ifp Diplomhauptprüfung Frühjahr 2000 Prüfung mündlich abgehalten Institut für Photogrammetrie

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1 ifp Institut für Photogrammetrie Universität Stuttgart Prof. Dr.-Ing. habil. Dieter Fritsch Geschwister-Scholl-Str. 24, Stuttgart Postfach , Stuttgart Telefon (0711) , Telefax (0711) Diplomhauptprüfung Frühjahr 2000 Prüfung mündlich abgehalten

2 ifp Universität Institut für Photogrammetrie Stuttgart Prof. Dr.-Ing. habil. Dieter Fritsch Geschwister-Scholl-Str. 24, Stuttgart Postfach , Stuttgart Telefon (0711) , Telefax (0711) Diplomhauptprüfung Herbst 2000 Teil I Hilfsmittel: Taschenrechner Aufgabe I.1 Analoge Luftbildkamera (30 min), Photogrammetrie In heutigen photogrammetrischen Standardanwendungen werden zur Bildaufnahme in der Regel noch analoge Luftbildkameras, sog. Reihenmesskammern verwendet. a. Erläutern Sie den Begriff Reihenmesskammer. b. Welche geometrischen Größen charakterisieren eine derartige Kamera? Zwischen welchen Kameratypen kann unterschieden werden? c. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer RMK. Benennen Sie die einzelnen Baugruppen. d. Was ist der Kamerazyklus? In welchen Einzelschritten läuft der Kamerazyklus ab? Welche minimale Bildfolgezeit ergibt sich daraus. In welchem Zusammenhang ist die minimale Bildfolgezeit zu berücksichtigen? Moderne Luftbildkamerasysteme verfügen über Einrichtungen zur Vermeidung der sogenannten Bildwanderung. e. Was ist Bildwanderung? Geben Sie für einen großmaßstäbigen Bildflug die Größe der Bildwanderung bei einer Fluggeschwindigkeit von 180 km/h an. Die hier nicht angegebenen Einflussgrößen sind der realen Anwendung entsprechend zu wählen. f. Wie wird die durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs hervorgerufene Bildwanderung kompensiert? g. In welchem Zusammenhang stehen kreiselstabilisierte Aufhängung der Kamera und Bildwanderung? h. Wie wirkt sich die Bewegungskompensation auf Belichtungszeit und Filmauflösung aus? Seite1von3

3 Aufgabe I.2 Geländemodellgenerierung (50 min), Photogrammetrie Für die Erzeugung eines digitalen Geländemodells stehen analoge Luftbilder eines Bildverbands zur Verfügung. Die etwa 25 Bilder wurden mit Standardüberdeckungsverhältnissen während einer Befliegung im Februar mit einer Weitwinkelkamera (m b = 6000) aufgenommen. Das erfasste Gelände wird überwiegend ackerbaulich genutzt, in einigen Bereichen befinden sich Nadelwaldgebiete. Die Auswertung der Bilddaten soll digital an einem photogrammetrischen Stereoarbeitsplatz erfolgen. a. Welcher Vorverarbeitungsschritt ist notwendig bevor die eigentliche digitale Auswertung der Bilder begonnen werden kann? Was muss dabei berücksichtigt werden? b. Zur Auswertung der Bilder wird zunächst die Orientierung durchgeführt. Was wird in der inneren und äußeren Orientierung bestimmt? Welche Eingangsdaten sind für diese Orientierungsschritte mindestens notwendig? Wie wird bei einem Bildverband die Bestimmung der äußeren Orientierung der Bilder sinnvoll vorgenommen? Warum? Geben Sie die zugrundeliegenden mathematischen Beziehungen für die innere und äußere Orientierung an. c. Anschließend werden an der digitalen Stereoarbeitsstationen sogenannte Epipolarbilder generiert. Was bedeutet Epipolargeometrie? Warum werden Epipolarbilder für die Auswertungen an digitalen Arbeitsstationen benötigt? d. Nach Abschluss der Bildorientierung und Epipolarbildberechnung beginnt die vollautomatische DGM-Generierung. Welche maximale Höhengenauigkeit ist für das DGM zu erwarten? Von welchen verschiedenen Faktoren wird die Höhengenauigkeit beeinflusst? In welchen Bereichen ist das automatisch abgeleitetegeländemodell nur bedingt zu verwenden? Warum? e. Welche alternativen Verfahren zur DGM-Erfassung sind Ihnen bekannt? Nennen Sie die charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Messverfahren. Wo liegt ein wesentlicher Unterschied im Vergleich zur photogrammetrischen DGM-Generierung aus Bilddaten. Aufgabe I.3 Filterung (15 min), Digitale Bildverarbeitung Ein Bild soll mit einem Binomialfilter der Größe 7x7 gefaltet werden. Stellen Sie diesen Filter auf. Welche 2 Möglichkeiten bestehen die zur Faltung benötigte Rechenzeit zu verringern? Aufgabe I.4 Binärbildverarbeitung (10 min), Digitale Bildverarbeitung Welche zwei Hauptgründe sprechen für die Verwendung von Binärbildern in der industriellen Bildverarbeitung? Wozu werden Verfahren der binären Morphologie und der Grauwertmorphologie eingesetzt? Welche Operationen werden dabei verwendet? Seite2von3

4 Aufgabe I.5 Digitale Bilder (15 min), Digitale Bildverarbeitung Digitale Luftbild- und Satellitenkameras erfassen häufig simultan panchromatische und Multispektralbilder. Dabei besitzen die Multispektralbilder eine geringere geometrische Auflösung als die erfassten panchromatischen Bilder. Beschreiben Sie ein Verfahren der digitalen Bildverarbeitung, das es erlaubt durch Kombination dieser Aufnahmen Multispektralbilder mit der geometrischen Auflösung der panchromatischen Aufnahmen zu erstellen (mit Formeln bzw. Skizze). Anmerkung: Eine kurze und treffende Ausdrucksform ist anzustreben. Auf eine saubere und nachvollziehbare Anfertigung von Skizzen ist zu achten. Seite3von3

5 ifp Institut für Photogrammetrie Universität Stuttgart Prof. Dr.-Ing. habil. Dieter Fritsch Geschwister-Scholl-Str. 24, Stuttgart Postfach , Stuttgart Telefon (0711) , Telefax (0711) Diplomhauptprüfung Herbst 2000 Teil II Hilfsmittel: alle Aufgabe II.1 Zentralperspektivische Abbildung (50 min), Photogrammetrie Zur Planung einer geradlinig verlaufenden neuen Stromleitung wurde eine Befliegung der Trasse mit einer herkömmlichen Weitwinkelluftbildkamera (c = 150 mm, x 0 = y 0 = 0 mm) vorgenommen. Für ein Bild dieses Flugs wurde die äußere Orientierung mit einem Rückwärtsschnitt wie folgt bestimmt. Koordinaten des Projektionszentrums im Geländekoordinatensystem X 0 = 5000 m Y 0 = 5000 m Z 0 = 2000 m Orientierungswinkel ω = 5 gon (Primärdrehung) ϕ = 0 gon (Sekundärdrehung) κ = 30 gon (Tertiärdrehung) Im abgebildeten Geländebereich verläuft ein Teilabschnitt der geplanten Leitung zwischen zwei Strommasten A und B. Die Lage ist durch die folgenden Koordinaten festgelegt. Punkt X [m] Y [m] Z [m] A B Die Geländekoordinaten sind in einem mathematischen Koordinatensystem gegeben (X nach Osten, Y nach Norden, Z vertikal nach oben). Die Geländeoberfläche kann für den abgebildeten Bereich als Horizontalebene angenommen werden. a. Beschreiben Sie mittels einer Skizze die Form des in das Luftbild (Positivstellung) übertragenen Geländekoordinatengitters. Wie wirken sich die Neigungswinkel auf die Abbildung eines regelmäßigen Geländerrasters aus? Zeigen Sie zunächst getrennt den Einfluss einer ω- und κ-rotation. Die Achsen des Bildkoordinatensystems sind in der Skizze zu kennzeichnen. b. Bestimmen Sie die genaue Lage der Punkte A und B im Luftbild. Ist durch diese Punkte der Verlauf der Stromleitung im Bild eindeutig festgelegt (Begründung)? c. Wie ist der Nadirpunkt definiert? Welche Koordinaten hat der Nadirpunkt im Gelände? Welche Koordinaten hat der Punkt im Bild? Seite 1 von 3

6 d. Stellen Sie in einer maßstäblichen Skizze dar, wie sich die senkrechten Strommasten in den Punkten A und B im Luftbild abbilden. Das Luftbild soll dazu in halber Originalgröße kartiert werden. e. Alternativ wurde die geplante Trasse mit einer digitalen Zeilenkamera (10000 pix/zeile) und einer Bodenpixelauflösung von 25 cm überflogen. Die Orientierungsparameter von 200 Zeilenbildern konnten für einen Teilbereich wie folgt ermittelt werden. Der Index i entspricht der jeweiligen Zeilenbildnummer (0 i 199). X 0i = ( i ) m ω i = 0 gon (Primärdrehung) Y 0i = 5000 m ϕ i = 0 gon (Sekundärdrehung) Z 0i = 2000 m κ i = 0 gon (Tertiärdrehung) Das Flugzeug ist genau in West-Ost-Richtung geflogen. Wie bildet sich der Strommast A in diesem Bild ab (unmaßstäbliche Skizze)? Welcher grundsätzliche Unterschied besteht zwischen der Bildgeometrie einer analogen Luftbildkamera und einer digitalen Zeilenbildkamera? Aufgabe II.2 Bildkoordinatenkorrekturen (20 min), Photogrammetrie Die Bildkoordinaten, die nach der Wiederherstellung der inneren Orientierung aus den rohen Messdaten abgeleitet werden, sind die grundlegenden Beobachtungen für eine Aerotriangulation nach der Bündelmethode. a. Bevor sie jedoch in die Blockausgleichung eingehen, werden Korrekturen an den Bildkoordinaten angebracht. Warum sind diese Korrekturen notwendig? b. Nennen Sie die drei üblichen Korrekturen und erläutern Sie deren Hintergründe (Skizze). Wie werden die Korrekturen an den Bildkoordinaten angebracht? In welcher Beziehung stehen die angebrachten Korrekturen zueinander? Mit welchen Größenordnungen muss für die Korrekturwerte gerechnet werden? c. Gibt es weitere systematische Einflüsse und wie werden diese in der Blockausgleichung behandelt? Aufgabe II.3 Bündelblockausgleichung (10 min), Photogrammetrie In einem Bündelblock, der aus 50 Bildern (5 Flugstreifen à 10 Bilder) besteht, sind insgesamt 800 Bildpunkte gemessen worden. Diese 800 Bildpunkte beziehen sich auf 200 Geländepunkte, von denen 10 Vollpasspunkte und 10 Höhenpasspunkte sind. Alle Bilder wurden mit einer Kamera aufgenommen, deren innere Orientierung bekannt ist. a. Welche Redundanz ergibt sich im Falle einer Standard-Bündelblockausgleichung? b. Welche Redundanz ergibt sich, wenn die Passpunkte als Beobachtungen in die Ausgleichung eingeführt werden? c. Welche Redundanz ergibt sich, wenn zusätzlich zu den Beobachtungen in Fall b. mittels GPS beobachtete Projektionszentrumskoordinaten eingeführt werden? Zusätzliche Korrekturterme für die GPS-Beobachtungen sind streifenweise anzusetzen. Seite 2 von 3

7 Aufgabe II.4 (15 min), Digitale Bildverarbeitung Für ein Gebiet sollen aus einem DGM, Neigungs- bzw. Neigungsrichtungswerte berechnet werden. Welche Operation aus der digitalen Bildverarbeitung kann hierfür verwendet werden? Die untenstehende Matrix stellt einen DGM-Ausschnitt dar. Wenden Sie diese Operation auf das vorgegebene Beispiel an Aufgabe II.5 (10 min), Digitale Bildverarbeitung Mit welcher Operation kann die Ähnlichkeit von Signalen berechnet werden? Für welche photogrammetrischen Aufgabenstellungen wird diese Operation eingesetzt? Führen Sie die entsprechende Operation mit der gegebenen Maske auf der Matrix aus Aufgabe II.4 als Funktion an der Stelle Position r=4, c=3 durch. Der Spalten-/Zeilenindex beginnt mit Null. Welcher Wert würde sich bei sehr großer bzw. sehr geringer Übereinstimmung von Signal und Maske ergeben? Aufgabe II.6 (15 min), Digitale Bildverarbeitung Welche Möglichkeit zur Bildverbesserung ist Ihnen bekannt, mit der der visuelle Eindruck von Kanten verstärkt werden kann? Führen Sie die entsprechende Operation mit der Matrix aus Aufgabe II.4 als Beispielbild durch. Anmerkung: Eine kurze und treffende Ausdrucksform ist anzustreben. Auf eine saubere und nachvollziehbare Anfertigung von Skizzen ist zu achten. Seite 3 von 3