Inhalte. Photogram. Aufnahmesysteme. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 1

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1 Inhalte Photogram. Aufnahmesysteme Metrische Kameras (Definition der Inneren Orientierung) Analoge Messkameras Fotografische Aspekte Digitalisierung analoger Bilder Digitale Messkameras HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 1

2 Kamera-Bauarten Messkamera: Mechanisch stabiles (schweres) Aufnahmegerät, das auf Grund seiner besonderen konstruktiven Merkmale über konstante Elemente der Inneren Orientierung verfügt. Meßkamera HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 2

3 Kamera-Bauarten Messkamera: Mechanisch stabiles (schweres) Aufnahmegerät, das auf Grund seiner besonderen konstruktiven Merkmale über konstante Elemente der Inneren Orientierung verfügt. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 3

4 Kamera-Bauarten Teil-Messkamera: Aufnahmegerät das i.a. auf vorhandenen, qualitativ hochwertigen Kameras aufbaut und durch Adaption eines Bildkoordinatensystem (z.b. Réseau) messtauglich wird. Auf Grund seiner konstruktiven Merkmale sind einzelne Parameter der Inneren Orientierung als nicht (oder nur bedingt) konstant anzusehen. Diese Elemente sind: - Kammerkonstante (c) - Hauptpunktlage (xh, yh) Teilmeßkamera Kein Einsatz im konventionellen Luftbildbereich HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 4

5 Kamera-Bauarten Teil-Messkamera: Aufnahmegerät das i.a. auf vorhandenen, qualitativ hochwertigen Kameras aufbaut und durch Adaption eines Bildkoordinatensystem (z.b. Réseau) messtauglich wird. Auf Grund seiner konstruktiven Merkmale sind einzelne Parameter der Inneren Orientierung als nicht (oder nur bedingt) konstant anzusehen. Diese Elemente sind: - Kammerkonstante (c) - Hauptpunktlage (xh, yh) Kein Einsatz im konventionellen Luftbildbereich HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 5

6 Kamera-Bauarten Nicht-Messkamera: Beliebige Photoapparate, die nicht speziell für photogrammetrische Messungen vorbereitet sind. Die Inneren Orientierungselemente sind nicht konstant. Das Aufnahmegerät verfügt über kein fest definiertes Bildkoordinatensystem. Nichtmeßkamera Kein Einsatz im konventionellen Luftbildbereich HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 6

7 Innere Orientierung Die Parameter der Inneren Orientierung beschreiben die Lage des Projektionszentrums (O) im kamerafesten Bildkoordinatensystem sowie Abweichungen vom mathematischen Modell der Zentralperspektive. y h Z x h - Kamerakonstante (c) - Hauptpunktlage (x H, y H ) - Verzeichnung (dr) O c X Y HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 7

8 Innere Orientierung Kammerkonstante (c): Lotrechter Abstand Projektionszentrum - Bildebene; entspricht näherungsweise der Objektivbrennweite. y h Z x h - Kamerakonstante (c) - Hauptpunktlage (x H, y H ) - Verzeichnung (dr) O c X Y HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 8

9 Innere Orientierung Hauptpunktlage (x H, y H ): Durchstoßpunkt des Lotes vom Projektionszentrum durch die Bildebene; entspricht näherungsweise dem Bildmittelpunkt (x M, y M ). y h Z x h - Kamerakonstante (c) - Hauptpunktlage (x H, y H ) - Verzeichnung (dr) O c X Y HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 9

10 Innere Orientierung Verzeichnung (dr): Eigenschaft der Optik, Objektpunkte im Bild(raum) radial versetzt abzubilden. Der Effekt ist im Wesentlichen radial-symmetrisch. y h Z x h - Kamerakonstante (c) - Hauptpunktlage (x H, y H ) - Verzeichnung (dr) O c X Y HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 10

11 Rad.-sym. Verzeichnung Die radial-symmetrische Verzeichnung stellt den größten Einfluss unter den Abbildungsfehlern dar. y h Z Sie entsteht durch Brechungsänderungen an den Linsen des Objektivs. x h Sie ist abhängig von der Fokussierung als auch von der Objektentfernung bei konstanter Fokussierung. O c X Y HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 11

12 Rad.-sym. Verzeichnung Die radial-symmetrische Verzeichung wächst mit zunehmendem Abstand vom Bildhauptpunkt. Radial-symmetrische Verzeichnung ist charakteristisch für den speziellen Objektivtyp. Sie wird üblicherweise über eine Reihenentwicklung dargestellt. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 12

13 Rad.-sym. Verzeichnung Ein linearer Anteil wird abgespalten, um Korrelationen zwischen Bildmaßstab und Kamerakonstante zu vermeiden. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 13

14 Rad.-sym. Verzeichnung Eine allgemein übliche Darstellung erfolgt über ein Polynom HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 14

15 Rad.-sym. Verzeichnung Auswirkungen auf ein regelmäßiges Punktraster HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 15

16 Kalibrierung Die Kalibrierung von Luftbildkameras erfolgt im Labor mit Hilfe eines optischen Goniometers. Terrestrische Kameras werden über Testfelder oder im Rahmen eines Projektes kalibriert. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 16

17 Beispiel Kalibrierprotokoll (terrestrisch) Kamera: Nikon FM-2 Objektiv: Nikkor 28mm Eigentümer: xyz-company Kalibrierdatum: Kameranummer: Objektivnummer: Enfernungseinstellung : Kalibriert durch: Prof. Dr.-Ing. H.-J. Przybilla Parameter Wert Standardabweichung Kamerakonstante (c) [mm] [mm] Hauptpunktlage (x0) (y0) Radialsymmetrische Verzeichnung (A1) (A2) [mm] [mm] D D [mm] [mm] 0.783D D Nulldurchgang (R0) 14.0 [mm] HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 17

18 Beispiel Kalibrierprotokoll Radius [mm] Verzeichnung [mm] Verzeichnung [µm] Radialsymmetrische Verzeichnung Radius [mm] HS BO Lab. für Photogrammetrie: Metrische Kameras und Innere Orientierung 18