DE2532585A1

DE2532585A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der ortskoordinaten einer unbekannten lage

Info

Publication number: DE2532585A1
Application number: DE19752532585
Authority: DE
Inventors: Paul L Dimatteo; Joseph A Ross; Howard K Stern
Original assignee: Dynell Electronics Corp
Current assignee: Dynell Electronics Corp
Priority date: 1974-07-22
Filing date: 1975-07-21
Publication date: 1976-04-01
Also published as: DE2559680C2; GB1520639A; DE2532585B2; SE7508303L; BE831496A; CH613039A5; GB1520638A; ES446718A1; JPS5136939A; DE2532585C3; NL7508666A; FR2280055A1; SE409244B; CA1044007A; JPS5712083B2; DK330275A; US3936649A; DE2559680B1; FR2280055B1; IT1041001B

Description

Patentanwälte;
Dr. !η,-?. Waiter AbIiZ

D r. c i e ι ο r F. M a rf 21. JULI 1975

Dr. Hans-Α. Brauns . c 23-009

■ äüaetm 86, PiuutimmtU. 2»

DYNELL ELECTRONICS CORPORATION 75 Maxess Road, Melville, N.Y. 11716, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung

zur Bestimmung der Ortskoordinaten einer unbekannten

Lage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die bei der Bestimmung der Ortskoordinaten einer unbekannten Lage Anwendung finden, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lagebestimmung, die bei der fotografischen Untersuchung von Gegenständen angewendet werden.

Bei verschiedenen fotografischen Untersuchungen ist die Kenntnis der Ortskoordinaten des Linsenknotenpunktes einer Kamera von besonderem Interesse. Bei einem kürzlich entwickelten Verfahren zur drexdimensionalen Gegenstandsreproduktion, das in der US-Anmeldung 412 162 beschrieben wird, werden z. B. Verfahrensschritte mitgeteilt, um aus der Untersuchung einer auf spezielle Weise erhaltenen Fotografie elektrische Signale zu erzeugen, die in einem Bündel von Strahlen oder Bahnen, die von einer Kameralinse zu einem Gegenstand führen, selektiv den Licht-

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strahl oder optischen Weg identifizieren, der in Sichtbeziehung zu einem interessierenden Oberflächenrandpunkt eines gegebenen Gegenstandes ist. Sind die Ortskoordinaten der Lage des Knotenpunktes einer Kameralinse bekannt, so können solche Signale zur Rekonstruktion des interessierenden Punktes in genauer räumlicher Beziehung zu anderen Punkten verwendet werden, die zusammen die gesamte Flächenbegrenzung des Gegenstandes definieren.

Für den Fall, daß ümgebungsstörungen, wie z. B. Vibration oder beabsichtigte Kamerabewegung, bei der Durchführung des genannten besonderen Verfahrens auftreten und eine genaue Reproduktion des Gegenstandes benötigt wird, ist es notwendig, die anfänglichen, mühsam bestimmten Ortskoordinaten der Lage des Knotenpunktes der Kameralinse von neuem zu bestimmen. Bei dem genannten und anderen Verfahren besteht unter diesen Bedingungen ein Bedürfnis für eine Vorrichtung und ein Verfahren, die eine einfache Bestimmung und Neubestimmung der Knotenpunktlage einer Kameralinse ermöglichen,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zur Lagebestimmung zu schaffen, insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zur Vereinfachung der Bestimmung und Neubestimmung der Ortskoordinaten der Lage eines Knotenpunktes einer Kameralinse bei der Reproduktion dreidimensionaler Gegenstände unter Zuhilfenahme fotografischer Mittel.

Diese Aufgabe wird bei der Bestimmung mehrfacher Ortskoordinaten durch die Schaffung einer Vorrichtung gelöst, die ein Fadennetz zur Festlegung einer Vielzahl

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einander berührender, getrennt erkennbarer Felder eines Gesichtsfeldes (Zellen), Einrichtungen zur Festlegung von wenigstens zwei wahrnehmbaren Marken und Einrichtungen zum Anordnen des Fadennetzes und der Marken, die Einrichtungen zum Erkennen jeder Marke in Verbindung mit einer der Zellen durch die getrennten optischen Wege zwischen den Marken und einer gegebenen Betrachtungslage, deren Ortskoordinaten unbekannt sind, bilden. Bei einem für die Erfindung grundlegenden Verfahren besitzen die Marken Lagen mit bekannten Ortskoordinaten. Jede Marke wird dann zusammen mit einer Zelle wahrgenommen oder erkannt, und zwar vorzugsweise durch Untersuchung einer Fotografie des Fadennetzes und der Marken, die von der Lage mit den unbekannten Ortskoordinaten aus aufgenommen wurde, z. B. von dem Linsenknotenpunkt aus, dessen Ortskoordinaten unbekannt sind. Von der Fotografie können Signale abgeleitet werden, die für jede interessierende Achse die Anzahl der Zellen innerhalb des Fadennetzes längs einer solchen Achse und die Reihenfolge einer solchen Aufeinanderfolge von Zellen, die zusammen mit jeder Marke erkennbar sind, angeben. Ein bevorzugtes Fadennetz enthält einen Aufbau, der eine rasche Feststellung von Fehlern bei der Identifizierung der Zellen und dessen Korrektur ermöglicht.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung und der Zeichnung deutlich. Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

ß 0 9 H 1 4 / Π 3 1 2

Fig. 2 eine Fotografie der Vorrichtung von Fig. 1, die von einer Lage oder einem Punkt längs der zum Fadennetz und den Marken symmetrischen Achse aus aufgenommen ist;

Fig. 3 eine Fotografie der Vorrichtung von Fig. 1, die von einem anderen Punkt als dem im Zusammenhang mit Figur 2 genannten aufgenommen ist;

Fig. 4 bis 6 Fotografien, die jeweils einen getrennten Teil der zusammengesetzten, in der Fotografie von Figur 3 enthaltenen Information darstellen;

Fig. 7 a bis 7 f erfindungsgemäß erzeugte Signale und Fig. 8 bis 10 Vorrichtungen zur Ausführung der Erfindung.

Gemäß Figur 1 enthält das Fadennetz 10 einen Rahmen 12 mit einer transparenten, ausgedehnten Mittelfläche, in der seitlich und längsverlaufende Gitterelemente 14 und 15 gehalten sind, die zusammen eine Vielzahl einander berührender, getrennt erkennbarer Flächen (Zellen) 16 a bis 28 f eines Betrachtungsfeldes begrenzen. Der Rahmen 12 kann aus lichtundurchlässigem Material bestehen, und die Gitterelemente 14 und 15 können relativ dicke Drähte enthalten, so daß sie ebenfalls undurchlässig für Licht oder andere auf das Fadennetz 10 auftreffende Energie sind. Alternativ können die Gitterelemente im wesentlich transparente Einrichtungen sein, z. B. feine Drahtfäden, die nur bei Erregung erkennbar sind. Bei der dargestellten A\isführungsform sind die Zellen von gleicher Größe und besitzen gemeinsame Seiten- und Längsabmessungen, können

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jedoch auch von willkürlicher Größe sein, wie es unten beschrieben wird.

An den oberen Bereichen von Trägerarmen 34 und 36, die auf einer Grundplatte 38 befestigt sind, befinden sich erkennbare Marken 30 und 32. Die Grundplatte 38 trägt das Fadennetz 10 und die Marken aus den unten genannten Gründen im Abstand voneinander. Die Trägerarme sind vorzugsweise durchlässig für die Strahlungsenergie, die zum Erkennen der Marken und der Fadennetzzellen verwendet wird.

Wenn die Marken 30 und 32 durch das Fadennetz 10 hindurch längs einer Achse, z. B. der Achse 40, ^di<2 symmetrisch sowohl zum Fadennetz als auch zu den Marken liegt betrachtet wird, so sind die Marken in Abhängigkeit von dem Betrachtungspunkt längs der Achse 40 mit verschiedenen der Zellen 22 a bis 22 f wahrnehmbar. Von einer gegebenen Lage 42 längs der Achse 40 aus sind die Marken zusammen mit Zellen 22 c und 22 d wahrnehmbar. Figur 2 zeigt eine Fotografie des Fadennetzes und der Marken, die mit einer Linse aufgenommen ist, deren Knotenpunkt sich in der Lage 42 befindet>

Gemäß Figur 2 können die x- und y-Ortskoordinaten jeder Marke relativ zu dem Ursprung 0 des Fadennetzes in einfacher Weise dadurch festgelegt werden, daß die Anzahl der längs der x- und y-Achse aufeinanderfolgenden Zellen betrachtet wird und innerhalb solcher Aufeinanderfolgen die Rangordnung der Zelle festgestellt wird, die zusammen mit einer solchen Marke erkennbar ist. Befinden sich die Marken 30 und 32 in Lagen mit bekannten Ortskoordinaten, so können die absoluten Ortskoordinaten

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der Zellen des Fadennetzes, die zusammen mit den Marken wahrnehmbar sind, ohne Schwierigkeiten im Hinblick auf die Ortskoordinaten der Lage 42 bestimmt werden, da der z-Achsenabstand der Marken relativ zu dem Fadennetz und die Geometrie des Fadennetzes bekannt sind.

Werden die Marken von einer Lage 44 aus auf einer anderen Achse 46 als der Achse 40 durch das Fadennetz hindurch betrachtet und wird eine Fotografie (Fig. 3) einer solchen Ansicht gemacht, so erleiden die Fadennetzzellen, die zusammen mit den Marken erkennbar sind, eine Verschiebung von den oben genannten Zellen 22 c und 22 d zu den Zellen 26 d bzw. 26 e. Eine solche Verschiebung tritt aufgrund des z-Achsenabstandes zwischen dem Fadennetz und den Marken ein. Die x- und y-Ortskoordinaten der Zellen 26 d und 26 e relativ zu den Ortskoordinaten der Marken 30 und 32 und der ζ-Achsenabstand zwischen den Marken und dem Fadennetz sind bekannt, so daß die x-, y- und z-Ortskoordinaten der Lage 44 relativ zu dem Fadennetz durch Triangulation bestimmt werden können. Für eine bestimmte Anwendung kann das Fadennetz eine ausreichende Anzahl von Zellen enthalten, so daß eine Interpolation der sichtbaren Lagen der Marken innerhalb einer bestimmten Zelle nicht notwendig ist.

Die vorausgehende Erläuterung betraf ein Fadennetz mit Zellen, die aufeinanderfolgend längs zwei Achsen angeordnet sind, die Erfindung kann jedoch auch mit einem einachsigen Fadennetz durchgeführt werden. In Fällen,in denen die Lageänderungen auf Betrachtungslagen beschränkt ist, die zwei Ortskoordinaten gemeinsam haben und nur entlang einer Verschiebungs-Achse in der dritten Ortskoordinate voneinander abweichen, kann ein geeignetes

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Fadennetz daher eine Aufeinanderfolge sich berührender Zellen längs einer solchen Achse, die parallel zur Verschiebungsachse ist, und eine einzige Marke, die im Abstand zu dem Fadennetz auf einer Achse senkrecht zu der Verschiebeachse angeordnet ist, aufweisen. Bei einem solchen einachsigen Fadennetz wird die Zelle bestimmt, die zusammen mit der Marke von den interessierenden Lagen auf der Verschiebeachse aus erkennbar sind.

Die Erfindung wird zweckmäßigerweise durch die Erzeugung elektrischer Signale, die die einbezogenen Parameter angeben, anstatt in der oben beschriebenen Verfahrensweise durchgeführt. Solche Signale ermöglichen die Verwendung automatischer Datenverarbeitungsverfahren bei der Lösung der auftretenden Triangulation. Bei solchen Datenverarbeitungsverfahren, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, werden z. B. durch das Stanzen von Karten digitale Signale für die invarianten Parameter, nämlich den Aufbau des Fadennetzes (Zellengröße und -anordnung) und die relative Lage des Fadennetzes und der Marken erzeugt.

Die vorliegende Erfindung liefert dann die Information hinsichtlich der Anordnung jener Zellen innerhalb des Fadennetzes, die zusammen mit den Marken von der unbekannten Lage aus erkennbar sind, z. B. die Zellen 22 c und 22 d für die Lage 42 oder die Zellen 26 d und 26 e für die Lage 44. Die zuletzt genannten Digitalsignale können für jede unterschiedliche axiale Anordnung, z. B. der Zellen 22 c und 22 d, innerhalb des Fadennetzes ein Signal enthalten, das eine Vielzahl vorgegebener, hintereinander angeordneter Zeitbereiche, die in der Zahl mit den Zellen längs einer Achse übereinstimmen, und zur Anzeige der Reihenfolge der Zelle innerhalb der Aufeinanderfolge einen Impuls (1) in dem betreffenden Zeitbereich be-

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sitzt. Das Impulsmuster, das die y-Achsenlage der beiden Zellen 22 c und 22 d gegenüber dem Ursprung 0 angibt, ist im dargestellten Fall 0001000. Die Impulsmuster 001000 und 000100 geben die x-Achsenlage der Zellen 22 c und 22 d gegenüber dem Ursprung 0 an.

Die Figuren 4-6 zeigen jeweils eine Fotografie, die einen ausgewählten Teil des Informationsgehaltes der Fotografie von Figur 3 enthalten. Figur 4 zeigt die seitlichen Gittere leinen te 14 von Figur 3, Figur 5 die längsverlaufendenGitterelemente 15 von Figur 3 und Figur 6 die Marken 30 und 32 in ihrer Anordnung gemäß Figur 3. Die Fotografien der Figuren 4-6 enthalten alle Filmrahmen-Bezugszeichen 48.

Die Fotografien der Figuren 4-6 können zum Beispiel mittels des oben als Alternative genannten Fadennetzes erhalten werden. Bei der Aufnahme der Fotografie von Figur 4 werden die Marken und die Fäden, die die längsverlaufenden Gitterelemente bilden, außer Strom gesetzt, während die Fäden, die die seitwärts verlaufenden Gitterelemente bilden, eingeschaltet sind. Bei der Aufnahme der Fotografie von Figur 5 werden nur die Fäden, die die längsverlaufenden Gitterlemente bilden, eingeschaltet. Bei der Aufnahme der Fotografie von Figur 6 werden nur die Marken eingeschaltet.

Die Fotografie von Figur 4 wird durch Abtasten, z. B. durch fotoelektrisches Abtasten, entlang einer Achse, die quer zu den dargestellten seitlichen Gitterelementen 14 verläuft, untersucht. Wenn beim Abtasten die Rahmenbegrenzung 50 und die Abbildungen von jedem der Elemente 14 angetroffen werden, wird ein Impuls erzeugt, wobei

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die Pulse zeitlich proportional den Abständen auf der Fotografie auseinanderliegen, wenn die Abtasteinrichtung mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt wird. Die Impulse werden so gespeichert, wie sie erhalten werden, d. h. mit Angabe der Zeitzwischenräume zwischen ihnen, wie es in Figur 7 (a) dargestellt ist. In gleicher Weise wird die Fotografie von Figur 5 durch Abtasten längs einer Achse, die quer zu den dortigen Darstellungen der längsverlaufenden Gitterelemente 15 verläuft, untersucht. Der erhaltene Impulszug ist mit der Angabe seiner Zeitzwischenräume in Figur 7 (b) dargestellt.

Die Fotografie von Figur 6 wird durch getrennte Abtastvorgänge in x- und y-Richtung hinsichtlich der Wiedergabe der Marken untersucht, und es werden Signale erzeugt, die jeweils einen Impuls enthalten, die beim Erkennen der Darstellung der Marke erzeugt werden. Die Signale besitzen in einer Abtastzeitbasis entsprechend einer der Abtastzeitbasen der aus den Figuren 4 und 5 abgeleiteten Signale einen Abstand ·

Figur 7 (c) zeigt die Ergebnisse der x-Abtastung bezüglich der Wiedergabe der Marken. Die Impulse zeigen hierbei für die Marken 30 und 32 die Wiederkehr (Echo) auf der x-Achse an. Zusammengenommen ergeben die Pulse der Figuren 7 (b) und 7 (c) hinsichtlich der x-Achse die örtliche Beziehung zwischen den Marken und den Fadennetzzellen, wie sie von der Betrachtungslage aus gesehen wird. Die Figuren 7 (d) und 7 (e) zeigen die Ergebnisse der y-Abtastung für die Darstellung der Marken, wobei die Pulse jeweils anzeigen", daß die Wiederkehr der Marken 30 und 32 auf der y-Achse die gleiche ist. Zusammen-

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genommen ergeben die Impulse der Figuren 7 (a) , 7 (d) und 7 (e) die Ortsbeziehung hinsichtlich der y-Achse zwischen den Marken und den FadennetzzeIlen, wie sie von der Betrachtungslage aus gesehen wird. Bei dem folgenden Beispiel wird eine Relation zwischen der x-Wiederkehr der Marke 30 in Figur 7 (c) und dem vierten Zeitzwischenraum des Signals von Figur 7 (d) gefunden, sowie zwischen der Wiederkehr der Marke 30 in Figur 7 (d) und dem zweiten Zeitzwischenraum des Signals von Figur 7 (a). Bei den Signalen von Figur 7 (b) und Figur 7 (a) sind sechs bzw. sieben Zeitzwischenräume vorhanden, und für die Marken 30 erhält man Muster 000100 (x) und 0100000 (y). Für die Marken 32 lauten die Impulsmuster 000010 (x) und 0100000 (y).

Die in Figur 8 gezeigte Vorrichtung kann zur Erzeugung der oben genannten Signale verwendet werden. Eine Quelle 80 für Strahlungsenergie in Form eines bleistiftdikken Bündels ist in fester Ausfluchtung mit einem Strahlungsenergiesensor 82 in einem Abtastmechanismus 84 angeordnet. Ein Rahmen 86 für den entwickelten Film ist fest zwischen der Quelle 80 und dem Sensor 82 angeordnet. Der Abtastmechanismus wird durch eine x-Versetzungszahnstange 88 und eine y-Versetzungszahnstange 90 relativ zu dem Filmrahmen bewegt, wobei jeder Zahnstange ein motorgetriebenes Ritzel od. dgl. zugeordnet ist, das zur getrennten x- und y-Abtastung betätigt wird.

Figur 9 zeigt eine bevorzugte Form des Fadennetzaufbaus, bei welchem es nicht notwendig ist, über den gesamten Umfang der verwendeten Zellen die Zellenzählung fortwährend zu erhöhen, und der eine sofortige Feststellung von Fehlern beim Abtasten der Zellen ermöglicht, z. B.

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wenn ein längs- oder seitlich verlaufendes Gitterelement nicht oder fälschlich abgetastet wird. Aus Gründen der Einfachheit sind in Figur 9 nur seitlich verlaufende Gitterelemente dargestellt.

Wie bei dem Fadennetzaufbau von Figur 1 liegen benachbarte (erste) seitliche Gitterelemente 14 in Figur 9 die Längsausdehnungen der aufeinanderfolgenden Zellen I bis VI fest. In ausgewählten Zellen, z. B. den Zellen II, III und V sind weitere (zweite) seitliche Gitterelemente 14 a vorhanden, die das Muster 0110100 für die aufeinanderfolgenden Zellen ergeben, wobei "0" eine Zelle anzeigt, die kein zweites seitliches Gitterelement 14 a besitzt, und "1" eine Zelle anzeigt, die ein solches zweites seitliches Gitterelement besitzt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind alle Gitterelemente wahrnehmbare Bauteile, d. h. Elemente, die undurchlässig oder reflektierend für auftreffende Strahlungsenergie sind, wobei die Gitterelemente 14 a ein Mittel zum Verschlüsseln des Fadennetzaufbaus darstellen. Die Anzahl der Elemente 14 a ist kleiner als die Anzahl der aufeinanderfolgenden Zellen. Wie in Figur 9 rechts dargestellt ist, liefern drei Bit eine unterscheidungskräftige Identifizierung für die letzten fünf der sieben Zellen. Zelle III besitzt den kennzeichnenden Code 011, die Zelle IV den Code 110, die Zelle V den Code 101, die Zelle VI den Code 010 und die Zelle VII den Code 100.

Im Verlauf der Zellenabtastung des Fadennetzes von Figur 9 erhält man die einzelnen Zellen definierende Signale, wie es oben in Verbindung mit den Figuren 4 und 7(a)beschrieben wurde. Gemäß Figur 7(f)enthalten die Signale die die Zellenlänge anzeigende Impulse von Figur 7 (a)

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und ferner Zellen-Codierungsimpulse P₁₁/ P_1n und P bei den Zellen II, III und V. Zur Erleichterung der Unterscheidung zwischen Impulsen, die die Zellenlänge anzeigen, und ZeIlen-Codierungsimpulsen kann die Impulsbreite oder -amplitude der letzteren von der Breite oder Amplitude der ersteren verschieden sein. Zur Identifizierung der Zellen kann das Signal von Figur 7 (f) in einem Schaltkreis verarbeitet werden, der ein sukzessives Auslesen der 3-Bit-Muster von Figur 9 rechts ermöglicht. Es ist dabei offensichtlich, daß ein solcher Schaltkreis, z. B. ein 3-Bit-Register, das durch die Impulse getaktet wird, die die Zellenlänge angeben, einen Fehler bei der Zellenabtastung anzeigt, wenn er das 3-Bit-Muster 111 liefert, da dieses Muster keiner Zelle zugewiesen ist.

Wie man erkennt, ist es nicht mehr notwendig, die Zellenzählung über den gesamten Umfang der Zellen zu erhöhen, wenn das Fadennetz so wie in Figur 9 verschlüsselt oder codiert ist. Die Festlegung der regulären Abstufung in dem zugewiesenen Code jeder abgetasteten Zelle durch ihr 3-Bit-Muster ermöglicht es, für die Identifizierung einer bestimmten Zelle nur eine Unterfolge zu betrachten, die kleiner ist als die gesamte Zellenfolge. Dieses Merkmal ist besonders wichtig, wenn die Zellenfolge groß ist, d. h. wenn die kontinuierliche Erhöhung der Zellenzählung umständlich ist und einen Zähler mit großer Kapazität erfordert. Für diesen Aspekt der Erfindung ist die Zellencode-Zuweisung von Figur 9 bevorzugt. Der Fadennetzaufbau von Figur 9 kann durch feine Drahtfäden hergestellt werden, wie es oben in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde.

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Der Fadennetzaufbau von Figur 9 enthält eine Folge erster Zellen mit Gitterelementen und zweiter Zellen ohne Gitterelemente. Wie man erkennt, ist diese Folge ein Verschiebe-Code. Die beispielhafte Folge von sieben Zellen folgt dem Code 0110100, wie er durch ein 3-Bit-Verschieberegister erzeugt werden kann, das zyklisch durch EXKLUSIV-ODER-Kombination der Inhalte von zwei Stufen des Registers verschoben wird. Die Unterfolge von Zellen, die wie oben beschrieben zur Zellenidentifikation betrachtet werden muß, stimmt zahlenmäßig mit den Stufen des Verschieberegisters überein, das den Code generiert. Allgemein ausgedrückt ist das Fadennetz mittels eines Verschiebe-Codes verschlüsselt und ist die Gesamtzahl erster und zweiter Zellen in der Zellenfolge gleich P, so enthält jede Unterfolge von N Zellen eine bestimmte Folge erster und zweiter Zellen, wobei die Beziehung zwischen P und N durch die Formel 2 - 1 = P hergestellt wird.

Selbstverständlich kann eine andere Verschlüsselung als mittels eines Verschiebe-Codes angewandt werden, wobei sich dann jedoch eine Vergrößerung der Unterfolge ergibt, die zur Identifizierung einer bestimmten Quelle betrachtet werden muß. Der Fadennetzaufbau kann z. B. in der Weise verschlüsselt werden, daß die Folge erster und zweiter Zellen in der Zellenfolge eine reine Binärprogression ist. Betrachtet man den Code, der durch einen 3-Bit-Binärzähler unter Einschluß der aufeinanderfolgenden Identifizierungen 000 und 001 erzeugt wird, so ist es offensichtlich, daß man eine Zellen-Unterfolge von wenigstens sechs Zellen zur Zellenidentifizierung berücksichtigen muß, im Gegensatz zu dem Fall N = 3 bei einer gleichen Anzahl P von Zellen bei Verwendung des Verschiebe-Codes.

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Wie das Fadennetz von Figur 1, so kann auch das Fadennetz von Figur 9 oder ähnliche verschlüsselte Fadennetzanordnungen in Verbindung mit wahrnehmbaren Marken bei der Erzeugung von Signalen verwendet werden, die zur Bestimmung der Ortskoordinaten einer bestimmten Betrachtungslage verwendet werden. Alternativ kann der verschlüsselte Fadennetzaufbau ohne solche Marken zur Untersuchung eines Gegenstandes in einem Betrachtungsfeld verwendet werden, das sich durch den verschlüsselten Fadennetzaufbau erstreckt. Eine entwickelte Fotografie eines Gegenstandes, die durch den verschlüsselten Fadennetzaufbau aufgenommen wurde, zeigt z. B. eine verschlüsselte Zellenfolge, die einem Gegenstand überlagert ist und eine einfache Unterscheidung zwischen verschiedenen Bereichen des Gegenstandes liefert.

Figur 10 zeigt eine Ausführungsform einer besonders bevorzugten Vorrichtung für die Ausführung der Erfindung und insbesondere zur Herstellung von Fotografien, die entsprechend den Figuren 4-6 selektiven Informationsinhalt besitzen. Die Grundplatte 52 von Figur 10 bildet einen festen Sitz für die Stützen 54 und 56. An seinem oberen Ende trägt die Stütze 56 einen Motor 58 und dazwischen ein Wellengehäuse 60. Die Antriebswelle 62 des Motors 58 ist z. B. durch Verkeilen fest mit dem das Fadennetz begrenzenden Rahmen 64 verbunden, wobei sich die Welle 62 durch das Gehäuse 60 erstreckt und unterhalb des unteren Endes des Gehäuses 60 wiederum mit dem Rahmen 64 verkeilt ist. Die Welle führt ferner in die Stütze 54, und die Stütze 54 und das Gehäuse 60 enthalten Lager, die eine Drehbewegung der Welle 62 relativ zu ihnen ermöglicht.

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Der Fadennetzrahmen 64 trägt eine Lampe 66 und einen faseroptischen Aufbau 67 an der Rahmenstrebe 68. Die ersten Enden des faseroptischen Aufbaus befinden sich bei der Lampe, und'die anderen Enden sind bei dem Rahmenfenster 70 gesammelt, das so angeordnet ist, daß beim Einschalten der Lampe eine ununterbrochene vertikale Lichtlinie bei dem Fenster 70 erzeugt wird, wenn der Rahmen ruht. Ein mit öffnungen versehener Fensterverschluß 72 ist mittels eines Scharniers an dem Rahmen 6 4 befestigt und ist in seiner offenen Stellung dargestellt. Wenn der Rahmen ruht und der Verschluß 72 auf das Fenster 70 in seine geschlossene Stellung bewegt wird, geht von dem Rahmen 64 eine Vielzahl vertikal angeordneter Lichtbündel aus. Das Gehäuse 60 ist in ζ-Achsenabstand zu dem Fenster 70 angeordnet und trägt in vertikalem Abstand voneinander Lampen 74 und 76.

Bei der Verwendung der Vorrichtung von Figur 10 zur Herstellung von Fotografien gemäß den Figuren 4-6 wird der Verschluß 72 in seine geschlossene Stellung gebracht, und die Lampe 66 ebenso wie der Motor 58 eingeschaltet. Wie man erkennt, kann der Rahmen 64 durch den Motor 58 auf einer im wesentlichen vollständig kreisförmigen Bahn bewegt werden, wodurch ein zylindrisches Lichtmuster erzeugt wird, das die seitwärts verlaufenden Gitterelemente definiert, wie dies bei der ebenen Ausführung von Figur 4 dargestellt ist.

Der Verschluß 72 wird nun in seine offene Stellung gebracht, und der Motor 58 wieder eingeschaltet. Im Verlauf der Bewegung des Rahmens 6 4 auf seiner kreisförmigen Bahn, wird die Lampe 66 periodisch eingeschaltet, wodurch ein zylindrisches Lichtmuster erzeugt wird, das die längsver-

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laufenden Gitterelemente definiert, wie dies bei der ebenen Ausführung von Figur 5 gezeigt ist.

Der Rahmen 64 wird nun in seine äußerste Stellung im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn gebracht, und der Motor 58 und die Lampe 66 werden ausgeschaltet und die Lampen 74 und 76 eingeschaltet, um Marken ähnlich den Marken 30 und 32 zu definieren. Es werden getrennte Fotografien der Muster mit den seitwärts- und längsverlaufenden Gitterelementen und dieser Marken-Lampen 74 und 76 aufgenommen.

Die Vorrichtung von Figur 10 schafft einen Fadennetzaufbau, der dreidimensional ist und dazu dient, einen dreidimensionalen Untersuchungsgegenstand teilweise oder vollständig einzuschließen, wodurch die Verwendung mehrerer Kameras ermöglicht wird, die in ihrer Lage durch die Struktur des Fadennetzes miteinander in Beziehung stehen. Bei einem Anwendungsbeispiel können mehrere Kameras in der gewünschten örtlichen Beziehung mit der Vorrichtung von Figur 10 angeordnet werden und die oben genannten Schritte des Einschaltens der Vorrichtung aufeinanderfolgend ausgeführt werden, wobei während jedes Schrittes von jeder Kamera Fotografien aufgenommen werden. Die Vorrichtung von Figur 10 wird dann abgeschaltet und der Gegenstand in dem Blickfeld der Kameras und damit innerhalb der aufgenommenen Struktur des Fadennetzes angeordnet, wovon die oben genannten Signale, die die Ortskoordinaten angeben, generiert werden. Die Grenzfläche des Gegenstandes wird fotografisch mittels Verfahren untersucht, die z. B. in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben sind. Bei beabsichtigten Kamerabewegungen oder Störungen von außen, die Kameraverschiebungen verursachen, kann das dreidimensionale Fadennetz von neuem

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erzeugt werden und zur sofortigen Neubestimmung der Ortskoordinaten des Knotenpunktes der Linsen untersucht werden.

Die Vorrichtung und die Verfahren, die oben beschrieben wurden, können in verschiedener Weise abgeändert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Die Marken 30 und 32 können z. B. im Gegensatz zu der obigen Beschreibung, bei der die Marken auf der Seite des Fadennetzrahmens angeordnet sind, die den interessierenden Lagen gegenüberliegt, in Richtung der interessierenden Lagen im Abstand angeordnet werden. Die Ausgangslagen, d. h. die Punkte der ersten sichtbaren Ausbreitung der Lichtbündel, die aus dem Fenster 70 austreten, und der Lichtbündel, die durch die Lampen 74 und 76 erzeugt werden, können in ähnlicher Weise relativ zu den interessierenden Lagen mit gegenseitigem Abstand in wechselnder Beziehung angeordnet sein. Wie oben erwähnt, können die Zellen willkürliche Ausmaße besitzen und in jeder gewünschten Weise verschlüsselt sein. Beim Erkennen solcher willkürlicher Zellen ist das in Verbindung mit den Figuren 4-8 beschriebene Signalerzeugungs-Verfahren besonders wirkungsvoll, da Zeitzwischenräume gemessen werden und die Zellengröße angeben. Die Marken und Gitterelemente, deren Erkennung ermöglicht werden soll, können Licht erzeugen oder undurchlässig und lichtreflektierend sein oder, wenn eine andere Energie als Lichtenergie verwendet wird, solche Energie erzeugen oder für solche Energie reflektierend sein. Die Erfindung betrifft Verfahren, bei denen mehrere Kameras in Sichtbeziehung zu einem gemeinsamen Punkt einer Gegenstandsoberfläche für erhöhte Genauigkeit angeordnet sind und eine einzelne Kamera aufeinanderfol-

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gend einen Gegenstand durch die Struktur des Fadennetzes betrachten kann, wobei die Kamera von einer Relativlage zu dem Gegenstand zu einer zweiten, abweichenden Relativlage zu dem Gegenstand bewegt wird. Die vorausgehende Beschreibung soll daher die Erfindung beschreiben und nicht innerhalb des Rahmens der nachfolgenden Ansprüche einschränken.

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Claims

Patentansprüche

1. ι Vorrichtung zum Erzeugen von Signalen zur Bestimmung -"■ der Ortskoordinaten einer bestimmten Lage mit unbekannten Ortskoordinaten, gekennzeichnet durch

a) ein Fadennetz (10) zur Festlegung einer Vielzahl getrennt erkennbarer Zellen (16 a bis 28 f) , wobei jede Zelle eine vorgegebene, bestimmte Fläche eines Betrachtungsfeldes festlegt, das sich von der gegebenen Lage zu dem Fadennetz erstreckt;

b) Einrichtungen zur Festlegung erkennbarer Marken (30, 32) ;

c) Einrichtungen (38) zum Anordnen des Fadennetzes (10) und der die Marken in dem Betrachtungsfeld festlegenden Einrichtungen im Abstand zueinander und

d) Einrichtungen zum Erzeugen eines Signals, das die Zelle angibt, die die Fläche des Betrachtungsfeldes festlegt, das den geradlinigen optischen Weg einschließt, der sich von der gegebenen Lage zu der Marke erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadennetz (10) eine Vielzahl einander schneidender, seitlich und längs verlaufender Elemente (14, 15) enthält, die lichtundurchlässig sind und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei jede Zelle (16 a bis 28 f) durch ein benachbartes Paar seitlich verlaufender

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Elemente (14) und ein benachbartes Paar längs verlaufender Elemente (15) begrenzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Marken festlegenden Einrichtungen eine Lichtquelle (74, 76) enthalten, die ein Lichtbündel erzeugen, das die Marke bildet, die Anordnungseinrichtungen das Fadennetz und die die Marken festlegenden Einrichtungen in solcher Weise tragen, daß die Lichtquelle einen Abstand gegenüber den seitlich und längs verlaufenden Elementen auf einer Achse besitzt, die die Ebene der seitlich und längs verlaufenden Ele mente schneidet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadennetz eine erste Lichtquelle (66) und mit der ersten Lichtquelle zusammenwirkende Einrichtungen zur Erzeugung einer Vielzahl einander schneidender, seitlich und längs verlaufender erster Lichtbündel, sowie eine Fenster aufweisende Einrichtung (72) zur Aussendung der ersten Lichtbündel, wobei jede Zelle durch ein benachbartes Paar der seitlich verlaufenden ersten Bündel und ein benachbartes Paar der längs ver laufenden ersten Bündel begrenzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Marken festlegenden Einrichtungen eine zweite Lichtquelle enthalten, die ein zweites Lichtbündel erzeugt, das die Marke festlegt, wobei die Anordnungseinrichtungen das Fadennetz und die die Marken festlegenden Einrichtungen derart trägt, daß die zweite Lichtquelle einen Abstand zu der Fenster aufweisenden Einrichtung (72) besitzt.

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6. Verfahren zur Erzeugung von Signalen für die Bestimmung der Ortskoordinaten einer gegebenen Lage mit unbekannten Ortskoordinaten, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine erkennbare Marke in einer Lage mit bekannten Ortskoordinaten anordnet;

b) ein Betrachtungsfeld einer Linse einrichtet, das sich von der gegebenen Lage zu der Marke erstreckt;

c) das Betrachtungsfeld der Linse in vorgegebene, getrennte Flächen unterteilt und

d) ein Signal erzeugt, das die vorher festgelegte Fläche des Betrachtungsfeldes anzeigt, die den geradlinigen, optischen Weg einschließt, der sich von der gegebenen Lage zu der Marke erstreckt.

7. Verfahren zur Erzeugung von Signalen für die Bestimmung von Ortskoordinaten einer gegebenen Lage mit unbekannten Ortskoordinaten, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine erste und zweite erkennbare Marke in einer ersten bzw. zweiten Lage mit bekannten Ortskoordinaten anordnet;

b) das Betrachtungsfeld einer Linse einrichtet, das sich von der gegebenen Lage zu den Marken erstreckt;

c) das Betrachtungsfeld der Linse in erste Flächen unterteilt, die entlang einer ersten Ortskoordinatenachse aufeinanderfolgen, und in zweite Flächen, die entlang

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einer zweiten Ortskoordinatenfläche aufeinanderfolgen, und

d) erste Signale erzeugt, die die Rangfolge innerhalb einer solchen Aufeinanderfolge erster Betrachtungsfeldflächen der Flächen angibt, die die geradlinigen optischen Wege einschließen, die sich von der gegebenen Lage zu der ersten und zweiten Marke erstrecken, und ein zweites Signal erzeugt, das die Rangfolge innerhalb der Folge zweiter Betrachtungsfeldflächen derjenigen Flächen anzeigt, die die geradlinigen, optischen Wege einschließen, die sich von der gegebenen Lage zu der ersten und zweiten Marke erstrecken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt d zum Teil dadurch ausgeführt wird, daß eine fotografische Aufnahme von der gegebenen Lage aus aufgenommen wird, die die Betrachtungsfeldflächen und die Marken enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt c dadurch ausgeführt wird, daß in dem Betrachtungsfeld der Linse eine Vielzahl einander schneidender, seitlich und längs verlaufender Elemente angeordnet werden, die lichtundurchlässig sind und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei jede Zelle durch ein benachbartes Paar der seitlich verlaufenden Elemente und ein benachbartes Paar der längs verlaufenden Elemente begrenzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,' dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt a dadurch ausgeführt wird, daß

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in der ersten und zweiten Lage Lichtquellen angeordnet werden, die davon ausgehende Lichtbündel erzeugen, die die Marken festlegen.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt c dadurch ausgeführt wird, daß
eine Vielzahl einander schneidender, seitlich und längs verlaufender Lichtbündel erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt a dadurch ausgeführt wird, daß in der ersten und zweiten Lage Lichtquellen angeordnet
werden, die davon ausgehende weitere Lichtbündel erzeugen, die die Marken festlegen, wobei die bei der
Ausführung des Verfahrensschrittes c: erzeugten Lichtbündel von einem Punkt ausgesandt werden, der von der
ersten und zweiten Lage einen Abstand besitzt.

13. Fadennetzstruktur zur Untersuchung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch

a) Einrichtungen zur Festlegung einer Aufeinanderfolge einander berührender, getrennt erkennbarer Zellen

(16 a bis 28 f) , wobei jede Zelle eine vorgegebene, unterschiedliche Fläche eines Betrachtungsfeldes
festlegt, das sich durch die Fadennetzanordnung erstreckt, und die Zellen zusammen das Betrachtungsfeld festlegen, das sich durch die Fadennetzanordnung erstreckt;

b) Einrichtungen zum Verschlüsseln der Aufeinanderfolge von Zellen zur Identifizierung der Reihenfolge der
Zellen innerhalb dieser Aufeinanderfolge, wobei die

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Verschlüsselungseinrichtungen erkennbare Elemente (14 a) enthalten, die einzeln in ausgewählten ersten Zellen angeordnet sind, der Rest der Zellen zweite Zellen enthält und die Anzahl der erkennbaren Elemente (14a) kleiner ist als die Gesamtzahl der ersten und zweiten Zellen innerhalb der Aufeinanderfolge;

c) Einrichtungen zur Festlegung erkennbarer Marken (30, 32; 74, 76) und

d) Einrichtungen zum Anordnen der Einrichtungen c und der Einrichtungen a im Abstand voneinander in dem Betrachtungsfeld.

14. Fadennetzaufbau nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl der ersten und zweiten Zellen P ist und jede Unterfolge von N dieser Zellen eine unterschiedliche Folge erster und zweiter Zellen besitzt, wobei die Beziehung zwischen P und N durch die Formel 2^N - 1 = P hergestellt wird.

15. Fadennetzanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der ersten und zweiten Zellen innerhalb der Aufeinanderfolge von Zellen eine Binärfolge ist.

16'. Verfahren zum Aufzeichnen eines Gegenstandes von einer gegebenen Lage aus, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein Betrachtungsfeld einer Linse einrichtet, das sich von der gegebenen Lage zu dem Gegenstand erstreckt;

b) das Betrachtungsfeld der Linse in eine Aufeinanderfolge benachbarter, getrennt erkennbarer Zellen unterteilt;

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c) die Aufeinanderfolge von Zellen verschlüsselt, indem man erkennbare Elemente in einer ausgewählten Aufeinanderfolge innerhalb der Zellen anordnet, wobei die erkennbaren Elemente zahlenmäßig geringer sind als die Zellen und zwischen der gegebenen Lage und dem Gegenstand angeordnet sind, und

d) Strahlungsenergie innerhalb des Betrachtungsfeldes der Linse aufzeichnet, die den Gegenstand, die Zellenfolge und die erkennbaren Elemente darstellt, wodurch eine Aufzeichnung der verschlüsselten Zellenfolge, die dem Gegenstand überlagert ist, hergestellt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erkennbaren Elemente in einer ersten Gruppe der Zellen, nicht dagegen in einer zweiten Gruppe der Zellen angeordnet sind, die Anzahl der Zellen der ersten und zweiten Gruppe insgesamt P ist und aufeinanderfolgend längs einer ersten Achse angeordnet ist, jede ünterfolge von N der P Zellen eine unterschiedliche Reihenfolge der Zellen der ersten und zweiten Gruppe enthält, wobei zwi-

sehen P und N die Beziehung 2 - 1 = P besteht.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt b dadurch ausgeführt wird, daß erkennbare Bauteile, die für Strahlungsenergie undurchlässig sind, in dem Betrachtungsfeld der Linse angeordnet werden, der Verfahrensschritt c dadurch ausgeführt wird, daß die erkennbaren Elemente dadurch erkennbar gemacht werden, daß sie für Strahlungsenergie undurchlässig gemachtwerden, und der Verfahrensschritt ddadurch ausgeführt wird, daß Strahlungsenergie gleichzeitig auf

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die erkennbaren Bauteile, die erkennbaren Elemente und den Gegenstand gerichtet wird und die von diesen in das Betrachtungsfeld der Linse reflektierte Strahlungsenergie aufgezeichnet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt b dadurch ausgeführt wird, daß erste Bauteile in dem Betrachtungsfeld angeordnet werden, die zur Abgabe von Strahlungsenergie erregbar sind, der Verfahrensschritt c dadurch ausgeführt wird, daß man die erkennbaren Elemente der zweiten Bauteile so ausbildet, daß sie zur Abgabe von Strahlungsenergie erregbar sind, und der Verfahrensschritt d dadurch ausgeführt wird, daß die ersten Bauteile zu einem ersten Zeitpunkt erregt werden und die von diesem in das Betrachtungsfeld der Linse abgestrahlter Strahlungsenergie aufgezeichnet wird, die zweiten Bauteile zu einem zweiten Zeitpunkt erregt werden und die von diesem in das Betrachtungsfeld der Linse abgestrahlte Strahlungsenergie aufgezeichnet wird und Strahlungsenergie auf den Gegenstand zu einem dritten Zeitpunkt gerichtet wird und die von dem Gegenstand in das Betrachtungsfeld der Linse reflektierte Strahlungsenergie aufgezeichnet wird.

20. Verfahren zum Herstellen und Untersuchen einer Aufzeichnung eines Gegenstandes, die von einer gegebenen Lage aus aufgenommen wurde, dadurch gekennzeichnet , daß man

a) das Betrachtungsfeld einer Linse einrichtet, das sich von der gegebenen Lage zu dem Gegenstand erstreckt;

b) eine erste Vielzahl unterscheidbarer Elemente in dem

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Betrachtungsfeld der Linse zur Unterteilung des Betrachtungsfeldes der Linse in eine Folge längs einer ersten Achse benachbarter Zellen anordnet;

c) die Folge von Zellen verschlüsselt, indem man eine zweite Vielzahl unterscheidbarer Elemente in einer ausgewählten Folge innerhalb der Zellen und zwischen der gegebenen Lage und dem Gegenstand anordnet, wobei die Anzahl der zweiten erkennbaren Elemente kleiner ist als die Anzahl der Zellen;

d) Strahlungsenergie innerhalb des Betrachtungsfeldes der Linse aufzeichnet, die den Gegenstand und die Mehrzahl erster und zweiter unterscheidbarer Elemente wiedergibt, wodurch eine Aufzeichnung der auf diese Weise verschlüsselten Zellen hergestellt wird, die dem Gegenstand überlagert sind, und

e) die Aufzeichnung längs der Achse abtastet und Signale erzeugt, die in der Zeitbasis der Abtastung einen Abstand voneinander besitzen und selektiv die ersten und zweiten erkennbaren Elemente anzeigen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zellen P ist und die Anzahl der zweiten erkennbaren Elemente N ist, wobei zwischen P und N die

N
. Beziehung 2 - 1 = P besteht.

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