1 Ringvorlesung – Einführung in die Geodäsie
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Ringvorlesung – Einführung in die Geodäsie Photogrammetrie Teil 1: Stereophotogrammetrie • Was W ist i t Photogrammetrie Ph t ti ? • Stereoskopisches Sehen und Messen • Grundprinzipien • Anwendungsbeispiele Prof. Dr. habil. Hans-Gerd Maas Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung Technische Universität Dresden Helmholtzstr. 10 (Hülsse-Bau Westflügel, Zi. 541) 01062 Dresden Tel: 0351 463 32859 e-mail: [email protected] Definition Photogrammetrie • Photo - gram - metrie (griechisch) ‘mit Licht Gezeichnetes messen’ • Praktischer: Generieren von metrischer 3-D Objektinformation aus Bildern • Luftbilder Karte • Gebäude, 3D Stadtmodelle, Fassaden • Industrielle Objekte • Virtuelle Realität / Computeranimation • u.v.a.m. 1 Was ist Photogrammetrie? „… die Wissenschaft und Technik zur Gewinnung dreidimensionaler Informationen durch die Aufnahme, Messung und Interpretation von Bildern“ Bilder 3-D Information Photogrammetrie Datenakquisition • Analoge und digitale Luftbildkameras • Amateurkameras • Spezialkameras • Camcorder • Higspeedkameras • Panoramakameras • Laserscanner • 3D-Kameras • Thermalkameras • … 2 Luftbildphotogrammetrie – Datenakquisition 3 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 4 Anwendungsbeispiel: Veränderungsdetektion • Datenakquisition/Kartierung für historische Zeitpunkte • Dokumentation von Entwicklungsprozessen • Berücksichtigung von Unterschieden in Perspektive/Maßstab Messen: Bezug Bild ↔ Objekt 5 Bildmessung – Eindeutigkeit • Objektraum Bildraum: 3-D 2-D, eindeutig • Bildraum Objektraum: 2 2-D D3 3-D, D, nicht eindeutig • Ein Bildpunkt, zurückprojiziert in den Objektraum, stellt einen Strahl dar und entspricht nicht einem bestimmten Punkt; unendlich viele Objektpunkte werden auf einen Bildpunkt abgebildet • d.h. die Rekonstruktion eines räumlichen Objektes aus einem Einzelbild ist nicht möglich (wohl aber die 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) (X Y Z) • d.h. 4 Messungen für 3 Unbekannte 6 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 7 Stereosehen am Computermonitor z.B. Flüssigkristallbrille • Bildschirm auf doppelter Bildfrequenz (z.B. 120Hz) • zeigt abwechselnd linkes und rechtes Bild • Brille synchronisiert auf Bildschirm, schliesst y abwechselnd 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 8 Stereoskopisches Messen • Unterschiedliche Parallaxen bedeuten unterschiedliche Höhen (größere Parallaxen für höhere Punkte) Anwendung: Herstellung von Karten • Aufnahme von Luftbildern • Stereoskopische Auswertung durch Operateur • Kartierung von Straßen, Gebäuden, Bewuchs, Gewässern, Höhenlinien, ... • Nachführung 9 Stereoauswertung – Produkte Photogrammetrie: Bilder Karte, 3-D Modell 10 Produkt: 3-D Stadtmodell Architekturphotogrammetrie Bsp: Aufnahme Lingner-Schloss (A. Reichel / Messbildstelle) 11 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 12 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) 13 DTM: Visualisierung + Folgeprodukte Schummerung Farbcodierte Höhendarstellung Integrale jährliche Besonnung Geländeneigung http://www.satgeo.de/satgeo/methoden/DHM_Web/Anwendungen.htm DTM – Veränderungsdetektion Beispiel: Mt. St.Helens, USA (vorher/nachher) 14 DTM Visualisierung – animierte Produkte Der Mond in 3D … http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10212/332_read-2065/year-2011/ 15 Auswertung – Automatisierung Bilder 3-D Information Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammtrie Rundheitsprüfung im U-Bootbau (Aicon / HDW) • Messung signalisierter Punkte (Retromarken) • Aufnahme eines Bildverbandes mit DCS460 • vollautomatische Auswertung mit Software DPA-Win 16 Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammtrie Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammetrie 17 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 • Dokumentationswert der Aufnahmen, Nachmessungen beliebig möglich 18 Photogrammetrie Crashtestaufnahme 512 x 384 Pixel Kodak EktaPro RO Imager @ 1000 Hz (Diplomarbeit A. Kramer, IPF / DaimlerChrysler) Photogrammetrie Oberflächenmodelle 19 Photogrammetrie Oberflächenmodelle Beispiel Oberflächenmodelle der digitale Maßanzug http://www.zeit.de/2002/45/shopping http://www.atc.gr/e-tailor/index.html 20 Anwendungsbeispiel 3D-Bewegungsanalyse Anwendungsbeispiel 3D-Bewegungsanalyse 21 Photogrammetrie – Einordnung Computer Vision Machine Vision Robot Vision Photogrammetrie Fernerkundung Medizinische Bildverarbeitung Photogrammetrie TU Dresden – Ausblick Schwerpunkte des Studiums: • Grundlagen der Luftbildphotogrammetrie • Grundlagen der Nahbereichsphotogrammetrie • Automatisierung photogrammetrischer Auswerteverfahren • Daten für VR / Computeranimation • Photogrammetrie in industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen • Bezug zur aktuellen Forschung (SHK …) • Erschließung neuer Anwendungsgebiete 22 Übung Stereoskopisches Sehen und Messen • Geodäten & Kartographen • 11.1.2013 • Photogrammetrie Photogrammetrie-Pool Pool HÜL W535 • Einschreibung über http://141.30.97.168/danilo/photo/e-learning/liste/ring/2012/ oder Forum Photogrammetrie Sonstiges • Betreuer: Marc Schulze 23
