Inhalte. Methoden und Verfahren zur automatisierten Auswertung Bildtriangulation

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1 Inhalte Methoden und Verfahren zur automatisierten Auswertung Bildtriangulation Grundlagen Blockausgleichung mit unabhängigen Modellen Bündelblockausgleichung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 1

2 Bildtriangulation Grundlagen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 2

3 Aerotriangulation Simultane Auswertung eines Bildverbandes. Auch ohne GPS und IMU-Informationen befreit die Aerotriangulation die Photogrammetrie von dem Zwang, in jedem Stereomodell mindestens 3 Passpunkte terrestrisch bestimmen zu müssen. Überbrückung von Auswertegebieten ohne geodätische Festpunkte. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 3

4 Aerotriangulation Bildverband einer Blockausgleichung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 4

5 Aerotriangulation Das Ergebnis einer Aerotriangulation sind die Elemente der Äußeren Orientierung aller beteiligten Bilder. die Objektkoordinaten diskreter Punkte (im Landeskoordinatensystem). HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 5

6 Aerotriangulation An der photogrammetrischen Punktbestimmung sind beteiligt signalisierte Punkte natürliche Punkte in digitalen Messbildern: automatisch ausgewertete Punkte HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 6

7 Aerotriangulation Zwecks besserer Identifizierbarkeit werden signalisierte Punkte durch Identifizierungsstreifen ergänzt. Künstliche Signale mit Identifizierstreifen und Hilfspunkten HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 7

8 Aerotriangulation Die Verfahren unterscheiden sich darin, ob Modellkoordinaten (x,y,z) gemessen werden Blockausgleichung mit unabhängigen Modellen (historisch!!) oder Bildkoordinaten x i, y i gemessen werden Bündelblockausgleichung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 8

9 Bildtriangulation Blockausgleichung mit unabhängigen Modellen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 9

10 Blockausgleichung mit unabhängigen Modellen Ausgangsmaterial ist ein blockförmiger Bildverband (p=60%, q=20%); der Sonderfall ist der Flugstreifen. Beobachtungen: Modellkoordinaten der Einzelmodelle. Wichtig! Da eine Modellbildung vorhergeht findet quasi eine Vorausgleichung statt (x,y,x,y x,y,z). HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 10

11 Blockausgleichung mit unabhängigen Modellen Die einzelnen Stereomodelle werden zu einem Modellverband verschmolzen, bei gleichzeitiger Überführung in ein übergeordnetes (Landes-) Koordinatensystem. Die Ausgleichung wird räumliches Problem behandelt werden: Räumliche Blockausgleichung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 11

12 Räumliche Blockausgleichung Zu bestimmen: Koordinaten X,Y,Z im Landessystem Gemessen: Koordinaten x,y,z im relativ orientierten Modell Jedes Modellsystem ist gegenüber dem Landessystem verschoben (X 0,Y 0,Z 0 ) gedreht (ω,ϕ,κ) und maßstäblich verschieden (λ). HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 12

13 Räumliche Blockausgleichung Räumliche Helmert-(Ähnlichkeits-) Transformation Die Verbindung der Blöcke erfolgt über Verknüpfungspunkte, geodätisch bestimmte Passpunkte, Projektionszentren. Die Projektionszentren bewirken eine Stabilisierung der Höhe entlang der Streifen. Quer zu den Triangulationsstreifen erfolgt die Stabilisierung über Höhenpasspunktketten ggf. auch durch Vergrößerung der Querüberdeckung zwischen den Flugstreifen. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 13

14 Räumliche Blockausgleichung Modellanschluss mit Projektionszentren HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 14

15 Räumliche Blockausgleichung Verkettete räumliche Ähnlichkeitstransformation HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 15

16 Räumliche Blockausgleichung Die Einsparung an terrestrischen Passpunkten führt zu einer Verschlechterung der Genauigkeit gegenüber der Einzelmodelleinpassung. erforderlich ist eine Vielzahl von terrestrischen Passpunkten (unwirtschaftlich) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 16

17 Bildtriangulation Bündelblockausgleichung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 17

18 Bündelblockausgleichung Ausgangsmaterial ist ein blockförmiger Bildverband (p=60%, q=20%); der Sonderfall ist der Flugstreifen. Beobachtungen: Bildkoordinaten der beteiligten Bilder. Bei der Bündelblockausgleichung ist also das Messbild die Elementareinheit. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 18

19 Bündel(-block)-ausgleichung Luftbildfall HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 19

20 Bündel(-block)-ausgleichung Der funktionale Zusammenhang zwischen Bild- und Objektsystem ist durch die Kollinearitätsgleichungen (Zentralprojektion) defininiert. x y = = x H y H r c 11 r 13 r c 12 r 13 ( X X O ) + r 21( Y Y O ) + r 31( Z Z O ) ( X X ) + r ( Y Y ) + r ( Z Z ) O ( X X O ) + r 22 ( Y Y O ) + r 32 ( Z Z O ) ( X X ) + r ( Y Y ) + r ( Z Z ) O O O O O + dx + dy Originäre Messungsgrößen der Bündelausgleichung sind die Bildkoordinaten! HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 20

21 Bündel(-block)-ausgleichung Unbekannte Parameter: Innere Orientierung Äußere Orientierung Objektkoordinaten HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 21

22 Bündel(-block)-ausgleichung Verbesserungsgleichungen: ( ) U,..., U U x ij + v x = f ij 1 1 k,..., u ( ) U,..., U U y ij + v y = f ij 2 1 k,..., u Ausgleichung nach vermittelnden Beobachtungen (Gauss-Markov Modell) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 22

23 Bündel(-block)-ausgleichung Anzahl der Unbekannten: Objektpunkte: Äußere Orientierung: (Innere Orientierung: 3 pro Punkt 6 pro Bild 5 pro Kamera (für Standardsatz der IORI)) Die Bündelausgleichung ist ein nichtlineares Problem, d.h. es muss eine Linearisierung der Beobachtungsgleichungen erfolgen. Daraus folgend sind Näherungswerte für die unbekannten Parameter erforderlich. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 23

24 Zusätzliche Messelemente Sonstige zusätzliche Messelemente können simultan mit den Bildkoordinaten-Beobachtungen ausgeglichen werden. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 24

25 Zusätzliche Messelemente Sonstige zusätzliche Messelemente können simultan mit den Bildkoordinaten-Beobachtungen ausgeglichen werden. - Geodätische Richtungsbündel - Geometrische Beziehungen zwischen Objektpunkten - Koordinatenunterschiede - Strecken - Richtungswinkel -Vertikalrichtungen - Geometrische Beziehungen zwischen Objektpunkten und Aufnahmeorten - Lokale Hilfskoordinatensysteme - Geradlinigkeits-, Ebenheits- und Rechtwinkligkeitsbedingung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 25

26 Datenfluss für die Bündelausgleichung 26 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 26

27 GPS- und IMU-gestützte Aerotriangulation Mit GPS und IMU, kann man die Elemente der äußeren Orientierung direkt erfassen und mit den Methoden der direkten Georeferenzierung kann man die Bilder auswerten, d.h. GPS und IMU machen die Aerotriangulation (eigentlich) überflüssig. In der Praxis sprechen verschiedene Gründe gegen die ausschließliche direkte Georeferenzierung. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 27

28 GPS- und IMU-gestützte Aerotriangulation Die GPS-Positionierung "on the fly" ist verhältnismäßig anspruchsvoll und man erreicht mit ihr gegenwärtig nicht den Zentimeterbereich, der für die Präzisions- Aerophotogrammetrie angestrebt wird. Unvermeidliche Cycle-Slipes und/oder Multipath-Effekte können die kontinuierliche GPS-Positionierung stören. Die Kalibrierung der drei Einheiten GPS, IMU und bildgebender Sensor ist eine sehr komplexe Aufgabe und wird häufig mit Unzulänglichkeiten behaftet sein. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 28

29 GPS- und IMU-gestützte Aerotriangulation Die in einem globalen Koordinatensystem anfallenden GPS-Positionierungen müssen wegen verschiedener Einflüsse (z.b. Geoid) korrigiert werden, um dem Koordinatensystem der jeweiligen Landesvermessung, in dem das photogrammetrische Ergebnis erwartet wird, zu entsprechen. M.a.W.: Die GPS/IMU-Daten haben - in Bezug zum Landeskoordinatensystem - häufig Datumsprobleme. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 29

30 GPS- und IMU-gestützte Aerotriangulation Statt der direkten Georeferenzierung mit Hilfe von GPS und IMU, die als direkte Sensororientierung bezeichnet wird, sollte man die GPS- und IMU-Informationen nur zur Stützung der Aerotriangulation verwenden. Die Kombination der GPS/IMU-Informationen mit Passpunkten zur Orientierung bildgebender Aufnahmesysteme wird als integrierte Sensororientierung bezeichnet. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 30

31 Bündelausgleichung Kamera-Kalibrierung Die simultane Kalibrierung der Aufnahmekamera(s) ist bei geeigneter Aufnahmeanordnung und ausreichender Dichte der im Objektraum gegebenen Informationen möglich. Bei der Aerotriangulation nicht möglich! HS BO Lab. für Photogrammetrie: Bildtriangulation 31