DE2247217B2 - Verfahren für hologrammetrische Messungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für hologrammetrische Messungen, bei dem ein Hologramm eines Gegenstandes zur Erzeugung eines holographischen Bildes beleuchtet und das Bild betrachtet wird und Koordinaten ausgewählter Punkte bestimmt werden.

Aus der US-PS 34 45 855 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Hologramm von einer Seite beleuchtet und das auf der anderen Seite des Hologramms entstehende Bild auf einem flachen Schirm aufgefangen wird. Gemäß Spalte 3 Z. 35 soll es sich dabei um das virtuelle Bild handeln, dessen Schnittlinie mit dem planen Schirm optisch sichtbar wird. Nur das reelle Bild kann aber auf einem Schirm aufgefangen werden, so daß davon ausgegangen werden muß, daß auch in der US-PS, entgegen der dortigen Beschreibung das reelle Bild auf dem Schirm aufgefangen wird. Die sich auf dem Schirm darstellende Konturlinie kann dann mit einem Taster abgetastet werden, dessen Koordinaten abgelesen werden, oder es können elektronische Abtastköpfe zum Einsatz kommen.

Das Auffangen reeller Raummodellzonen auf einer Mattscheibe wird auch in »Bildmessung und Luftbildwesen«, 1966, Heft 1, S. 31—37 auf S. 36 beschrieben. Die auf der Mattscheibe aufgefangenen zweidimensionalen Raumzonen können mit einem optischen System, das eine Meßmarke besitzt, meßbar abgefahren werden. Die Bewegungen dieser Meßmarke können auf einen Zeichentisch übertragen werden, um daraus eine Orthogonalprojektion mit Tiefenangaben abzuleiten.

Beide bekannten Verfahren machen eine Mattscheibe erforderlich, um das reelle Bild darstellen zu können.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem die räumlichen Koordinaten der ausgewählten Punkte ohne Zuhilfenahme einer Mattscheibe od. dgl. bestimmt werden können.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jeder ausgewählte Punkt des virtuellen Bildes von wenigstens zwei verschiedenen Betrachtungspunkten betrachtet wird

und jeweils mit einer Markierung zur Deckung gebracht wird und die räumlichen Koordinaten des ausgewählten Punktes bestimmt werden.

Durch die Betrachtung jedes ausgewählten Punktes von wenigstens zwei verschiedenen Betrachtungspunkten aus ist der ausgewählte Punkt im virtuellen räumlichen Bild festgelegt Aus der; Positionen der Markierung, die bei Betrachtung von den beiden Betrachtungspunkten aus mit dem Punkt in Überdekkung gebracht wird, können die räumlichen Koordinaten des ausgewählten Punktes bestimmt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung der räumlichen Koordinaten kann die Betrachtung von mehr als zwei verschiedenen Betrachtungspunkten aus von Vorteil sein.

Die Größe eines Hologramms ist natürlich beschränkt, so daß manchmal zwei ausgewählte Punkte einer Szene nicht mehr auf ein und demselben Hologramm abgebildet werden können, wenn die Genauigkeit erhalten bleiben soll. Dies ist z. B. dann wichtig, wenn bei der Kartographie zwei voneinander entfernte Objekte interessieren, wie z. B. Landmarken. Würden sie aus einer Entfernung aufgenommen werden, in der auf ein und demselben Hologramm beide Landmarken festgehalten werden, nimmt der Winkelabstand zwischen den Sehlinien mit zunehmender Entfernung ab, was zu weniger genauen Messungen führt Es ist daher von Vorteil, wenn zwei Hologramme hergestellt und für die hologrammetrischen Messungen benutzt werden, wodurch eine breitere Betrachtungsbasis in das Meßverfahren eingeführt wird.

Es ist daher ausgehend von einem Verfahren für hologrammetrische Messungen, bei dem mindestens ein Hologramm eines Gegenstandes zur Erzeugung eines holographischen Bildes beleuchtet und das Bild betrachtet wird und Koordinaten ausgewählter Punkte bestimmt werden, erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwei von verschiedenen Aufnahmepunkten aus aufgenommene Holegramme des Gegenstandes beleuchtet werden, wobei der Abstand der Hologramme bei der Beleuchtung kleiner ist als bei der Aufnahme des Gegenstandes und jeder ausgewählte Punkt des einen virtuellen Bildes von einem Betrachtungspunkt und der demselben Gegenstandspunkt entsprechende Punkt des anderen virtuellen Bildes von einem anderen Beobachtungspunkt aus betrachtet wird und jeweils mit einer Markierung zur Deckung gebracht wird und die räumlichen Koordinaten des ausgewählten Punkts bestimmt werdea

Das Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens für hologrammetrische Messungen an einem oder zwei Hologrammen mit einer Lichtquelle kohärenten Lichtes und wenigstens einem Hologramm ist gekennzeichnet durch eine wenigstens eine bezüglich des virtuellen holographischen Bildes bewegbare Markierung aufweisende Meßeinrichtung einschließlich eines vor dem Hologramm angeordneten optischen Betrachters.

Weitere Unteransprüche richten sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen des Meßgerätes. Die Koordinaten der Stellungen, in denen die Markierung von den verschiedenen Betrachtungspunkten aus in Überdeckung mit dem ausgewählten Punkt ist, können entweder von der Bedienungsperson des Gerätes abgelesen werden oder die Meßeinrichtung kann Mittel dafür aufweisen, daß die Position der Markierung in elektrische Signale umgewandelt wird, die ein elektrisches System erregt, so daß graphische Aufzeichnungen des Gegenstandes automatisch hergestellt werden können, wenn die Markierung von ausgewähltem Punkt zu ausgewähltem Punkt bewegt wird.

Weitere Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Meßgerätes.
Das erfindungsgemäße Verfahren und Meßgeräte zur Durchführung des Verfahrens ioll nun anhand der Figuren erläutert werden. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des Gerätes zur Durchführung hologrammetrischer Messungen, bei

ίο der die Techniken des Schnittes von Sehlinien herausgezogen werden;

F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform, bei der das holographische Bild mit Hilfe des bloßen menschlichen Auges betrachtet wird;

F i g. 3 eine bevorzugte Ausführungsform, bei der eine feste Fokussierung verwendet wird;

Fig.4 eine schematische Darstellung des bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 benutzten Betrachters; F i g. 5A und 5B die Verwendung einer Mehrzahl von Hologrammen ein und desselben Gegenstandes und die Durchführung genauer Messungen unter Benutzung beider Hologramme und

F i g. 6 eine schematische Darstellung von Einzelheiten des in dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 benutzten Betrachters.

Die F i g. 1 zeigt ein Gerät zur Durchführung hologramiretrischer Messungen, wobei der Schnitt zweier Sehlinien benutzt wird. Eine Grundplatte 10 trägt ein Hologramm 11 und eine Meßeinrichtung 14, die eine feste Lagebeziehung zueinander aufweisen. Das Hologramm 11 braucht selbst nicht in eine besondere Lage gebracht zu werden. Wenn es aber einmal in eine bestimmte Lage gebracht worden ist, kann es während des hologrammetrischen Meßverfahrens nicht mehr bewegt werden. Eine Quelle 12 kohärenten Lichtes beleuchtet das Hologramm 11, um ein dreidimensionales Bild 13 des Gegenstandes aufzubauen, von dem ein Hologramm hergestellt worden ist.
Das Hologramm 11 ist auf der Grundplatte 10 mit Hilfe eines Befestigungsmechanismus 16 beliebiger geeigneter Bauart befestigt, der in der Lage ist, das Hologramm 11 in einer bezüglich der Grundplatte 10 senkrechten Lage zu halten. Der Befestigungsmechanismus 16 stützt auch den die Quelle des kohärenten Lichtes darstellenden Laser 12, der zur Beleuchtung des Hologramms 11 und damit zum Aufbau des Bildes 13 herangezogen wird. Das Bild 13 erscheint in derselben Lage bezüglich des Hologramms 11, in der sich das Objekt bei der Herstellung des Hologramms befand.

so Die genaue Positionierung des Hologramms 11 und des Lasers 12 auf der Grundplatte 10 ist unwichtig. Das Hologramm 11 muß aber starr abgestützt sein, so daß nach Beginn des Meßvorganges keine Bewegung mehr möglich ist.

Zu der Meßeinrichtung 14 gehört eine Längenmeßskala 17, die zur sehr genauen Anzeige der Lage des Winkelmessers 18 benutzt wird. Der Winkelmesser 18 ist auf der Längenmeßskala 17 verschiebbar und kann in irgendeiner beliebigen Lage längs der Skala 17 durch

wi irgendeine von verschiedenen bekannten Anordnungen festgelegt werden. Der Winkelmesser 18 kann ein optisches Instrument sein, mit dem sowohl horizontale als auch vertikale Winkel gemessen werden können, wie z. P ein Theodolit. Die an den Winkelmesser 18 zu

n i stellende Hauptanforderung ist, daß mit seiner Hilfe die vertikalen und horizontalen Abweichungen der Sehlinie bezüglich der ausgewählten Lagen längs der Skala 17 gemessen werden können.

Während der Messung wird der Winkelmesser in eine sehr genau festgelegte Lage gebracht und ein Punkt des Bildes 13 wie z. B. der Punkt P, wird betrachtet, während die vertikalen und horizontalen Winkel α bzw. β notiert werden. Der Winkelmesser 18 (Theodolit) wird dann in eine zweite Lage gebracht, die in der Fi g. 1 gestrichelt gezeichnet ist; in dieser Lage werden die entsprechenden Winkel αϊ und ß\ gemessen, während der Punkt P, d. h. derselbe Punkt auf dem dreidimensionalen Bild 13 betrachtet wird. Wenn größtmögliche Präzision erforderlich ist, wird derselbe Punkt Pvon einer Vielzahl von Lagen längs der Skala 17 aus betrachtet werden und die gemessenen Sehwinkel werden für jede dieser Lagen notiert. Wenn die zu einer ausgewählten Anzahl von Skalenlagen gehörenden Winkel bestimmt sind, kann die genaue Lage des Punktes P bestimmt werden, indem diese Messungen in einer den Geodäten bekannten Weise benutzt werden. Weiterhin ist klar, daß die Winkellage vieler Punkte auf dem Bild in jeder Lage des Winkelmessers bestimmt werden kann, obwohl in der Zeichnung nur der Punkt P dargestellt ist. Auf diese Weise kann die genaue Lage einer beliebigen Anzahl von Punkten auf dem Bild 13 mit großer Präzision bestimmt werden.

Weiterhin sollte angemerkt werden, daß bei Benutzung der in der Geodäsie bekannten Verfahren eine umgekehrte Bestimmungsmöglichkeit mit Hilfe des Gerätes möglich ist. Wenn also die Raumkoordinaten wenigstens dreier auf dem Bild 13 (Objekt) beobachteter Punkte bekannt sind, können die Aussichtspunkte, von denen die Beobachtungen gemacht worden sind, bestimmt werden.

Die F i g. 2 zeigt ein holographisches Gerät, bei dem eine punktförmige Lichtquelle benutzt wird und eine direkte Betrachtung durch die Bedienungsperson erfolgt. Das in F i g. 2 gezeigte Gerät gleicht dem in F i g. 1 gezeigten insoweit, als es ebenfalls eine Grundplatte 10, einen Befestigungsmechanismus 16 für die starre Halterung des Hologramms 11 in einer vertikalen Lage und einen Laser 12 aufweist. Der Laser 12 wird zur Beleuchtung des Hologramms benutzt, wodurch das Bild des Gegenstandes, von dem ein Hologramm erzeugt worden ist, rekonstruiert wird (in der Fig.2 nicht gezeigt). Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 kann die Messung der Koordinatenlagen von Punkten auf dem Bilde mit Hilfe der Meßeinrichtung 21 erfolgen. Diese Einrichtung weist eine Koordinatenmeßskala 22 für die Messung längs der .Y-Achse, eine Koordinatenmeßskala 23 für die Messung längs der K-Achse und eine ähnliche Koordinatenmeßskala 24 für die Messung längs der Z-Achse auf. Auf der Z-Koordinatenmeßskala 24 ist ein Meßmarkenträger 26 gelagert, der ein beleuchtetes Loch 27 aufweist. Das Loch 27 kann mit Hilfe einer kleinen Glühbirne oder eines Lichtleiters beleuchtet werden und dient dazu, inkohärentes Licht auf einen ausgewählten Punkt des virtuellen Gegenstandes zu lenken.

Die Messungen der Koordinatenlagen längs der X-, Y- und Z-Achsen von Bildpunkten erfolgt dadurch, daß das Bild direkt durch das Hologramm 11 betrachtet m> wird. Dies wird durch die »Augen« O\ und Ol angedeutet, die in der F i g. 2 die Augen der Bedienungsperson darstellen sollen. Die Bedienungsperson, die das Hologramm 11 auf diese Weise betrachtet, sieht ein dreidimensionales Bild des Gegenstandes, von dem ein *'· Hologramm 11 erzeugt worden ist Die Raumlagen der Punkte auf dem Bild werden durch Bewegung des Loches 27 längs der Koordinatenmeßskalen 22, 23 und 24 für die X-, Y- bzw. Z-Achsen identifiziert; und zwai wird das Loch 27 so lange verschoben, bis das durch da: Loch 27 austretende Licht mit einem ausgewählter Punkt des Bildes zusammenfällt, dessen Koordinatenla gen bestimmt werden sollen. Nachdem diese Überlage rung erreicht worden ist, werden die X-, Y- und Z-Lager des Punktes durch Ablesen der auf den Skalen 22,23 unc 24 eingestellten Werte bestimmt. Auf diese Weise wire die Lage des Punktes bezüglich des Koordinatenanfangspunktes des X-, Y-, Z-Koordinatensystems bestimmt. Nachfolgende Messungen anderer Punktlagen ergeben ebenfalls auf den Koordinatenanfangspunkl bezogene Information. Da der Koordinatenanfangspunkt fest liegt, sind somit die Relativlagen der Punkte untereinander bekannt.

Es soii hier festgehalten werden, daß die genaue Positionierung der Augen O\ und Oi der Bedienungsperson relativ zum Hologramm 11 und somit relativ zum auszumessenden Bild das Ergebnis der Messung nicht beeinträchtigt. Dies ist der Fall, weil die Lage des Bildes bezüglich des Hologramms 11 allein durch die Lage des Gegenstandes zu dem Zeitpunkt bestimmt ist, in dem das Hologramm 11 geformt wird. Die Bedienungsperson kann demnach — je nach Wunsch — ihren Kopf in verschiedene Stellungen bringen, so lange er nur durch das Hologramm 11 schaut und das aus dem Loch 27 austretende Licht noch genau in Koinzidenz mit dem Bildpunkt gebracht werden kann, dessen Lage gemessen werden soll. Auch sollte festgehalten werden, daß die Bedienungsperson Vergrößerungseinrichtungen und andere optische Hilfsmittel zur Verbesserung ihrer Sicht des Objektes ganz nach Wunsch benutzen kann. Die unter Umständen durch derartige Vergrößerungseinrichtungen hervorgerufenen optischen Verzerrungen beeinflussen die Koordinatenmessungen nicht, da die Verzerrungen für alle Meßpunkte die gleichen sind; dementsprechend sind die Relativlagen der Bildpunkte untereinander stets gleich, unabhängig von der Verzerrung, die durch die optischen Betrachtungshilfsmittel hervorgerufen werden.

Es ist klar, daß bei Durchführung der Messungen unter Betrachtung des virtuellen Objektes mit dem bloßen Auge oder mit Hilfe einfacher Vergrößerungshilfen eine vollständige Ausnutzung der möglichen Genauigkeit des hologrammetrischen Verfahrens nicht erreicht werden kann. Ein naheliegender Grund dafür ist in der begrenzten Schärfe des bloßen Auges zu sehen. Ein weniger deutlicher Grund ist die Reduzierung der stereoskopischen Schärfe, die bei zunehmender Entfernung des virtuellen Bildes vom Betrachter auftritt Diese Schärfe kann verbessert werden, indem in dem Betrachtungsgerät eine größere Vergrößerung erzielt wird und indem eine künstliche Vergrößerung des Abstandes der Aussichtspunkte auf einen Abstand benutzt wird, der größer ist als der Pupillenabstand beim Menschen. Auch ist es möglich, den virtuellen Gegenstand durch das Hologramm mit Hilfe eines optischen Instrumentes wie z.B. einem Teleskop zu betrachten und dadurch diese Mangel etwas zu verbessern. Das optische Instrument weist aber Linsen auf und ist daher genau zu einem Zeitpunkt auf eine Ebene fokussiert, in genau derselben Weise wie es bei einer Kamera der Fall ist Aus diesem Grunde muß das optische Instrument sehr häufig neu fokussiert werden, wenn ein dreidimensionaler virtueller Gegenstand betrachtet wird. Dies führt zu Unbequemlichkeiten und ist ein Mangel, der den photogrammetrischen Meßgerä ten eigen ist und einer weiteren Verbreitung photo-

grammetrischer System entgegenstand. Dieser Nachteil kann aber in hologrammetrischen Geräten in je einer von zwei Richtungen überwunden werden. Die erste Lösung führt zu einer Technik mit fester Fokussierung, bei der der Abstand zwischen Hologramm und Betrachtungsinstrument verändert wird. Die zweite Lösung ist eine Technik mit veränderlicher Fokussierung, die einen mechanisierten automatischen Fokussierapparat benutzt, der in genau der gleichen Weise arbeitet wie photographische Vergrößerungseinrichtungen mit automatischer Fokussierung.

Ein hologrammetrisches Gerät mit fester Fokussierung kann erstellt werden, indem entweder das Betrachtungssystem oder das Hologramm oder sowohl das Betrachtungssystem als auch das Hologramm beweglich angeordnet werden,

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines hologrammetrischen Gerätes mit fester Fokussierung, bei dem das Betrachtungssystem beweglich ist. Das Gerät ist den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 2 insoweit vergleichbar als es eine Grundplatte 10, einen Befestigungsmechanismus 16 für die starre Lagerung des Hologramms 11 und eine Lichtquelle 12 kohärenten Lichtes aufweist, die zur Beleuchtung des Hologramms 11 und damit zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes des Gegenstandes dient. Das Gerät gemäß F i g. 3 ist auch insoweit mit dem Gerät gemäß F i g. 2 vergleichbar als es eine Meßeinrichtung 21 mit Meßmarke 27 und zugeordnete Koordinatenmeßskalen 22, 23 und 24 aufweist, wobei die als Meßmarke dienende Lochlichtquelle 27 zur Markierung von Bildpunkten dient, deren Koordinatenlagen gemessen werden sollen.

Ein optischer Betrachter 31 mit zwei Okularen 32 ist mit dem Meßmarkenträger 26 über ein starres Kupplungsglied 33 und ein schwenkbares Kupplungsglied 34 verbunden. Das Kupplungsglied 34 ist U-förmig, so daß es den Meßmarkenträger 26 übergreift. An diesem ist es um eine Achse 38 schwenkbar befestigt, welche Achse sich durch das Loch 27 hindurch und im wesentlichen parallel zur ,Y-Achse erstreckt. Infolge der Schwenkverbindung kann der Betrachter 31 bezüglich des Hologramms 11 angehoben und abgesenkt werden, so daß das Hologramm 11 von verschiedenen Elevationen aus betrachtet werden kann. Das starre « Kupplungsglied 33 ist schwenkbar mit dem U-förmigen Glied 34 verbunden, so daß der Betrachter 31 um eine Achse 37 schwenkbar ist, die sich ebenfalls durch das Loch 27 und im wesentlichen parallel zur Z-Achse erstreckt. Die Achse 37 steht senkrecht auf der Achse 38 und ermöglicht eine horizontale Schwenkbewegung des Betrachters. Wegen der Schwenkbarkeit des Betrachters um die Achsen 38 und 37 kann dieser in jede beliebige Lage bewegt werden, ohne daß er die Lage oder Orientierung des Loches 27 stört Arretierungen 39 und 40 sind an den Achsen 38 und 37 vorgesehen, so daß der Betrachter 31 in jeder beliebigen Winkellage verriegelt werden kann. Da der Betrachter 31 ohne Störung des Loches 27 bewegt werden kann, kann eine permanente Fokussierung benutzt werden. Dies wird durch die Festlegung der Entfernung zwischen Betrachter 31 und Loch 27 bewerkstelligt, indem ein Kupplungsglied 33 geeigneter Länge ausgewählt wird. Die Länge des Kupplungsgliedes 33 wird so gewählt, daß der Betrachter 31 stets auf das Loch 27 fokussiert ist Demzufolge wird die Fokussierung des Loches 27 bezüglich des Betrachters 31 nicht geändert, wenn das Loch 27 längs der X-, Y- und Z-Achsen bewegt wird, um das aus dem Loch 27 austretende Licht mit einem ausgewählten Punkt des betrachteten Bildes zusammenfallen zu lassen. Bei Bedarf kann natürlich auch eine dritte Schwenkachse vorgesehen werden, die ein Schwenken um eine zur Y- Achse der Meßeinrichtung 21 parallele Schwenkachse ermöglicht. Wenn eine derartige Achse vorgesehen ist, wird sich diese ebenfalls durch das Loch 27 erstrecken.

Der Vorteil des in der F i g. 3 gezeigten Geräts wird durch die feste Fokussierung begründet, wodurch die Benutzung eines vergrößernden optischen Betrachters 31 und damit eine größere Detailgenauigkeit bei der Betrachtung des Gegenstandes ermöglicht wird. Der Nachteil der optischen Systeme wird aber überwunden, da eine feste Fokussierungsbeziehung zwischen dem Betrachter 31 und dem Loch 27 besteht. Infolge dieser Beziehung befindet sich jeder Punkt des betrachteten Bildes in exakter Fokussierungslage, da er räumlich mit dem Loch koinzidiert. Ein anderer Vorteil der in der Fig.3 gezeigten Ausführungsform ist darin zu sehen, daß die stereoskopische Schärfe über die Schärfe hinaus verbessert werden kann, die dem menschlichen Pupillenabstand zugeordnet ist Dies wird bei Betrachtung der Fig.3 verständlich: Die beiden Sehlinien 41 und 42 treten aus dem optischen Betrachter 31 an Punkten aus, die nicht mit den Mitten der Okulare 32 übereinstimmen. Dies ist eine Folge des Aufbaues des Betrachters 31. Zum besseren Verständnis aber zeigt die Fig.4 in schematischer Form den Aufbau und die Arbeitsweise des Betrachters 31.

In der F i g. 4 sind die Okulare 32 so angeordnet daß ihr Abstand dem durchschnittlichen menschlichen Pupillenabstand entspricht. Die Mitte des linken Okulars 32 weist einen axialen Abstand von der Mitte eines reflektierenden Spiegels 43 auf, der unter einem Winkel angeordnet ist derart, daß durch das Okular 32 hindurchtretende Lichtstrahlen unter einem rechten Winkel bezüglich der Einfallsrichtung reflektiert werden. Das Licht wird dann auf einen zweiten Spiegel 44 gelenkt, der in einer solchen Winkellage angeordnet ist, daß das von ihm reflektierte Licht durch eine Fokussierungslinse 46 hindurchtritt und auf das Loch 27 gelenkt wird. Diese Sehlinie entspricht der in der F i g. 3 gezeigten Sehlinie 41.

Beim rechten Okular 32 reflektiert in gleicher Weise ein Spiegel 47 die Strahlung unter einem rechten Winkel auf einen nachgeschalteten Spiegel 48. Der Spiegel 48 ist an einer solchen Winkellage angeordnet daß das auf ihn auftreffende Licht durch eine Fokussierungslinse 49 hindurchtritt und auf das Loch 27 fokussiert ist Diese Sehiinie entspricht der in der F i g. 3 gezeigten Sehlinie 42.

Diese Anordnung führt zu einer Verbesserung der stereoskopischen Schärfe des Gerätes, weil ein zusätzlicher Abstand zwischen den beiden Sehlinien aufgebaut ist Weiterhin ist wegen des festen Abstandes zwischen dem Loch 27 und dem Betrachter 31 der Betrachter stets auf das Loch 27 fokussiert

Es dürfte nun sehr leicht zu erkennen sein, daß die Betriebsweise des in der F i g. 3 gezeigten Gerätes recht einfach ist Das Hologramm 11 wird auf der Grundplatte mit Hilfe des Befestigungsmechanismus 16 befestigt und danach mit dem Laser 12 beleuchtet, um das in dem Hologramm aufgezeichnete dreidimensionale Büd zu rekonstruieren. Dann betrachtet die Bedienungsperson das holographische Bild mit Hilfe des optischen Betrachters 31; dann sieht er ein zusammenfallendes Bild des virtuellen Bildes und des beleuchteten Loches

27. Die Bedienungsperson bedient dann die Meßeinrichtung 21 bis die Meßmarke 27 mit dem interessierenden Punkt auf dem virtuellen Bild zusammenfällt. Der optische Betrachter 31 folgt den Bewegungen der Meßmarke, so daß die Bedienungsperson ihren Kopf dementsprechend bewegen muß. Da sich die Meßmarke bzw. das Loch 27 stets im Brennpunkt befindet, ist auch das virtuelle Bild richtig fokussiert, wenn die Meßmarke mit einem Punkt des virtuellen Bildes zusammenfällt. Nachdem das Loch auf einen besonderen Punkt des Bildes ausgerichtet ist, kann die Bedienungsperson den Betrachter in eine andere Lage bewegen, während die Lage des Loches 27 beibehalten wird; somit kann die Bedienungsperson das Zusammenfallen des Loches 27 mit einem Bildpunkt von einer anderen Blickrichtung her betrachten. Diese Möglichkeit erhöht also die Meßschärfe der Bedienungsperson. Wenn die Bedienungsperson der Ansicht ist, daß das Loch 27 mit dem gewünschten Punkt des virtuellen Bildes zusammenfällt, kann er die auf den Koordinatenmeßskalen 22, 23 und 24 angezeigten Meßwerte aufzeichnen.

Nach der Aufzeichnung der Koordinatenlagen eines Bildpunktes kann das Loch auf einen anderen Bildpunkt in genau derselben Weise ausgerichtet werden, um die Koordinatenlage dieses Punktes auf dem virtuellen Bild aufzuzeichnen.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 3 kann abgeändert werden, indem man den Betrachter 31 ersetzt und auf das Loch 27 und die Koordinatenmeßskalen 22, 23 und 24 verzichtet. Dies wird durch einen Betrachter ermöglicht, in den die Punktlokalisiermarkierungen eingebaut sind. Ein derartig aufgebauter Betrachter ist in der F i g. 6 dargestellt und wird weiter unten genauer beschrieben. Es ist auch klar, daß der in der F i g. 4 gezeigte Betrachter insoweit abgeändert werden kann, als in jeder Sehlinie eine bewegliche Marke angeordnet ist und die Lagemessungen von Bildpunkten auf diese Weise ermöglicht werden.

Bei den in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen werden die Lagen der Bildpunkte auf den ablesbaren Skalen angezeigt Es können aber auch die Bewegungen der Skalenzeiger in elektrische Signale umgewandelt werden, die dann zur Betätigung automatischer grafischer Plotter oder andere elektrisch gesteuerter Einrichtungen, wie Werkzeugmaschinen, herangezogen werden können. Weiterhin ist auch klar, daß die Lageinformation in Digitalsignale umgewandelt und gespeichert werden kann. Die gespeicherte Information kann zur Steuerung automatischer Ausrüstungen herangezogen werden; weiterhin ist es möglich, mit Hilfe der gespeicherten Information durch Steuerung eines Laserstrahls ein synthetisches Hologramm aufzubauen.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen werden alle Winkelmessungen bei Durchsicht durch ein einziges Hologramm gemacht Dies ist aber insoweit für das Gerät nicht wesentlich, als unterschiedliche Betrachtungen durch verschiedene Hologramme vorgenommen werden können, wobei die Koordinaten der Punkte nichtsdestoweniger genau lokalisiert und aufgezeichnet werden. Wenn die Raumkoordinaten von drei oder mehr Punkten auf dem Gegenstand bekannt sind, so ist es möglich — wie bereits oben beschrieben —,die Lage der Aussichtspunkte zu bestimmen, von denen aus die Beobachtungen gemacht worden sind. Nach Bestimmung der Koordinaten der Aussichtspunkte können zusätzliche Punkte gemessen und präzise bezüglich der nun bekannten Aussichtspunkte definiert werden. Darüber hinaus ist es nach Bestimmung der Lagen der Aussichtspunkte bezüglich ihrer zugeordneten virtuellen Bildpunkte unwichtig, in welcher Lage oder Orientierung sich das Hologramm bezüglich der Aussichtspunkte befindet. Die Winkel werden bezüglich des virtuellen Bildes und nicht bezüglich der Realität gemessen.

Ein Gerät, bei dem zwei Hologramme benutzt werden, wird daher im Zusammenhang mit den F i g. 5 und 6 beschrieben. In der Fig. 5a wird ein Gegenstand 51 von einer Beleuchtungsquelle beleuchtet, die nicht dargestellt ist, da jede bei den anderen Ausführungsbeispielen beschriebene Einrichtung benutzt werden kann. Von dem Gegenstand 51 wird Licht auf zwei holografische Aufzeichnungsträger 52 und 53 illuminiert, die gleichzeitig von einem Bezugsstrahl kohärenter Energie zur Erzeugung zweier Hologramme beleuchtet werden.

Die Rekonstruktion des Gegenstandes 51 kann durch Benutzung eines der in Zusammenhang mit den F i g. 1,2 oder 3 beschriebenen Geräten erfolgen, wobei allerdings beide Hologramme von einer Quelle kohärenter Energie beleuchtet werden müssen. Dementsprechend zeigt Fig.5b, wie eine kompakte Meßeinrichtung konstruiert werden kann, unabhängig von der relativ großen Entfernung zwischen den Hologrammen 52 und 53 der F i g. 5a. Dieselben Prinzipien gelten, wenn ein einziges Objekt aus großer Entfernung betrachtet wird und dementsprechend scheint hier eine genauere Beschreibung dieser Betriebsweise nicht erforderlich. Die kompakte Meßeinrichtung wird dadurch ermöglicht, daß die Messungen an den Hologrammen auf die einzelnen zugeordneten virtuellen Bilder bezogen werden. Dies ist — wie in Fig.5b gezeigt — der Fall, weil das aufgezeichnete Objekt 51 durch zwei virtuelle Bilder 54 und 56 dargestellt wird. Jedes der Bilder 54 und 56 befindet sich in einer richtigen relativen Lage bezüglich der Hologramme 52 und 53, wodurch die Lagen aufgebaut werden, an denen sich die Hologramme während des Aufzeichnungsvorganges befanden. In der Fig.5b ist die Originallage des Hologramms 53 durch das Bezugszeichen 53' gekennzeichnet und gestrichelt dargestellt, um die Unterschiede im Abstand zwischen den Hologrammen während des Aufzeichnungs- und des Rekonstruktionsvorganges deutlich darzustellen.

Wenn die Punkte A, B, C und D auf dem Gegenstand 51 bekannt sind, können verschiedene Merkmale berechnet werden. Erstens ist die Kenntnis von vier

so Punkten größer als die Kenntnis der Minimalanzahl an Punkten, die zur Bestimmung der Lagen der Aussichtspunkte erforderlich ist, von denen aus das Hologramm aufgezeichnet worden ist Zweitens können zwei verschiedene Mengen an bekannten Punkten zur Bestimmung der Aussichtspunkte herangezogen werden. So können die Winkelmessungen der Richtungen vom Aussichts- bzw. Ausgangspunkt Oi der F i g. 5b zu den virtuellen Gegenstandspunkten A', B', C hin zur Bestimmung der Lage Oi herangezogen werden, während ähnliche Messungen an Richtungen ausgehend vom Punkt Q₂ zu den virtuellen Punkten B', C und D' zur Bestimmung des Ausgangspunktes O2 herangezogen werden. Die nachfolgenden Messungen ausgehend vom Punkt Oi zu neuen Punkten, z. B. fund F' hin und von dem Ausgangspunkt Oi zu neuen Punkten, z. B. E" und F" hin können zur Bestimmung der Lagen Fund F relativ zu den Lagen A, B, Cund D auf dem Gegenstand 51 benutzt werden. In gleicher Weise kann die Lage

einer beliebigen Anzahl von Punkten auf dem Gegenstand 51 bezüglich zu den bekannten Punkten A, B, Cund D bestimmt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5b werden die Hologramme 52 und 53 durch einen Betrachter 58 betrachtet derart, daß das eine Okular durch das Hologramm 52 und das andere Okular durch das Hologramm 53 blickt. Die Punkte Oi und O\ fallen gewöhnlicherweise zusammen, wie es auch bei den Punkten Ch und Ch' der Fall ist. In der Fig. 5 sind sie aber voneinander getrennt dargestellt, um die Darstellung klarer zu machen. Der Betrachter 58 kann von ähnlicher Bauweise sein wie der in der F i g. 4 gezeigte Betrachter; es kann das in der F i g. 3 gezeigte System verwendet werden oder auch ein System, das eine is direkte Messung zuläßt und beispielsweise in der F i g. 6 dargestellt ist.

In der F i g. 6 ist nur die linke Hälfte dargestellt, da die rechte Hälfte mit der linken identisch ist und ein Spiegelbild der ersteren darstellen würde. Die in der Fig.6 gezeigte Betrachtungs-Meßeinrichtung ist im wesentlichen ein fokussierbares gefaltetes Teleskop mit einer inneren Bezugsmarke 59 und einer verstellbaren Einrichtung zur Strahlfokussierung. Das System weist eine Objektivlinse 62, einen Umlenkspiegel 63, ein die Bezugsmarken 59 tragendes Fadenkreuz 64 und ein Okular 66 auf. Die Objektivlinse 62 baut ein Bild des Gegenstandes auf, der in der Ebene des Fadenkreuzes 64 gesehen werden kann, wo das Bild der Bezugsmarke 59 überlagert wird. Das zusammengesetzte Bild der Bezugsmarke 59 und des Gegenstandes wird mit Hilfe des Okulars 66 betrachtet. Gegenstände in verschiedenen Entfernungen können durch Fokussierung des Teleskops betrachtet werden, welche durch Bewegung der Objektivlinse 62 auf ihren beweglichen Lagerschiitten 67 bewerkstelligt wird.

Die einstellbare Einrichtung 61 zur Strahlfokussierung wird dazu benutzt, einen besonderen Punkt auf dem zu betrachtenden Gegenstand in Überlagerung mit der Bezugsmarke 59 auf dem Fadenkreuz 64 zu bringen. Die Einrichtung 61 weist einen Spiegel 68 auf, der um eine vertikale Achse 69 und eine horizontale Achse 71 drehbar ist. Die Achsen 69 und 71 schneiden sich in der Mitte des Spiegels 68. Die Drehung um die vertikale Achse 69 wird durch Drehung eines Rändelknopfes 72 bewerkstelligt. Das Ausmaß der Drehbewegung kann von einer unterteilten Skala 73 abgelesen werden, die zur Verdeutlichung wie in einer Explosionszeichnung oberhalb der Einrichtung dargestellt ist. Die Drehung um die Horizontalachse wird mit Hilfe eines Rändelknopfes 74 über einen Antriebsritzel 76 bewerkstelligt, der mit einem drehbaren Ring 77 zusammenarbeitet.

Das Winkelmaß der Drehung um die Horizontalachse 71 kann mit Hilfe unterteilter Skalen auf dem drehbaren Ring 77 und einem stationären Ring 78 ausgelesen werden.

Bei Benutzung des Gerätes schaut die Bedienungsperson durch das Okular 66 und läßt die Marke 59 mit dem gewünschten Bildpunkt zusammenfallen, indem er die Rändelknöpfe 72 und 74 dreht und damit eine Drehung um die Achsen 69 und 71 bewirkt. Nach Erreichung der Überlagerung der Marke 59 und des Gegenstandspunktes wird die Winkellage notiert, nachdem die Skala 73 und die Skala auf dem drehbaren Ring 77 abgelesen worden sind. Es ist klar, daß eben solche Messungen bezüglich des anderen Okulars ausgeführt werden, so daß die Information bezüglich eines einzelnen Punktes von zwei Blickausgangspunkten erzielt wird.

Wenn es gewünscht wird, können natürlich die Drehungen um die Horizontalachse 71 im rechten und linken Abtast-Teleskop zusammengefaßt werden. Diese Anordnung ist besonders dann nützlich, wenn die Achse 71 zu irgendwelchen Linien auf dem Gegenstand parallel gelegt werden kann, längs welcher Linie Punkte zu messen sind.

Fachleuten wird es klar sein, daß auch Servomotoren mit den Rändelknöpfen 72 und 74 gekoppelt werden können, so daß eine Drehung der Rändelknöpfe zu einer Drehung der Servomotoren führt. Diese Servomotordrehung kann zur Erzeugung elektrischer Signale herangezogen werden, die ihrerseits für ein automatisches Zeichnen des Gegenstandes herangezogen werden können, von dem einzelne Punkte berechnet worden sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren für hologrammetrische Messungen, bei dem ein Hologramm eines Gegenstandes zur Erzeugung eines holographischen Bildes beleuchtet s und das Bild betrachtet wird und Koordinaten ausgewählter Punkte bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ausgewählte Punkt (P) des virtuellen Bildes (13) von wenigstens zwei verschiedenen Betrachtungspunkten (18; 32, 32; Ox, Or, 66, 66) betrachtet wird und jeweils mit einer Markierung (Theodolit; 27; 59) zur Deckung gebracht wird und die räumlichen Koordinaten des ausgewählten Punktes ^bestimmt werden.

2. Verfahren für hologrammetrische Messungen, bei dem mindestens ein Hologramm eines Gegenstandes zur Erzeugung eines holographischen Bildes beleuchtet und das Bild betrachtet wird und Koordinaten ausgewählter Punkte bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von verschiedenen Aufnahmepunkten aus aufgenommene Hologramme (52,53) des Gegenstands (51) beleuchtet werden, wobei der Abstand der Hologramme bei der Beleuchtung kleiner ist als bei der Aufnahme des Gegenstandes, und jeder ausgewählte Punkt (D') des einen virtuellen Bildes (54) von einem Betrachtungspunkt (Ow O)') und der demselben Gegenstandspunkt (D) entsprechende Punkt (D") des anderen virtuellen Bildes (56) von einem anderen Betrachtungspunkt (Or, O2) aus betrachtet wird und jeweils mit einer Markierung (Theodolit 27; 59) zur Deckung gebracht wird und die räumlichen Koordinaten des ausgewählten Punktes bestimmt werden.

3. Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Lichtquelle kohärenten Lichtes und wenigstens einem Hologramm, gekennzeichnet durch eine wenigstens eine bezüglich des virtuellen holographischen Bildes (13; 54,56) bewegbare Markierung (27; 64) aufweisende Meßeinrichtung (14, 21, 61) einschließlich eines vor dem Hologramm angeordneten optischen Betrachters (31; 58).

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein auf einer ortsfesten Längenmeßskala (17) verschiebbarer Theodolit (18) ist.

5. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine auf der von dem Betrachter abgewandten Seite des Hologramms (11) angeordnete und in den drei Raumrich- so tungen (X, Y, Z) bewegbare Markierung (26, 27) aufweist, wobei die Raumkoordinaten der jeweiligen Lage der Markierung bezüglich des Hologramms von Längenmeßskalen (22,23,24) ablesbar sind.

6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (27) ein beleuchtetes Loch ist.

7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Betrachter (31) mit der auf der von dem Betrachter bo abgewandten Seite des Hologramms (11) angeordneten Markierung (27) über ein das Hologramm (11) übergreifendes Verbindungsglied (33) und ein einerseits an das erste Verbindungsglied (33) und andererseits an die Markierung (27) angelenktes ti") zweites Verbindungsglied (34) verbunden ist, wobei die beiden Schwenkachsen (37, 38) senkrecht zueinander und zur Erstreckungsrichtung des ersten Verbindungsgliedes (33) stehea

8. Meßgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Betrachter (31; F i g. 6) reflektierende Spiegel (43,44,47; 63, 68) und Fokussierungslinsen (46,49; 62) aufweist, die derart angeordnet sind, daß der Winkel zwischen den auf die Markierung (27) gerichteten Sehlinien (41, 42) über den Winkel hinaus vergrößert ist, der dem menschlichen Pupillenabstand zugeordnet ist.

9. Meßgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Strahlengang des Betrachters (Fig.6) eine feste Marke (59) vorgesehen ist, deren Bild als Markierung durch eine im Strahlengang angeordnete und verstellbare optische Baugruppe (68) auf den ausgewählten Punkt (P) einstellbar ist

10. Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Baugruppe einen Spiegel (68) aufweist, der um zwei, sich in der Mitte des Spiegels schneidende, zueinander senkrechte Achsen (69, 71) drehbar im optischen Betrachter angeordnet ist, wobei die Winkellagen des Spiegels an Meßskalen (73, 78) ablesbar sind, die den Betätigungselementen (72, 74) zum Verdrehen des Spiegels um die zueinander senkrechten Achsen zugeordnet sind.