DD286864A5

DD286864A5 - Vorrichtung zur bestimmung 3-dimensionaler koordinaten aus einem stereobildpaar

Info

Publication number: DD286864A5
Application number: DD89331393A
Authority: DD
Inventors: Herbert Starosczik; Werner Tiedeken; Bernhard Beck
Original assignee: �@�@��@��k��
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1991-02-07
Also published as: DE4016796A1; DE4016796B4; CH681176A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten aus einem Stereobildpaar. Dabei sind die zwei Bildtraeger mittels einer Schiene so miteinander verbunden, dasz sie nur parallel zu der Schiene gegeneinander verschoben werden koennen, auszerdem sind die Bildtraeger gemeinsam auf einer Unterlage frei verschiebbar. Weiterhin ist eine Stereobetrachtungsoptik fuer die auf den Bildwagen angebrachten Bilder vorgesehen. Jeder Bildwagen weist eine Koordinatenmeszeinrichtung auf, die die Position in einem festen Tischkoordinationsystem bestimmt. Aus diesen Tischkoordinaten lassen sich in einem angeschlossenen Rechner die Bild- und daraus die Gelaendekoordinaten berechnen. Fig. 1{Photogrammetrie; Auswertegeraet; Digitalisierung; Freihandfuehrung; Rechner; Koordinatenmessung}

Description

X₁' = (Xbi - x_ml) -coses + (y_bl - y_mi) · sin as - x«

y.' = -(Xbi - Xmi) · sinae + (y_bi - y_mi) · cos» - γ«(ί = I, r)

bestimmt werden, wobei x_b„ y_bj die Koordinaten der Durchstoßpunkte der optischen Achsen der Betrachtungsoptik durch die Unterlage, x_mi, y_mi die gemessenen Koordinaten, x„, yn die Koordinaten der Meßeinrichtungen im Bildkoordinatensystem sind und aa die Kantung der Schiene ist, die nach der Formel

ae =

b jrechnet wird, und daß aus diesen Bildkoordinaten in bekannter Weise die räumlichen Koordinaten des eingestellten Punktes berechnet werden.

4. Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Koordinatenmeßeinrichtungen die Koordinaten in einem gemeinsamen Koordinatensystem bestimmen.

5. Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Koordinatenmeßeinrichtungen die Koordinaten in je einem lokalen Koordinatensystem bestimmen, die über eine Vororientierung miteinander verknüpft werden.

6. Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Koordinatenmeßeinrichtungen an sich bekannte Zeichnungsdigitalisiereinrichtungen eingesetzt werden.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar auf dem Gebiet der Photogrammetrie, speziell zur analytischen Bestimmung dreidimensionaler Geländekoordinaten aus Stereobildpaaren.

Charakteristik des Standes der Technik

Herkömmliche Stereokomparatoren (z. B. DICOMETERI, enthalten zwei Bildwagen für die beiden Stereobilder, welche auf Kreuzschlitten gelagert sind. An diesen Bildwagen sind Meßeinrichtungen angebracht, z. B. Spindeln mit rotatorischen Gebern oder inkrementelle Auflicht· oder Durchlichtmeßsysteme, mit deren Hilfe die Bildkoordinaten der aufgelegten Bilder mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Bei bekannter Orientierung der Bilder lassen sich daraus in einem angeschlossenen Rechner die Geländekoordinaten (z. B. im Landeskoordinatensystem) berechnen.

In einer zweiten Ausführungsart kann auch die Betrachtungsoptik beweglich und an ihr Meßmittel zur Koordinatenbestimmung angebracht sein.

Diese Kreuzschlitten werden im allgemeinen mit Handrädern und Fußscheiber über Spindeln bewegt, so daß zum Meßprozeß Hände und Füße ständig definiert bewegt werden müssen. Das ist recht anstrengend. Deshalb geht die Tendenz zum Einsatz von Freihandführungen, d.h., beide Bildwagon werden mit den Händen frei bewegt. Dabei zeigt sich jedoch, daß bei Kreuzschlittensystemen wegen der unterschiedlichen Massen der x- und y-Wagen unterschiedliche Kräfte zur Bewegung in

beiden Richtungen aufgebracht werden müssen, was sich negativ auf die Bedienbarkeit und damit auch auf die Einstellgenauigkeit auswirkt.

Das US-Patent 4697346 schlägt deshalb eine Lösung mit einem Bildträger, auf dem beide Stereobilder angebracht werden, vor. An diesem Bildträger sind 3 lineare Meßsysteme (2 y-, 1 x-Richtung) angebracht, und er ist quasi frei beweglich. Mit diesen Meßsy^temen wird die Lage eines Punktes im linken Luftbild und die gemeinsame Kantung gemessen. Die Lage des homologen Punktes im rechten Luftbild wird durch eine relativ zum linken Objektiv verschiebbare Optik bestimmt. Durch Messung dieser Verschiebung in Verbindung mit der gemessenen Kantung lassen'sich die Bildkoordinaten in beiden Bildern bestimmen und damit in üblicher Art in einem Rechner die Geländekoordinaten

Nachteile dieser Lösung sind:

- Messung in zwei Ebenen, damit Fehler 1. Ordnung durch Verstoß gegen das Abbesche Komparatorprinzip

- Durch die Bindung an die linearen Meßsysteme ist die volle freie Beweglichkeit nicht gegeben.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, den Aufbau und die Bedienbarkeit von photogrammetrischen Auswortegeräten zu vereinfachen.

Darlegung de· Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Einrichtung zur Messung von Bildkoordinaten in Verbindung mit frei verschiebbaren Bildträgern anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten aus einem Stereobildpaar, bestehend aus einyr im wesentlichen feststehenden Betrachtungsoptik für das linke und rechte Bild, zwoi Bildwagen und einer Unterlage sowie einem Rechner, dadurch gelöst, daß die beiden Bildwagen mittels einer Schiene miteinander verbunden sind, daß der eine der Bildwagen entlang der Schiene relativ zu dem anderen Bildwagen verschoben werden kann, daß beide Bildwagen gemeinsam frei auf der Unterlage verschiebbar sind und daß jeder Bildwagon mit einer Koordinatenmeßeinrichtung fest verbunden ist, welche die Lagekoordinaten in einem im wesentlichen festen Koordinatensystem bestimmen und daß diese Koordinatenmeßeinrichtungen in an sich bekannter Art und Weise mit dem Rechner verbunden sind.

Vorteilhafterweise kann die Unterlage als Leuchtfläche ausgebildet sein.

Dabei werden die Bildkoordinaton X₁', y, im linken und x,', y,' im rechten Bild nach den Formeln

X₁' = (x_bi - x_mi) · cos» + (y_bi - y_mi) · sin83 - x«

Vi = -(Xw - Xmi) · sinae + (y_bi - y_m;) coses - y* (i = I. r)

bestimmt, wobei x_bl, y_bi die Koordinaten der Durchstoßpunkte dor optischen Achsen der Betrachtungsoptik durch die Unterlage, Xm;> Ymi die gemessenen Koordinaten, x_w', y_w' die Koordinaten der Meßeinrichtungen im Bildkoordinatensystem sind und ae die Kantung der Schiene ist, die nach der Formel

Xfiw XmJ

berechnet wird. Aus diesen Bildkoordinaten werden in bekannter Weise die räumlichen Koordinaten des »ingestellten Punktes berechnet werden.

Es ist im Prinzip gleichgültig, ob die Koordinatenmeßeinrichtungen die Koordinaten in einem gemeinsamen Koordinatensystem oder in je einem lokalen Koordinatensystem bestimmen, welche über eine Vororientierung miteinander verknüpft werden.

Die Koordinatenmessung kann über geeignete bekannte Vorfahren durchgeführt werden, z. B. können als Koordinatenmeßeinrichtungen an sich bekannte Zeichnungsdigitalisiereinrichtungen eingesetzt werden.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin begründet, daß die Bildträger vollkommen frei auf der Unterlage verschiebbar sind und in beliebiger Lago eine genaue Koordinatenmessung möglich ist. Um einen bestimmten Punkt in den beiden Bildern einzustellen, wird zuerst die y-Parallaxe durch Kanten der Schiene und damit der beiden Bildträger weggestellt, anschließend wird durch Verschieben der Bildträger gegeneinander auch die x-Parallaxe eliminiert.

Dabei kann die Verschiebung der Bildwagen gegeneinander zur Erhöhung der Feinfühligkoit auch mittels einer Spindel o.a.

realisiert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Figur 1 zeigt schematisch zwei Bildträger 1, 2, welche über eine Schiene 3 so miteinander verbunden sind, daß sie gegenseitig nur in einer Richtung (parallel zur Schiene 3) verschoben werden können. Dazu ist die Schiene 3 an dem einen Bildträger 1 fest angebracht, während der zweite Bildträger 2 mittels Führungen 4, 5 entlang der Schiene 3 beweglich ist. Beide Bildträger 1, 2 können gemeinsam frei auf einer Unterlage 6 bewegt werden. Dazu sind an der Unterseite der Bildträger 1,2 Kugeln oder Gleitelemente angebracht (hier nicht dargestellt). Auf den Bildträgern können photographische Bilder, z. B. Luftbilder, befestigt werden. An beiden Bildträgern 1,2 ist je eine Koordinatenmeßeinrichtung 7,8 angebracht. Weiterhin ist eine stereoskopische Betraclitungseinheit vorhanden, von der in der Figur 1 nur die Durchstoßpunkte 9, 10 der optischen Achsen durch die Unterlage 6 bzw. die Bildträger 1, 2 angedeutet sind. Die Koo'f'inatenmoßeinriclitungen 7, 8 können an beliebiger Stelle der Bildträger 1, 2 befestigt sein, ihre Koordinaten x„', /„' im lokalen Koordinatensystem der Bildträger sind konstant und

müssen bekannt sein (in Figur 1 und 2 ist χ»' = O zur Vereinfachung). Weiterhin sind bekannt die Koordinaten x_b;, y_bl (i = I, r für links, rechts) der Durchstoßpunkte 9,10 der optischen Achsen der Betrachtungsoptik im festen Koordinatensystem der z.B. als Tisch ausgeführten Unterlage 6. Mit den in diesem Koordinatensystem gemessenen aktuellen Koordinaten x_mi, y_mi berechnen sich die Bildkoordinaten x_w, y« der homologen Punkte in den beiden Bildern nach den Formeln

x,' = (χ« - «mi) · cosaa + (y„, - y_m,) · sinaa - x_w'

yi = -(Xw - Xmi) · sinaa + (y_b, - y_m,) coses - y^ (ί = I, r)

5)

Xmr XmI

die Kantung der Schiene 3 bzgl. des Tischke jrdinatensystems ist.

Diese Berechnungen werden in einem angeschlossenen Rechner ausgeführt, der dann aus diesen Bildkoordinaten nach den in

der Photogrammetric üblichen Formeln, z. B. Landeskoordinaten, berechnet.

In Figur 2 sind die geometrischen Verhältnisse und Größen für einen Bildträger noch einmal deutlicher dargestellt. Din Erfindung erschöpft sich nicht in dem dargestellten Ausführungsbeisp'dl. So kann die Verschiebung der Bildträger

gegeneinander auch durch eine zwischen den Bildträgern wirkende Spindel mit einem kleinen Rad zur Betätigung realisiert

werden. Als Koordinatenmeßeinrichtungen sind z.B. große Digitalisiertabletts, wie sie zur Koordinateneingabe an graphischen

Computersystemen üblich sind, anwendbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten aus einem Stereobildpaar, bestehend aus einer im wesentlichen feststehenden Betrachtungsoptik für das linke und rechte Bild, zwei Bildwagen und einer Unterlage sowie einem Rechner, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Bildwagen mittels einer Schiene miteinander verbunden sind, daß der eine der Bildwagen entlang der Schiene relativ zu dem anderen Bildwagen verschoben werden kann, daß beide Bildwagen gemeinsam frei auf der Unterlage verschiebbar sind und daß jeder Bildwagen mit einer Koordinatenmeßeinrichtung fest verbunden ist, welche die Lagekoordinaten in einem im wesentlichen festen Koordinatensystem bestimmen und daß diese Koordinatenmeßeinrichtungen in an sich bekannter Art und Weise mit dem Rechner verbunden sind.

2. Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Unterlage als l.euchtfläche ausgebildet ist.

3. Vorrichtung zur Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bildkoordinaten xi, yi im linken und x'„ y_f'im rechten Bild nach den Formeln