3D ImageVector – wie aus einer Kamera ein Vermessungsinstrument wird 3

Klassische digitale Photogrammetrie

Die Photogrammetrie, also die Vermessung mit und aus Bildern, führte lange ein Schattendasein im Bereich der Vermessungskunde. Die einzige Ausnahme bildet die Luftbildphotogrammetrie, die seit langem erfolgreich und operational eingesetzt wird. Die Gründe für den eher zögerlichen Einsatz der Photogrammetrie am Boden sind relativ schnell beschrieben. Die verwendeten Kameras mussten kalibriert sein, d.h. die sogenannten Parameter der inneren Orientierung mussten vorab, meist im Labor, bestimmt werden. Dadurch wurden die Kameras teuer und durften nach der Kalibrierung nicht mehr verändert werden (ein Objektiv wechsel war also nicht möglich). Dazu kommt, dass für die Bestimmung der Orientierung der Kameras, also der äußeren Orientierung, eine ganze Reihe an Passpunkten notwendig waren, um ordentliche Ergebnisse zu erzielen. Die Passpunkte mussten mühsam mit klassischen Vermessungsverfahren bestimmt werden, was ebenfalls zur Kostensteigerung beigetragen hat. Und zuletzt waren bis vor einigen Jahren automatische Algorithmen nicht in der Lage Bilder mit unterschiedlichem Maßstab und vom sogenannten Normalfall abweichend miteinander zu verarbeiten. Die allermeisten Softwarepakete aus dem Bereich der Photogrammetrie waren für den Luftbildfall entwickelt und wurden lediglich für terrestrische Anwendungen adaptiert.

Computer Vision modernisiert die Photogrammetrie

Durch verschiedene Entwicklungen, vor allem im Bereich der Rechenverfahren, konnte die Photogrammetrie ihr Nischendasein beenden und immer mehr Anwendungsfelder erobern. Als wichtigste Entwicklung sind sicher die aus dem Bereich der Computer Vision stammenden Ansätze, wie der Structure from Motion Algorithmus, zu nennen. Hiermit wurde es möglich Bilddaten mit sehr unregelmäßiger Aufnahmekonfiguration automatisch miteinander zu verarbeiten und zu einem Bildverband zusammen zu fassen. Die in die Auswerteprozesse integrierte direkte Kalibrierung der Kameras ist ein weiterer Punkt der eine aufwendige Kalibrierung der verwendeten Kameras nicht mehr erfordert. Somit kann inzwischen beinahe jede Kamera als Messkamera verwendet werden. Bleibt nur noch das Problem mit der Bestimmung der Kameraorientierung. Es gibt zwar inzwischen eine ganze Reihe an Kameras mit integriertem GPS Empfänger, der zumindest die Position der Kamera zum Aufnahmezeitpunkt aufzeichnet, allerdings ist die Genauigkeit hierbei im Bereich von 10 m und damit für die meisten Anwendungen nicht ausreichend. Für eine Photogrammetrische Auswertung benötigt man neben dem Aufnahmeort auch noch die Aufnahmerichtung, also die Ausrichtung der Kamera im Raum und hierfür gab es lange Zeit keine kostengünstigen und leichten Lösungen.

Direkte äußere Orientierung mit dem 3D ImageVector

Die Firma REDcatch aus dem Österreichischen Fulpmes hat es sich zur Aufgabe gemacht die dreidimensionale Vermessung so einfach wie möglich zu gestalten. Als Ergebnis einer mehrjährigen Entwicklung ist dabei der 3D ImageVector entstanden. Der 3D ImageVector vereint eine ganze Reihe an Sensoren in einem kompakten Gehäuse, das einfach auf den ISO Blitzschuh fast jeder beliebigen Kamera gesteckt wird. Um die Positionsgenauigkeit im Vergleich zu einem einfachen GPS Empfänger zu verbessern wird im ImageVector  nicht nur das GPS Signal verwendet sondern zusätzlich noch die Signale der Glonass und BeiDou Satelliten. Das ganze in Verbindung mit einem Precise Point Positioning (PPP) Ansatz lässt eine absolute Lagegenauigkeit von bis zu 2m erreichen. Wird eine höhere Genauigkeit gefordert gibt es seit diesem Jahr eine Precision Variante des ImageVectors die mit differentiellem GNSS Genauigkeit bis zu 5 cm erreichen lässt. Ergänzend zur GNSS Sensorik nutzt der ImageVector Neigungssensoren in allen 3 Achsen, einen Gyro sowie einen elektronischen Kompass und berechnet aus diesen Sensordaten die Ausrichtung der Kamera im Raum. Durch den Einsatz des 3D ImageVectors erhält man also zu jeder Aufnahme direkt die Elemente der äußeren Orientierung der Kamera. Die Aufnahmen sind somit ohne Messung von zusätzlichen Passpunkten als Messbilder verwendbar. Wichtig ist es lediglich im Rahmen der Aufnahmen auf eine ausreichende Überlappung der Bilddaten zu achten. Die Kalibrierung der Kamera erfolgt im Rahmen der photogrammetrischen Auswertung oder kann aus einem früheren Projekt übernommen werden. In Verbindung mit dem 3D ImageVector wird also jede hochwertige Kamera zu einem Vermessungsinstrument das die Aufgaben Fotografieren, Dokumentieren und Vermessen in einem Arbeitsschritt vereint. Als Ergebnisse erhält man 3D Punktwolken, 3D Modell oder 2D Orthophotos. Weitere Infos auf unserer 3D ImageVector Seite.

3D Modell einer Kapelle mit Aufnahmestandorten