DE3517671C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum bildpunkt­ weisen Erfassen der Oberflächengestalt eines entfern­ ten Objektes unter Verwendung mindestens eines, sich relativ zur Objektoberfläche fortbewegenden optomechanischen Abtasters, gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus Bildmessung und Luftbildwesen, 51 (1983), Heft 3, Seiten 103 bis 117, bekannt, wo es um die Aufnahme der Erdoberfläche von Flugzeugen oder Satelliten aus geht. Dort ist auf den Seiten 112 ff. ein optisch-mechanischer Abtaster beschrieben, der im wesentlichen aus einer Optik, einem in deren Bildebene angeordneten Strahlungsdetektor sowie einem objektseitig vor der Optik befindlichen drehbaren optischen Element, nämlich einem mit seiner Drehachse parallel zur Flugrichtung und mit seiner Spiegelfläche schräg dazu orientierten Schwenkspiegel besteht. Der Strahlungsdetektor ist auf der bildseitigen optischen Achse der Optik angeordnet, und seine Blickrichtung setzt sich objektseitig zunächst in dieser optischen Achse bis zur Spiegelfläche des Schwenkspiegels fort. Letzterer wird durch einen Motor in Rotation versetzt, so daß die Blickrichtung des Strahlungsdetektors in periodisch sich wiederholender Weise quer zur Flug­ richtung geschwenkt wird. Dies hat zur Folge, daß Flächenelemente der Erdoberfläche in aufeinanderfolgen­ den Abtastspuren auf dem Strahlungsdetektor nacheinander abgebildet werden, welcher so die entsprechenden Strahlungswerte messen kann. Mit einer derartigen Vor­ richtung ist es nicht möglich, die Oberflächengestalt eines entfernten Objektes, hier der Erdoberfläche, in ihrer dreidimensionalen Form zu erfassen.

Eine solche räumliche Erfassung ist jedoch mit Hilfe des als DPS-Verfahren (DPS = Digitales Photo­ grammetrie-System) bezeichneten Aufnahme- und Auswerteverfahrens möglich, welches in Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol. 50, No. 8, August 1984, Seiten 1135 bis 1142 beschrie­ ben ist. Es beruht auf der Abtastung eines Objektes mit einem Dreizeilen-Abtaster, bei dem in der Bildebene einer Kamera in einem gewissen Abstand voneinander quer zur Flugrichtung drei lineare Sensorzeilen angeordnet sind, die das Objekt aus unterschiedlichen Blickwinkeln zeilenweise abtasten und somit drei Bildstreifen unter­ schiedlicher Perspektive erzeugen. Bei der Auswertung werden in diesen drei Bildstreifen zunächst durch Korrelation homologe Bildpunkte, d. h. die drei einander entsprechenden Bildpunkte des jeweils selben Objekt­ punktes, deren Bildkoordinaten sowie die jeweils zu­ geordneten drei Aufnahmezeitpunkte ermittelt, worauf durch einen analytischen Auswerteprozeß die Ermittlung der Orientierungsparameter der Kamera längs des Flug­ weges sowie der räumlichen Objektkoordinaten der korre­ lierten Bildpunkte möglich wird.

Das DPS-System, insbesondere dessen Auswerteverfahren, zeichnet sich dadurch aus, daß die in der Bildebene der Kamera angeordneten drei Sensorzeilen mit dem Objektiv als Zentralpunkt und der jeweiligen Abtastspur im Gelände (Objekt) zum Taktzeitpunkt t der Zeilenab­ tastung, die gleichzeitig die Bildpunkte der drei gan­ zen Zeilen erfaßt, je eine ebene Zentralperspektive bilden. Diese ebene Zentralperspektive liegt dem Aus­ werteverfahren des DPS-Systems als Voraussetzung zu­ grunde. Es war daher bisher nicht anzunehmen, daß dieses Auswerteverfahren auch weiterhin anwendbar ist, sobald die Voraussetzung der ebenen Zentralperspektive nicht mehr erfüllt ist.

Die beim DPS-System verwendeten CCD-Sensoren sind üblicherweise im Spektralbereich von 0,4 µm bis 1 µm empfindlich. Die Herstellung derartiger Sensoren für andere Wellenlängen, etwa für den Infrarot-Bereich oder gar für Mikrowellen, stößt auf erhebliche tech­ nische Schwierigkeiten oder ist unmöglich. Wegen des begrenzten Spektralbereiches dieser CCD-Sensoren ist daher das DPS-Verfahren in seiner Anwendung praktisch auf den Wellenlängenbereich von 0,4 µm bis 1 µm begrenzt. Eine räumliche Erfassung der Objektoberfläche war daher bisher auch nur in diesem Wellenlängenbereich möglich. Für andere Spektralbereiche, vor allem den IR-Bereich, kamen die oben erwähnten optisch-mechanischen Abtaster zur Anwendung, mit denen jedoch eine räumliche Erfassung der Objektoberfläche nicht erreich­ bar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, die unter Anwendung optisch-mechanischer Abtaster eine genaue räumliche Erfassung der Oberflächengestalt ent­ fernter Objekte ermöglicht, so daß auch für CCD-Sensoren nicht zugängliche Wellenlängenbereiche für die dreidimensionale Erfassung erschlossen werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Mit einer derartigen Vorrichtung, bei der nunmehr unter Anwendung optisch-mechanischer Abtaster von der Objekt­ oberfläche drei Bildstreifen, entsprechend dreier Fol­ gen von Abtastspuren unterschiedlicher Perspektive, aufgenommen werden, wird es möglich, das vom DPS-System her bekannte Auswerteverfahren anzuwenden. Dies ist der Fall, obwohl die bei Dreizeilen-CCD-Kameras vorhandene ebene Zentralperspektive bei optisch-mechanischen Ab­ tastern nicht mehr vorhanden ist. Vielmehr werden hier die Bildpunkte einer Abtastspur nicht gleichzeitig, sondern zeitlich nacheinander erfaßt, da anstelle einer Sensorzeile nur ein Strahlungsdetektor vorhanden ist und die Flächenelemente einer Abtastspur aufgrund der mechanischen Drehbewegung des drehbaren optischen Ele­ mentes nacheinander auf dem Strahlungsdetektor abgebil­ det werden. Die auf der Objektoberfläche entstehende Abtastspur ist wegen der Vorwärtsbewegung des den Ab­ taster tragenden Fluggerätes auch dann keine Gerade mehr, wenn die Objektoberfläche völlig eben ist, viel­ mehr ergibt sich in diesem Falle als Abtastspur eine leicht s-förmig geschwungene Linie. Die Abtastspur, der Strahlungsdetektor sowie dessen Objektiv liegen also nicht mehr in einer Ebene, d. h. die dem DPS-Auswerte­ verfahren als Vorausetzung zugrundeliegende ebene Zentralperspektive geht bei Anwendung optisch-mechani­ scher Abtaster verloren.

Wesentlich dafür, daß dieses Auswerteverfahren bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung trotzdem anwendbar wird, ist die Forderung, daß die von den Winkel­ stellungsgebern gemessenen Drehwinkel der zugeordneten drehbaren optischen Elemente, beispielsweise einem Schwenkspiegel oder Drehprisma, die von den Strahlungs­ detektoren gemessenen Strahlungswerte sowie die dazu­ gehörigen Zeitpunkte in einem vorgebbaren zeitlichen Rhythmus synchron als für jeden Bildpunkt zusammen­ gehörige Wertegruppe registriert werden, und zwar für alle (mindestens) drei Folgen von Abtastspuren jeweils unterschiedlicher Perspektive. Überraschenderweise ist es prinzipiell belanglos, auf welchen Flächen die objektseitigen Blickrichtungen der Strahlungsdetektoren durch die drehbar optischen Elemente bewegt werden, wichtig ist allein, daß die räumliche Blickrichtung in Bezug auf das dem optisch-mechanischen Abtaster zuzu­ ordnende Kamera-Koordinatensystem zu jedem Zeitpunkt ermittelbar ist. Im weiteren Laufe der Auswertung ist es zweckmäßig, die momentane Blickrichtung, die zu­ nächst aus dem gemessenen Drehwinkel α folgt, in Bezug auf das Kamera-Koordinatensystem in fiktive Bildkoordinaten umzurechnen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Hinsichtlich der Anzahl der zu verwendenden Abtaster sowie der ihnen jeweils zugeordneten Objektive sowie Stahlungsdetektoren und drehbaren optischen Elemente sind im Rahmen der Erfindung mehrere Variationsmöglich­ keiten gegeben. Eine einfache Möglichkeit besteht bei­ spielsweise darin, einen Abtaster mit einem drehbaren optischen Element, beispielsweise einem Drehprisma mit parallel zur Richtung der Relativbewegung orientierter Drehachse, vorzusehen, wobei diesem einen drehbaren optischen Element drei Objektive mit je einem Strahlungsdetektor mit jeweils unterschiedlich gerichteter optischer Achse und damit unterschiedlicher Perspektive zugeordnet sind. Es ist auch möglich, drei oder mehr Abtaster jeweils unterschiedlicher Perspektive bzw. optischer Achse zu verwenden, wobei jeder einzelne Abtaster ein drehbares optisches Element, bei­ spielsweise ein Drehprisma, mit je einem zugeordneten Objektiv sowie Strahlungsdetektor aufweist. In allen beiden vorgenannten Fällen werden durch die jeweils drei optischen Systeme, jeweils aus Objektiv und Strah­ lungsdetektor bestehend, drei Folgen von Abtastspuren unterschiedlicher Perspektive gleichzeitig aufgenommen. Im Gegensatz dazu ist es auch möglich, mit nur einem derartigen optischen System und nur einem zugeordneten drehbaren optischen Element auszukommen, wobei jeweils immer nur eine Abtastspur aufgenommen wird und je drei direkt aufeinanderfolgende Abtastspuren jeweils eine unterschiedliche Perspektive aufweisen. Das drehbare optische Element führt demnach in periodischer Wieder­ holung Drehbewegungen aus, die infolge der besonderen Ausbildung des drehbaren optischen Elementes in perio­ discher zeitlicher Folge nacheinander drei verschiedene Perspektiven (Blickrichtungen, konvergente Abtast­ strahlrichtungen) erzeugen. Zu diesem Zwecke kann ein drehbares Spiegelprisma verwendet werden, dessen Dreh­ achse parallel zur Richtung der Relativbewegung orien­ tiert ist und das 3 oder 3n (n<1, ganz) äußere Spie­ gelflächen aufweist, wobei von je drei aufeinanderfol­ genden Spiegelflächen die Flächennormale der jeweils mittleren Spiegelfläche senkrecht zur Drehachse orien­ tiert ist und die Flächennormalen der beiden anderen Spiegelflächen in je entgegengesetztem Sinne bezüglich der Drehachse geneigt sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise:

Fig. 1a einen Abtaster gemäß der Erfindung mit einem Drehprisma sowie je drei Objektiven und Strahlungsdetektoren in Seitenansicht,

Fig. 1b den Abtaster gemäß Fig. 1a im Schnitt senkrecht zur Drehachse,

Fig. 1c die vom Abtaster der Fig. 1a, 1b erzeugten Abtastspuren im ebenen Gelände,

Fig. 2 ein Diagramm über die Zuordnung der die unter­ schiedlichen Perspektiven bzw. Blickrichtungen der Strahlungsdetektoren wiedergebenden Konver­ genzwinkel zu entsprechenden fiktiven Bild­ koordinaten,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4a einen weiteren Abtaster mit einem Spiegelprisma und einem Objektiv sowie Strahlungsdetektor, in Richtung der Drehachse gesehen,

Fig. 4b den Abtaster der Fig. 4a in Seitenansicht sowie

Fig. 4c die Abtastspuren des Abtasters der Fig. 4a, 4b im ebenen Gelände.

Gemäß der Erfindung müssen es die verwendeten Abtaster entweder durch ihre Anzahl oder durch ihre besondere Ausbildung ermöglichen, mindestens und vorzugsweise drei Folgen von Abtastspuren unterschiedlicher Perspek­ tive aufzunehmen. Hierzu sind beim Abtaster gemäß Fig. 1a ein im Querschnitt quadratisches, vierteiliges Drehprisma 2 sowie drei diesem zugeordnete optische Systeme, jeweils aus einem Objektiv O_A, O_B, O_C und einem Strahlungsdetektor A, B, C bestehend, vorge­ sehen. Die Blickrichtung der drei Strahlungsdetektoren A, B, C sind zunächst durch die optischen Achsen der zugeordneten Objektive O_A, O_B, O_C, auf denen die Strahlungsdetektoren jeweils in der Bildebene liegen, gegeben. Diese Blickrichtungen sind in der Fig. 1a sowie im folgenden durch die sogenannten Konvergenzrichtungen γ_A, γ_B sowie γ_C bezeichnet. Diese sind be­ zogen auf das Kamera-Koordinatensystem.

Das Drehprisma 2 ist mit seiner Drehachse 1 in Richtung der Relativbewegung zwischen Abtaster und Objektober­ fläche, also praktisch in Flugrichtung des den Abtaster tragenden Fluggerätes, orientiert. Das Drehprisma 2 wird durch einen angeschlossenen Motor 3 in gleich­ mäßige Rotation versetzt, wobei der jeweilige Dreh­ winkel α der Motorwelle bzw. des Drehprismas 2 durch einen nachgeschalteten Winkelstellungsgeber 4 gemessen wird.

Aus Fig. 1b, welche den Abtaster der Fig. 1a als Schnitt durch das mittlere optische System, bestehend aus Strahlungsdetektor B sowie Objektiv O_B, zeigt, wird deutlich, wie die Blickrichtung des Strahlungsdetektors B objektseitig durch das rotierende Drehprisma 2 quer zur Richtung der Drehachse 1 geschwenkt wird. Das vier teilige Drehprisma 2 bewirkt pro Umdrehung eine vier­ malige Ablenkung der Blickrichtung des Strahlungsdetek­ tors B (ebenso der beiden anderen Strahlungsdetektoren A, C), wobei vier hintereinanderliegende Abtastspuren durchlaufen werden. Die Ablenkung β der Blickrichtung der Strahlungsdetektoren ist dabei infolge der Spiegel­ wirkung im Drehprisma jeweils doppelt so groß wie der zugeordnete Drehwinkel α des Drehprismas 2. Die ob­ jektseitige Blickrichtung γ′_B des Strahlungsdetek­ tors B wird also pro Abtastspur zwischen den Anfangs- und Endwerten γ′_Ba sowie γ′_Be geschwenkt. Die Funktion und Wirkungsweise eines vierteiligen Drehpris­ mas ist z. B. in der DE-OS 21 21 918 beschrieben.

Infolge der Vorwärtsbewegung des den Abtaster tragenden Fluggerätes entsteht als Abtastspur B_s des Strah­ lungsdetektors B auf der (hier der Einfachheit halber als eben angenommen) Objektoberfläche keine Gerade, sondern eine leicht etwa s-förmig geschwungene Linie. Die auf dieser Linie liegenden Flächenelemente B′(t) werden zeitlich nacheinander auf dem Strahlungsdetektor B abgebildet, so daß die entsprechenden Strahlungswerte registriert werden können. Die Abtastspuren der bezüglich der Flugrichtung (siehe Pfeil) vorausschauenden bzw. zurückblickenden Strahlungsdetektoren A bzw. C sind ebenfalls in Fig. 1c dargestellt (A_s bzw. C_s). Die diesen Strahlungsdetektoren A, C zugeordneten ob­ jektseitigen Blickrichtungen werden durch die Drehung des Drehprismas 2 auf Kegelmäntel geschwenkt, wobei sich auf der (ebenen) Objektoberfläche annähernd hyper­ bolische Abtastspuren A_s bzw. C_s ergeben (die gestrichelt gezeichneten Kurven sollen streng hyper­ bolischen Verlauf haben).

Jeder Winkelstellung α des Drehprismas 2 bzw. jedem Zeitpunkt t sind drei eindeutige, räumliche Richtungen γ′_A, γ′_B sowie γ′_C zugeordnet, die den im objektseitigen Strahlengang hinter dem Drehprisma 2 jeweils vorliegenden momentanen Blickrichtungen der drei Strahlungsdetektoren A, B, C entsprechen. Diese räumlichen Richtungen können jeweils durch zwei Winkel­ komponenten ϕ′_A und ω′_A, ϕ′_B und ω′_B sowie ϕ′_C und ω′_C (beisp. als Drehungen um die x- und y-Achse der Fig. 2) in Bezug auf ein kamerafestes Koordinaten­ system ausgedrückt werden. Die drei Richtungen γ′_A, γ′_B, γ′_C bzw. ihre Winkelkomponenten können als Funktionen F und G der konstanten Konvergenzwinkel γ′_A, γ′_B, γ′_C der Objektive O_A, O_B, O_C sowie des mit der Rotation des Drehprismas 2 zeitlich veränderlichen Dreh­ winkels α angesehen werden. Diese Funktionen können zweckmäßig empirisch durch Kalibrierungsmessungen, z. B. mit einem Drehtisch oder Theodoliten, direkt gemessen oder auch theoretisch abgeleitet werden:

ϕ′_A = F_A (α, γ_A)
ω′_A = G_A (α, γ_A)

d′_B = F_B (α, γ_B)
ω′_B = G_B (α, γ_B)

ϕ′_C = F_C (α, γ_C)
ω′_C = G_C (α, γ_C) (1)

Mit Hilfe einer fiktiven Kammerkonstante c_k können aus diesen Winkelkomponentenpaaren der zeitlich ver­ änderlichen Blickrichtungen der drei Strahlungsdetek­ toren A, B, C zugeordnete fiktive Bildkoordinaten in einem allen drei Objektiven gemeinsamen Bildkoordinaten­ system berechnet werden. Die Kammerkonstante c_k ist in der Photogrammetrie üblicherweise eine rein rechnerische, beliebige wählbare Brennweite eines Objek­ tives, die nicht identisch mit der optisch-physikalischen Brennweite zu sein braucht (siehe z. B. Schwi­ detsky, Ackermann, "Photogrammetrie, Grundlagen, Ver­ fahren, Anwendungen", Stuttgart 1976, Seite 54).

Im Falle der drei Objektive O_A, O_B, O_C der Fig. 1a werden gemäß Fig. 2 die drei den objektseitigen momenta­ nen Blickrichtungen γ′_A, γ′_B, γ′_C ent­ sprechenden Strahlen durch ein gemeinsames, fiktives Projektionszentrum O_F gelegt. Dann werden in einer im Abstand der beliebig wählbaren Kammerkonstanten c_k angeordneten fiktiven Bildebene E die Bildkoordinaten­ paare x_A, y_A sowie x_B, y_B und x_C, y_C als Durchstoßpunkte dieser fiktiven Strahlen durch die Bildebene gewonnen. Das Kamera-Koordinatensystem kann dabei in Bezug auf die realen Bauteile des Abtasters so gelegt werden, daß das fiktive Projektionszentrum O_F mit dem Schnittpunkt der objektseitigen Verlängerungen der beiden optischen Achsen der Objektive O_A sowie O_C zusammenfällt und die fiktive Bildebene im belie­ bigen Abstand c_k über diesem fiktiven Projektions­ zentrum O_F und normal zur optischen Achse des mitt­ leren Objektives O_B orientiert ist. Die Bildpunkte x_A, y_A usw. liegen im unteren der beiden Diagramme der Fig. 2 nicht auf einer Geraden parallel zur x-Achse, da hier zu verschiedenen Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ und mit je unterschiedlicher Perspektive aufgenommene Bildpunkte desselben Objektpunktes dargestellt sind, und zwar bei unterschiedlichen Kameraneigungen (Orientierungs­ parametern).

Die erwähnten Bildkoordinatenpaare x, y können all­ gemein als Funktionen F_x und F_y der Winkelkomponen­ ten ϕ′ und ω′ sowie der Kammerkonstanten c_k aus­ gedrückt werden:

x = F_x(c_k, ϕ′, ω′) = F′_x(c_k, α, γ)
y = F_y(c_k, ϕ′, ω′) = F′_y(c_k, α, γ) (2)

Die Bildkoordinatenpaare x, y sind somit Funktionen der gewählten fiktiven Kammerkonstanten c_k, des Schwenk­ winkels α und der festen Konvergenzwinkel γ der den Objektiven O_A, O_B, O_C zugeordneten bildseitigen optischen Achsen, wobei neben den festen Größen c_k sowie γ der Drehwinkel α(t) die einzige veränderliche Größe bildet.

Gemäß der Erfindung müssen nun in einem vorgebbaren zeitlichen Rhythmus die zu den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t gehörigen, von den Strahlungsdetektoren A, B, C gemessenen Strahlungswerte s zusammen mit den entsprechenden Drehwinkeln α sowie ggfs. den den Zeitpunkten t entsprechenden Bildpunkt-Nummern N lau­ fend ermittelt und registriert werden. Gemäß (2) lassen sich daraus die Bildkoordinatenpaare x, y berechnen. Diese werden bei der weiteren Auswertung gemäß dem Ver­ fahren des DPS-Systems benötigt.

In Fig. 3 ist das Blockschaltbild einer Vorrichtung ge­ mäß der Erfindung, die Verarbeitung der Meßgrößen, näm­ lich der Strahlungswerte s sowie Drehwinkel α, be­ treffend, dargestellt. Drei Strahlungsdetektoren 11, 21, 31, welche den Strahlungsdetektoren A, B, C der Fig. 1a entsprechen, und welche die einfallende elektro­ magnetische Strahlungsintensität in elektrische Span­ nungen entsprechender Amplitude umwandeln, geben ihre elektrischen Ausgangssignale über nachgeschaltete Ver­ stärker 12, 22, 32 an Haltestufen (Sample and Hold) 13, 23, 33 ab. Diese werden von einem Takt- und Zeitgeber 5 her über Verbindungsleitungen 16, 26, 36 mit Synchroni­ sationsimpulsen vorwählbaren Abstandes angesteuert. Diese Synchronisationsimpulse bestimmen die Zeit­ punkte t, zu welchen die gemessenen Strahlungswerte s sowie Drehwinkel α zu registrieren sind. Die Aus­ gangssignale der Haltestufen 13, 23, 33 werden Analog- Digital-Wandlern 14, 24, 34 zugeführt, dort digitalisiert und in nachgeschalteten Strahlungswertregistern 15, 25, 35 gespeichert.

Synchron hierzu werden die Drehwinkel α des oder der drehbaren optischen Elemente, beispielsweise Dreh­ prismen, von einem Winkelstellungsgeber 4 gemessen und ggfs. in einer Winkelanzeige 9 elektronisch dar­ gestellt. Der Takt- und Zeitgeber 5 öffnet mit den periodischen Synchronisationsimpulsen UND-Gatter 8, an deren anderen Eingängen die dem momentanen Dreh­ winkel α entsprechenden Signale anliegen (in Fig. 3 symbolisiert das eine UND-Gatter die UND-Gatter sämt­ licher paralleler Leitungen, oder das Signal wird über ein UND-Gatter seriell übertragen). Diese Werte für die Drehwinkel α werden dann im Rhythmus der Synchron­ impulse des Zeitgebers 5 in ein dem UND-Glied 8 nach­ geschaltetes Winkelstellungsregister 6 eingelesen.

Der Takt- und Zeitgeber 5 addiert intern in einem Zeit­ zähler und ggfs. in einem Blickpunkt-Nummern-Zähler die Taktimpulse fortlaufend auf. Zum Synchronisationszeit­ punkt t werden die Augenblickswerte des Zeit- und Bild­ punkt-Nummern-Zählers über eine Leitung 20 in das Zeit­ punkt- und Punkt-Nummern-Register 7 übertragen.

Als Massenspeichereinrichtung 10 ist beispielsweise ein Magnetbandrecorder vorgesehen. Dieser übernimmt über Datenleitungen (seriell oder parallel) 39, 40, 18, 28, 38 die in den Registern gespeicherten, einander zuge­ ordneten und synchronen Daten: Den Drehwinkel α, den Zeitpunkt t, ggfs. die Bildpunkt-Nummer N und die drei Strahlungswerte s. Der jeweilige Zeitpunkt dieser Über­ nahme wird vom Zeitgeber 5 über eine Steuerleitung 30 sowie Verbindungsleitungen 29, 19, 17, 27, 37, welche entsprechende Impulse an die Register übertragen, gesteuert.

Bei der anschließenden Auswertung lassen sich dann gemäß (2) aus dem registrierten Drehwinkel α jeweils die fiktiven Bildkoordinaten x, y zu den zugeordneten Strahlungswerten s des Zeitpunktes t bzw. der Bild­ punkt-Nummer N berechnen. Diese Koordinatenpaare x, y der drei Kanäle (Strahlungsdetektoren 11, 21, 31 bzw. A, B, C) und der zugeordnete Aufnahme-Zeitpunkt t bilden die Grundlage für die weitere Auswertung.

Fig. 4a zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ab­ tasters gemäß der Erfindung, welche als einziges dreh­ bares optisches Element ein Spiegelprisma 41 enthält, dem wiederum ein einziges optisches System, bestehend aus einem Objektiv 42 sowie einem Strahlungsdetektor 43, zugeordnet ist. Die Drehachse 44 des Spiegelprismas 41 ist in Flugrichtung orientiert. Im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel besitzt das Spiegelprisma 41 insgesamt sechs ebene äußere Spiegelflächen 45 bis 50. Je drei aufeinanderfolgende Spiegelflächen 45, 46, 47 sowie 48, 49, 50 bilden zwei jeweils zusammengehörige Dreier­ gruppen. Die Flächennormale der jeweils mittleren Spie­ gelflächen 46 sowie 49 sind senkrecht zur Drehachse 44 orientiert, die Flächennormalen der übrigen vier Spie­ gelflächen sind gegenüber dieser Drehachse geneigt, und zwar jene der Spiegelflächen 45 sowie 48 bezüglich der Zeichenebene nach hinten und jene der Spiegelflächen 47 und 50 gegenüber der Zeichenfläche nach vorn. Hieraus ergeben sich pro Dreiergruppe bei rotierendem Spiegel­ prisma 41 insgesamt drei verschiedene Perspektiven, welche hier allerdings zeitlich aufeinanderfolgen. Es werden also nicht gleichzeitig mehrere Abtastspuren durchlaufen, sondern immer nur eine einer bestimmten Perspektiv-Richtung, worauf bei Eintritt der nächstfolgenden Spiegelfläche in den Strahlengang je­ weils die nächste Abtastspur mit geänderter Perspektiv- Richtung in zyklischer Weise folgt. Wenn das Spiegel­ prisma 41 mit ausreichender Drehgeschwindigkeit rotiert, kann erreicht werden, daß sich die Abtast­ spuren der einer bestimmten Perspektive zugeordneten Folge auf der Objektoberfläche lückenlos berühren bzw. in geringem Maße seitlich überlappen, so daß die Gelän­ deoberfläche aus allen drei Perspektiv-Richtungen je­ weils in lückenloser Folge abgetastet und damit drei sich überdeckende Bildstreifen unterschiedlicher Per­ spektive entstehen. Es können auch Spiegelprismen ver­ wendet werden, die mehr als zwei Dreiergruppen von ebenen äußeren Spiegelflächen aufweisen (n Dreier­ gruppen, n<2, ganz).

In Fig. 4b ist eine Seitenansicht des in Fig. 4a gezeig­ ten Abtasters dargestellt, und zwar senkrecht zur Dreh­ achse 44 von der Seite des Objektivs 42 her gesehen. Das in Fig. 4b gestrichelt angedeutete Objektiv 42 ist vor der Zeichenebene liegend zu denken. Das Spielgel­ prisma 41 wird auch hier von einem Motor 3 in Rotation versetzt, und der jeweilige Drehwinkel α wird von einem Winkelstellungsgeber 4 gemessen. Es sind wieder deutlich die drei Perspektiven, nämlich die in Flug­ richtung vorausschauende γ′_A, die nach unten blickende γ′_B sowie die zurückbleibende γ′_C zu unterscheiden. Die entsprechenden Blickrichtungen des Strahlungsdetektors 43 werden dann noch, wie in Fig. 4a für den Fall der nach unten blickenden Perspektive γ′_B dargestellt, durch Rotation des Spiegelprismas 41 quer zur Flugrichtung geschwenkt. In Bezug auf den sich in Flugrichtung bewegenden Abtaster wird die der Perspektive γ′_B entsprechende Blickrichtung in einer normal zur Flugrichtung stehenden Ebene ge­ schwenkt, die beiden anderen Blickrichtungen γ′_A sowie γ′_C auf Kegelmänteln. Die entsprechenden Ab­ tastspuren sind in Fig. 4c dargestellt, und zwar analog zur Fig. 1c für den einfachen Fall einer ebenen Gelände­ oberfläche. Bemerkenswert ist hier noch, daß die drei Abtastspuren A_s, B_s und C_s nicht gleichzeitig, sondern nacheinander durchlaufen werden, so daß die drei in der Fig. 4c gekennzeichneten momentanen Blick­ richtungen A′(t_A), B′(t_B) und C′(t_C) zu verschie­ denen Zeitpunkten t_A, t_B und t_C vorliegen.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 3 erfährt in Anwendung auf den Abtaster der Fig. 4a, 4b eine Vereinfachung derart, daß nur noch ein Strahlungsdetektor 43 sowie je ein nachgeschalteter Verstärker, Haltestufe, Analog- Digital-Wandler und Strahlungswertregister benötigt werden. Der Schwenkwinkel α des Spiegelprismas 41, gemessen durch den Winkelstellungsgeber 4, zeigt ein­ deutig an, welche der Spiegelflächen 45 bis 50 sich gerade vor dem Objektiv 42 befindet, und welche der drei Perspektiven demnach gerade vorliegt. Für die Kalibrierung der Kamera, die Ermittlung der Bildkoordi­ naten und die anschließende Auswertung gilt analog das bereits oben Ausgeführte.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum bildpunktweisen Erfassen der Oberflächengestalt eines entfernten Objektes, unter Verwendung mindestens eines, sich rela­ tiv zur Objektoberfläche fortbewegenden, opto-mechanischen Abtasters, welcher mindestens ein Objektiv mit in dessen Bildebene angeordnetem Strahlungsdetektor sowie mindestens ein objektseitig vor dem oder den Objektiven angeordnetes, die Blickrichtung des Strahlungsdetektors quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen Abtaster und Objekt in perio­ discher Weise schwenkendes, drehbares optisches Element aufweist, wo­ durch die Flächenelemente der Objektoberfläche in Form einer Vielzahl aufeinanderfolgender, aus der periodischen Schwenkbewegung sich ergebender Abtastspuren zeitlich nacheinander auf dem Detektor abgebildet wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des oder der Abtaster min­ destens drei Folgen von Abtastspuren (As, Bs, Cs) jeweils unterschiedlicher Perspektive erzeugbar sind, nämlich eine Folge von mittleren Ab­ tastspuren (Bs) sowie mindestens je eine Folge vorderer (As) und hinte­ rer Abtastspuren (Cs) mit gegenüber der Folge mittlerer Abtastspuren (Bs) bezüglich der Richtung der Relativbewegung vorausschauender bzw. zurückblickender Perspektive, und daß je ein Winkelstellungsgeber (4) für jedes der drehbaren optischen Elemente (2, 41) zur Messung von deren kontinuierlich veränderlichen Drehwinkeln (α) sowie eine Einrichtung zur synchronen, in vorgebbaren Zeitintervallen erfolgenden Registrierung der von den Winkelstellungsgebern (4) gelieferten momentanen Drehwin­ kel α sowie der von den Strahlungsdetektoren (A, B, C, 11, 21, 31, 43) gemessenen Strahlungswerte s der Flächenelemente der Objektoberflä­ che und des jeweils dazugehörigen Zeitpunktes t vorhanden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur syn­ chronen Registrierung für jeden der Strahlungsdetektoren (11, 21, 31) je eine nachgeschaltete Haltestufe (13, 23, 33), einen Analog-Digital-Wandler (14, 24, 34) und ein Strahlungswertregister (15, 25, 35) sowie für jeden Winkelstellungsgeber (4) einen Winkelstellungs­ zähler (9) und ein Winkelstellungsregister (6) enthält, welches eingangsseitig über ein UND-Glied (8) mit dem Winkelstellungszähler (9) verbunden ist, wobei das UND-Glied (8) im Rhythmus der vorgebbaren Zeitinter­ valle durchschalt- und sperrbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur synchronen Registrierung einen Takt- und Zeitgeber (5), von diesem aus Synchronisationsimpulse zu den Halte­ stufen (13, 23, 33) und den UND-Gliedern (8) übertra­ gende Verbindungsleitungen (16, 26, 36) sowie eine weitere, die den Synchronisationsimpulsen jeweils ent­ sprechenden Zeitpunkte t in ein Zeitpunktregister (7) übertragende Leitung (20) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Takt- und Zeitgeber (5) einerseits und den Winkelstellungs­ registern (6), dem Zeitpunktregister (7) und den Strahlungswertregistern (15, 25, 35) andererseits weitere Verbindungsleitungen (29, 19, 17, 27, 37) vor­ handen sind, über welche Impulse zur Auslösung der Übernahme der in den Registern (6, 7, 15, 25, 35) ge­ speicherten Daten in ein Speichergerät (10) geleitet werden, welches mit den Ausgängen der Register (6, 7, 15, 25, 35) über Datenleitungen (39, 40, 18, 28, 38) sowie mit dem Takt- und Zeitgeber (5) über eine Steuer­ leitung (30) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Abtaster mit einem drehbaren optischen Element (2) und drei diesem zugeordneten Objektiven (O_A, O_B, O_C) sowie Strahlungsdetektoren (A, B, C) mit jeweils unterschiedlicher Perspektive.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare optische Element (2) ein zwei- oder vierteiliges Drehprisma mit parallel zur Richtung der Relativbewegung orientierter Drehachse (1) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens drei Abtaster jeweils unterschiedlicher Perspektive, die jeweils ein drehbares optisches Element mit je einem zugeordneten Objektiv sowie Strahlungsdetektor auf­ weisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Abtaster, der ein drehbares optisches Element (41) mit einem zugeordneten Objektiv (42) sowie Strahlungsdetektor (43) auf­ weist, wobei das drehbare optische Element (41) in periodischer Wiederholung nacheinander Schwenkbewegun­ gen unterschiedlicher Perspektive ausführt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare optische Element (41) ein Spiegelprisma ist, dessen Drehachse (44) parallel zur Richtung der Relativbewegung orien­ tiert ist, und das 3 oder 3n (n<1, ganz) äußere Spiegelflächen (45, . . . , 50) aufweist, wobei von je drei aufeinanderfolgenden Spiegelflächen (45, 46, 47; 48, 49, 50) die Flächennormale der jeweils mittleren Spie­ gelfläche (46; 49) senkrecht zur Drehachse (44) orien­ tiert ist und die Flächennormalen der beiden anderen Spiegelflächen (45, 47; 48, 50) in je entgegengesetztem Sinne bezüglich der Drehachse geneigt sind.