X - Hochschule Bochum

Inhalte
 Aufnahmetechnik in der Nahbereichsphotogrammetrie
– Projektbezogene Rahmenbedingungen
– Methoden der Bilderfassung
– Aufnahmeplanung
– Aufnahmekonfiguration
– Abbildungsmaßstab und Genauigkeit
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Aufnahmetechnik in der NBP
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Aufnahmetechnik in der
Nahbereichsphotogrammetrie
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Aufnahmetechnik in der NBP
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Eine typische
Aufgabenstellung…
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Aufnahmetechnik in der NBP
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Eine typische
Aufgabenstellung…
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Aufnahmetechnik in der NBP
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Vorgaben des Auftraggebers
 Photogrammetrische Aufnahmetechnik für den
Nahbereich umfasst sämtliche Komponenten, die
für die Vorbereitung des Messobjektes und die
Bildaufnahme erforderlich sind.
–
–
–
–
Vorgaben des Auftraggebers
Vorgaben des Auftragnehmers
Technische Parameter
Wirtschaftliche Parameter
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Vorgaben des Auftraggebers
 Um welches Objekt handelt es sich ?
– Größe
– Form
– Zugängigkeit (örtlich und zeitlich)
 Vorhandensein geometrischer Basis-informationen
(Pläne, Altmessungen)
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Vorgaben des Auftraggebers
 Welches messtechnische Ergebnis wird angestrebt ?
– punktweise Auswertung
– linienhafte Auswertung
 Anzahl der Messepochen
–
–
–
–
Einmalmessung
Wiederholungsmessung
längerfristiges Messprogramm
Permanentüberwachung
 Welche Genauigkeitsanforderungen sind zu erfüllen ?
 Gibt es Begrenzungen hinsichtlich des verfügbaren
Kostenrahmens ?
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Vorgaben des Auftragnehmers
 Welche Messverfahren können sinnvoll für die
vorgegebene Aufgabenstellung genutzt werden ?
 Sind alternative Messtechniken möglich ?
 Beschränkung auf ein spezielles Verfahren ?
 Kann die geforderte Dienstleistung erbracht
werden ?
–
–
–
–
–
technisches Know-how
instrumentelle Voraussetzungen
personelle Situation
zeitliche Situation
Zusammenarbeit mit sonstigen Institutionen
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Vorgaben des Auftragnehmers
 Sind die geforderten Genauigkeiten sinnvoll oder ist
ein verringertes oder erhöhtes Genauigkeitsniveau
anzustreben ?
 Nicht so genau wie möglich, sondern so genau
wie nötig !
 Wirtschaftlichkeitsaspekte
– Projekt ist unter den vorgegebenen kaufmännischen
Bedingungen realisierbar
– Projekt ist attraktiv/nicht attraktiv
– Einstiegsprojekt (weitere Projekte sind wahrscheinlich)
– Konkurrenzsituation
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Methoden der Bilderfassung
 Die Wahl zwischen analoger bzw. digitaler
Bilderfassung übt wesentlichen Einfluss auf die
Methodik des photo-grammetrischen Prozesses aus.
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Aufnahmeplanung
 Die Qualität der photogrammetrischen Messung ist eine
Funktion aller beteiligten Systemparameter, wie
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Kamera
Objektiv
Film / digitaler Sensor
Beleuchtung
Aufnahmekonfiguration (Aufnahmeentfernung und
-basis)
Laborverarbeitung (Filmentwicklung)
Auswertegerät (Messgenauigkeit)
Berechnungsverfahren (Auswertesoftware)
Mensch (Grundkenntnisse, Ausbildung, Erfahrung)
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Aufnahmekonfiguration
 Unter Aufnahmekonfiguration versteht man die
Anordnung von Kamerastandpunkten und
Aufnahmerichtungen zur Objekterfassung.
 Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen
– Einzelbildaufnahme
– Stereobildaufnahme
– Mehrbildaufnahme
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Aufnahmekonfiguration
 Die Erfassung eines Objektes mit nur einem Bild
erlaubt nur dann eine 3-dimensionale Objektrekonstruktion, wenn zusätzliche geometrische
Informationen über das Objekt vorliegen.
Typische Anwendung:
• Hausfassade
• ebene Bauteile
Einbild-Aufnahme
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Aufnahmekonfiguration
 Stereoaufnahmen werden verwendet, wenn eine
visuelle oder automatisch stereoskopische
Auswertung erfolgen soll.
 Bei manueller Auswertung wird die Aufnahme in
der Regel im Normalfall ausgeführt.
Normalfall
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Aufnahmekonfiguration
 Stereoaufnahmen werden verwendet, wenn eine
visuelle oder automatisch stereoskopische Auswertung
erfolgen soll.
 Für die digitale Stereoauswertung können auch stärker
geneigte (konvergente) Aufnahmen genutzt werden.
Konvergent-Aufnahme
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Aufnahmekonfiguration
 Stereoaufnahmen werden verwendet, wenn eine
visuelle oder automatisch stereoskopische
Auswertung erfolgen soll.
 Divergente Aufnahmerichtungen reduzieren den
Bereich stereoskopischer Erfassung deutlich.
Divergent-Aufnahme
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Aufnahmekonfiguration
 Erweiterungen und/oder Kombinationen der bisher
gezeigten Anordnungen sind möglich und führen
zur Mehrbildaufnahme.
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Aufnahmekonfiguration
 Die Mehrbildaufnahme unterliegt keinen Einschränkungen hinsichtlich der Wahl von Aufnahmestandorten und –richtungen.
 Die Objekterfassung erfolgt mit beliebig vielen
Bildern, unter Berücksichtigung geeigneter
Schnittbedingungen.
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Aufnahmekonfiguration
 Bei hinreichender Anzahl und Konfiguration von
Bildstrahlen kann mittels Mehrbildaufnahme eine
gleichmäßige Koordinatengenauigkeit in allen
Richtungen erreicht werden.
 Die Mehrbildanordnung ist der Standardfall der
Nahbereichsphotogrammetrie.
 Die Bestimmung der Objektkoordinaten erfolgt
mittels Verfahren der Mehrbildtriangulation.
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Abbildungsmaßstab und
Genauigkeit
 Abbildungsmaßstab und erreichbare Genauigkeit
sind grundlegende Fragen bei der
Aufnahmeplanung und definieren weitgehend die
Wahl der Parameter des Meßsystems.
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Bildmaßstab
 Die Bildmaßstabszahl ist
 das Verhältnis von Aufnahmeentfernung h zur
Kamerakonstanten c bzw.
 das Verhältnis einer Objektstrecke X zur entsprechenden
Strecke x‘ im Bildraum.
h X
1
mb = = =
c x' M b
 Im Hinblick auf ausreichende Genauigkeit und
Detailerkennbarkeit ist der Bildmaßstab geeignet zu
wählen.
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Bildmaßstab
 Eine Variation der Parameter
 Aufnahmeabstand
 Kamerakonstante und
 Bildformat
führt zu Änderungen am Bildmaßstab.
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Bildmaßstab
Variation der Aufnahmeparameter
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Bildmaßstab
Variation der Aufnahmeparameter
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Genauigkeitsabschätzung
 Die erreichbare Objektgenauigkeit einer photogrammetrischen Aufnahme kann genähert
geschätzt werden.
h
X
1
mb = =
=
c
x'
Mb
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Genauigkeitsabschätzung
 Durch Ableitung der Gleichung überträgt sich die
Messunsicherheit dx‘ mit der Bildmaßstabzahl mb
in den Objektraum.
dX = mb * dx'
 Nach Anwendung des FFG ergibt sich die
Standardabweichung sX zu:
s X = mb * s x '
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Genauigkeitsabschätzung
 Alternativ kann eine relativ zur Objektgröße S
berechnete (dimensionslose) Genauigkeit
angegeben werden:
s X sx'
=
S
s'
Relativgenauigkeit, z.B. 1:10000
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Genauigkeitsabschätzung
 Die Angabe relativer Genauigkeiten ist nur dann
aussagekräftig, wenn




Messobjekt
Aufnahmekonfiguration
Auswertemethoden und
Genauigkeitsüberprüfung
hinreichend beschrieben werden.
 Der Einfluss der Aufnahmekonfiguration wird über einen
Design-Faktor q berücksicht.
 q beschreibt im wesentlichen die Schnittgeometrie der
Aufnahme.
s X = q * mb * s x '
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Genauigkeitsabschätzung
 Der Design-Faktor q variiert in der Praxis:
 0.4-0.8  sehr gute Konfiguration, z.B. Rundumverband
bis zu
 1.5-3.0  schwache Stereokonfiguration
 Bei signalisiertem Objekt und Erfassung durch
einen Rundum-Verband kann die Koordinatengenauigkeit in allen drei Richtungen näherungsweise gleich sein, mit q=0.7
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Genauigkeitsabschätzung
 Bei Erfassung in klassischer Stereoanordnung
(Normalfall) ist die Genauigkeit in Aufnahmerichtung (Z) deutlich schlechter. Sie ergibt sich zu:
h2
h
sZ =
* s px ' = mb * * s px '
b
b*c
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Testkalibrierung
 Bei der Testfeldkalibrierung wird ein geeignet
signalisiertes Objektpunktfeld mit bekannten
Koordinaten oder Strecken von mehreren
Standpunkten aus formatfüllend und mit
ausreichender Strahlenschnittgeometrie aufgenommen.
 Testfelder können transportabel oder fest an
einem Objekt (z.B. Hauswand) angebracht sein.
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Testfeldkalibrierung
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Testfeldkalibrierung
Zur Kalibrierung der
Kamera genügen acht
Aufnahmen, die
frontal und schräg auf
das räumliche
Testfeld gerichtet
werden, wobei sie
jeweils um 90° um
die Aufnahmeachse
gewälzt werden.
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Testfeldkalibrierung
 Aus den gemessenen Bildkoordinaten und den
(näherungsweise) gegebenen Objektdaten
werden durch Bündelausgleichung sowohl die
 ausgeglichenen Testfeldkoordinaten,
 die Daten der äußeren Orientierung als auch
 die Parameter der inneren Orientierung gewonnen.
 Die Datumsfestlegung erfolgt bei der Testfeldkalibrierung im Rahmen einer freien
Netzausgleichung.
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Testfeldkalibrierung
 Bei der numerischen Bestimmung kann es zu
unerwünschten Korrelationen zwischen den
berechneten Parametern kommen, die durch
geeignete Aufnahmeanordnungen aber
weitgehend vermieden werden können.
 Insbesondere ist es notwendig, mindestens eine
in Aufnahmerichtung wirkende
Maßstabsinformation aus dem Objektraum
bereitzustellen, um die Kamerakonstante
bestimmen zu können.
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Testfeldkalibrierung
 Maßstabsinformation kann zum Beispiel durch
– eine bekannte Strecke,
– ein räumlich angeordnetes Testfeld oder
– Schrägaufnahmen eines ebenen Testfeldes
bereitgestellt werden.
 Gekantete (um die Aufnahmeachse gewälzte)
Aufnahmen dienen vor allem der
Bestimmbarkeit der Hauptpunktlage und der
Affinität (Kantung um 90°).
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