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Ringvorlesung – Einführung in die Geodäsie

Photogrammetrie Teil 1: Stereophotogrammetrie

W i t Ph t t i ?• Was ist Photogrammetrie ?

• Stereoskopisches Sehen und Messen

• Grundprinzipien

• Anwendungsbeispiele

Prof. Dr. habil. Hans-Gerd MaasInstitut für Photogrammetrie und FernerkundungTechnische Universität DresdenHelmholtzstr. 10 (Hülsse-Bau Westflügel, Zi. 541)01062 Dresden

Tel: 0351 463 32859e-mail: hans-gerd.maas@tu-dresden.de

• Photo - gram - metrie (griechisch) ‘mit Licht Gezeichnetes messen’

• Praktischer: Generieren von metrischer 3-D Objektinformation aus Bildern

Definition Photogrammetrie

3-D Objektinformation aus Bildern

• Luftbilder Karte

• Gebäude, 3D Stadtmodelle, Fassaden

• Industrielle Objekte

• Virtuelle Realität / Computeranimation

• u.v.a.m.

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„… die Wissenschaft und Technik zur Gewinnung dreidimensionaler Informationen durch die Aufnahme, Messung und Interpretation von Bildern“

Was ist Photogrammetrie?

Bilder 3-D Information

Photogrammetrie

Datenakquisition

• Analoge und digitale Luftbildkameras

• Amateurkameras

• Spezialkameras

• Camcorder• Camcorder

• Higspeedkameras

• Panoramakameras

• Laserscanner

• 3D-Kameras

• Thermalkameras

• …

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Luftbildphotogrammetrie – Datenakquisition

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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

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Anwendungsbeispiel: Veränderungsdetektion

• Datenakquisition/Kartierung für historische Zeitpunkte

• Dokumentation von Entwicklungsprozessen

• Berücksichtigung von Unterschieden in Perspektive/Maßstab

Messen: Bezug Bild ↔ Objekt

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Bildmessung – Eindeutigkeit

• Objektraum Bildraum: 3-D 2-D, eindeutig

• Bildraum Objektraum: 2-D 3-D, nicht eindeutigBildraum Objektraum: 2 D 3 D, nicht eindeutig

• Ein Bildpunkt, zurückprojiziert in den Objektraum, stellt einen Strahl dar und entspricht nicht einembestimmten Punkt; unendlich viele Objektpunktewerden auf einen Bildpunkt abgebildet

• d.h. die Rekonstruktion eines räumlichen Objektesaus einem Einzelbild ist nicht möglich (wohl aberdie 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)Objekt (X,Y,Z)

• d.h. 4 Messungen für 3 Unbekannte

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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

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Stereosehen am Computermonitor

z.B. Flüssigkristallbrille

• Bildschirm auf doppelter Bildfrequenz (z.B. 120Hz)

• zeigt abwechselnd linkes und rechtes Bild

• Brille synchronisiert auf Bildschirm, schliesst yabwechselnd 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

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Stereoskopisches Messen

• Unterschiedliche Parallaxen bedeuten unterschiedliche Höhen (größere Parallaxen für höhere Punkte)

Anwendung: Herstellung von Karten

• Aufnahme von Luftbildern• Aufnahme von Luftbildern

• Stereoskopische Auswertung durch Operateur

• Kartierung von Straßen, Gebäuden, Bewuchs, Gewässern, Höhenlinien, ...

• Nachführung

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Stereoauswertung – Produkte

Photogrammetrie:Bilder Karte, 3-D Modell

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Produkt: 3-D Stadtmodell

Architekturphotogrammetrie

Bsp: Aufnahme Lingner-Schloss (A. Reichel / Messbildstelle)

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3-D Modelle, VR-Modelle

Zum Selbermachen …

Freie Software E-Learning Seiten Photogrammetrie TU Dresden

Beispiele: • http://vimeo.com/21225495

• http://www.youtube.com/watch?v=zy75I_YncGA

• http://www.youtube.com/watch?v=dx-9Kl4jGy4

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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)

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DTM: Visualisierung + Folgeprodukte

Farbcodierte Höhendarstellung Schummerung

http://www.satgeo.de/satgeo/methoden/DHM_Web/Anwendungen.htmGeländeneigung

Integrale jährliche Besonnung

DTM – Veränderungsdetektion

Beispiel: Mt. St.Helens, USA (vorher/nachher)

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DTM Visualisierung – animierte Produkte

Der Mond in 3D …http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10212/332_read-2065/year-2011/

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Auswertung – Automatisierung

Bilder

3-D Information

Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammtrie

Rundheitsprüfung im U-Bootbau (Aicon / HDW)

• Messung signalisierterMessung signalisierter Punkte (Retromarken)

• Aufnahme eines Bildverbandes mit DCS460

• vollautomatische Auswertung mit Software DPA-Win

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Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammtrie

Anwendungsbeispiel: Industriephotogrammetrie

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Thema Genauigkeit

Messgenauigkeit in digitalen Bildern:

• 0.1 … 0.01 Pixel

Systematische Fehler von (Amateur-) k

+ =

kameras:

• Objektivverzeichnung

• Innere Orientierung

• Sensorunebenheiten

• Aufwärmeffekte

• Effekte der Kameraelektronik

• Gehäusestabilität

Photogrammetrische Verfahren der Simultankalibrierung:

• Relativgenauigkeit ca. 1 : 100.000

Anwendungsbeispiel: Polizei

Aufnahme und Auswertung der Situation nach Verkehrsunfällen

• Schnelle Datenakquisition

• Auswertung nach Bedarf im Büro• Auswertung nach Bedarf im Büro

• Dokumentationswert der Aufnahmen, Nachmessungen beliebig möglich

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Photogrammetrie Crashtestaufnahme

512 x 384 Pixel Kodak EktaPro RO Imager @ 1000 Hz

(Diplomarbeit A. Kramer, IPF / DaimlerChrysler)

Photogrammetrie Oberflächenmodelle

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Photogrammetrie Oberflächenmodelle

Beispiel Oberflächenmodelle der digitale Maßanzug

http://www.zeit.de/2002/45/shoppinghttp://www.atc.gr/e-tailor/index.html

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Anwendungsbeispiel 3D-Bewegungsanalyse

Anwendungsbeispiel 3D-Bewegungsanalyse

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Photogrammetrie – Einordnung

RobotComputer

Vision

Machine Vision

VisionVision

Medizinische

Photogrammetrie

BildverarbeitungFernerkundung

Photogrammetrie TU Dresden – Ausblick

Schwerpunkte des Studiums:

• Grundlagen der Luftbildphotogrammetrie

• Grundlagen der Nahbereichsphotogrammetrie

• Automatisierung photogrammetrischer AuswerteverfahrenAuswerteverfahren

• Daten für VR / Computeranimation

• Photogrammetrie in industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen

• Bezug zur aktuellen Forschung (SHK …)

• Erschließung neuer Anwendungsgebiete

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Übung Stereoskopisches Sehen und Messen

• Geodäten & Kartographen

• 11.1.2013

• Photogrammetrie-Pool HÜL W535Photogrammetrie Pool HÜL W535

• Einschreibung über

http://141.30.97.168/danilo/photo/e-learning/liste/ring/2012/

oder Forum Photogrammetrie Sonstiges

• Betreuer: Marc Schulze