Способ выделения участков равной высоты и устройство для его осуществления

Способ выделения участков равной высоты и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕ КЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»690290 (61) Дополнительное к авт. сеид-еу— (22) Эаввлено1306.77 (21) 2497364/18-10 с присоединением заввки Hо— (23) Приоритет (51)М. Кл. а 01 С i i/00

Государственный коиитет

СССР по амаи изооретени Я и отк рытн Я (53) УДК 528. 724 (068.8Э

Опубликовано 051079. Бюллетень йо 37

Дата опубликовании описание 05.10.79 (72} Автор изобретения

A.À.Áðàæíèê (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЬЩЕЛЕНИЯ УЧАСТКОВ РАВНОЙ ВЫСОТЫ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области обработки стереопар снимков и может быть, например, использовано для создания системы автоматизированного составления карт местности по стереотипам аэрофотоснимков .

Известен способ выделения уча" тков равного параллакса на снимках . стереопары, по которому последовательно поворачивают снимки стереопары вокруг перпендикулярных к плоскости снимков и проходящих через центры снимков осей таким образом, чтобы направления базиса съемки на них совпадали, выбирают искомое значение параллакса, смещая один иэ снимков вдоль базиса, удаляют постоянное составляющие амплитудного пропускания снимков, формируют изображения снимков, совмещают изображения снимков в выходной плоскости, в результате там формируется интенференционная картина, в которой участки с выбранньм значением параллакса выделены по яркости, а для улучшения контраста модулируют поляризацию светового потока, формирующего изображение одного из снимков, и сканируют интерференционную картину в выходной плоскости, выделяя те участки, яркость которых изменяется с частотой модуляции (1) .

Известен также способ выделения участков равного параллакса, по которому .последовательно удаляют постоянную составляющую амплитудного пропускания первого снимка стереопары, формируют иэображение первого снимка, записывают голограмму первого снимка, устанавливают второй снимок стереопары в положение, соответствующее искомому значению параллаксов, удаляют постоянную составляющую амплитудного про15 пускания второго снимка стереопары, формируют иэображение второго сниьука, модулируют изображение второго снимка носителем голограммы первого снимка, выделяют постоянную сос20 тавляющую амплитуды восстановленной с голограммы опорной волны и формируют из опорной волны выходной сигнал в виде ярких участков в выходной плоскости, положение которых со25 ответствует участкам равного значения параллакса (2).

Известные способы выделения участков равного параллакса не предусматривают восстановление геомет1О рической модели местности. Поэтому

690290

tG

Выделяемые этими способами участки равного параллакса соответствуют участкам равной высоты на местности только в идеальном случае съемки, когда снимки стереопары строго горизонтальны и сняты с одной высоты.

При аэрофотосъемке же получаются плановые снимки, которые могут иметь углы наклона до + 1 30 и раз иост ь высот Фотографирования до + 5%, а трансформирование плановых снимков в горизонтальные, выполняемые на различных трансформаторах, не обеспечивает необходимой точности измерения рельефа.

Известен также способ выделения участков равной высоты, по которому взаимно ориентируют снимки стереопары, производят внешнее ориентирование и масштабирование модели, вынимают снимки иэ ориентированных проекторов, записывают во время первой экспозиции на коррекционную пластину, расположенную в горизонтальной плоскости в пространстве модели, картину интерференции про.пущенного через один из проекторов параллельного пучка когерентного света и опорного параллельного пучка когерентного света, падаю,щего на пластинку нормально., ВО время второй экспозиции на коррекционную пластину записывают картину интерференции пропущенного через другой проектор параллель— ного пучка когерентного света и

Опорного пучка B нов ь устанавливают снимки стереопары в ориентированные проекторы, устанавливают коррекционную пластину в пространстве модели в горизонтальной плоскости, соответствующей выбранному значению

ВысОты прОецируют Оба снимка сте реопары пучками когерентного света на коррекционную пластину, модулируют зти пучки коррекционной пластиной, осле дифракции на которой пучки за пластиной распространяются в одном направлении по нормали к ней, измеряют величины "îíîâ фотоприемника, воспринимающего световой поток на некотором выделенном малом участке за коррекционной пластиной, для случаев„ когда освещен только первый снимок - i«когда. освещен тОлькО ВтОрОй снимОк 1 z и кОгда одвещены оба снимка — i „ . Выч исг:яюТ Величину нормированного коэффициента взаимной корреляции С для выделенного участка по формуле

С = †. — "<- . Отмечают выделенный

1 2

12 участок как имеющий выбранное значение высоты, если величина нормированного коэффициента взаимной корреляции превышает пороговый уровень, выделяют для обработки всей модели последующие участки коррекционной пластины, перемещая фотоприемник, и повторяют процесс эычис ления величины коэффициента взаимной корреляции, а для выделения участков с другим значением высо-.û устанавливают коррекционную пластину в соответствующей плоскости пространства модели (3). устрой=тво для выделения участков равной высоты содержит снюлки стереопары э проекторах, устройство внешнего ориентирования модели местности, коррекционную пластину, перемещаемую по глубине модели, сканирующий фотоприемник„ вычислительнь и блок и координатограф.

Однако использование метода оптической гетеродинной корреляции делает возможным только последовательное выделение участков равной высоты (т.е. выделяются не сразу все указанные участки модели местности, а по отдельным малым площадкам).

Кроме того, коррекционная плас-,.ина обеспечивает допустимую для оптической гетеродинной корреляции непараллельность пучков в 1 — 2 только в малом диапазоне глубины модели (+ порядка долей гроцента от значения высоты съемки в масштабе модели), а значит и выделение учаcTêîâ равной высоты для одной коррекционной пластины возможно лишь в этом малом диапазоне. 11ля реальных моделей относительная глубина может достигать 10% и более.

По предлагаемому способу увеличения быстродействия при параллель4

HQM выделе нии участков равной высоты по всей глубине модели на коррекционную плас-.ину записывают картину интерференции пучков когерентного света, пропущенных вдоль оптических осей ориентированных проекторов, а при выделении участков равной высоты посредством обработки голограммы изображен«я первого снимка стереопары изменяют величину базиса проектирования и соответственно масштаб изображения B выходной плоскости системы.

Предлагаемое устройство отличается тем, что коррекционная пластина установлена в плоскости расположенного вслед эа ней носителя голограммы, и в плоскости, оптически сопрях<еннсй с носителем гологра< ы, установлен блок визуальногo контроля.

На чертеже изображено предлагаемое устройствО, На пути пучков когерентного света в обычных для стереоприборов проекторах 1 и 2 установлены соответственно первый и второй снимки стереопары 3 и 4.

Каждый проектор со,epæèò карданоэый подэес, который обеспечивает наклоны проектирующей камеры на углы «., ж вокруг взаимно перпендикуляо,гых

690290 осей и поворот на угол х в плоскости снимка. Проекторы установлены на устройстве 5, внешнего ориентирования модели местности, которое мбжет быть выполнено в виде. соответствующей базису проектирования штанги, установленной на кардановом подвесе, который обеспечивает поворот вокр.,r двух взаимно перпендикулярных осей, пересекающихся в центре проектирования одного из проекторов. Кроме того, для изменения величины бази-. са проектирования устройства 5 содержит перемещающуюся вдоль штанги каретку, на которой установлен другой проектор. C каждым из проекторов жестко связаны фильтры высоких пространственных частот 6 и 7, помещенные в плоскостях спектра Фурье, которые проходят через точки Фокусировки прошедших через снимки без дифракции лучей перпендикулярно оптическим осям соответствующих проекторов. Фильтр высоких пространственных частот представляет собой непрозрачную заслонку для прошедших без дифракции лучей. В пространстве 25 формируемой проекторами модели местности в плоскости, которая принимается за горизонтальную в геодезической системе координат, расположена эмульсией навстречу пучкам фотопластинканоситель голограммы 8, а в непосредственной близости перед ней, эмульсией по ходу пучков расположена другая фотопластинка — коррекционная пластинка 9, Наружные поверхности 35 их змульсионных слоев практически лежат B O Ho IIIIoc ocTH. B IIJIocKocти, оптически сопряженной полупрозрачным светоделителем 10 с плоскостью носителя голограммы 8, располо- @ жен блок 11 визуального контроля, который содержит поляроиды, стол с экраном и измерительный столик. Для измерения поляризации пучка когерентногo света перед первым проектором установлен злектрооптический модулятор 12 света. За носителем голограммы вдоль направления распространения опорного пучка при записи голограммы расположен объектив 13, передняя фокальная плоскость которого совпадает с плоскостью носителя голограммы. В задней фокальной плоскости помещен фильтр низких пространственных частот 14,-представляющий собой непрозрачный экран, имеющий малое отверстие в точке фокусировки восстановленной с носителя гологражы опорной волны.

Плоскость фильтра низких пространственных частот совпадает с передней Фокальной плоскостью объектива

15, задняя Фокальная плоскость которого в свою очередь совпадает с предметной плоскостью панкратического объектива 16. В плоскости изоб ражения панкратпческoro объектива (выходной плоскости) расположен

Фотоприемник 17, в качестве которого может использоваться фотопластинка, вид И т.д. Объективы 13, 15 и 16 образуют выходную оптическую систему 18.

Ориентирование осуществляют следующим образом.

Ус нав ва штангу усТроАсТВа внешнего ориентирования модели местности 5 паралельно плоскости носителя голограммы 8. Электрооптическим модулятором 12 поворачивают плоскость поляризации пучка когерентного света через первый проеко тор на 90 Относительно первоначального состояния, когда плоскости поляризации пучков в обоих проекторах

coвпацают. удаляют фильтры высоких пространственных частот б и 7. Восстанавливают связки пучков. Для этого с помощью проекторов 1 и 2 гроецируют снимки стереопары 3,4 пучками когерентногo света со взаимно ортогональными плоскостями поляризации. Объективы проектирующих камер Формируют изображения снимков в плоскости носителя голограммы 8.

Набподая через поляроиды изображения, Формируемые в плоскости экрана блока 11, оптически сопряженной с плоскостью носителя голограммыр воспринимают геометрическую модель местности. Взаимное ориентирование снимков выполняют с помощью блока визуального контроля по обычной методике поочередным IIOBopoTQM проекторов, наблюдая >..одель местности и добиваясь пересечения соответственных лучей связок. Внешнее ориентирование и масштабирование модели прОизводят ПО опОрным тОчкам„ нанесенным на планшет B блоке визуального <онтроля, используя поворот и изменение величины базиса проектирования р ОсушсстБЛЯеМЫЙ с РОйством ь н ешн его орие нтирсв а ни я модели местности 5. После выполнения взаимногo и внешнего ориентирования все соответственные лучи связок, пересекаясь, формируют геометричес" кую модель местности, в которой плоскость носителя голограммы соответствует некоторой горизонтальной в геодезической системе координат плоскости.

Запись голограммы осуществляют следующим образом.

Вводят фильтр б в плоскость спектра Фурье первого проектора 1 и, выключая модулятор 12, восстанавлиьают первоначальную поляризацию света в первом проекторе. Коррекционная пластина 9 пои записи голограммы GTcóòñòBóåò. Во время экспозиции освещают установленный в проекторе 1 первый снимок стереопары 3

690290 пучком когерентного света, дифрагирующим на снимке, удаляют из него

Фильтром 6 постоянную составляющую амплитудного пропускания снимка и регистрируют на носитель голограммы 8 картину интерференции проецируемого через первый проектор пучка, из которого постоянная составляющая, удалена, и внеасевого опорного параллельного пучка.

После экспонирования носитель голограм>ж подвергают фотографической обработке.

Для записи коррекционной пластины вынимают снимки из ориентированных проекторов 1 и 2, Удаляют фильтр высоких пространственных частот 6, устанавливают в непосредственной близости перед носителем голограммы пластину 9 (Фотопластинку) и во время экспозиции регистрируют на нее картину интерференции пропущенных вдоль оптических осей

Ориентированных проекторов пучков когерентного света с одинаковой поляризацией. После экспонирования коррекционную пластинку подвергают

Фотографической обработке. Причем режим записи и обработки коррекционнай пластины должен обеспечивать как можно большую дифракционную эфФективность, т.е. соответствовать получению толстой пропускающей голограммы с модуляцией показателя преломления, для которых экспериментально достигнута дифракционная эффективность 90Ъ.

Голограмму и коррекционную пластину можно записывать в дру- î.ì .порядке, т.е. в начале записать каррекционную пластину, Для этого после ориентирования следует вынуть снимки

Из ориентированных проекторов,прозкслониравать коррекционную пластину и удалить ее на время записи голограммы. Затем вновь установить снимки стереопары в ориентированные проекторы, ввести фильтры высоких пространственных частот и записать голограмму иэображения первого снимка.

Для выделения участков равной высоты устанавливают второй снимок стереопары 4 в ориентированный проектор 2 и вводят фильтр 7 в плоскость спектра Фурье второго проек"тора. Освещают второй снимок стереопары пучком когерентного света, который дифрагирует на снимке, удаляют из пучка фильтром высоких пространственных частот постоянную составляющую амплитудного пропускания снимка и модулируют этот пучок коррекционной пластиной 9.

Необходимость введения коррекционной пластины обусловлена угловой селективностью голограммы. При типичных для аэрофотосъемки условиях в — — 0,6, где B — величина базиса съемки; Н вЂ” высота съемки. Угол между соответственными лучами в плоскости носителя голограммы имеет величину порядка 30"40 . Угловая же

5 селективность гологра>мы для типичньп условий регистрации имеет величину д = 5 -8, т.е., если считывающий пучок от второго проектора падает на носитель голограммы под уг IQ лом„ который отличается от угла падения пучка через первый проектор при записи гологра>мы больше, чем на + 8 то с носителя голограммы не восстанавливаются опорные волны, несущие информацию об участках равной высоты. Учитывая угловую селективность голограммы, в непосредственной близости перед носителем голограммы устанавливают коррекционную пластину, которая, сохраняя распределение амплитуд и Фазы пуч" ка, определяемые восстановленной со второго проектора связкой лучей, изменяет направление его распространения — после нее пучок распространяется в направлении пучка, формируемого первьм проектором. Следует особо подчеркнуть существенно разные допустимые величины угловых селективностей при используемой в прототипе оптической гетеродинной корреляции (1 - 2) и в предлага/ / емом способе, использующем записанную в пространстве модели голограмму изображения первого снимка стереопары (5 - 8). Это провиодит к существенной разнице в измеряемом обоими способами диапазоне глубины модели (в известном способе — эта доли процента от высоты съемки, в

40 предлагаемом — десятки процентов).

Это вполне достаточно для измерения любых реальных для аэрофотосъемки моделей местности.

Сформированный вторым проектором пучок, распространяющийся после коррекционной пластины в направлении пучка от первого проектора, модулируют носителем голограммы и с участков с искомым значением высоты восстанавливают опорную волну, которую фокусируют объективом 13 в плоскость фильтра низких частот 14, ослабляющего шумы. Объективом 15, фокусное расстояние которого равно Фокусному расстоянию объектива 13,,формируют в его задней фокальной плоскости в масштабе 1:1 изображение тех участков носителя голограммы, с который восстановилась опорная волна. Это и будут участки с искомь>м значением высоты, выделенные по яркости, для выделения участков с другим значением высоты смещают второй проектор вдоль базиса проектирования в

690290

Формула изобретения

ЦНИИПИ Заказ 5948/36 Тираж 866 Подпи сн ое

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 соответствующее Положение. После этого в задней фокальной плоскости объектива 15 получают в центральной проекции иэображение участков с искоьым значением высоты. Для перехода к прямоугольной проекции используют панкратический объектив 16, который изменяет соответственно изменению базиса проектирования относительный масштаб изображения в плоскости фотоприемника 17. Получаемые в выходной плоскости в прямоугольной проекции участки равных высот могут сразу регистрироваться на фотопластинку, или после считывания, например, видиконом подвергаться дальнейшей обработке.

При ручной обработке одной стереопары .на универсальном стереоприборе оператор затрачивает на рисовку горизонталей 1,5-2,5 ч рабочего времени. Наиболее совершенные из действующих электронных автоматизированных систем проводят горизонтали на стереопаре примерно эа 1 ч, однако, они сложны и дорогостоящи. Известные оптические способы выделения участков равной высоты либо позволяют обрабатывать только снимки, приведенные к идеальному случаю съемки, что требует высокоточного предварительного трансформирования, либо позволяют обрабатывать последовательным способом модели с очень малой глубиной.

Предлагаемый способ позволяет создать автоматизированную систему выделения горизонталей со стереопары плановых аэрофотоснимков с быстродействием 5-15 мин на одну стереопару. При дальнейшем совершенствовании элементной базы когерентной оптики скорость обработки может быть еще более повышена.

1. Способ выделения участков равной высоты, при котором взаимно ориентируют снимки стереопары, производят внешнее ориентирование и масштабирование модели, удаляют снимки из ориентированных проекторов, записывают на коррекционную пластину картину интерференции пучков когерентного света, вновь устанавливают снимки в ориентированные проекторы, проецируют второй снимок пучком когерентного света на коррекционную пластину и модулируют этот пучок коррекционной пластиной, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, на коррекционную пластину записывают картину интерференции пучков когерентного света, пропущенных вдоль: оптических осей ориентированных проекторов, а при выделении участков равной высоты посредством обработки голограммы изображения первого снимка стереопары изменяют величину базиса проектирования и соответственно масштаб изображения в выходной плоскости системы.

2. Устройство для осуществления

25 способа выделения участков равной высоты по п.I,содержащее снимки стереопары в проекторах, устройство внешнего ориентирования модели местности и коррекционную пластину, о т л и

Щ ч а ю щ е е с я тем, что коррекционная пластина установлена в плоскости расположенного вслед эа ней носителя голограммы, и в плоскости, оптически сопряженной с носителем голограммы, установлен блок визуального контроля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент C2lA 9 3749492, 4р кл. 350-3,5, 11.06.71.

2. Патент CtllA 9 3603682, кл. 350-3,5, 08.08.69.

3. Ргoceedings of the American

Society of Photogrammetry, Paper

41-st AnnuaI Meeting, 1975,, с. 447- 457 (прототип) °