Qualitätsuntersuchung photogrammetrischer Matchingverfahren mit Schrägluftbildern. Helge Olberding, Jurij Schmik

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1 Qualitätsuntersuchung photogrammetrischer Matchingverfahren mit Schrägluftbildern Helge Olberding, Jurij Schmik 16. Oldenburger 3D-Tage,

2 INHALT Motivation Datengrundlage Luftbilder Referenzdaten Matching - Algorithmen Untersuchung 2,5D Punktwolke 3D Punktwolke Texturierung Fazit 2

3 MOTIVATION Untersuchung über den Einfluss von Schrägluftbilder auf die Qualität automatisch generierter Punktwolken und 3D-Modellen. Analyse und Bewertung verschiedener Matchingverfahren Bewertung über die Genauigkeits- und Vollständigkeitsanalyse der automatisierten 3D-Modellierung Analyse und Bewertung von automatisch texturierten 3D-Modellen Eine Punktwolke aus nur Nadirbildern, sowie mit Schrägluftbildern (rote Box) 3

4 DATENGRUNDLAGE LUFTBILDER ISPRS / EuroSDR Benchmark for Multi-Plattform Photogrammetry [NEX et al. 2015] Museum Zeche Zollern in Dortmund 82 orientierte Nadir- und Oblique-Luftbilder (IGI PentaCam) GSD Nadir: 10cm; GSD Oblique 8-12cm 4

5 DATENGRUNDLAGE REFERENZDATEN TLS Z+F 5010C Laserscanner mit einer 2mm Auflösung beinhaltet 3 Gebäude auf dem Museumsgelände ALS DOM Auflösung von 10pkt/m 2 von der Gemeinde Dortmund zur Verfügung gestellt GCP 46 Kontrollpunkte auf dem Gelände Leica GNSS (RTK-Modus) Empfänger 5

6 DATENGRUNDLAGE MATCHING - ALGORITHMEN SURE (1.3) Softwareprodukt von nframes basiert auf Semi-Global Matching (SGM) von [HIRSCHMULLER 2008] PhotoScan (1.2) Softwareprodukt von Agisoft basiert auf den Technologien der Computer Vision (CV) MATCH-T DSM (8.0) Softwarepaket Inpho (Trimble) OSGM Object-based Semi-Global Matching [BETHMANN & LUHMANN 2015] Entwickelt am IAPG Erweiterung des SGM vom Bildraum in den Objektraum 6

7 2,5D Punktwolken (DOM) 3D Punktwolken Evaluierung Profile in den Punktwolken Differenz-DOM s zu ALS absolute Punktmessungen in den Punktwolken Einflüsse der Anzahl und der Kombination der Stereomodelle Einfluss der GCP s Vergleich Nadir zu Oblique 7

8 2,5D PUNKTWOLKEN PROFILE 8

9 2,5D PUNKTWOLKEN Z-DIFFERENZEN ZU GCP PhotoScan SURE MATCH-T OSGM SURE und OSGM Negativer Offset in der Streuung zu erkennen PhotoScan und MATCH-T Streuung der Abweichungen ist zufällig 9

10 3D PUNKTWOLKE DIFFERENZ-DOM ZU ALS Differenzen der vermaschten Punktwolken aus SURE und PhotoScan zum ALS Oberflächenmodell (250m 350m) SURE: RMSE = 36,5cm PhotoScan: RMSE = 43,6cm 10

11 3D PUNKTWOLKE Z-DIFFERENZEN ZU GCP Kreisdurchmesser Z-Abweichung (Faktor 60) 11

12 GEBÄUDEFASSADE PROFILE Die Struktur der Fassade ist kaum zu erkennen Punktdichte SURE: 140p/m 2 PhotoScan: 23p/m 2 Für die bessere Modellierung der Gebäudefassaden empfiehlt sich die Verwendung der UAV- oder terrestrischen Bildern 12

13 GEBÄUDEFASSADE DIFFERENZ-DOM ZU TLS Vermaschung der TLS Punktwolke Differenz der Punktwolken aus SURE und PS zu der Vermaschung SURE: RMSE = 14,2cm PhotoScan: RMSE = 15,4cm 13

14 TEXTURIERUNG SURE und PhotoScan Ergebnisse im Bereich der Textur PhotoScan SURE 14

15 TEXTURIERUNG - VIDEO 15

16 FAZIT Die Profile in der Punktwolken vermitteln einen Eindruck über den Detaillierungs- und Genauigkeitsgrad sowie das Rauschen der Punktwolken Absoluten Differenzen zu GCP 2,5D Punktwolken RMS Z: 6-15cm bei allen 4 Matching - Algorithmen, GSD: 11cm 3D Punktwolken RMS Z: 6-8cm bei allen 2 Matching - Algorithmen, GSD: 11cm PhotoScan weist insbesondere Stärken im Multi-Image-Matching auf Detaillierungsgrad der Punktwolke aus SURE ist höher Texturierung Schrägluftbilder ermöglichen eine detailliertere Geometrie und Textur an Gebäudefassaden 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit IN DER PRÄSENTATION VERWENDETE LITERATUR: BETHMANN, F. & LUHMANN, T. (2015): Multi-image semi-global matching in object space. In: REMONDINO, F. & SHORTIS, M. R. (Hrsg.), SPIE Optical Metrology. SPIE, 95280N. HIRSCHMULLER, H. (2008): Stereo processing by semiglobal matching and mutual information. In: IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 30 (2), NEX, F., GERKE, M., REMONDINO, F., PRZYBILLA, H.-J., BÄUMKER, M. & ZURHORST, A. (2015): isprs benchmark for multi-platform photogrammetry. In: ISPRS Annals of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, II-3/W4,