Auswertung von Bilddaten aus UAV Flügen Von der klassischen Aerotriangulation zum Dense Image. Matching

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Justus Buchholz
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1 Auswertung von Bilddaten aus UAV Flügen Von der klassischen Aerotriangulation zum Dense Image Rainer Brechtken Rouven Borchert Heinz Jürgen Przybilla Rene Marcel Roderweiß Matching

2 Gliederung Einleitung Testobjekt Eyller Berg Objekterfassung Auswertung Socet Set Photomodeler Scanner Bundler / PMVS2 Systemvergleich Zusammenfassung & Ausblick

3 Einleitung Erfassung durch UAV (Unmanned Aerial Vehicles) gestützte photogrammetrischer Bilddaten gewinnt zunehmend an Bedeutung Attraktive neue Auswerteverfahren stehen zur Verfügung Vergleich von klassischer Mappingsoftware (Socet Set) mit low cost (Photomodeler) und open Source Software (Bundler / PMVS 2)

4 Testobjekt Eyller Berg Höhenunterschiede von ca. 35m Ausdehnung ca. 200m x 180m

5 Aufnahmesystem Kopter aerometics Hexakopter Nutzlast ca. 1kg

6 Aufnahmesystem Kamera Ricoh GXR A12 Auflösung 3776 x 2832 Pixel Bildformat 4:3 Brennweite 18mm Gewicht ca. 460g

7 Objekterfassung Planung Spezielle Topographie Vertikalausdehnung von ca. 35m > starke Variation der Überlappungsverhältnisse 2 Befliegungen 1. Längsüberdeckung 60% Querüberdeckung 60% Flughöhe 100m 2. Längsüberdeckung 60% Querüberdeckung 40% Flughöhe 100m Schrägaufnahmen auf einer Kreisbahn um den Deponiemittelpunkt auf 75m und 100m Höhe

8 Objekterfassung Georeferenzierung über quadratische luftsichtbare Targets (30 cm x 30 cm) Befliegung autonom mit der kostenlosen Software Mikrokoptertool Navigation über GPS Punkte

9 Objekterfassung MikroKopter Tool mit Flugplanung

10 Objekterfassung Befliegung pro Block ca. 1 Stunde 1. Flug 46 Bilder 2. Flug 34 Bilder Schrägaufnahmen 49 Bilder

11 Objekterfassung Orthophotomosaik mit realisierter Bildfluganordnung

12 Auswertung Socet Set Produkt der Firma BAE Systems Klassische Mapping Software Version (aktuelle Version 5.6 ) Auswertung der Befliegung 1 Längs und Querüberdeckung von 60%

13 Auswertung Socet Set Benötigt Kalibrierungsdaten der Kamera und Passpunktdatei Arbeitsablauf I Bildimport Festlegung des Blocklayouts Automatische Messung der Verknüpfungspunkte > Fehlerhafte Verknüpfung

14 Auswertung Socet Set Automatische Verknüpfung in Socet Set

15 Auswertung Socet Set Orthophotomosaik mit Footprints

16 Auswertung Socet Set Arbeitsablauf II Manuelles Messen der Passpunkte und Verknüpfungspunkte Bündelblockausgleichung Überprüfung der Ergebnisse Ableitung des Geländemodells mit 25cm Raster

17 Auswertung Socet Set Socet Set Geländemodell aus Geomagic (Rasterweite: 25 cm)

18 Auswertung PMS Photomodeler Scanner (PMS) Produkt der Firma Eos Systems Hauptsächlich Nahbereichsphotogrammetie Low cost Produkt Weitgehend automatische Auswertung

19 Auswertung PMS Arbeitsablauf Import Automatische Verknüpfung der Bilder über Smart Match Manuelle Passpunktsuche Bündelblockausgleichung / Fehlerbeseitigung Verdichtung der Punktwolke per Dense Image Matching

20 Auswertung PMS 3D Ansicht der Aufnahmesituation in PhotoModeler Scanner

21 Auswertung PMS Dense Image Matching Vorgabe Bildpaare Basis Entfernungsverhältnis 0,2 0,5 Konvergenzwinkel < 15 > Schrägaufnahmen ungeeignet Möglichkeit der Verbesserung der Ergebnisse durch spezielle Qualitätsparameter ( z.b. Punktabstand ) > kann zu starker Erhöhung der Rechenzeit führen

22 Auswertung PMS Modell 60 %, 60 % PhotoModeler Geländemodell aus Geomagic

23 Auswertung PMS Modell 60 %, 40 % PhotoModeler Geländemodell aus Geomagic

24 Bundler / PMVS 2 Open Source Software Entwickelt von der University of Washington Vollautomatische Auswertung Keinerlei Kenntnisse der Photogrammetrie nötig (?!)

25 Bundler Arbeitsablauf Import der Bilder Bundler liest Exif Daten der Bilder aus, bei neuer Kamera erfolgt Abfrage der Sensorbreite Vollautomatische Orientierung über SIFT Operatoren Ergebnis Pro Bild Korrekturparameter der Kamera sowie die äußere Orientierung PLY Datei der Verknüpfungspunkte

26 PMVS 2 / CMVS PMVS 2 (Patch based Multi view Stereo Software) CMVS (Clustering Views for Multi view Stereo) Vollautomatische Weiterverarbeitung der Daten aus Bundler zur Verdichtung der Punktwolke mittels merkmals oder flächenbasierten Verfahren CMVS ermöglicht die Aufteilung der Berechnung in Cluster zur Verkürzung der Rechenzeit Liefert als Ergebnis PLY Punktdatei

27 Bundler / PMVS 2 Bundler /PMVS2 Geländemodell

28 Bundler / PMVS 2 Weitere Verarbeitung, z.b. in der kostenlosen Software MeshLab Georeferenzierung findet (umständlich) über Maßstabsabgleiche statt

29 Systemvergleich Vergleich der generierten Modelle mittels des Programmsystems Geomagic Qualify Reduzierung der Punktwolken auf ca Punkte Referenzmodell: Socet Set (25 cm Raster) PMS Modell: minimaler Punktabstand in jedem Bildpaar von 25 cm Bundler/PMVS2 Modell: Anzahl der Punkte nicht beeinflussbar

30 Systemvergleich Ergebnisse: Orientierung und Matching Software Bilder RMS [Pixel] Generierte 3D Punkte Socet Set (Flug L = 60% / Q = 60%) ~ PMS (Flug L = 60% / Q = 60%) ~ PMS (Flug L = 60% / Q = 40%) ~ Bundler/PMVS2 126 ~

31 Modellvergleich Socet Set PMS (L 60%,Q 60%)

32 Modellvergleich Socet Set PMS (L 60%,Q 40%)

33 Modellvergleich Socet Set Bundler

34 Modellvergleich beider PMS Modelle

35 Modellvergleich Bundler PMS (L 60%, Q 60%)

36 Zusammenfassung & Ausblick Socet Set Aufwendige Auswertung bei stark verkanteten Bildmaterial und Variationen im Überdeckungsverhältnissen, welche bei UAV Befliegungen nicht unüblich sind Keine automatische Verknüpfungspunktmessung möglich > über 400 manuell gemessene Punkte notwendig für die Orientierung

37 Zusammenfassung & Ausblick Photomodeler Scanner Unkomplizierte Auswertung z.t. stark automatisiert Günstige Anschaffungskosten Rechenzeit steigt bei größeren Projekten oder Veränderung der Standardparameter deutlich an

38 Zusammenfassung & Ausblick Bundler / PMVS2 Unkomplizierte Auswertung, voll automatisiert open source Keine Möglichkeiten in die Auswertung einzugreifen

39 Zusammenfassung & Ausblick Bundler / PMVS2 Daten einer kalibrierten Kamera können nicht in die Bildorientierung mit einbezogen werden Fehlende Angaben zu statistischen Größen der Ausgleichung Passpunkte zur Georeferenzierung können nicht direkt in den Bildern gemessen werden

40 Zusammenfassung & Ausblick Kostengünstige Auswerteverfahren in Verbindung mit UAV Bildmaterial liefern gute Ergebnisse im Vergleich zu etablierten Ansätzen Die vorgestellten Auswerteverfahren liefern eine gute Alternative zur klassischen Tachymetermessung in Bereichen der Deponie Kontrolle sowie in der Erfassung von lokalen Gebieten

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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