Способ выделения участков равного параллакса на снимках стереопары и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

655899 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

p2) Заявлено 07.12.76 (2т} 2427213/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05.04.79Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 10.04.79 (51) М. Кл.

Ст 01 С 11/14

Государственный квинтет

СССР по делам нзооретеннй н отнрытнй (53) УДК 528.722..6(088,8) (72) Авторы изобретения

A. A. Бражник и Л. A. Яковпев

Сибирское особое конструкторское бюро

Научно-производственного объединения "Союзгеофизика" (71} Заявитель (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УЧАСТКОВ РАВНОГО ПАРАЛЛАКСА

НА СНИМКАХ СТЕРЕОПАРЫ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано для создания системы автоматизированного составления карт по стереопарам аэрофотоснимков.

Известны автоматизированные системы, основанные на известном способе выделения участков равного параллакса на стереопаре фотоснимков электронными средствами, который состоит в том, что синхронно сканируют соответственные малые участки снимков стереопары при помощи ЭЛТ, преобразуют оптическую плотность изображений участков в электрические сигналы, подаваемые на коррелятор, измеряют значение параллакса в момент максимума функции корреляции с помощью электромеханической, следящей системы, сравнивают измеренное значение с выбранным и в случае их равенства выделяют данный участок снимков, переходят к следующему участку и все повторяют (1) и (2).

Быстродействие этого способа ограничено из-за конечного времени сканирования участков, инерционности электромеханической следящей системы и, главным образом, из-за самого принципа последовательной обработки изображения.

Известен способ выделения участков равного napaëëàêñà на стереопаре снимков, основанный на параллельной оптической обработке изображений. Способ заключается в том, что последовательно удаляют постоянную составляющую амплитудного пропускания первого снимка стереопары, формируют изображение первого снимка, записывают тв голограмму первого снимка, устанавливают второй снимок стереопары в положение, соответствующее искомому значению параллакса, удаляют постоянную составляющую амплитудного пропускания второго снимка стереопары, формируют изображение второго

15 снимка. модулируют изображение второго снимка носителем голограммы первого снимка, выделяют постоянную составляющую амплитуды, восстановленной с голограммы опорной волны и формируют из опорной

gp волны выходной сигнал в виде ярких участков в выходной плоскости, положение которых соответствует участкам равного значения параллакса (3).

Устройство для выделения участков равного параллакса на стереопаре снимков сос655899

3 тоит из записывающей и измерительной частей. Записывающая часть устройства содержит расположенные по ходу предметного пучка когерентного света первый снимок стереопары, расположенный в предметной плоскос- 5 ти входной оптической системы, входную оптическую систему, состоящую из сферических компонентов, <рильтр высоких пространственных частот и носитель голограммы, расположенный в плоскости изображения входной оптической системы. Измерительная

>0 часть устройства включает расположенные по ходу предметного пучка когерентного света второй снимок стереопары, расположенный в предметной плоскости входной оптической системы, и входящие в записывающую часть входную оптическую систему, фильтр, высоких пространственных частот и расположенный в плоскости изображения входной оптической системы носитель голограммы, а также расположенные по ходу опорного пучка выходную оптическую систему, в предметной плоскости которой расположен носитель голограммы, и фильтр низких пространственных частот.

Недостатком способа является невозможность выделения участков равного параллакса при значительных углах наклона изображаемой на снимках местности в направлении базиса съемки.

Для реальных аэрофотоснимков применение известных оптических способов приводит к тому, что выделяемая горизонталь Zp состоит из отдельных фрагментов, поскольку некоторые участки горизонтали, лежащие на продольных склонах и поэтому имеющие разный продольный масштаб, не коррелируют. Увязать отдельные фрагменты в горизонталь можно только после ручной ооработки стереопары на стереоприборе.

Цель изобретения — параллельное выделение всех участков равного параллакса со снимков, в том числе при значительных углах наклона изображаемой местности в направлении базиса съемки.

Для этого предварительно разбивают первый снимок стереопары на узкие полосы, перпендикулярные направлению базиса съемки, изменяют для всех изображений в пределах полученных полос продольный масштаб 45 относительно исходного, сохраняя первоначальные значения продольной координаты центров этих полос и выбирая значение масштаба из ряда, перекрывающего весь диапазон возможных изменений масштаба, записывают при различных направлениях опорного пучка несколько наложенных голограмм, трансформированных с выбранными продольными масштабами изображений первого снимка, а выходной сигнал формируют из опорных волн, восстановленных со всех записанных голограмм.

Устройство для осуществления способа состоит из записывающей части, содержащей расположенные по ходу предметного

4 пучка когерентного света первый снимок стереопары, входную оптическую систему, фильтр высоких пространственных частот и носитель голограммы, расположенный в плоскости изображения входной оптической системы, и измерительной части, содержащей расположенные по ходу предметного пучка второй снимок стереопары, расположенный в предметной плоскости входной оптической системы, и входящие в записывающую часть сферические компоненты входной оптической системы, фильтр высоких пространственных частот и расположенный в плоскости изображения входной оптической системы носитель голограммы, а также расположенные по ходу опорного пучка выходную оптическую систему, в предметной плоскости которой расположен носитель голограммы, и фильтр низких пространственн ых ч астот.

В предлагаемом устройстве первый снимок стереопары расположен в предметной плоскости растровой цилиндрической оптической системы, установленной перед входной оптической системой записывающей части таким образом, что предметная плоскость последней совпадает с плоскостью изображения цилиндрической растровой оптической системы, образующая которой перпендикулярна базису съемки, а входная оптическая система записывающей части снабжена цилиндрической насадкой.

Значения продольного масштаба, необходимые для перекрытия всего диапазона возможного изменения относительного масштаба сопряженных участков, определяется из неравенства (1 +в) )В, (1) где в — изменение относительного масштаба сопряженных участков, которое еще обеспечивает необходимое отношение сигнал/шум при оптической корреляции (в = 0,03 + 0,10);

 — максимальная величина относительного масштаба сопряженных участков, диапазон изменения относительного масштаба от — - до В,В 3);

e.— необходимое число значений масштаба (предпочтительно иметь голограмму с масштабом М = 1, при этоми — нечетное).

Необходимые значения продольного масштаба образуют ряд (1 + в)» ",....(1 + в), 1, (1 + в),....(1 + в) (-2) или в общем виде

Mi = (1+в) где i = 1,2...n.

Первый снимок стереопары разбивают на узкие полосы, перпендикулярные направлению базиса съемки. Ширина полосы определяется минимальным размером участка, достаточным для его надежного корреляционного отождествления, и имеет величину 10—

30 периодов наивысшей на снимке пространственной частоты, т. е. порядка 0,3—

1,0 мм. Затем для всех полученных полос

6 рические объективы 6, 9 и цилиндрическая насадка 7 образуют входную оптическую систему 11. Узел 12 для изменения угла падения опорного пучка иа носитель голограммы может быть выполнен сочетанием поворачивающегося вокруг вертикальной оси с возможностью останова в одном из нескольких возможных угловых положений зеркала 13 и подвижного зеркала 14, которое каждый раз занимает положение по касательной к направляющей 15, соответствующее положению зеркала 13. Направляющая 15 имеет форму части эллипса, лежащего в горизонтальной плоскости, фокусы которого находятся на оси вращения зеркала 13 и на центральной оси носителя голограммы 10.

На пути параллельного пучка когерентного света в передней фокальной плоскости объектива 6 записывающей части расположен второй снимок 16 стереопары, имеющий возможность перемещения и поворота в плоскости снимка. Фильтр 8 высоких частот записывающей части расположен в задней фокальной плоскости объектива 6, совпадающей с передней фокальной плоскостью объектива 9 записывающей части, в задней фокальной плоскости которого расположен носитель голограммы 10. За носителем голограммы вдоль среднего направления распространения опорных пучков находится сферический объектив 17, передняя фокальная плоскость которого совпадает с плоскостью носителя голограммы, а в задней фокальной плоскости помещен фильтр низких пространственных частот 18, представляющий собой непрозрачный экран, имеющий малые отверстия в точках фокусировки восстановленных. с носителя голограмм опорных волн. Плоскость фильтра низких пространственных частот совпадает с передней фокальной плоскостью сферического объектива 19, в задней фокальной плоскости которого расположен фотоприемник 20, в качестве которого может

40 использоваться фотопластинка, видикон и т. д. Сферические объективы 17 и 19 образуют выходную оптическую систему 21.

Запись голограмм осуществляют следующим образом.

Один из горизонтальных снимков стерео45 пары с известным направлением базиса съемки устанавливают так, чтобы базис съемки был перпендикулярен образующей цилиндрического растра, а центр снимка находился на оптической оси системы. Параллельным пучком когерентного света освещают во время экспонирования снимок 1, и цилиндрическая растровая система 2 формирует в плоскости изображения трансформированное изображение снимка со значением продольного масштаба из ряда (2). Лля этого смешения растров 3 — 5 и снимка 1 относительно неподвижной плоскости изображения выбирают из соответствующих рядов, определяя их значения, исходя из ряда (2), и требования о сохранении параллельного хода

655899 изменяют продольный масштаб заключенных в них изображений относительно исходного, сохраняя первоначальное положение центров этих полос. Значения масштаба выбирают из ряда (2). Полученные при таком 5 трансформировании и изображений записывают голографическим путем.

На фиг. 1 а., 6, в показан рисунок трансформированного изображения, представленного совокупностью точек (изображение трансформировано в масштабах соответственно 1:1; 1:1,5 и 1,5:1); на фиг. 2 — записывающая часть устройства; на фиг. 3 — измерительная часть устройства.

На пути параллельного пучка когерентного света установлен первый снимок 1 стереопары, который может перемещаться по горизонтали и вертикали, поворачиваться в плоскости снимка, а также перемешаться вдоль оптической оси. За снимком по ходу пучка расположена цилиндрическая растровая оптическая система 2, состоящая, например, из трех цилиндрических растров 3 — 5, имеющих одинаковый шаг. Фокусные расстояния элементов этих растров связаны соотношением f = 4 =2f4. Каждые три соосных элемента растров образуют оптическую систему, в которой растр 3 формирует обратное изображение узкой полосы снимка 1 и в плоскости, в которую помещен растр 4, выполняющий функции коллектора, а растр5 формирует прямое изображение узкой полосы снимков l. Фокусное расстояние растра 30

4 выбрано из условия сохранения параллельного хода лучей за цилиндрической растровой оптической системой. Цилиндрические растры 3 — 5 могут независимо перемешаться вдоль оптической оси. При предлагаемой конструкции растровой цилиндрической оптической системы максимальный поперечный размер изображения полосы равен шагу растра, т. е. при увеличении масштаба относительно исходного изображается только центральная часть полосы. Однако это не искажает выходные результаты. Плоскость изображения растровой оптической системы совпадает с передней фокальной плоскостью расположенного далее по ходу пучка сферического объектива 6. Цилиндрическая насадка 7, расположенная рядом с объективом 6, изменяет фокусное расстояние в плоскости, параллельной образующим растров таким образом, чтобы оно совпадало с оптической длиной пути до плоскости снимка 1. В задней фокальной плоскости объектива 6, где формируется преобразование Фурье снимка

1, помещен фильтр 8 высоких пространственных частот, представляющий собой непрозрачную заслонку для прошедших без дифракции лучей. Задняя фокальная плоскость объектива 6 совпадает с передней фокальной плоскостью расположенного далее по ходу пучка сферического объектива 9, в задней фокальной плоскости которого помещена фотопластинка — носитель голограммы 10. Сфе655899

8 тудного пропускания снимка 16. Объективом

9 формируют в плоскости носителя голограммы 10 изображение снимка 16 без удаленной фильтром 8 постоянной составляющей его

5 амплитудного пропускания. Этот световой поток освещает носитель голограммы, и с участков с искомым значением параллакса восстанавливаются опорные волны, соответствующие относительным масштабам этих участков. Опорные волны фокусируют объективо:I !7 в плоскость фильтра 18 низких е частот, который ослабляет шумы, а объективом 19 формируют в плоскости фотоприемника 20 изображение тех участков носителя голограммы, с которых восстановились опор1 15 ные волны. Это и будут участки с искомым значением параллакса, выделенные по яркости. Для выделения участков с другим значением параллакса снимок 16 смегдают р- вдоль базиса. е У .añòêè равного паралл акса получают в плоскости фотоприемника 20 в централье- ной проекции. Для перехода к прямоугольной проекции за плоскостью 20 устанавлива|от панкратический объектив.

0 Предлагаемый способ позволяет создать автоматизированную систему выделения изо> » с линий по стереопаре фотоснимков с быстроь действием 5 — 15 ми-» на одну стереопару.

При дальнейшем совершенствовании элементной базы когерентной оптики скорость обработки может быть еше более повышена.

Формула изобретения

7 пучков на выходе цилиндрической растро вой оптической системы. Объективом 6 в со четании с насадкой 7 формируют в задней фокальной плоскости объектива 6 распреде ление света, которое описывается преобра зованием Фурье от трансформированного снимка 1. Фильтром 8 удаляют постоянную составляющую амплитудного пропускания снимка 1 из проходящего далее светового потока. Это необходимо для увеличения от ношения сигнал/шум на выходе. Объективо

9 осуществляют обратное преобразовани

Фурье над световым распределением в его передней фокальной плоскости и формиру ют в плоскости носителя голограммы 10 трансформированное изображение снимка с удаленной постоянной составляющей его амплитудного пропускания. На носитель ro лограммы во время экспонирования направ ляют узлом 12 под определенным углом опо ный пучок когерентного света. В результат за время экспонирования на носителе го лограммы записывают гологра»лму изображ ния первого снимка стсре >п;!p.>!, трансфор мированного с выбранным продольным мас штабом. Затем записывак>т па носителе другие голограммы. Псрсд:;::: ым после дующим экспонированием:;,: иядрически растры 3 — 5 и снимок 1 псрсмсчдают вдол оптической оси в положен;:и, соответствую щие выбранному значению паi nòaoà транс формирования, а также изклсняют положе ние зеркал 13 и 14 узла !2,,:;я изменения угла падения опорного пуч:-:.a. Величины углов падения опорного пучкa выбирают такими, чтобы наложенные голограммы были разнесены по частоте. Мини «льный допустимый угол 9щ, между направлением опорного пучка и нормалью и поверхности носителя голограммы определяю г из условия

sine,. = 5 f, где 4»х -- глаксимальная пространственная частота lla снимке (порядка 30 1/мм); Л вЂ” длина во.пlaû когерснт;о го света, используемого в уст1>ойстве. Послсдующие узлы определяют из условия

sin 6 - sin Î .„--=- 4 i;, ахЛ.

Участки с искомым значснием параллакса выделяют следующим образом.

Послед — кратного экспонирования носитель голограмм 10 подвергают фотографической обработке, причем следует предпочесть обработку Ila месте экспонирования.

Второй снимок 16 стереопары устанавливают в переднюю фокальную плоскост обьектива 6, совмещая центр снимка с оптической

»( осью системы и направляя базис съемки перпендикулярно образующей цилиндрических растров. Смещают снимок вдоль базиса съемки на величину искомого параллакса.

Параллельный пучок когерентного света дифрагирует на снимке 16 в соответствии с распределением его амплитудного пропускания, и объектив 6 формирует в своей задней фокальной плоскости распределение света, описываемое преобразованием Фурье ампли1. Способ выделения участков равного параллакса на снимках стереопары, при котором удаляют постоянну:о составляющую амп:»nl..óäíîãî пропускания первого снимка стерсопары, формируют изображение первого снимка, записывают голограмму изображения первого снимка, устанавливают второй снимок стереопары в положение, соответству.огцее искомому значению параллакса, удаля— ют постоянную составляющую амплитудного

l "ропускания второго снимка стереопары, формируют изображение. второго снимка, мо. дулируют изображение второго снимка носителем голограммы первого снимка, выделяют постоянну1о составляющую амплитудь), восстановленной с голограммы опорной волны, и формируют из опорной волны выходной сигнал в виде ярких участков в выходной плоскости, положение которых соответст в>ет участкам равного значения параллакса, отличаюш,ийся. тем, что, с целью параллельного выделения всех участков равного параллакса со снимков, в том числе при значительных углах наклона изображаемой местности в направлении базиса съемки, предварительно разбивают первый снимок стереопары на узкие полосы, перпендикулярные направлению базиса съемки, изменяют для всех изображений в пределах полученных полос продольный масштаб относитель655899

Риг.Ю

UHHHITH Заказ 1498/30 Тираж 865 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 но исходного, сохраняя первоначальные значения продольной координаты центров этих полос и выбирая значение масштаба из ряда, перекрывающего весь диапазон возможных изменений масштаба, записывают при различных направлениях опорного пучка несколько наложенных голограмм, трансформированных с выбранными продольными масштабами изображений первого снимка, а выходной сигнал формируют из опорных волн, восстановленных со всех записанных голограмм.

2. Устройство для осуществления способа выделения участков равного параллакса на снимках стереопары по п. 1, состоящее из записывающей части, содержащей распо- 15 ложенные по ходу предметного пучка когерентного света первый снимок стереопары, входную оптическую систему, фильтр высоких пространственных частот и носитель голограммы, расположенный в плоскости изображения входной оптической системы и измерительной части, содержащей расположенные по ходу предметного пучка второй снимок стереопары, расположенный,в предметной плоскости входной оптической системы, и входящие в запи- 25 сывающую часть сферические компоненты

10 входной оптической системы, фильтр высоких пространственных частот и расположенный в плоскости изображения входной оптической системы носитель голограммы, а также расположенные по ходу опорного пучка выходную оптическую систему, в предметной плоскости которой расположен носитель голограммы, и фильтр низких пространственных частот, отличающееся тем, что в записывающей части первый снимок стереопары расположен в предметной плоскости растровой цилиндрической оптической системы, плоскость изображения которой совпадает с предметной плоскостью оптической системы, снабженной оптической цилиндрической насадкой, а образующая растровой системы перпендикулярна базису съемки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Истен P. Автоматизация стереоскопического составления карт по аэроснимкам.

Сборник «Пособие по фотограмметрии», «Недра», 1971.

2. Зотов Г. А. Автоматизация в фотограмметрии, Сборник «Геодезия и аэросъемка», М., № 11, 1976.

3. Патент США № 3603682, М. кл. G 01 С 11/04, 08.08.1969.