DE2127194A1 - Automatisch arbeitendes Stereokartiergerät - Google Patents

Description

Patentanwälte 2 1 2 7 1 9 A

Dr. Ing. Waltsr Abit2
Dr. Dieter F. Morf

Dr. Hans-A. Brauns
München 86, 28

1. Juni 1971 JFS 8773

ITEK CORPORATION
IO Maguire Road, Lexington, Mass., V.St.A.

Automatisch arbeitendes Stereokartiergerät

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ZweißiId-Registriersysteme und insbesondere auf ein automatisch arbeitendes Stereokartiergerät zum Gebrauch bei der Herstellung topographischer Karten.

Entsprechend der an sich bekannten photogrammetrischen Technik wird die Stereobetracxitung für Messungen der Erhebungen und Lagen in einem Gelände verwendet, von dem Stereophotographien vorliegen. Die Stereopnotographien werden in ein Stereokartiergerät gelegt, das einem Auswerter eine stereographiscne Darstellung eines bestimmten, in den Photograpnien abgebildeten Geländestücks vermittelt. Durch Einführen einer geeig-

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neten relativen Verschiebung der Photographien in einer Richtung, die der Richtung der Ortsveränderung zwischen den Positionen, aus denen die Photographien aufgenommen worden sind, entspricht, bringt der Auswerter ßilddetails zur Deckung und eliminiert die Verzeichnung nullter Ordnung in der Stereodarstellung. Die Größe der Verschiebung, die für die Beseitigung der Verzeichnung erforderlich ist, allgemein als Parallaxe bezeichnet, ist proportional der relativen Erhebung des wirklichen Geländes, das in dem betrachteten Bereich der Photographien abgebildet ist, und wird ψ von dem Stereokartiergerät automatisch aufgezeichnet. Gleichzeitig wird für das betrachtete Gebiet seine Lage in den Photograpnien aufgezeichnet, die die relative Lage des tatsächlichen Geländes identifiziert. Indem kontinuierlich die Deckung der einzeln gesehenen Bildbereiche aufrechterhalten wird, während die Gesamtfläche der beiden Photographien systematisch überstrichen wird, gewinnt man die Information über die relative Erhebung und Position für das gesamte auf den Pnotographien abgebildete Gelände.

Im allgemeinen werden zum systematischen Abtasten die k Photographien auf einem x-y-Schlitten relativ zu dem optischen Betrachtungssystem bewegt. Während der Auswerter die Bewegung des x-y-Schlittens steuert, stellt· er ständig die Horizontalverschiebung zwischen den Photographien nach, damit die Bildpunkte in Deckung bleiben. Der Auswerter wird während dieses Vorgangs im allgemeinen von der bekannten "räumlichen Marke" geleitet. Diese Marke weist irgendein Kennzeichen auf, etwa Lichtpunkte auf den optischen Acnsen des Stereobetrachtungssystems, und aheint, wenn die Punkte zu einem einzigen Punkt in der Stereodarstellung vereinigt sind, nur dann

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auf dem Stereogeländemode11 zu liegen, wenn die Bilder richtig zur Deckung gebracht sind.

Selbst bei den mordernsten Geräten ist die Stereokartierung von Hand eine ermüdende und viel Zeit beanspruchende Aufgabe. Die Zeit, die zum Aufzeichnen der Profile eines typiscnen Stereomodells erforderlich ist, liegt, je nach der Bewegtheit des Geländes, zwiscneri 2 und 4 Stunden. Wenn eine auswertende Person die scheinbare Hone der räumlichen Marke von Hand oder an einem Fußrad einstellt, wird sie Bestandteil einer geschlossenen Rückkopplungsschleife und unterliegt einigen grundlegenden Beschränkungen. Zum Beispiel besteht für ihre Ansprechzeit, d.h. die zeitliche Verzögerung zwischen dem Erkennen eines Fehlers in der Höhenlage der räumlichen Marke bis zu der nachfolgenden Korrektur mit Hilfe eines Handrades, ein definierter Mindestwert, der eine Herabsetzung der Durchmusterungsgeschwindigkeit in bewegtem Gelände erforderlich macht.

Es ist bereits eine Anzahl automatischer Stereokartiergeräte entwickelt worden, die das Zurdeckungbringen bei Zweibildverfahren vereinfachen sollen. Grundsätzlich tasten die meisten derartigen Anlagen homologe Bereiche der beiden Photographien ab und wandeln die abgetasteten graphischen Daten in ein Paar elektrische Videosignale um. Mit Hilfe verschiedener Korrelations- und Analyseverfahren werden die Videosignale dazu verwendet, Fehlersignale zu erzeugen, die bestimmte Arten von Verzeichnungen repräsentieren, die zwischen den abgetasteten Bildbereichen auftreten. Dann werden die abgetasteten Abschnitte kongruent gemacht durch Bilddetailtransformationen, die nach Maßgabe der abgegebenen Fehlersignale erzeugt werden. Im allgemeinen wird das

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x-Parallaxen-Fehlersignal, das die Geländeerhebung angibt, einer Servomechanik zugeführt, die die Verzeichnung nullter Ordnung korrigiert, indem sie eine geeignete Relativbewegung zwiscnen den Stereophotographien nerbeifünrt oder Höheneinstellungen einer Sehfläche, die eine Projektion der Bilder schneidet. Wie erwähnt, ist die Grosse der erforderlichen x-Parallaxen-Korrektur direkt verknüpft mit der relativen Erhebung des tatsächlichen Geländes und liefert die für die topographischen Karten erforderliche Kontureninformation.

Wenn dem Servomechanismus, der in automatisch arbeitenden Stereokartiergeräten benutzt wird, geeignete Eingangsgrössen zugefünrt werden, kann er schneller ansprecnen als der auswertende Mensch und vermag infolgedessen die für das Zeicnnen der Profile eines Stereomodells erforderliche Zeit, insbesondere bei einem Stereomodell mit schnellen Veränderungen der Geländehöhe, erneblich herabzusetzen. Der gleicne Servomechanismus führt aber auch Fehler in der Ausgangsinformation herbei. Da die von dem Servomecnanismus gesteuerten mechanischen Anordnungen verhältnismässig schwer sind, wird in Perioden, in denen hohe Beschleunigungen erforderlieh sind, ein systemeigentümlicher, auf den stationären Zustand folgender Fenler eingeführt. Der Servomechanismus bedarf daher einer endlichen Zeit, um auf Grund eines aus bestimmten abgetasteten Bereichen der beiden Photographien abgeleiteten x-Parallaxen-Fenlersignals die zugeordneten korrigierenden Verschiebungen auszuführen. Die gerade abgetasteten speziellen Bildabschnitte ändern sich jedoch ständig wegen der überstreichenden Bewegung des die Photographien enthaltenden x-y-Scnlittens. Die durch die augenblickliche Stellung des Servomechanismus angezeigte Ernebung ist daher

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nicht genau der x-y-Koordinaten-Stellung der gerade abgetasteten Bildabschnitte zugeordnet. Die Augenblickslagen des Servomechanismus geben vielmehr die Höhenlage in Bildabschnitten wieder, die um einen endlichen Zeitabscnnitt früher abgetastet worden sind. Wegen dieser Diskrepanz sind die von dem automatisch arbeitenden Stereokartiergerät aufgezeichneten Lrhebungs- und Lageinformationen einander nicht genau zugeordnet.

Die Erfindung gibt ein verbessertes Stereokartiergerät an, das die genannten Fehler ausscnaltet.

Die Erfindung kennzeicnnet sich durch ein automatisch arbeitendes Stereokartier-System mit einem x-y-Schlitten, auf dein ein Paar Stereophotographien untergebracht sind. Zwei feststenende Kathodenstranlröhren erzeugen Abtaststrahlen, die durch Bilddetails geschickt und von Bilddetails moduliert werden, die in genau umgrenzten Bereichen der Stereophotographien enthalten sind, und Antriebsmotoren bewegen selektiv den Schlitten in senkrecht aufeinander stehenden Richtungen derart, daß die abgetasteten Gebiete gleichzeitig und gleichmässig gewechselt werden. Die von den Abtaststrahlen ermittelten Bilddetailinformationen werden in Videosignale umgeformt, die nach den üblichen Methoden korreliert und analysiert werden, so daß sich ein x-Parallaxen-Eenlersignal ergibt, das die zwischen den gerade abgetasteten Bildbereichen bestehende x-Parallaxe angibt.

Das Parallaxen-Fehlersignal wird einem schnell ansprechenden Folgesteuerinstrument zugeleitet, dessen Belastungen ein Eingang zu dem Anzeigedrenmelder und zu einem Potentiometer sind. Da Potentiometer und Anzeigedrehmelder sehr geringe Masse naben, ist stance

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Beschleunigung mit geringen Drehmomenten möglich. Der Potentiometerausgang wird an aie x-Ablenkspulen des Abtastsystems gegeoen, die die Abtastmuster in die zum Ausgleich des x-Parallaxensignals erforderliche Ricntung ablenken. Die Spannungseinstellungen am Potentiometer sind derart, daß der Drenmelder um einen 3etrag bewegt wird, der genau der Höhenänderung entspricht, die den Fehler hervorgerufen hat. Die ürehmelderausgangsgrösse gibt demnach die genaue Erhebung aes gerade abgetasteten Geländes an. Die Potentiometerspannung wird ausserdem.dem verhältnismässig langsam arbeitenden z-Scnlitten-

™ Servosystem, das den Schlitten in der Richtung bewegt, die für den mecnanischen Ausgleich der Abtastmusterablenkungen erforderlich ist, zugeführt» Dadurch werden Signale am Eingang des schnell ansprechenden Servosystems erzeugt, die in inrem Vorzeicnen den eigentlichen x-P'arallaxensignalen entgegengesetzt sind, wodurcn der Potentiometerausgang auf Null zurückgeführt wird, wenn der s-»3chlitten den wahren mechanischen Nullwert erreicht. Wänrend der Zeit, in der die z-Schlitten-Servomechanik sich dem mechanischen Nullwert nähert und die schnell anspracnende Servomechanik zu ihrem ursprünglicnen Mullausgang zurückkehrt, werden ihre rela-

| tiven Bewegungen in einem Differential-Kupplungs-Mechanismus am Eingang zu dem Drehmelder aufgehoben. Infolgedessen bleibt die Stellung des Drehmelders unverändert und sein Ausgang zeigt weiterhin wahre Höhe an. Die Erfindung liefert somit x-Parallaxen-Korrektur sowohl durch die Ad tastiausterab lenkung als auch durch ßildverscniebung durch den z-Schlitten. Die beiden Arten von Korrektur sorgen miteinander einerseits für das schnelle Ansprecnen der Abtastmusterablenkung und andererseits für die Genauigkeit und den grösseren Bereich der mechaniscnen Bildverstellung.

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Die Zeichnungen stellen folgendes dar:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der funktioneilen Beziehungen zwischen den wesentlichen Teilen des Geräts;

Fig. 2 eine perspektivische Scnemazeichnung der Bildtransformationsmechanik 21 nach Fig. Ij

Fig. 3 ein Blockdiagramm der Verschiebungssteuerung 103 nach Fig. 2;

Fig. 4 bis 6 schematische Erläuterungen zum Betrieb der Erfindung unter bestimmten vorgegebenen Bedingungen.

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm eine aildtransforiaationsmechanik 21, in der sich ein Paar stereophotographiscner Diapositive 22 und 23 befindet. ADtaststränlen 24 bzw. 25, die von Elektronenstranlröhren 26 bzw. 27 erzeugt sind, werden mit Hilfe von Feldlinsen- und Relaislinsenanordnungen 28, dichroitischen Stranlenteilern 29 und Objektivlinsen 31 auf die Diapositive 22 und 2 3 gerichtet. Nach dem Passieren der Diapositive 22 bzw. 2 3 werden die AbtasIstrahlen 24 bzw. 25 von Photomultipliern 32 bzw. 33 aufgefangen, die auf Leitungen 34 dzw. 35 analoge Videosignale geben, welche die veränderlichen Details, die in den Pnotographien enthalten sind, darstellen. Zwischen den Diapositiven 22 und 23 und den Photomultipliern 32 und 33 paasieren die Abtaststrahlen Linsensysteme mit dichroitischen Spiegeln 36 und Blaulichtfiltern 37.

Von den dicnroitischen Spiegeln 36 wird ausserdem von

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den Lichtquellen 38 und 39 herrührendes gelbes Licht durch die Diapositive 22 und 23 geleitet. Nach der Modulation durch die Diapositive 22 und 23 wird das gelbe Licht in zwei Okularanordnungen 41 und H2 üöer das Objektiv 31, die dichroitischen Strahlenteiler 2 9 und ein Spiegelpaar 40 und 40' geleitet. Die Okularanordnungen 41 und 4 2 liefern dem Betrachter ein Stereobild üblicher Art von den Bilddetails, die in den Diapositiven 22 und 2 3 enthalten sind.

Ein Korrelationssystem 44 empfängt die Analogsignale w über Leitungen 34 und 35, nachdem sie in einem Videoverstärker 43 verstärkt worden sind. Das Korrelationssystem 44 korreliert die Videosignale und ruft auf den Leit ungen 45 bzw. 46 x- bzw. y-Kreuzkorrelationssignale hervor, die den Pegeln der korrelierbaren Bilddetails, die in den Photographien 22 und 23 in senkrecht aufeinander stechende η Richtungen χ und y abgetastet v/erden, proportional sind. Ferner wird auf der Leitung 47 ein orthogonales Korrelationssignal abgegeben, das dem Grad der relativen Nichtdeckung der Bilddetails, die zwiscnen den abgetasteten Bahnen besteht, proportional ist. Das Korrelationssystem 44 selbst bildet keinen Teil dieser Erfindung. Für diesen Anwendungszweck brauenbare Schaltungen sind in den USA-Patentschriften 2 964 644 und 3 145 303 sowie in der USA-Patentanmeldung Ser.No. 839 (John W. Hardy et al. vom δ. Juli 1969) beschrieben.

Die Korrelationssignale auf den Leitungen 45 bis 47 werden in ein Steuersystem 48 zum Bilddecken und Profilzeichnen geleitet, das selbst ebenfalls nicht einen Teil der Erfindung bildet, sondern in seinen Einzelheiten in der erwähnten USA-Patentanmeldung Ser.No. 83 9 940 beschrieben ist. Das Steuersystem 48 erzeugt auf den

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Leitungen 51 bzw. 5 2 x-Parallaxen-Fehler- und Abtastgeschwindigkeits-Steuersignale, die dem Bildtrans formations -und Transportschlitten-System 21 zugeführt werden. Ferner werden Ablenkungssteuersignale erzeugt, die über die Leitungen 5 8 und 5 9 an die Ablenkspulen der Kathodenstrahlröhre 26 und über die Leitungen öl und 6 2 an die AblenKspulen der Kathodenstrahlröhre 27 gegeben werden.

In dem Bildtransformationssystem 21 wird auf Leitung 5 ein erstes Verschiebungssteuersignal erzeugt, das in einem Gegentaktverstärker 53 verstärkt und dann mit entgegengesetzten Polarisationen mit den Ablenksignalen auf den Leitungen 5 8 und 61 kombiniert wird. Ferner werden von dem Bildtransformationssystem 21 über die Leitungen 54 bzw. 55 x- und y-Koordiriaten-Positionssignale und auf der Leitung 56 ein der gemessenen Erhebung entsprechendes Signal abgegeben. Die Signale auf den Leitungen 54- bzw 56 werden einem üblichen Schreibgerät 57 zugeführt, das den Informationsinhalt der Signale graphiscn festhält.

In Fig. 2 wird das Zweibild-Transformationssystem 21 nach Fig. 1 in perspektivischer Schemazeichnung wiedergegeben. Das Transformationssystem 21 ermöglicht eine gesteuerte Bewegung der photographischen Diapositive 2"£"und 23 in senkrecht aufeinander stenenden x- und y-Koordinatenrichtungen. Ein y-Schlitten 67 ist auf Rollen 68 angebracht und kann sich auf zueinander parallelen y-Schienen 6 9 bewegen, die an einem Rahmen 71 befestigt sind. In entsprechender V/eise ist ein x-Schlitten 7 2 auf Rollen 7 3 angebracht und kann sich auf x-Schienen 74 bewegen, die an dem y-Schlitten 67 befestigt sind. Zürn Bewegen des y-Schlittens 67 wird

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eine y-Leitspindel 75 gedreht, die in der mit Inhenge~ ' winde versehenen Hülse 76 umläuft. Zum Drehen der Leitspindel 75 dient ein y-Servomotor 77·, der durch das Geschwindigkeitssteuersignal auf der Leitung 52 gespeist wird. In entsprechender '//eise wird die Bewegung des y-Schlittens 7 2 auf den Schienen 74 durcn Drehen einer x-Leitspindel 78 herDeigeführt, die durch einen geeigneten x-Servomotor 80 angetrieben wird.

Ein z-Schlitten 81 Iäi6t sich in vertikaler Ricntung an z-Leitspindeln 82 verschieben, die von dem x-Schlitten 7 2 getragen werden. Eine gesteuerte Vertikalbewegung des z-Schlittens 81 wird von einem z-Servomotor 8 3 Herbeigeführt, der von dem Steuersignal auf der Leitung 50 gespeist wird und mit den z-Leitspindeln 82 durcn eine Antriebswellen- und Kegelradanordnung 84 gekuppeLt ist. Die Diapositive 22 bzw. 23 sind auf den Photoscnlitten bzw, 87 angeordnet. Die Photoscnlitten 86 und 87 sind durch räumliche Lenker 88 und 89, auf denen sie sich verschieben lassen, mit dem z-Schlitten 81 verbunden. Die beiden Enden der räumlichen Lenker 8 8 und 8 9 enden in Drehhalterungen 91 bzw. Kugelzapfenlagerungen 92, die auf dem z-Schlitten 81 angebracnt sind. Die Halterungen 91 und 92 erlauben entgegengesetzt gerichtete bogenförmige Bewegungen der Lenker 88 und 89, wenn der z-Schlitten 81 Vertikalbewegungen ausführt. Dadurch wiederum ergeben sich geradlinige RelativbewegungerVzwischen den Diapositiven 22 und 23 in der Richtung der x-Koordinate, die durch die x-Schienen 74 definiert ist, in einem Sinne, der von der Bewegungsrichtung des z-Schlittens 81 abhängt. Die Bildtransformationsmechanxk stellt eine handelsübliche Einrichtung dar, die unter dem Warenzeichen "Planimat" von der Firma Carl Zeiß, Oberkocnen (Württemberg, Bundesrepublik Deutschland) ver-

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kauft wird. Die Einrichtung steht auch in Beziehung zu den gleichartigen Transformationssystemen, die in den oben erwähnten USA-Patentschriften 2 964 644 und 3 145 303 beschrieben sind.

Auf Grund der Speisung des y-Motors 77 bewegen sich dieDiapositive 22 und 23 zugleicn mit dem y-Schlitten 67 entweder in Richtung der positiven oder der negativen y-Koordinatenrichtung, die durch die y-Schienen 6 9 definiert ist. Schnelligkeit und Ricntung der Bewegung werden durch das Geschwindigkeitssteuersignal bestimmt, das über die Leitung 5 2 eintrifft. Lntsprecnend ruft die Betätigung der x-Leitspindel 7 6 eine gleichzeitige Bewegung der Diapositive entweder in positiver oder in negativer Richtung der x-Koordinate nervor, die durch die x-Schienen 74 definiert ist. Die Mechanik 21 bewirkt demnach eine selektive, gleicnmässige zweidimensionale Bewegung der Diapositive 22 und 2 3 gegenüber ihren zugeordneten Abtaststrahlen 24 und 25 (Fig.l). Demgegenüber bewirkt eine Vertikalverschiebung des z-Schlittens 81 auf Grund einer Erregung des z-Servomotors 83 eine relative Bewegung zwischen den Diapositiven undzwischen den Diapositiven und den Abtaststrahlen 24 und 25. Wie unten besenrieben, richtet diese Wirkung des z-Servomotors 8 3 in Verbindung mit den von dem Signal auf der Leitung 50 erzeugten Rasteraolenicungen die Strahlen 24 und 25 (Fig. 1) mit homologen Bilddetails in den Diapositiven 22 und 23 aus. Infolgedessen wird die Deckung zwischen den Bilddetails, die gerade abgetastet werden, und in cer vcn den Okularen 41 und 4 2 gelieferten Anzeige aufrecntemalten. Der Gesamtbetrag der relativen Verschiebung in der Photographie und die Abtastmusterablenkung, die zur Herstellung dieser Leckung erforderlich ist, steht in direktem Zusammennang zu der

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tatsächlichen Erhebung des Geländes, des auf den Stereophotos, die gerade aDgetastet werden, abgebildeten Bereichs ,

Beim üblichen Betrieb wird das in Fig. 1 gezeigte System benutzt, um das Profil eines von den stereograpnischen Diapositiven 22 und 23 dargestellten Stereomodells zu zeichnen« Um zum Beispiel automatisch das Profil in der y-Koordinatenrichtung aufzunehmen, wird der y-Motor 77 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit betrieben, die dem y«Schlitten 67 und den Diapositiven 22 und 2 3 gegenüber den Aütaststrahlen 24 und 25 eine geradlinige Bewegung erteilt* Der x-Motor 80 stellt einen Teil einer Positions folgesteuerung dar, die den x^Schlitten 7 2 starr in der Richtung der x-Koordinate hält. Das System wird dadurch gezwungen, ein geradliniges Profil in y-Richtüng abzufahren, und die x-Position wird durch ein {nicht dargestelltes) automatisches Schrittschaltsystem gewänlt, das beispielsweise von einem üblichen Endschalter gesteuert wird, wenn der y-Schlitten 67 eine Kante des Stereomodells erreicht. Infolge der Betätigung des Endschalters würde die Drehrichtung des y-Motors 77 auch umgekehrt werden,' um dadurch die Laufrichtung des y-Schlittens 67 umzukehren. Eine Vertauschung der von dem x- und dem y-Motor gespielten Rollen würde zu einer Profilaufzeichnung in x-Richtung führen.

Wenn ein Profil gezeichnet wird, spricht eine Verschiebungseinrichtung 103 (Fig. 2) fortlaufend auf das x-Parallaxen-Fehlersignal auf Leitung 51 an, indem sie geeignete Verschiebungen der Diapositive 22 und 23 und des Abtastrasters hervorruft, um die x-Parallaxe zu beseitigen und daaurch eine unmittelbare Anzeige der Geländeerhebung zu liefern. Dieser Vorgang wird im einzelnen weiter unten beschrieben. Gleichzeitig werden

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y-Parallaxe und andere Verzeichnungen erster Ordnung korrigiert nach Maßgabe anderer Fehlersignale, die von dem Steuersystem 5 7 auf den Leitungen 58, 59, 61 und 62 gelefert werden. Demnach wird ein die Okulare 41 und 4 2 benutzender Betrachter mit einer korrigierten Stereodarstellung der in den Diapositiven 22 und 23 enthaltenen Bildszene versorgt. Die Korrektur der y-Parallaxe und anderer Verzeichnungen läßt sich auf verschiedene Weise bewerkstelligen. Eine hierfür bevorzugte Metnode arbeitet mit gesteuerter relativer Verzerrung des Kathodenstrahlröhrenrasters (vgl. dazu Beschreibung in der USA-Patentschrift 3 432 674 Gilbert L. Hobrough vom 11.März 196 9).

Während eines Profilzexchenvorgangs wird ein y-Kodiergerät 101 (Fig. 2) von der y-Leitspindel 75 angetrieben, um einen Ausgang auf der Leitung 55 zu erzeugen, der die Position des y-Schlittens 67 auf der Schiene 6 9 angibt. Gleichzeitig wird ein x-Kodiergerät 102 von der x-Leitspindel 78 angetrieben, damit auf der Leitung 54 ein Signal entstehti das die Stellung des x-Schlittens 7 2 auf der Schiene 74 angibt. Die Stellungen des x-Schlittens 72 und des y-Schlittens 67 geben gleichzeitig die Stellungen der Diapositive 22 und 2 3 gegenüber den feststehenden optischen Achsen der Linsenanordnungen 28 und 36 an. Die Signale auf den Leitungen 54 bzw. 55r geben somit x- und y-Koordinaten-Positionen von mit den optischen Achsen zusammenfallenden Punkten in den Diapositiven 22 und 2 3 an. Von der Verschiebungssteuereinrichtung 103 wird auf die Leitung 56 gleichzeitig eine Ausgangsgrösse gegeoen, deren Wert den kombinierten relativen Verschiebungen der Diapositive 22 und 23 und der Abtaststrahlen 24 und 25 proportional ist, Wie erwännt, sind die Verschiebungen, die nötig sind,

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um die in den Diapositiven 22 und 23 abgetasteten Bereiche zur Deckung zu bringen, abhängig von der relativen Erhebung des darin abgebildeten tatsächlichen Geländes. Die AusgangsgröS3e auf der Leitung 56 ist somit ein Maß für diese Erhebung. Die zugeordneten Ausgangsgrössen auf den Leitungen 54 bis 56 werden dem Aufzeicnnungsgerät 57 (Fig. 1) zugeleitet, das die iformation aufzeichnet und eine graphische Darstellung der Geländeemebung an bestimmten Koordinatenpunkten in den Diapositiven 22 und 23 liefert.

Wie erwännt, hindert die relativ grosse Masse des z-Schlittens 81 den z-Servomotor 8 3 beim Profilzeichnen aus photographierten Bereichen mit stark bewegtem Untergrund daran, eine genaue Übereinstimmung zwischen den in den Photographien 2 2 und 23 angetasteten Gebieten aufrecht zu erhalten. Diese Schwierigkeit wird in der vorliegenden Erfindung durch die Verschiebungssteuereinrichtung 103 (Fig. 2) beseitigt. Wie weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, ergibt die Verschiebungssteuereinrichtung 103 sowohl das schnelle Ansprechen bei elektronisch induzierter Abtastrasterverschiebung wie den Bereich und die Genauigkeit der körperlichen Verschiebung der Photographie.

Die Einrichtung 103 umfaßt gemäß Fig. 3 einen Hauptservomotor 110, der mit einem Potentiometer 111 über miteinander kämmende Zannräder 112 bzw. 113 gekoppelt ist, die' auf eine Motorwelle 114 bzw. eine Potentiometerwelle 115 gekeilt sind. An die Eingangsklemmen des Potentiometers 111 sind über veränderbare Widerstände 116 bzw. 117 Quellen negativer bzw. positiver Spannung 118 bzw. 119 geschaltet. Die variable Ausgangsspannung des Potentiometers 111 geht in die Signalleitung 50, die

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aucn in den Fig. 1 und 2 gezeichnet ist.

Das Hauptsteuersignal auf der Leitung 50 gelangt auch in den in Fig. 2 gezeigten z-Servomotor 83. Die Welle

121 des ζ-Servomotors 8 3 steht in 'Wirkverbindung mit den Antriebswellen 84 für den z-Schlitten, wie oben beschrieben, und mit einer Differentialkupplung

122 in der Steuereinrichtung 103. Mit der Differentialkupplung 122 ist ausserdem eine Welle 123 wirkungsmassig verbunden, die von der Motorwelle 114 über die miteinander kämmenden Zahnräder 112 und 124 angetrieoen wird. Die Ausgangswelle 125 der Differentialkupplung 122 bewegt einen Ausgabedrehmelder 126, dessen Ausgangssignal auf der Leitung 56 erscheint, die auch in den Fig. 1 und 2 eingezeichnet ist.

Um die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 103 zu erläutern (Fig. 3), wird nun auf die Fig. 4 dis 6 hingewiesen. Diese Figuren zeigen schematisch die von der Steuereinrichtung unter dem Einfluß bestimmter angenommener Voraussetzungen auf die Photographien 22 und 23 und die Abtaststrahlen 24 und 25 ausgeübten Wirkungen. Die Schemazeichnungen nach Fig. 4 bis 6 stehen in einem geometrischen und einem zeitlichen Zusammenhang miteinander. Der Einfachneit halber sind in jeder Figur 4 bis 6 nur das rechte Diapositiv 23 und der rechte Abtaststrahl 25 dargestellt, und es versteht sicn von selbst, daß entsprechende Wirkungen im linken Diapositiv 22 und beim linken Abtaststrahl 24 anzutreffen sind. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die relativen Abmessungen des Diapositivs 23, des Abtastrasters und der verschiedenen Verschiebungen, wie sie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt sind, der Deutlichkeit halber gewänlt worden sind, und dafs sie nicht genau die Dimensionsverhältnisse wiedergeben, die bei der prak-

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tiscnen Anwendung zwischen diesen Einzelerscheinungen bestehen.

Hinsichtlich der Fig. 4 sei angenommen, daß das rechte Diapositiv 23 zur Zeit t sich in der gezeichneten Lage relativ zu der y-Ricntungsmittellinie A des z-Schlittens 81 (Fig. 2) befindet. Ferner sei angenommen, dais der y-Scnlitten 67 die Photographic 2 3 relativ zu der feststellenden rechten Katnodenstranlrönre 27 (Fig. 1) in der durch den Pfeil ß angedeuteten y- ^ Richtung bewegt, und daß der recnte Abtaststrahl 25 ™ ein Abtastmuster 131 zeicnnet. Ausserdem sei angenommen, daß der obere bzw. untere Teil der Photographie 23 eine Abbildung eines praktisch ebenen Geländes enthalte, das aber unterscniedlicne Höhenlage besitzt, und daß die beiden Teilebenen durcn eine vertikale Böschung voneinander getrennt seien, die durch die gestrichelte Linie C angedeutet ist. Unter diesen umständen bewegt sich das Abtastfeld 131 relativ zu der Oberfläcne des Diapositivs 23 auf einer geradlinigen Bann, die durch die gestrichelte Linie D wiedergegebe-n ist. Schließlich sei angenommen, daß zur Zeit t die linke und die rechte Photographie 2 2 und 2 3 sicn genau decken; d.h., die j| Abtast strahlen 24 und 25 tasten zur gleichen Zeit homologe 3ilddetails in den beiden Pnotographien ab, so daß am Ausgang des ßilddeckungssystems 48 auf der Leitung (Fig. D kein Parallaxen-Fehlersignal auftritt.

Überschreitet das Abtastfeld 13 die Linie C, stellt das Korrelations3ystem 44 (Fig. 1) eine Höhenänderung des abgebildeten Geländes fest und erzeugt ein Fehler-Rohsignal auf der Leitung 47. Dadurch wird ein x-Parallaxen-Fenlersignal auf der Ausgangs leitung 51 des Deckungssystems 48 erzeugt. Der Servomotor 110 (Fig. 3)

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wird von dem x-Parallaxen-Fehlersignal erregt und setzt die Potentiometervjelle 115 üoer die in Eingriff miteinander stehenden Zahnräder 112 und 113 in Bewegung. Durch die Verdrehung der Welle 115 wird das Gleichgewicht im Potentiometer 111 gestört, wodurch ein Ausgangssignal auf der Leitung 5 0 entsteht, das nach Verstärkung in dem Gegentaktverstärker 53 (Fig. 1) differentiell auf die x-Aolenksignalleitungen 58 und 61 gegeben wird. Beim Eintreffen dieser Signale in den Ablenkspulen aer Kathodenstrahlröhren 26 und 27 werden relative Ablenkungen der Abtaststrahlen 2*4 und 25 in solchen Richtungen hervorgerufen, die die von dem Korrelationssystem 4H festgestellte x-Parallaxe auszuschalten suchen. Dieses Ergebnis ist in Fig. 4 schematisch durch das gestrichelte Quadrat 132 dargestellt, das die Lage des rechten Abtastfelds nach einer Ablenkung des rechten Abtaststrahls · 25 in negativer x-Ricntung zur Zeit t. darstellt. Unter der Annahme, daß zur Zeit t. wieder Deckung besteht, stellt der Verschiebungsweg α. zur Wiederherstellung der Deckung den Höhenunterschied zwischen den beiderseits der Linie C befindlichen Geländeabschnitten dar. Eine Messung der Grosse und Richtung dieser Verscnieoung und damit der relativen Änderung der riöhe wird auf der Leitung 56 durch den Ausgabedrehmelder 126 (Fig. 3) herbeigefünrt, der auch durch den Servomotor 110 über die miteinander kämmenden Zahnräder 112 und 12H und die Differentialkupplung 122 angetrieben wird. Da das Potentiometer 111 und der Ausgabedrehmelder 126 relativ geringe Masse haben, kann der Servomotor 110 praktisch augenblicklich korrigierte Ausgangsgrössen auf den Leitungen 50 und 56 nach Maßgabe von auf der Leitung 51 empfangenen x-Parallaxe-Fehlersignalen erzeugen. Daher wird eine fortlaufende Deckung aufrecnterhalten durch primäre Ablenkung der von den Strahlen 24 und 25 aufge-

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zeichneten Abtastfelder. Demgegenüber verursacht die verhältnismässig grosse Masse des z-Schlittens 81 (Fig. 2) eine systemeigentümliche Verzögerung beim Ansprecnen des z-Servomotors 83 auf Steuersignale, die auf der Leitung 50 eintreffen. Dieses verzögerte Ansprechen ist in dein vereinfacnten Beispiel aer Fig.4 durch die Annanme dargestellt, daß zur Zeit t. noch keine Bewegung des Schlittens 81 stattgefunden hat.

Im Zeitpunkt t„ hat jedoch der z-Motor 83 auf das Ausgangssignal auf der Leitung 50 reagiert, indem eine

fc Verschiebung der recnten Pnctograpnie 2 3 um einen Weg dp in positiver x-Richtung aufgetreten ist, wie in Fig. 5 schematisch angedeutet. Die relativen Lagen der Abtastfelder in x-Richtung zu den Zeiten t und t. sind in Fig. 5 ebenfalls gezeigt, und es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß entsprechende Verschiebungen auf der linken Pnotographie 22 stattfinden. Da die Bewegung des Diapositivs 23 gegenüber dem recnten Abtaststrahl 25 während der Zeitspanne t₁ bis t„ dazu führt, dafö die im Zeitpunkt t^ angenommene Deckung aufgehoben wird, wird wieder ein x-Parallaxeri-Fehlersignal auf der Leitung 51 durch das Bilddeckungssystem 48 erzeugt. Die Richtung der durcn diese Bewegung herbeigeführten Pa-

w rallaxe ist jedoch entgegengesetzt zu derjenigen, die

durch die bei der Linie C angenommenen Hönenänderung hervorgerufen war. Das resultierende Parallaxen-Fehlersignal nat daher auch entgegengesetzte Polarität, und der Servomotor 110 (Fig. 3) treibt das Potentiometer 111 in einer Richtung an, die den Wert des Signals auf der Leitung 5 0 herabsetzt. Infolgedessen wird das rechte Aotastfeld 13 3 um einen Weg d₃ in positiver x-Richtung abgelenkt, wie Fig. 5 zeigt, ist die Ablenkung d₃ des Abtastfelds 113 während der Zeitspanne t.. bis ty genau gleich der Aolenkung d₂ der Photograpnie

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während dieser Zeit, so daß sie ihre bestehenden gegenseitigen Positionen beibehalten und damit die Deckung aufrecnternalten wird.

Während des Zeitraums zwischen t., und t„ betätigt die Bewegung des z-Motors 83 aucn die Differentialkupplung 12 2. Dieser WirKung arbeitet jedoch die gleichzeitige Betätigung der Kupplungsmechanik 122 durch den Servomotor 110 entgegen, der auf das x-Parallaxen-Fehlersignal auf der Leitung 51 reagiert. Die mechanische Kupplung zwischen diesen verschiedenen Komponenten ist derart, daß für den angenommenen Fall gleicher Verscniebungen d2 bzw. d₃ der Photographie 23 bzw. des Abtastfelds 133 die Stellung der Ausgangswelle 125 der Kupplungsmechanik unverändert bleibt. Daher bleibt auch die Ausgangsgrösse des Ausgabedrehmelders 126 auf der Leitung 5 6 konstant und gibt richtig die für das oberhalb der Linie C der Photographie 23 angenommene gleichförmige Höhe des Geländes wieder. Aus dem Gesagten ergibt sich, daß die Ausgangsgrösse des Ausgabedrehmelders 126 ständig die algebraische Summe der Verschiebungen wiedergibt, denen die Photographie 23 und der rechte Abtaststrahl 25 unterworfen sind. Die Summe gißt ausserdem die relative GesamtverSchiebung richtig wieder, die zur Herstellung der Deckung erforderlich ist und die entsprechend die xiönenlage des gerade abgetasteten abgebildeten Geländes wiedergibt. Beispielsweise gibt der Drehmelderausgang im Zeitpunkt t„ die kombinierten Verschiebungen Q₁^ bzw. d- des recnten Abtaststrahls 25 bzw. des rechten Diapositivs 2 3 wieder. Offensichtlich entspricht die Ge samt verschiebung dj+d₂ der Grosse nach der ursprünglichen AbtaststränIverschieoung d^, die zur Deckung im Zeitpunkt t- führte.

Wie Fig. 6 schematisch zeigt, spricht der z-Servomo-

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tor 83 weiterhin auf den Ausgang des Potentiometers auf der Leitung 50 während des Zeitraums zwischen t„ und t₃ an, womit eine weitere Va?scniebung der rechten Photographie 23 in positiver x-Richtung verbunden ist. Die rechte Photographie 23 erreicnt schließlich zur Zeit to die in Fig. 6 gezeichnete relative Lage. Die durch diese Bewegung hervorgerufene iN'icht-Deckung fünrt wiederum zur Erzeugung eines x-Parallaxe-Fehlersignals auf der Leitung 51 und zu gleicnzeitiger Speisung des Servomotors 110 (Fig. 3). Die dadurch entstellende Drehung der Potentiometerwelle 115 setzt die Potentiometeraus-™ gangsgrösse auf der Leitung 50 nerao. Infolgedessen wird auch der rechte Aotaststrahl 25 wänrend der Zeit zwischen ±2 und t₃ in positiver x-Ricntung abgelenkt. Im Zeitpunkt t₃ erreicht das rechte Abtastfeld 134 die in Fig. 5 angegebene relative Lage^ die in der x-Richtung der anfänglichen ausgeglichenen Lage im Zeitpunkt t entspricht. Das Potentiometer 111 steht zu diesem Zeitpunkt in seiner iieutrallage, und auf der Leitung 5 liegt keine Ausgangsgröße. Der z-3ervomotor 83 ist daher abgeschaltet, und eine Verschiebung der recnten Photograpnie 23 durch diesen Motor findet nicht statt. Wie oben entspricht die Grosse der Verschiebung dr in x-Richtung, die die recnte Pnotographie 23 wänrend der Zeitspanne zwischen t- und t_ erleidet, genau der Verschiebung dg in x-Richtung, die der rechte Abtaststrahl 25 während dieser Zeit erfährt. Die Bewegungen der Motorwellen 114 und 121 werden von der Differentialkupplung 12 2 wiederum aufgehoben, und die Ausgangswelle 125 bleiot in Rune.

Faßt man die in den Fig. 4 bis 6 schematisch angedeuteten Wirkungen zusammen, so reagiert das System auf die abgebildete Geländestufe, die an der gestrichelten

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Linie C (Fig. 4) angenommen wurde, durch praktisch unmittelbare relative Ablenkungen der Abtaststrahlen 24 und 25. Grosse und Ricntung der Strahlablenkungen sind derart, daß die durch die Höhenänderung hervorgerufene Parallaxe ausgeglichen wird. Diese Ablenkungen sind in Fig. 4 durcn den Abstand d. angedeutet, wobei wieder darauf hingewiesen sei, daß der linke Abtaststrahl eine entsprechende Ablenkung erfährt. Grosse und Richtung des Ablenkwegs d., sind daner ein Maß für Größe und Richtung der an der Linie C angenommenen Höhenänderung, und eine direkte Anzeige dieser Messung erfolgt, wie oben beschrieben, durch den Ausgabedrehmelder 126 auf der Leitung 56 (Fig. 3).

Während des Zeitabschnitts zwischen t. und t- wird die anfänglich eingeführte erste Ablenkung der Abtaststrahlen 24 und 25 vollständig ausgeglichen und ersetzt durch gleichzeitig eingeführte pnysikalische Verschiebungen der Photographien 22 und 23. Im Zeitpunkt t₃ entspricht somit die schließlich eingefünrte Hilfsverschiebung d₇ der rechten Photographie 2 3 genau der Grösse nach der anfänglich eingeführten HauptaDlenkung d. des rechten Abtaststranis 25, hat jedoch entgegengesetzten Richtungssinn. Wänrend des Zeitabschnitts zwischen t^ und t₃, wenn sowohl die Hauptablenkung der- Abtaststrahlen als auch die Hilfsverschiebung der Photographien auftreten, liefert die Differentialkupplung eine Ausgangsgrösse an der Welle 125, die gleicn der algebraischen Summe beider Arten von relativer Verschiebung sind. Die Ausgangsgrösse des Ausgabedrehmelders zeigt somit fortlaufend die Gesamtgrösse der relativen Verschiebung an, die erforderlich ist, um die Parallaxe zwischen den abgetasteten Teilen der beiden Photographien auszugleichen und gibt damit die relativen Höhen des

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abgebildeten Geländes an.

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß die in Verbindung mit den Fig. H bis ö beschriebenen Annahmen zur Vereinfachung der Erklärung des Erfindungsprinzips getroffen wurden. Im Lichte dieser öescnreibung wird jedoch die Wirkungsweise des beschriebenen Systems auch für die umstände des praktiscnen Einsatzes deutlich. Durch Anwendung der angegebenen relativen Hauptverschiebung und der relativen Hilfsverschiebung liefert die Erfindung die praktisch unmittelbare Reaktion der elektronisch verursacnten Rasterablenkung neuen der Weiträumigkeit und Genauigkeit der physikalisch verursachten Verschiebung der Photograpnien.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   System zur Lageidentifizierung und Lagesteuerung, gekennzeicnnet durch

   (a) eine Identifizierungseinrichtung zum Identifizieren einer vorgegebenen Lage in einem ausgewählten Objekt,

   (b) eine Nachweiseinrichtung zum Nachweisen von Fehlern zwischen der in dem Oojekt identifizierten Lage' und einer darin geforderten Lage,

   (c) eine riaupt-Verschiebungseinrichtung zum Herbeiführen einer relativen Verscniebung zwischen dem Objekt und der Identifizierungseinrichtung,

   (d) eine Hauptsteuereinrichtung zum Steuern der von der Hauptverschieuungseinricntung hervorgerufenen Verschieüung, wobei die Hauptsteuereinrichtung auch in Üirkverbindung mit der Nachweiseinrichtung steht und auf sie anspricht, um die Verschiebung so zu steuern, daß die von der Nachweiseinricntung ermittelten Lagefehler verringert werden, und wobei die Hauptsteuereinricntung eine Anzeigeeinrichtung der Hauptverschieoung zum Anzeigen jecer relativen Verschiebung aufweist, die von der riauptverschiebungseinrichtung nervorgerufen ist,

   (e)'eine Hilfsverschiebungseinrichtung zum Herbeiführen einer relativen Verschiebung zwischen dem Objekt und der Identifizierungseinrichtung und

   (f) eine HilfsSteuereinrichtung, die in Wirkverbindung

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   steht mit der HiIfsVerschiebungseinrichtung und in der Lage ist, eine durch diese auszuführende Verschiebung in Abhängigkeit von einer von der Hauptanzeigeeinrichtung herrünrenden Anzeige einer relativen Verschiebung, die von der liauptverschiebungseinrichtung hervorgerufen ist, herbeizuführen .
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsverschiebungseinrichtung eine mechanische Einrichtung zum Herbeiführen der relativen Verschiebung aufweist, und daß die Hauptverschiebungseinrichtung in der Lage ist, wesentlich schneller eine relative Verschieoung zwischen dem Objekt und der Identifizierungseinrichtung herbeizuführen als es die mechanische Einrichtung vermag.
3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptanzeigeeinrichtung die Richtung

   ψ der von der Hauptverschiebungseinrichtung hervorgerufenen relativen Verschiebung anzeigt, und daß die HilfsSteuereinrichtung eine auf die Richtung ansprechende Einrichtung aufweist, die mittels der Hilfsverschiebungseinrichtung eine relative Verschiebung in der gleichen Ricntung herbeizufünren vermag, die von der Hauptanzeigeeinrichtung angezeigt wurde.
4. 4, System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptanzeigeeinrichtung auch die Grosse der von der Hauptverschiebungseinrichtung hervorgerufenen Ver-

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   Schiebung anzeigt, daß die HilfsSteuereinrichtung eine HiIfsanzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Grosse und der Richtung der von der HilfsVerschiebungseinrichtung hervorgerufenen relativen Verschiebung aufweist, und daß eine Ausgabeeinrichtung vorgesehen ist, die auf die Haupt- und die HiIfsanζeigeeinrichtung anspricnt, um die algebraische Summe der relativen Verschiebung, die von der Haupt- und der HilfsVerschiebungseinrichtung hervorgerufen ist, anzuzeigen.
5. 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die HilfsVerschiebungseinrichtung in Wirkverbindung mit dem Objekt steht und die relative Verschiebung durch Herbeiführen einer Verschiebung des Objekts hervorruft.
6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptvers cliEbungseinrichtung in Wirk verbindung mit der Identifizierungseinrichtung steht und die relative Verschiebung durch Herbeiführen der Verschiebung der Identifizierungseinrichtung hervorruft.
7. 7. System nacn einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Identifizierungseinrichtung eine Abtaststrahleinrichtung zum Identifizieren der gegebenen Lage aufweist, und daß die riauptVerschiebungseinrichtung die relative Verschieoung durcn AblenKen des von der Autasteinrichtung erzeugten Strahls

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   herbeiführt.

   System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt ein Stück eines Paares Stereopnotographien ist und die Nachweiseinrichtung eine Signalerzeugungseinrichtung aufweist, die Signale erzeugt, welche die Details in der gegebenen
   Lage und in einer zugeordneten Lage in der anderen Pnotograpnie darstellen, und daß eine Korrelationseinricntung vorgesehen ist, die die relativen Lagefehler nacnweist, indem die Signale korreliert werden, um' eine Nicnt-Deckung zwiscnen den Details
   in der gegebenen und der zugeordneten Lage in den
   Stereophotograpnien zu bestimmen.

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   Vt

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