Post on 11-Aug-2019
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Ringvorlesung – Einführung in die Geodäsie
Photogrammetrie Teil 1: Stereophotogrammetrie
W i t Ph t t i ?• Was ist Photogrammetrie ?
• Stereoskopisches Sehen und Messen
• Grundprinzipien
• Anwendungsbeispiele
Prof. Dr. habil. Hans-Gerd MaasInstitut für Photogrammetrie und FernerkundungTechnische Universität DresdenHelmholtzstr. 10 (Hülsse-Bau Westflügel, Zi. 541)01062 Dresden
Tel: 0351 463 32859e-mail: hans-gerd.maas@tu-dresden.de
• Photo - gram - metrie (griechisch) ‘mit Licht Gezeichnetes messen’
• Praktischer: Generieren von metrischer 3-D Objektinformation aus Bildern
Definition Photogrammetrie
3-D Objektinformation aus Bildern
• Luftbilder Karte
• Gebäude, 3D Stadtmodelle, Fassaden
• Industrielle Objekte
• Virtuelle Realität / Computeranimation
• u.v.a.m.
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„… die Wissenschaft und Technik zur Gewinnung dreidimensionaler Informationen durch die Aufnahme, Messung und Interpretation von Bildern“
Was ist Photogrammetrie?
Bilder 3-D Information
Photogrammetrie
Datenakquisition
• Analoge und digitale Luftbildkameras
• Amateurkameras
• Spezialkameras
• Camcorder• Camcorder
• Higspeedkameras
• Panoramakameras
• Laserscanner
• 3D-Kameras
• Thermalkameras
• …
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Datenverarbeitung
• Qualitativ: Bildinterpretation
• Anwenderspezifisch …
• Quantitativ: Messung (i.d.R. 3D)
• Koordinaten, Längen, Flächen, Volumina
• Georeferenzierung
• Veränderungsdetektion, Deformationsanalyse, Bewegungsanalyse
• Navigation
• …
Bildinterpretation – Beispiel Forstwesen
• Erkennung von Baumarten anhand eines Interpretationsschlüssels
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Anwendungsbeispiel: Veränderungsdetektion
• Datenakquisition/Kartierung für historische Zeitpunkte
• Dokumentation von Entwicklungsprozessen
• Berücksichtigung von Unterschieden in Perspektive/Maßstab
Messen: Bezug Bild ↔ Objekt
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Bildmessung – Eindeutigkeit
• Objektraum Bildraum: 3-D 2-D, eindeutig
• Bildraum Objektraum: 2-D 3-D, nicht eindeutigBildraum Objektraum: 2 D 3 D, nicht eindeutig
• Ein Bildpunkt, zurückprojiziert in den Objektraum, stellt einen Strahl dar und entspricht nicht einembestimmten Punkt; unendlich viele Objektpunktewerden auf einen Bildpunkt abgebildet
• d.h. die Rekonstruktion eines räumlichen Objektesaus einem Einzelbild ist nicht möglich (wohl aberdie Rekonstruktion eines ebenen Objekts)
Stereoskopische Auswertung
• Überlappende Aufnahmen
• Messung von je zwei Bildkoordinaten (x‘,y‘, x“,y“) in zwei Bildern
• Bestimmung der 3D-Koordinaten im Objekt (X Y Z)Objekt (X,Y,Z)
• d.h. 4 Messungen für 3 Unbekannte
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Stereoskopisches Sehen
• Beide Augen sehen dasselbe Objekt von leicht unterschiedlichen Standpunkten
• Bilder mit Parallaxen ( Maß für Entfernung)
• Verarbeitung beider Bilder zu 3-D Eindruck(objektives stereoskopisches Sehen)
Subjektives räumliches Sehen
• Monokulare Tiefenwahrnehmung
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Stereosehen am Computermonitor
z.B. Flüssigkristallbrille
• Bildschirm auf doppelter Bildfrequenz (z.B. 120Hz)
• zeigt abwechselnd linkes und rechtes Bild
• Brille synchronisiert auf Bildschirm, schliesst yabwechselnd linkes und rechtes Glas
• ‘aktive’ Brille
• 3-D Maus
Stereoauswertung
• Wiederherstellung der Orientierung der Bilder (relative und absolute Orientierung)
• Messung homologer Punkte Parallaxen
• Berechnung der 3-D Koordinaten XYZ
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Stereoskopisches Messen
• Unterschiedliche Parallaxen bedeuten unterschiedliche Höhen (größere Parallaxen für höhere Punkte)
Anwendung: Herstellung von Karten
• Aufnahme von Luftbildern• Aufnahme von Luftbildern
• Stereoskopische Auswertung durch Operateur
• Kartierung von Straßen, Gebäuden, Bewuchs, Gewässern, Höhenlinien, ...
• Nachführung
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Produkt: 3-D Stadtmodell
Architekturphotogrammetrie
Bsp: Aufnahme Lingner-Schloss (A. Reichel / Messbildstelle)
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3-D Modelle, VR-Modelle
Zum Selbermachen …
Freie Software E-Learning Seiten Photogrammetrie TU Dresden
Beispiele: • http://vimeo.com/21225495
• http://www.youtube.com/watch?v=zy75I_YncGA
• http://www.youtube.com/watch?v=dx-9Kl4jGy4
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Digitales Geländemodell
DTM – digital terrain model
Digitales Geländemodell - regelmäßiges Raster
Vorgehensweise:
• DTM definieren (z.B. Raster in Landeskoordinaten Rasterweite, Orientierung)
• Höhenmessung an Rasterpunkten in X-Y
• Gerät fährt Punkte lagemäßig an, Operateur setzt Messmarke auf's Gelände auf (statisch / kontinuierlich)
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DTM: Visualisierung + Folgeprodukte
Farbcodierte Höhendarstellung Schummerung
http://www.satgeo.de/satgeo/methoden/DHM_Web/Anwendungen.htmGeländeneigung
Integrale jährliche Besonnung
DTM – Veränderungsdetektion
Beispiel: Mt. St.Helens, USA (vorher/nachher)
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DTM Visualisierung – animierte Produkte
Der Mond in 3D …http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10212/332_read-2065/year-2011/
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Auswertung – Automatisierung
Bilder
3-D Information
Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammtrie
Rundheitsprüfung im U-Bootbau (Aicon / HDW)
• Messung signalisierterMessung signalisierter Punkte (Retromarken)
• Aufnahme eines Bildverbandes mit DCS460
• vollautomatische Auswertung mit Software DPA-Win
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Thema Genauigkeit
Messgenauigkeit in digitalen Bildern:
• 0.1 … 0.01 Pixel
Systematische Fehler von (Amateur-) k
+ =
kameras:
• Objektivverzeichnung
• Innere Orientierung
• Sensorunebenheiten
• Aufwärmeffekte
• Effekte der Kameraelektronik
• Gehäusestabilität
Photogrammetrische Verfahren der Simultankalibrierung:
• Relativgenauigkeit ca. 1 : 100.000
Anwendungsbeispiel: Polizei
Aufnahme und Auswertung der Situation nach Verkehrsunfällen
• Schnelle Datenakquisition
• Auswertung nach Bedarf im Büro• Auswertung nach Bedarf im Büro
• Dokumentationswert der Aufnahmen, Nachmessungen beliebig möglich
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Photogrammetrie Crashtestaufnahme
512 x 384 Pixel Kodak EktaPro RO Imager @ 1000 Hz
(Diplomarbeit A. Kramer, IPF / DaimlerChrysler)
Photogrammetrie Oberflächenmodelle
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Photogrammetrie Oberflächenmodelle
Beispiel Oberflächenmodelle der digitale Maßanzug
http://www.zeit.de/2002/45/shoppinghttp://www.atc.gr/e-tailor/index.html
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Photogrammetrie – Einordnung
RobotComputer
Vision
Machine Vision
VisionVision
Medizinische
Photogrammetrie
BildverarbeitungFernerkundung
Photogrammetrie TU Dresden – Ausblick
Schwerpunkte des Studiums:
• Grundlagen der Luftbildphotogrammetrie
• Grundlagen der Nahbereichsphotogrammetrie
• Automatisierung photogrammetrischer AuswerteverfahrenAuswerteverfahren
• Daten für VR / Computeranimation
• Photogrammetrie in industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen
• Bezug zur aktuellen Forschung (SHK …)
• Erschließung neuer Anwendungsgebiete