Способ выделения участков равной высоты и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о 1690290(22) Эалвлено 1306,77 (21) 2497364/18-10с присоединением заявки Йо -(51)М. Кл. а 01 С 11/00 Государственный коиитет СССР по амаи изооретени Я и отк рытн Я(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УЧАСТКОВ РАВНОЙ ВЫСОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к областиобработки стереопар снимков и можетбыть, например, использовано длясоздания системы автоматизированного составления карт местности постереотипам аэрофотоснимков,Известен способ выделения участков равного параллакса на снимках .стереопары, по которому последовательно поворачивают снимки стереопары вокруг перпендикулярных кплоскости снимков и проходящих через центры снимков осей таким образом, чтобы направления базиса съемки на них совпадали, выбирают искомое значение параллакса, смещаяодин иэ снимков вдоль базиса, удаляют постоянное составляющие амплитудного пропускания снимков, формируют изображения снимков, совмещают изображения снимков в выходнойплоскости, в результате там формируется интенференционная картина, вкоторой участки с выбранньм значением параллакса выделены по яркости,а для улучшения контраста модулируютполяризацию светового потока,формирующего изображение одного изснимков, и сканируют интерференционную картину в выходной плоскости,выделяя те участки, яркость которых изменяется с частотой модуляции(1),Известен также способ выделенияучастков равного параллакса, по которому .последовательно удаляют постоянную составляющую амплитудного пропускания первого снимка стереопары, формируют иэображение первого снимка, записывают голограмму первого снимка, устанавливают второй снимок стереопары в положение, соответствующее искомому значению параллаксов, удаляют постоянную составляющую амплитудного про пускания второго снимка стереопары,формируют иэображение второго сниьф" ка, модулируют изображение второго снимка носителем голограьиы первого снимка, выделяют постоянную сос тавляющую амплитуды восстановленнойс голограммы опорной волны и формируют из опорной волны выходной сигнал в виде ярких участков в выходной плоскости, положение которых со ответствует участкам равного значения параллакса 2).Известные способы выделенияучастков равного параллакса не предусматривают восстановление геомет рической модели местности. Поэтому5 1 О 15 2 О 25 выделяемые этими способами участки равного параллакса соответствуют участкам равной высоты на местности только в идеальном случае съемки, когда снимки стереопары строго горизонтальны и сняты с одной высоты. При аэрофотосъемке же получаются плановые снимки, которые могут иметь углы наклона до + 1 30 и разность высот Фотографирования до + 53, а трансформирование плановых снимков в горизонтальные, выполняемые на различных трансФорматорах, не обеспечивает необходимой точности измерения рельефа.Известен также способ выделения участков равной высоты, по которому взаимно ориентируют снимки стереопары, производят внешнее ориентирование и масштабирование модели, вынимают снимки иэ ориенткронанных проекторов, записывают но время первой экспозиции на коррекционную пластину, расположенную н горизонтальной плоскости н пространстве модели, картину интерференции про,пущенного через один из проекторов параллельного пучка когерентного света и опорного параллельного пучка когерентного света, падаю,цего на пластинку нормально. , ВО время второй экспоэкцки на коррекционную пластину запксынают картину интерференции пропущенного через другой проектор параллель - ного пучка когерецтного света и ОПОРНОГО ПУЧКа ННОНЬ УстацсЬНЛИНсЮт снимки стереопары в ориентированные проекторы, устанавливают коррекционную пластину н пространстве модели в горизонтальной плоскости, соответствующей выбранному значению высОты проецируют Оба снимка стереопары пучками когерентного света на коррекционную пластину, модулируют зти пучки коррекционной ПЛаСтИНОй ЙОСЛЕ дифрсяКЦИ цс КОТО рой пучки за пластиной распространяются в одном напранленки по нормалк к ней, измеряют нел",чины токов Фотоприемника, воспринимающего световой поток на некотором выделенном малом участке за коррекционной пластиной, для случаев когда освещен только первый снимок - 1 когда.освещен только второй снимок - 1 и когда. одвещены оба снимка - 1 . Вычисляют величину нормированного коэффициента взаимной корреляции С для выделенного участка по формуле С = в , - "-. . Отмечают выделенный1 21участок как имеющий ныбранное значение высоты, если величина нормированного коэффициента взаимной корреляции превышает пороговый уговень, выделяют для обработки всей модели последухдие участки коррекционной пластины, перемещая фотоприсмник, и повторяют процесс нычислеция величины коэффициента нзаимнойкорреляции, а для выделения участковс другим значением высоты устанавливают коррекционную пластицу в соответствующей плоскости пространствамодели 31,устрой:тво для выделения участков равной высоты содержит снимкистереопары н проекторах, устройствовнешнего Ориентирования моделместности, коррекционную пластину, перемещаемую по глубине модели, сканкрующкй Фотоприемник вычислительн:йблок и координатограф,Однако использование метода оптической гетеродинной корреляцииделает возможным только последовательное выделение участков равной высоты (т,е. выделяются не сразу всеуказанные участки моделк местности,а по отдельным малым площадкам),Кроме того, коррекционная пластинаобеспечинает допустимую 1)ля оптической гетеродинной корреляции непараллельность пучков н 1 - 2 только вмалом диапазоне глубины модели(+ порядка долей гроцента от значения высоты съемки н масштабемодели), а значит и ныделецие участков ранкой высоты для одной коррекционной пластины возможно лишьн этом малом диапазоне. Для реальных моделей относительная глубинаможет достигать 10 и более.По предлагаемому способу увеличения быстродействия при параллельном выделении участков равной высотыпо всей глубине модели на коррекционную пластину записывают картинуинтерференции пучков когерентногосвета, пропущенных вдоль оптическихосей ориентированных проекторов, апрк выделении участков равной высотыпосредством обработки гологпаммыизображеня первого снимка стереопары изменяют нелисину базиса проектцронания и соответственно масштабизобсоажени я в выходной плоскостисистемы.Предлагаемое устройство откчается тем, что коррекционная пластина установлена в плоскости расположенного вслед эа ней носителя голограмь, к в плоскости, оптическисопряхеннсй с носктелем голограммы,установлен блок визуального контроля,На чертеже изображено предлагаемое устройство. На пути пучков когерентного света н обычных длястереоприборон проекторах 1 и 2установлены соответственно первыйи второй снимки стереопары 3 и 4.Каждый проектор содержит карданоныйподнес, который обеспечивает наклоны проектирующей камеры на углы с.,ж вокруг взаимно перпендикуляоцыхосей и поворот на угол х в плоскостиснимка. Проекторы установлены наустройстве 5, внешнега ориентирования модели местности, которое мбжетбыть выполнено в виде соответствующейбазису проектирования штанги, установленной на карданоном подвесе,который обеспечивает поворот вокругдвух взаимно перпендикулярных осей,пересекающихся и центре проектирования одного из проекторон. Крометого, для изменения величины бази".са проектирования устройства 5 содержит перемещающуюся вдоль штангикаретку, на которой установлен другой проектор. С каждым из проекторовжестко связаны фильтры высоких пространственных частот б и 7, помещенные в плоскостях спектра Фурье,которые проходят через точки Фокусировки прошедших через снимки бездифракции лучей перпендикулярно оп Отическим осям соответствующих проекторов. Фильтр высоких пространственных частот представляет собойнепрозрачную заслонку для прошедшихбез дифракции лучей, Б пространстве 25формируемой проекторами модели местности в плоскости, которая принимается за горизонтальную в геодезическойсистеме координат, расположена эмульсией навстречу пучкам фотопластинканоситель голограммы 8, а в непосредственной близости перед ней, эмульсией по ходу пучков расположена другая фотопластинка - коррекционнаяпластинка 9, Наружные поверхности 35их змульсионных слоев практическилежат н одной плоскости. В плоскости, оптически сопряженной полупрозрачным светоделителем 10 с плоскостью носителя голограммы 8, располо Ожен блэк 11 визуального контроля,который содержит поляроиды, стол сэкраном и измерительный столик. Дляизмерения поляризации пучка когерентного света перед первым проектором установлен электрооптическиймодулятор 12 света, За носителемголограммы вдоль направления распространения опорного пучка при записиголограммы расположен объектив 13,передняя факальная плоскость кото"рого совпадает с плоскостью носителяголограммы. В задней Фокальнайплоскости помещен фильтр низкихпространственных частот 14, представляющий собой непрозрачный экран, Ыимеющий малое отверстие в точкеФокусировки восстановленной с носителя голагражи опорной волны.Плоскость Фильтра низких пространственных частот совпадает с передней фокальной плоскостью объектива15, задняя Фокальная плоскость которого н сваю очередь совпадает спредметной плоскоСтью панкратического объектива 16. В плоскости изоб 65 ражения панкратпческого объектива(выходной плоскости) расположенфатоприемник 17, в качестве которого мажет использоваться Фотопластинка, виднкан и т.д. Объективы 13,15 и 16 образуют выходную оптическуюсибтему 18.Ориентирование осуществляют следующим образом,Устанавливают штангу устройствавнешнего ориентирования моделиместности 5 паралельно плоскостиносителя голограммы 8. Электрооптическим модулятором 12 поворачиваютплоскость поляризации пучка когерентного света через первый проекотор на 90 относительна первоначальнога состояния, когда плоскости поляризации пучков в обоих проекторахсовпадают. Удаляют фильтры высокихпространственных частот б и 7. Восстанавливают связки пучков, Дляэтага с помощью проекторов 1 и 2гроецируют снимки стереопары 3,4пучками кагерентнаго света со нзаимна артогональными плоскостями поляризации. Объективы проектирующихкамер Формируют изображения снимковн плоскости носителя голограммы 8,Наблюдая через поляроиды изображения, Формируемые в плоскости экранаблока 11, оптически сопряженной сплоскостью носителя голограммывоспринимают геометрическую модельместности. Взаимное ориентированиеснимков выполняют с помощью блокавизуального контроля по обычной методике поачередным поворотом проекторов, наблюдая .адель местности идобиваясь пересечения саответстненных лучей связок. Внешнее ориентирование и масштабирование моделипроизводят па опорным тачкам нанесенным на планшет в блоке визуального контроля, используя повороти изменение величины базиса проектированилр осуществляемый устройствомьнешнега ориентирования моделиместности 5. После выполнения взаимнага и внешнего ориентировании всесоответственные лучи снязок,пересекаясь, Формируют геаметричес"кую модель местности, в которойплоскость носителя голограммы соответствует некоторой горизонтальнойв геодезической системе координатплоскости.Запись голограммы осуществляютследующим образом.Вводя фильтр б в плоскостьспектра Фурье первого проектора 1 и,выключая модулятор 12, васстанавлиьают первоначальную поляризациюсвета в первом проекторе. Коррекционная пластина 9 при записи голограммы отсутствует. Ва время экспозиции освещают установленный в проекторе 1 первый снимок стереопары 3пучком когерентного света, дифрагирующим на снимке, удаляют из него Фильтром 6 постоянную составляющую амплитудного пропускания снимка к регистрируют на носитель голограммы 8 картину интерференции проецируемого через первый проектор пучка, из которого постоянная составляющая, удалена, и внеосевого опорного параллельного пучка.После экспонирования носитель голограюж подвергают фотограФической обработке.Для записи коррекционной плас" тины вынимают снимки из ориенти" рованных проекторов 1 и 2, удаляют фильтр высоких пространственных частот 6, устанавливают в непосредственной близости перед носителем голограммы пластину 9 (Фотопластинку) и во время экспозиции регистрируют на нее картину интерФеренции пропущенных вдоль оптических осей ориентированных проекторов пучков когерентного света с одинаковой поляризацией. После экспонирования коррекционную пластинку подвергают ФотограФической обработке. Причемрежим записи и обработки коррекционной пластины должен обеспечивать как можно большую диФракционную эФФективность, т.есоответствовать получению толстой пропускающей голограммы с модуляцией показателя преломления, для которых экспери" ментально достигнута диФракционная эФФективность 90 Ъ.Голограмму и коррекционную пластину можно записывать в другом порядке, т.е, в начале записать коррекционную пластину, Для этого послеориентирования следует вынуть снимки Из ориентированных проекторов,прозкслонировать коррекционную пластину иудалить ее на время записи голограммы, Затем вновь установить снимкистереопары в ориентированные проекторы, ввести Фильтры высоких пространственных частот к записатьголограмму иэображения первого снимка. Для выделенкя участков равной высоты устанавливают второй снимокстереопары 4 в ориентированныйпроектор 2 и вводят Фильтр 7 в плоскость спектра Фурье второго проек". тора. Освещают второй снимок стереопары пучком когерентного света,который диФрагирует на снимке, удаляют кз пучка фильтром высоких про"странственных частот постояннуюсоставляющую амплитудного пропускания снимка и модулируют этот пучоккоррекционной пластиной 9,Необходимость введения коррекционной пластины обусловлена угловойселективностью голограмм. При типичных для аэроФотосъемки условиях в-- 0,6, где В - величина базисасъемки; Н - высота съемки, Уголмежду соответственными лучами в плоскости носителя голограммы имеет величину порядка 30"40 . Угловая же5 селективность голограммы для типичньв условий регистрации имеет величину д= 5-8 , т.е., если считывающий пучок от второго проектора па"дает на носитель голограммы под уг)О лом который отличается от углападения пучка через первый проекторпри записи голограммы больше, чемна +д, то с носителя голограммы невосстанавливаются опорные волны,несущие инФормацию об участках равной высоты, Учитывая угловую селективность голограммы, в непосредственной близости перед носителем голограммы устанавливают коррекционную пластину, которая, сохраняяраспределение амплитуд и Фазы пуч"ка, определяемые восстановленнойсо второго проектора связкой лучей,изменяет направление его распространения - после нее пучок распространяется в направлении пучка, Формируемого первьк проектором, Следует особо подчеркнуть существенноразные допустимые величины угловыхселективностей при используемойв прототипе оптической гетеродинной корреляции (1 - 2) и в предлага/ /емом способе, использующем записан"ную в пространстве модели голограмму изображения первого снимка стереопары 5- 8). Это провкодит ксущественной разнице в измеряемомобоимк способами диапазоне глубинымодели (в известном способе - этодоли процента от высоты съемки, в40 предлагаемом - десятки процентов),Это вполне достаточно для измерениялюбых реальных для аэрофотосъемкимоделей местности,Сформированный вторым проекторомпучок, распространяющийся послекоррекционной пластины в направле"ник пучка от первого проектора,модулируют носителем голограммы ис участков с искомым значением высо"ты восстанавливают опорную волну,которую Фокусируют объективом 13 вплоскость Фильтра низких частот 14,ослабляющего шумы. Объективом 15,Фокусное расстояние которого равноФокусному расстоянию объектива 13,,Формируют в его задней Фокальнойплоскости в масштабе 1:1 изображениетех участков носителя голограммы, скоторых восстановилась опорная волна. Это и будут участки с искомьж значением высоты, выделенные по яркости,для выделения участков с другим значением высоты смещают второй проектор вдоль базиса проектирования в690290 10 Формула изобретения Тираж 866 НИИПИ Заказ 5948 Подпи сн о Род, ул, Проектна соответствующее положение. После этого в задней фокальной плоскости объектива 15 получают в центральной проекции иэображение участков с ис" косым значением высоты. Для перехода к прямоугольной проекции используют панкратический объектив 16, который изменяет соответственно изменению базиса проектирования относительный масштаб изображения в плоскости Фотоприемника 17, Получаемые в выходной плоскости в прямоугольной проекции участки равных высот могут сразу регистрироваться на фотопластинку, или после считывания, например, видиконом подвергаться дальнейшей обработке.При ручной обработке одной стереопары .на универсальном стереоприборе оператор затрачивает на рисовку горизонталей 1,5"2,5 ч рабочего времени. Наиболее совершенные из действующих электронных автоматизированных систем проводят горизонтали на стереопаре примерно эа 1 ч, однако, они сложны и дорогостоящи. Известные оптические способы выделения участков равной высоты либо позволя. ют обрабатывать только снимки, приведенные к идеальному случаю съемки, что требует высокоточного предварительного трансформирования, либо позволяют обрабатывать последовательным способом модели с очень малой глубиной.Предлагаемый способ позволяет создать автоматизированную систему выделения горизонталей со стереопары плановых аэрофотоснимков с быстродействием 5-15 мин на одну стерео- пару, При дальнейшем совершенствовании элементной базы когерентной оптики скорость обработки может быть еще более повышена. 1. Способ выделения участков равной высоты, при котором взаимно Филиал ППП Патент,ориентируют снимки стереопары,производят внешнее ориентированиеи масштабирование модели, удаляютснимки из ориентированных проекторов, записывают на коррекционнуюпластину картину интерФеренции пучков когерентного света, вновь устанавливают снимки в ориентированныепроекторы, проецируют второй снимокпучком когерентного света на коррекционную пластину и модулируютэтот пучок коррекционной пластиной,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения быстродействия,на коррекционную пластину записывают картину интерференции пучков когерентного света, пропущенных вдоль:оптических осей ориентированныхпроекторов, а при выделении участков равной высоты посредствомобработки голограммы изображенияпервого снимка стереопары изменяютвеличину базиса проектирования исоответственно масштаб изображенияв выходной плоскости системы.2. Устройство для осуществления25 способа выделения участков равной высоты по п.1,содержащее снимки стереопары в проекторах, устройство внешнего ориентирования модели местностии коррекционную пластину, о т л иЩ ч а ю щ е е с я тем, что коррекционная пластина установлена в плоскости расположенного вслед эа нейносителя голограммы, и в плоскости,оптически сопряженной с носителемголограммы, установлен блок визуального контроля,Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1, Патент СшА 9 3749492,4 О кл. 350-3,5, 11.06.71.2, Патент США 9 3603682,кл. 350-3,5, 08.08,69.3. Ргосееб 1 пуэ оГ 1 йе Ащег 1 сапЯос 1 е 1 у оГ РЬо 1 о 9 гапспе 1 гу, Рарег41-з 1 Аппца 1 Мее 11 пу, 1975с, 447-457 (прототип)