Ringvorlesung Einführung in die Geodäsie Photogrammetrie Teil 1: Stereophotogrammetrie

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Victoria Küchler
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Stereoskopisches Sehen und Messen Grundprinzipien Anwendungsbeispiele Prof. Dr. habil.

Dresden Helmholtzstr. 10 (Hülsse-Bau Westflügel, Zi.

de Definition Photogrammetrie Photo - gram - metrie (griechisch) mit Licht Gezeichnetes

1 Ringvorlesung Einführung in die Geodäsie Photogrammetrie Teil 1: Stereophotogrammetrie Was ist Photogrammetrie t? 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) Dresden Tel: 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

2 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

3 Luftbildphotogrammetrie Datenakquisition 3

4 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

5 Anwendungsbeispiel: Veränderungsdetektion Datenakquisition/Kartierung für historische Zeitpunkte Dokumentation von Entwicklungsprozessen Berücksichtigung von Unterschieden in Perspektive/Maßstab Messen: Bezug Bild Objekt 5

6 Bildmessung Eindeutigkeit Objektraum Bildraum: 3-D 2-D, eindeutig Bildraum Objektraum: 2-D 3-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) d.h. 4 Messungen für 3 Unbekannte 6

7 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

8 Stereosehen am Computermonitor z.b. Flüssigkristallbrille Bildschirm auf doppelter Bildfrequenz (z.b. 120Hz) zeigt abwechselnd linkes und rechtes Bild Brille synchronisiert auf Bildschirm, schliesst 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

9 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

10 Stereoauswertung Produkte Photogrammetrie: Bilder Karte, 3-D Modell 10

11 Produkt: 3-D Stadtmodell Architekturphotogrammetrie Bsp: Aufnahme Lingner-Schloss (A. Reichel / Messbildstelle) 11

12 3-D Modelle, VR-Modelle Zum Selbermachen Freie Software E-Learning Seiten Photogrammetrie TU Dresden Beispiele:

13 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

14 DTM: Visualisierung + Folgeprodukte Farbcodierte Höhendarstellung Schummerung Geländeneigung Integrale jährliche Besonnung DTM Veränderungsdetektion Beispiel: Mt. St.Helens, USA (vorher/nachher) 14

15 DTM Visualisierung animierte Produkte Der Mond in 3D 15

16 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

17 Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammtrie Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammetrie 17

18 Thema Genauigkeit Messgenauigkeit in digitalen Bildern: Pixel + = Systematische Fehler von (Amateur-) kameras: Objektivverzeichnung Innere Orientierung Sensorunebenheiten Aufwärmeffekte Effekte der Kameraelektronik Gehäusestabilität Photogrammetrische Verfahren der Simultankalibrierung: Relativgenauigkeit ca. 1 : Anwendungsbeispiel: Polizei Aufnahme und Auswertung der Situation nach Verkehrsunfällen Schnelle Datenakquisition Auswertung nach Bedarf im Büro Dokumentationswert der Aufnahmen, Nachmessungen beliebig möglich 18

19 Photogrammetrie Crashtestaufnahme 512 x 384 Pixel Kodak EktaPro RO 1000 Hz (Diplomarbeit A. Kramer, IPF / DaimlerChrysler) Photogrammetrie Oberflächenmodelle 19

20 Photogrammetrie Oberflächenmodelle Beispiel Oberflächenmodelle der digitale Maßanzug

21 Anwendungsbeispiel 3D-Bewegungsanalyse Anwendungsbeispiel 3D-Bewegungsanalyse 21

Photogrammetrie Einordnung Computer Vision

Photogrammetrie Fernerkundung Medizinische

22 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

23 Übung Stereoskopisches Sehen und Messen Geodäten & Kartographen Photogrammetrie-Pool Pool HÜL W535 Einschreibung über oder Forum Photogrammetrie Sonstiges Betreuer: Marc Schulze 23

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