Photogrammetrie Flashcards
Was bedeutet Photogrammetrie?
Photogrammetrie ist die Umkehrung der Fotografie. Aus einem 2 dimensionalen Abbild wird ein 3 dimensionales Abbild mithilfe von photogrammetrischen Verfahren erzeugt.
Welche Bestandteile sind Voraussetzung für photogrammetrische Verfahren?
- Licht
- Linsen bzw. ein Linsensystem
- Sensor
Wie ist ein Sensor aufgebaut?
Der Sensor besteht aus Pixelebenen mit den Farben Rot, Grün und Blau. Die Anzahl der Pixelebenen (Farbkanäle) beschreiben die spektrale Auflösung. Innerhalb der Pixelebenen sind Pixel mit einer bestimmten Größe (Pixelgröße) aneinandergereiht. Die Anzahl verschiedener Helligkeitsstufen bezeichnet man als radiometrische Auflösung.
Wie funktioniert das Lochkameramodell?
Das Lochkameramodell wird als vereinfachtes Modell zur Beschreibung eines Lichtstrahls verwendet. Hierbei verläuft der Lichtstrahl durch ein Loch und fällt in einen geschlossenen Raum. So entsteht auf der anderen Seite des Lochs ein Bild der Szene vor dem Loch.
Die Lochkamera ist eine zentralperspektivische Projektion, bei der das Loch das Projektionszentrum darstellt.
Wie ist der mathematische Zusammenhang zwischen:
- Bildgröße B
- Kamerakonstante c
- Gegenstandsgröße G
- Flughöhe h?
B/c = G/h
Bildgröße: B = (c * G) / h
Brennweite: c = (B * h) / G
Objektgröße: G = (B * h) / c
Flughöhe: h = (G * c) / b
Wie wird der Bildmaßstab bestimmt?
m = h/c
m: Bildmaßstab
c: Kamerakonstante
h: Flughöhe
Was ist die innere Orientierung und wie wird sie bestimmt?
Die innere Orientierung der Kamera bestimmt die Position des Projektionszentrums bezogen auf die Bildebene.
Hierbei müssen die Kamerakonstante c (Brennweite) bekannt sein und die Koordinaten des Bildhauptpunktes müssen mit dem Bildmittelpunkt möglichst übereinstimmen. Als zusätzlichen Parameter der inneren Orientierung wird der Verzeichnungsparameter gewählt, da durch die Verzeichnung die Positionen der Bilder nicht mit der Abbildung übereinstimmen. Die innere Orientierung wird bestimmt über eine Kamerakalibrierung.
Weitere Parameter:
- Verzeichnungsparameter → beschreibt die Verzeichnung des Objektes
- Sensorgröße → definiert den Bildmaßstab
Was ist die äußere Orientierung und wie wird sie bestimmt?
Die äußere Orientierung beschreibt die Lage des Projektionszentrums der Kamera bezogen auf das aufzunehmende Objekt. Die äußere Orientierung wird bestimmt über einen räumlichen Rückwärtsschnitt.
Für die Position und Orientierung der Kamera werden folgende Parameter benötigt:
3 Verschiebungen → X0, Y0, Z0
→ Verschiebungen entlang des 3 dimensionalen übergeordneten Koordinatensystems
3 Rotationswinkel → Roll-, Nick-, Gierwinkel
→ Verdrehungen der Kamera im 3 dimensionalen übergeordneten Koordinatensystem
Was ist die Kamerakonstante c?
Die Kamerakonstante c entspricht näherungsweise der Brennweite f. Sie ist die kürzesten Entfernung zwischen dem Projektionszentrum und dem Bildhauptpunkt entlang der Lotlinie. Anhand der Kamerakonstante ist für eine justierte Kamera die innere Orientierung festgelegt.
Wie wird eine photogrammetrische Kamera justiert?
Die Kamera wird so justiert, dass der Bildhauptpunkt mit dem Bildmittelpunkt zusammenfällt. Der Bildhauptpunkt entspricht dem Lotfußpunkt des Projektionszentrums auf die Bildebene.
Wie funktioniert das Prinzip der photogrammetrischen Zweibildmessung?
Bei der photogrammetrischen Zweibildmessung wird eine Aufnahmekammer so justiert, dass die Aufnahmeachse bei eingespielter Libelle waagerecht ist und keine Verkantungen aufweist.
z = 100 gon; K = 0 gon
Das Objekt wird von zwei Standpunkten aus aufgenommen. Dazu werden Raumkoordinaten der beiden Projektionszentren und die Richtungswinkel der Aufnahmeachsen bestimmt. Die Daten der äußeren Orientierung sind damit bekannt.
Die Auswertung der Bilder erfolgt, indem die Bildkoordinaten in jedem Punkt in beiden Bildern gemessen werden (x’, z’, x’’, z’’). Anhand der Bildkoordinaten werden unter Berücksichtigung der inneren und äußeren Orientierung die Raumkoordinaten im übergeordneten System berechnet.
Die Bildkoordinaten werden durch einen Maßstabsabgriff bestimmt. Über einen Vorwärtsschnitt werden nun die Bildpunktkoordinaten im übergeordneten System berechnet.
Wie werden heutzutage Bildpunkte im übergeordneten System bestimmt?
Heutzutage müssen zur Bestimmung von Bildpunkten Passpunkte im übergeordneten System auf dem Objekt angebracht sein. Dabei müssen die Koordinaten der Passpunkte im übergeordneten System bekannt sein.
Was sind die Unterschiede zwischen einem Luftbild, Schrägluftbild, einem Orthophoto und einem True Orthophoto?
Luftbild:
Ein Luftbild ist ein originäres Senkrechtluftbild, das von einer Messkammer aufgenommen wurde. Beim Luftbild sind sowohl die innere als auch die äußere Orientierung bekannt. Das Luftbild ist eine Zentralprojektion.
Schrägluftbild:
Ein Schrägluftbild ist eine Aufnahme mit Blick in den vier Himmelsrichtungen, welche orientiert werden können. Sie werden z.B. zur Texturierung von 3D-Modellen verwendet.
Orthophoto:
Orthophotos sind verzerrungsfreie und maßstabsgetreue Abbildungen der Erdoberfläche und eignen sich für detaillierte Darstellungen und Planungen sowie als Grundlage für geographische Informationssysteme (GIS).
True Orthophoto:
Das True Orthophoto ist ein automatisch erzeugtes Bild, welches georeferenziert ist. Der Unterschied zum normalen Orthophoto ist, dass die perspektivische Verzerrung herausgerechnet wird. Dadurch entfallen Umklappeffekte, wodurch Gebäudeumrisse deutlicher dargestellt werden und mehr Bildinformationen verfügbar sind.
Wie wird ein Bildflug durchgeführt?
Auf einer möglichst exakt bestimmten Flugroute wird das zu befliegende Gebiet in Streifen eingeteilt, in dem Aufnahmepunkte festgelegt werden. Diese Aufnahmepunkte sind so platziert, dass sich benachbarte Bilder bis zu 60% überlappen. (Längsüberdeckung)
Genauso wird zur Sicherheit eine Querüberdeckung von 25% gewählt.
Zu welchem Zeitpunkt sollten Bildflüge durchgeführt werden?
Der Zeitpunkt ist abhängig von der Jahreszeit, der Tageszeit und dem Wetterverhältnissen.
Optimalerweise werden Bildflüge im Frühjahr vorgenommen, wenn der Blattwuchs noch recht gering ist. Die Tageszeit sollte der Vormittag sein und das Wetter wolkenlos.
Welche Auswerteverfahren werden in der Luftbildphotogrammetrie angewendet und wie funktionieren sie?
Passpunkte:
Bei der Auswertung über Passpunkte wird die Lage des Projektionszentrums im Raum indirekt rekonstruiert, da es nicht möglich ist die Daten der äußeren Orientierung direkt zu erfassen.
Passpunkte sind…
- Geländepunkte oder Signale
- eindeutig erkennbar
- lage- und höhenmäßig bekannt
Zur Auswertung der Luftbilder über Lagepasspunkte werden diese signalisiert z.B. über Signalscheiben oder Farbmarkierungen.
Bündelblockausgleichung:
Bei der Bündelblockausgleichung ein Block aus beliebig vielen Bildern, die entweder terrestrisch oder im Rahmen einer Luftbildbefliegung entstanden sind, miteinander verknüpft und einzelne Strahlenbüschel ausgeglichen. Ein Bündel beschreibt eine Vielzahl an gemessenen Bildpunkten, die sich im Projektionszentrum bündeln.
Die Verknüpfung erfolgt anhand von Punkten, die in mehreren sich überlappenden Bildern erkennbar sind. Dadurch können Gebiete ohne Orientierung der Bilder erfasst werden.
Durch die Ausgleichungsrechnung erhält man die Daten der inneren und äußeren Orientierung sowie die Koordinaten der Verknüpfungspunkte.
Um eine Bündelblockausgleichung durchführen zu können, müssen Längs- und Querüberdeckung vorhanden sein. Der Block wird anhand von Passpunkten orientiert und in einem GIS georeferenziert.
Wie entsteht ein Orthophoto?
Orthophotos (DOP) werden aus Luftbildern erzeugt. Dabei wird die zentralperspektivische Abbildung des Luftbildes entzerrt, d.h. in eine Orthogonalprojektion (Parallelprojektion) umgewandelt.
Bei der Entzerrung werden die Höhenunterschiede berücksichtigt, wobei größere Höhenunterschiede stärker entzerrt werden müssen als kleinere.
Zur Umrechnung bietet sich als Grundlage ein DGM an. Dabei wird das Luftbild in kleine Ausschnitte (Rasterzellen) zerlegt und anhand der Geländehöhen aus dem DGM Schritt für Schritt entzerrt. Dadurch entsteht ein maßstäblich entzerrtes Abbild, welches einwandfrei verwendbar ist.
=> Durch die sogenannte orthoskopische Entzerrung wird also das Luftbild in einem ununterbrochenen “workflow” sowohl georeferenziert als auch detailgetreu in die Abbildungsebene projiziert.
Was ist die Sphärische Aberration und wie wird er korrigiert?
Die Sphärische Aberration beschreibt einen Öffnungsfehler. Dieser entsteht bei einfachen Linsen, die mit einer sphärischen Krümmung geschliffen sind. Der Lichstrahl wird an den Rändern stärker gebrochen.
Die Korrektur erfolgt durch das Abblenden der Randzonen.
Was ist die Verzeichnung und wie wird er korrigiert?
Eine Verzeichnung ist eine nicht maßstabsgetreue Abbildung eines Objektes. Dieser entsteht durch einen veränderten Abbildungsmaßstab bei Punkten, die weit von der optischen Achse entfernt sind. Dieser tritt besonders bei extremen Weit- bzw. Teleobjektiven auf (Fisheye). Eine Verzeichnung äußert sich stärker aus als andere Abbildungsfehler, da es die Geometrie des Bildes beeinflusst.
Die Korrektur erfolgt optisch mit speziellen Objektiven aus Linsensystemen.
