlossenen Eingabevorrichtungen
(90-95) zum Erzeugen der Positionssignale
gekuppelt sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meß- und
Einstellvorrichtungen mindestens eines der
Objektiv- und Bildträger (22, 21) je mit einem
Antriebsmotor (101-106) gekuppelt sind und daß die
Signalauswertvorrichung (54) Steuerungsmittel
aufweist zum Steuern der Antriebsmotoren
(101-106), derart daß die Soll-Einstellung des
Bildträgers (21) oder/und des Objektivträgers (22)
automatisch herbeiführbar ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Einstellmittel für die Blende
des Objektivs (23) mit einem an einen
Signaleingang des Rechners (53) angeschlossenen
Signalgeber gekuppelt sind.
14. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Blende des Objektivs (23)
mittels eines Antriebsmotors (83) verstellbar ist
und daß eine Signalauswertungsvorrichtung (54) zum
Steuern des Antriebsmotors (83) vorgesehen ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß an Signaleingänge des
Rechners (53) zusätzliche Eingabevorrichtungen
(70) angeschlossen sind zum Erzeugen von
zusätzlichen Signalen für die Grenzen der
Verstellbarkeit eines jeden der Meß- und
Einstellvorrichtungen der Objektiv- und Bildträger
(22, 21) und ggf. für die Grenzen der mechanischen
und/oder optischen Verstellbarkeit eines
Fremdlicht abschirmenden Verbindungsorgans (24)
zwischen dem Objektiv- und dem Bildträger (22, 21)
und daß der Rechner (53) derart ausgebildet ist,
daß er die Soll-Positionssignale oder die
Positionsänderungssignale mit den zusätzlichen
Signalen für die Verstellbarkeitsgrenzen
vergleicht und jeweils ein Warnsignal an die
Signalauswertungsvorrichtung (54) liefert, wenn
die Soll-Einstellung zu einer Überschreitung der
Grenzen der Verstellbarkeit einer der
Verstellmechanismen oder des Verbindungsorgans
(24) führen würde, und daß die
Signalauswertungsvorrichtung (54) durch das
Warnsignal steuerbare Blockiereinrichtungen für
den betreffenden Verstellmechanismus und/oder
einen durch das Warnsignal steuerbaren
elektrooptischen und/oder akustischen Signalgeber
zur Warnanzeige aufweist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß an Signaleingängen des
Rechners (53) zusätzliche Eingabevorrichtungen
(71-73) angeschlossen sind zum Erzeugen von
zusätzlichen elektrischen Signalen für den
Bildwinkel des Objektivs (23), die Abmessungen des
Bildfensters der Kamera und die Lage des
Bildfensters in der Bildebene, und daß der Rechner
(53) derart ausgebildet ist, daß er die
Soll-Positionssignale oder die
Positionsänderungssignale mit den genannten
zusätzlichen Signalen vergleicht und jeweils ein
elektrisches Warnsignal an die
Signalauswertungsvorrichtung (54) liefert, wenn
die Soll-Einstellung zu einer Überschreitung des
durch den Bildwinkel des Objektivs und die
Abmessungen und die Lage des Bildfensters
gegebenen Bereichs führen würde, und daß die
Signalauswertungsvorrichtung (54) durch das
Warnsignal steuerbare Blockiereinrichtungen für
die betreffende Einstellvorrichtung und/oder einen
durch das Warnsignal steuerbaren elektrooptischen
und/oder akustischen Signalgeber zur Warnanzeige
aufweist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalauswertungsvorrichtung (54) durch die
Ausgangssignale steuerbare Anzeigevorrichtungen
aufweist zur visuellen oder/und akustischen
Information über die vorzunehmenden Handlungen für
das Herbeiführen der Soll-Einstellung des
Bildträgers (21) oder/und des Objektivträgers (22)
und/oder ggf. der Arbeitsblende des Objektivs
(23).
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rechner (53) derart
ausgebildet ist, daß nach dem Scharfeinstellen
eines ausgewählten Bildpunktes und nach dem
Erzeugen der Signale für die Raumkoordinaten
dieses Bildpunktes bei dem nachfolgenden
Scharfeinstellen eines weiteren ausgewählten
Bildpunktes der Rechner (53) die
Signalauswertungsvorrichtung (54) so steuert, daß
die Anzeigevorrichtung visuell oder/und
akustisch anzeigen, welche weiteren Verstellungen
mindestens eines der Objektiv- und Bildträger
(22, 21) nötig sind, damit die vorhergegangene
Scharfeinstellung erhalten bleibt.
19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rechner (53) derart
ausgebildet ist, daß er nach dem Herbeiführen der
Soll-Einstellung des Bildträgers (21) und/oder des
Objektivträgers (22) zyklisch überprüft, ob das
Gesetz nach Scheimpflug weiterhin erfüllt ist, und
daß bei auftretenden Veränderungen der Signale der Einstellung
eines der Objektiv- und Bildträger (22, 21) der
Rechner (53) die Signalauswertungsvorrichtung (54)
so steuert, daß die Anzeigevorrichtungen visuell
oder/und akustisch anzeigen, welche weiteren
Verstellungen nötig sind, damit das Gesetz nach
Scheimpflug erneut erfüllt wird.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53)
derart ausgebildet ist, daß nach dem
Scharfeinstellen eines ausgewählten Bildpunktes
und nach dem Erzeugen der Signale für die
Raumkoordinaten dieses Bildpunktes bei dem
nachfolgenden Scharfeinstellen eines weiteren
ausgewählen Bildpunktes der Rechner (53) die
Antriebsmotoren (101-106) der
Einstellvorrichtungen mindestens eines der
Objektiv- und Bildträger (22, 21) automatisch so
steuert, daß die vorhergegangene Scharfeinstellung
erhalten bleibt.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (53)
derart ausgebildet ist, daß er nach dem
Herbeiführen der Soll-Einstellung des Bildträgers
(21) und/oder des Objektivträgers (22) zyklisch
überprüft, ob das Gesetz nach Scheimpflug
weiterhin erfüllt ist, und daß bei auftretenden
Veränderungen der Einstellung eines der Objektiv-
und Bildträger (22, 21) der Rechner (53) mittels
der Signalauswertungsvorrichtung die
Antriebsmotoren (101-106) der
Einstellvorrichtungen automatisch so steuert, daß
das Gesetz nach Scheimpflug erneut erfüllt wird.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß an Signaleingängen des
Rechners (53) eine Eingabevorrichtung (59) zum
Erzeugen eines den gewünschten mittleren
Abbildungsmaßstab wiedergebenden Signals
angeschlossen ist und der Rechner (53) derart
ausgebildet ist, daß infolge des genannten Signals
der Rechner (53) mittels der
Signalauswertungsvorrichtung (54) die
Antriebsmotoren (101-106) der Verstellmechanismen
des Objektivträgers (22) und des Bildträgers (21)
automatisch so steuert, daß unter Einhaltung des
Gesetzes nach Scheimpflug der an der
Eingabevorrichtung (59) eingestellte mittlere
Abbildungsmaßstab erzielt wird.
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