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Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D

1. IR Filter Spektrale Emp f Z findlichkeit der Leistungsspekt rum der UHP Abb 4 Spektraler Beschnitt Lampenspektrum Filterbereich Kameraempfindlichkeit 2 3 Design Schnittstellen F r die Computerschnittstellen der 3D Kamera wurde auf standardisierte weit verbreitete Schnittstellen geachtet Dies
2. Varianz der Grundgesamtheit Vu Absoluter Fehler 100 H W Lahmann und M St ckmann Da mit der WLI und auch der konfokalen Mikroskopie immer nur ein relativ kleiner Ob jektbereich Gesichtsfeld abh ngig von der verwendeten Vergr erung pro Aufnahme erfasst werden kann ist es aufgrund des notwendigen Stichprobenumfanges n zwingend erforderlich mehrere Objektbereiche der Schleifwerkzeugoberfl che aufzunehmen Die genaue Anzahl der Bereiche ist dabei abh ngig von der Korngr e der Kornkonzentration des verwendeten Abbildungsma stabes Vergr erung und des notwendigen Stichproben umfanges Bei den Untersuchungen mittels eines WLI wurde mit einer 5 fachen 10 fachen und 20 fachen Vergr erung gearbeitet Bei einer Korngr e von D126 k nnen bei einer mittleren Kornkonzentration 20 bis 30 K rner unter Nutzung einer 5 fachen Vergr erung erfasst werden F r eine statistisch gesicherte Angabe werden im Durchschnitt daher etwa 4 bis 5 Bereiche von der Werkzeugoberfl che ben tigt Unter Ber cksichtigung der Vorga ben f r die zul ssige Messzeit und der erforderlichen Vergr erung ist es notwendig in einem Objektbereich mindestens zwischen 10 und 15 Schleifk rner zu erfassen Hierbei zeigte sich dass unter Anwendung der WLI aufgrund der vielf ltigen Formauspr gungen der einzelnen Schleifk rner die sich ausbildenden Interferenzen mit der CCD Matrix Kamera nicht mehr in ausreichendem Ma e aufgel st werden konnte
3. 2 2 10 1 1 410 1 6 10 1 410 1 6 10 Abb 3 Multi funktionaler Fisheye Kalibrierraum der TU Dresden 126 E Schwalbe H G Maas Der Vergleich der im Vorigen genannten Kamera Objektiv Kombinationen ergab die fol genden Resultate Tabelle 2 Kalibrierergebnisse f r verschiedene Kamera Objektiv Kombinationen Kodak DCS 14n Kodak DCS 14n Kodak DCS 14n Nikon Coolpix Nikkor 8 mm Nikkor 8 mm Sigma 8 mm F4 EX 990 Nikon fisheye f 2 8 1 f 2 8 2 converter FC E8 24x36mm 24x36mm 124 x 36 mm 5 32 x 7 18 mm 0 8 um 1 lum 0 9 um 0 7 um 0 09 Pixel 0 13 Pixel 0 11 Pixel 0 19 Pixel Max Betrag der radial symmetr Verzeichnung 1013 um 1009 um 1265 um 190 um 127 Pixel 126 Pixel 158 Pixel 54 Pixel Max Betrag der radial unsymmetr Verzeichnung 6 um 8 um 14 um 5 um 0 8 Pixel 1 0 Pixel 1 8 Pixel 1 4 Pixel Das erzielte Genauigkeitspotenzial erreicht zwar nicht ganz die tiblicherweise bei ver gleichbaren Kameras mit zentralperspektiven Objektiven erzielten Werte doch weisen die praktischen Tests Fisheye Objektiven insgesamt ein gutes Genauigkeitspotenzial aus wel ches Objektive dieser Art grunds tzlich f r photogrammetrische Anwendungen qualifiziert und ein weites Anwendungspotenzial erschlie t Restsystematiken sind in Residuenbildern des R chw rtsschnittes nicht erkennbar SCHWALBE 2005 was die G te des mathemati schen Modells best tigt 4 Ber cksichtigung
4. 7 Schlussbetrachtung Mit den entwickelten Formeln steht dem Anwender ein praktikables Verfahren zur Be stimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse eines terrestrischen Laserscanners mit tachymetrischem Messprinzip zur Verf gung Es w re w nschenswert dass die Eingabe von Achsenfehlern und Exzentrizit t in der Ger tesoftware m glich ist sodass vom Ger t automatisch korrigierte Koordinaten der Punktwolke ausgegeben werden In weiteren Untersuchungen k nnte berpr ft werden ob sich die Instrumentenfehler auch unter Verwendung einfacherer Zielmarken zuverl ssig bestimmen lassen Literatur Deumlich F amp R Staiger 2002 Instrumentenkunde der Vermessungstechnik 9 v llig neu bearbeitete und erweiterte Auflage Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Koch K R 2000 Einf hrung in die Bayes Statistik Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Niemeier W 2002 Ausgleichungsrechnung Walter de Gruyter Berlin New York Stahlberg C 1997 Eine vektorielle Darstellung des Einflusses von Ziel und Kippachsen fehler auf die Winkelmessung ZfV 122 Nr 5 225 235 Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus Mensi GS100 und IMAGER 5003 im Vergleich Thomas KERSTEN Harald STERNBERG und Enrico STIEMER Zusammenfassung In diesem Beitrag wird der vergleichende Einsatz von zwei terrestrischen 3D Laser scanning Systemen bei der Erfassung und Modellierung von zwei historischen S
5. HeNe Laser Schirm F Abb 1 Aufbau des Michelson Interferometers 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie 1I Der aus der Strahl berlagerung resultierende Intensit tsverlauf wird durch folgende Glei chung beschrieben Ip l 1 2 L I os 20 2 1 Darin sind I und I die Intensit ten der Teilstrahlen und 6 die optische Wegl ngendifferenz beider Strahlen Der dritte Term in der Gleichung beschreibt die bei Verschiebung des Messspiegels S auftretende Intensit tsmodulation Der sich daraus ergebende Intensit ts verlauf an einem Punkt auf dem Schirm ist f r den Fall I I in Abbildung 2 dargestellt wenn der bewegliche Spiegel in x Richtung verschoben wird Die Variation der Wegl nge zwischen Mess und Referenzstrahl wird Tiefenscan genannt N N N i N i f U VAVI Abb 2 Intensit tsverlauf und Interferogramm bei koh renter Beleuchtung Bei der hier betrachteten Erfassung von Oberfl chentopographien liefert die Beleuchtung mit koh rentem Licht allerdings nur dann eindeutig messbare H henunterschiede wenn das Messobjekt eine optisch glatte Oberfl che aufweist auf der es keine Stufen gibt die gr er als die halbe Wellenl nge der verwendeten Strahlungsquelle sind Derartigen Unstetigkei ten in der Oberfl che k nnen aufgrund der Periodizit t des Signals keine eindeutigen H henwerte zugeordnet werden 1 2 Inkoh rente Beleuchtung Um Objektpunkten auf einer technischen
6. In komprimierter Form werden Anforderungen an 3D Stadtmodelldaten und Datenhaltung f r 3D Stadtmodelle dargestellt Insbesondere werden dabei Anwendungen im kommuna len Bereich mit Anwendungen in der Navigation verglichen 1 Kommunale Nutzung von 3D Stadt und Geb udemodellen 1 1 Umweltanalysen 3D Stadtmodelle sind f r folgende Umweltanalysen zwingend die zu den hoheitlichen Aufgaben einer Kommune zu rechnen sind e Larmberechnungen gem EU Richtlinie 2002 49 EG e Luftschadstoffanalysen gem MLuS 92 bzw Ausbreitungsmodell nach TA Luft 2002 e Hochwassersimulationen Umweltanalysen werden in der Regel mit hochkomplexen Algorithmen durchgef hrt die aus Gr nden der Effektivit t vereinfachende Annahmen f r die Eingangsdaten machen Beispielsweise wird bei L rmberechnungen in der Regel der Einfluss von Dachfl chen vernachl ssigt da diese Fl chen durch die Abstrahlung von Schall nach oben nur einen geringen Einfluss auf die eigentliche L rmbelastung haben hnliche Vereinfachungen finden auch bei den anderen genannten Anwendungen statt Da hoheitliche Aufgaben mit Daten durchgef hrt werden m ssen die zu amtlichen Daten z B ALK konform sind und Umweltanalysen einen hohen Grad an Aktualit t erfordern ergeben sich folgende Anforde rungen f r die hierbei verwendeten 3D Stadtmodell Daten e Konformit t mit der ALK e Mindestens LOD1 Blockmodell KOLBE et al e Aktualit t 1 2 Stadtplanung In der Stadtplanun
7. f D od C om 9 mit den Teilmatrizen Loo s pD 1010 d i Da im Allgemeinen die Projektionsebene nicht bekannt ist muss der Zylinder entsprechen bewegt werden mit der unbekannten Bewegung Rt M E 11 Der allgemeine Zylinder ist also repr sentierbar durch eine Matrix der Form C M TCM RD R RD R t Rd o 4 _ RD R ET RT tT RO R t 27 Rd r d d 12 Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkten ohne Nutzung von Oberfl chennormalen 209 Aus dieser Darstellung lassen sich nun zehn linear unabh ngige algebraische Bedingungen ableiten Zun chst sieht man in 12 und 10 sofort dass D singul r ist und zwei identische Eigenwerte besitzt Diese Eigenschaft l sst sich analog zur essentiellen Matrix vgl FAUGERAS 1993 S 254 algebraisch durch die zehn Bedingungen D T 13 DDT D trDD D 0 3x3 14 darstellen Da D symmetrisch ist liefert 14 nur 6 unabh ngige Bedingungen Obwohl 13 direkt aus 14 ableitbar ist sind die Bedingungen im Allgemeinen dennoch linear unab h ngig sodass man insgesamt 7 linear unabh ngige Bedingungen erh lt Weiterhin gilt dass Dd RD R RD R t Rd Ad 15 Also ist d ein Eigenvektor von D Somit erh lt man drei weitere linear unabh ngige Bedin gungen d Dd 0 16 Zusammenfassend stellen also 13 14 und 16 zehn linear unabh ngige Bedingungen f r symmetrische homogene Matrizen dar damit diese einen Zylinder repr sentiere
8. x IR gt IR vom Encoderkoordinatensystem in das kartesische Scannerkoordinatensystem K 5 werde mit X Ho F gt G h rg 7 bezeichnet Dabei beschreibt G h 0 2a gt 0 22 mit Gaseh 1 signi m 5 ne he 8 tan h sin h die Korrektur des unkalibrierten Azimutwinkel bzw Elevationswinkel h in kalibrierten Azimutwinkel amp bzw Elevationswinkel F amp 0 22 7 gt 0 221x IS 1 mit F B B 5 if PSr 2r 7 if B gt r 9 die Abbildung vom Encoderkoordinatensystem in das sph rische Scannerkoordinatensys tem und H a re 0 27 x ZZ IR gt IR 10 die Transformation von sph rischen in kartesische Koordinaten Die Parameter a b und c sind sensorspezifische Parameter und korrigieren den in der Tachymetrie unter der Be zeichnung Ziel Kippachsen und H henindexfehler bekannten Fehler Die Bestimmung dieser Parameter beruht auf einer Zweilagenmessung und wird z B in ABMAYR et al 2005 oder allgemein f r Tachymeter in DEUMLICH amp STAIGER 2002 erl utert 3 2 Modellierung der Kamera F r die Kamera bezeichne die Abbildung eines im Referenzkoordinatensystem K be schrieben Punktes X e IR in das Pixelkoordinatensystem K 2 der Kamera mit Ea IR gt IR UV Vo cs typ Posee MO RZ X T 11 KK Dabe beschreibt R eine Drehung und T eine Translation und definiert zusammen die Transformation vom Scannerkoordinatensystem K 9 in das
9. Abb 3 Umwandlung der Projektionsgitter in dreidimensionale Messdaten Zur kompletten Objektvermessung erfolgen Aufnahmen aus verschiedenen Richtungen Die Einzelaufnahmen k nnen anschlie end in der Software ber Geometriemerkmale re gistriert und gemergt werden Neben dem Alignment der Einzelscans anhand der Objekt geometrie kann das Matchen auch mit Passmarken oder einer Kombination mit Pho togrammetrie Realtime Tracking Systemen oder Roboter erfolgen 328 S Adolfund M Barnes Abb 4 Registrierung der Einzelaufnahmen ber Konturmatching 3 Projektdurchf hrung 3 1 Objektvermessung Faun Zur kompletten Erfassung der ca 1 80 x 0 6 x 0 4m gro en Figur wurden ca 120 Einzel aufnahmen von verschiedenen Standpunkten aufgenommen Verwendet wurde ein triTOS HE System der Firma Breuckmann GmbH mit Messfelddiagonalen von 100 mm und 400 mm Pro Messung k nnen maximal ca 1 3 Mio Punkte erfasst werden wenn das Messfeld voll ausgef llt ist Der Anwender hat sowohl vor als auch nach der Messung die M glichkeit die Aufl sung entsprechend auf die Anwendung abzustimmen Das triTOS HE System weist einen Triangulationswinkel von 20 im Gegensatz zu den standardisierten 30 Systemen auf wodurch Hinterschnitte einfacher zug nglich sind Zudem besitzt das System die M glichkeit der Farbtexturaufnahme zus tzlich zur Geometrie Hin of ren TERT His a Faran al a ee TED iri ee a DD I re Depi af i Ba AT
10. Luhmann Muller Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitrage der Oldenburger 3D Tage 2006 Wichmann Luhmann M ller Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Thomas Luhmann Christina M ller Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitrage der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Zum Titelbild Die Abbildungen zeigen 3D Scandaten des IMAGER 5003 der Zoller Fr hlich GmbH auf genommen auf dem Marktplatz von Wangen im Allg u Vermessene Geb ude sind das historische Wangener Rathaus die St Martins Kirche sowie das Hinderofenhaus welche den Marktplatz umgeben Bild 1 links oben ist eine abgewickelte Intensit tsdarstellung eines 360 Scans die eine visuelle Identifikation und Extraktion von Objekten erm glicht Basierend auf Intensit ts und Entfernungsdaten des Laserscanners kombiniert mit Farbfotos l sst sich anschlie end eine 3D Punktwolke in Farbe erstellen Bild 2 rechts oben Eine berechnete Orthogonal ansicht Orthophoto der Ansicht inklusive Ma stab ist in Bild 3 links unten dargestellt Bild 4 rechts unten zeigt detailliert die farbige Punktwolke der Rathausfassade Alle in diesem Buch enthaltenen Angaben Daten Ergebnisse usw wurden von den Autoren nach bestem Wissen erstellt und von ihnen und dem Verlag mit gr tm glicher Sorgfalt berp
11. Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Wichmann Verlag Heidelberg 308 315 InnovMetric 2004 PolyWorks User s Guide for Surveying InnovMetric Software Inc Februar 2004 InnovMetric 2005 InnovMetric Software Inc Quebec Kanada www innovmetric com August 2005 Jenkins B 2004 New York Power Authority Pilots Laser Scanning on Niagara River Gorge Spar Point Research www sparllc com Mai 2004 TopScan 2005 TopScan GmbH Rheine www topscan de August 2005 Der neue 3D Laserscanner CPW 8000 basierend auf der neuen Pulsed Wave Technologie von CALLIDUS precision systems Uwe ILLMANN und Janette LINKE Zusammenfassung Inhalt des Beitrages ist die Vorstellung des neuen CALLIDUS CPW 8000 der auf der INTERGEO 2005 in D sseldorf zum ersten Mal dem internationalen Fachpublikum pr sen tiert wurde Der Scanner basiert auf der im Bereich des 3D Scannings neuen Pulsed Wave Technologie deren Wesen erl utert wird 1 Einleitung Die Firma CALLIDUS precision systems stellt mit den Triangulationsscannern CT 180 HR und CT 900 f r den Nahbereich zur mikrometergenauen Vermessung von Bauteilen sowie dem CP 3200 f r terrestrisches Laserscanning Distanzmessung nach dem Pulslaufzeitver fahren verschiedene Laser Scansysteme f r unterschiedliche Einsatzzwecke her Mit dem CPW 8000 wurde nun ein komplett neuer 3D Laserscanner zur ber hrungslosen und drei dimensional
12. Pottmann H amp T Steiner 2003 Hough transform and Laguerre geometry fort he recognition and reconstruction of special 3d shapes Technical Report Institute of Geometry Vienna University of Technology Austria Petitjean S 2002 A survey of methods for recovering quadrics in triangle meshes ACM Computing Surveys 34 2 211 262 Philip J 1996 A non iterative algorithm for determining all essential matrices cor responding to five point pairs Photogrammetric Record 15 88 589 599 Roth G amp M D Levine 1990 Segmentation of geometric signals using robust fitting Proceedings of the International Conference on Pattern Recognition 826 83 1 Stewenius H Engels C amp D Nister 2006 Recent developments on direct relative ori entation ISPRS Journal noch nicht erschienen Tang C K amp G Medioni 2002 Curvature augmented tensor voting for shape inference from noisy 3d data IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 24 6 858 864 Vosselman G Gorte B G H Sithole G amp T Rabbani 2004 Recognizing structure in laser scanner point clouds International Archives of Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Science 46 33 38 Winkelbach S Westphal R amp T G sling 2003 Pose estimation of cylindrical frag ments for semi automatic bone fracture reduction Proceedings of the DAGM Symposi um 566 573 Gl ttung von aus Laserscannerpunktwolken extrah
13. S aufstellen Um die Unbekannten mithilfe einer vermittelnden Ausgleichung mit einer Beo bachtung pro Beobachtungsgleichung zu l sen werden die Kippwinkel plus ihre Verbesse rungen und die Strecken plus ihre Verbesserungen als zus tzliche unbekannte Parameter angesehen siehe KOCH 2000 S 88 ff also 4 6 V s EV und 6 A A S HV n 178 F Neitzel Sieht man die Definitionen 6 als zus tzliche Beobachtungsgleichungen an erh lt man die insgesamt 3n Beobachtungsgleichungen cositanc sini e fitv arctan sind tan d S 2 s v und 7 cositanc sini e v e S HV s n sind tan S zur Bestimmung der Unbekannten i c und e sowie und s s Dieses nicht lineare Ausgleichungsproblem kann durch Linearisierung an der Stelle geeigneter N he rungswerte c i und e sowie s und iterative Berechnung gel st werden Fasst man die unbekannten Parameter zu den Vektoren x Ac Ai Ae x AG AG und x As As 8 zusammen lauten die Funktionalmatrizen f r die ersten n Beobachtungsgleichungen oh hi oh EI u IR ER og Oli Oc i Oe Od OC OS Os A ae ee handele ee le 9 oh Oha In no Sn In u On Oc i Oe OC OC OS OS Die verk rzten Beobachtungsvektoren ergeben sich zu PEER EEA ETE eas nett sae as S S 0 0 0 0 cosi tanc Sin 1 e l J arctan _ ra ear a We oa L 1
14. Zur L sung der Kalibrieraufgabe steht eine Reihe von kommerziellen Rechenprogrammen aus dem Bereich Nahbereichsphotogrammetrie und Computer Vision zur Verf gung In diesem Bericht werden einige davon untersucht und die berechneten Kameraparameter miteinander verglichen Modelle werden beschrieben und Ergebnisse genannt auf deren bertragbarkeit von einer Software zur anderen wird hingewiesen Dar ber hinaus erfolgt keine Bewertung der Leistungsf higkeit der untersuchten Programme z B hinsichtlich der erreichten Genauigkeiten Rechenzeiten Anschaffungskosten etc Vergleich von Softwaretools zur Kamerakalibrierung 107 2 Kamera Objekt und Aufnahmeanordnung Als Aufnahmeobjekt stand ein bei der Firma AICON 3D Systems installiertes r umliches Testfeld bestehend aus kreisf rmigen Zielmarken zur Verf gung Abb 2 Dieses Objekt entspricht den Vorgaben der VDI VDE Richtlinie 2634 Blatt 1 f r den Test optischer 3D Messsysteme und wird regelm ig zur Kalibrierung digitaler Kameras verwendet VDVVDE 2002 PEIPE amp YU 2004 Die Aufnahmesituation ist wegen der r umlichen Tiefe des Objekts und einiger Verdeckungen als anspruchsvoll zu bezeichnen Digitale Bilder wurden mit einer Rollei d7metric hergestellt Diese Kamera 2552 x 1920 Pixel 3 5 um Pixelabstand 7 mm Weitwinkelobjektiv Abb 1 weist einige Eigenschaften einer metrischen Kamera auf hohe mechanische Stabilit t durch rigide Verbindung von Objektiv und Sensor Fixfokus
15. ccccccseseccseeecneeeeeeeeeeeees 40 Scherer M Phototachymetrie eine Methode zur Bauwerksmodellierung u 46 Sahrhage V Riede R und Luhmann T Optische 3D Navigation von Sensoren eeeeneseeessennesennnnsennenennensnnnenennnnsnnnenennnnsensenennn 54 Optische 3D Messverfahren 0 0 0 0 0ccccccccccccscescescescescessescesceseesseseeseaees 63 Klattenhoff R Bothe T Gesierich A Li W Von Kopylow C und J ptner W Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut und anderer gl nzender Oberfl chen u 0sseseneeen 64 VI Inhaltsverzeichnis Niehus J Lorenz T Lehmann P Bobey K und Brekerbohm L 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie 00 nennen Gesierich A Bothe T und Li W Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera von der Idee ber das Produkt zum industriellen Einsatz c cccecececcccecececcececececceceucuceseusacs Lahmann H W und St ckmann M Messtechnische Bewertung von Schleifwerkzeugoberfl chen auf Bas s der kontokslen NER een BG casas ects R Peipe J und Tecklenburg W Vergleich von Softwaretools zur Kamerakalibrierung ccccceseeeceeeeeeeseseeaeeeens Hastedt H Luhmann T und Tecklenburg W Zur Nutzung von RGB Farbkan len fiir die hochgenaue 3D PURE WEI ER ee arene ane ae S
16. den Weiterhin k nnen mittels eines Grafikeditors St rreflexionen entfernt werden Gerade bei diesem Projekt war das ein wichtiger aber auch zeitintensiver Arbeitsschritt da der dichte Verkehr mit Fahrzeugen aller Art sehr viele unerw nschte Reflexionen verursachte Terrestrisches Laserscanning Messung und Auswertung im Alltag 335 3 3 Zusammensetzung der Einzelscans In dem PolyWorks Modul IMAlign wurden nun die Einzelscans zu einer Gruppe zusam mengesetzt Hierzu wurden benachbarte berlappende Scans geladen und auf einem zwei geteilten Bildschirm zun chst ungef hr ausgerichtet Danach wurden in beiden Scans iden tische Bereiche nicht zu verwechseln mit dem in der Vermessungstechnik oft benutzten Begriff der identischen Punkte ausgew hlt und als Startwerte f r das so genannte Fl chenmatching genutzt Beim Fl chenmatching werden die Scans durch Minimierung der Distanzen zwischen den die Punktwolken beschreibenden Fl chen zusammengesetzt Die ser Arbeitsschritt erfolgt iterativ mit der M glichkeit der Eingabe von Abbruchkriterien wie Standardabweichungen oder Iterationsanzahl Zu diesen bearbeiteten Scans wird der n chs te Scan geladen ausgerichtet und mit den anderen Daten zusammengesetzt Nachdem alle Scans bearbeitet wurden k nnen in einem weiteren Arbeitsschritt die Restklaffungen ber alle Scans verteilt werden Abb 3 Manuell ausgerichtete benachbarte berlappende Scans F r die Qualit tskont
17. e Auffinden korrespondierender patches Hierzu wird ein Kd tree zum Auffinden r um lich nahe gelegener patches verwendet Ferner werden bei der Verlinkung der Grad der Parallelit t der Normalvektoren und die Ausdehnung der durch das patch beschriebene Bereich der Ursprungsdaten herangezogen e Aufstellen des Gleichungssystems f r eine Ausgleichsrechnung mit anschlie ender Linearisierung des Systems und iterative n herungsweise L sung der Aufgabe Freie Parameter f r die Ausgleichung sind zumindest die jeweils sechs Freiheitsgrade je Scanposition Die zugrunde liegenden Beobachtungen sind Abstandsma e der oben de finierten plane patches k nnen aber auch euklidsche Distanzen von Passpunkten oder Abstandsma e von Sehstrahlen aus Bildern sein Das Abstandsma f r die plane pat 362 A Ullrich und N Studnicka ches ist die Summe der Normalabst nde der Fl chenschwerpunkte zu der jeweils kor respondierenden Ebene e Auswertung der Residuen und Bewertung der Registriergenauigkeit F r die Aufbereitung der Laserscandaten zur Auffindung der ebenen Fl chenst cke wird die 2 5D Struktur der Scandaten ausgenutzt Bei der TLS Vermessung stellen die Daten herk mmlicher Laserscanner eine reliefartige Datenstruktur auf der Kugeloberfl che dar Bereits aufbereitete ALS Daten zum Beispiel ein generiertes digitales Gel ndemodell ist ein Datensatz der zu jeder Position in der Ebene einen einzigen H henwert enth lt Unter der Vorgabe ein
18. matik GmbH 1 5 2 Anforderungen an ein 3D Datenmodell Die Anforderungen an ein Datenmodell das ein voll ausgebautes und skalierbares 3D Stadtmodell unterst tzt m ssen folgende Kriterien erf llen e Objektorientierung e Verkn pfung von Geometrie und Metadaten e Datentechnische Beschreibung von unterschiedlichen Detaillierungsgraden e Standardisierung e Unterst tzung von Semantik e Exportm glichkeiten f r unterschiedliche Anwendungen wie z B VRML DXF SHAPE ESRI Multi Patches CityGML 1 5 3 City GML als Austauschformat und als Datenschema CityGML KOLBE et al ist ein neuer Standard zur datentechnischen Modellierung von 3D Stadt und Gel ndemodellen Gleichzeitig bildet CityGML ein umfassendes Austauschfor mat CityGML ist derzeit Discussion Paper beim OGC Ziel der Einf hrung von CityGML ist e Datenquellen unabhangiger Datenaustausch von 3D Stadt und Regionalmodellen e Syntaktische Interoperabilit t CityGML kann von GML Readern gelesen werden Semantische Interoperabilit t durch einheitliche Definitionen von Objekten Attri buten und ihren Beziehungen e Flexibilit t durch Ber cksichtigung verschiedener Anforderungsprofile wie z B Un terst tzung unterschiedlich detaillierter Modelle Definition verschiedener Levels of Detail LOD e Ableitung unterschiedlicher LODs nach Anforderung e Haltung unterschiedlicher Modell Instanzen 278 L Fricke e Unterst tzung von Objekt Semantik und
19. weichungen von nominalen L ngen zwischen den Ecken ergibt sich dass die Abweichun gen am kleinsten sind wenn die auf dem modellierten Schnittpunkt beteiligten Fl chen mit demselben Ma durch den TLS gescannt wurden Die Erkenntnis gilt bei 95 der ausge werteten L ngen Die zweite untersuchte Dimension stellen die Durchmesser der RZ dar Durch die Analyse der grafischen Darstellung der Abweichungen von den nominalen Durchmessern stellten wir fest dass je gr er der Einfallswinkel des Laserstrahlenb ndels auf den Zylinderman tel ist desto kleiner sind die Abweichungen vom nominalen Durchmesser Diese Behaup tung z hlt bei 80 der untersuchten Durchmesser Die dritte beobachtete Dimension ist die H he des kleineren Zylinders der RZ Aus den Modellen der RZ stellten wir fest dass je gr er der Einfallswinkel des Laserstrahlenb n dels auf die Zylindergrundfl chen ist desto kleiner sind die Abweichungen von der nomi nalen H he Diese Abh ngigkeit behauptete sich in 83 der Messungen Die Ebenen des kleineren und gr eren Quaders der RQ so wie auch die Grundfl chen der RZ sind parallel Die Abweichungen von der Parallelit t weisen keine eindeutige Abh n gigkeit bei allen eingestellten Positionen der RK aus F r die Achsensymmetrie der beiden Zylinder erh lt man eine Abweichungen von 3 2 bis 10 2 au er den Positionen wenn das Laserstrahlenb ndel unter sehr gro em Einfallswin kel auf die zylindrische
20. 12c gewinnen zu k n nen wurde ein erweiterter zweidimensionaler Savitzky Golay Filter SAVITZKY amp GOLAY 1964 eingesetzt Der Bereich um den Fehler herum ist vergr ert in Abb 12e zu sehen und zeigt eine Delle mit 2 4 um Tiefe Spaltenschnitt Im Kr mmungsbild in Abb 12d ist eine h here Frequenzkomponente erkennbar Es entsteht der visuelle Eindruck dass sich in diesem Bild zwei Strukturgr en in lateraler Ausdehnung befinden Diese lassen sich durch Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut 73 eine blo e Angabe eines Rauigkeitswertes nicht ersch pfend beschreiben Eine Frequenz analyse erlaubt es diese Strukturen quantitativ auf den verschiedenen lateralen Skalen bzw Strukturgr en zu beschreiben 40 4 convex d e Abb 12 a Kr mmung b Formdaten c Oberfl chenmikrostruktur Savitzky Golay Filter d Kr mmung vergr ert e Oberfl chenmikrostruktur vergr ert Zur Darstellung der Frequenzanalyse wurden die Frequenzen eindimensional logarithmisch aufgetragen Zus tzlich zum kontinuierlichen Spektrum wurde eine logarithmische Serie lateraler Intervalle definiert die die Oberfl che in mehrere Strukturgr en unterteilt W 0 1 0 3 mm W 0 3 1 mm W 1 3 mm Wa 3 10 mm Mithilfe der Fourierband passfilterung werden die Messergebnisse in diese Abschnitte separiert Abb 13 Abb 13 Spektralanalyse der Kr mmung logar thmisches Spek
21. 2004 Terrestrischer La serscanner Mensi GS100 GS200 Untersuchungen und Projekte an der HAW Ham burg In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Mess technik Beitrage der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidel berg 98 107 Lorra K amp R R Jaeger 2004 Laserscanner k nnen Tatortarbeit revolutionieren Der Kriminalist 12 2004 479 484 Sternberg H Kersten T amp N Conseil 2005 Untersuchungen des terrestrischen Laser scanners Mensi GS100 Einfluss unterschiedlicher Oberfl cheneigenschaften auf die Punktbestimmung In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Opti sche 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 56 65 Strackenbrock B 2004 Visualization of Thronsaal Neuschwanstein with scanner and panorama camera IAPRS Vol XXXIV PART 5 W16 H G Maas amp D Schneider Eds Proceedings of the ISPRS working group V 1 Panoramic Photogrammetry Workshop Dresden Germany February 19 22 http www tu dresden de fghgipf pho to PanoramicPhotogrammetry Workshop2004 Proceedings htm Qualit tsstandards in der Architekturvermessung Anwendung auf das 3D Laserscanning Arne SEMMLER Zusammenfassung Der Beitrag besch ftigt sich mit den Anforderungen an die Produkte einer Architekturver messung aus der Sicht des Nutzers Was muss das Vermessungsergebnis leisten um f r die Weite
22. Aufl sungsverm gens und damit einhergehend eine reduzierte Bildmess und Objekt punktgenauigkeit zu erwarten Weiterhin f hren wellenl ngenabh ngige Abbildungsfehler der optischen Komponenten sowie m gliche unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten in einzelnen Farbkan len dazu dass ein Farbbild verschiedenen geometrischen Fehlern unterworfen ist Hier ist in Zur Nutzung von RGB Farbkan len f r die hochgenaue 3D Punktbestimmung 113 erster Linie die chromatische Aberration zu erw hnen die mit dem Farbl ngsfehler zu wellenl ngenabh ngigen Brennweiten und Fokusebenen und mit dem Farbquerfehler zu einer Ma stabs nderung in Abh ngigkeit des Bildradius Abstand eine Punktes von der optischen Achse f hrt Ebenso ist die radial symmetrische Verzeichnung von der Wellen l nge abh ngig da sie im Wesentlichen durch Brechungs nderungen m Objektiv und durch ffnungsdurchmesser und Position der Blende bestimmt wird Dieser Beitrag befasst sich daher mit M glichkeiten zur Optimierung der photogrammetri schen Objektpunktmessung unter Ausnutzung der im Farbbild enthaltenen Farbinformation Ziel ist es langfristig mit einer Farbdigitalkamera das gleiche Genauigkeitsniveau zu errei chen das mit einem SW Bildsensor erreichbar w re 2 Farbkameras und Bildsensoren Ein digitales Farbbild besteht bekannterma en aus drei Kan len in den Grundfarben Rot Gr n Blau RGB G ngige Kameras liefern dabei entweder Bilder im Rohformat
23. Diese Annahme kann ann hernd f r den gesamten Datensatz Anwendung finden Wird die Punktwolke horizontal geschnitten so erh lt man aufgrund der haupts chlich vertikalen Richtung der Balken als Resultat einen Balkenquerschnitt der durch einzelne Geraden darstellbar ist Im speziellen Beispiel des Bautzener Doms besteht ein extrahiertes Objekt aus einer kleinen Punktwolke die einen Teil des Dachstuhls beschreibt Das kann im Einzelnen ein Balken ein Teil einer Dach planke oder des Dachstockes sein Die Streuung Genauigkeit des Laserscanners und Rau igkeit der Balkenoberfl che der einzelnen Datenpunkte betr gt im dreidimensionalen Da tensatz durchschnittlich 1 bis 2 cm Bei der Projektion in die Ebene zweidimensionaler Ansatz kann diese Streuung nur fiir Balken tibernommen werden die zur Schnittebene senkrecht stehen Alle Balken die eine andere Neigung aufweisen werden im Schnitt mit einer geringeren Punktdichte und einer gr eren Streuung der Datenpunkte abgebildet Extraktion von Primitiven aus Laserscannerpunktwolken 161 Der verwendete Grundalgorithmus f r die Bestimmung der N herungsl sung einer Gera den ist eine Houghtransformation HOUGH 1962 Hierbei werden kollineare Punkte in einem Bildausschnitt in einem Parameterraum gefunden Als Grundlage dient die Hess esche Normalform der Geraden Die Houghtransformation stellt ein sehr robustes Verfah ren zur Bestimmung von N herungsl sungen f r eine Gerade dar auch f
24. Direkt dar ber befindet sich ein Wandgem lde das den Hamburger Hafen zu Beginn des 20 Jahrhunderts zeigt Weitere gro e Wandgem lde von Hugo Vogel bis 1909 gemalt zeigen die Geschichte Hamburgs von 800 bis 1900 Ums umt werden die Wandmalereien in 13 Meter H he mit 62 Stadt wappen des alten Hansebundes Drei riesige Kronleuchter mit jeweils 240 Gl hbirnen und einem Gewicht von 1 7 Tonnen erhellen den Saal 186 T Kersten H Sternberg und E Stiemer 2 2 Laserscanning Systeme Mensi GS100 und IMAGER 5003 Das 3D Laserscanning System GS100 wird von Mensi S A Frankreich hergestellt und der IMAGER 5003 wird von Zoller amp Fr hlich in Wangen im Allg u produziert Die wichtigs ten technischen Spezifikationen der beiden verwendeten Systeme sind in Tabelle 1 zusam mengefasst Die wesentlichen Unterschiede zwischen GS100 und IMAGER 5003 werden wie folgt aufgef hrt Das Impulslaufzeitverfahren des GS100 Wellenl nge 532 nm erlaubt die Messung von l ngeren Scandistanzen als der IMAGER 5003 780 nm dagegen ist die Scangeschwindigkeit des GS100 aufgrund des Messverfahrens deutlich geringer Das Sichtfeld ist beim IMAGER 5003 wesentlich gr er als beim GS100 und erlaubt somit eine h here Flexibilit t des Systems in Innenr umen Dagegen weist der GS100 eine h here Winkelaufl sung und eine deutlich geringere Spotgr e des Laserstrahls am Objekt auf Ein Laserpunkt wird beim GS100 in 25 m Entfernung 3 mm gro abgebildet w hrend de
25. Einstel lung der TLS Parameter im ganzen Messumfang beobachtet Die r umliche Lage der mo dellierten Punkte wird mit einer unabh ngigen gen gend genauen geod tischen Methode berpr ft Die RK bei einzelnen Versuchsanordnungen werden durch das Scannen von einem TLS Standpunkt erfasst Die Testmessungen werden unter Laborbedingungen mit der Eliminati on m glicher Spiegelungen von benachbarten Objekten realisiert Bei den Messungen mit dem TLS waren die Fenstervorh nge zugezogen und es wurde die k nstliche Beleuchtung benutzt womit identische Bedingungen w hrend des ganzen Scanprozesses gew hrleistet wurden Hinter den Referenzk rpern hing in Messrichtung ein schwarzer Vorhang Das Scannen verlief bei der Versuchsanordnung POSITIONEN mit der Scandichte von 2 4 mm und bei den Versuchsanordnungen ENTFERNUNG und HOMOGENIT T mit der Scandichte von 1 2 mm 5 1 Versuchsanordnung POSITIONEN Mittels des oben beschriebenen Stativs wurden die verschiedenen r umlichen Lagen der RK mit der Drehung Neigung und Rotation simuliert Alle Positionen der RK wurden aus der Entfernung 10 m gescannt Die RQ wurden in der horizontalen Richtung von 0 bis 90 je 15 gedreht von 0 bis 90 je 15 geneigt und um die K rperachse um 0 15 45 ro tiert Bei den RZ wurde die Drehung von 0 bis 90 mit Schritt 15 und die Neigung von 0 bis 90 mit Schritt 15 simuliert Die Indizis mit den Fotos der eingestellten r umlichen Genauigk
26. Fledermausposition ermittelt Abb 2 Links Horizontalschnitt Mitte Vertikalschnitt l ngs zur Flugrichtung Rechts Vertikalschnitt quer zur Flugrichtung Im Horizontalschnitt und im Vertikal schnitt l ngs sind jeweils drei Segmente mit einem 45 Grad ffnungswinkel in Flugrichtung angeordnet F r jedes Segment wird der minimale Abstand zu den Scanpunkten ermittelt Im Vertikalschnitt quer wird der minimale Abstand rad al ermittelt 4 2 Transformation der Scandaten in Voxel R ume Ein Voxel Raum ist ein r umlich fest abgegrenzter Bereich der mit aneinander grenzenden W rfeln Voxel gef llt ist Alle W rfel haben eine konstante Kantenl nge Der Voxel Raum wird in einem dreidimensionalen Array angelegt Der r umliche Bezug der einzelnen Voxel erfolgt ber die Indizes 1 j und k GORTE amp WINTERHALDER 2004 F r jeden Voxel werden die Parameter Trefferanzahl nprs ijk Fehlschussanzahl n ijk und Reflexi 284 T Aschoff M W Holderied und H Spiecker onswahrscheinlichkeit Pref ijk ermittelt Bei der Instanzierung des Voxel Arrays wird fiir die Trefferanzahl und die Fehlschussanzahl der Wert 0 f r die Reflexionswahrscheinlich keit der Wert 1 genommen W hrend des Durchlaufs durch die Liste aller Lasermessungen wird festgestellt in wel chem Voxel der jeweilige Objektpunkt liegt Der Parameter Trefferanzahl des zugeh rigen Voxels wird dabei um eins inkrementiert Auf dem Weg der Lasermessung vom Scann
27. Heck B 1995 Rechenverfahren und Auswertemodelle der Landesvermessung Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 74 77 Home M amp M Taanila 2002 Futuro Tomorrow s House from Yesterday Desura Oy Ltd Helsinki Finnland Niemeier W 2002 Ausgleichungsrechnung Walter de Gruyter Verlag Berlin 152 176 Ratke K 2006 Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matti Suuronen Diplomarbeit Lehrstuhl f r Geod sie TU M nchen Restle M amp M Stephani 1988 Derivation of surfaces of second order degree from pho togrammetric measurements for orthophoto production XI Int Symp of CIPA Contributions of modern photogrammetry remote sensing and image processing me thods to the architectural and urban heritage Sofia Oct 4 7 194 205 Vom 3D Scan zum Restaurierungsplan Streifenlicht und Laserscanner eine sinnvolle Erg nzung Jost Michael BROSER Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt in Form eines Zwischenberichts denn die Arbeiten sind noch nicht abgeschlossen die Erfahrungen mit dem ersten Einsatz zweier 3D Scannersysteme und einer zus tzlichen Auswertesoftware am Institut f r Baugeschichte und Denkmalpflege an der Fakult t f r Architektur der Fachhochschule K ln Seit 1988 werden hier im Rah men der Drittmittelforschung anwendungsbezogene Forschungsprojekte im Bereich der Denkmalpflege Altbausanierung und Arch ologie bearbeitet Die freundliche Kooperation der Firmen Riegl Phocad und F
28. Philosophen am Dartmouth College im Zuge eines Kongresses den Begriff Artificial Intel ligenz k nstliche Intelligenz geschaffen Hintergrund war es ein pr zises Modell des menschlichen Denkens zu erstellen die Schaffung eines Elektronenhirns sollte Compu tern die F higkeiten des biologischen Vorbildes geben Die ersten Pionierjahre waren von Optimismus gepr gt Widergespiegelt wird dies unter anderem durch das General Problem Solver Projekt bei dem ein universelles Computerprogramm zur L sung unterschiedlicher Planungsaufgaben geschaffen werden sollte Das Projekt scheiterte an der un berschauba ren Anzahl von m glichen Pl nen Das Verhalten einer Maschine wurde damals als intelligent angesehen wenn diese den sog Turing Test bestand d h wenn das Verhalten von der entsprechenden Leistung eines Men schen nicht zu unterscheiden war G RZ et al 2000 Computer haben heute ein au ergew hnliches Leistungspotential erreicht sie rechnen genauer als der Mensch sind bei logischen Spielen meist besser und sind vor allem bei s mtlichen Rechenaufgaben schneller Probleme haben sie aber bis heute bei der Bew lti gung von unklaren ihnen unbekannten Situationen Anfangs orientierte man sich bei der Erforschung neuer Techniken der KI sehr stark am biologischen Vorbild So pr gte beispielsweise VON NEUMANN den Begriff des zellul ren Automaten Auf Grundlage dieser Entwicklungen entstanden Techniken wie k nstlic
29. Sein Gewicht ohne die Einrichtungsgegenst nde betrug 2500 Kilogramm das Gesamtgewicht mit Stan dardausstattung belief sich auf 4 Tonnen Diese technischen Angaben sind jedoch keines falls exakt denn es existieren keine Detailpl ne mehr die die genauen Ma angaben enthal ten w rden Das Futuro bot Platz f r bis zu acht Personen Die Gesamtzahl der produzierten Futuros wird auf ca 60 St ck gesch tzt HOME amp TAANILA 1998 2 Messung Unter Ber cksichtigung des Messbereiches des lehrstuhleigenen Laserscanners HDS2500 welcher 40 x 40 betr gt wurden die Scannerstandpunkte ausgesucht und die durchnum merierten Zielmarken am Futuro Rumpf und seinem Stahlgestell angebracht F r die Innen raumaufnahmen stand der Panorama Laserscanner HDS3000 dessen Sichtfeld in horizon taler Richtung 360 in vertikaler 270 betr gt zur Verf gung Die Scannerstandpunkte wurden nach den gleichen Kriterien ausgew hlt wie im Au enbereich Als Zielmarken wurden zus tzlich Kugeln verwendet Es wurden 42 schwarz wei e Papierreferenzmarken 16 reflektierende Kunststoffziele und 4 Kugeln als Tie Points verwendet Futuro wurde von 21 Standpunkten aus aufgenommen 9 Aufstellungen 1m Innen und 12 im Au enbereich Au erhalb des Futuro waren 7 Scans rundherum 3 Scans von der Hebebiihne Abb 2 um das Haus von oben aufzunehmen und 2 Scans fiir die Aufnahmen des Bodenbereichs n tig Im Inneren des Futuro wurden 4 Scans im Vorraum 2 Scans im Bad
30. Zur Herstellung und Einrichtung dieser Sensoren sind pr zise Messsysteme erforderlich Die GDV Ingenieurgesellschaft Holst mbH aus Bad Schwartau setzt seit nahezu 20 Jahren photogrammetrische Messverfahren ein und unterst tzt mit Dienstleistungen unterschied lichste industrielle Anwendungen Dabei arbeitet die GDV eng mit Geodetic Systems Inc GSI dem Hersteller und Entwickler des V STARS Photogrammetriesystems aus Florida U S A zusammen 2 Die GDV Dienstleistungen mit mobiler optischer Messtech nik Die GDV Ingenieurgesellschaft hat sich seit 1987 auf vermessungstechnische Dienstleis tungen mit mobilen Systemen spezialisiert und betreut weltweit Kunden unterschiedlichster Branchen Dabei kommen in der Regel Lasertracker Photogrammetrie Streifenprojektion und weitere hochgenaue Verfahren zum Einsatz berwiegend besch ftigt die GDV Ver messungsingenieure die mit ihrem Know how im Bereich der mobilen 3D Messtechnik vielf ltige industrielle Applikationen und Projekte betreuen Einsatz des Photogrammetriesystems V STARS in der Luft und Raumfahrtindustrie 19 Die Photogrammetriesysteme aus dem Hause GSI werden seit 1989 f r Lohnmessungen eingesetzt und haben sich im praktischen Einsatz bew hrt Mit der Tochterfirma GDV Systems GmbH bietet die GDV seit 2004 auch den Vertrieb des V STARS Systems an Durch die M glichkeit Dienstleistungen und Systemvertrieb aus einer Hand anzubieten entstand eine leistungsstarke Verbindung mit de
31. a kann in Formel 3 und 4 bei CamVx und Cam Vy der Tangens entfallen Hochaufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme 135 Dx CamVx d CamX 3 Dy CamVy d CamY 4 Zur Darstellung der Verzeichnung wird aus den Daten der Anteil des reinen Lochkamera Modells entfernt was n herungsweise der Entfernung von Offset und Rampe entspricht also dem Polynom erster Ordnung Ergebnis dieser Fits sind die Verzeichnungskomponen ten Dx Dy f r jedes Pixel ber einen Polynomfit h herer Ordnung werden weiterhin die hochfrequenten Verzeichnungskomponenten Dx Dy berechnet Aus den vektoriellen Einzelkomponenten Dx Dy bzw Dx Dy wird die skalare Verzeichnungsamplitude D bzw D berechnet Dx Dy D Dy 4 Dy 5 Die Verzeichnungsamplituden D und D werden farbkodiert in Abb 7 zur Darstellung der Verzeichnung verwendet a d Abb 7 Visualisierte Kalibrierergebnisse Gesamte Verzeichnung von Kamera a und Projektor c Nach Abzug der tieffrequenten Verzeichnung ist die hochfrequente Verzeichnung von Kamera b und Projektor d sichtbar 136 M Schulte T Bothe W Li A Gesierich C v Kopylow und W J ptner In Abb 7a und c ist die gesamte Verzeichnung von Kamera und Projektor zu sehen Das ist die typische Verzeichnung die auch von einer parametrisierten Kalibrierung beschrieben werden kann wobei die Unsymmetrien in Abb 7c bereits Probleme bei der polynomial
32. bieten und in der Lage sind verschiedene und entsprechend signalisierte Sensoren dreidi mensional zu erfassen ihre jeweiligen Einzelmessungen im 3D Raum zu verkn pfen und die Ergebnisse in Echtzeit zu visualisieren Um dem System gr tm gliche Flexibilit t zu geben wird lediglich ein Adapter navigiert der mit verschiedenen Sensoren kombinierbar ist Dabei soll eine beliebige Rotation des Sensors ohne Abschattungen m glich sein 2 Konzeption 2 1 Koordinatensysteme Im Gesamtsystem existieren drei r umliche Koordinatensysteme deren Bezug untereinan der herzustellen ist Abb 1 Das Kamera oder Navigatorsystem ist ein rtliches im Ka meraverbund definiertes 3D Koordinatensystem in dem die photogrammetrischen Koordi naten erzeugt werden Das Sensorkoordinatensystem ist das System in dem der Sensor seine individuellen Messgr en erzeugt Das Objekt oder Werkst ckkoordinatensystem schlie lich ist das Koordinatensystem n das die gewonnenen 3D Koordinaten f r die An wendung transformiert werden Abb 1 Koordinatensysteme 2 2 Sensoradapter Die Navigation eines Adapters Lokator der mit beliebigen Sensoren kombiniert werden kann bietet sich als geeignete L sung f r ein flexibles System an Die Position und Rotati on des Lokators soll mit dem Navigationssystem bestimmt werden Die zur Messung not wendigen Zielmarken sind in einer geometrisch eindeutigen Anordnung am Lokator plat ziert und besitzen Sollkoordinat
33. e Das Instrumentarium um Phototachymetrie zu betreiben ist weit verbreitet so entste hen nur marginale Investitionskosten e Die Photo Video bzw IATS Totalstation Image Assisted Total Station als Weiter entwicklung der Totalstation ist im kommerziellen Ger tebau auf dem Vormarsch Ein derartiges Instrument ist pr destiniert f r die Phototachymetrie e Die Aufnahme von Digitalbildern ist sehr einfach sodass es evtl sogar lohnend sein kann auch wenn nur Geometrie also kein texturiertes Modell gefordert ist die Geo metrie ber Bilder zu extrahieren e Bauwerksaufnahme zur Bauanalyse und Baudokumentation in der Bauforschung erfor dert sukzessive Messung vor Ort dies erm glicht allein die Phototachymetrie e Wenn die Software entsprechend gestaltet wird ben tigt man kein Spezialwissen 1 2 Charakteristika der Phototachymetrie Photogrammetrie und Laserscannen kann man als passive Aufnahmemethoden charakteri sieren Das Objekt wird erfasst man besch ftigt sich damit erst im Zuge der Auswertung Hardware und Software kommen getrennt zum Einsatz Dem gegen ber ist die Photota chymetrie ein aktives Verfahren Am Objekt orientiert verlangt sie die Interaktion zwischen Aufnahmeobjekt Beobachter und Instrumentarium Kennzeichnend ist eine enge Verzah nung von Software und Hardware Um Bauwerke phototachymetrisch aufzunehmen ben tigt man als Standardger te neben dem Notebook zur Steuerung nur eine motorisierte To tals
34. ger geschrieben 1 2 Datenvolumen Tabelle 1 zeigt die Sensoren mit der Anzahl der Datens tze pro Testfahrt Tabelle 1 Sensoren des ViewCar und die Anzahl der zugeh rigen Datens tze pro Test fahrt Spurerkennung 370 000 350 000 Lenkwinkelsensor 350 000 Das weitaus gr te Datenvolumen der Sensordaten liefert der Laserscanner Pro Testfahrt liefert der Laserscanner ca 4 630 000 Datens tze das ist ca das Doppelte als der zweit platzierte Sensor und mehr als das 10fache als der n chstfolgende Sensor Die Fahrerleistungsdatenbank dient zum Verst ndnis normalen unkritischen Fahrerverhal tens Um dieses zu erreichen muss man die Datengrundlage auf eine breite statistische 142 F Ehrich und A Tenzer Basis stellen Daher wurden zun chst 70 Testfahrten durchgef hrt geplant weitere Test fahrten zu sammeln um die statistische Basis immer weiter zu verbessern Bei 70 Analysefahrten bedeutet dies also ein Datenvolumen von ca 320 000 000 Datens t zen Es gilt also Techniken zu finden die eine solche Datenmenge handhabbar machen In der betriebswirtschaftlichen Datenverarbeitung existiert f r analyseorientierte gro e Datenbanken den Begriff des Data Warehouses der im Folgenden n her untersucht werden soll 2 Data Warehouse 2 1 Definition Ziel eines Data Warehouses ist die Gewinnung von Informationen und Informationszu sammenh ngen aus dem bestehenden Datenbestand durch Verdichtung oder Aggregation unter
35. gt Ax Ay Az i l 1 3n Um alle Scandaten in das WGS84 System zu transformieren wurde die Korrespondenz zwischen den 36 Reflektoren in der so genannten Projektkoordinatenliste und der f nf ein gemessenen Reflektoren in der so genannten Globalkoordinatenliste gesucht und gefunden Als Standardabweichung der Residuen wird 9 8 mm ausgegeben Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Laserscanner und Kameradaten 363 A i r Bg Ta A515 Qe OO pa a io ti 0HE Biei Pa i DOD ee ee ee Oe ee Mogi Det a 0 u H 3 3 pos Eu HE api pan oos pai agi apr gwi B i i i oo 1610 EM DA OO 8O Oo Dot Bo 801 Pi i 5 i ie TR Ba Oe OR So Du Do TOW UR Abb 6 Globale Referenzierung der TLS Daten mit f nf eingemessenen Reflektoren Es wurde ein Registrierungs Vergleich zwischen der Registrierung unter Zuhilfenahme von Reflektoren und der des ICP Algorithmus angestrebt Als Vorbereitung f r den ICP ist es notwendig die Scans grob zueinander zu registrieren RISCAN PRO hat daf r eine Funk tion mit der man mit mindestens vier frei gew hlten Punkten in zwei Scans eine erste Transformationsmatrix berechnen kann Da bereits eine gute Registrierung durch die Re flektoren vorhanden war wurde dieser Schritt bersprungen Im Weiteren sind zur Vorbe reitung f r den ICP automatisch ebene Fl chenst cke in den einzelnen Scans zu suchen Insgesamt wurden f r alle 13 auszugleichenden Scanpositionen 130 000 Beobachtungen also Fl chenpaare
36. hrend der Startphase an Bord der Tr gerrakete sind empfindliche Satelliten gro en Belastungen ausgesetzt So soll im Fol genden anhand eines Vibrationstestes am PLANCK Teleskop Abb 4 die Messung von Deformationen unter Startbedingungen erl utert werden Abb 4 PLANCK Teleskop WIKIPEDIA 2006 Untersucht wurde hier ein sensibles Teleskop das einmal im Orbit zur Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung eingesetzt werden soll Hierzu verf gt der Satellit ber hochempfindliche Spiegel die einfallende Strahlung mit einer Aufl sung von ca einem Einsatz des Photogrammetriesystems V STARS in der Luft und Raumfahrtindustrie 23 Millionstel Grad Celsius abbilden k nnen Vibrationen die beim Raketenstart die Position der Pr zisionsspiegel zueinander verschieben k nnen werden zuvor simuliert Vor dem tats chlichen Start k nnen die Spiegel dann anhand der Untersuchungsergebnisse und wei terer Modellparameter vorjustiert werden sodass sie 1m All ihre endg ltige berechnete Lage zueinander einnehmen Der Testplan sah nach einer Nullmessung zun chst eine zweite Messung zur Verifizierung der Wiederholgenauigkeit der Messung vor Anschlie end wurde jeweils eine Messung vor und nach einem Vibrationslauf f r jede Achsrichtung durchgef hrt Alle Messungen wur den ber eine einheitliche Referenz an der Satellitenstruktur ausgerichtet Auf diese Weise konnten die Deformationen in den fest angebrachten Messpunkten miteinander ve
37. insgesamt drei Flugspuren zusammengesetzt wurden Die Farbe codiert die H he blau an der Kuppelspitze 204m ber dem Meer und rot eine tiefer liegende Grabungsfl che 108 m Abb 3 RIEGL LMS Z420i auf einer mobilen Plattform gesteuert durch einen Laptop verbunden durch eine kabellose Netzwerkverbindung WLAN Mit dem auf einer mobilen Plattform montierten terrestrischen Laserscanner wurden von insgesamt 14 station ren Positionen aus die Scan und Fotodaten aufgenommen STUDNI CKA 2004 Abbildung 3 zeigt den Systemaufbau mit der WLAN Verbindung zwischen Scanner ber USB angebundenen Fotoapparat und Laptop Der Scannerkopf wurde jeweils so geneigt dass der relevante Teil der Fassade stets zur G nze in der H he in den kalibrier ten Fotos sichtbar war W hrend der Einsatzzeit von gesamt sieben Stunden wurde das ganze Messsystem von nur einem Mann bedient Der eingesetzte Wagen ist zerlegbar und kann bequem mit allen Messger ten in einem blichen Kombi Pkw transportiert werden 358 A Ullrich und N Studnicka Die Scannerstandorte vgl Abb 4 wurden so gew hlt dass die in einem einzelnen Scan auftretenden Scanschatten auf der Fassade durch Messpunkte der brigen Scans bestm g lich aufgef llt werden konnten Hierzu ist es notwendig die Scanpositionen bereits w h rend der Datenaufnahme aufeinander zu referenzieren und als ausged nnte Punktwolke vor der neuen Positionierung des Scanwagens am Laptop darzustellen Als Verkn
38. nicht spiegelnd ist kann auf jeder der genannten Schichten mit der Streifenreflexionstech nik gemessen werden Hiermit kann der gesamte Produktionsprozess der Lackierung inso weit unterst tzt werden zum Beispiel das am besten geeignete F ller Material zu verwen den damit der Orangenhauteffekt bei der abschlie enden Basis und Klarlacklackierung vermieden wird In Abb 11a ist die Messsituation am Beispiel einer mit KTL grundierten Autot r zu sehen Der Messkopf ist in definiertem Abstand mittels zwei gekreuzter Laserpointer auf die Ober fl che ausgerichtet Abb 11b Die reflektierten Streifen in Abb 11c zeigen das auswertba re Messfeld von 45 x 34 mm mit einer lateralen Aufl sung von 50 um Abb 11 KTL Inspektion a Messsituation b reflektierte Streifen c Messfeld CCD Die Messergebnisse sind in Abb 12 dargestellt Die Kr mmung Abb 12a zeigt neben der Oberfl chenmikrostruktur einen Defekt mit einem starken Signal welches in Abb 12d vergr ert zu erkennen ist Die berechneten Formdaten Abb 12 b liegen im Wertebereich von 1 56 mm Die Oberfl chenmikrostruktur im Wertebereich von 3 7 um ist erst nach Entfernung der Grobform zu sehen Ist die aktuelle Form des gemessenen Bereichs nicht bekannt so ist es schwierig die 1 5 mm Freiform zu entfernen um dann g ltige Daten im Bereich von 3 7 um zu bekommen Polynome h herer Ordnung neigen dazu k nstliche Strukturen zu erzeugen Um die Oberfl chenmikrostruktur in Abb
39. pfungspunk te dienten Retroreflektorscheiben mit 5 cm Durchmesser die allesamt mit hoher Aufl sung tiepoint scan gescannt wurden Ay Abb 4 Das linke Bild zeigt die 14 Scannerstandpunkte und ihre Verkn pfungen ber Passpunkte Die Retroreflektorscheiben siehe Mitte wurden fein abgescannt mit einem kleinen Zusatzblitz bei der Ablichtung aufgehellt und dar ber hinaus per Totalstation eingemessen rechtes Foto Angeh rige der TU Dresden haben sich bereit erkl rt f nf der insgesamt 36 Reflektormar ken 1m Gauss Kr gersystem 5 Meridianstreifen zu georeferenzieren Die Kalibrierung des 6 Megapixel Fotoapparates Nikon D100 14mm RIEGL 2003 wurde kontinuierlich kontrolliert indem die Scan Passpunktdaten in die Fotos eingeblendet wurden Die Abwei chungen lagen im gesamten Projekt bei unter einem Pixel 1 2 Systembeschreibung Abb 5 Die Plattformen f r das ALS System Cessna 207 und Helikopter Eurocopter F r die Befliegungen durch die Milan Flug GmbH wurde der full waveform WAGNER 2004 RIEGL LMS Q560 2D Laser Scanner in Kombination mit einer 16 Megapixel Rollei Kamera verwendet Das Gesamtsystem mit GPS Empf nger und einer Tr gheitsmessein heit ist so auf einer vibrationsarmen Plattform integriert das es in einem St ck rasch und exakt reproduzierbar zwischen verschiedenen Flugger ten gewechselt werden kann Die Spezifikation des ALS Systems findet sich in Tabelle 1 Zusammenf hrung boden
40. stehen Die Oberfl che einer Parabolantenne wird rasterf rmig mit Messpunkten versehen um eine Verformung der Struktur sichtbar zu machen Die Kamera selbst befindet sich bei der Auf 22 I Jahn nahme der Messbilder in einem speziellen Kanister in dem w hrend der Messungen Druck und Temperatur stabil sind Die extremen Bedingungen der simulierten Weltraumumgebung erfordern aber noch weite re Anpassungen des Messaufbaus So lassen sich die codierten Messmarken zur Bildorien tierung auf ihrem Standardtr germaterial nicht verwenden Dieses Material w rde unter Weltraumbedingungen ausgasen und die Thermal Vakuumkammer kontaminieren Um dieses zu vermeiden wurden eigens codierte Marken auf einer geeigneten Tr gerfolie ange fertigt Dar ber hinaus muss die Skalierung den extremen Anforderungen gen gen So kommen hier spezielle kalibrierte Glaskeramikma st be Zerodur zum Einsatz Deren thermische L ngenausdehnung ist minimal da sie aus zwei Komponenten bestehen die sich gegenl ufig dehnen bzw stauchen Alle Messungen erfolgen ferngesteuert Die Daten werden online von der Kamera auf den Auswerterechner bertragen Durch das Messen in definierten Positionen rund um das Messobjekt ergeben sich extrem homogene Bildverb nde So werden je nach Objektgr e Genauigkeiten von ca 0 01 bis 0 02 mm 20 erzielt 4 4 PLANCK Teleskop Stabilit tsanalyse im Vibrationstest Nicht nur unter Weltraumbedingungen sondern bereits w
41. udemodelle 272 Aschoff T Holderied M W und Spiecker H Terrestrische Laserscanner zur Untersuchung von W ldern als Jagdlebensr ume f r Flederm use aussen anna 280 Ratke K Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matti Suuronen 288 Broser J M Vom 3D Scan zum Restaurierungsplan Streifenlicht und Laserscanner eino movo Cre nE a ENEEEREENLENERCENRUFRERTEERLE FEEDELEREIRESERTFLTERLPRRELEBRGER 300 Mechelke K Sternberg H und Kersten T Bauwerksuntersuchungen durch terrestrisches Laserscanning mit dem eS cs tae E A E E E E E TT T 308 Obertreiber N und Stein V Dokumentation und Visualisierung einer Tempelanlage auf Basis von Laserscanning und POO STAINS sanieren 316 Herstellerforum 0 nennen 325 Adolf S und Barnes M 3D Nah bereichscanning T r die Denkmalpflege anni 326 Fluch M Terrestrisches Laserscanning Messung und Auswertung im Alltag 332 Illmann U und Linke J Der neue 3D Laserscanner CPW 8000 basierend auf der neuen Pulsed Wave Technologie von CALLIDUS precision systems aan 340 Abmayr T H rtl F Breitner M Ehm M und Fr hlich C Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 ccccccsesecseececeeeeeeeeeeeees 346 Inhaltsverzeichnis Ullrich A und Studnicka N Entwicklungen in der Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Las
42. umlichen R ckw rtsschnitt implementiert Dieser erlaubt anhand von Auf nahmen eines Kalibrierfeldes Abb 3 die Kalibrierung der Kamera sowie Aussagen zum Genauigkeitspotenzial der Kamera bzw zur G te des Modells Referenzkoordinaten der 140 Passpunkte des Kalibrierfeldes wurden mithilfe eines photogrammetrischen Industrie messsystems mit einer Standardabweichung von etwa 0 05 mm bestimmt Aufnahmen im Kalibrierraum wurden zun chst mit einer 4500 x 3000 Pixel Kodak DCS 14n und einem Fisheye Nikkor 8mm f 2 8 gemacht Zus tzlich wurden Aufnahmen mit einem zweiten baugleichen Fisheye Nikkor 8mm f 2 8 gemacht Au erdem stand ein we sentlich kompakteres und preiswerteres Sigma EX 4 0 8 mm Objektiv f r Testzwecke zur Verf gung F r einen Vergleich der hochaufl senden Stillvideokamera mit einer Amateur Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration 125 kamera wurden zudem Aufnahmen mit einer Nikon Coolpix 990 mit Nikon Fisheye Konverter FC E8 gemacht F r die Kombination Kodak DCS 14n und Fisheye Nikkor 8mm f 2 8 ergaben sich ein Gewichtseinheitsfehler von 0 1 Pixel sowie die in Tabelle 1 gelisteten Kalibrierparameter Tabelle 1 Kalibrierparameter Kodak DCS 14n Fisheye Nikkor 8 mm f 2 8 12 564 mm Innere Orientierung 0 141 mm 0 018 mm 6 2 10 Radial symmetrische Verzeichnung 1 4 10 4 8 10 B1 1 0 10 B2 8 9 10 C1 4 4 10 C2 4 8 10 0 0023 mm 0 0007 mm 0 0007 mm 4 410 5 7 10
43. wie die Entwicklung weiter verl uft ob von der aktiven Totalstation her unter Vereinnahmung des Laserscanners oder von Seiten des passiven Laserscanners unter Vereinnahmung der Totalstation In jedem Fall ist es sinnvoll sich mit dem Thema Photo tachymetrie zu befassen denn bereits heutige Totalstationen decken einen erheblichen Umfang der M glichkeiten ab Derzeit wird an der Ruhr Universit t Bochum das bestehen de Programm zur Bauaufnahme mit intelligenter Totalstation neu konzipiert sodass durch direkte Einbindung der Funktionalit ten in AutoCAD eine universell nutzbare Steuer und Auswertesoftware f r die Phototachymetrie entsteht Literatur Juretzko M 2005 Reflektorlose Video Tachymetrie ein integrales Verfahren zur Erfas sung geometrischer und visueller Informationen In DGK Reihe C Nr 588 M nchen 122 8 Scherer M 2004 Intelligentes Scannen mit elektronischen Tachymetern unter Einbezie hung von Digitalbildern Ingenieurvermessung 2004 Tutorial Laserscanning Z rich TOPCON 2005 Ed DVD Optical Product line up GTP7000 pdf Walser B 2005 Development and Calibration of an Image Assisted Total Station In IGP Mitteilungen Nr 87 Z rich 168 S Optische 3D Navigation von Sensoren Volker SAHRHAGE Ralph RIEDE und Thomas LUHMANN Zusammenfassung Im Folgenden wird die Konzeption eines optischen 3D Navigationssystems dargestellt welches die freie Orientierung eines Sensors im Raum und die Tra
44. 110 J Peipe und W Tecklenburg Tabelle 4 Parameter f r die radial asymmetrische tangentiale Verzeichnung Software B B gt dX tan dy tan bei r 5 mm 1 36 d 5 3 17 d 5 0 0um 1 0 um 1 97 d 5 3 48 d 5 0 3 um 1 0 um 1 28 d 5 3 26 d 5 0 0um 1 1 um Die diskreten Werte an der Stelle r 5 mm zeigen geringe Unterschiede zwischen den vier Programmen Tab 4 bei Programm 3 Vorzeichenwechsel beachten In Abbildung 3 sind die Auswirkungen der radial asymmetrischen tangentialen Verzeichnung am Beispiel der Ergebnisse von Programm 1 dargestellt bezogen auf das Bildformat der eingesetzten Kamera 1 72 d 5 3 19 d 5 O2um 1 0 um ICAM_VIEW Rev20 camera cabbration tangential distortion deb 2Cp b 2y dy b 2y b dy rage Sie Iar TH en iir Firon W id ai 2000 0 ren Ciis i 2401 2008 itt ai z j i i d Abb 3 Einfluss der radial asymmetrischen tangentialen Verzeichnung 5 Fazitund Ausblick Ziel der Untersuchung war ein Vergleich der mit unterschiedlicher Software durch Simul tankalibrierung ermittelten Kameraparameter eines Bilddatensatzes Als Ergebnis l sst sich zusammenfassend sagen Vergleich von Softwaretools zur Kamerakalibrierung 111 e Mit vier kommerziellen Photogrammetrie Programmen wurden gut bereinstimmende Kalibrierparameter ermittelt Geringe Abweichungen traten bei den Verzeichnungsda ten auf e Bei unterschiedlicher Parametrisierung der radi
45. 1202 3 Lahmann H W Begau G amp M Strnad Optoelektronische Verfahren zur Charakteri sierung von Werkzeugen Bauteilen und Hartstoffschichten 4 Schmalkalder Werkzeug tagung Tagungsband 8 und 9 11 2000 4 Bohlheim W Verfahren zur Ermittlung der Schleifscheibentopographie IDR 4 96 S 218 222 5 Lahmann H W Optisches System pr ft Zerspanungswerkzeuge Qualit t und Zuver l ssigkeit 1 2003 S 55 57 Kalibrierung Vergleich von Softwaretools zur Kamerakalibrierung J rgen PEIPE und Werner TECKLENBURG Zusammenfassung Mehrere kommerzielle photogrammetrische Softwarepakete die eine Bestimmung der Ka merageometrie durch Simultankalibrierung erlauben wurden getestet und verglichen Ge ringe Abweichungen der Kalibrierparameter traten auf v a bei den Verzeichnungsdaten 1 Einleitung Die photogrammetrische Rekonstruktion eines Objekts aus fotografischen Bildern setzt die Kenntnis der Kamerageometrie im Moment der Aufnahme voraus Die ben tigten Daten dies sind Allg die durch Kamerakonstante und Hauptpunktlage definierte Position des Projektionszentrums sowie Abbildungsfehler beschreibende Funktionen z B zur Model lierung der Objektivverzeichnung werden durch Kamerakalibrierung bestimmt Eine Kamera wird als metrisch bezeichnet wenn die einmal ermittelten Werte der Kalib rierparameter ber einen l ngeren Zeitraum unver ndert bleiben Dies ist bei den heutzuta ge erh ltlichen D
46. 3 3 Verkn pfen der Sensorereignisse Viele Auswertungen der Analysefahrten basieren auf einer Verkn pfung verschiedener Sensorereignisse Alle Objekte oder Eigenschaften die von einem Sensor gemessen wer den unterliegen zeitlich kontinuierlichen Ver nderungen die von dem Sensor diskret abge tastet werden Die Abtastzeitpunkte der einzelnen Sensoren sind unterschiedlich F r eine Verkn pfung der Sensorereignisse m ssen also die diskreten Abtastzeitpunkte nachtr glich durch Inter polation der Messwerte synchronisiert werden Sind die Abtastzeitpunkte synchronisiert so k nnen diese direkt verkn pft werden Dieses erfolgt in Form eines STAR Schemas mit den interpolierten Messwerten der anderen Sensorereignissen Abb 3 Es werden also f r Auswertungen dynamisch f r ein Auswertefenster Daten in dem STAR Schema erzeugt Sensor 1 Sensor 4 GPS Sensor interpoliert Sensor 5 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 6 Abb 3 Verkn pfen der Sensorereignisse mithilfe des STAR Schemas 4 Zusammenfassung Durch die Abstraktion des betriebswirtschaftlichen Anwendungsrahmens des Data Ware house Ansatzes wurden hieraus einige Techniken auf einen technischen Anwendungsfall mit spatio temporalen Daten angewendet Insbesondere fanden bisher Techniken zur Ablage Anwendung die die Administration sehr erleichtert und die Performance von Auswertungen erheblich beschleunigt hab
47. 3a Damit ist eine leichte Justage der Lampenbaugruppe vor dem LCD m glich 2 1 3 Steuerelektronik Die Steuerelektronik Abb 2c der 3D Kamera besteht im Wesentlichen aus einem Con troller zur Ansteuerung des LCD und einem zweiten Controller der alle wesentlichen Funktionen der 3D Kamera wie Temperatursteuerung Lampen berwachung Lampenle bensdauer Betriebsspannungen berwacht und steuert Die beiden Controller sind im obe ren Teil des Geh uses gegen elektromagnetische St rungen vor allem der UHP Lampe abgeschottet untergebracht Die Bedienung der 3D Kamera erfolgt ber drei Taster und ein zweizeiliges Display 2 2 W rme Management Um ein stabiles W rmegleichgewicht in der 3D Kamera zu gew hrleisten wurde ein Kon zept zur gezielten Abk hlung einzelner Komponenten und dem Abtransport der warmen Luft erarbeitet Problematisch hierbei war vor allem das LCD da dieses die hohe Lichtleis tung des Projektors nur durch eine aktive K hlung bew ltigen kann Luft Ab saugung Luft Einlass LCD Luft Einlass Lampe a b Abb 3 Luftf hrung a gezielte K hlung des LCD b Luftf hrung von vorne nach hin ten Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera 89 2 2 1 Gezielte K hlung Zur aktiven K hlung des LCD wird durch einen L fter ein Luftstrom ber das LCD geleitet Abb 3a Durch den inneren Aufbau des Geh uses wird dieser nach hinten umgeleitet und berstreift dabei die gesamte Lampen
48. A Marbs 2004 Vergleichende Untersuchung zur Genauigkeit und Aufl sung verschiedener Scanner In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscan ning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 82 89 Kern F 2003 Automatisierte Modellierung von Bauwerksgeometrien aus 3D Laserscanner Daten Geod tische Schriftenreihe der Technischen Universit t Braun schweig Heft Nr 19 Luhmann T 2000 Nahbereichsphotogrammetrie Grundlagen Methoden und Anwen dungen Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Mulsow C Schneider D Ullrich A amp N Studnicka 2004 Untersuchungen zur Ge nauigkeit eines integrierten terrestrischen Laserscanner Kamerasystems In Luhmann T Arsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 108 113 RIEGL Laser Measurement System GmbH 2006 Long Range amp High Accuracy 3D Ter restrial Laser Scanner System LMS Z420 http www riegl com 01 2006 Reale 3D Modelle aus 4D Punktwolken Klaus ROHRBERG Zusammenfassung Mit der technischen Computertomographie steht ein Verfahren mit hoher Aufl sung zur zerst rungsfreien Untersuchung verborgener Strukturen zur Verf gung Da hierbei nicht Fl chen wie beim Scannen mit sichtbarem Licht sondern der Raum durch R ntgenstrahlen erfasst wird m ssen die Methoden zur Fl chenr ckf hrung Filterun
49. Abb 2 248 R Becker 3 Auswertesystem F r die Visualisierung und Auswertung der beiden Datentypen ist ein System erforderlich das Scanner und Bilddaten in demselben Koordinatensystem superimpositiv darstellen kann Das System PHIDIAS ist ein hierf r geeignetes System Abb 3 Die Transformation in das einheitliche Koordinatensystem erfolgt entweder bereits in der Scannersoftware oder kann alternativ f r zus tzlich aufgenommene Bilder im System PHIDIAS durchgef hrt werden PHIDIAS ein vollg ltiges photogrammetrisches Auswertesystem ist in den letz ten Jahren intensiv um Funktionalit ten f r Scannerdaten erweitert worden PHIDIAS ba siert auf dem CAD System MicroStation sodass gleichzeitig alle Funktionalit ten dieses Systems bei der Modellierung der Objekte genutzt werden k nnen Abb 4 CAD irastatlon Laserscanning _ Phoopamnetrische Punktwolke Auswertesystem Aufnahmen A PHIDIAS Differentialgeometrische Extraktion von 30 Objektprimitiven aus Laserscannerdaten als mdl Applikation in C C Abb 3 Visualisierung von Scanner Abb 4 Auswertesystem PHIDIAS und Bilddaten in PHIDIAS 4 Methodik der Modellierung Die reale Welt ist in Modelle zu berf hren Die Modelle basieren auf m glichst einfachen geometrischen Primitiven Sichtbare Teile der Objekte sind die Oberfl chen und die sie begrenzenden Kanten und Ecken Ecken oder andere signifikante Objektpunkte lassen sich durch Ei
50. Abh ngigkeit der Diamant und CBN Korngr en eingesetzt um zwischen der Objektebene und der Optik einen ausreichenden Arbeitsabstand zu haben Damit ist gew hrleistet dass auch bei einer hohen optischen Vergr erung die Oberfl chen von konvex und konkav gekr mmten Werkzeugen vermessen werden k nnen Die Ansteuerung der Bewegungsachsen in X Y und Z Richtung wird ber eine entsprechende Interface Karte in einem PC sichergestellt 102 H W Lahmann und M St ckmann Um den zu erfassenden Objektausschnitt f r die Kamera gegen ber einem herk mmlichen Mikroskop zu erh hen wurde in das Messsystem eine R ckvergr erung von 0 5 einge baut Zur Bedienung des Oberfl chenmessger tes wurde in der GFE die Software Surf Control entwickelt welche interaktiv zu bedienen ist Es ist dazu in einer Teach in Routine der Messablauf vorzugeben wodurch neben den jeweiligen Koordinaten auch produktspezifische Einstellungen separat abgespeichert werden wie z B die eingesetzte Vergr erung und die Korngr e Somit kann das System anschlie end automatisch und zeiteffektiv die Messungen durchf hren Weiterhin ist ein 3D Viewer integriert mit dem sich die Messdaten veranschaulichen lassen Abb 8 Abb 8 Ergebnisdarstellung mit dem 3D Viewer Quelle GFE 5 Ger tesystem OMG3 und Anwendungen Auf der Basis des vorgestellten Messsystems einschlie lich der Software wurde durch die GFE ein modular aufgebautes Ger tesystem re
51. Die eingesetzten Technologien Instrumente und Soft ware erm glichten eine detaillierte und exakte Rekonstruktion des Objektes mit einer Genauigkeit von 1 2 cm Die kombinierte Auswertung mit PHIDIAS auf einem Standard Notebook mit Doppelbildschirm erwies sich als sehr effizient da eine direkte CAD Anbindung f r die weitere Modellierung vorhanden war Im Zeitalter der digitalen Pho togrammetrie ist es aber unverst ndlich dass in PHIDIAS immer noch eine innere Orientie rung gemessen werden muss wenn die Pixel und die Chip Gr e der Kamera bekannt sind Das Laserscanning bereitete beim schwarzen Schieferdach der Turmspitze Probleme da von dort kaum reflektierte Laserimpulse zur ckkamen sodass f r diesen Bereich eine reine photogrammetrische Auswertung erfolgen musste der wegen des Aufnahmeabstandes leicht ungenau modelliert wurde F r Anwendungen in der Architektur z B Bauwerkser fassung lohnt es sich den Laserscanner bei einer steingerechten Auswertung oder bei der Erfassung von Objektdetails wie Skulpturen und Ornamente in Kombination mit der Pho togrammetrie einzusetzen wenn man die Objekte mit einer sehr hohen Punktdichte erfassen kann Diese Objektdetails kann man dann ber einfache Schnitte im CAD modellieren Das steingerecht ausgewertete und konstruierte 3D Volumenmodell des Westerturmensem ble und die daraus generierten Visualisierungen stehen dem interessierten Besucher in einem Infoterminal am Westerturm rec
52. Er hei t Azimu tencoder Der zweite beschreibt die Spiegeldrehung und ist an der Spiegel drehachse justiert Seine Nullstellung ist entlang der negativen Richtung der Stehachse Er hei t Elevationsencoder Diese beiden Encoder definieren ein Kugelkoordinatensystem welches En u esis dan eee coderkoordinatensystem genannt wird i s Abb 2 i a Der Blickbereich des IMAGER 5003 betr gt 360 im Azimut und 320 im Elevationswinkel Um folglich einen Abb 2 Die Abbildung zeigt die Nullposition Panorama Scan aufzunehmen ist zwar und Richtung des Azimut und Ele eine volle Drehung im Elevations aber vationsencoders bzgl des Scanner nur eine 180 Drehung im Azimutwin koordinatensystems Die Schraffur kel n tig Durch den Elevationswinkel linien markieren die zweite Lage wird jeder Scan in zwei Teile geteilt siehe Text Der erste Teil beinhaltet alle Daten mit einem Elevationswinkel kleiner oder gleich 180 und hei t Aufnahme in erster Lage wohingegen alle Scanpunkte mit einem Elevationswinkel gr er als 180 mit Aufnahme in zweiter Lage bezeichnet werden Indem also ein Scan mit einem Az mutwinkel von 360 aufgenommen wird und 320 Elevati 348 T Abmayr F H rtl M Breitner M Ehm und C Fr hlich onswinkel wird die Umgebung doppelt gescannt sowohl in erster als auch in zweiter Lage Zus tzlich zu den Entfernungswerten misst das System auch die Reflektivit t der gescann ten Oberfl che und l
53. Ergebnisse bringen Als Werkzeug zur Verwaltung der Daten wurde eine relationale Datenbank ausgew hlt Dieser Beitrag stellt die Ablage gro er Datenmengen f r Analysezwecke mithilfe von Techniken des Data Warehouses vor 1 1 Das Projekt Fahrerleistungsdatenbank Die Fahrerleistungsdatenbank der Volkswagen AG ist ein Instrument der Beobachtung normalen unkritischen Fahrerverhaltens Hierbei werden auf einer hochpr zise vermesse nen Referenzstrecke im ffentlichen Stra enverkehr Probandenfahrversuche durchgef hrt Aufgabe der Probanden ist so zu fahren wie sie es gewohnt sind also normales Fahrver halten zu zeigen Die Fahrversuche finden mit dem ViewCar des DLR statt einem instru mentierten Fahrzeug das neben der Erfassung fahrdynamischer Daten auch eine Fahrum gebungserfassung zul sst Die Fahrten werden als zeitkontinuierlicher Datensatz in einer relationalen Datenbank gespeichert Die Fahrerleistungsdatenbank soll das Verst ndnis von Fahrerhandlungen vertiefen und der Entwicklung von Algor thmen f r Fahrerassistenzsys teme dienen Eine weitere Anwendungsm glichkeit ist die Bereitstellung einer virtuellen Testumgebung f r Fahrerassistenzsysteme und deren Komponenten und Algorithmen TEN ZER 2004 Speicherung von zeitkontinuierlichen Sensordaten am Beispiel Fahrerleistungsdatenbank 141 1 1 1 Die Referenzstrecke Geographisch in der N he von Wolfsburg gelegen wurde ein ca 55 km langer Rundkurs im ffentlic
54. Fachdaten in GI Systemen e G ltige Volumenbeschreibungen z B von durchbrochenen Volumina Haus mit T r erm glichen analytische Berechnungen e Anwendungs spezifische Erweiterungen durch Ableitungen der CityGML Klassen sind m glich e Gute Aktualisierbarkeit durch Erhalten von Struktur und Semantik von Objekten e Bez ge zu externen Datenquellen z B ALKIS CAD Architekturmodellen etc Ausf hrliche Informationen zu CityGML finden sich unter www citygml org 2 Anforderungen an 3D Modelle f r die Navigation Ein zunehmend interessanter werdender Anwendungsraum f r 3D Stadtmodelle ist die Navigation Der enorme Bedarf an qualitativ hochwertigen 3D Daten in diesem Sektor f hrt dazu dass auch kommunale Tr ger diesen Markt bei der Bereitstellung von 3D Stadtmodellen nicht bersehen sollten F u r ZZ u u Abb 5 Navigationsmodell einer Ferienanlage in Phoenix USA GTA Geoinformatik GmbH Die Anforderungen an ein 3D Stadtmodell f r die Navigation entsprechen weitgehend denen die bereits f r das Stadtmarketing beschrieben wurden die Hersteller von Navigati onsdaten gehen damit ber die Forderungen von Coors et al hinaus Es m ssen allerdings folgende zus tzliche Bedingungen erf llt sein Vergleich von Anforderungen an 3D Stadt und Geb udemodelle 279 e Geometrische Konsistenz mit Navigationsdaten Stra endatenbanken e Geringes Datenvolumen z B 100 kB f r herausragende Einzelgeb
55. Fehler beseitigt sind 226 K Rohrberg 5 2 Aufbereitung der Voxeldaten Im Histogramm wird die H ufigkeitsverteilung ber den Absorptionswerten aufgetragen Die m vorliegenden Fall auftretenden Absorptionsmaxima A D k nnen den vier in der Probe vorkommenden Materialien zugeordnet werden Histogramm lag P E E i b at e 5 zusam dee a ss i m Li z Li b i b m Li Li b z m Li Li EEG A ngahl inal IT ur ee a ree i d z Si K s Mi 4 i ai IEJ sie lem 1 a A B C D Abb 2 Histogramm Durch Vergleich der den Absorptionswerten zugewiesenen Grauwerte bzw Farben im Histogramm mit der Farbdarstellung der Voxelwolke ist diese Zuordnung leicht m glich Tabelle 1 Zuweisung der Materialien zu den Absorptionsmaxima im Histogramm Beim n chsten Schritt werden nur die Voxel des interessierenden Materials selektiert Farbige Abbildungen siehe Vortragsfolien auf der dem Buch beigelegten CD Reale 3D Modelle aus 4D Punktwolken 221 5 3 Erzeugung von Fl chen mit Polygonen Modelle k nnen nicht aus Punkt oder Voxelwolken gefertigt werden Dazu wird die Be schreibung eines K rpers ben tigt K rper wiederum lassen sich am einfachsten durch ihre Oberfl che beschreiben Solche Fl chen k nnen gebildet werden indem alle Punkte auf der Au enhaut mit ihren n chsten Nachbarn verbunden werden 1 Es stehen daf r
56. Fehler vor der Messung mit einer geeigneten Messanordnung zu bestimmen und dann die Ergebnisse aus einem Scanvorgang in einer Lage rechnerisch zu korrigieren F r diese Strategie wird gezeigt wie sich die Fehler aus einer berbestimmten Konfiguration mithilfe einer Ausgleichung nach kleinsten Quadraten bestimmen lassen Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse 175 2 Instrumentensystem und polares Messsystem Da die gebr uchlichen Begriffe f r die Achsen und Teilkreise eines polaren Messsystems an die Lotrichtung gebunden sind werden diese nun wie in STAHLBERG 1997 durch Begriffe ersetzt die sich nur auf das Instrument selber beziehen s Abb 1 Ein polares Messsystem wird als Realisierung eines lokalen Koordinatensystems Instrumentensystem angesehen das beliebig orientiert sein kann Da die Realisierung eines abstrakten Systems jedoch n e perfekt gelingen kann erh lt man aus der Messung mit einem polaren Messsys tem zu einem Punkt P statt der gesuchten Gr en A und Q die Werte und s Abb 1 E73 2 Drehachse Kippwinkel Zielachse _ ___ _ PP Ser ug ern Kippachse P l l ae Kippkreis Oge P 4 TN A fa 38 Drehkreis w Drehkreisrichtung TI Richtung Nullmarke r Nullmarke Ablesemarke Abb 1 Instrumentensystem Modell und polares Messsystem Realisierung Aus einer Vielzahl mechanischer Unzul nglichkeiten bei der Realisierung des Instrum
57. Fr sbahnberechnung bergeben Vom Steinmetz wurde ein geeigneter Sandstein Rohblock ausgew hlt Abb 6 Originalfigur mit aufgespachtelten Erg nzungen Sandsteinrohblock 1 Tonne Zum Fr sen der Figur waren zwei Aufspannungen erforderlich Dabei wurde zuerst die R ckseite mit zuvor in der Software ankonstruierten Auflagebalken gefertigt Anschlie end wurde die Figur umgedreht um die Vorderseite zu bearbeiten Abb 7 Fr sen der R ckseite mit ankonstruierten Balken Fr sen der Vorderseite Das Fr sen erfolgte in zwei Arbeitsschritten Nach dem groben Vorfr sen Schlichten werden mit einem feineren Werkzeug die Konturen nachgearbeitet Es bleibt jedoch ein Aufma von 3 mm zur h ndischen Nachbearbeitung 330 S Adolfund M Barnes Abb 8 Detail grobes Schlichten Detail fertiges Fr sen mit 3 mm Aufma Ein detaillierteres Fr sen der Figur w re technisch zwar machbar wirtschaftlich ist es bei Skulpturen dieser Gr e aber sinnvoller die letzte Ausarbeitung h ndisch vorzunehmen Abb 9 H ndische Ausarbeitung des Fr srohlings mit 3 mm Aufma Durch das 3D Scanning und das Vorfr sen mittels CNC Technik werden wesentlich exak tere Kopien von Skulpturen m glich als durch das herk mmliche h ndische Kopieren durch Punktieren Das Fr sen eines Rohlings mit einem bestimmten Aufma nutzt die Vor teile der Technik wirtschaftlich aus wobei dem Steinmetz die letzte Ausarbeitung obliegt Abb 10 Detail Or
58. Geometrische bzw visuelle die Textur betreffende Richtigkeit einerseits und die Voll st ndigkeit der Aufnahme andererseits sind zu berpr fen Verschiedene Werkzeuge erlau ben dies w hrend der Aufnahme s Abb 8 Kontrolle des Aufnahmeprozesses Pr fung Pr fung der geometrischen Richtigkeit der Vollst ndigkeit Koordinatendifferenzen Anzeige der tachy berlagerung des Bildes Sukzessive 3D zwischen ber Bildklick metrisch ermittel mit alphanumerischer Modellbildung berechneten und danach ten Punktposition und graphischer unter AutoCAD automatisch angesteuert im Bild Information entsprechend und gemessenen Punkten dem Messungsfortschritt T Position der Totalstation K Kamerapositionen Aq 1 3 cm Ah 0 8 cm As 0 5 cm Abb 8 Qualit tskontrolle Besonders wenn Koordinaten aus dem Zusammenwirken tachymetrischer und photogram metrischer Messung hervorgehen h ngt die Genauigkeit von der u eren und der inneren Orientierung sowie der Definition der rtlichen Geometrie aus tachymetrischer Messung ab Neben der visuellen berpr fung zwischen gemessenem Punkt und Punktlage im Bild k nnen Koordinaten dadurch kontrolliert werden dass die Totalstation nach dem Klick ins Bild mit anschlie ender Berechnung automatisch den entsprechenden Punkt am Objekt anf hrt Differenzen lassen sich als Tiefen und Querablage darstellen Neben der Kon trolle der Geometrie und der Anpassung zwischen Textur un
59. Industrielle Anwendungen hochaufl sender Computertomographie 10 Anwenderforum RPD amp M Fraunhofer Gesellschaft IPA 28 9 2005 Stuttgart 4 Hoschek J 1992 Grundlagen der geometrischen Datenverarbeitung 2 Auflage B G Teubner Stuttgart 5 4 Seite 1 33 Transformation r umlicher Objekte Projektionen 6 4 Seite 369 ff Scattered Data Interpolation 7 4 Seite 435 ff Multivariate Darstellungen 8 Luhmann T 2003 Nahbereichsphotogrammetrie 2 berarbeitete Auflage Her bert Wichmann Verlag Heidelberg 9 8 Seite 29 50 Koordinatentransformationen 10 Sedgewick R 1993 Algorithmen in C Dalaunay Triangulation Addison Wesley 1 Nachdruck 457 ff Laserscanning Anwendungsbeispiele 3D Aufbau und Nutzung virtueller Welten im Anlagenbau Wolfgang BECKER Romy DIETRICH und Manja LEOPOLD Zusammenfassung Die imp GmbH besch ftigt sich seit l ngerer Zeit mit der 3D Dokumentation von Indus trieanlagen auf Basis von Laserscanningdaten speziell in der Energiewirtschaft Wirtschaftlichkeit und Nutzen waren Motivation zur Innovation Warum sollte man funktionierende Prozesse in der 2D Dokumentation ndern Nur wenn unter der Ber cksichtigung einer Kostenreduktion neue moderne aber bereits bew hrte Technologien mit Zukunft einen Mehrnutzen mit neuen M glichkeiten und damit einen Mehrwert zur Folge haben Es zeigte sich aus den Erfahrungen der imp GmbH aus den letzten Jahren schnell dass b
60. Kamerakoordinatensys Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 351 tem K a und mit Z den oben eingef hrten Basiswechsel von X N in das um a gedrehte Koordinatensystem Ko Die darauf folgende perspektivische Projektion von K auf die normalisierte Bildebene wird durch x n 0 0 22 f r z 0 12 202 definiert Weiter bezeichne oc IR IR mit P SCHE p 9 lc s P C S qn 13 die Transformation von der normalisierten Bildebene auf die reale Bildebene sowie den bergang von metrischen Koordinaten in Pixelkoordinaten Dabei beschreibt c c die Lage des Bildhauptpunktes und s den Skalierungsfaktor und damit die Brennweite und Pixelausdehnung Sind die Pixel quadratisch so gilts s In dem hier verwendeten Modell nach Zhang wird sowohl radiale als auch tangentiale Verzeichnung korrigiert So definiert mit r 4 p gt 47 2 p tedar 2 p q A r gt 2p Pas P4 gt 9a 14 2 142 m 4 r 2q 2A p q i l die Riickprojektion eines verzeichnungsfreien Punktes P q in einen verzeichnungsbe hafteten Punkt Pada Da R durch eine orthogonale Matrix und damit durch drei Parameter beschrieben werden kann bekommen wir insgesamt 15 Parameter die das Modell beschreiben a gibt nach Aufbau des Setups vgl Kapitel 2 2 die aktuelle Position des Az mutwinkels an und ist somit bekannt K K 4 45 5 58 5C C sind kameraspezifisch und hei en innere Ka
61. Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Lindstaedt M amp T Kersten 2005 Ein virtueller Klon fiir Helgolands Lange Anna durch terrestrisches Laserscanning In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscan ning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 216 223 Mensi 2004 GS 100 3D laser scanner www mensi com website2002 gs100 asp Sternberg H Kersten T amp N Conseil 2005 Untersuchungen des terrestrischen Laser scanners Mensi GS100 Einfluss unterschiedlicher Oberfl cheneigenschaften auf die Punktbestimmung In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Opti sche 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 56 65 Dokumentation und Visualisierung einer Tempelanlage auf Basis von Laserscanning und Photogrammetrie Nicole OBERTREIBER und Volker STEIN Zusammenfassung Im Rahmen einer Diplomarbeit am Fachbereich Vermessungswesen und Geoinformatik der Fachhochschule Bochum in Kooperation mit den Universit ten K ln und T bingen ist der terrestrische Laserscanner Imager 5003 der Firma Zoller Fr hlich zur Erfassung einer Tempelanlage eingesetzt worden Die beiden Technologien Photogrammetrie und Laser scanning sind zur gro fl chigen geometrischen Dokumentation und Visualisierung dieser Tempelruine genutzt
62. Messergebnis der gleichen Stufe jedoch mit einer anschlie en den Phasenauswertung Hier wird die Kante ohne den Batwing Effekt gemessen Aller dings kann es bei der Phasenauswertung durch die berlagerung der beiden Signale zur Bildung einer Mischphase kommen die zu einem virtuellen Messpunkt zwischen den bei 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie 83 den H henniveaus f hrt Die beiden unteren Diagramme zeigen den Unterschied zwischen H llkurven und Phasenauswertung nochmals im Detail id il a E i x I nn nn a M 08 Oo ETEA ee Pen oO 1 u F pan Li 1 1 ME ee a b da mn i we S14 i j F f thal a ti o gt i Abb 12 Batwing Effekt an einer Stufe 4 Ausblick Liniensensor zur Vermessung von zylindrischen Objekten Die oben dargestellten Messergebnisse zeigen dass sich das Messsystem MarSurf WS1 zur 3D Topographie Erfassung von einer ganzen Reihe optisch rauer sowie optisch glatter Oberfl chen eignet wobei das Material keine wesentliche Rolle spielt Einen Sonderfall stellen hierbei zylindrische Messobjekte dar die ber den gesamten Umfang zu vermessen sind Ein aktuelles Anwendungsbeispiel aus der Automobilindustrie ist die Erfassung der Oberfl chentopographie von Einspritznadeln Allein aufgrund des mikroskopischen Mess feldes gestattet das vorgestellte Messsystem keine hohen Messgeschwindigkeiten f r den beschriebenen Anwendungsfall Aus diesem Grund verfolgt die Fir
63. Ober gypten pagina GmbH T bingen Herstellerforum 3D Nahbereichscanning f r die Denkmalpflege Stephanie ADOLF und Michael BARNES Zusammenfassung Das Ersetzen von gef hrdeten Steinskulpturen im Au enbereich ist durch die immer ag gressiveren Umwelteinfl sse in den letzten Jahren ein dringliches Thema f r die Denkmal schutzbeh rden geworden Dabei ist die gelungene Umsetzung von Kopien besonders unter dem wachsenden Kostendruck als problematisch f r den Denkmalschutz anzusehen Der folgende Beitrag beschreibt eine Prozesskette die moderne Techniken wie das 3D Scannen und das CNC Fr sen sinnvoll mit der h ndischen T tigkeit des Bildhauers verkn pft Auf diese Weise k nnen technische und menschliche Ressourcen zum gegenseitigen Vorteil genutzt werden um wirtschaftlich hochwertige Kopien von Skulpturen zu erstellen Die gewonnenen Messdaten bieten au erdem einen zus tzlichen Nutzen f r Marketingzwecke f r St dte und Gemeinden durch die Herstellung von Miniaturen oder Animationen 1 Projekt Die im Au enbereich aufgestellte Sandsteinfigur Faun rechts im Bild wird sowohl direkt als auch indirekt bewittert Im Laufe der Zeit wurden an der Figur Sch den festge stellt welche den Ersatz der Skulptur durch eine Kopie in der ffentlich zug nglichen Ju gendstilbrunnenanlage in Bad Nauheim erforderlich machte Die Kopie der ca 1 80 x 0 6 x 0 4 m gro en Figur sollte in Originalgr e und Originalmaterial Sandstein
64. Oberfl che eindeutige H henwerte zuordnen zu k nnen wird breitbandiges Licht Wei licht mit einer Koh renzl nge von wenigen Mik rometern verwendet Erfolgt die Beleuchtung mit wei em Licht anstelle von Laserlicht ergibt sich der in Abbildung 3 gezeigte Intensit tsverlauf Beim Verschieben eines der beiden Spiegel kommt es wiederum zu einem kosinusf rmigen Intensit tsverlauf der je doch zus tzlich mit einer Gau funktion moduliert ist Sind die optischen Wegl ngen von Mess und Referenzstrahl exakt gleich so erh lt man das Maximum der dargestellten H ll kurve Ist die optische Wegl ngendifferenz gr er als die Koh renzl nge der verwendeten Lichtquelle l sst sich keine Interferenz mehr beobachten tin nd Yan MW Abb 3 Intensit tsverlauf und Interferogramm bei inkoh renter Beleuchtung Der Verlauf der Gesamtintensit t kann bei Verwendung einer inkoh renten Lichtquelle n herungsweise durch folgende Gleichung beschrieben werden 78 J Niehues T Lorenz P Lehmann K Bobey und L Brekerbohm 52 Ip I 1 V cos 2 2 exp 2 2 1n2 12 C Der erste Term der Gleichung GEBURTIG 2002 enth lt die Summe der Einzel Intensit ten w hrend der zweite Term mit der Sichtbarkeit V engl Visibility der Interferenzstreifen die Modulation beschreibt die sich aus dem kosinusf rmigen Tr gersignal und einer gau f rmigen Einh llenden zusammensetzt Letztere kann als Fouriertransformierte der spektra le
65. Optimierungsprob lem gel st Das hier vorgestellte Fehlermodell basiert auf der Minimierung des quadratischen Fehlers zwischen korrespondierenden Punkten in Scan und Bildern Deren pr zise Bestimmung wird im n chsten Abschnitt erl utert Die vorgestellte Methode basiert auf einem korrelati onsbasierten Ansatz 4 Lokale Suche von Punktkorrespondenzen Bezeichne jetzt mit d j ev NZ iz ii h eine Einzelmessung eines Scans mit died ant einen Scan und mit S tt ins Ua X Wan Vna VE S einen Aus schnitt des Scans Werde S so gew hlt dass darin eine markante Umgebung liegt Be zeichne weiter mit d vaT alaha den in dieser Umgebung liegenden ge suchten Messpunkt und mit p u ko Vh den zu d korrespondierenden Punkt im k ten Bild J Im Folgenden wird gezeigt wie das Tupel dy p pr zise gefunden werden kann Beachte hierbei dass nicht gefordert wird dass d markant ist Es wird nur gefordert dass d in einer markanten Umgebung liegt Um den formalen Notation zu erleichtern wird im Folgenden das Farbbild als Grauwertbild interpretiert Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 353 MA Abb 3 Bild a zeigt links das Reflektivit tsbild des Scanauschnittes daneben das in das Scannerkoordinatensystem transformierte Farbbild 5 Bild b zeigt die Gra dientenbetragsbilder Die roten Kreuze markieren die Position optimaler ber einstimmung das pinke Kreuz in a
66. T Osten W Gesierich A amp W J ptner 2002 Compact 3D Camera Proc SPIE Vol 4778 Burke J Bothe T Osten W amp C Hess 2002 Reverse engineering by fringe projection Proc SPIE Vol 4778 Luhmann T 2003 Nahbereichsphotogrammetrie Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Algorithmen Speicherung von zeitkontinuierlichen Sensordaten Laserscanner am Beispiel Fahrerleistungsdatenbank Frank EHRICH und Axel TENZER Zusammenfassung Bei der Verarbeitung von Sensordaten insb Laserscannerdaten fallen umfangreiche Da tenmengen an Die Speicherung dieser Daten in einer Datenbank erfordern spezielle Tech niken und Methoden G ngige Ans tze zur Speicherung geospatialer Daten gehen von einer Indizierung der Daten anhand geometrischer Strukturen aus R B ume In diesem Artikel wird die M glichkeit dargestellt bei dem Aufbau geeigneter Datenstrukturen auch andere nicht geometrische Merkmale unter Nutzung von Techniken des klassischen Data Ware houses mit einzubeziehen 1 Einleitung Im Rahmen des Forschungsprojektes Fahrerleistungsdatenbank der Unfallforschung der Volkswagen AG wurden enorme Datenmengen aufgezeichnet ber diese werden Analysen durchgef hrt um das Verst ndnis von normalen Fahrerverhalten zu vertiefen Wichtig hierbei war die Daten m glichst in ihrer reinen unverarbeiteten Form zu spei chern um Informationsverlust zu vermeiden Verbesserte Auswertealgorithmen sollten also verbesserte
67. Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 150 155 Pedrotti F Pedrotti L Bausch W amp H Schmidt 2002 Optik f r Ingenieure Grund lagen Springer Verlag Berlin 846 S Schr der G 1990 Technische Optik Kamprath Reihe Vogel Verlag W rzburg Schwalbe E amp H G Maas 2006 Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Abbera tion bei der Modellierung und Kalibrierung von FishEye Aufnahmesystemen In Luh mann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Bei tr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 122 129 Shortis M R amp H A Beyer 1996 Sensor technology for digital photogrammetry and machine vision In Atkinson K B Ed Close Range Photogrammetry and Machine Vision Whittles Publishing Caithness UK 106 155 Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration bei der Modellierung und Kalibrierung von Fisheye Aufnahmesystemen Ellen SCHWALBE und Hans Gerd MAAS Zusammenfassung Fisheye Objektive unterscheiden sich in ihrer Abbildungsgeometrie grunds tzlich vom in der Photogrammetrie gebr uchlichen Modell der Zentralperspektive Hemisph rische Fish eye Aufnahmen lassen sich durch den Ansatz einer qui angularen Abbildung modellieren Dieses Modell wird erweitert durch Zusatzparameter zur Kompensation von systematischen Fehlern welche durch Abweichungen der physikalischen Realit t des Objektivs vom ma thematischen Grun
68. The Photogrammetric Record Volume 20 September Fryer J G amp D C Brown 1986 Lens Distortion for Close Range Photogrammetry Photogrammetric Engineering amp Remote Sensing 52 No 1 51 58 Fryer J G 1996 Camera calibration In Atkinson K B Ed Close Range Pho togrammetry and Machine Vision Whittles Publishing Caithness UK 156 179 Hastedt H Luhmann T amp W Tecklenburg 2004 Modellierung hochaufl sender digita ler Kameras im Hinblick auf ihre Verifizierung nach VDI VDE 2634 In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 72 79 Kaufmann V amp R Ladst dter 2005 Elimination of color Fringes in digital photographs caused by lateral chromatic aberration XXth International CIPA Symposium Luhmann T 2003 Nahbereichsphotogrammetrie Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Lyon R amp P Hubel 2002 Eyeing the Camera Into the Next Century IS amp T TSID 10 Color Imaging Conference Proceedings Scottsdale Az USA 349 355 Peipe J 1995 Photogrammetric investigation of a 3000 x 2000 pixel high resolution still video camera ISPRS Intercommission Workshop From Pixels to Sequences Zii rich Peipe J 2005 Entwicklungstendenzen in der digitalen Fotografie In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D
69. W Tecklenburg Bayer RGB Sony RGBE Fuji SuperCCD Foveon X3 Abb 1 Layout verschiedener Farbsensoren Eine ganz andere Technologie wird mit den Foveon Sensoren angeboten die ber drei bereinander liegenden Farbschichten ausgestattet sind Hierbei erh lt jedes Pixel an einer Stelle x y per se einen eigenen RGB Wert sodass das geometrische Aufl sungsverm gen dieser Sensoren etwa um den Faktor 2 besser ist als das herk mmlicher Farbsensoren LYON amp HUBEL 2002 Diese Sensoren sind jedoch heute nur bis zu einer Anzahl von 2268 x 1512 Pixel erh ltlich 3 Optische Abbildungsfehler 3 1 Verzeichnung Verzeichnung entsteht in praktisch jedem Objektiv durch Brechungs nderungen Dispersi on an asymmetrisch aufgebauten Linsensystemen sowie durch Einbau einer Blende Je nach Position der Blende entsteht tonnen oder kissenf rmige radial symmetrische Ver zeichnung eine zentral angebrachte Blende in einem symmetrisch aufgebauten Objektiv f hrt zu einer praktisch verzeichnungsfreien orthoskopischen Abbildung siehe Abb 2 Da Brechungs nderungen wellenl ngenabh ngig sind ist somit auch die Verzeichnung eine Funktion der Wellenl nge bersicht in LUHMANN 2003 tonnenf rmig el anur orthoskopisch y kissenf rmig Abb 2 Radial symmetrische Verzeichnung in Abh ngigkeit der Blendenposition Zur Nutzung von RGB Farbkan len f r die hochgenaue 3D Punktbestimmung 115 Neben
70. Wahrscheinlichkeit p sicherzustellen dass mindestens einmal eine ausrei erfreie Teilmenge aus s Punkten gezo gen wird wobei e der Anteil an Ausrei ern in den Daten ist ben tigt man mindestens los 1 p N log 1 1 23 Iterationen Insbesondere ist die Anzahl der Iterationen exponentiell von der Gr e der Teilmenge s abh ngig Konkret bedeutet das dass wenn man von einem Ausrei eranteil von 50 ausgeht und die gew nschten Erfolgswahrscheinlichkeit p 99 betr gt so ben tigt man f r s 9 Punkte N 2356 Iterationen f r s 8 Punkte N 1177 Iterationen f r s 7 Punkte N 588 Iterationen f r s 6 Punkte N 293 Iterationen und f r s 5 Punkte N 146 Iterationen Wie man sehen kann ist der Laufzeitunterschied deutlich wenn man mit Ausrei ern in den Daten rechnen muss und versch rft sich je h her die Ausrei er quote ist Das h ufig vorgebrachte Argument man habe beim Laserscanner sowieso immer ausreichend viele Punkte zur Verf gung setzt daher vollst ndig und fehlerfrei segmentierte sowie ausrei erfreie Daten voraus was zurzeit nur durch aufw ndige und teure semi automatische Auswerteverfahren erreicht werden kann Das RANSAC Verfahren l sst sich auch f r die modellgest tzte Segmentierung von Punktwolken einsetzen Betrachtet man alle Punkte die nicht zum selben Segment geh ren als Ausrei er einer Sch tzung so kann man wie folgt verfahren Man sch tzt zun chst robust d
71. Weitere Verformungen lassen sich erahnen um allerdings genaue Aussagen treffen zu k nnen m ssen immer die Messgenauigkeiten des Laserscanners ber cksichtigt werden 296 K Ratke Rotationsellipsoid Original Punktwolke o gt Verbesserungen SUfach berh ht 104 BEN on ee 103 102 koordinate m 101 Es g4 g0 ne e 102 100 Y Koordinate m Koordinate m Abb 9 Rotationsellipsoid mit Punktwolke und Verbesserungen Abb 10 Ellipsoidische Koordinaten der Futuro Punktwolke 3 4 Modellierung mit Allplan Allplot FT Um die meisten Objekte von Futuro zu modellieren wurde die CAD Software Allplan benutzt Haupts chlich wurde das Modul Modellieren 3D verwendet Die Grundlage der Modellierung bilden die mit Matlab berechneten Halbachsen der Futuro Schale die aus Cyclone herausgegriffenen Objektparameter wie z B Distanzma e sowie die ebenfalls aus Cyclone exportierten Querprofile und Schnitte Die letzteren werden in Allplan mit Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matt Suuronen 297 einfachen Elementen wie Geraden Kreisb gen Ellipsen usw nachgebildet und dienen somit als Basis f r Konstruktion von 2D Fl chen welche die Umrisse der zu modellieren den Objekte darstellen Aus den 2D Fl chen k nnen Rotations bzw Translationsk rper gebildet werden Diese K rper werden als Grundk rper bezeichnet da sie noch nicht die wahren Objekte wiedergeben F r die Be
72. ausgewerteten Abweichungen von den nominalen Parametern der Refe renzzylinder bei der Versuchsanordnung POSITIONEN Abweichungen von Ausgewertete Abweichungen Nominalwerten der geometr Parameter 7 2 Die Auswertung der Versuchsanordnung ENTFERNUNGEN Bei der Auswertung dieser Versuchsanordnung betrachten wir die Erhaltung der geometri schen Parameter des Modells aus dem TLS in Abh ngigkeit von der Entfernung Daraus ergibt sich dass besonders die Gr enordnung der nderung des geometrischen Parame ters beobachtet wird Tabelle 3 und 4 enthalten die Bereiche in welchen die Werte der einzelnen geometrischen Charakteristiken mit der Entfernung schwanken Die grafische Darstellungen der Abweichungen von den nominalen Werten in Abh ngig keit der Entfernung der RK und des TLS haben einen schwankten Verlauf Bei manchen Abweichungen zeigten sich die gr eren Werte der Abweichungen bei gr eren Entfer nungen und au erhalb der empfohlenen Reichweite des angegebenen TLS Tabelle 3 Die ausgewerteten Abweichungen von den nominalen Parametern der Refe renzquader bei der Versuchsanordnung ENTFERNUNGEN Abweichungen von Nominalwerten der geometr Parameter Mittelwert A Ausgewertete Abweichungen Genauigkeits berpr fung terrestrischer Laserscanner mittels Referenzk rper 173 Tabelle 4 Die ausgewerteten Abweichungen von den nominalen Parametern der Refe renzzylinder bei der Versuchsanordnung ENTFERNUNGEN Abweichungen
73. beiden konstant gleich dem Reziprokwerte des Zylinderradius Abb 5 Im linken Bild zeigt sich die von Null verschiedene Hauptkr mmung des Zylin ders mit der dunklen Einf rbung Abb 5 Maximale links und minimale rechts Hauptkriimmungen an Ebenen und Zy lindern hell kleine Betr ge dunkel gro e Betr ge Die aggregierten Punkte werden zur Parametrisierung einer Ausgleichung zugef hrt Aus rei er in den Punktdaten werden durch Ausrei ertests eliminiert Ergebnis sind ebene bzw zylinderf rmige Fl chen Abb 6 und 7 Abb 6 Extrahierte ebene Abb 7 Extrahierte zylinderf rmige Fl che Fl chen 4 1 Einzelpunktmessung Bei der Einzelpunktmessung wird aus der photogrammetrischen Aufnahme visuell ein Bildstrahl ausgew hlt Dieser wird mit einer Ebene berechnet aus den Scannerpunkten einer r umlichen Umgebung um den Bildstrahl geschnitten Bild und Scannerdaten wer 250 R Becker den unter Nutzung ihrer Vorteile bez glich h herer Aufl sung des Bildes senkrecht zur Bildstrahlrichtung bzw der hohen Entfernungsmessgenauigkeit der Scannermessung kom biniert genutzt Das Verfahren bietet gute Ergebnisse insbesondere auf ebenen Fl chen 4 2 Lineare und punktuelle Elemente Punktuelle und lineare Elemente wie Ecken Kanten und Profile werden um m glichst viele Messdaten zu nutzen als Schnitte der angrenzenden Fl chen bzw als Schnitte der Objektoberfl chen mit der festgelegten Profilebene bestimmt Die gen
74. bewegt 3 2 Bearbeitung von CT Daten Als Ergebnis einer CT Aufnahme erh lt man eine dreidimensionale Matrix Sie bildet den Untersuchungsraum ab und enth lt in jeder Zelle den Absorptionswert des entsprechenden Volumenelements Die Gr e eines Voxels entspricht der erzielten r umlichen Aufl sung Um den Absorptionsbereichen die verschiedenen in der Probe vorkommenden Materialien zuordnen zu k nnen wird ein Histogramm erstellt d h man tr gt die H ufigkeit der Werte ber der Grauwertskala auf Je nach Beschaffenheit der Probe hat die Kurve des Histogramms mindestens zwei Maxima Zu jedem Maximum geh rt ein bestimmtes Mate rial der Probe Falls das Untersuchungsobjekt nur aus einem Material besteht k nnen die beiden Maxima der Luft und dem Probenmaterial zugewiesen werden Bei komplizierteren Proben werden die Grauwerte durch Farben ersetzt da das menschli che Auge farbige Abstufungen wesentlich besser unterscheiden kann als reine Grauwerte Parallel wird die Farbskala auch an der Grauwertskala des Histogramms angebracht Ver gleicht man nun die eingef rbte Punktmatrix in einer 3D Darstellung so f llt die Zuord nung der einzelnen Absorptionsmaxima zu den Materialien im Allgemeinen nicht mehr schwer Als weitere Hilfe kann man die Anzeige auf Punkte einschr nken deren Grauwerte in der Umgebung eines Maximums liegen Die Konturen und das zugeh rige Material tre ten nun in der Abbildung klar hervor Weitere Abbildungen zu
75. chenver teilung abh ngt Abb 5 zeigt den st ckweise linearen Verschiebungsverlauf bei einem senkrechten Riss Aus der gleichen berlegung folgt dass bei Rissneigung der Verlauf im Rissbereich linear und im bergangsbereich quadratisch ist Verschiebung Fensterbreite Abb 5 Darstellung der Verschiebung und Messung ber einen Riss Die durch einen Riss verursachte geringe Verschiebungsdifferenz wird als verrauschte Rampe dargestellt Abb 3c Daher wird f r die Risserkennung die Untersuchung der Qua lit t der Anpassung vorgeschlagen 3 5 Risserkennung mittels LSM Die Qualit t der erreichten Anpassung wird blicherweise ber die Differenz der Grauwerte aus Musterbild f x y und Suchbild g x y ermittelt v f Y 9 Y 4 Wird Xv als Abbruchkriterium der Iteration des LSM vorgegeben l sst sich aus der An zahl der ben tigten Iterationen bis zum Unterschreiten dieses Grenzwertes ein Wert f r die Ubereinstimmung zwischen Muster und Suchbild ermitteln Abb 6 zeigt die Anzahl der Iterationen als Grauwertverteilung um einen Riss Hierbei ist zu beachten dass die Anzahl der ben tigten Iterationen auch von den N herungswerten abh ngt sich aber nicht sprung haft ndert Der Durchmesser des durch den Riss beeinflussten Korridors ist von dem Untersuchungs ausschnitt abh ngig Er entspricht der Einh llenden der kumulierten Rechteckabtastung Eine Risserkennung mittels Schwellwert und Thinningverfahren is
76. d h unkomprimierte Bilddaten in voller geometrischer und radiometrischer Aufl sung oder in einem standardisierten Bildformat TIFF JPEG das verlustfreie oder verlustbehaftete Kompressionsverfahren durchlaufen hat Farbdigitalkameras arbeiten in der Regel nach einem der beiden folgenden Prinzipien bersicht in LUHMANN 2003 a Trennung der RGB Information durch Farbfiltermasken die unmittelbar vor der licht empfindlichen Sensorfl che angebracht sind b Trennung der RGB Information in einem Echtfarbsensor der analog zum analogen Farbfilm drei Halbleiterschichten f r je eine Grundfarbe besitzt Bei der unter a genannten M glichkeit werden Filtermasken eingesetzt die benachbarte Pixel nur f r jeweils einen Wellenl ngenbereich sensibilisieren Die bekannteste Filtermas ke ist das sog Bayer Muster das in einer 2 x 2 Pixelumgebung ein Pixel f r rot ein Pixel f r blau und zwei Pixel f r gr n aktiviert siehe Abb 1 Die verst rkte Betonung f r gr n ist dadurch begr ndet dass das menschliche Auge f r gelbgr ne Farben am empfindlichs ten reagiert In j ngerer Zeit werden auch Kameras angeboten deren Farbfiltermasken f r die Grundfarben rot gr n blau und cyan Emerald ausgelegt sind Neben der regelm i gen Anordnung von Farbpixeln in Zeilen und Spalten existieren bei den Kameras der Firma Fuji auch Sensoren mit unterschiedlich gro en oder diagonal angeordneten Sensorelemen ten 114 H Hastedt T Luhmann und
77. dabei maximal 1 mm am Objekt abbilden Rech net man die Aufnahmeplanung f r eine Kamera mit einem hochaufl senden Digitalriickteil mit 33 Megapixeln werden alle Projektvorgaben erf llt Rechnet man die Aufnahmepla nung jedoch fir die gleiche Kammer und einem Versatz der Hauptpunktlage um 8 mm so stellt man fest dass die Stereoflache gr er ist als im ersten Fall An Stelle von 60 berlappung werden 75 bei gleich bleibendem H henbasisverh ltnis erreicht Der Sensor wird besser ausgenutzt Es gibt verschiedene M glichkeiten diese gr ere Stereofl che besser zu nutzen Man kann zum Beispiel n her an das Objekt herangehen um die Fl che stereoskopisch abzudecken damit der Aufnahmema stab gr er wird und mehr Details im Bild wiedergegeben werden Wenn die Hauptpunktlage um 8 mm versetzt wird kann man die Projektvorgaben auch mit einem Digitalr ckteil mit nur 22 Megapixeln erreichen Tab 1 und erreicht sogar eine bessere Aufl sung als bei der Standardrechnung mit einem 33 Megapixel R ckteil Ein solches 22 Megapixel R ckteil ist nicht nur erheblich g nstiger als R ckteile mit noch mehr Pixeln sondern besitzt auch gr ere Pixelabst nde da der Trend bei der Entwicklung digitaler R ckteile dazu tendiert immer mehr Pixel auf der gleichen Sensorfl che unterzubringen Ein gr erer Pixelabstand stellt geringere Anforde rungen an das Aufl sungsverm gen des Objektivs und f hrt in der Regel zu einer besseren Bildqual
78. dass es sich um bivariate Poly nome 6 Grades handelt Bei BEDER amp F RSTNER 2006 wird gezeigt wie man die ge meinsamen Nullstellen mithilfe von Bernsteinpolynomen effizient berechnet Kennt man nun die Richtung der Zylinderachse lassen sich die restlichen Zylinderparameter wie in Kapitel 2 1 gezeigt berechnen Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkten ohne Nutzung von Oberfl chennormalen 211 3 Robuste Sch tzung und Segmentierung mit RANSAC Verfahren f r die direkte Bestimmung von Objekten aus einer minimalen Anzahl von Beo bachtungen sind vor allen Dingen f r die robuste Sch tzung relevant Das RANSAC Verfahren von FISCHLER amp BOLLES 1981 arbeitet dazu wie folgt l Bestimme eine zuf llige Teilmenge von s Punkten und berechne daraus den Zylinder mit einem der Verfahren aus Kapitel 2 2 Bestimme die Teilmenge S von Punkten deren Distanz vom gesch tzten Zylinder unterhalb einer gegebenen Schranke liegt 3 Wiederhole die beiden Schritte N mal W hle die gr te Teilmenge S aus und sch tze den Zylinder statistisch optimal aus diesen Punkten Nutze hierzu die direkte L sung als initiale N herung Zwei Faktoren bestimmen die Laufzeiten dieses Verfahrens In jeder Iteration muss der Zylinder neu berechnet werden sodass effiziente direkte Methoden hier unbedingt den iterativen Verfahren vorzuziehen sind Die Anzahl der Iterationen l sst sich wie folgt bestimmen vgl HARTLEY amp ZISSERMANN 2000 S 104 Um mit
79. der maximal zul ssigen Abweichung Axp er gibt sich ein notwendiger Punktabstand zwischen zwei Lokatorpunkten wie in Abbildung 3 dargestellt AXy Resultierender Fehler Axp bei einer Verdrehung der Basis b Sch tzt man die Punktmessgenauigkeit Ax anhand der Genauigkeit der Objektkoordina tenberechnung im Stereonormalfall LUHMANN 2003 auf 0 1 mm ergibt sich f r eine ma ximal zul ssige Abweichung Axp von 5 mm und einer Aufnahmedistanz s von 500 mm eine erforderliche Basis zwischen zwei Punkten P bei entgegengesetzt wirkendem Punktfehler Optische 3D Navigation von Sensoren 59 von mindestens 20 mm Bei 5000 mm Abstand zum Messpunkt w re bereits eine Basislan ge von 200 mm erforderlich Aus Gr nden der besseren Handhabung sind die Basislangen des Lokatorprototyps nicht gr er als ca 270 mm in x und y Richtung und als 100 mm in z Richtung gew hlt worden Mit dem k rzesten Punktabstand zweier senkrecht zur Auf nahmerichtung liegender Lokatorpunkte von 100 mm lie e sich nach dieser Absch tzung lediglich bei einer Strecke von bis zu 2500 mm die geforderte Genauigkeit erreichen Um die Rotation des Lokators m glichst genau zu ermitteln soll eine Permanentmessung 15 Messungen pro Sekunde des Lokators w hrend der gesamten Messdauer des Sensors er folgen Die Ergebnisse werden gewichtet und im Anschluss gemittelt Mit den Standardabweichungen f r e e e A A A XL YL z und s l sst sich die Objekt genauigkeit eines
80. eindeutige Aus sagen ableiten kann F r den Vermessungsingenieur beginnt hier die weitere Definition der erforderlichen Genauigkeit fiir Messungen Messwerte und Messergebnis vgl DIN 18710 Teil 1 Hierfiir kann im Mittel davon ausgegangen werden dass das Laserscanning System tiberschlagen doppelt so genau arbeiten muss wie die festgelegte Genauigkeit des Endpro duktes 2 4 Beispiel Ebenheitstoleranz im Rohbau Als Beispiel was dies f r die Vermessungspraxis bedeuten kann wird hier die Ebenheitsto leranz eines Bauteils im Rohbau angef hrt e Anforderung an die Ebenheit eines nicht fl chenfertigen Bauteils Rohbau nach DIN 18202 bei Messpunktabstand 100 mm 10 mm e Architekt braucht Exaktheit des Endprodukts 5 mm um eine Aussage zur Qualit t des Bauteils treffen zu k nnen e Messsystem muss mindestens liefern 2 5 mm Bei fl chenfertigen Bauteilen sind die Anforderungen noch h her Es ist zu beachten dass der Aufwand diese Genauigkeiten auch bei 3D Daten zu halten sehr hoch wird da die Anforderungen im Bauwesen dreidimensional also ohne Unterscheidung von Lage und H he gelten Im Stahlbau liegen die Toleranzen im Millimeterbereich Daraus ergibt sich dass im Bereich der Architekturvermessung je nach Anforderung sehr schnell der Bereich der hohen bis sehr hohen Genauigkeit nach DIN 18710 Teil 1 erreicht wird wenn die erw nschten Vorz ge des voll dreidimensionalen Aufma es mittels Laserscanner eingel st
81. eine zeitliche Synchronisierung der Messdaten Diese Eigenschaften wurden in die Instrumente hinein konstruiert um die klassischen Vermessungsaufgaben einfacher und schneller erledigen zu k nnen Abb 2 Laserscanner Damit lassen sich jedoch auch zus tzliche Vermessungsaufgaben ausf hren die den geod tischen Sensoren bisher wegen ihrer statischen Auslegung nicht zug nglich waren Etwa wenn Objekte sich schnell bewegen oder Objektdeformationen mit hoher Geschwindigkeit Geod sie und Geoinformation n dimensional 5 ablaufen die durch visuelle Beobachtungen nicht mehr hinreichend genau erfassbar sind oder Bewegungen vieler Objektpunkte gleichzeitig angegeben werden m ssen um bei spielsweise die Lage des Objekts im Raum oder den Verformungszustand eines Objekts zu verschiedenen Zeitpunkten exakt angeben zu k nnen Betrachtet man vereinfachend nur die Messfrequenz als Indikator und tr gt diesen Para meter in das von der klassischen Geod sie behandelte Zeitspektrum ein so erkennt man dass sich der Anwendungsbereich dieser Sensoren gegen ber den klassischen Aufgaben bereichen der Geod sie erheblich erweitert Bedingt durch die hohe Messfrequenz der Polarscanner einige 10 00 Messungen pro Sekunde muss die Philosophie der herk mmlichen geod tischen Aufnahmetechnik neu berdacht werden Bisher wird das komplexe Aufnahmeobjekt durch den Geod ten mithilfe repr sentativer Einzelpunkte idealisiert Diese wenigen Einzel
82. einer Rotationszeilenpanoramakamera ergibt sich die M glichkeit der Aufnahme und geometrischen Auswertung hochaufl sender vollsph rischer Bilder BONNET 2005 SCHWALBE amp SCHNEIDER 2005 Auch hier sind prinzipbedingt allerdings nur in vertikaler Bildkoordinatenrichtung Effekte der chromati schen Aberration zu erwarten welche auf Basis der im Vorigen gezeigten Vorgehensweise beseitigt werden k nnen 6 Danksagung Die Arbeiten werden von der Deutschen Forschungsgesellschaft DFG gef rdert For schungsvorhaben 170801 33 Weiterhin danken wir dem Institut f r Waldbau und Forst schutz der Technischen Universit t Dresden f r die Zusammenarbeit in diesem Projekt Literatur Bonnet G 2005 SPHERON Panoramic camera and processing of panoramic data Proceedings 1 Panoramic Photogrammetry Workshop Maas amp Schneider Eds In ternational Archives of Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sci ences Vol XXXIV Part 5 W16 Brown D 1971 Close Range Camera Calibration Photogrammetric Engineering Vol 37 No 8 El Hakim S F 1986 Real Time Image Meteorology with CCD Cameras Photogram metric Engineering and Remote Sensing Vol 52 No 11 1757 1766 Hastedt H Luhmann T amp W Tecklenburg 2006 Zur Nutzung von RGB Farbkan len fiir die hochgenaue 3DPunktbestimmung In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Ta
83. erfolgen ma Abb 1 Figur Faun rechts Jugendstilbrunnenanlage Bad Nauheim 3D Nahbereichscanning f r die Denkmalpflege 327 2 3D Scanning im Nahbereich Optische Messverfahren zur Topometrieerfassung insbesondere von Freiformfl chen wur den urspr nglich f r industrielle Anwendungen entwickelt Mittlerweile finden die 3D Messverfahren jedoch auch zunehmend erfolgreiche Anwendungen im Kunst und Kultur bereich sowie im medizinischen Sektor da sie vollkommen ber hrungslos und zerst rungs frei arbeiten Zur Geometrieerfassung der Skulptur wurde daher ein auf Wei lichtprojektion beruhendes Verfahren mit strukturierter Beleuchtung eingesetzt triTOS System der Firma Breuckmann GmbH Dieses aktive Messverfahren beruht auf dem Triangulationsprinzip Dabei wird eine Projektion hochgenauer periodischer Gitter auf dem Messobjekt von einer hochaufl senden Kamera unter einem bestimmten Winkel Triangulation meist 30 auf genommen Die Messzeit betr gt ca 1 Sekunde pro Aufnahme patented x Ja E I MPT Projector in N Tur Gulab lt Dagens Careers Abb 2 Funktionsprinzip Wei lichtstreifenscanning Triangulation Die Umwandlung der verzerrten Projektionsgitter in dreidimensionale Messdaten Punkte wolke Dreiecksmaschen erfolgt durch die Analyse der verschiedenen Bildsequenzen mit einer Kombination aus Gray Code und Phasen Shift Technik GrayCode Phase Mep Fringe Contrast Polygonmaschennetz
84. gbaren Technologien Pulslaufzeit und Phasenvergleichsverfahren ent stand im Ergebnis der Entwicklung der CALLIDUS CPW 8000 mit hybrider Technologie Warum war die Entwicklung der Pulsed Wave Technologie f r terrestrische Laserscanner erforderlich Die Antwort ergibt sich aus den Anforderungen an diese Ger te sie sollen Objekte m glichst schnell mit hoher Genauigkeit gro er Reichweite und hoher Aufl sung vermessen Physikalisch und technisch sind jedoch den einzelnen Verfahren Grenzen ge setzt Da eine f r Vermessungszwecke zul ssige Laserklasse eingehalten werden muss kann z B die Laserleistung nicht beliebig erh ht werden um eine h here Reichweite zu erzielen Entweder w rde sich dadurch die Laserklasse verschlechtern oder bei Einhaltung der gleichen Laserklasse muss die Messgeschwindigkeit reduziert werden l ngere Pausen zwischen den einzelnen Impulsen Tabelle 1 veranschaulicht einige wesentliche Eigen schaften der Messverfahren beim Einsatz in Laserscannern Tabelle 1 Vergleich der Verfahren zur Entfernungsmessung beim Laserscanning Werigbare Technologie NeneTschnalgie verfahren verfahren Verfahren Gem nn Eindeutigkeit Gew hrleistet der Ergebnisse Messge Gering Sehr hoch Hoch schwindigkeit Nur im Ein Gew hrleistet deutigkeitsbe reich Durch eine Kombination von Pulslaufzeit und Phasenvergleichsverfahren k nnen die Nachteile der einzelnen Verfahren vermieden und damit die Leistungsf
85. gigen Literatur zu entnehmen LUHMANN 2003 3 3 N herungswerte und Rasterauswertung N herungswerte sind f r das LSM grundlegend da einerseits eine grobe N herung als Startwert f r das iterative Verfahren notwendig ist und andererseits die Konvergenz und Effizienz durch gute N herungswerte erh ht werden Als automatische Verfahren zur Er mittlung von N herungswerten nennt LUHMANN 2003 Interestoperatoren die markante Bildstellen extrahieren und zuordnen Alternativ l sst sich eine vorhandene LSM Implementation verwenden Aus dem Musterbild wird ein beliebiger Ausschnitt gew hlt und im Suchbild als Startausschnitt verwendet Dabei werden der Startausschnitt auf einem Raster verschoben und gleichzeitig die Anzahl der Iterationen und die Fehlerquadratsumme der Grauwerte zwischen Such und Musterbild begrenzt Erfolgt der Abbruch durch ber schreiten der Schranke der Grauwertdifferenz werden die an diesem Rasterpunkt ermittel ten affinen Parameter f r eine fl chenhafte Auswertung als N herungswerte eingesetzt In der eigentlichen Auswertung werden ein Raster ber das Musterbild gelegt daraus Aus schnitte ermittelt und diese nach der Transformation um die N herungswerte an das Such bild mittels LSM angepasst Abb 3a zeigt das Suchbild Abb 3b die ermittelten Verschie bungen eines groben Rasters und Abb 3c zeigt als normiertes Graustufenbild die Verschie bung in x Richtung Der Einfluss des Risses als diskreter Sprung ist ers
86. glich Sehr gut onen bei kurzen Distanzen durch die Korrekturlinse 3 Fazit Mit dem 3D Laserscanner CPW 8000 ist es gelungen die Vorteile der Pulslaufzeit und Phasendifferenzmessung zum Pulsed Wave Verfahren zu kombinieren und damit eine im Vergleich zu anderen Scannern h here Messgenauigkeit bei hoher Messgeschwindigkeit und aufl sung zu erreichen Literatur CALLIDUS precision systems GmbH 2006 http www callidus de Joeckel R amp M Stober 1999 Elektronische Entfernungs und Richtungsmessung 4 neu bearbeitete und erweiterte Auflage Wittwer Stuttgart Niebuhr E 2001 From the Point to the Surface The Callidus Technology in Theory and Practice In Gr n A amp H Kahmen Hrsg Optical 3 D Measurement Tech niques V Wien 26 32 Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 Thomas ABMAYR Franz H RTL Martin BREITNER Markus EHM und Christoph FR HLICH Zusammenfassung Die in diesem Artikel vorgestellten Methoden sollen aufzeigen wie die vom IMAGER 5003 gelieferten Sensorinformationen mit den Farbinformationen einer Digitalkamera fusi oniert werden k nnen Dabei wird ein Setup verwendet welches die Kamera als fest auf den Scanner montiert beschreibt und in dem Bilder nach Anfahren vordefinierter Positi onen ausgel st werden Dies vereinfacht und stabilisiert die Fusion der Sensordaten wesent lich Dabei basiert das eingef hrte Fehlermodell auf der Minimierung des Fehlers zwischen
87. herte Lage des Ele ments wird anhand des Bildes festgelegt Auf dieser Grundlage wird der Suchraum f r ebene und oder Zylinderfl chen definiert Die Fl chen werden auf der Grundlage der im Suchraum aggregierten Scannerpunkte per Ausgleichung parametrisiert und zu den gesuch ten Elementen verschnitten Beispiele f r eine Kante und ein Profil zeigen Abbildung 8 und Abb 8 Extraktion einer Abb 9 Extraktion eines Kante Profils 4 3 Lokale Koordinatensysteme Lokale Koordinatensysteme werden f r die Modellierung in CAD Systemen benutzt Sie definieren die aktuelle Zeichenebene oder die Achsen von aneinander gesetzten Einzelele menten wie z B Rohrsystemen Grundlage solcher Koordinatensysteme sind einzelne ebene oder zylinderf rmige Fl chen der realen Objekte Diese Fl chen werden durch die darauf befindlichen Scannerpunkte repr sentiert Die die Fl chen repr sentierenden Scan nerpunkte werden nach Festlegung eines die Fl che durchdringenden Bildstrahls anhand der photogrammetrischen Aufnahme aggregiert Die Ebenenparameter f r die xy Ebene des lokalen Koordinatensystems bzw die Zylinderparameter f r die z Achse werden durch Ausgleichung bestimmt Abb 10 bzw 11 Die Ebenen des lokalen Koordinatensystems k nnen f r die photogrammetrische Einbildmessung benutzt werden indem ausgew hlte Bildstrahlen beispielsweise mit der xy Ebene des lokalen Koordinatensystems verschnitten werden Dies ist zum Beispiel f r die Grundplatte in
88. higkeit des Scan ners erh ht werden Die Pulsed Wave Technologie s Abb 3 l sst sich folgenderma en charakterisieren e F r die Distanzmessung werden Laserimpulse erzeugt vergleichbar mit Pulslaufzeit verfahren und die Gruppen Laufzeit t 2r c zwischen Aussenden und Empfangen des zur ckgestrahlten Anteils der Impulse gemessen Dies ergibt eine Grobmessung der Distanz r die ber die Lichtgeschwindigkeit c im Medium c co n Brechungs index n Verh ltnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum cy zu derjenigen im Medi um aus r ct 2 cot 2n berechnet werden kann 344 U Illmann und J Linke Jeder Impuls wird zus tzlich mit hoher Frequenz moduliert sodass Pulsgruppen er zeugt werden Die empfangene Gruppe weist eine Phasendifferenz A zur gesendeten Impulsgruppe auf die gemessen wird vergleichbar mit Phasendifferenzverfahren Das Vielfache N der Modulationswellenl nge A Mehrdeutigkeitsproblem braucht hier jedoch nicht mehr ber cksichtigt zu werden Nach JOECKEL amp STOBER 1999 ergibt sich die Feinmessung der Distanz r mit Ag 2r2rn A zur ApA An Die Kombination beider Verfahren liefert eine gro e Reichweite wie Pulslaufzeitver fahren und eine hohe Genauigkeit wie Phasenvergleichsverfahren Die Messgenau igkeit beim scannenden Betrieb abtastender Laserstrahl wird gegen ber einer konti nuierlichen Messung mit dem Phasenvergleichsverfahren gr er da die Messinforma tion nur aus dem Raumwinkel stam
89. intelligente Vereinfachungen zu l sen also versuchen sie die Welt in vereinfachten Modellen abzubilden das Wesentliche zu behandeln und Unwichtiges zu ignorieren um so Handlungsf higkeit zu erreichen Wenden wir diese Grunds tze auf die Fragestellung der n Dimensionalit t des Raumes an Wollen wir Geod ten hier Handlungsspielr ume erlangen m ssen w r die Anzahl der Raumdimensionen beschr nken und in einem vereinfachten Modell auf endlich viele Dimensionen setzen ber lange Zeit vereinfachte der Geod t in der Fragestellung der Anzahl der Dimensionen indem er in einer 2 2 dimensionalen Welt gemessen und ausge wertet hat Solche Vereinfachungen der Natur in den Modellen des Ingenieurs m ssen allerdings st ndig berpr ft werden denn sie tragen gro e Risiken in sich unter Um st nden sogar f r die Zukunftsf higkeit eines ganzen Berufsstandes Eine Dimension ist eine unabh ngige Achse oder Richtung im Raum Der uns umgebende und vertraute Raum besitzt vier Dimensionen neben den drei Richtungen zus tzlich die Raumzeit als Zeitachse Vergangenheit Zukunft Der Ortsvektor der Raumzeit lautet somit 4 H Schlemmer else 1 Nimmt man also die Zeit mit ins Kalk l der Geod sie wird man unmittelbar auf den Begriff Kinematik sto en In HUTTE ist Kinematik definiert Gegenstand der Kinematik ist die Beschreibung der Lagen und Bewegungen von Punkten und K rpern mit Mitteln der analytischen Geometrie D
90. ist beispielswei se f r geplante Umbauma nahmen vorteilhaft Literatur Kern F 2003 Automatische Modellierung von Bauwerksgeometrien aus 3D Laserscanner Daten Geod tische Schriftreihe Nr 19 Dissertation TU Braunschweig Luhmann T Hrsg 2004 Photogrammetrie Laserscannig Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Schulze S 2002 Anwendung des 3D Laser Scanning f r die Bestandsdokumentation im Anlagenbau Diplomarbeit Hochschule Anhalt FH Fachbereich Vermessungswesen Wiedemann A 2004 Handbuch Bauwerksvermessung Geod sie Photogrammetrie Laserscanning Basel Boston Berlin Birkhauser Verlag Konzept f r eine As Built Aufnahme von Schiffsr mpfen Johannes SOUMAGNE und Hans HEISTER Zusammenfassung In modernen Werften ist der Schiffbau ein Fertigungsprozess bei dem Schiffssektionen aus immer gr eren Einzelteilen zusammengef gt werden Die Anwendung dieser Methode kann auch bei der Reparatur von Au enhautsch den oder sonstigen Nachr starbeiten an Schiffsr mpfen eingesetzt werden Ein Problem hierbei ist dass die zur Abwicklung von Reparaturauftr gen erforderlichen Daten ber die Au enhautform in der Regel nicht vor handen sind Mit der Bereitstellung eines zuverl ssigen 3D Modells des Schiffsrumpfes als As Built Aufnahme kann die Au enhautform ber Linienrisse abgeleitet und f r die Her stellung von Bauteilen
91. jeweiligen Farbverschiebung kann das Bild verzeichnungsfrei bzw aberrati onsfrei gerechnet werden Dazu stehen kommerzielle N herungsl sungen zur Verf gung z B NIKON Capture 4 4 oder Adobe Photoshop CS2 Eine photogrammetrisch fundierte L sung pr sentieren SCHWALBE amp MAAS 2006 sowie KAUFMANN amp LADST DTER 2005 4 Untersuchungen Ziel der folgenden Arbeiten ist zun chst die Untersuchung des Einflusses der chromati schen Aberration auf die Bild und Objektpunktmessgenauigkeit im Rahmen typischer Testfeldkalibrierungen Die Versuche werden mit verschiedenen hochaufl senden Digital Zur Nutzung von RGB Farbkan len f r die hochgenaue 3D Punktbestimmung 117 spiegelreflexkameras und verschiedenen Objektiven durchgef hrt Daraus wird schlie lich ein Vorschlag abgeleitet nach dem die Nutzung von Farbbildausz gen zu einer signifikan ten Genauigkeitssteigerung f hrt Die vorgestellten Untersuchungen haben nicht das Ziel die oft mangelnde Bildqualit t von Farbkameras durch optimierte Neuberechnung eines RGB Bildes zu beheben Einen Ansatz dazu beschreiben SCHWALBE amp MAAS 2006 sowie KAUFMANN amp LADST DTER 2005 4 1 Versuchsbedingungen F r die in Tabelle 1 aufgef hrten Digitalkameras und Objektive wurden f r die Erfassung von Bildverb nden durchschnittlich 18 Bilder eines Testfeldes 1 0 x 1 0 x 0 5 m mit ca 100 Zielpunkten und i d R einem Ma stab aufgenommen Tabelle 1 bersicht Untersuchungsdate
92. kein Zoom Es ist davon auszugehen dass die Kamera zumindest w hrend einer Aufnahmeserie konstante Kalibrierparameter aufweist sodass auf bildweise Kal brierung verzichtet werden kann PEIPE amp STEPHANI 2003 Der mit der d7metric erzeugte Rundumverband umfasste 60 Bilder enthalten waren auch gew lzte Aufnahmen auf mehreren Standpunkten Die automatische Bildpunktmessung wurde mit der DPA Pro Software durchgef hrt AICON 2006 Nach Grobfehlererkennung stand ein bereinigter Datensatz f r alle Kalibrierberechnungen zur Verf gung Abb 1 Rollei d7metric Abb 2 Testk rper 3 Modellierung des Bildraums und Kalibriersoftware Bei der Simultankalibrierung im Rahmen einer B ndelausgleichung werden blicherweise die Kamerakonstante c die Position x o Y o des Bildhauptpunktes im Bildkoordinatensys tem und Abbildungsfehler beschreibende Funktionen als Unbekannte bestimmt In der vorliegenden Untersuchung werden die Abbildungsfehler durch Terme f r die radial symmetrische und f r die radial asymmetrische tangentiale Verzeichnung erfasst Dieser Parametersatz kann in allen getesteten Programmen gew hlt werden 108 J Peipe und W Tecklenburg Aus der Vielzahl von Programmen zur photogrammetrischen Objektrekonstruktion wurden vier kommerzielle Produkte ausgesucht e DPA Pro AICON 2006 e CAP K 2006 e Australis PHOTOMETRIX 2006 e PHIDIAS PHOCAD 2006 4 Berechnungen und Resultate Zun chst wurden B ndelausg
93. len im Hamburger Rathaus vorgestellt Die beiden S le Kaisersaal und Gro er Festsaal wurden in ca drei Stunden mit dem Mensi GS100 von Trimble und mit dem IMAGER 5003 von Zoller amp Fr hlich von f nf GS100 bzw 22 Standpunkten IMAGER gescannt um aus der jeweiligen gesamten Punktwolke verschiedene Schnitte 2D Pl ne und 3D Modelle beispielhaft zu generieren Die Georeferenzierung der Punktwolken in das lokale Koordina tensystem wurde ber Zieltafeln mit einer Genauigkeit von ca 5 mm GS100 bzw 8 mm IMAGER erreicht Die Qualit t der aus den Laserscannerdaten modellierten digitalen CAD Daten wird durch Referenzstrecken kontrolliert und die Effizienz der jeweiligen Da tenerfassung und Auswertung wird miteinander verglichen und bewertet 1 Einleitung Seit Ende der 1990er Jahre die ersten terrestrischen 3D Laserscanner auf dem Markt ka men haben die Systeme eine enorme technische Weiterentwicklung vollzogen sodass sie sich als 3D Messtechnik neben und auch in Erg nzung zu den bekannten Technologien wie Photogrammetrie und Tachymetrie etablieren Durch die Verbesserungen von Hardware und Software sind die Systeme heute n der Lage komplexe Formen und Objekte mit ei nem dichten 3D Punktraster aufzunehmen und entsprechend auszuwerten Dennoch sind Untersuchungen ber Genauigkeiten und effizienten Projekteinsatz aus diesem Grunde sowohl f r das Verst ndnis und f r die Verbesserung als auch f r eine breite Marktakzep tanz sol
94. lichung freigegeben sind wird hier als vergleichbares Messproblem die Dellen und Struk turvermessung an einer lackierten Holzoberfl che mit dem System gezeigt F r diese Messung wurde das System an die Holzoberfl che angesaugt und auf zwei Mar kerpunkte ausgerichtet ber denen drei Dellen eingebracht wurden Abb 8a Im von der CCD Kamera aufgenommenen Intensit tsbild Abb 8b sind die Markerpunkte und die Struktur des Holzfurniers gut zu erkennen Markerpunkte eingebrachte Dellen KELIIIIITeT irre x K l T Furnier Verbindung Abb 8 a Ausgerichtetes System b Intensit tsbild der CCD Kamera Per Integration der Messergebnisse der Oberfl chenwinkel l sst sich die Form bzw das H henbild darstellen Abb 9a Der Wertebereich ist auf 50 um skaliert In dieser Abbil dung lassen sich sehr gut zwei Dellen in der Struktur erkennen die durch den darunter gezeigten Zeilenschnitt nochmals verdeutlicht werden Die Tiefe dieser Dellen betr gt 14 bzw 36 um Der umrandete gepunktete Bereich zeigt eine Furnierverbindung siehe Abb 8b die im linken Bereich zwei Lackrisse aufweist gut zu erkennen in Abb 9b nah nah 09 u E O COeoea c c0 0 7 a a Abb 9 Messergebnisse a H henbild b Oberfl chenmikrostruktur Um die feineren Strukturen hervorzuheben wird der Wertebereich in Abb 9b auf 6 um skaliert In dieser Darstellung wird die Oberfl chenmikrostruktur d
95. m der Ausgleichung mm mm Tabelle 2 Ergebnisse der Glattung im vertikalen Profil Entfernung s der Profilpunkte vom Scanner 30 m lt s lt 70 m Vertikales Profil Korrektur des Punktes P mo der Ausgleichung mm mm 4 Ausblick Die im Beitrag gezeigten Verfahren erm glichen die Gl ttung und Vektorisierung von aus Laserscannerpunktwolken extrahierten Profilen Sie stellen damit ein wertvolles Werkzeug f r die Verarbeitung von Laserscannerdaten dar Zuk nftige Arbeiten werden sich mit der Entwicklung intelligenter Verfahren zur Kombination von Geradensegmenten Kreisst cken und unmodellierten Einzelpunkten zur Profildarstellung besch ftigen Dar ber hinaus k nnen die entwickelten Verfahren auch auf die Gl ttung von Fl chen und die Objektrepr sentation durch Fl chenelemente erweitert werden 5 Danksagung Diese Forschungsarbeit wurde gef rdert durch Mittel des Europ ischen Fonds f r regionale Entwicklung EFRE 2000 2006 und Mittel des Freistaates Sachsen Des Weiteren danke ich Nickolaus Studnicka Firma Riegl f r die Bereitstellung der Laserscannerdaten der Dresdner Frauenkirche Literatur Becker R 2005 Differentialgeometrische Extraktion von 3D Objektprimitiven aus ter restrischen Laserscannerdaten Geod tische Schriftenreihe der Rheinisch Westf lischen Technischen Hochschule Aachen Heft Nr 63 Gl ttung von aus Laserscannerpunktwolken extrahierten Profilen 221 B hler W amp
96. meraparameter Sie sind unabh ngig von der aktuellen Position des Kamerakoordinaten systems KO Wie diese Parameter korrigiert werden k nnen wird beispielsweise in ZHANG 1999 dargestellt Schlie lich beschreiben R und T die Position des Kamerakoordinatensystems K relativ zum Scannerkoordinatensystem K Sie hei en im Folgenden externe Kameraparameter Sind die scannerspezifischen Parameter a b c und die inneren Kameraparameter K K 41 1258 8 C c bekannt so fehlt zur vollst ndigen Beschreibung der Bezie hung zwischen Scannerkoordinatensystem K und Kamerakoordinatensystem K nur noch die Bestimmung der externen Kameraparameter R und T Dazu das folgende Kapitel 352 T Abmayr F H rtl M Breitner M Ehm und C Fr hlich 3 3 Bestimmung der externen Kameraparameter Gegeben seien die scannerspezifischen Parameter a b c und die inneren Kameraparameter Ky Ka A Ag SxS ysl rly sowie ein Scan S mit Bildern und deren Azimut winkelpositionen Weiter seien m Messungen des im Scan gegeben Sei der zu einer Messung d korrespondierende Punkt im i ten Bild mit p u v be zeichnet falls er existiert p sonst Definiere so die Menge M mit M di gt Pu d p gt P p la als die Menge aller Tupel f r die p Das Fehler modell 2 d p eM Sa 9 5 lo hate P 5 gt min 15 R T wird bei Kenntnis hinreichend guter Startwerte f r R T als nichtlineares
97. mit Richtpreisen belegen die jedoch unserer Kenntnis nach in der Praxis keine Bedeutung haben 3 2 Existierende Standards Architekturvermessung im Bauprozess Schwerpunkt Genauigkeit Die Grundlage f r die Anforderungen sind die von den Baubeteiligten einzuhaltenden DIN Normen 18201 bis 18203 Toleranzen im Hochbau Daraus ableitend k nnen in Anleh nung an die kommende DIN 18710 Ingenieurvermessung Teile 1 2 und 4 die Anforde rungen f r Vermessungsgenauigkeit abgeleitet werden F r die Detaillierung des Aufma es sowie die Strukturierung der digitalen Information existieren nur ansatzweise Standards Hier muss im Allgemeinen im Einzelfall eine Festlegung erfolgen Bez glich der techni schen Seite der standardisierten Datenspeicherung abgeleitet von internationalen Standards eine Untermenge f r das Bauwesen STEP CDS Iso Standardisierung und IFC 2x Her stellerinitiative Abb 5 Schema zur DIN 18710 Ingenieurvermessung 3 3 Fehlende Standards Die existierenden Standards decken naturgem vor allem die herk mmlichen Produkte traditioneller Vermessungstechniken ab 2D Pl ne mit der Unterscheidung nach Lage und H he Dies jedoch ohne ausreichende Ber cksichtigung der Qualit t des digitalen Produk tes bez glich Strukturierung und Weiterverarbeitbarkeit Es ist bislang kein zitierf higer Standard vorhanden der hier branchen bergreifend Klarheit schafft dass zusammengeh rige Linien Fl c
98. mittels La serscanner und die Anbindung der Daten an das Landessystem Die Genauigkeitsan forderung f r das Geb udeinnenaufma betrug 1 2 cm F r die Genauigkeitsaussage war eine Vergleichsmessung mittels Tachymeter durchzuf hren 2 Die zweite Teilaufgabe beinhaltete die Transformation der Messdaten in das Landes system und die Verkn pfung der Einzelscans zu einer Gesamtpunktwolke mit Soft ware Cyclone 3 Die zentrale Aufgabe umfasste die 3D Modellierung der Anlage Im Zusammenhang mit der Erstellung des Modells war eine 3D Bauteilbibliothek auf der Grundlage be stehender 2D Symbolbibliotheken zu erzeugen Das Ergebnis war ein gerendertes 3D Modell MicroStation V8 mit wirklichkeitsnahen Echtfarbentexturen sowie die Pr sentation der Umspannanlage mittels Video Kamerafahrt und 3D PDF 3 Laserscanning F r die Umsetzung der Aufgabenstellung wurde ein Festpunktfeld in der Umspannanlage geschaffen welches die geforderte Genauigkeit garantiert Dieses diente zur Verkn pfung der Punktwolken und zum Anschluss an das Landeskoordinatensystem Die Aufnahme der Umspannanlage erfolgte mit 53 Scannerstandpunkten Daf r wurden vor bergehend 86 Zielmarken angebracht Der gr te Fehler der Registrierung betr gt 1 3 cm wobei die Betr ge der Restklaffen m Mittel aller Standpunkte 3 mm nicht berschreiten Das Endergebnis der Registrierung weicht im Mittel 3 mm von den Passpunkten ab Damit liegt die Basis der Modellierung im un
99. nnen e Einhalten einer Messunsicherheit u lt 5 mm e Gew hrung einer Formgarantie des erfassten Schiffsrumpfes e Weltweite und anpassungsf hige Einsatzm glichkeit des Mess und Auswertesystems 2 4 Erfassen einer Rumpfform mittels Laserscanning Ein wesentliches Merkmal des Laserscannings ist die schnelle Erfassung einer Rumpfform mit hoher Punktdichte Aufgrund der Schiffsgr en m ssen mehrere Laserstandpunkte so ausgew hlt werden dass die erzeugten Einzelscans die gesamte Rumpfform erfassen und keine Abschattungen gegeben sind Fl 5 Eat ECAT TEL DAR THE cd En 2 LH i r 3 J i 2 Ah x z a aA z w E Ki E Pi i Kl H w 1 m E Abb 4 Erfassen einer Rumpfform mittels Laserscanning Zur zuverl ssigen Verkn pfung dieser Einzelscans sind weitere Targets als identische Punkte notwendig wobei diese in ausreichender Anzahl und unterschiedlichen H hen am Rumpf angebracht werden m ssen Diese Targets werden vorab oder auch zeitgleich mit den Scans durch ebenfalls nicht lotbezogene Instrumentenaufstellungen bestimmt Somit k nnen alle Einzelscans Punktwolken eindeutig identifiziert und durch eine zuverl ssige Registrierung in das definierte Dockkoordinatensystem berf hrt werden 242 J Soumagne und H Heister 2 5 Auswerten der Messergebnisse Mithilfe einer geeigneten Auswertesoftware werden die Punktwolken ber die Passpunkte und Targets miteinander verkn pft sodass alle gescannten Objektpunkte i
100. r Punkte die eine gewisse Streuung besitzen Aufgrund dessen dass das Verfahren aus der Bildverarbeitung stammt sind sowohl der Ortsraum und als auch der Parameterraum durch eine Bildmatrix beschrieben HABER CKER 199 Jedes detektierte Maximum im berechneten Parameter raum wird in den Ortsraum zur cktransformiert mit dem Ziel eine Gerade in einer Punkt Richtungsform zu erhalten Mithilfe einer ausgleichenden Geraden kann anschlie end die N herungsl sung der Houghtransformation verbessert werden Abb 6 Fe 3 u Mr Abb 6 Geradenextraktion von drei einzelnen Balken in einem zweidimensionalen Schnittprofil minimale Punktanzahl f r eine Geradendetektion sind 10 Daten punkte 3 2 Extraktion von Ebenen in separierten Objekten Der zweidimensionale Ansatz liefert f r ann hernd senkrecht stehende Balken gute Ergeb nisse zur Schnittebene geneigte Balken gt 45 k nnen hingegen nur schlecht bis gar nicht detektiert werden Durch diese Einschr nkung ist es nicht m glich alle Balkenpositionen f r eine Topologiefindung in dem jeweiligem Schnittprofil zu bestimmen Zur L sung dieser Problematik wurde ein dreidimensionaler Ansatz zur Separierung der Begrenzungs fl chen der Balken des Dachstuhls realisiert Die Extraktion soll ohne Einschr nkungen m dreidimensionalen Raum und ohne Vorin formationen erfolgen Mit diesen Bedingungen wurde die zweidimensionale Houghtrans formation f r Geraden so erweitert dass s
101. reicht Hierbei wurde in vielen F llen die kombinierte Auswertung von Bild und Scannerdaten genutzt Die Kombination von photogrammetrischen und Laserscanning Methoden in der Modellierung sollte z B durch automatisierte Nutzung der Farbinformati on im Bild weiter ausgebaut werden Literatur Becker R 2005 Differentialgeometrische Extraktion von 3D Objektprimitiven aus ter restrischen Laserscannerdaten Dissertation In Ver ffentlichungen des Geod tischen Instituts der RWTH Aachen Nr 63 Becker R amp W Benning amp C Effkemann 2004 3D Monoplotting Kombinierte Aus wertung von Laserscannerdaten und photogrammetrischen Aufnahmen In Zeitschrift f r Geod sie Geoinformation und Landmanagement Bd 129 Heft 5 2004 347 355 Benning W amp R Schwermann 1997 PHIDIAS MS Eine digitale Photogrammetrie applikation unter MicroStation f r Nahbereichsanwendungen In Allgemeine Vermes sungsnachrichten Heft 1 1997 16 25 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Wester turmensembles durch Kombination von digitaler Architek turphotogrammetrie und terrestrischem Laserscanning Thomas KERSTEN Manuel BIEBERMANN und Michael SCHNEIDER Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt die exakte 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles durch kombinierten Einsatz der digitalen Spiegelreflexkamera Fuji film FinePix S2 Pro und des terrestrischen Laserscanners Mensi GS100 Das Projekt wurd
102. schwer vorstellen Ein Beispiel ist in der Abbildung 1 gegeben 223 i io 1 ib fd Abb 1 3D und 4D W rfel Wenn wir einen dreidimensionalen W rfel im Aufriss spiegeln sehen wir zwei Quadrate deren je vier Eckpunkte durch vier Strecken verbunden sind a Wir k nnen uns keinen Geod sie und Geoinformation n dimensional 3 vierdimensionalen W rfel vorstellen sein Aufriss im Spiegel jedoch w rde die dreidimen sionale Projektion b sein die wir uns vorstellen k nnen Sie best nde aus zwei W rfeln die durch zw lf Fl chen verbunden sind von denen jede von einer Kante des inneren W r fels ausgeht und an einer Kante des u eren W rfels endet Wenn wir die eindimensionalen Grenzen eines zweidimensionalen Quadrats abwickeln entsteht eine Strecke mit vier glei chen Abschnitten Wenn wir die zweidimensionalen Grenzen eines dreidimensionalen W r fels abwickeln entsteht ein Kreuz c aus sechs gleichen Quadraten Entsprechend w rden die dreidimensionalen Grenzen eines nicht vorstellbaren vierdimensionalen W rfels abgewickelt wie das Gebilde d aussehen das aus acht gleichen W rfeln besteht Neueste berlegungen zur Quantenphysik im Zusammenhang mit der Super String Theorie zum Aufbau von atomaren Elementarteilchen gehen von einer 9 10 oder 11 Dimen s onalit t des Raumes aus Die 11 Dimensionalit t des Raumes in der Super String Theorie kann nach dieser Theorie deshalb n
103. topscan de 368 Autorenverzeichnis F RSTNER Wolfgang Institut f r Photogrammetrie Universit t Bonn wi ipb uni bonn de FRICKE Lars GTA Geoinformatik GmbH Neubrandenburg fricke gta geo de FROHLICH Christoph Zoller Frohlich GmbH Wangen 1 A info zofre de GESIERICH Achim Vereinigte Elektronikwerkstatten Bremen gesierich bias de HARTL Franz Zoller Fr hlich GmbH Wangen 1 A info zf laser com HASTEDT Heidi Institut fiir Angewandte Photo grammetrie und Geoinformatik FH Oldenburg Ostfriesland Whv h hastedt vermes fh oldenburg de HEISTER Hans Institut f r Geod sie der Universit t der Bundeswehr M nchen h heister unibw de HOLDERIED Mark W Lehrstuhl f r Zoologie II Universit t Erlangen N rnberg mholderi biologie uni erlangen de ILLMANN Uwe CALLIDUS precision systems GmbH Halle illmann callidus de JAHN Ingo GDV Ingenieurgesellschaft Holst mbH Bad Schwartau ingo jahn gdv systems de JUPTNER Werner Bremer Institut f r Angewandte Strahltechnik Bremen jueptner bias de KERSTEN Thomas Department Geomatik HafenCity Universitat Hamburg t kersten rzcn haw hamburg de KLATTENHOFF Reiner Bremer Institut f r Angewandte Strahltechnik Bremen klattenhoff bias de LAHMANN Heinz Wolfgang Gesellschaft fiir Fertigungstechnik und Entwicklung e V Schmalkalden hw lahmann gfe net de LANGE Johannes Geod tisches Institut der Rheinisch Westf lis
104. und 3 Scans im Wohnbereich durchgef hrt Die Scans im Wohnbereich wurden mit dem Panorama Scanner HDS3000 aufgenommen f r alle anderen benutzte man den Camera View Scanner HDS2500 Mit den Laserscannern erfolg te die Aufnahme von ca 17 5 Millionen Punkten Die insgesamt 7 Tachymeterstandpunkte Herzlichen Dank an LEICA Berlin f r freundliche Unterst tzung 290 K Ratke wurden im Au en sowie im Innenbereich so gew hlt dass sie die Orientierung der Auf nahmeorte zueinander und die Erfassung aller Referenzmarken erm glichten Abb 2 Aufnahme von der Hebeb hne Aufgrund einiger weniger Abschattungsr ume im Inneren des Futuro mussten Messungen mit einem Meterstab erledigt werden Dazu geh rten beispielsweise Einmessungen einiger K chenschr nke die trotz der drei Aufstellungen des Laserscanners im Wohnraum im Messschatten geblieben sind Parallel zu den Laserscannermessungen wurden die digitalen Bilddaten ber das Futuro mittels der Digitalkamera Nikon D1x gesammelt Damit hat man sich die Option offen gelassen evtl Orthophotos von dem Objekt zu rechnen Die Messkampagne dauerte zwei Tage und nahm zwei Mitarbeiter in Anspruch Zur Zeit der Aufnahmen herrschte berwiegend sonniges Wetter Die Tachymeteraufnahmen erfolg ten zum Teil im Dunkeln und bei den Aufnahmen von der Hebeb hne herrschte zeitweise ein b iger Wind 3 Bearbeitung und Auswertung der Daten 3 1 Arbeiten mit Caplan Die Tachymeter Messung wird von de
105. und Biegewinkel der Testk rper auch messtechnische Anforderungen an die Durchf hrung der Versuche spezifiziert Im vorliegenden Artikel wird ein Verfahren zur photogrammetrischen Auswertung der Versu che mit einem solchen Testk rper in diesem Fall einem Beinimpaktor vorgestellt ber dieses Verfahren kann die Einhaltung der messtechnischen Anforderungen zuverl ssig berpr ft werden Die Versuche werden mit einem Einkamera Messsystem dass aus einer digitalen Highspeed Kamera mit einem Stereospiegelvorsatz besteht aufgenommen Die Eignung dieses Systems und der Auswerteablauf werden anhand praktischer Versuchser gebnisse demonstriert Durch die vorgestellte Anwendung werden die Vorteile der dynami schen Photogrammetrie f r den Einsatz im Bereich der Fahrzeugsicherheit deutlich heraus gestellt Das eingesetzte Verfahren ist einfach und mit geringem Zeitaufwand einsetzbar und kann die messtechnischen Anforderungen zuverl ssig berpr fen 1 Einleitung Im Bereich der Sicherheitsversuche in der Fahrzeugentwicklung hat die dynamische Pho togrammetrie in verschiedenen Bereichen Einzug gehalten So werden beispielsweise die Fahrzeugkinematik und die Dummybewegung bei Crashversuchen photogrammetrisch vermessen RAGUSE et al 2004 MCCLENATHAN et al 2005 Aber auch bei anderen Si cherheitsversuchen wird die dynamische Photogrammetrie als Messsystem zunehmend als Erg nzung zu der elektrischen Messtechnik wie z B Beschleunigungs oder Drehr
106. und luftgest tzter Laserscanner und Kameradaten 359 Tabelle 1 Spezifikation des ALS Systems 30 m 1500 m bei Zielreflektivit t 80 30 m 850 m bei Zielreflektivit t 20 Genauigkeit Mehrzielaufl 20 mm bis zu 0 5 m Messentfernungsbereich 560 x 200 x 217 mm 20 kg Der terrestrische 3D Laser Scanner RJEGL Z4201 wurde in folgender Konfiguration zum Einsatz gebracht Tabelle 2 Spezifikation des TLS Systems Einsatzreichweite Entfernungsmessgenauigkeit Stahldurchmesse Aufnahmebereich Winkelaufl sung 1 3 Beschreibung des Registrierungsansatzes Liegen Laserscandaten aus der bodengest tzten Datenerfassung terrestrial laser scanning TLS vor die von unterschiedlichen Standpunkten aus aufgenommen wurden so besteht vor einer Weiterverarbeitung stets die Notwendigkeit diese in einem gemeinsamen Koor dinatensystem zu registrieren In dem Softwareprodukt RISCAN PRO ist dieses gemeinsa me Koordinatensystem das so genannte Projektkoordinatensystem Die Registrierung der einzelnen Scanpositionen wird jeweils durch eine Transformation mit sechs Freiheitsgraden beschrieben drei Rotations und drei Translationsfreiheitsgrade Ist die Bestimmung dieser Transformation durch den Vorgang der Registrierung erfolgt so kann jeder Messpunkt 360 A Ullrich und N Studnicka eines Scans urspr nglich im scannereigenen Koordinatensystem vorliegend in das ge meinsame Projektkoordinatensystem transformiert werden Ist der S
107. und von drei Ebenen zur Eckenbe stimmung Auch die Einbringung der Bildinformation kann unterschiedlich erfolgen Sinnvoll aber nicht zwingend ist es das ganze Objekt zun chst photographisch zu erfassen Dieser Bild verband mit meist geringer berdeckung ist im Zuge der Aufnahme nach und nach Bild f r Bild parametrisch zu orientieren Wenn m glich kann die Vielzahl von Einzelbildern bez glich einiger weniger grober bersichtsbilder vororientiert werden sodass bei der sp teren Arbeit die Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Bildern bereits hergestellt sind 50 M Scherer Punktbestimmung durch Phototachymetrie Hybrid gt Bild Totalstation Tachymetrisch gt Totalstation Direkte tachyme Intelligentes Tachymetrische Bestim Steuerung der Messung trische Messung Scannen mung eines Regel ber das Bild gt evtl manuelle Aus intelligente k rpers dann Schnitt mit kombiniert mit Merk richtung der Total Steuerung Richtung aus dem Bild malsextraktion station Ausschlie liche Nutzung externer Bilder Video Totalstation Merkmalsextraktion Abb 6 Verfahren zur Koordinatenbestimmung Bei der fortlaufenden Bearbeitung des Bildbereiches hat man stets eine gro e Anzahl von bereits bekannten Punkten sodass der Aufwand der Messung in aller Regel ohnehin nur die Messung durch Anklicken im Bild sehr minimiert wird Einfache Algorithmen beim Bildwechsel sind denkbar denn es l sst sich jedes orientierte Bild automati
108. von Nominalwerten der geometr Parameter ausgeglich Zylinder mm 1 54 1 93 1 92 2 23 1 74 2 04 0 30 0 40 Ausgewertete Abweichungen 13 3 6 7 3 Die Auswertung des Messtyps HOMOGENIT T Das Ziel dieser Versuchsanordnung war die Nachpr fung ob die Verteilung der Abwei chungen von den nominalen geometrischen Parametern im gesamten Gesichtsfeld homogen ist Aus den grafischen Darstellungen der Abh ngigkeit des Gesichtsfeldausschnitts und der Abweichungen von den nominalen Parametern zeigte sich kein systematischer Einfluss auf die Verzerrung des jeweiligen Ausschnitts des Gesichtsfelds Die gr te Schwankung weist die Abweichung von den nominalen Durchmessern aus Die gr te Differenz max A minA von den nominalen Dimensionen erreicht 1 55 mm und die maximale Differenz max A minA von den vorgegebenen Winkeln 14 6 was in der Entfernung 0 45 m die gr te Dimension der Ebenen eine L ngenabweichung von 1 90 mm bedeutet 7 4 Die Auswertung des Messtyps MODELLIERTE PUNKTE Sie beruhte auf den Vergleich der Punktkoordinaten der RQ die durch die Modellierung und die geod tischen Messungen festgestellt wurden Aus den ausgerechneten Koordina tendifferenzen AX AY AZ und ihren Standardabweichungen oy x Gay Gaz Kann man eine Folgerung aussprechen dass die Ver nderungen der r umlichen Lage der modellierten Punkte sind nicht nachweisbar AX lt Oax 5 AY lt Guy AZ lt Oxz 8 Abschlus
109. von Sicherheitsver suchen mit verschiedenen Pr fk rpern Impaktoren die gegen die Front eines Fahrzeuges geschossen werden vgl Abb 1 Die Phase 1 dieser EU Richtlinie ist im Oktober 2005 in Kraft getreten d h alle neu entwickelten Fahrzeuge die in Europa auf den Markt kommen m ssen sich dieser Abnahmepr fung stellen Im vorliegenden Artikel werden die messtechnischen Anforderungen f r den Beinimpaktor aus Phase 1 der Richtlinie berpr ft Kopfimpaktor Gewicht 3 5 kg Kopfimpaktor Aufprall mit 35 km h Aufprallwinkel a 50 Beinimpaktor Fr fgewicht 13 4 kg Aufprall mit 40 km h Kinderkopfimpaktor KK 2 5 Kg 40 km h 50 EK OS i Erwachsenenkopfimp EK m ne Ge l k IH 3 H W th TFE 4 8 Kg 40 kmh 65 IN ki TS Oberschenkelimpaktor OS Bein fi 10 17 kg 40 km h B 10 46 impaktor j7 97 Beinimpaktor wie Phase 1 Abb 1 Pr fumfang nach EU Richtlinie 2003 102 EG STRUTZ amp SCHRIEVER 2005 2 Messtechnische Anforderungen In der EU Richtlinie sind mehrere messtechnische Anforderungen an die Durchf hrung eines Fu g ngerschutzversuches spezifiziert Diese definieren die Orientierung des Bein impaktors und die Beschreibung seiner Flugbahn zum Zeitpunkt des Auftreffens auf die Fahrzeugfront Des Weiteren werden Anforderungen an die Geschwindigkeit zum Zeit punkt des Auftreffens und an die Trefferlage gestellt Die maximal zul ssigen Abweichungen von den spezifizierten Sollwer
110. worden In diesem Beitrag wird der Projektablauf von der Datenerfas sung bis zur Visualisierung am Beispiel des Sanktuars Allerheiligstes Aufbewahrungsort der G tterbarke dargestellt Zudem wurden Tr mmerst cke die sich auf dem Tempelge l nde befanden auf Basis von 3D Triangulationen als repr sentatives 3D Modell erstellt 1 Einleitung Laserscanning zeichnet sich durch einen hohen Automatisierungsgrad aus Ist ein Messvor gang einmal gestartet k nnen extrem viele Punkte in sehr kurzer Zeit aufgenommen wer den Einzug in die kommerzielle Anwendung hat der Laserscanner daher vor allem in den Bereichen der Photogrammetrie gefunden wo nun statt Fotos gro e 3D Punktwolken er fasst werden Bei der geometrischen Rekonstruktion des Objektes durch Laserscanning besteht keinerlei Abh ngigkeit zur Beleuchtung allerdings fehlen Farbinformation der Objektoberfl che Jedoch ist gerade diese Information f r die Grabungswissenschaftler von Interesse da sie einen dokumentarischen Wert besitzt Die Kombination von Laserscanning Geometrie und Photogrammetrie Texturinformationen bildet eine Grundlage zur Ob jektvisualisierung 2 Das Aufnahmeobjekt Bei dem aufgenommenen Objekt das dieser Arbeit zugrunde liegt handelt es sich um eine Tempelruine der L weng ttin Repit Abgesehen von diesem etwa 75 x 45 m gro en Bau werk liegen auf dem Konzessionsgel nde noch ein allerdings bis auf einen vorgesetzten Torbau versch tteter Tempel Ptolem
111. zeigt den verbliebenen zu minimierenden Fehler Farbabbildung siehe beiliegende CD Gegeben seien dazu wiederum die inneren Kalibrierparameter K1 Ky 11 19 8 8 C C der Kamera sowie die Kalibrierparameter a b c des Scanners Au erdem seien hinreichend gute Startwerte der externen Kameraparameter R und T gege ben W hle eine Teilmenge S u ul xv vi JCS Setzt man min 9 max min pP i Unins 9 J Vmin dann beschreibt f r alle d e S I p P b c I h r g die Transformation des k ten Bildes vom Pixel koordinatensystem KY in das Scannerkoordinatensystem Da R und T nur Startwerte bilden stimmen das Reflektivit tsbild des Scans und das Bild 9 zwar perspektivisch berein sind aber gegeneinander verschoben s Abb 3 Gesucht ist jetzt die Position im Scanausschnitt S deren Ma an bereinstimmung mit dem Bild im Sinne eines zu definierenden G tekriteriums maximal ist Die vorgestellte Methode basiert auf einem korrelationsbasierten Ansatz Da die Grauwertverteilung in Scan und Farbbild aufgrund der unterschiedlichen Sensoren sehr unterschiedlich sein kann wird im Folgenden nicht auf den Grauwert sondern auf den Gradientenbetragsbildern gearbei tet Definiere dazu diskrete Ableitungsoperatoren auf Grauwertbildern Ba a Re en oe na AP GA SPE LD SELD und APG A PGI D SGI 0 16 und setze als Gradientenbetragsoperator VED JAP GD APG 17 354 T Abmayr F H rtl M B
112. zun chst in ein LupoScan Format abgelegt in welchem zus tzlich die Z Koordinate eines jeden Pixels verzeichnet ist Es ist also m glich die verschiedenen Funktionen wie Schnitte Vermaschungen usw auf diese 2 5D Datens tze anzuwenden Orthoprojektionen und Abwicklungen h herer Komplexit t 271 Literatur Hemmleb M Siedler G amp G Sacher 2000 Digitale Bildentzerrungen und abwick lungen f r die Anwendung in Denkmalpflege Bauforschung und Restaurierung In Von Handaufma bis High Tech Interdisziplin res Kolloquium BTU Cottbus 23 26 02 2000 Verlag Philipp von Zabern Mainz 2001 74 82 Luhmann T 2000 Nahbereichsphotogrammetrie Grundlagen Methoden und Anwen dungen Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 306 308 Neitzel F 2006 Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse am Beispiel des Laserscanners Z F Imager 5003 In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 174 183 Przybilla H J 2005 Laserscanning in der As Built Dokumentation Erfahrungen mit dem System Z F Imager 5003 In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscan ning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 232 239 Vergleich von Anforderungen an 3D Stadt und Geb udemodelle Lars Fricke Zusammenfassung
113. zusammengef gt wurden und die verwendeten Messger te alle Spezifikationen einhalten In der Lage wurde fast keine Ver nderung vorgenommen nur in der z Komponente wurde die ALS Punktwolke vom ICP Blockausgleich um 1 035 angehoben Dies wurde vermutlich durch einen unber cksichtigten GPS Antennenh hen Offset verursacht In Abbildung 8 sind die kombiniert registrierten ALS und TLS Scandaten dargestellt Abb 8 Kombinierte ALS und TLS Scanpunktwolke sowie Kombination von ALS Scan und Fotodaten auf der rechten Seite Das Luftbild wird n das Projekt importiert und die bekannte innere Orientierung zugeord net Die u ere Orientierung wurde mithilfe von identen Punkten im Foto und der Scan punktwolke ermittelt Die Genauigkeit wird mit 0 45 Pixel Standardabweichung angegeben als Kamerah he werden 651 08 m statt der tats chlich geflogenen 654 31 m ermittelt 2 Zusammenfassung Es wurde gezeigt dass die simultane Ausgleichung von Datens tzen aus ALS und TLS Datenerfassungen unter Verwendung von Passpunkten und Nutzdaten sowie die Zusam menf hrung von Scan und Fotodaten in RiSCAN PRO transparent effizient und mit Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Laserscanner und Kameradaten 365 h chstm glicher Genauigkeit gel st werden Mit der Kombination der beiden Datenerfas sungsarten TLS und ALS ergeben sich folgende Vorteile die rasche Erfassung von gro en Zielgebieten ALS speziell von ann hernd horizontalen Objek
114. zwei Algo rithmen zur Verf gung Die Fl chentriangulation verbindet jeweils drei benachbarte Punkte zu Dreiecken Um zu verhindern dass nahe benachbarte Fl chen miteinander verbunden werden m ssen bei diesem Verfahren Grenzwerte f r den Maximalabstand zu verbindender Punkte und ein Maximalwinkel angegeben werden den zwei benachbarte Dreiecke h chstens bilden d r fen Bei richtiger Wahl der Maximalabst nde und des Grenzwinkels erh lt man gute Ergeb nisse mit wenigen Fehlern Die Volumentriangulation bildet jeweils Tetraeder aus vier benachbarten Punkten wenn deren Abstand geringer als der vorgegebene Grenzwert f r den Punktabstand ist Anschlie Bend werden alle Tetraeder eliminiert bei denen nicht mindestens ein Eckpunkt auf der Oberfl che liegt Es entsteht eine d nne Schale 5 4 Korrektur von Fl chenfehlern Bei der Fl chenbildung treten Fehler der verschiedensten Art auf In den Fl chen entstehen L cher wenn benachbarte Dreiecke nicht nahtlos aneinander sto en Stimmen die Orientie rungen einzelner Dreiecke nicht mit denen der Nachbarn berein so ist die Fl che verdreht Ein Fehler ist es auch wenn mehr als zwei Dreiecke eine gemeinsame Kante haben oder mehr als drei Dreiecke einen gemeinsamen Eckpunkt Ebenso verboten sind Strukturen bei denen sich Fl chen eines K rpers selbst schneiden Alle Fehler m ssen bereinigt sein ehe die Daten des K rpers an den Drucker bergeben werden Versucht man fehlerhafte D
115. zwischen den Scans gefunden Als Genauigkeitsma zwischen zwei zusammengeh renden Fl chen wurde die halbe Summe der skalaren Produkte zwischen dem Verbindungsvektor der Schwerpunkte der plane patches und deren Normalvektoren definiert 2 Dieses neue Genauigkeitsma ber die anf nglich 130 000 Beobachtungen betr gt bei gleicher Registrierungskonstellation wie nach dem B ndelausgleich ber die Passpunkte 11 5 mm Nach dem Ausgleich verringert sich diese Zahl auf 115 000 Fl chenpaare da der Rest wegen zu gro er Abweichungen verworfen wurde und als Genauigkeitsma ergibt sich ein Wert von 5 9 mm Abbildung 7 zeigt exemplarisch die automatisch gefundenen plane patches in den Daten der Scanposition 2 364 A Ullrich und N Studnicka Abb 7 Links eingef rbte Punktwolke der Scanposition 2 rechts die automatisch im Scan gefundenen Ebenenst cke Die ALS Daten wurden im Prinzip auf die gleiche Weise vorbereitet bis auf den Umstand dass die ebenen Teilfl chen nicht wie beim TLS als 2 5D Zellen im Kugelkoordinatensys tem angeordnet sind sondern auf der horizontalen XY Ebene Alle TLS Scans wurden vor dem Blockausgleich in ihrer Lage und Orientierung gesperrt nur der ALS Datensatz wurde in sechs Freiheitsgraden freigegeben Insgesamt wurden 11 500 zusammengeh rende Fl chenst cke gefunden und ein Genauigkeitsma von 14 4 mm ermittelt Diese Standard abweichung bedeutet dass die drei ALS Spuren sehr genau und stabil
116. 0 sind tan r A OSG Sp T Sp l Mit den Gewichtsmatrizen P P und P der Beobachtungen und s ergibt sich mit I dem Varianzfaktor o das lineare Modell zu A A A x l v L P 0 0 0 E 0 x v mi D L lo 0 0 PR Of 11 0 0 E LXx IL v L 0 0 PR wobei mit E die Einheitsmatrix der Dimension nxn bezeichnet ist Die Sch tzwerte f r die Unbekannten erh lt man aus den iterativ zu l senden Normalgleichungen Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse 179 A PA A PA A PA x A PI APA A PA P ALPA x A PL P 12 APA APA APA P x APL PI S ne N Die Standardabweichung der ausgeglichenen Parameter i und sowie EIT A und S 5 kann mithilfe der Kofaktorenmatrix der Unbekannten OEN 13 und dem Sch tzwert f r den Varianzfaktor 6 berechnet werden Numerische Untersuchungen mit diesem Ansatz haben gezeigt dass die Redundanzanteile der Beobachtungen und s s derartig klein sind im Vergleich zu denen der Beobachtungen f f dass man die Beobachtungen und s als feste Parameter I in die Ausgleichung einf hren kann ohne dass sich die ausgeglichenen Parameter f und deren Standardabweichungen signifikant ndern Im folgenden Kapitel wird daher ein Modell vorgestellt in dem die Werte und s als feste Parameter eingef hrt werden 4 2 Lineares funktionales Modell F hrt man die Kipp
117. 003 The influence of flight speed on the ran ging performance of bats using frequency modulated echolocation pulses J Acoust Soc Am 2003 Jan 113 1 617 28 Gorte B amp D Winterhalder 2004 Reconstruction of Laser Scanned Trees Using Filter Operations in the 3D Raster Domain International Archives of Photogrammetry Re mote Sensing and Spatial Information Sciences Vol XXXVI Part 8 W2 H hnel D Triebel R Burgard W amp S Thrun 2003 Map Building with Mobile Robots in Dynamic Environments In IEEE International Conference on Robotics and Automa tion ICRA Taipei Taiwan Holderied M W amp O von Helversen 2003 Echolocation range and wingbeat period match in aerial hawking bats Proc R Soc Lond B 270 2293 2299 Schober W amp E Grimmberger 1998 Die Flederm use Europas Kennen bestimmen sch tzen Kosmos Naturf hrer Franckh Kosmos Verlag Thies M Aschoff T amp H Spiecker 2003 Terrestrische Laserscanner im Forst In AFZ derWald 22 2003 Zoller Fr hlich 2005 www zf laser com accessed 01 12 2005 Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matti Suuronen Kathar na RATKE Zusammenfassung 2004 bereitete die Neue Sammlung des Staatlichen Museums f r Angewandte Kunst in der Pinakothek der Moderne in M nchen ein Projekt zur Untersuchung Dokumentation und Konservierung des sich in Berlin befindlichen originalen Futuro Hauses Abb 1 vor Da das Futuro Projekt nu
118. 004 oder mit zwei Sensoren gebr uchliches Verfahren in der Photogrammetrie Der Einsatz von Techniken aus dem Bereich der KI bei bildgebenden Sensorsystemen 155 4 Schlussbemerkung und Ausblick Dieser Artikel gab einen groben berblick ber Techniken aus dem Bereich der k nstli chen Intelligenz welche heute bei Problemen der digitalen Bildverarbeitung und Messtech nik eingesetzt werden k nnen Es zeigt sich sehr deutlich dass mit diesen neuen Verfahren in den verschiedensten Bereichen sehr gute Ergebnisse erzielt werden k nnen Vor allem in der Steuerung Konfiguration und Optimierung haben Beispiele in der Praxis das Potenzial dieser Techniken aufgezeigt F r die Zukunft scheint es aus Sicht des Ingenieurs Benutzers wichtig dass anwender freundliche Tools auf den Markt kommen die es auch dem Nicht Experten erlauben solche Systeme zu implementieren Literatur CLIPS 2006 http www ghg net clips CLIPS html Ebner M 1998 On the Evolution of Interest Operators using Genetic Programming First European Workshop on Genetic Programming The University of Birmingham F rstner W 1991 Statistische Verfahren f r die automatische Bildanalyse und ihre Be wertung bei der Objekterkennung und vermessung DGK Vol C Nr 370 M nchen Gerdes I Klawonn F amp R Kruse 2004 Evolution re Algorithmen Vieweg Verlag Wiesbaden G rz G Rollinger C R amp J Schneeberger 2000 Handbuch der k nstlichen In
119. 02 gs100 asp Schwermann R amp C Effkemann 2002 Kombiniertes Monoplotting in Laserscanner und Bildddaten mit PHIDIAS In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie und Laser scanning Anwendung f r As Built Dokumentation und Facility Management Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 57 70 Orthoprojektionen und Abwicklungen h herer Komplexit t Anwendungsm glichkeiten in der Praxis Olaf PR MM Michael POSPIS und Mustapha DOGHAILI Zusammenfassung Es werden M glichkeiten zur Erstellung von Bildpl nen aus den Farb oder Intensit tswer ten von Laserscans beschrieben Neben der Orthogonalprojektion auf eine ebene Fl che wird anhand von Beispielen gezeigt wie Geb udeteile oder Tunnel ber eine Orthogo nalprojektion auf einen Zylinder oder wahlweise elliptischen Zylinder in die Planebene abgewickelt werden k nnen Au erdem wird aufgezeigt wie die Laserscans bearbeitet werden m ssen bevor sie zur Planerstellung verwendet werden k nnen Alle Anwen dungsbeispiele wurden mit der Software LupoScan von Lupos3D erstellt 1 Einleitung Die Vorteile der Bestandsaufnahme mit dem 3D Laserscanner liegen in der hohen Punkt dichte am aufzunehmenden Objekt und der damit einhergehenden Vollst ndigkeit Die einmal erfassten Daten bilden die Grundlage f r eine Vielzahl von Auswertungsm g lichkeiten Das Ziel aller Weiterverarbeitungsschritte liegt in der Reduzierung der zum Teil mehrere Gigabyte gro en Datenmenge auf sinnvolle Weis
120. 04 Dieses Ba sissystem wurde von den Vereinigten Elektronik Werkst tten Bremen VEW in ein markt reifes Produkt berf hrt In diesem Artikel werden die dazu vorgenommenen Ma nahmen vorgestellt und der Einsatz der 3D Kamera m industriellen Umfeld an Messbeispielen vorgestellt kleine Abma e 20 x 22 x 13 cm Projektor 0 bis 30 cm unscharf gt 30 cm scharf gro e Sch rfen tiefe parallele optische oe Achsen Abb 1 Aufbaukonzept 3D Kamera mit den Haupteigenschaften Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera 87 1 Systemkonzept In Abbildung 1 ist das Aufbaukonzept der 3D Kamera mit parallelen optischen Achsen gro em ffnungswinkel des Messraumes einem gro en Sch rfetiefenbereich und daraus resultierend einem gro en nutzbaren Messvolumen zu sehen Das Konzept ist detailliert in BOTHE 2004 dargestellt 2 Technische Realisierung 2 1 Mechanischer Aufbau Der mechanische Aufbau der 3D Kamera wurde weitestgehend aus gefr sten Aluminium Elementen verwirklicht Dabei wurde die 3D Kamera in einzelne Baugruppen unterteilt Jede einzelne Baugruppe ist einzeln vormontierbar und leicht zu wechseln Dieses erleich tert die Montage Wartung und sp tere Reparatur der 3D Kamera Folgend werden exem plarisch Frontplatte und Bodenbaugruppe die Beleuchtungsbaugruppe und die Steuerelekt ronik n her beschrieben 2 1 1 Frontplatte Bodenbaugruppe Die mechanische Triangulationsbas
121. 1 VEEE TAA E E A EEE ETE E EE EEEL ET AEE ET ET EET AA ETTE 196 Laserscanning Modellierung enn 205 Beder C und F rstner W Direkte Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkten ohne Nutzung von Goe ale a i i EEEE A PEP PE E EE EE ETE ETET 206 Bienert A Gl ttung von aus Laserscannerpunktwolken extrahierten Profilen 214 Rohrberg K Reale 3D Modelle aus 4D Punktwolken c ccccececececscececcccecccecscecececenecece 222 Laserscanning Anwendungsbeispiele o 231 Becker W Dietrich R und Leopold M 3D Aufbau und Nutzung virtueller Welten im Anlagenbau e 2 Soumagne J und Heister H Konzept f r eine As Built Aufnahme von Schiffsr mpfen ennennen 238 Becker R Laserscanning und Photogrammetrie die Vielfalt der PoC E A ERNRENEERE dam E T A A T 246 X Inhaltsverzeichnis Kersten T Biebermann M und Schneider M 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles durch Kombination von digitaler Architekturphotogrammetrie und Ore Ir a BEN Wine CP a A A 254 Pr mm O Pospis M und Doghaili M Orthoprojektionen und Abwicklungen h herer Komplexit t Anwendungsm slichkeiten in der Praxis ccccccseecccseecceeseccencecaeecesensecaeseeseneeeaes 264 Fricke L Vergleich von Anforderungen an 3D Stadt und Geb
122. 2 J Niehues T Lorenz P Lehmann K Bobey und L Brekerbohm Abb 10 Beispiel Topographieaufnahme einer Linsenoberfl che 3 3 Messungen an Kanten Die Messung an scharfen Kanten deren Stufenh he kleiner als die Koh renzl nge der verwendeten Lichtquelle ist stellt f r die Wei lichtinterferometrie eine besondere Heraus forderung dar und soll im Folgenden erl utert werden In Abbildung 11 sind die an einer in Silizium ge tzten Kante gemessenen Signale dargestellt Die Pfeile zeigen auf den Bereich des Messobjektes an dem sie aufgenommen sind Das obere und das untere Diagramm lassen sich eindeutig den beiden unterschiedlichen H henniveaus zuordnen Zur Veran schaulichung der unterschiedlichen Lagen der Maxima ist hier die Einh llende mit einge zeichnet Betrachtet man das Signal dass genau an der Kante gemessen wird so l sst sich eine berlagerung der Signale von unterem und oberem H henniveau beobachten w 1 T I TEIRITEr Abb 11 Signal berlagerung an Kanten Die H llkurvenauswertung im oberen Diagramm von Abbildung 12 liefert f r den be schriebenen Fall H henwerte die entweder zu dem unteren oder dem oberen Niveau ge z hlt werden k nnen Allerdings kommt es an der Diskontinuit t zu ber und Unter schwingern Diese Verf lschung des Signals die als Batwing Effekt HARASAKI 2000 bezeichnet wird f hrt zu einer berzeichnung der Feinstruktur Das mittlere Diagramm in der Abbildung 12 zeigt das
123. 3 Korrelogramm Quelle GFE Messtechnische Bewertung von Schleifwerkzeugoberfl chen 99 2 2 Konfokale Mikroskopie Bei der konfokalen Mikroskopie wird die geringe Tiefensch rfe eines Objektivs mit hoher numerischer Apertur ausgenutzt Nur die Objektbereiche die innerhalb des Tiefensch rfe bereiches liegen werden scharf d h mit relativ starkem Kontrast abgebildet Abb 4 Durch Auswertung der Differenz d h des Kontrastes der Grauwerte von einer Bildfolge bezogen auf jeweils ein und denselben Bildpunkt eines CCD Matrix Sensors wird die Objektebene in der der Bildpunkt die maximale Sch rfe hat ermittelt Dieses Verfahren setzt jedoch eine kontrastbildende Eigenstruktur der zu messenden Objektfl che voraus Bildfolge lokale Sch rfebewertung 3D Punktwolke Abb 4 Verfahrensablauf der konfokalen Mikroskopie Quelle GFE 3 Untersuchungsergebnisse Um eine statistisch gesicherte Angabe ber den mittleren Korn berstand und der Kornspit zenverteilung erzielen zu k nnen ist es notwendig eine ausreichende Anzahl von Schleif k rnern f r die Berechnung der beiden Pr fmerkmale einzubeziehen Die Anzahl notwen diger Stichprobenumfang h ngt dabei von der Gesamtkornzahl Umfang der Grundge samtheit auf der Schleifscheibe ab und berechnet sich n herungsweise nach folgender Formel 4 ZeNeg Au 1 Zeo 1 n Stichprobenumfang Z Standardnormalverteilung N Umfang der Grundgesamtheit o
124. A Tokio 415 S Photogrammetrische Bestimmung von Bohrungen f r industrielle Anwendungen 31 Fischler M A amp R C Bolles 1981 Random Sample Consensus A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography Graphics and Image Processing 6 24 381 395 Koch K 1997 Parametersch tzung und Hypothesentests in linearen Modellen D mm ler Bonn 366 S Lindeberg T 1994 Scale Space Theory in Computer Vision Kluwer Academic Publi shers Boston USA 423 S Rodehorst V 2004 Photogrammetrische 3D Rekonstruktion im Nahbereich durch Auto Kalibrierung mit projektiver Geometrie Wissenschaftlicher Verlag Berlin Berlin 155 S Steger C 1998 Unbiased Extraction of Curvilinear Structures from 2D and 3D Images Utz Wiss M nchen 185 S Wolf B M amp M Roland 2005 Aktive Konturen f r die automatische Messung von na f rlichen Punkten bei industriellen Anwendungen In Seyfert Hrsg Publikationen der Deutschen Gesellschaft f r Photogrammetrie und Fernerkundung DGPF Rostock Germany Band 14 279 284 Wenn s etwas mehr sein darf Verschieben der Hauptpunktlage f r eine optimale Stereoabdeckung Dirk H RIEKE ZAPP Zusammenfassung Durch das Verschieben der Hauptpunktlage aus dem Bildzentrum l sst sich die Stereoabde ckung beziehungsweise die Ausnutzung der Sensorfl che bei terrestrischen Anwendungen sowie m Zweibildfall optimieren Obwohl ein V
125. ANLEY 2004 die von Australis abgeleitet ist und daher gleiche Kalibrierergebnisse liefert Vergleich von Softwaretools zur Kamerakalibrierung 109 Tabelle 2 Vergleich f r die Parameter c x und y o alle vier Programme 7 4022 0 2816 0 0373 7 4022 0 2808 0 0372 7 4022 0 2807 0 0372 7 4022 0 2818 0 0372 Die radial symmetrische Verzeichnung wird wie zuvor angef hrt im Programm 3 durch den Ansatz dr a K re K tr on 1 modelliert die anderen Programme verwenden die balancierte Form dt aq Ay 116 A r r roA H 2 In der vergleichenden Tabelle 3 sind f r Programm 3 die bereits in die balancierte Form umgerechneten Werte f r A und A angegeben Tabelle 3 Vergleich der Parameter f r die radial symmetrische Verzeichnung 22 32 d 4 4 23 d 5 48 3 um 22 30 d 4 4 23 d 5 48 1 um 22 22 d 4 4 13 d 5 50 0 um 22 36 d 4 4 23 d 5 48 5 um Als Ergebnis der Simultankalibrierungen erh lt man geringe Unterschiede der Verzeich nungsparameter aber Vorzeichen beachten In der vierten Spalte von Tabelle 3 sind Verzeichnungswerte dr a f r einen Bildpunkt mit dem Abstand r 5 mm von der Bild mitte angegeben Bei der radial asymmetrischen tangentialen Verzeichnung auch Dezentrierverzeichnung zeigen sich hnliche relativ geringe Effekte Tab 4 Alle Programme verwenden den folgenden Ansatz dX tan By r 2x 2B xy 3 dy tan B2 e a ay le 2B xy 4
126. AXCamBar 2 3 _ beta Benutzerhandbuch Version 1 Henning M Sahrhage V amp B Hentschel vorauss 2006 3D PTV System Optische Vermessung von Wasserspiegellagen und Flie geschwindigkeiten in physikalischen Modellen In Mitteilungsheft der Bundesanstalt f r Wasserbau Hamburg Karlsruhe Ilmenau Kyle S A 2005 Alternatives in 6D Probing Coordinate Metrology Systems Confer ence Austin Texas Leica AG Heerbrug 2004 DISTO plus Online Manual Version 3 00 Luhmann T 2003 Nahbereichsphotogrammetrie Grundlagen Methoden Anwendun gen 2 Auflage Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Luhmann T 2005 On the determination of objects rotation and translation in 3 D space 6 DOF by a single camera Optical 3 D Measurement Techniques Suthau T 2005 Sensorfusion von Augmented Reality Komponenten f r die medizinische Navigation In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Uenohara T 1995 Vision based object Registration for real time image overlay In Computer Vision Virtual Reality and Robotics in Medicine CVRMed 95 N Ayache Berlin Springer Verlag 14 22 Optische 3D Messverfahren Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut und anderer gl nzender Oberfl chen Reiner KLATTENHOFF Thorsten BOTHE Achim GESIERICH Wansong LI Chri
127. Abbildung 10 durchf hrbar Laserscanning und Photogrammetrie die Vielfalt der Auswertem glichkeiten 251 Abb 10 Lokales Koordinatensystem Abb 11 Lokales Koordinatensys auf der Grundlage einer ebe tem auf der Grundlage ei nen Fl che ner Zylinderfl che 5 Anwendungsbeispiele Die beschriebenen Funktionalit ten der kombinierten Verwendung von Bild und Scanner daten bei der Modellierung wurden bei verschiedensten Projekten angewendet Der Eurogress Aachen wurde mit dem aus Laserscanner und Kamera kombinierten System vermessen Die Modellierung erfolgte unter Nutzung der beschriebenen Funktionalit ten Die Bilder wurden zu einem Rundum Panoramabild zusammengesetzt Abb 12 Ergebnis war u a eine Ansichtszeichnung der Hallenwand Abb 13 amp 9 8 a ee Er MEN wa Hm Due N liiati islstl I i SERRE a E E a C Inu funni ii Bil hm mu if mi rw u ul E Abb 12 13 Eurogress Aachen Panoramabild und Ansichtszeichnung Im Bereich der Verkehrsbauwerke wurde die in Abbildung 14 und 15 dargestellte Br cke vermessen und modelliert 252 R Becker Abb 14 15 Br ckenbauwerk Punktwolke und Modell Die Modelle k nnen wie im Fall der Kirche St Gereon in K ln Merheim zur Simulation verwendet werden Hier wurde gepr ft ob ein historisches Kreuz in den Altarraum der Kirche geh ngt werden soll Der Kircheninnenraum wurde vermessen und modelliert Das Kreuz konnte im Modell im Beisein der Entscheid
128. Abh ngigkeit von der Patchgr e in konstanten Winkelschritten rotiert F r jede Geradenstellung werden die senkrechten Abst nde der Punkte bestimmt und die Punkte die innerhalb einer gewissen Toleranz dro von der Gerade liegen gez hlt Der Anstieg der Geraden welcher die meisten Punkte innerhalb der Toleranz aufweist Abb Ic ist der N herungsanstieg der ausglei chenden Geraden In der Ausgleichung werden dementsprechend nur die Punkte innerhalb der Toleranz verwendet a b c Abb 1 a Patch mit ausgleichender Gerade b Lage der ausgleichenden Geraden in der N he einer Kante c Stellung der rotierenden Geraden mit den meisten unkten im Toleranzbereich N herungsanstieg 216 A Bienert Eine Berechnung der Eckpunkte wird durch den Anstieg der ausgleichenden Geraden reali siert und im Anschluss an die Gl ttung durchgef hrt Tritt eine signifikante nderung des Anstiegs auf wird ber einen Geradenschnitt der Schnittpunkt bestimmt Zu jedem Punkt im Patch geh rt ein Anstieg der aus der jeweiligen ausgleichenden Geraden berechnet wurde Die Schnittpunktberechnung wird pro Patch so oft durchgef hrt wie Punkte mit ihren jeweiligen Anstiegen vorhanden sind Allerdings werden nur die Schnittpunkte ver wendet bei deren Berechnung eine Anstiegsdifferenz von mehr als 30 aufgetreten ist Das ar thmetische Mittel des mehrfach bestimmten Eckpunktes entspricht dem tats chlichen Eckpunkt Abb 2 rechts ber die verschiedenen Koor
129. Anwendungen der Geod sie im Bauwesen IAGB Universi t t Stuttgart IABG 2006 Industrieanlagen Betriebsgesellschaft Ottobrunn www iabg de 09 02 2006 MT Aerospace 2006 MT Aerospace AG Augsburg www mt aerospace de 09 02 2006 SOFIA 2006 SOFIA Projektb ro Institut f r Planetenforschung DLR www solarsystem dlr re Missions SOFIA 09 02 2006 Wikipedia 2006 Wikipedia Internetseiten http de wikipedia org 09 02 2006 Photogrammetrische Bestimmung von Bohrungen f r industrielle Anwendungen Bernd Michael WOLF Zusammenfassung Der Einsatz photogrammetrischer Systeme m industriellen Umfeld ist h ufig beschr nkt auf Aufgaben die eine Signalisierung von Messpunkten mit Markern erlauben Die 3D Koordinaten dieser Marker k nnen mit hoher Pr zision schnell zuverl ssig und ohne Transport des Pr flings bestimmt werden Beim In Line Einsatz in der Fertigungslinie muss f r die Vermessung jedoch auf Markierungen verzichtet werden In diesem Beitrag wird ein Operator f r die photogrammetrische Messung von Bohrungen vorgestellt mit dessen Hilfe die Koordinaten von Bohrungen ohne Marker bestimmt werden k nnen 1 Einleitung Ausgehend von den typischen Aufgaben der Photogrammetrie und der Industriellen Bild verarbeitung dem metrischen Messen in 3D im Gegensatz zu vergleichenden Messungen in 2D kann man Unterschiede zwischen den Techniken vor allem in den Verfahren den typi schen Abbildungsma st ben der Redu
130. Behandlung von Tr mmerst cken Viele Objekte lassen sich nicht durch Regel geometrien beschreiben Auf der Basis von Dreiecksvermaschungen k nnen derartige K rper r umlich beschrieben werden Ein gutes Beispiel daf r stellt das hier dargestellte besch digte S ulenkapitell dar Abb 6 Das Objekt st mit f nf Scans erfasst und ber zehn Targets miteinander verkn pft worden Das Datenvolumen betr gt etwa 5 2 Mio Punkte bei einer Dateigr e von etwa 180 MByte Die Bearbeitung der Punktwolke erfolgt mit der Software RapidForm PP2 2004 Abb 6 DBesch digtes S ulenkapitell auf der Firma INUS Technologie RapidForm ist dem Grabungsgel nde speziell f r die Auswertung und Modellgene rierung kleinere Volumenelemente ohne nen Dokumentation und Visualisierung einer Tempelanlage auf Basis von Laserscanning 321 nenswerte Regelgeometrien ausgelegt F r den Import dieser Punktwolke werden einige Dateiformate angeboten u a auch das ASCII Format pts das auch von der Scansoftware der Firma Zoller Fr hlich unterst tzt wird Das PTS Format enth lt die 3D Koordinaten sowie die Intensit tswerte die von RapidForm nicht bernommen werden Die folgende 3D Triangulation ist abh ngig von der lokalen Punktdistanz und dem Winkel zwischen den Normalenvektoren der entstehenden Dreiecke Kann die Punktwolke nicht ausreichend trianguliert werden ist es von Vorteil diese vorher gen gend auszud nnen Durch geeigne te Filtertechnik ka
131. Beinimpaktor geschossen wird An Stelle des Vergleichsbocks ist bei regul ren Versuchen das Fahrzeug positioniert Im Hintergrund ist der Stereospiegelvorsatz zu sehen Damit der Beinimpaktor nach dem Auftreffen nicht unkontrolliert durch den Raum fliegt wird er nach dem Auftreffen durch Auffangseile kontrolliert abgebremst Somit bleiben die angebrachten Marken auf den Adaptern am Beinimpaktor auch von Versuch zu Versuch stabil Ohne die Auffangseile w rden sich die Adapter am Impaktor sehr wahrscheinlich bei jedem Versuch verbiegen oder abbrechen und m ssten nach jedem Versuch jeweils neu montiert und eingemessen werden was einen enormen Mehraufwand bedeuten w rde 4 2 Messung und Auswertung Es wurden mehrere Schussversuche mit dem Beinimpaktor auf der Anlage durchgef hrt Bei allen Versuchen wurden die Koordinaten der Messmarken auf dem Beinimpaktor vorab in einer statischen Vorvermessung photogrammetrisch ermittelt Im Anschluss daran wurde der Impaktor eingespannt und gegen den Vergleichsbock geschossen Die f nf starren Punkte auf dem Impaktor konnten ber eine Dauer von etwa 40 ms bis zum Zeitpunkt des Auftreffens gemessen werden Ein Bild der aufgenommenen Sequenz ist n Abbildung 6 dargestellt Die gestrichelte Linie in der Mitte des Bildes visualisiert die Trennlinie zwi schen den beiden Teilbildern der virtuellen Kameras Die Auswertung der Bildsequenz erfolgt zun chst im Koordinatensystem des Stereospiegelvorsatzes Dieses Koordin
132. Bereichen welche f r eine separate Bearbeitung geeignet waren Abb 3 Einteilung der Bl cke Tabelle 1 bersicht ber die eingeteilten Bl cke Schaltfeld 6 937 687 Punkte Gr nfl che 2 161 766 Punkte Au enbereich 1 526 758 Punkte Trafoboxen 9 797 462 Punkte Hauptgeb ude 11 120 376 Punkte Im Zusammenhang mit der Erstellung des Modells wurden 3D Bauteilbibliotheken erzeugt S e erleichterten die Modellierung und brachten einen nicht unerheblichen Zeitgewinn da detailreiche Bauteile nicht mehrfach konstruiert werden mussten 236 W Becker R Dietrich und M Leopold Abb 4 Beispiel ist das 3D Symbol des Drehtrenners im offenen Zustand Der wirklichkeitsnahe Eindruck des 3D Modells wird durch Echtfarbentexturen realisiert Die w hrend der Messung aufgenommenen Fotos dokumentieren die rtlichkeit Mittels Adobe Photoshop Version 8 0 1 und Paint wurden diese Fotos bearbeitet und als Textur dem jeweiligen Objekt zugewiesen Die Untersuchung der Modellgenauigkeit ergab eine maximale Abweichung von 1 7 cm Das ar thmetische Mittel der Betr ge der Differenzen ergibt 0 7 cm Damit wird die in der Aufgabenstellung geforderte Genauigkeit von 1 2 cm eingehalten 5 Visualisierung F r die Pr sentation dieses Modells wurden ein Film und ein 3D PDF erstellt Der Film beginnt mit dem Durchlaufen der Entstehungsphasen des Modells gefolgt von zwei Kame rafahrten Die erste Fahrt simuliert einen Rundgang durch die Schaltanl
133. Die relativen Verschiebungen fallen durch ein Objekt fixes Ko ordinatensystem aus der Betrachtung Risse haben bei Betonbauteilen gr enordnungsm Big mit einer Rissbreite von 0 02 mm bis weit ber 0 1 mm einen wesentlich gr eren De formationsanteil als die Betondehnung die maximal 1 2 Promille erreicht Abb 2 d h eine Dehnung von unter 0 02 mm zwischen zwei Rissen aufweist Dehnung maximale Betondehnung x Riss Riss 2 Abb 2 Betondehnung zwischen zwei Rissen Im Folgenden werden die Verschiebungs nderungen zwischen zwei Laststufen durch affine Abbildung mittels der Kleinste Quadrate Anpassung ermittelt Dabei werden nicht affine 42 J Lange W Benning und J Peters Anteile der nicht linearen Betondehnung vernachl ssigt Diese Anteile sind klein da die Betondehnung selbst klein ist und sich au erdem nach der abgeschlossenen Rissbildung nicht weiter ndert 3 2 Kleinste Quadrate Anpassung Least Square Matching LSM Die Kleinste Quadrate Anpassung LSM passt ein Suchbild einem Musterbild an indem iterativ die Parameter einer Transformation z B affin oder projektiv durch die Minimie rung der Summe der Quadrate der Grauwertdifferenzen optimiert werden Das Verfahren wurde in den 1980er Jahren von ACKERMANN 1983 FORSTNER 1985 und GRUN 1985 in der Bildverarbeitung eingefiihrt und ist heute neben Korrelationsverfahren als Bildzuordnungsverfahren etabliert Eine genaue Beschreibung ist der einschl
134. Dresden 18 19 3 2003 Tenzer A 2004 Die Fahrerleistungsdatenbank der Volkswagen AG als Werkzeug zur Beobachtung von Fahrerverhalten VW VDI Gemeinschaftstagung 27 10 2004 Suikat R Rataj J Sch fer H amp R Rollke 2003 ViewCar den Fahrer verstehen In Optische Technologien in der Fahrzeugtechnik VDI Tagungsband VDI Verlag Diis seldorf Zeh T 2003 Data Warehousing als Organisationskonzept des Datenmanagements Eine kritische Betrachtung der Data Warehouse Definition von Inmon In Informatik For schung und Entwicklung Band 18 Heft 1 Der Einsatz von Techniken aus dem Bereich der k nstlichen Intelligenz bei bildgebenden Sensorsystemen Alexander REITERER Zusammenfassung In der modernen Ingenieurgeod sie werden zunehmend ber hrungslose Online Mess systeme gefordert Eine flexible Technik zur ber hrungslosen hochgenauen Online Er fassung von 3D Strukturen z B Deformationsmessung hochgenaue Objektrekonstrukti on ist die Vermessung mithilfe von bildgebenden Sensoren Der zunehmende Einsatz und die zunehmende Komplexit t solcher Messsysteme erfordert auch neue Ans tze f r ihre Steuerung die Auswertung sowie die Interpretation der erfassten Daten Im Bereich der k nstlichen Intelligenz KI besteht eine Reihe von Techniken die f r eine effiziente L sung solcher Probleme eingesetzt werden k nnen 1 Einleitung Im Jahre 1956 haben f hrende Computerwissenschaftler Psychologen Linguisten und
135. EGER 1998 Die 3D Erfassung der Bohrungen erfolgt mit einem Messsystem der SOLVing3D GmbH Informa tionen zum Projekt auf http iwm mw tu dresden de forsch fo kamera _hexapod html Photogrammetrische Bestimmung von Bohrungen f r industrielle Anwendungen 29 Abb 2 Die linke Abbildung zeigt einen W rfel mit f nf Bohrungen Sackl cher im Hintergrund sind Messmarken Rechts oben ist eine der Bohrungen vergr ert dargestellt rechts unten zum Vergleich die Messmarke In Abh ngigkeit von den lokalen Kontrastverh ltnissen erh lt man als Ergebnis der Kan tendetektion Punkte auf und neben dem gesuchten Rand der Bohrung die zu Linien grup piert werden k nnen vgl Abb 3 Mitte Im Folgenden werden diejenigen Punkte die nicht auf dem Rand der Bohrung liegen als Ausrei er bezeichnet Wegen der hohen Anzahl der Ausrei er oftmals ber 30 aller Kantenpunkte wird ein robustes Verfahren ben tigt um den Mittelpunkt der Bohrung zu bestimmen Allein mit einem robusten M Sch tzer nach Huber KocH 1997 k nnen die Ausrei er nicht immer eliminiert werden Ein Konzept dass sich bei der automatischen Interpretation von Bildern siehe z B BALTSAVIAS et al 2001 als sehr leistungsf hig herausgestellt hat ist zun chst eine Hypothese auf Basis der Daten zu formulieren und diese anschlie end auf ihre G ltigkeit hin zu testen Ein formalisiertes und zuverl ssiges Verfahren mit dem die ses Konzept umgesetzt werden kann ist der Ra
136. EN 2005 aufgef hrt Die vollst ndigen technischen Daten sind unter MENSI 2004 zu finden 3 Bestimmung von Geometrien im Wasserturm Sternschanze Der ehemalige Wasserturm im Sternschanzenpark Hamburg Abb 1 wird zu einem M venpick Hotel umgebaut Bei Erhaltung der Au enfassade erfolgt der Innenausbau mit Betonfertigelementen Zum Zeitpunkt der Planung konnten Turminnendurchmesser und achse aufgrund der Einbauten nur indirekt ermittelt werden Nach der Entkernung des Turms konnte festgestellt werden ob der Bestand mit der Planung bereinstimmt Als ge eignetes Messverfahren bietet sich hier Laserscanning an da so die Innenfassade Abb 1 Mitte mit geringem Aufwand erfasst werden kann Weiterhin wurde ermittelt inwieweit die zuvor indirekt abgeleitete Turmachse mit der aus den Laserscannerdaten ermittelten Achse bereinstimmt und ob beim Einbau der Gescho fertigdecken Kollisionen auftreten In diesem Projekt wird untersucht ob terrestrisches Laserscanning die ben tigten Ma e mit der geforderten Genauigkeit liefern kann Die Innenfassade des Turms Durchmesser 26 m H he 50 m wurde von f nf Scannerstati onen nahezu vollst ndig erfasst Auf zwei Stationen in der Grundebene wurde mithilfe eines Spezialstatives Abb 1 rechts die Drehachse des Scanners horizontal gestellt um so den Innenraum vom Boden bis zur letzten Ebene in 50 m H he erfassen zu k nnen Auf einer weiteren Station wurde mit einem 360 Scan der untere Turmbere
137. Ermittlung des entsprechenden Merkmals Auch auf indirekte Art und Weise l sst sich eine Aussage ber den Zustand des Schleifbelages ermitteln wie sie z B durch die Bestimmung der Wirkrautiefe am bearbei teten Werkst ck erfolgt 1 2 Zwei weitere relevante Merkmale zur Charakterisierung der Oberfl chentopographie sind der so genannte Mittlere Korntiberstand und die Korn spitzenverteilung Die M glichkeiten der messtechnischen Bewertung dieser beiden Ober fl chenkenngr en werden n diesem Beitrag n her ausgef hrt 2 Messverfahren Ausgangspunkt f r die Entwicklung eines Messsystems waren Forderungen aus der Schleifwerkzeugindustrie nach einem ber hrungslos und verschlei frei arbeitenden Ger te system welches es gestattet die oben genannten Kenngr en Mittlerer Korn berstand und Kornspitzenverteilung an galvanisch gebundenen Schleifwerkzeugen in einem auto matisch ablaufenden Messprozess zu bestimmen 3 Messtechnische Bewertung von Schleifwerkzeugoberfl chen 97 In Abbildung 1 ist die Definition des mittleren Korn berstandes dargestellt A m N Y f m yj 7 Y Galvanikbindung Abb 1 Definition der Kornbindung und schematischer Aufbau eines galvanisch gebun denen Schleifwerkzeugs Kp Mittlerer Kornbindungs berstand N Anzahl der K rner Zen Kornbindungstiberstand des Korns n Das vorgegebene Korngr enspektrum der zu pr fenden Schleifwerkzeuge lag in einem Bereic
138. Fisheye Objektiven auf Bas s einer qui angularen Abbildung Das Grundprinzip dieser Abbildung ist selbster kl rend Gleiche Einfallswinkelunterschiede bersetzen sich berall im Bild in gleiche Bildkoordinatenunterschiede Abb 2 Der Sensor wird dabei also nicht als Ebene sondern als hemisph risch gekr mmt betrachtet Das mathematische Grundmodell der qui 124 E Schwalbe H G Maas angularen Abbildung wird in SCHWALBE 2005 detailliert beschrieben Die Kamerakon stante wird dar n durch den Radius des hemisph rischen Bildkreises ersetzt Bildebene T Q B 1 Q2 Bo lt Bilddurchmeser gt 041 02 r T2 Abb 2 Prinzip der zentralperspektiven und der qui angularen Abbildung Zur Anpassung an die physikalische Realit t der Abbildung und der damit notwendigen Kompensation systematischer Fehler wurde das Modell um Zusatzparameter erweitert In Anlehnung an die Handhabung des zentralperspektiven Modells wurde hierzu der Parame tersatz nach BROWN 1971 mit drei Parametern f r die radial symmetrische und zwei Pa rametern f r die radial asymmetrische und tangentiale Verzeichnung in das Modell integ riert Zus tzlich wurden die h ufig bei der Kalibrierung von Digitalkameras verwendeten Parameter f r Affinit t und Scherung z B EL HAKIM 1986 ins Modell eingef hrt 3 Implementation und Test Das mathematische Modell der qui angularen Abbildung mit Zusatzparametern wurde zun chst im r
139. Fl che einf llt in diesem Fall erreichen die Abweichungen Werte bis zum 36 5 Die Graphen deuten auf die gr eren Abweichungen von den nominalen rechten Winkeln bei den kleinen Fl chen auf Der Einfluss der Ebenengr e auf die Abweichungswerte von dem nominalen Winkel zeigte sich bei den Winkelkombinationen mit der kleinsten RQ Fl che der Obergrundfl che des kleinen Quaders 86 der Abweichungen von den no minalen Winkeln erreichen die Werte von 10 bis 10 die brigen 14 wachsen noch an Aus 14 der Abweichungen gr er als 10 also mehr als die H lfte 57 bilden die Abweichungen von den Winkelkombination mit der kleinsten Fl che Die numerische Auswertung der Abweichungen im Rahmen aller eingestellten Positionen der RQ und der RZ enthalten Tabelle I und Tabelle 2 Selbstverst ndlich wurden die Abweichungen von den nominalen Parametern f r die ein zelnen Fl chen ausgewertet f r die einzelnen L ngen usw Wir f hren die Intervalle der minimalen bzw maximalen Werte und Mittelwert der Abweichung von dem nominalen Parameter ein Zum Beispiel das Interval der minimalen Wert Gres umfasst die minimalen Werte von allen Fl chen usw 1 72 M Zame nikova und T Weber Tabelle 1 Die ausgewerteten Abweichungen von den nominalen Parametern der Refe renzquader bei der Versuchsanordnung POSITIONEN Abweichungen von Nominalwerten der geometr Parameter Mittelwert A Ausgewertete Abweichungen Tabelle 2 Die
140. Flederm use w hrend des Fluges ermittelt werden kann Die Raummodelle setzen die aufgezeichnete Fledermausaktivit t in den r umlichen Kontext des Waldes und erm glichen die Darstel lung des vorhandenen Flugraumes Zur Berechnung der Schnitte werden die Scandaten gefiltert Dabei wird versucht fehler hafte Punkte aus dem Datensatz zu eliminieren mit dem Ziel nur noch Scanpunkte auf der Oberfl che von Objekten Objektpunkte zu belassen Die Fehlpunkte resultieren aus La sermessungen auf Objekten au erhalb des ersten Eindeutigkeitsbereiches Laserdistanz messungen an Kanten von Objekten sowie aus Lasermessungen die berhaupt keinen Re flexionspunkt erreichen Zur Filterung wird die Software Z F LaserControl verwendet ZOLLER FR HLICH 2005 Die Raummodelle werden ebenfalls aus den Punkten berechnet die auf den Objektoberfl chen liegen Zus tzlich flie en allerdings die Lasermessungen ein die nicht von Objekten im ersten Eindeutigkeitsbereich reflektiert werden Luftpunkte Diese Messungen k nnen in den offenen Luftraum zeigen oder auch zu Objekten reichen die weiter entfernt sind als der Eindeutigkeitsbereich lang ist Sie haben die Eigenschaft einer geringen Intensit t des aufgenommenen Laserlichtes und werden unter Verwendung eines einfachen Schwellwer tes extrahiert Scandaten H henverteilung der Flederm use Flugbahnen der Flederm use y y L ngs Quer und Horizontal Schnitte Bed rfnisse der Flederm us
141. Gegebenheiten in Schwimmdocks f hrte Wesemann im Okto ber 2004 eine Testmessung durch Hierbei wurde im Dock eine Netzkonfiguration gew hlt die ein Schiff umschlie t und im Bug und Heckbereich Diagonalvierecke aufweist Die Verkn pfung der Netzpunkte erfolgte durch Richtungs und Distanzmessungen Dabei traten folgende Beeintr chtigungen auf e Keine stabilen Instrumentenstandpunkte auf der Stahlbeplattung des Schwimmdocks e Aufw ndiges Horizontieren und Zentrieren der Stehachse ber den Bodenpunkten aufgrund der leichten rhythmischen Auf und Abw rtsbewegung des Docks e Verkippen der Stehachse durch Fahrzeugbewegungen in unmittelbarer N he der Ins trumentenstandpunkte e Verz gerte Registrierung der Messelemente trotz ausgeschalteter Kompensations einrichtung Da die Instrumentenstandpunkte aufgrund der oben n her beschriebenen Umst nde w h rend der Messung instabil waren und um ihre Lotrichtung schwankten lagen f r jeden Standpunkt ver nderliche topozentrische Bezugssysteme vor Diese Datums nderungen hatten zur Folge dass die Messergebnisse nicht den gew nschten Genauigkeitsanforderun gen entsprachen 2 2 Vorschlag f r eine neue Messanordnung In Zusammenarbeit mit dem Institut f r Geod sie der Universit t der Bundeswehr M n chen wurde deshalb ein neues vermessungstechnisches Konzept erstellt welches mithilfe von Theodolit Messsystemen pr zise dreidimensionale Koordinatenbestimmungen von Schiffshauptpunkte
142. Gesichtspunkten die zum Datenerhebungszeitpunkt u U noch nicht bekannt sind SCHNEIDER amp WERNER 2000 Die eigentlichen Anwendungsgebiete eines Data Warehouses liegen 1m betriebswirtschaft lichen Bereich z B Logistik und Service im produzierenden Gewerbe Kunden und Markt analysen im Handel Risikoabsch tzung und analyse Unterschiede bei den Definitionen finden sich vor allem im generellen Zweck eines Data Warehouses sowie im Umfang und Umgang mit den Daten im Data Warehouse Inmon bekannt als Vater des Data Warehouse definierte den Begriff folgenderma en INMON amp HACKATHORN 1994 Ein Data Warehouse ist eine themenorientierte integrierte chronologisierte und persistente Information eines Unternehmens um Manager bei Entscheidungspro zessen zu unterst tzen Inmon betont hier sehr deutlich den betriebswirtschaftlichen Charakter von Data Ware house Systemen Andere Definitionen sind weniger restriktiv wie z B bei Zeh ZEH 2003 Ein Data Warehouse ist ein physischer Datenbestand der eine integrierte Sicht auf die zugrunde liegenden Datenquellen erm glicht Erg nzend kann noch die Sicht von Kimball KIMBALL 2002 angef hrt werden the operational systems are where the data is put in and the data warehouse is where we get the data out Entscheidend bei den neueren Definitionen ist dass der Zweck des Data Warehouses belie big ist also nicht mehr betriebswirtschaftlich orie
143. Illmann und J Linke e F r die komfortable Fernsteuerung ber Laptop per WLAN oder LAN enth lt der Messkopf LAN Anschluss und WLAN Antenne auf Messkopf e Zur Steuerung des Scanners ber die dazugeh rige Control Unit enth lt diese eine einfache programmierbare Fernsteuerfunktion e Seitlich am Messkopf ist eine automatische Vollpanorama Farbkamera integriert die auf die Messeinheit kalibriert wird Zur Bestimmung der Kameraposition wird ein Hochpr zisionsinkrementalgeber verwendet Dadurch k nnen die Pixel zur Einf rbung der Punktwolke fotorealistische RGB Darstellung hochexakt zugeordnet werden e Der Messkopf ist mit einem Tragegriff ausgestattet eine h ngende Betriebsart ist mit tels optionaler Halterung m glich 2 2 Technische Parameter Stand 01 02 2006 Laserklasse Laserwellenl nge Reichweite Vertikaler Scanwinkel Horizontaler Scanwinkel Minimal einstellbarer Winkelschritt Genauigkeit der Distanzmessung Divergenz des Laserstrahls Durchmesser des Laserstrahls am Austritt Raster der Entfernungswerte Aufl sung Dauer eines vertikalen Scans Scanrate Reine Messdauer mit 0 1 Schrittweite Reine Messdauer mit 0 02 Schrittweite Masse Abmessungen B x T x H Umgebungsbedingungen Betriebstemperatur Lagertemperatur Luftfeuchtigkeit Durch den gro en vertikalen Scanwinkel von 300 ist eine halbe Umdrehung des Scanners ausreichend um ein Panorama komplett zu erfassen Der aus der geringen Str
144. Koordinatensystem mit der Translation 3 3 A f a IR gt und den Basisvektoren IR dann k nnen aufbauend auf dieser No tation die folgenden Koordinatensysteme eingef hrt werden Zuerst das Scanner Koordinatensystem Bezeichne dazu k IR und k e IR k die Elevations k die Azimutrotationsachse Unter der Annahme dass sich beide Achsen schneiden mit k 3k kann solch ein affines orthogonales und rechth ndiges Koordinatensystem durch beschrieben werden Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 349 Ist der Scanner in Ausgangsstellung d h ist insbesondere der Azimutwinkel Null so defi nieren wir ein zweites Koordinatensystem durch Ko wo wi W2 W3 3 Es beschreibt die Lage der Kamera relativ zum Scanner Koordinatensystem und hei t Ka merakoordinatensystem in Ausgangstellung Falls sich die Kamera als ideales Lochkame ramodell beschreiben l sst gilt e Der Ursprung des Koordinatensystems wo liegt im optischen Zentrum der Kamera e Der dritte Einheitsvektor w ist orthogonal zur Bildebene e w ist parallel zur horizontalen und w zur vertikalen Begrenzung der Bildebene Dazu bezeichne weiter mit W K C di q2 4343 mit A 4 das Pixelkoordinatensystem in Ausgangsstellung Der Ursprung qo dieses Koordinatensys tems liege in einer der Begrenzungen des Bildsensors und q bzw q entspreche der Pixel breite bzw H he D
145. Mechelke K amp C Acevedo Pardo 2005a Terrestrischer La serscanner Mensi GS100 GS200 Untersuchungen und Projekte an der HAW Ham burg In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Mess technik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidel berg 98 107 Kersten T Sternberg H amp K Mechelke 2005b Investigations into the Accuracy Behav iour of the Terrestrial Laser Scanning System Mensi GS100 Optical 3 D Measurement Techniques VII Gruen amp Kahmen Eds Vienna Vol I 122 131 Kersten T Sternberg H Mechelke K amp M Lindstaedt 2005c Zur Objektgenerierung in Punktwolken des terrestrischen Laserscanners Mensi GS100 mit der Modellierungs software 3Dipsos Terrestrisches Laserscanning TLS Ein geod tisches Messverfah ren mit Zukunft DVW Schriftenreihe Band 48 127 146 Kersten T Biebermann M amp M Schneider 2006a 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles durch Kombination von digitaler Architekturpho togrammetrie und terrestrischem Laserscanning In Luhmann T Hrsg Photogram metrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 254 263 Kersten T Sternberg H amp E Stiemer 2006b Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus Mensi GS100 und IMAGER 5003 im Vergleich In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie
146. Messkopf der neben dem Monitor die Kamera und die optische Justageeinheit enth lt in der Tiefe zur Objektoberfl che sowie in drei Rotationsachsen einzustellen wie in Abb 5 rechts oben dargestellt Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut 69 Um die Feinabstimmung des Messabstands vorzunehmen bilden ein Laserpointer und ein Laserkreuz die optische Justageeinheit Der Messkopf kann somit auch f r Wiederho lungsmessungen unter Speicherung des Live Bilds der Messsituation in die gleiche Positi on gebracht werden In Abb 6 ist die Positionierung auf einen markierten Punkt einge zeichnet dar ber hinaus sind die an der Ober und Seitenkante angebrachten Saugf e die das Streifenreflektometer an der Oberfl che ansaugen zu sehen Saugf e Laserkreuz und CCD Kamera Laserpointer Abb 6 Optische Justierung des Messkopfs an der Objektoberfl che 3 4 Messablauf und Beispielmessung einer lackierten Holzoberfl che F r den Messvorgang Abb 7 wird die Objektoberfl che zuerst gereinigt um dann das Ger t mit den Saugf en grob an markierten Punkten anzusaugen Danach erfolgt die Jus tierung mittels mechanischer und optischer Positioniereinheit Abb 7 Messablauf an der Flugzeugau enhaut des Airbus A380 70 R Klattenhoff T Bothe A Gesierich W Li C v Kopylow und W J ptner Da die Ergebnisse von der Flugzeugau enhaut zum jetzigen Zeitpunkt nicht zur Ver ffent
147. Messpunktes absch tzen mit s u So ra s O i n s Or 73 s a 2 2 2 N Onn A Ona PI On a 2 n es N s Qoo 2 r s r3 s Qo Fa 4 2 2 n Ey TH Cy TN e Ss ne se mit Vig Elemente der Rotationsmatrix QO Elemente der Kofaktormatrix Die Objektgenauigkeiten in y und z Richtung ergeben sich mit den entsprechenden Ele menten der Rotationsmatrix des Einheitsvektors und des Offsets Berechnet man die zu erwarteten Standardabweichungen der jeweiligen Koordinatenrichtungen f r eine Aufnah meentfernung von 5000 mm und eine Rotation des Sensors jeweils parallel zu einer der Koordinatenachsen des Aufnahmesystems ergeben sich die in Tabelle 1 angegebenen Wer te Tabelle 1 Genauigkeitsabsch tzungen Es zeigt sich dass die parallel zur Messrichtung des Distometers liegenden Koordinaten achsen genauer bestimmt werden k nnen da die zuvor angesprochenen Einfl sse der Rota tion und auch des Einheitsvektors haupts chlich senkrecht zur Messrichtung wirken 60 V Sahrhage R Riede und T Luhmann Durch verschiedene Messungen sollte gekl rt werden welche Genauigkeiten erreicht wer den k nnen Um einen Einfluss der Rotation des Lokators auf das Messergebnis aufzude cken sind die Messungen jeweils einmal parallel zur Messrichtung des CamBar und senk recht dazu durchgef hrt worden Eine Untersuchung des Messrauschens ergab maximale Standardabweichungen einer 3D Koordinate einer 100 mal wiederholten M
148. Moni tor aufgebracht werden Abb 3b damit die Streifen des Monitors und auch die projizierten Streifen des Projektors Abb 3c von der Kamera aufgenommen werden k nnen Hochaufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme 133 Matrixelement 0 Matrixelement s t Projektorpixel I m a b Hilfskamera Kamerapixel i j Kamerfapixel i j p Projektorpixel on I m Abb 4 Positionsermittlung auf dem Monitor f r eine Projektorkalibrierung mit einer Hilfskamera a Phasenmessung mit Monitor wie in Abb 3b dann Phasenmes sung mit Projektor auf Monitor wie in Abb 3c F r Kamerapixel sind so jeweils ein Monitor und ein Projektorpixel bekannt Variablensubstitution ergibt Bezie hung Monitorpixel Projektorpixel Projektor Inverse Kamera Die Durchsto punkte der Sichtstrahlen eines Projektors werden mithilfe einer Hilfskamera per Substitution bestimmt Abb 3b Zuerst werden die Durchsto punkte auf dem Monitor f r die Hilfskamera bestimmt anschlie end wird der Monitor auf Schwarz geschaltet und eine Absolutphasenmessung des Projektors ausgef hrt Abb 3c So ist f r ein Kamerapi xel jeweils ein Punkt auf dem Monitor und ein Punkt auf dem Projektor LCD bekannt Abb 4a Durch Variablensubstitution wird die Beziehung zwischen Projektor und Moni tor hergestellt Abb 4b Der Projektor kann dadurch wie eine inverse Kamera betrachtet werden und in d
149. NG amp MEDIONI 2002 insbesondere bei registrierten Daten aus vielen Einzelmessungen ein schwieriges Problem und somit eine unn tige poten zielle Fehlerquelle darstellt Eine bersicht ber klassische Verfahren f r die Segmentierung auf der Basis von Drei ecksnetzen findet sich z B bei PETITJEAN 2002 oder bei HOPPE et al 1994 wobei hier nicht explizit auf Zylinder eingegangen wurde Die Benutzung von Oberflachennormalen f r die Extraktion von Zylindern aus Punktwolken mithilfe von RANSAC vgl CHAPERON amp GOULETTE 2001 Gruppierung vgl WINKELBACH et al 2003 oder Hough Transformation vgl VOSSELMAN et al 2004 PETERNELL et al 2003 ist weit verbreitet Die hier pr sentierte L sung vgl auch BEDER amp F RSTNER 2006 kommt ohne Oberfl chennormalen aus und erlaubt es mithilfe eines RANSAC Verfahrens Zylinder direkt aus einer 3D Punktwolke zu extrahieren ohne in dieser zun chst Nachbarschaftsbeziehungen zu etablieren Im Gegensatz zu ROTH amp LEVINE 1990 die polynomielle Basen f r die Beschreibung von Objekten benutzen welche f r Zylinder nicht existieren verwenden wir die algebraischen Bedingungen die eine quadratische Form erf llen muss um einen Zylinder darzustellen Zun chst werden wir die Bedingungen f r die praktisch relevanten Spezialf lle von Zylin Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkten ohne Nutzung von Oberfl chennormalen 207 der parallel zu bekannten Geraden bzw Ebenen beschreiben und s
150. OPYLOW und Werner J PTNER Einleitung Viele Messverfahren basieren auf Koordinatenberechnung durch Triangulation Beim La serscanning markiert der Laser einen Punkt auf der Objektoberfl che der von einer Kamera aufgenommen wird Zur Koordinatenberechnung wird der Schnittpunkt des Laserstrahls und des Kamerasichtstrahls ermittelt Bei der Stereophotogrammetrie w rd ein Punkt von zwei Kameras beobachtet ber den Schnittpunkt beider Sichtstrahlen l sst sich die r umli che Koordinate berechnen Abb la Bei der Streifenprojektion wird eine der Kameras durch einen Projektor ersetzt Dieser markiert auf der Objektoberfl che Punkte die von der Kamera erfasst werden Die Schnittpunkte der Projektorsichtstrahlen und Kamerasichtstrah len ergeben die r umlichen Koordinaten der Messpunkte auf der Objektoberfl che Abb la Um aus einem Schnittpunkt eine r umliche Koordinate berechnen zu k nnen muss der Verlauf der beiden Sichtstrahlen bekannt sein Dazu werden jeweils die Strahlenstartpunkte und die Strahlenrichtungen ben tigt Die ben tigten Daten werden durch eine Kalibrierung ermittelt LUHMANN 2003 In diesem Beitrag wird eine neue nicht parametrisierte Sichtstrahlkalibrierung am Beispiel der Streifenprojektion beschrieben und der klassischen photogrammetrischen Kalibrierung gegen bergestellt Anhand einer Ebenenmessung wird der Qualit tsunterschied zwischen der parametrisierten und der Sichtstrahlkalibrierung verdeutlicht 1 Photog
151. Pr sentation von Produkten und Systemen genutzt werden F r die erfolgreiche Durchf hrung des Workshops und der Realisierung dieses Tagungs bandes sei allen Beteiligten gedankt Ein besonderer Dank geht an alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter fiir ihren besonderen Einsatz Allen Autoren und Teilnehmern sei ebenfalls f r ihr Engagement gedankt Auch 2007 werden die Oldenburger 3D Tage wieder stattfinden Oldenburg im Februar 2006 Thomas Luhmann und Christina Miiller Inhaltsverzeichnis Einf hrung in die Thematik nn 1 Schlemmer H Geod sie und Geoinformation n dimensional cccecsecececscecececnccecscecevacaeneces 2 Photogrammetrie en aeeeeieee 9 Raguse K und Luhmann T Einsatz der dynamischen Photogrammetrie bei Fu g ngerschutzversuchen n der FEA EAO O SERIEN irer rE ar rA e r EL IUENELETENUREUREENENELBLTEURAEEUEESTEERTERRLTERN 10 Jahn 1 Blick in die Sterne Einsatz des Photogrammetriesystems V STARS in der b n und RAU nUe esra EEE EEEE 18 Wolf B M Photogrammetrische Bestimmung von Bohrungen f r industrielle an LUC eee EER 26 Rieke Zapp D H Wenn s etwas mehr sein darf Verschieben der Hauptpunktlage f r eine optimale Stereoabdeckung seen 32 Lange J Benning W und Peters J Photogrammetrie zur Deformations und Rissanalyse bei textilbewehrten Betonbauteilen Anwendung und Auswerteverfahren
152. Richtungen wieder Diese Art der Visualisierung vereinfacht nicht nur die Interpretation sondern es k nnen so auch Ausrei er im Verteilungsdiagramm leicht eliminiert werden da die Schwellwerte manuell einstellbar sind Abbildung 5 zeigt das Diagramm zusammen mit den farblich kodierten Abweichungen von einer Ebene Die Ausgabe dieser Darstellung kann nur ber einen Screenshot erfolgen da die Abspeicherung der farblich kodierten Punktwolke nicht vorgesehen ist Au erdem l sst sich die Punktgr e in dieser Darstellung nicht variieren sodass einzelne Punkte kaum erkennbar sind Die Bearbeitung und Einpas sung von Punktwolken mit der Modellierungssoftware 3Dipsos ist in KERSTEN et al 2005c beschrieben Zur besseren Visualisierung wurde diese Auswertung in Matlab ein zweites Mal durchgef hrt um die Verformungen dort farblich ausgeben zu k nnen Abb 5 rechts 314 K Mechelke H Sternberg und T Kersten Die gesamte Auswertezeit Einpassung der Kugeln in die Punktwolke und Berechnungen betrug etwa 8 h und damit ergibt sich ein Verh ltnis von Mess zur Auswertezeit von 1 3 E 5 ssl ee wE E aa nr Yu m Fr F wu l e Fe ya Z yu Eas EE im a E m a iz i fa i e i um Pe m gr Er u dha De E i an 5 i i gm A Abb 5 Darstellung Radius und Abstand in AutoCAD Abweichung der Punkte von der Ebene dargestellt in 3Dipsos und farblich kodiert in Matl
153. W Kopylow C von amp W J ptner 2003 Erzeugung und Auswertung von objektangepassten inversen Projektionsmustern tm Technisches Messen 70 2003 2 99 103 Burke J Bothe T Osten W amp C Hess 2002 Reverse engineering by fringe projection Proc SPIE Vol 4778 312 324 Li W Bothe T amp W Osten 2003 Object Adapted Pattern Projection part I genera tion of inverse patterns Opt and Lasers in Eng accepted to be published in 2003 Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera 95 Li W Bothe T Kalms M Kopylow C von amp W J ptner 2003 Applications for Inverse Pattern Projection Proc SPIE Vol 5144 Schulte M Bothe T Li W Gesierich A Kopylow C von amp W J ptner 2006 Hoch aufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme am Beispiel Strei fenprojektion In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 130 137 Messtechnische Bewertung von Schleifwerkzeugoberflachen auf Basis der konfokalen Mikroskopie Heinz Wolfgang LAHMANN und Marius STOCKMANN 1 Technische Problemstellung Galvanisch gebundene Schleifwerkzeuge weisen wie auch Werkzeuge mit Kunstharz und Keramikbindungen im Allgemeinen einen Schleifbelag mit nur einer Schicht Schleifk r nung auf Die Belagst rke ist abh ngig von dem Einbindungsprozess der Schleifk rner
154. Wert der f r diverse Anwendungen von Interesse ist KERN 2003 Eine Verkn pfung dieser Messme thoden l sst sich leicht dadurch realisieren dass ein Laserscanner zus tzlich mit einer Digi talkamera ausger stet wird die simultan zum Scannvorgang Bildinformationen ber das Messobjekt sammelt Bei dem verwendetem System Z F IMAGER 5003 war zum Auf nahmezeitpunkt allerdings noch keine Digitalkamera integriert Die Software Z F Laser Control bietet ein Tool zur nachtr glichen Punktwolkencolorierung an Die vor Ort erstell ten Bilder waren urspr nglich nur als Auswertehilfe gedacht konnten aber zur Colorierung benutzt werden Objektvisualisierung Abb 5 Kombination Laserscanning und Photogrammetrie 320 N Obertreiber und V Stein 5 Modellierung und Visualisierung Dreidimensionale Visualisierungen steigern das Verst ndnis ber die r umlichen Bez ge innerhalb der dargestellten Objekte Texturierte Animationen erm glichen eine realit tsna he virtuelle Begehung der erfassten R ume und wecken das Interesse Die Kombination aus Laserscanning und photogrammetrischem Bildmaterial bietet sich f r diese Zwecke an Neben den verschiedenen Visualisierungen die sich allein aus der Information der Punkt wolke herleiten lassen gibt es auch die M glichkeit aus der Punktwolke heraus Geomet rien zu extrahieren Um gemessene Objekte darstellen zu k nnen gibt es eine Vielzahl an geometrischen Beschreibungen die Teilbereiche de
155. Wien Henze F Wulf Rheidt U Bienert A amp D Schneider 2005 Photogrammetric and geodetic documentation methods at St Petri Cathedral Bautzen Turin Italy CIPA Archives for Documentation of Cultural Heritage Volume XX 2005 amp ISPRS Interna tional Archives Volume XXXVI 5 C34 Hough P V C 1962 Method and means for recognizing complex patterns U S Patent 3 069 654 Kern F 2003 Automatisierte Modellierung von Bauwerksgeometrien aus 3D Laser scanner Daten In Geod tische Schriftenreihe der Technischen Universit t Braun schweig Braunschweig Heft Nr 19 Rabbani T amp F van den Heuvel 2005 Efficient Hough transform for automatic detec tion of cylinders in point clouds Proceedings of the ISPRS Workshop Laser scanning 2005 Enschede Volume XXXVI Part 3 W19 Vosselman G Gorte B Sithole G amp T Rabbani 2004 Recognising structure in laser scanner point clouds International Archives of Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences 46 part 8 W2 33 38 Laserscanning Genauigkeitsuntersuchungen Genauigkeits berpr fung terrestrischer Laserscanner mittels Referenzk rper Miriam ZAMECNIKOVA und Thomas WEBER Zusammenfassung Der Beitrag befasst sich mit der berpr fung des terrestrischen Laserscanners TLS HDS2500 aus dem Blick der Genauigkeitsuntersuchung erhaltener modellierter Geomet rien eines gescannten Objektes Die berpr fung basiert auf dem Scannen von Re
156. X Farbabbildung siehe beiliegende CD 128 E Schwalbe H G Maas Die Resultate zeigen dass der geometrische Effekt der unterschiedlichen radial symmetrischen Verzeichnung der einzelnen Farbkan le der Fisheye Aufnahme bis zu 26 um oder 3 25 Pixel differieren Interessant ist dabei die Tatsache dass speziell beim Sigma Objektiv die Differenzen zwischen dem blauen und gr nen Kanal keine Systemati ken aufweisen und sehr gering sind w hrend die Differenzvektoren zwischen dem gr nen und roten Kanal den Erwartungen entsprechend radial ausgerichtet sind und von der Bild mitte zum Bildrand hin zunehmen vgl Abb 4 Ein Erkl rungsansatz daf r ist dass Effek te der chromatischen Aberration f r den blauen und gr nen Kanal bereits durch achroma tisch gestaltete Linsen verringert werden Dies beeintr chtigt jedoch nicht die grunds tzli che Vorgehensweise der Kalibrierung mit bildkanalvarianten Verzeichnungsparametern Die Resultate der Kalibrierung erlauben eine Korrektur der Effekte der chromatischen Aberration durch ein Resampling der Farbkan le vgl Abb 5 Dabei k nnen beispielswei se der rote und der blaue Farbkanal unter Nutzung der Verzeichnungsparameter auf die Geometrie des gr nen Kanals transformiert werden Das Resultat dieser Transformation ist ein Bild mit gef lligerer visueller Qualit t welches zugleich f r eine multi spektrale Klas sifikation wesentlich besser geeignet ist St rend wirken aber kantenverst rkende Ef
157. ab in mm Farbabbil dung siehe beiliegende CD S Fazit und Ausblick Das terrestrische Laserscanning zeigte sich in beiden Projekten als eine geeignete Methode zur Erfassung komplexer und un regelm iger Objekte wie beim Wasserturminnenraum und bei der Flanschverbindung im U Bahntunnel Durch die fl chenhafte Erfassung der Messobjekte boten sich vielseitige M glichkeiten f r die Auswertung in den verwendeten Auswertetools wie z B RealWorks Survey 4 2 und 3Dipsos Hierbei war es erforderlich nur einfache Geometrien Koordinaten Polylinien aus der Punktwolke f r die Achsbe stimmung zur Kollisionspr fung und zur Koordinatenbestimmung abzuleiten Dadurch konnte jeweils eine effiziente Projektbearbeitung mit einem Faktor 1 1 bzw 1 3 f r die Datenerfassung Auswertung erfolgen Die Punktbestimmung erfolgte in beiden Projekten mit einer Genauigkeit von bis zu 3 mm was beim Projekt U Bahntunnel nicht ganz den Anforderungen entsprach Es zeigte sich dass bei solchen h heren Genauigkeitsanforde rungen ein besonderes Augenmerk auf die Verteilung der Passpunkte um das Objekt zu legen ist Nachteilig wirkte sich die niedrige Scangeschwindigkeit gerade bei hoher Aufl sung aus da dadurch eine l ngere Scanzeit in Anspruch genommen werden musste Hier ist also noch Optimierungspotenzial vorhanden Durch den Einsatz von so genannter third party software wie z B Matlab bei der Da tenbearbeitung erh ht sich die Flexibilit t der An
158. aft Medizin u v m ISBN 13 978 3 87907 436 5 ISBN 10 3 87907 436 4 AAMT 838797074 56 00 D
159. age und die zweite l sst den Blick des Zuschauers ber das Schaltfeld schweifen Eine weitere wirkungsvolle Visualisierungsvariante ist ein Adobe PDF Dokument mit eingebettetem 3D Modell Ab der Version MicroStation V8 2004 Edition besteht die M g lichkeit ein 3D PDF auszugeben Das ausgegebene Dokument kann im Adobe Reader 7 0 angezeigt werden Diese Pr sentationsart gestattet stufenloses Zoomen Drehen und Ver schieben des Modells Au erdem bietet es verschiedene Interaktions und Animationsm g lichkeiten 3D Aufbau und Nutzung virtueller Welten im Anlagenbau 237 6 Fazit Einige Aufgaben k nnen in ihrer Art nur mit der Laserscannertechnik wirtschaftlich bew l tigt werden Hierzu z hlt die Aufnahme von Umspannanlagen Komplexe Bauteile k nnen mit dem Laserscanner detaillierter erfasst werden als mit herk mmlichen Verfahren Ein weiterer Vorteil ist die in den Laserscanner integrierte Kamera die zus tzlich die rtlich keit dokumentiert Als besonders wirtschaftlich zeigte sich die Kombination zwischen Ta chymeteraufnahme und Laserscanning Ein derart detailliertes Modell wie es in dieser Diplomarbeit geschaffen wurde ist wirt schaftlich nur auf der Basis von Laserdaten m glich Die zugewiesenen Echtfarbentexturen erzeugten hierbei einen fotorealistischen Eindruck Mit einem 3D Modell k nnen komplexe Strukturen besser dargestellt werden Es lassen sich Konstruktionsdaten extrahieren und ingenieurm ig analysieren Dies
160. ahldivergenz resultierende kleine Laserspot erm glicht einen hohen Detaillierungsgrad Da es nicht im mer erforderlich ist das gesamte Objekt in sehr hoher Aufl sung zu scannen k nnen belie bige Winkelbereiche in beliebiger Anzahl mit separaten Einstellungen f r die horizontale und vertikale Aufl sung definiert werden Die Software mischt und optimiert die Bereiche automatisch beim Erfassen Ein nachtr gliches Scannen nur in bestimmten Bereichen bzw interaktive Bereichsauswahl in der Visualisierung z B zum Verfeinern oder Ausd nnen der Messwerte ist auch m glich Die Messsoftware l uft sowohl unter Windows ab 2000 als auch unter Linux Die erzeugten Messdateien sind bin rkompatibel zwischen Windows und Linux 3R nach EN 60825 1 658 nm 80 m 300 360 0 002 35 urad horizontal und vertikal o 2 mm bei 30 m 0 2 mrad entspricht 2 mm pro 10 m 3mm 0 1 mm 20 ms 50 000 Messwerte Sekunde 130 s 5 4 Millionen Messpunkte 54 min 135 Millionen Messpunkte 15kg 495 mm x 167 mm x 313 mm 10 C bis 50 C 20 C bis 60 C 20 bis 85 nicht kondensierend Der neue 3D Laserscanner CPW 8000 von CALLIDUS precision systems 343 F r die Korrektur der Entfernungsmessung bei unterschiedlichen atmosph rischen Bedin gungen Einfluss des Brechungsindex der Luft k nnen vom Benutzer Umgebungstempera tur Luftdruck und Luftfeuchte eingegeben werden 2 3 Technische Erl uterungen Auf Basis der verf
161. aios IX ein Prozessionsweg eine Felsnekropole mit zahlreichen undekorierten aber auch dekorierten Gr bern ein Asklepiosheiligtum und die antike Stadtruine aus griechisch r mischer Zeit Abb 1 Alle h ufig noch farbigen Darstel lungen und Inschriften sind durch Salzbefall Witterungseinfl sse und teilweise unsachge m e Restaurierung stark gef hrdet Die erfassten Daten bilden u a das Grundlagenmate rial f r die Epigrafiker Konservierungswissenschaftler und Bauforscher um ein nachhalti ges konservatorisches Konzept zu entwickeln LEITZ amp EL SAYED 2005 Dokumentation und Visualisierung einer Tempelanlage auf Basis von Laserscanning 317 en Abb 1 Ubersichtsbild des Arthibis Tempels 3 Datenerfassung und Auswertung Die durchgef hrten Arbeiten konzentrierten sich ausschlie lich auf das gut erhaltene Sanktuar Aufgenommen wurde dieser Bereich mit 37 Scans Aufl sungsstufe High insgesamt ergab das mehr als 1 8 Mrd Punkte daraus folgt eine Datenmenge von ca 9 3 GByte f r die Rohscans Um die einzelnen Laserscannerstandpunkte miteinander verkn pfen zu k nnen wurden 214 Targets in dem Messgebiet angebracht Zur Georefe renzierung in das Tempel Grundlagennetz wurden 33 dieser Targets tachymetrisch be stimmt Die Transformationsparameter der Georeferenzierung setzten sich aus jeweils 6 Unbekannten bei Festlegung des Ma stabs 1 pro Aufnahme zusammen Es handelt sich also jeweils um eine r umli
162. al symmetrischen Verzeichnung ist eine Umrechnung relativ leicht m glich unterschiedliche Vorzeichen der Modellierungs parameter beachten e W hrend der bisher verwendete Bilddatensatz aus einem praktischen Projekt System test nach VDI VDE 2634 stammt werden bei weiteren Untersuchungen simulierte Daten miteinbezogen HASTEDT et al 2005 e Weitere Software soll getestet werden z B PhotoModeler ShapeCapture und Compu ter Vision Ans tze z B in Matlab Literatur AICON 2006 DPA Pro Produktinformation www aicon de Fraser C S amp H B Hanley 2004 Developments in Close Range Photogrammetry for 3D Modelling The iWitness Example Int Archives Photogrammetry Rem Sensing amp Spatial Information Sciences CD Rom Vol XXXVI 5 W1 Hastedt H Luhmann T amp W Tecklenburg 2005 Simulationsbasiertes Systemdesign f r die optische Messtechnik nach VDI VDE 2634 In Publ DGPF Bd 14 Seyfert E Hrsg Potsdam 319 326 K 2006 CAP Produktinformation www k2 photogrammetry de Luhmann T 2003 Nahbereichsphotogrammetrie Herbert Wichmann Verlag Heidel berg 586 S Peipe J amp M Stephani 2003 Untersuchungen zur Stabilit t und metrischen Qualit t einer digitalen 5 Megapixel Messkamera In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2003 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 51 56 Peipe J amp Q Yu 2004 Wie viel
163. alisiert das f r den industriellen Einsatz bei Herstellern und Anwendern von Diamant und CBN Schleifwerkzeugen geeignet ist 5 Die Grundkonfiguration des modularen Ger tesystems ist wie folgt charakterisiert Pr fmerkmale Mittlerer Kornbindungs berstand und Kornspitzenverteilung bestimm bar an Schleifwerkzeugen die in einem Bereich von D46 bis D501 belegt sind Messgenauigkeit 2 um Objektbereich von 740 um x 740 um Charakterisierbare Kr mmungsradien in Abh ngigkeit der Korngr e D46 D91 1 4mm D126 D301 2 8 mm D356 D501 5 6 mm Mess und Auswertezeit ca 30s Messtechnische Bewertung von Schleifwerkzeugoberfl chen 103 6 Ausblick Mit der Erarbeitung und Umsetzung des vorgestellten Messsystems und Verfahrens steht sowohl der Schleifwerkzeug als auch der Anwenderindustrie eine M glichkeit f r die automatisch und objektiv ablaufende messtechnische Charakterisierung von Schleifwerk zeugoberfl chen zur Verf gung Die hohe Praxisrelevanz zeigt sich u a auch darin dass Ger tesysteme dieser Art speziellen Anwendererfordernissen angepasst bei f hrenden Herstellern von Schleifwerkzeugen bereits erfolgreich im Einsatz sind Literatur 1 Lucius H L beck U amp W Bahmann 2003 Autofokus Verfahren erfasst CBN Schleifscheiben Topographie Dima 11 12 08 S 53 56 2 Sch pf M amp G Burkhardt Beurteilung von Schleifbel gen Oualit t und Zuverl ssig keit 9 2001 S 1200
164. amera System Spiegelstereovor satz etc und Sensor Handtaster Distanzmessger t Streifenprojektor etc Derzeit ver f gbare optische Navigationsl sungen bestehen zum Teil aus zwei bis vier synchron arbei tenden digitalen Kameras aus deren Aufnahmen die Orientierungswerte eines mobilen Sensors berechnet werden Diese Systeme liefern in einem relativ kleinen definierten Messvolumen gute Messgenauigkeiten von etwa einem 1 10 mm in Aufnahmerichtung Die Signalisierung der verschiedenen Sensoren Handtaster Zeilenscanner erfolgt dabei so wohl passiv als auch aktiv Einschr nkungen bestehen hier allerdings in der Gr e des Messvolumens sowie in den von der Aufnahmeentfernung abh ngigen Messgenauigkeiten Entfernungsunabh ngige Systeme nutzen zum einen Lasertracker mit optischer Einheit zur Navigation Im Gegensatz zu den rein optisch arbeitenden Systemen bietet der Lasertracker ein weitaus gr eres Messvolumen von bis zu 30 m rund um den Standpunkt bei relativ homogenen Genauigkeiten im gesamten Messvolumen Eine Alternative zum Lasertracker stellen Indoor GPS Systeme dar Der Sensor wird hier durch Laserlichtwellentriangulation navigiert Aus den Eigenschaften der angesprochenen Systeme lassen sich die Anforderungen an ein zu entwickelndes Sensornavigationssystem ableiten Ein derartiges System sollte aus einem Optische 3D Navigation von Sensoren 55 oder mehreren Navigatoren bestehen die ein m glichst uneingeschr nktes Messvolumen
165. an Genauigkeit und Detaillierung 2 1 Erwartungen an das Laserscanning in der Architekturvermessung Die Erwartungen an das Laserscanning in der Architekturvermessung sind nicht zuletzt durch die Versprechungen der Hersteller hoch gesteckt e K rzere Einsatzzeiten vor Ort e Vielf ltigere und bessere Ergebnisse wie neue und weiter reichende genauere und detailliertere Ergebnisse auch bei schwierigen r umlichen Situationen e Schnellere und damit kosteng nstigere Abwicklung der Aufgaben e Durchgehende Dreidimensionalit t Die Ergebnisse k nnen diese Erwartungen leider h ufig nicht erf llen Dies liegt zum Teil am Fehlen allgemein verbindlicher Standards f r die erw nschten Ergebnisse auf die sich der die Vermessungsleistung Nachfragende berufen k nnte sowie an Missverst ndnissen bez glich des Begriffes Genauigkeit 2 2 Genauigkeit ein subjektiv belegter Begriff Genauigkeit ist nur scheinbar eine exakte und messbare Gr e f r viele Fachleute anderer Disziplinen fallen unter Genauigkeit vor allem Fragen der Detaillierung und Strukturierung Zur messbaren Genauigkeit gibt es in den verschiedenen Fachgebieten Normen und Vor schriften so auch im Hochbau Die im Hochbau geltenden Normen zu Bautoleranzen lassen jedoch aus Sicht der Vermes sungsaufgabe Interpretationsspielr ume zu So gibt es zwar verschiedene Obergrenzen f r diverse Kriterien Ebenheit Grenzabma e Winkelma e die bauteilweise fest
166. antk rnern in einem Bild f hrte zu keiner wesentlichen Einschr n kung der auswertbaren Kontrastver nderung in Abh ngigkeit der Z Position Auch bei dieser Vergr erung lagen gen gend Bildinformationen zur Verf gung um die beiden Oberfl chenkenngr en mit der entsprechenden statistischen Sicherheit Einhaltung des notwendigen Stichprobenumfanges unter Beachtung der Messzeit und mit einer H henaufl sung von lum ermitteln zu k nnen Abb 6 Fokussierte Galvanikbindung Abb 7 Fokussierte Diamantkornoberfl Quelle GFE che Quelle GFE 4 Entwickeltes Messsystem und Software Aufgrund der erzielten Untersuchungsergebnisse fiel die Entscheidung ein konventionelles Auflichtmikroskop f r den Einsatz der konfokalen Mikroskopie auszubauen Das Mikro skop wurde mit einer 3 Chip Farb CCD Matrixkamera zur Bildaufnahme ausger stet Die Aufnahme der zu priifenden Schleifwerkzeuge erfolgt auf einem Probentisch der sowohl in X und Y Richtung als auch in zwei Drehachsen ber Schrittmotoren bewegt werden kann Die Abstands nderung in Z Richtung H henverstellung wird durch die motorisierte Be wegung des optischen Teils Optik Kamera realisiert Die Auflichtbeleuchtung des Ob jektes erfolgt mit zwei Lichtquellen sowohl im Hellfeld als auch im Dunkelfeld Die Ein stellung der Intensit t der Lichtquellen wird ber den PC gesteuert Als Objektive werden Long Working Distance Objektive mit unterschiedlichen Vergr erungen in
167. arbeitung der Grundk rper steht dem Benutzer von Allplan eine Vielzahl an Werkzeugen zur Verf gung Es ist oft n tig mehrere K rper mit dem Grundk rper zu verschneiden Schnittk rper zu erzeugen oder aber Schnittk rper aus dem Grundk rper herauszuschneiden um das Modell des realen Objektes zu erstellen Diese Arbeit erfordert ein ausgepr gtes r umliches Vorstellungsverm gen und Freude an der Detailperfektion Die Abbildungen 11 bis 13 zeigen die fertig modellierten Teilobjekte von Futuro Abb 11 Modellierter Innenraum von Futuro Abb 12 Stuhllehne Abb 13 Au enansicht 298 K Ratke Dem Rotationsellipsoid der Futuro Schale Abb 12 liegt eine Ellipse mit den in Matlab berechneten Halbachsen zugrunde Die Ellipse wurde in einen Rotationsk rper umgewan delt und mit anderen K rpern verschnitten z B um die T r und die Fenster herauszu schneiden Des Weiteren lassen sich in Allplan 2D Pl ne der Modelle erstellen Abb 14 Seitenansicht Abb 15 Grundriss Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matt Suuronen 299 4 Ausblick Grafiken ber ellipsoidische Koordinaten w e in Abbildung 10 die vom bestehenden Mat lab Programm f r beliebige Ausschnitte einer Ellipsoidpunktwolke erzeugt werden k nnen sowie die Modelle aus Allplan k nnen als Vorlage f r pr zise Schadenskartierungen ge nutzt werden Die Archivierung so vieler Details ist f rderlich f r die Erhaltung de
168. as die im Fotohandel erh ltlich sind Da solche Kameras immer h ufiger auch f r photogrammetri sche Projekte benutzt werden wird die Hauptpunktlage im Bildzentrum von den Anwen dern als Standard akzeptiert wird ohne Vor und Nachteile genauer zu hinterfragen Die digitale Photogrammetrie ist heut bei der Auswertung nicht mehr auf die m glichst parallele Anordnung der Sensorebene zur Objektebene angewiesen Konvergent aufge nommene Bilder stellen f r die Auswertung in einer Digitalen Photogrammetrischen Ar beitsstation DPA kein Hindernis dar DPA erlauben auch die Verwendung von kalibrier ten Kameras die nicht speziell f r die Photogrammetrie gebaut wurden Diese Kameras sind g nstiger und geometrische Fehler in der Objektabbildung auf der Sensorfl che durch solche Kameras k nnen ber Korrekturparameter ausgeglichen werden die in einer Kame ra Kalibrierung ermittelt werden Solche kalibrierten Amateur Kameras haben deshalb mit Aufkommen der DPAs aufw ndig konstruierte und dementsprechend teure Aufnahme Verschieben der Hauptpunktlage f r eine optimale Stereoabdeckung 33 kammern weitgehend ersetzt Dieser Trend hat sich noch verst rkt seitdem digitale Kame ras f r die Bildaufnahme verwendet werden So wurden zum einen analoge Messkammern aus dem Markt gedr ngt zum anderen war die Unterscheidung von Kameras mit und ohne versetzte Hauptpunktlage irgendwann nicht relevant in der Praxis Mittlerweile werden f r photogrammetr
169. assen sich jedoch nicht beliebig genau herstellen sie m ssen in aller Regel nach dem Schwei en noch gerichtet werden Darauf zielt das Projekt Wissenschaft liche Grundlagen f r ein Mess und Richtzentrum mit integrierter Bildverarbeitung paral lelkinematischer Bewegungseinrichtung und intelligenter Richtstrategie Die Messung der Bohrungen kann in diesem Fall im Durchlicht unter Verwendung eines blichen Ellipsen operators erfolgen In vielen F llen ist es jedoch nicht m glich eine Durchlichtanordnung zu w hlen Hierf r haben wir einen Operator entwickelt mit dem es m glich ist Bohrun gen auch unter beleuchtungstechnisch ung nstigen Umst nden zu bestimmen 2 Ein Operator f r die Messung von Bohrungen Eine nat rliche Definition der 3D Position einer Bohrung ist genau der Punkt im Raum bzw auf dem Werkst ck der dem Schnittpunkt der Bohrungsmittelachse mit der gedach ten Werkst ckoberfl che entspricht Diesen Punkt erh lt man entsprechend der Messung einer Marke durch vorw rts Einschneiden des Mittelpunkts der Bohrung in mindestens zwei Bildern Im Durchlicht vgl Abb 1 werden mit einem Ellipsenoperator gute Resultate erzielt We gen des hohen Kontrasts an den Kanten findet man hnliche Verh ltnisse vor wie bei der Messung signalisierter Punkte vgl Abb 2 rechts unten Die Situation im Auflicht ist f r die Bildverarbeitung wesentlich schwieriger Der Grund daf r ist dass in unmittelbarer N he der
170. asst ist Die Software bietet die Steuerung des Scanners bei der Aufnahme ber ein Notebook die Registrierung und Georeferenzie rung der verschiedenen Punktwolken und eine Vielzahl von Optionen f r deren Auswer tung bis zur Einpassung von geometrischen Primitiven in die Punktwolke zur CAD Konstruktion Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus 187 Abb 2 Das 3D Laserscanning System Mensi GS100 der HAW Hamburg mit Zubeh r links GS100 Innenansicht mit digitaler Kamera und Spiegel Mitte IMAGER 5003 mit Zubeh r rechts Tabelle 2 Software f r die Laserscanning Systeme Mensi GS100 und IMAGER 5003 Software Mensi GS100 IMAGER 5003 Scanning PointScape V1 2 LR Viewer Datenverarbeitung Real Works Survey V4 1 zur LFM Modeller V3 64c zur Regis Registrierung und Georeferen trierung und Georeferenzierung zierung OfficeSurvey Module Einpassen von geometrischen Pri mitiven in Punktwolke Datenverarbeitung 3Dipsos V3 0 zur Registrierung LFM Server Generator 3 641 zur und Georeferenzierung Ein Bearbeitung von gro en Punkt passen von geometrischen Pri wolken mitiven in Punktwolke 3 Datenerfassung Registrierung und Georeferenzierung Die Arbeitsschritte vor der eigentlichen Bearbeitung der 3D Punktwolken sind die Datener fassung die Registrierung Verkn pfung und die Georeferenzierung der Punktwolken in ein bergeordnetes Koordinatensystem Dazu wurden vor dem Scannen in beiden R umen entspreche
171. aten sensoren eingesetzt Manche Messaufgaben k nnen nur durch die Kombination aus elektri scher und optischer Messtechnik bearbeitet und gel st werden Durch diese Sensorfusion ergeben sich somit v llig neue Anwendungsgebiete Neben bestimmten Messaufgaben f r die Entwicklung gibt es ein anderes immer wichtiger werdendes Anwendungsgebiet die berpr fung der Versuchsdurchf hrung auf Einhaltung von Gesetzesvorschriften und Richtlinien Dabei m ssen spezielle messtechnische Anforderungen berpr ft und doku mentiert werden Aufgrund der Vorteile der optischen Messtechnik durch ber hrungslose Messung und automatisierte Auswertung kommt sie bei diesen Anwendungen verst rkt zum Einsatz Im Rahmen der Fahrzeugentwicklung wird neben der Sicherheit der Fahrzeuginsassen in zunehmendem Ma e auch die Sicherheit von Fu g ngern ber cksichtigt SCHULTE 2003 Einsatz der dynamischen Photogrammetrie bei Fu g ngerschutzversuchen 11 INSEL amp STEIN 2003 F r die Durchf hrung dieser Fu g ngerschutzversuche in der PKW Entwicklung gilt seit Oktober 2005 die EU Richtlinie 2003 102 EG In ihr werden spezielle messtechnische Anforderungen an die Durchf hrung von Fu g ngerschutzversuchen spezi fiziert Ein Ziel dieser Richtlinie ist die Vergleichbarkeit Reproduzierbarkeit und Aussa gekraft der durchgef hrten Versuche sicherzustellen Diese EU Richtlinie ist in zwei Pha sen eingeteilt und spezifiziert die Anforderungen an die Durchf hrung
172. aten zu bertragen so erh lt man unerwartete Druck ergebnisse oder das Programm steigt im ung nstigsten Fall wegen unaufl sbaren Wider spr chen aus 5 5 Hilfsmittel f r die Weiterverarbeitung Da die Fundst cke meistens stark verformt sind werden f r eine Rekonstruktion des Origi nalzustandes weitere Bearbeitungsschritte erforderlich Das mathematische R stzeug f r homogene und inhomogene Skalierungen Rotation und Scherung ist bekannt 2 4 5 8 9 Bei Unstetigkeiten im Gestein wie Br chen sind die einzelnen Gebiete zu trennen und Teil f r Teil zu transformieren Muss eine Kr mmung des Raumes korrigiert werden so emp fiehlt es sich die Fl chen nicht durch eine Vielzahl von Einzelpunkten sondern durch NURBS Non Uniform Rational B Splines zu beschreiben Die Beschreibung durch NURBS beruht auf einer relativ kleinen Menge von Kontrollpunkten Als kostenlose Drein gabe erh lt man eine beachtliche Reduzierung der Datenmenge globale und lokale Ver formungen lassen sich mit geringem Aufwand bewerkstelligen 228 K Rohrberg 6 Druck der 3D Struktur 6 1 Aufbau der Schichten durch den 3D Drucker Beim 3D Druck werden Schnitte durch das abzubildende Teil gelegt und jeder Schnitt als d nne Schicht auf die vorhergehende Schicht aufgebracht Beim vorgestellten Drucker wird als Material ein gipsartiges Pulver verwendet Auf eine neue Schicht wird mit InkJet Druckk pfen fl ssiger Binder entsprechend dem aktuellen Schnitt
173. atensys tem bzw die relative Orientierung zwischen den beiden virtuellen Kameras wird im Rah men der Kamerakalibrierung des Messsystems vorab bestimmt Um den Bezug zum Koor dinatensystem des Pr fstandes herzustellen werden bei der Messung die Koordinaten ein zelner Punkte deren Koordinaten im Pr fstandssystem bekannt sind im Koordinatensys tem des Stereospiegelvorsatzes bestimmt ber diese Punkte wird anschlie end die gesamte Messung vom Koordinatensystem des Stereospiegelvorsatzes in das Pr fstandskoordina tensystem transformiert Die messtechnischen Anforderungen aus der EU Richtlinie an die Flugbahn des Beinim paktors beziehen sich auf seinen Mittelpunkt also einen virtuellen Punkt der nicht direkt gemessen werden kann Das Koordinatensystem der Vorvermessung des Beinimpaktors wurde so orientiert und positioniert dass der Ursprung exakt im gesuchten Mittelpunkt liegt die Z Achse der Hochachse des Beines und die X Achse der sp teren Schussrichtung entspricht ber die Marken am Beinimpaktor wird nun das Ergebnis der Vorvermessung auf jeden Zeitpunkt der Bildsequenzauswertung die im Pr fstandskoordinatensystem vor liegt transformiert Die Transformationsparameter geben somit die Position und die Orien tierung des Koordinatensystems des Beinimpaktors f r jeden einzelnen Zeitpunkt der Se quenz im Koordinatensystem des Pr fstands an Anhand der Restklaffungen dieser Trans formation kann berpr ft werden ob sich die Positio
174. ation und Erl uterung der Vorgehensweise des entstandenen Programmpaketes zur Parametri sierung und Klassifizierung von Fl chen 2 Ordnung RATKE 2006 Als erstes wird die st rpunktfreie Punktwolke in Matlab eingelesen Zur Bestimmung der Fl chenparameter einer Fl che 2 Ordnung muss eine bedingte Ausgleichung mit Unbe kannten durchgef hrt werden NIEMEIER 2002 Diese Ausgleichungsart kommt immer dann zum Einsatz wenn nicht jede Beobachtung als eine eigene Funktion der Unbekannten dargestellt werden kann Als Ergebnis der Ausgleichung erh lt man die Fl chenparameter a bis ao die auf ihre Signifikanz gepr ft werden Nicht signifikante Parameter werden auf Null gesetzt Die neuen Fl chenparameter werden analysiert und es folgt automatisch die Einf hrung von Zusatzbedingungen Zusatzbedingungen m ssen f r alle entarteten Fl chen 2 Ordnung und das sind alle Fl chen 2 Ordnung au er Ellipsoide und Hyperboloide da der Rang ihrer aus den Fl chenparametern a bis a zusammengesetzten A Matrix kleiner als 3 ist definiert werden Ebenfalls m ssen Zusatzbedingungen f r Rotationsfl chen auch wenn sie nicht entartet sind eingef hrt werden F r einen Zylinder mit der Z Achse als Symmetrieachse sehen Zusatzbedingungen folgenderma en aus a 0 a 0 4 Fiir einen Rotationszylinder mit der Z Achse als Rotationsachse gelten folgende Zusatzbe dingungen a a 0 a 0 a 0 und a 0 5 Erfassung Analyse und Modelli
175. atz der 3D Kamera zur Vermessung des Schwei verzugs eines Alu minium Fahrzeugteils gezeigt Ein Schwei roboter f hrt mit dem Schwei arm an definierte Stellen des Werkst ckes um die einzelnen Komponenten miteinander zu verschwei en Abb 6a Die 3D Kamera wurde zur fl chigen Vermessung des Bauteiles in der Fertigungshalterung vor und nach der Verschwei ung eingesetzt Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera 91 Ea a m 3D Kamera ft Werkst ck Abb 6 a Aufbau in der Schwei kabine und Schwei vorgang b Messvorgang am Werkst ck mit minimalen Abschattungen Die Daten der Messung Abb 7a wurden den Daten der FEM Simulation Abb 7b ge gen bergestellt und ausgewertet Durch den Vergleich dieser Datens tze kann der gesamte Prozess optimiert werden Bei dem gezeigten Beispiel passen viele Bereiche der Messung mit der Simulation berein andere Bereiche stimmen weniger berein Durch Anpassung der Simulation wird eine Verbesserung der simulierten Daten und der Modellparameter f r die Simulation gewon nen Beachtenswert ist bei den Messdaten in Abbildung 7a die geringe Abschattung bei nur einer Messposition die s mtliche ben tigte Fl chenelemente mit einer einzigen Messung liefert Abb 7 Schwei verzug a aus Vermessung mit 3D Kamera b aus FEM Simulation 92 A Gesierich T Bothe und W Li 3 2 Anwendungen mit Inverser Musterprojektion Die Inverse Musterprojektion nutzt di
176. auch extreme Optiken die parametrisiert schlecht zu beschreiben sind z B Fischaugen zu kalibrieren Abb 2 a Bestimmung der Sichtstrahlen ber Durchsto punkte durch mehrere Kalib rierebenen b Realisierung durch Kameradrehung statt Bewegen der Kalibrier ebene F r die Bestimmung der Sichtstrahlen m ssen mindestes zwei Punkte auf dem Sichtstrahl bekannt sein F r eine robustere Kalibrierung wird redundant mit mindestens drei Punkte gearbeitet Abb 2a Da so leicht mehrere Millionen Punkte bestimmt werden m ssen muss eine geeignete Punktbestimmung gefunden werden HOME yet we rei CE C e ei fe fe fe o i ret T E as CL el cucr Ch ri jo i wet T a yen o Jol 31 elle Abb 3 a Ausschnitt aus passiver Markerplatte b Monitor als aktive Markerplatte mit Phasenmessung zur Positionsbestimmung auf dem Monitor f r eine Kamera c Phasenmessung mit einem Projektor auf dem ausgeschalteten Monitor Wie in Kapitel 1 beschrieben wurde wird in der photogrammetrischen Kalibrierung eine Markerplatte verwendet Abb 3a Diese Markerplatte ist f r die Sichtstrahlkalibrierung nicht geeignet da die Punktdichte zu gering ist Als Markerplatte wird daher ein Monitor verwendet Auf dem Monitor l uft eine Absolutphasenmessung in horizontaler und vertika ler Richtung So werden Positionen auf dem Monitor subpixelgenau bestimmt F r die Projektorkalibrierung muss eine halbtransparente diffus streuende Schicht auf dem
177. bei so an die ALPA angesetzt werden dass der Versatz entweder auf die kurze oder die lange Sensorseite angewendet wird Objektive lassen sich auf den ALPA Objektivplatten maximal um 8 mm dezentrieren fixer Versatz ALPA hat Objektive ab 35 mm Brennweite im Programm die sich um diesen Betrag dezentrieren lassen und f r die digitale Fotografie geeignet sind Kleinere Versatz distanzen sind ebenfalls m glich Soll die Hauptpunktlage noch weiter verschoben werden so finden sich Kameras mit kontinuierlicher Shifteinstellung im Programm Damit bietet ALPA ein umfangreiches Programm an Kameras und Objektiven an mit denen man die Hauptpunktlage verschieben kann Einen berblick zum ALPA System und zum Genauig keitspotenzial einer ALPA 12 WA Kamera mit einem 22 Megapixel Digitalr ckteil findet sich bei RIEKE ZAPP et al 2005 Verschieben der Hauptpunktlage f r eine optimale Stereoabdeckung 39 4 Zusammenfassung und Ausblick Im Zweibildfall und f r terrestrische Anwendungen kann durch den Versatz der Haupt punklage die Ausnutzung des Bildsensors und die Stereoabdeckung im Objektraum verbes sert werden Eine optimale Bildqualit t von digitalen Aufnahmesystemen kann nur erreicht werden wenn alle Komponenten der Aufnahmekette zusammen harmonieren Bei einem Versatz der Hauptpunklage wird an einer Seite des Sensors ein extremer Bildwinkel er zeugt Die Bildqualit t muss vor dem Einsatz des Systems f r Projektauftr ge getestet wer den D
178. beitende Laserscanner Systeme bei der Aufnahme verwendet a hi My its I h 1 Hj Abb 1 Ansichten des Kaisersaals links und des Gro en Festsaals im Hamburger Rat haus rechts 2 1 Kaisersaal und Gro er Festsaal im Hamburger Rathaus Das Hamburger Rathaus wurde 1886 1897 von einer Architektengemeinschaft unter der Leitung Martin Hallers als pr chtiger Sandsteinbau im Stil der Neo Renaissance gebaut und ist heute Sitz von Senat und B rgerschaft Das Rathaus ist 111 Meter lang und besitzt einen 112 Meter hohen Turm Im Rathaus befinden sich 647 R ume von denen die prachtvolls ten der Kaisersaal und der Gro e Festsaal sind Abb 1 Beide S le sind mit viel Marmor Goldverzierungen und kostbaren Gem lden ausgestattet Sie dienen heute f r Empf nge und gesellschaftliche Veranstaltungen Der Kaisersaal erhielt seinen Namen nach einem Besuch von Kaiser Wilhelm II anl sslich der Er ffnung des Nord Ostsee Kanals Er ver f gt ber eine auff llige Deckenmalerei die die Handelsschifffahrt unter deutscher Flagge symbolisiert Die W nde an denen Portr ts bedeutender B rgermeister Hamburgs h ngen sind mit einer Tapete aus gepresstem Rindsleder bedeckt die gr te dieser Art in Deutsch land aus dem 19 Jahrhundert Im reich verzierten gro en Festsaal werden heute noch Emp f nge f r Politiker des In und Auslandes gegeben ber der beschnitzten Senatsestrade mit den B rgermeistersitzen gl nzt das goldene Staatswappen
179. berfl che geschnitten um so dreidimensionale Koor dinaten zu erhalten Sind mindestens drei Punkte in beiden Koordinatensystemen bekannt kann eine Sechs Parameter Transformation gerechnet werden Die G te der Transformation kann als Differenzen der gerechneten Koordinaten zu den gegebenen Koordinaten bestimmt werden In diesem Falle betrugen die durchschnittlichen Differenzen ca 1 5 cm Zur Extraktion der oben genannten Einrichtungen wie z B runde Verkehrsschilder ist hnlich verfahren worden Um Stra enmarkierungen und Kanten zu extrahieren ist die Verwendung von Polylinien notwendig Hier bietet IMInspect verschiedene automatisierte Werkzeuge Durch das Selektieren von zwei Punkten auf einer Kante und durch das Aufziehen eines Suchzylinders lassen sich Bordsteinkanten verfolgen Gleiches gilt an Intensit tsgrenzen in diesem Projekt die Stra Benmarkierungen Das Verfolgen von Leitungen und Kabeln ist ebenfalls m glich fand hier aber keine Anwendung 338 M Fluch Abb 6 Erzeugung von Polylinien Die so gewonnen Informationen lassen sich z B im dxf Format in CAD Programmen zur Verf gung stellen In diesem Projekt wurde AutoCAD benutzt und die Ergebnisse dem Auftraggeber bergeben Abb 7 Objektpunktwolke Boumaweg Terrestrisches Laserscanning Messung und Auswertung im Alltag 339 Abb 8 CAD Bearbeitung Literatur Fluch M 2005 Terrestrisches Laserscanning mit dem ILRIS 3D In Luhmann T Hrsg
180. bietes und das Interesse von Autoren und Zuh rern am Workshop Besonderes Merkmal der Oldenburger 3D Tage ist die Mischung von wissenschaftlichen Beitr gen aus aktueller Forschung mit anwendungsorientierten Berichten und Produkt informationen Dar ber hinaus sind sie eine der wenigen Veranstaltungen in denen die Bereiche des Laserscannings mit denen der industriellen optischen 3D Messtechnik und der Nahbereichsphotogrammetrie zusammengef hrt werden Alle genannten Technologien erzeugen heute pr zise 3D Messdaten n kurzer Zeit und hoher Datenmenge wobei bildgebende Sensoren eine entscheidende Rolle spielen Die Kombination unterschiedlicher Sensorsysteme Laser Streifenlicht Kameras birgt ein gro es Potenzial zuk nftiger Anwendungen wirft aber auch noch etliche wissenschaftliche und technische Fragen auf Der fachliche Teil der Er ffnungsveranstaltung wurde in diesem Jahr durch einen bersichtsvortrag von Harald Schlemmer TU Darmstadt zu n dimensionalen Aspekten der Geod sie und Geoinformation gestaltet Schon m Vorjahr wurde mit dem Schwer punktthema Dynamische Prozesse d e Erfassung von Ver nderungen und Bewegungen angesprochen Zeit als vierte Dimension gewinnt zunehmend an Bedeutung insbesondere auch f r optische 3D Messtechnik Das Vortragsprogramm bestand aus den Themenbl cken Photogrammetrie Laserscanning Kalibrierung Algorithmen optischen Messsystemen sowie Anwendungen Ein spezielles Herstellerforum konnte zur
181. bild aufgebracht Wo Fl ssigkeit aufgebracht wurde bindet das Pulver ab und wird hart Abb 3 3D Drucker Z406 Der Druck l uft in folgenden Arbeitsschritten ab Aus dem Vorratsbeh lter links wird Pulver bereitgestellt Der Transportschlitten verteilt es als d nne Pulverschicht auf die Ar beitsb hne rechts Die Arbeitsb hne wird um eine Schichtdicke ca 0 1 mm abgesenkt und die Druckk pfe am Transportschlitten bertragen das Schnittbild auf die Pulver schicht Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis der gesamte K rper gedruckt ist Er befindet sich dann von bersch ssigem Pulver umgeben im Arbeitsraum auf der abgesenk ten Arbeitsb hne Man gibt etwa ein bis zwei Stunden Zeit dass der Binder abbinden kann 6 2 Nachbehandlung Nach dem Abbinden wird das Teil dem Arbeitsraum entnommen und briges Pulver ent fernt Im Ofen wird es dann zwei bis vier Stunden lang bei 40 C getrocknet Das verbleibende Gebilde ist por s und zerbrechlich Die Stabilit t erreicht man durch Infiltrieren mit 2 Komponenten Harz und anschlie endem Aush rten bei 70 C Jetzt ist die Oberfl che bereit zur Abschlussbehandlung Fillern Schleifen und Lackierung Reale 3D Modelle aus 4D Punktwolken 229 7 Ausblick Computertomographen mit Fl chendetektoren erlauben schnelle und damit preisg nstige Untersuchungen von kleineren Objekten Auf CT Ger ten mit Zeilendetektoren und h he ren Beschleunigungsspannungen k nnen heute schon Obj
182. canner dar ber hinaus mit einer Digitalkamera ausgestattet deren innere und u e re Orientierung durch Kalibrierung und Messung w hrend der Datenerfassung bekannt ist wie zum Beispiel bei dem eingesetzten RIEGL LMS Z420i so kann der zu jedem Pixel der Bilder korrespondierende Sehstrahl ebenfalls eindeutig und unmittelbar in das Projektkoor dinatensystem transformiert werden Besteht dar ber hinaus die Notwendigkeit einer Einbettung des Projektkoordinatensystems in ein bergeordnetes Koordinatensystem zum Beispiel in das WGS84 System so kann dies mittels Passpunkten durchgef hrt werden deren Koordinaten im Projektkoordinaten system und im bergeordneten Koordinatensystem bekannt sind F r Laserscandaten aus der luftgest tzten Datenerfassung airborne laser scanning ALS besteht stets die Notwendigkeit einer Transformation in ein geostation res Koordinatensys tem Diese Transformation erfolgt unter Ausnutzung von Daten die mit einem mit dem Lasermesssystem starr verbundenen Tr gheitsmesssystem inertial measurement unit IMU in Kombination mit einem Positionsmesssystem global positioning system z B GPS gewonnen werden Zur Optimierung der Messgenauigkeit werden die Navigationsda ten mit den Daten einer nahe liegenden geostation ren Referenzstation auch als Basisstati on oder base station bezeichnet kombiniert Die mit ALS Systemen maximal erzielbare absolute Messgenauigkeit wird aktuell mit etwa 10 cm horizontal und 15 c
183. ch 65 mm Die Kamera wurde im Videobetrieb mit 15 Hz zur Aufnahme einer Videoserie benutzt w hrend das Tuch angeblasen wurde Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera 93 Die Bewegung des Tuches wurde ber die in BURKE 2002 beschriebenen Methoden zu n chst in Phasendifferenzen dann ber Differenzanalyse in Absolutphasendifferenzen und mit dem Geometriemodell der 3D Kamera schlie lich in metrisch skalierte Verformungen umgesetzt Eine Auswahl von Zust nden dieser Serie ist in Abbildung 9 dargestellt Die gew hlte Vi deorate ist weit von High Speed entfernt Das demonstrierte Prinzip ist aber von der Aufnahmerate unabh ngig sodass mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf diese Weise tats chlich schnelle Vorg nge 3 dimensional aufgenommen werden k nnen 3 2 2 Optisches Markieren Augmented Reality Werden als zu invertierende Muster Informationen f r den Benutzer auf das Objekt aufge bracht so gelangt man zur Augmented Reality In LI 2003 wurde bereits gezeigt wie erkannte Material oder Formfehler mithilfe der Inversen Musterprojektion direkt auf dem Objekt markiert werden k nnen Die inverse Projektion ist aber generell geeignet s mtliche Arten von Hilfsstrukturen auf ein Objekt zu bringen En oo ari ei Ser toes dchniria b Abb 10 Virtuell erweiterte Realit t AR Augmented Reality in der Fertigung a Mess und Einsatzsituation b virtuell auf das Objekt aufgebrachte M
184. ch Technischen Hochschule Aachen lange gia rwth aachen de LEHMANN Peter Mahr GmbH Gottingen peter lehmann mahr de LEOPOLD Manja imp GmbH Halle Saale manja leopold imp gmbh de LI Wansong Vereinigte Elektronikwerkst tten Bremen l bias de LINKE Janette CALLIDUS Precision Systems GmbH Halle linke callidus de LORENZ T mo Fakult t Naturwissenschaften und Technik HAWK G ttingen tlorenz pmf fh goettingen de Autorenverzeichnis 369 LUHMANN Thomas Institut f r Angewandte Photo grammetrie und Geoinformatik FH Oldenburg Ostfriesland Whv luhmann fh oldenburg de MAAS Hans Gerd Institut f r Photogrammetrie und Fernerkundung TU Dresden hmaas rcs urz tu dresden de MECHELKE Klaus Department Geomatik HafenCity Universitat Hamburg k mechelke rzcn haw hamburg de NEITZEL Frank Institut f r Geod sie und Geoinformationstechnik TU Berlin frank mca bv tu berlin de NIEHUS Jan Mahr GmbH Gottingen jan niehus mahr de OBERTREIBER Nicole Zoller Frohlich GmbH Wangen 1 A n obertreiber zofre de PEIPE J rgen Institut fiir Photogrammetrie und Kartographie Universitat der Bundeswehr Miinchen j k peipe unibw muenchen de PETERS Jorg Institut fiir Geometrie und Praktische Mathematik der Rheinisch Westf lisch Technischen Hochschule Aachen peters 1gpm rwth aachen de POSPIS Michael Lupos3D GbR Berlin pospis lupos3d de PR MM Olaf Lupos3D GbR Berlin prue
185. ch bestimmten Punkte auf den Fl chen der RQ erreichen den Mit telwert der Standardabweichung von 0 03 mm auf den Fl chen der RZ 0 06 mm In der Software Cyclone Version 5 3 wurde das r umliche Modell der RK aus den photogram metrisch bestimmten Punkten generiert Die photogrammetrisch bestimmten Punkte weisen die Residuen gegen ber den ausgeglichenen Fl chen der RK auf Die Standardabweichun gen der Residuen Ges erreichen die Werte von bis zu 0 05 mm was beweist dass die Fl chen der RK gen gend genau gefertigt wurden Mit der photogrammetrischen Methode beurteilten wir nicht nur die Genauigkeit der Anfertigung der RK sondern es wurden auch die nominalen Parameter Sollwerte der Sollk rper gewonnen welche aus der Menge ausreichend genauer Punkte bestimmt wurden Die geometrischen Parameter des aus pho togrammetrisch bestimmten Punkten verfassten Modells pr sentieren uns die vorgegebenen Eigenschaften der RK Zu diesen Werten werden die geometrischen Parameter des durch Laserscanning bestimmten Modells verglichen Zur Haltung des K rpers ber dem Boden und zur Simulation der verschiedenen Lagen der RK diente ein spezielles Stativ Dieses erm glicht drei r umlichen Drehungen des RK ber Rotation um die Stehachse des Stativs selbst die Rotation die Drehung Neigungseinstel lung die Neigung und Rotation um die Hauptachse des Referenzk rpers die Rotation Die r umlichen Positionen der RK sind mittels drei Winkelmesser definie
186. ch gekr mmte Fl chen wie beispielsweise Zylinder zu projizie ren und anschlie end in einen Bildplan abzuwickeln Die Vorteile aller so entstandenen Bildpl ne liegen in der hohen Genauigkeit und dem hohen Informationsgehalt Orthoprojektionen und Abwicklungen h herer Komplexit t 267 Abb 3 Orthophoto aus Intensit tswerten links Tiefenbild eines Gew lbes rechts Folgende Parameter werden zur Bildplanerstellung ben tigt e Parameter zu Beschreibung der Projektionsoberfl che e Definition des Raumes aus dem Punkte projiziert werden sollen in Form von Vor und Hinterraum e Rasteraufl sung des Zielbildes e Z Buffer mit Toleranzschranke zur Regelung von Oversamplings e Radiometrische Parameter zur Beschreibung des Laserlichts 4 1 Projektionsfl che ee M eos IE ee ee TEE BAR Se Me ce a pegam g Mal et CAE Tal Eu Lo 5 Abb 4 Projektionsflache als Ausgleichsk rper links konstruktive Bestimmung der Projektionsflachen rechts 268 O Pr mm M Pospi und M Doghaili Sollte die Projektionsfl che nicht in Form einer Sollfl che gegeben sein so gibt es zwei M glichkeiten diese Fl che festzulegen Zum einen ist es mit LupoScan m glich Aus gleichsebenen oder ausgeglichene Regelk rper zu berechnen die direkt als Projektionsfl che verwendet werden k nnen Zum andern k nnen die ben tigten Oberfl chen konstruktiv auf Grundlage von Schnitten aus der Punktewolke ers
187. ch theoretische Gesamtkosten von knapp 35 000 Euro f r das Projekt die allerdings nicht marktgerecht erscheinen In Abbildung 7 ist der prozentuale Arbeitsaufwand der einzelnen Arbeitsschritte dargestellt Dabei ist er sichtlich dass 52 der gesamten Arbeitszeit mit CAD Bearbeitung und Visualisierung aufgewendet wurden In der Zeit f r Visualisierung sind nur die Arbeiten mit AutoCAD und AECViz enthalten da die Videosequenzen sp ter erstellt wurden Optimierungspoten 262 T Kersten M Biebermann und M Schneider zial f r solch ein Projekt liegt bei der Objektaufnahme in der Anzahl der verwendeten Passpunkte in der geod tischen Passpunktbestimmung in der Reduktion des Laserscan ningaufwands auf wichtige Objektteile bei der CAD Bearbeitung durch zunehmende Er fahrung und durch Weglassen von Details Projekt planung Visualisi 5 isualisierung 3D Netz 7 Topographie Photogr Aufnahme 22 Monoplotting CAD Bearbeitung Aufnahme Auswertung 45 Laserscanning 6 Bildorientierung Kamerakalibrierung PHIDIAS 15 Abb 7 Prozentualer Arbeitsaufwand im Projekt Duderst dter Westerturmensemble 7 Fazit und Ausblick Das Duderst dter Westerturmensemble wurde in einer kombinierten Auswertung von digi talen Bilddaten einer Spiegelreflexkamera und 3D Punktwolken eines terrestrischen Laser scanners f r eine detaillierte Visualisierung von Innen und Au en erfolgreich als virtuelles 3D Volumenmodell rekonstruiert
188. che hnlichkeitstransformation allerdings ohne Ma stabs faktor ber 3 identische Punkte k nnten diese 6 Parameter bestimmt werden Jedoch sieht die Praxis eine h here berbestimmung vor In der Regel sollten zumindest 4 identische Punkte pro Aufnahme vorhanden sein In der Version Z F LaserControl 6 6 1 und h her ist das Ausgleichungsprogramm NEP TAN als PlugIn integriert Das Programm NEPTAN berechnet simultan die ausgegliche nen Transformationsparameter der lokalen Systeme Position und Orientierung der 37 Scanner Standpunkte und standardisierte Kenngr en der statistischen Netzanalyse Ein gangswerte sind die lokalen Koordinaten aus der Targetmessung und die globalen Koordi naten der Targets aus der Tachymetermessung Aus diesen Beobachtungen werden die ausgeglichenen Parameter f r die Transformation in das globale System jedes einzelnen lokalen Systems bestimmt Das Ergebnis der r umlichen Blockausgleichung ist in Abbil dung 2 dargestellt BAHNDORF amp SCHREYER 2005 318 N Obertreiber und V Stein Abb 2 Darstellung der 37 Scans im 3D View Z F LaserControl 4 Kombination von Laserscanning und Photogrammetrie Zus tzlich zu den Koordinaten registriert der Laserscanner auch den Grad der Reflektion des Streckenmesssignals am Objekt und stellt somit f r jeden Messpunkt die sog Intensit t zur Verf gung Die Visualisierung der vierten Messgr e erfolgt durch eine Grauwert Codierung Abb 3 links stark reflektie
189. cher Messsysteme sehr wichtig Der Fachbereich Geomatik der Hochschule f r Angewandte Wissenschaften Hamburg hat in einem Pilotprojekt vergleichend untersucht inwieweit sich die beiden terrestrischen 3D Laserscanning Systeme Mensi GS100 von Trimble und IMAGER 5003 von Zoller amp Fr hlich bei der Innenraumaufnahme zweier historischer S le 1m Hamburger Rathaus effizient einsetzen lassen Die Qualit t der aus den Laserscannerdaten modellierten digitalen CAD Daten wurde mit Referenzstrecken vergli chen Genauigkeitsuntersuchungen und praktische Erfahrungen mit dem Mensi GS100 an der HAW Hamburg wurden von KERSTEN et al 2004 und STERNBERG et al 2005 ver ffent licht Als Beispiele f r den Einsatz von terrestrischen Laserscannern f r Aufnahmen histo rischer Innenr ume dienen die Erfassung von Schloss Neuschwanstein mit dem IMAGER 5003 von STRACKENBROCK 2004 und der kleinen Hagia Sophia Moschee in Istanbul mit dem 3dLMS Prototyp der TU Darmstadt von D PPE amp KLEIN 2005 LORRA amp JAEGER 2004 berichten ber den effizienten Einsatz des IMAGER 5003 bei der Tatortvermessung Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus 185 2 Aufnahmeobjekte und Laserscanning Systeme Die als Aufnahmeobjekte gew hlten historischen S le zeichnen sich durch ein gro es Messvolumen mit bis zu 17 x 41 x 16 m und durch Detailreichtum aus Um diesen beiden Gesichtspunkten gerecht zu werden wurden zwei mit unterschiedlichen Messprinzipien ar
190. chlie lich f r allgemeine Zylinder Anschlie end zeigen wir wie man die resultierenden direkten L sungen f r die effiziente modellgest tzte Segmentierung von rohen 3D Punktwolken mithilfe des RAN SAC Verfahrens einsetzen kann 2 Algebraische Bedingungen f r Zylinder 2 1 Zylinder parallel zu einer Achse F r den Fall dass der Zylinder parallel zu einer bekannten Achse ist kann man o B d A annehmen dass es sich um die Z Achse handelt sodass alle Punkte auf dem Zylinder in der Projektion auf die XY Ebene die Kreisgleichung A s Y t r 0 1 erf llen m ssen Diese Bedingung ist zun chst quadratisch in den unbekannten Parametern Benutzt man jedoch die Substitution vgl BOOKSTEIN 1979 i h u a ye y D erh lt man mit drei Punkten die drei linearen Bedingungsgleichungen 2A gt 8 A 4 yy 2A9 2 5 f x YF 2A3 2 3 1 u X3 3 welche eine sehr einfache Bestimmung der Zylinderparameter erm glichen 2 2 Zylinder parallel zu einer Ebene Ist der Zylinder parallel zu einer bekannten Ebene o B d A der XY Ebene dann muss eine Rotation um die Z Achse existieren sodass die Projektion in die YZ Ebene wieder die Kreisgleichung erf llt Die unbekannte Rotation um die Z Achse kann man mithilfe des Sinus und Kosinus welche die Bedingung a h 1 4 erfiillen beschreiben sodass die rotierten Punkte darstellbar sind als il Xi bhi f X bX aY
191. chnischen Daten sind unter MENSI 2004 zu finden 4 Photogrammetrische Objektaufnahme und Laserscanning Die Objektaufnahme erfolgte im Februar 2005 an insgesamt drei Tagen in folgenden Ar beitsschritten Passpunktsignalisierung f r das Laserscanning und f r die photogrammetri sche Aufnahme geod tische 3D Netzmessung und Passpunktbestimmung mit den Tachy metern Leica TCRP 1201 und Leica TCA 1105 photogrammetrische Aufnahme und La serscanning Aufgrund der Hohe des Westerturmes wurde eine fahrbare Drehleiter mit einer maximalen Arbeitsh he von 28 m Abb 2 f r die Passpunktsignalisierung und fiir zus tz liche Aufnahmen mit der Kamera eingesetzt Als photogrammetrische Passpunkte dienten 49 Signale die am Objekt verteilt angebracht wurden Zur Verkn pfung und Georeferen zierung der Laserscanning Punktwolken wurden neun gr ne Mensi Targets und jeweils sechs Kugeln an der Turmwand und auf den Tachymeterstandpunkten verwendet Das 3D Netz bestand wegen der Geb udeanordnung und der Einbindung des Innenbereiches des 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles 231 Turmes und Museums aus vier Teilnetzen mit insgesamt zw lf Standpunkten von denen die Passpunkte f r Photogrammetrie und Laserscanning gemessen wurden In einer Aus gleichung mit der Software PANDA GeoTec Laatzen wurden die Netz und Passpunkte mit einer Standardabweichung von besser als 1 5 mm bestimmt Der Au en und Innenbe reich des Westert
192. chwalbe E und Maas H G Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration bei der Modellierung und Kalibrierung von Fisheye Aufnahmesystemen u nee Schulte M Bothe T Li W Gesierich A Von Kopylow C und J ptner W Hochaufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme am Bee Bie e een aaa PURO PAI aan Ehrich F und Tenzer A Speicherung von zeitkontinuierlichen Sensordaten Laserscanner am ae ranore siim AT AIL raasssicsiensatnnavareniarnracieascentsaeciastiandidetionicantnasianciusees Reiterer A Der Einsatz von Techniken aus dem Bereich der ktinstlichen Intelligenz bei TU eer ats y nA Scheller S und Schneider D Extraktion von Primitiven aus Laserscannerpunktwolken zur Rekonstruktion VO nee ee EE EAN TEE Inhaltsverzeichnis IX Laserscanning Genauigkeitsuntersuchungen 165 Z me n kov M und Weber T Genauigkeits berpr fung terrestrischer Laserscanner mittels Referenzk rper 166 Neitzel F Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse am Beispiel des Laserscanners Zoller Fr hlich Imager 5003 174 Kersten T Sternberg H und Stiemer E Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus Mens GS100 und A ER S VIE ner er 184 Semmler A Qualit tsstandards in der Architekturvermessung Anwendung auf das 3D BEN 21111311
193. chwer entnommen werden Schnitte in belie bigen Ebenen erleichtern dies Dabei wird ein Profil erstellt indem eine Filterung der Punk te in der gew nschten Ebene vorgenommen wird Das Arbeiten mit Profilen kommt auch der Denkweise und Gew hnung mancher Anwender geod tisch photogrammetrischer Pro dukte entgegen Diese generierten Profile bestehen zun chst aus einer Reihe von Punkten die mit einem zuf lligen Fehler behaftet sind F r diese Arbeit lagen Punktwolken vom Laserscanner LMS Z 420i der Firma Riegl zugrunde Wie von BOHLER amp MARBS 2004 gezeigt weisen Punkte in 20 m Entfernung ein Rauschen in Messrichtung von 11 mm auf Untersuchungen von MULSOW et al 2004 zeigen ein Messrauschen der Punkte von 7 5 mm bei einer Ent fernung von 6 m Eine Minimierung dieses Wertes erreicht man durch eine Gl ttung der Punkte Bei geraden Profilen wird die Gl ttung durch eine ausgleichende Gerade wie von LUHMANN 2000 vorgestellt erzielt Profile mit einer Kr mmung werden ber Kreisbo genst cke gegl ttet Aufgrund der Scanaufl sung werden Kanten in der Regel nicht exakt getroffen Werden sie dennoch getroffen dann ist bedingt durch die Strahldivergenz des Lasers bei innen liegen Gl ttung von aus Laserscannerpunktwolken extrahierten Profilen 215 den Kanten die Distanzmessung zu kurz bei den au en liegenden Kanten dagegen zu lang An den Kanten tritt ein Ausrundungseffekt auf KERN 2003 In BECKER 2004 werden Kanten durch V
194. chymetrie und die Photogrammetrie bis hin zum Laser scanning entwickelt W hrend beim Handaufma und bei der Tachymetrie einzelne Punkte des Objekts erfasst werden wird das Objekt bei der Photogrammetrie und beim Laserscan ning fl chendeckend in der soweit ger tetechnisch m glich gew nschten Aufl sung durch eine Vielzahl von Punkten erfasst W hrend bei der photogrammetrischen Aufnahme alle Bildsensoren gleichzeitig belichtet werden arbeitet der Laserscanner den Objektraum durch Einzelpunktmessungen sequentiell in schneller Folge in einer festgelegten Winkel schrittweite automatisch ab Bei der photogrammetrischen Aufnahme entstehen zweidimen sionale Bilder sodass f r die Ableitung der dritten Dimension ein zweites Bild desselben Objektpunktes von einem anderen Standpunkt aus aufgemessen ben tigt wird Das Laserscanningverfahren arbeitet nach dem Prinzip der Polaraufnahme mit der Messung von zwei Richtungen und einer Distanz sodass alle Objektpunkte direkt in allen drei Dimensi Laserscanning und Photogrammetrie die Vielfalt der Auswertem glichkeiten 247 onen definiert sind W hrend den Bildpunkten die Farbinformation des Objekts beigegeben ist fehlt diese den Scannerpunkten Die bildliche Vorstellung des Auswerters vom Objekt ist deshalb allein mit der Scannerpunktwolke nur sehr schwer m glich Durch die Automa tismen der Aufnahme k nnen den Einzelpunkten keine attributiven Informationen wie beim Handaufma un
195. d Geometrie ist die Vollst n digkeit der Aufnahme vor Ort zu berpr fen Hierzu sind als Werkzeuge zum einen die alphanumerischen und grafischen Informationen verf gbar die schon w hrend der Auf nahme dem Bild berlagert werden s Abb 8 rechts Dies kontrolliert die Arbeit mit dem einzelnen Bild Um die Modellbildung im Ganzen zu pr fen steht unter AutoCAD zum anderen das wachsende 3D Modell zur Verf gung L cken sind sofort erkennbar die direk te Verkn pfung zwischen dem AutoCAD Modell der Datenbank und dem Bildverband erm glicht jederzeit eine schnelle Kontrolle Dabei ist auch die Markierung der Position der Totalstation im Modell hilfreich Phototachymetrie eine Methode zur Bauwerksmodellierung 53 4 Fazit und Ausblick Die Phototachymetrie als neue Methode zur Baufaufnahme und Visualisierung basiert auf den Entwicklungen der Instrumententechnik in letzter Zeit dem intelligenten Tachymeter und der Digitalkamera ber die bereits aufgezeigten vielf ltigen M glichkeiten zur schnellen Modellierung hinaus ist in naher Zukunft ein Innovationsschub zu erwarten Die Totalstation mit integrierter professioneller Kameratechnik IATS Image Assisted Total Station wird durch Nutzung der Merkmalsextraktion und durch h here Geschwindigkeit bei der Aufnahme der dem Bild zugeh rigen 3D Situation h her als es die derzeitige intelligente Tachymetrie erlaubt einen hohen Automationsgrad erm glichen Man darf gespannt sein
196. d berechnet Um eine h here Sicherheit beim Auffinden des Maxi mums zu erhalten wird eine Gau funktion in die berechnete H llkurve approximiert Dem Maximalwert dieser Gau funktion wird der jeweilige H henwert zugeordnet Das obere Diagramm in Abbildung 6 zeigt ein gemessenes Signal in dem darunter liegenden Dia gramm ist die berechnete H llkurve mit der im Maximum angen herten Gau kurve darge stellt Objekte mit einer optisch glatten Oberfl che liefern Signalverlaufe mit gro em Signal Rausch Abstand und einer deutlich erkennbaren Modulation Bei derartigen Objekten l sst sich nach der Bestimmung des H llkurvenmaximums die Aufl sung unter Ber cksichti gung der Phasenlage erh hen Das untere Diagramm in Abbildung 6 zeigt das gemessene S gnal und das f r die Phasenauswertung mittels diskreter Fouriertransformation verwende 80 J Niehues T Lorenz P Lehmann K Bobey und L Brekerbohm te Tr gersignal Realteil dessen Frequenz sich aus der mittleren Wellenl nge A der ver wendeten Leuchtdiode ergibt DE GROOT 2004 O i wn Cc gt at li EEE 5 Ai C zur ay i j Fis AP ely m Ea RG a x ie neers 5 Bii inar l ji i Guik Cc im r O TOE ee a xX sty 1 r Fr SS p mur Cathie Sepia Remini Intensitat Ligen rite h d e Pari i AL be A Abb 6 Prinzip der H llkurven und Phasenauswertung 3 1 H llkurvenauswertung Bei Intensit tsverl ufen die ei
197. d der Tachymetrie beigegeben werden Die Attributierung kann erst 1m Modellierungsprozess erfolgen Die Aufnahmekonfiguration der Photogrammetrie bewirkt wegen der h ufig vorkommen den schleifenden Schnitte der Bildstrahlen identischer Objektpunkte zweier Aufnahmen oftmals eine relativ schlechte Bestimmung des Abstandes zum Aufnahmestandpunkt Die Aufl sung rechtwinklig zur Aufnahmerichtung ist wesentlich besser Beim Laserscanning ist die Aufl sung senkrecht zur Messrichtung oftmals eher schlechter da man sich wegen der sequentiellen Messmethodik unter Ber cksichtigung der Aufnahmezeit auf eine be stimmte Schrittweite der Richtungs nderungen des Messstrahls beschr nken muss Die Entfernungsmessgenauigkeit der Laserscanner ist von der Entfernung weitgehend unabh n gig Die Genauigkeitsbeschr nkungen der beiden Verfahren wirken also wie auch Abbil dung 1 wiedergibt in unterschiedliche Richtungen Ja Abb 1 Vergleich der Messverfahren Abb 2 Riegl Scanner LMS Z420i mit aufgesetzter Kamera Nikon D100 Die genannten Eigenschaften bzw fehlenden Eigenschaften der beiden Messverfahren Photogrammetrie und Laserscanning legen es nahe beide Aufnahmeverfahren miteinander zu verbinden um die Vorteile beider Verfahren zu nutzen und Nachteile des jeweils ande ren Verfahrens aufzufangen Ein solches Aufnahmesystem bietet die Firma RIEGL in Form eines Laserscanners mit fest aufgesetzter hochaufl sender photogrammetrischer Kamera an
198. damit Genauigkeiten im Bereich in der Gr enordnung von 0 1 mm im Objektraum realisieren Die Anzahl der notwendigen Iterationen ist im Wesentlichen abh ngig von der Anzahl der Beobachtungen die als Ausrei er eingestuft werden m ssen Je h her die Anzahl der Aus rei er desto gr er ist die Wahrscheinlichkeit dass die Minimalkonfiguration einen Aus rei er enth lt und nicht zur L sung f hrt Entsprechend l nger dauert die Suche nach einer geeigneten Anfangshypothese Durch Einf hren von applikationsabh ngigen Heuristiken oder verfeinerten Strategien f r die Punktauswahl RODEHORST 2004 kann der Suchraum eingeschr nkt werden 3 Zusammenfassung Das Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Arbeiten ist es die Einsatzm glichkeiten der Photogrammetrie in Richtung der 100 In Line Pr fung in der Fertigung zu erweitern Einsatzm glichkeiten die derzeitig oftmals der industriellen Bildverarbeitung vorbehalten sind Hierzu wurde ein Operator f r die automatische Messung von Bohrungen im Auflicht entwickelt In einer kurzen Einf hrung wurde erl utert welche Gemeinsamkeiten zwischen der photogrammetrischen Bestimmung eines Punktes und dem Mittelpunkt einer Bohrung bestehen und wo die Schwierigkeiten bei der Messung der Bohrung liegen Literatur Baltsavias M Gruen A amp L Van Gool Eds 2001 Automatic Extraction of Man Made Objects from Aerial and Space Images III A A Balkema Publishers Lisse A bingdon Exton P
199. dass die Koordinatenachsen rechtwinklig auf der Geb udeseite liegen um eine sp tere Einzelsteinauswertung zu vereinfachen Die n tige Tiefeninformation wird nach Ebenenfestlegung aus der Punktwolke erhalten F r die Ein zelsteinauswertung wird die Punktwolke dann ausgeblendet Das Zeichnen der Einzel steine erfolgte f r die volumenhafte 3D Auswertung als geschlossene Polygone Die Einzelsteine wurden bis ber die eigentlichen Kanten des Geb udes sowie ber die Fenster und Durchfahrten gezeichnet um nach der Auswertung aller Geb udeseiten die exakten Ecken und Kanten im CAD Programm durch Schnitt zu bestimmen S mtliche Einzelsteine wurden anschlie end auf die eigentliche Wandst rke die durch Handaufma mit einer St rke von bis zu 1 55 m ermittelt wurde in einen 3D Volumenk rper extrudiert 260 T Kersten M Biebermann und M Schneider Ein weiterer Schritt stellte die Konstruktion der abgerundeten Elemente im oberen Bereich des Turmes dar Hierf r wurden alle vorbereiteten Punktwolken geladen und in einer Draufsicht angezeigt s Abb 4 sodass daraus eine Polylinie gezeichnet werden konnte die zur weiteren Verarbeitung in AutoCAD bertragen wurde Die Turmspitze wurde we gen der schlechten Laserreflexion am schwarzen Schiefer aus photogrammetrischen Mes sungen Vorw rtsschnitt in mindestens drei Bildern konstruiert Wegen der schlecht zu identifizierenden Punkte am Schieferdach der Turmspitze konnten diese Objektp
200. dellen als explizite Geometrie Geb ude werden als volle 3D Geometrie mit allen semantischen Auspr gungen gespei chert 1 5 1 Vor und Nachteile impliziter Geometrie Die Vorteile impliziter Geometrie beruhen im Wesentlichen darauf dass bestehende Sys teme in Anlehnung an ALKIS ATKIS unkompliziert um einige Attribute erweitert wer den k nnen ohne eine wirklich neue Datenstruktur zu erfordern Die Hemmschwelle zur Einf hrung eines dergestalt aufgebauten 2 5D Stadtmodells ist vergleichsweise niedrig Zusammengefasst ergeben sich folgende Vor und Nachteile f r die Verwendung impliziter Geometrie e Vorteile Geringer Speicherbedarf Einfaches Datenschema Als attributive Erweiterung von bestehenden Systemen m glich e Nachteile Komplexe Strukturen sind nicht abbildbar Datenschema ist nicht auf echte 3D Geometrie erweiterbar Nutzung in anderen Systemen erfordert Erzeugung expliziter Geometrie Implizite Geometrie ist somit f r Anwendungen geeignet die vereinfachte Geometrie er fordern LOD 1 und einfaches LOD 2 z B Schallberechnungen nicht f r Anwendungen die komplexe Geometrie erfordern LOD 2 und h her z B Stadtmarketing Datenbankschemen die auf impliziter Geometrie basieren sind nicht ausreichend erweiter bar und somit nicht zukunftssicher Vergleich von Anforderungen an 3D Stadt und Geb udemodelle 271 Abb 4 Petersdom in Rom nicht darstellbar mit impliziter Geometrie GTA Geoinfor
201. dem sich au erdem die Topolo giebeziehungen zwischen den Balken ableiten lassen Die geometrischen und topologischen Informationen k nnen f r eine statische Berechnung der Tragwerkskonstruktion des Dach stuhls weiterverwendet werden 1 Einleitung 1 1 Laserscannerdaten vom Dachstuhl Bautzener Dom Die verwendete Punktwolke wurde im Rahmen der Diplomarbeit von Frau A Bienert TUD 2004 mit einem Laserscanner Riegl LMS Z420i aufgenommen Abb 1 Diese Punktwolke besteht aus Aufnahmen von zw lf Standpunkten und beinhaltet ca 34 Milli onen Punkte Die Registriergenauigkeit der einzelnen Standpunkte zueinander betr gt 5 7 mm Die gesamte Punktwolke des Dachstuhls des Bautzener Doms diente als Daten grundlage zur Separierung und Detektion der einzelnen Balken Abb 2 Extraktion von Primitiven aus Laserscannerpunktwolken 157 Technische Daten Abb 2 Laserscanneraufnahme von einem Standpunkt im Dachstuhl Bautzener Dom dargestellt als zweidimensionales Intensit tsbild Screenshot RiscanPro 1 2 Datenaufbereitung Die Datenakquisition wurde mit der scannereigenen Software RISCAN PRO durchgef hrt In dieser Software erfolgten auch die Registrierung und der Export der Messdaten Als Exportformat diente eine Textdatei mit jeweils einem Koordinatentripel pro Zeile Diese Datei stellt die Grundlage f r alle weiteren Verfahrensschritte in den erstellten C Pro grammen dar Der entwickelte Algor thmus arbeitet ohne Standpunktinfor
202. den Dieser Prozess kann m einfachsten Fall manuell erfolgen oder voll st ndig automatisiert mithilfe geeigneter Algorithmen In der klassischen Bildverarbeitung erfolgt die automatisierte Erfassung mithilfe sog Interest Operatoren F r eine Beschrei bung der Funktionsweise solcher Methoden sei auf die Literatur verwiesen F RSTNER 1991 Eine Methode zur Punkterfassung mithilfe von k nstlichen neuronalen Netzen beruht auf der berf hrung des Problems in eine Klassifikationsaufgabe Bildbereiche werden extra hiert und durch das KNN in interessanter Punkt Bereich oder nicht interessanter Punkt Bereich eingeteilt Die Gr e des extrahierten Bildbereiches sollte dabei mit der Gr e der zu identifizierenden Punkte bereinstimmen typische Gr en k nnten 6x 6 oder 8 x 8 Pixel sein Abb 6 Durch ein KNN erfasste Messmarken Kennzeichnung durch dunkle Quadrate Foto Jafar A Parian ETH Z rich Das entwickelte KNN arbeitet mit einer 6 x 6 Eingangsmatrix einer 1 x 20 Zwi schenschicht und einer 1 x 2 Ausgangsschicht und ist als vollst ndig vorw rtsverkettetes Netz ausgef hrt F r das Training wurde der oben genannte Backpropagation Algorithmus auf Basis synthetischer Trainingsdaten verwendet Ein zufrieden stellendes Training wurde bereits nach ca 50 Trainingszyklen erreicht In Abbildung 6 ist das Ergebnis eines solchen KNN dargestellt Die Erfassung kann mit einem Sensor und Distanzgeber erfolgen WALSER 2
203. der chromatischen Aberration Die Aufnahmen aller im Zuge der hier gezeigten Untersuchungen getesteten Fisheye Objektive zeigen eine klar erkennbare chromatische Aberration welche zum Bildrand hin einen Betrag von mehr als einem Pixel ausmacht Diese chromatische Aberration zeigt sich in Form von st renden Farbs umen bei der visuellen Betrachtung der Bilder Sie beein flusst aber auch die geometrische Genauigkeit von Messungen in Farbbildern Dies betrifft die Qualit t der in Kapitel 3 gezeigten Kalibrierungsergebnisse nur unwesentlich weil hier nur schwarze Punkte auf wei em Hintergrund in Schwarzwei bildern gemessen wurden die durch die Effekte der chromatischen Aberration lediglich in ihrer Scharfabbildung be eintr chtigt werden Ausf hrliche Untersuchungen zur Beeinflussung der Genauigkeit von Kalibrierergebnissen durch die chromatische Aberration sind in HASTEDT et al 2006 zu finden Werden Bilder mit einer so deutlichen chromatischen Aberration jedoch als Basis f r eine multispektrale Klassifikation verwendet so k nnen sich hier v llig falsche Klass fikationen von Pixeln ergeben Die Entstehung der in die Kategorie der Linsenfehler geh renden chromatischen Aberration l sst einen systematischen Effekt erwarten welcher sich bei der Betrachtung der Bilder best tigt Langwelliges rotes Licht wird in der Optik weniger stark gebrochen als gr nes und blaues Licht somit erscheint beispielsweise bei den in Abbildung 4 gezeigten Zi
204. der gemessenen Punkte von der Sollgeometrie Dimensionen der RK gegenseitige Winkel berpr fung zwischen Ebenen Achsensymmetrie der Zylinder usw Das Testverfahren wird mittels zweier RK realisiert Der erste Referenzk rper besteht aus zwei Quadern einen kleineren und einen gr eren die aufeinander zentrisch fixiert sind Der zweite Referenzk rper setzt sich zusammen aus einem Zylinder mit kleinerem Durch messer der zentrisch auf einem Zylinder mit gr erem Durchmesser angebracht ist Die Ma e f r die Referenzquader RQ betrugen 450 x 450 x 250 mm bzw 150 x 150 x 250 mm Die Referenzzylinder RZ haben Durchmesser von 400 mm bzw 180 mm bei einer H he von je 250 mm Die RK sind aus einem glatten Material Glastextit gefertigt Das Material entspricht den Anforderungen mechanischer Beanspruchung sowie der W rmewiderstandsf higkeit Die K rper sind mit matter grauer Farbe berzogen Die Anfertigungsgenauigkeit wurde auf der Basis der von dem Hersteller angegebenen Genauigkeit f r modellierte Fl chen im Fall des HDS 2500 betr gt sie 2 mm bestimmt Da die Referenzk rper Etalone repr sentieren h tten sie ordnungsgenauer gefertigt werden m ssen 0 5 mm vor allem was die Ebenheit und Formgenauigkeit der Objekte betrifft Die Kontrolle der gefertigten Referenzk rper aus dem dimensionalen und fl chenhaften Gesichtspunkt wurde mit der photogrammetrischen Methode durchgef hrt Die Koordina ten der photogrammetris
205. der radial symmetrischen Verzeichnung wird der Einfluss nicht zentrierter Linsen durch tangentiale und asymmetrische Korrekturfunktionen erfasst Abbildungsfehler in der Sensorebene oder durch elektronische Effekte werden hier nicht weiter behandelt Die photogrammetrischen Korrekturpolynome f r die radial symmetrische Verzeichnung werden blicherweise im Rahmen einer B ndelausgleichung mit Selbstkalibrierung be stimmt Da hierbei in der Regel auch die Kamerakonstante bestimmt wird sind die Parame ter der radial symmetrischen Verzeichnung A Ax A bzw K Ko K3 linear von der Kamerakonstante abh ngig und k nnen nur dann durch Selbstkalibrierung bestimmt wer den wenn entweder ein zweiter Nulldurchgang der Verzeichnungsfunktion rp eingef hrt wird oder auf den linearen Term des Korrekturpolynoms verzichtet wird In jeder B ndelausgleichung mit Selbstkalibrierung existieren numerische Korrelationen zwischen den Parametern der inneren und u eren Orientierung deren Gr enordnung unter anderem von der gew hlten Aufnahmekonfiguration und der verf gbaren Objektin formation abh ngt Sie f hren dazu dass z B die Lage des Projektionszentrums im Bild koordinatensystem c x y y o teilweise durch entsprechende Verschiebung der u eren Ori entierungsparameter X9 Y0 Zo beschrieben werden kann Mit dem Verfahren der Plumbline Kalibrierung FRYER amp BROWN 1986 ist eine Bestimmung der radial symmetrischen Ver zeichnung ohne Abh ng
206. des BIAS mit der Firma VEW Vereinigte Elektro nikwerkst tten Bremen konstruiert und gebaut Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut 67 3 Mobiles Streifenreflektometer mit Ansaugung 3 1 Anforderungen an das Messsystem Gegen ber den gezeigten Systemen der bisherigen Entwicklung wurden bei der Konstruk tion dieses Systems einige Anpassungen in Bezug auf Handhabbarkeit und Funktionalit t durchgef hrt Die Messumgebung hier die Flugzeugau enhaut des Airbus A380 Abb 4 erfordert es dass der gesamte Messkopf an der Objektoberfl che angesaugt werden kann Um dies zu erreichen wurden beim Aufbau Bauteile verwendet die nur ein geringes Ge wicht aufweisen wie z B Aluminium und CFK Ed Abb 4 Pr fung der Flugzeugau enhaut am A380 System per Vakuum angesaugt Die Ansaugung wird ber Unterdruck erzeugt welches mit Druckluftd sen die nach dem Venturi Prinzip arbeiten realisiert wird Die Sicherheit gegen ber unvorhergesehenem Druckluftabfall und dem damit verbundenen Abfallen des Ger tes von der Flugzeugau en haut ist mithilfe von zwei Druckluftkreisen und eingebauten Drosselventilen gew hrleistet sodass sich das Messsystem erst nach 10 Sekunden von der Oberfl che l st Zus tzlich zu dem leichten kompakten Aufbau und der Ansaugung an dem Objekt ist die Positionierbarkeit des Messkopfes zu nennen die eine Ausrichtung des Messfeldes zur Objektoberfl che erlaubt insbeso
207. die direkten L sungen ein setzen um beispielsweise N herungswerte f r optimale Sch tzungen zu erzeugen sowie semi automatische Verfahren zur Zylinderextraktion zu unterst tzen Literatur Beder C amp W F rstner 2006 Direct Solutions for Computung Cylinders from Minimal Sets of 3D Points Proceedings of the European Conference on Computer Vision noch nicht erschienen Bookstein F L 1979 Fitting conic sections to scattered data Computer Graphics and Image Processing 9 1 56 71 Chaperon T amp F Goulette 2001 Extracting cylinders in full 3d data using random sampling method and the Gaussian image Proceedings of the Vision Modeling and Vi sualization Conference 35 42 Faugeras O 1993 Three Dimensional Computer Vision A Geometric Viewpoint MIT Press Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkten ohne Nutzung von Oberfl chennormalen 213 Fischler M A amp R C Bolles 1981 Random sample consensus a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography Communicati ons of the Academy of Computing Machinery 24 6 381 395 Fischler M A amp R C Bolles 1981 A RANSAC based approach to model fitting and its application to finding cylinders in range data Proceedings of the International Joint Conference on Artificial Intelligence 637 643 Hartley R amp A Zisserman 2000 Multiple View Geometry in Computer Vision Cam bridge University Press Peternell M
208. dinatenpaare sind Standardabwei chungen des vorliegenden Eckpunktes ableitbar deren Gr e deutlich unter der Einzel punktgenauigkeit der Laserscannerdaten liegt Xs 3 828 m 1 24 mm Ys 2 347 m 1 19 mm e 43 aaNet jot mung nm Abb 2 Originalpunktwolke links und berechneter Schnittpunkt im glatten Profil rechts mit den Koordinaten Xs ox und Ys oy 2 2 Steuerparameter Eine Optimierung des Gl ttungsprozesses wird durch das Setzen von Steuerparametern erreicht Zu den Steuerparametern z hlen e die Patchgr e p e die Gl ttungstoleranz dmax mit dem Faktor f r den Vertrauensbereich e die Iterationen der Gl ttungsdurchg nge und e die Toleranz dra entlang der rotierenden Geraden Die Steuerparameter sind der Charakteristik des vorliegenden Profils und der verwendeten Scanaufl sung anzupassen Handelt es sich um berwiegend lange Geraden ist eine gro e Patchgr e sinnvoll a a b ei f i Abb 3 a Optimale Toleranzbreite dro der rotierenden Geraden b zu gro e Toleranz breite Gl ttung von aus Laserscannerpunktwolken extrahierten Profilen 217 Generell verst rken eine Vergr erung des Patches und des Vertrauensbereiches sowie eine hohe Anzahl von Iterationen den Gl ttungsprozess Um die kantenerhaltende Gl ttung nicht zu beeinflussen darf die Toleranzbreite entlang der rotierenden Geraden nicht zu gro gew hlt werden Dies h tte zur Folge dass die Gl ttung eines kantennahen Punktes v
209. dmodell bedingt sind Eine Testfeldkalibrierung durch r umlichen R ckw rtsschnitt auf Basis des entwickelten Modells ergab f r eine hochaufl sende Digi talkamera mit Fisheye Objektiv ein Genauigkeitspotenzial in der Gr enordnung von 0 1 P xel Mit dem entwickelten Modell und dem erzielten Genauigkeitspotenzial k nnen durch Fisheye Objektive generierte hemisph rische Aufnahmen eine interessante Alternati ve f r eine Reihe photogrammetrischer Anwendungen bilden In Fisheye Aufnahmen hochaufl sender Digitalkameras sind Effekte der chromatischen Aberration in Form von Farbs umen welche zum Bildrand hin eine Breite von mehr als einem Pixel aufweisen gut sichtbar Dies st rt neben dem visuellen Eindruck vor allem auch die Anwendung von Verfahren der multispektralen Klassifikation Zur Kompensation der Effekte der chromatischen Aberration wird das Modell der qui angularen Abbildung im R ckw rtsschnitt durch bildkanalvar ante Parameter der radial symmetrischen Ver zeichnung erweitert welche eine Transformation aller Farbkan le in eine gemeinsame Geometrie erlauben 1 Einleitung Die Verwendung von Fisheye Objektiven kann f r eine Reihe photogrammetrischer An wendungen eine interessante Option darstellen Fisheye Objektive bieten den Vorteil eines 180 ffnungswinkels welcher sich je nach Objektivbrennweise und Sensorgr e auf die Sensordiagonale die gro e oder die kleine Sensorseite bezieht Ein echtes zirkulares Fish
210. draster fallen muss unterschieden werden ob die Werte innerhalb des Messrauschens liegen und zur Qualit tssteigerung gemittelt werden sollen oder ob es sich um eine tats chliche Mehrdeutigkeit bez glich des Bildrasters han delt Zur korrekten Behandlung des letzten Falles kann der Bearbeiter eingeben welcher Messwert im Bildplan erscheinen soll entweder der dem Betrachter am n chsten liegende oder der entfernteste Der Z Buffer sortiert die eingehenden Messwerte eines Rasters und mittelt nur Werte innerhalb einer gewissen Toleranz 4 4 Zylindrische Abwicklungen F r die meisten Anwendungen ist eine Orthogonalprojektion auf eine ebene Fl che ausrei chend Bei der Bestandsaufnahme f r die Bereiche Tunnelbau Architektur Denkmalpflege und Arch ologie gibt es jedoch eine Anzahl von Beispielen wo es zur Wahrung einer m g lichst hohen Ma st blichkeit in den Zielpl nen sinnvoll ist Objekte auf einen Zylinder zu projizieren und dann in die Ebene abzuwickeln Bei der Zylinderabwicklung ist zu ber ck sichtigen dass der Ma stab in Richtung der Abwicklung abh ngig ist von der Entfernung eines Objektes zum Projektionszylinder Wie schon von HEMMLEB et al 2000 beschrie ben muss daher berlegt werden ob ringf rmige Fl chensegmente verschiedener Radien Orthoprojektionen und Abwicklungen h herer Komplexit t 269 einzeln abgewickelt werden oder in einer Abwicklung mit einer beigef gten Ma stabsle gende abgebildet werden solle
211. durch das Institut f r Baugeschichte und Denkmalpflege der Fachhochschule K ln und die Erstellung eines Raumbuches mit der Darstellung der Materialien unter bauhistorischen und konser vator schen Gesichtspunkten durch Studenten des Instituts f r Restaurierungs und Konservierungswissenschaft der Fachhochschule K ln Auf dieser Grundlage soll ein Planungsvorschlag erarbeitet werden durch den eine gr tm gliche Modernisierung des Hotelbetriebs bei geringstm glichem Eingriff in die historische Substanz erreicht werden soll 2 Planerstellung Als Grundlage f r den Planungsvorschlag sollen zweidimensionale Pl ne dienen mit einer auf den Ma stab 1 50 abgestimmten Genauigkeit Ein verformungs oder gar steingetreues Aufma wurde nicht angestrebt Hierzu erfolgte die Vermessung von au en mit dem elek tronischen reflektorlos messenden Tachymeter Nikon NPL 820 und der Software Tachy CAD Die Aufnahme der Innenr ume erfolgte durch Handaufma in einigen Bereichen auch mit dem Tachymeter Gezeichnet wurde in Autocad 2004 fa j Pi E F x fe ia d Tra Abb 1 Bestandserfassung in Grundriss und Schnitt 302 J M Broser 3 Raumbuch Die detaillierte Erfassung des Innenausbaus erfolgte durch das Raumbuch Das vorhandene Raumnummernsystem wurde sinnvollerweise bernommen und die W nde mit kleinen Buchstaben bezeichnet wobei ein rechteckiger Raum aus den W nden a bis d Boden und Decke besteht Die Wand mi
212. e Ein Verfahren ist die 3D Modellierung mithilfe von geometrischen Primitiven oder die Fl chenr ckf hrung Hierbei liegt die Prio r t t im Erhalt der Dreidimensionalit t der Daten Die Modellierungen k nnen aber ein mal abgesehen von einfach aufgebauten Industrieanlagen sehr zeitaufw ndig sein Dazu kommt dass viele Kunden aus den Bereichen Architektur und Tunnelbau nur verzer rungsfreie ma gerechte Pl ne ben tigen Das Programm LupoScan bietet daher neben den M glichkeiten zur Modellierung einfa cher Regelk rper und der Berechnung von Schnitten und Orthophotos die Berechnung von Zylindrischen und Elliptisch Zylindrischen Orthoprojektionen mit anschlie ender Abwick lung n die Ebene Die einzelnen Arbeitsschritte und Ergebnisse dieses Verfahrens werden in den folgenden Kapiteln vorgestellt 2 Datenbasis Zur Erstellung eines Orthophotos werden radiometrische und geometrische Informationen des darzustellenden Objektes ben tigt Diese Informationen liefern 3D Laserscanner die mit dem Phasenvergleichsverfahren oder einer integrierten bzw dem System aufgesetzten Kamera arbeiten Ferner k nnen Aufnahmen die mit Messkameras von externen Stand punkten aus gemacht wurden ber das Oberfl chenmodell in die Projektionsfl che gerech net werden Orthoprojektionen und Abwicklungen h herer Komplexit t 265 i i 7 F 3 i ie d Abb 1 Aufnahme der Daten mit dem Z F Imager 5003 Leica HDS 4500 F r die fol
213. e im Jahr 2005 am Fachbereich Geomatik der Hochschule f r Angewandte Wissenschaften Hamburg in Absprache mit der Stadt Duderstadt durchgef hrt Das Duderst dter Wester turmensemble bestehend aus Turm Museum und umgebenden Geb uden wurde aus 58 digitalen Bildern und einer 3D Punktwolke des Laserscanners mit einer Genauigkeit von 1 2 cm u a f r Visualisierungen am Computer modelliert die f r die 500 Jahr Feier des Westerturmes im Jahr 2006 pr sentiert werden sollen Die erforderlichen Arbeitsschritte von der Datenerfassung bis zur Visualisierung werden beschrieben und die erreichte Ge nauigkeit und der Arbeitsaufwand werden n her dargestellt 1 Einleitung Die Erstellung von Fassadenpl nen und 3D Geb udemodellen erfolgt heute noch weitest gehend durch tachymetrische Aufnahmen oder durch digitale Architekturphotogrammetrie Doch terrestrische Laserscanner stellen f r Anwendungen in der Architektur und Denkmal pflege zunehmend eine echte alternative oder erg nzende Messmethode dar Daf r stehen je nach Anforderung hinsichtlich Genauigkeit Reichweite Detailreichtum und Messge schwindigkeit verschiedene Laserscanner als Kamera oder Panorama View Scanner auf dem Markt zur Verf gung Die Auswertung von tachymetrischen oder photogrammetri schen Daten zu 3D Geb udemodellen ist heute eine bew hrte Methode Die photogrammet rische Erfassung und 3D Modellierung von historischen Geb uden z B mit der Software PICTRAN wurde in einigen P
214. e Bild zeigt das Ergebnis der Registrie rung dargestellt als farbige Punktwolke Farbabbildung s ehe beiliegende CD Durch lokale Approximation dieses G tebildes mit z B einem quadratischen Polynom l sst sich Subpixelgenauigkeit erreichen Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 355 6 Danksagung Teile dieser Arbeit entstanden 1m Rahmen des Forschungsprojektes ModoS Deshalb dan ken wir den beteiligten Forschungsinstituten des Deutschen Zentrums f r Luft und Raum fahrt in Berlin und Oberpfaffenhofen Insbesondere bedanken wir uns bei der 3D Modellie rungsgruppe am Institut f r Robotik und Mechatronik von Herrn Prof Hirzinger f r die erfolgreiche und gute Kooperation Unser ganz besonderer Dank gilt der Laserentwick lungsabteilung bei Z F um Markus Mettenleiter f r ihre hervorragenden Entwicklungsar beiten am IMAGER 5003 Literatur Abmayr T Dalton G H rtl F Hines D Liu R Hirzinger G amp C Fr hlich 2005 Standardisation and visualization of 2 5D scanning data and rgb color information by inverse mapping 7 Conference on Optical 3D Measurement Techniques Vienna Aus tria Deumlich F amp R Staiger 2002 Instrumentenkunde der Vermessungstechnik 9 Auflage Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Frohlich C 1996 Aktive Erzeugung korrespondierender Tiefen und Reflektivitdtsbilder und ihre Nutzung zur Umgebungserfassung 1 Auflage Pro Universitate Verlag Zhang Z 1999 Flexib
215. e F higkeit des Projektors beliebige Muster zu proji zieren LI 2003 So ist es z B m glich an einem Objekt angepasste Streifen zu projizie ren oder beliebige Informationen optisch auf ein Objekt zu bringen 3 2 1 Deformationsverfolgung mit Videorate Werden als zu invertierendes Muster Streifen verwendet so gelangt man zur inversen Strei fenprojektion mit an das Objekt angepassten Streifen Mit diesen Streifen kann eine De fektdeformation mit nur einem Kamerabild gemessen werden Hat man kontinuierliche Objektdeformationen so k nnen diese mit derselben Methode f r jedes Bild einer Videose rie ausgewertet werden wodurch sich eine Verformungsserie ergibt mm Abb 8 Dynamische Formerfassung eines Seitentuches a Messsituation b gemessene Form der Tuchverwerfungen c Kamerabild der inversen Streifen In Abbildung 8 ist die dynamische Messung der Bewegung eines Tuches dargestellt Die 3D Kamera wurde vor dem Objekt positioniert Abb 8a und die Objektform vermessen Abb 8b Auf Basis der Messdaten wurde das inverse Projektionsmuster erzeugt sodass die Kamera gerade Streifen aufnimmt Abb 8c Mit dem projizierten inversen Streifen muster ist dann eine Deformationsmessung mit jedem Einzelbild der Kamera m glich indem lediglich die Abweichungen zu den urspr nglich geraden Streifen ausgewertet wer den Abb 9 Ausgewertete Verformungsserie beginnende Verformung der Flagge mit 0 13 Sekunden Zeitabstand Dynamikberei
216. e Messungen des Sensors als auch seine Position und Orientie rung im Messvolumen in Echtzeit visualisiert Aus den diversen denkbaren Navigator Sensor Kombinationen sind zun chst das Stereo Aufnahmesystem CamBar der Firma Axios 3D Services und ein Disto plus der Firma Leica gew hlt worden Der CamBar dient dabei als Navigator das Distometer als Sensor Abb 2 F r beide Systeme existieren Softwareschnittstellen die den Zugriff auf die je weiligen Messwerte erlauben LEICA 2004 AXIOS 3D 2005 Das CamBar Messsystem basiert auf einer Stereobildmessung mit 15 Hz Aufnahmefre quenz Um Fremdlicht zu eliminieren verf gen die Kameras ber Bandpassfilter und Ring blitze f r infrarotes Licht Der DistoTM plus bestimmt die Raumstrecke zu einem durch einen Laser markierten Punkt und gibt diese in Millimetern ohne Nachkommastellen als Messergebnis zur ck Zur Navigation des Distometers wird dieses mit dem beschriebenen Lokator verbunden Abb 2 Freihand gef hrtes 3D Koordinatenmesssystem Beides zusammen wird frei im Gesichtsfeld des CamBar ca 1 m bewegt w hrend eine Permanentmessung des Lokators erfolgt Die Kalibrierung der Beziehungen zwischen Sen sor und Lokator erfolgt durch die Messung eines identischen Punktes aus mindestens drei verschiedenen Richtungen Diese Messung erfolgt von einem Stativ aus Bei unver nderter Orientierung des CamBar k nnen wie in Kapitel 3 3 beschrieben die Unbekannten be rechnet werden N he
217. e Pixel braucht der Mensch Kameras und ihre Anwen dung In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 116 123 PHOCAD 2006 PHIDIAS Produktinformation www phocad de Photometrix 2006 Australis Produktinformation www photometrix com au VDI VDE 2002 VDI VDE Richtlinie 2634 Beuth Verlag Berlin Zur Nutzung von RGB Farbkan len f r die hochgenaue3D Punktbestimmung Heidi HASTEDT Thomas LUHMANN und Werner TECKLENBURG Zusammenfassung Der Beitrag befasst sich mit der M glichkeit alle drei in einem Farbbild gespeicherten Kan le f r die hochgenaue photogrammetrische 3D Punktmessung zu verwenden Nach einer bersicht ber die wesentlichen auf dem Markt befindlichen Typen von digitalen Farbbildsensoren werden die wellenl ngenabh ngigen Abbildungsfehler g ngiger Objektiv typen erl utert Daraus k nnen verschiedene M glichkeiten zur Korrektur der auftretenden Effekte abgeleitet werden deren Wirkung auf die Ergebnisse einer B ndelausgleichung mit Selbstkalibrierung untersucht werden F r die blicherweise in der Nahbereichs photogrammetrie verwendeten Aufnahmekonfigurationen ist ein signifikanter Genauig keitsgewinn zu verzeichnen von ca Faktor 1 7 der sich bei verschiedensten Kamera und Objektivkombinationen nachweisen l sst 1 Einleitung Mit der Einf hrung der ersten h her aufl senden Digitalkam
218. e Zieltafel mit dem GS100 separat vor jedem Objektscan gescannt Die nummerierten Targets f r den IMAGER 5003 wurden n jedem Panoramascan des Stand punktes mit erfasst Leider konnte das Scannen der beiden S le nicht unter Idealbedingun gen durchgef hrt werden da sowohl Besuchergruppen im Rathaus als auch eingeladene Laserscanner Interessierte manchmal ein leichtes Vibrieren des Parkettbodens verursach ten Jedoch konnten keine signifikanten Auswirkungen des Vibrierens bei der Auswertung festgestellt werden Wichtige statistische Angaben ber das Scannen im Hamburger Rat haus sind in Tabelle 3 zusammengefasst Obwohl der Punktabstand beim Scannen bei bei den Systemen ungef hr gleich gro gew hlt wurde ergaben sich durch die vielen Stand punkte und durch das gr ere Sichtfeld des IMAGER 5003 eine deutlich h here Anzahl gescannter Punkte und damit ein gr eres Datenvolumen Abb 3 Links Mensi GS100 im Kaisersaal Mitte bersicht der Scanstationen GS100 gro e Kreise und IMAGER 5003 kleine Kreise sowie Zielmarken f r GS100 und IMAGER 5003 rechts IMAGER 5003 im Festsaal Die anschlie ende Registrierung und Georeferenzierung der acht Punktwolken erfolgte beim GS100 im Programm Real Works Survey 4 1 automatisch ber die drei bzw f nf Zieltafeln mit einer Genauigkeit von 3 mm Kaisersaal bzw 5 mm Festsaal Dagegen wurden aufgrund der gro en Datenmengen die Punktwolken jedes einzelnen Standpunktes des IMAGER 5003 ber j
219. e an offenen zur Flugbahn gt Abstandsdaten Flugraum Abb 1 bersicht ber die Datenauswertung A Terrestrische Laserscanner zur Untersuchung von Jagdlebensr umen von Flederm usen 283 4 1 Schnitte durch Scandaten Die Flugbahnen der Flederm use liegen als dreidimensionale Polygonlinien vor Jeder Polygonpunkt markiert den jeweiligen Aussendeort eines Rufes F r jeden Polygonpunkt einer Flugbahn wird der Flugvektor FV ermittelt Er zeigt von der momentanen Position zum nachfolgenden Punkt der Flugbahn Die Flugrichtung FR entspricht dem Flugvektor mit 0 als Wert der Z Koordinate Die Zenitrichtung ist als Vektor ZR 0 0 1 defi niert Durch jeden Polygonpunkt einer Flugbahn werden drei Schnitte gelegt Die Schnittebenen liegen horizontal aufgespannt durch FR und ZRx FR vertikal l ngs aufgespannt durch ZR und FR und vertikal quer aufgespannt durch ZR und ZRx FR zur Flugrichtung der Fledermaus Der Ursprung jeder Schnittebene ist so gew hlt dass die Fledermaus im Zentrum des Schnittbildes liegt Zur Ermittlung des Abstandsverhaltens der Tiere werden in den Schnitten Kreissegmente von der Fledermausposition aus aufgespannt Die Segmente haben einen ffnungswinkel von 45 Grad und sind in Flugrichtung ausgerichtet F r jedes dieser Segmente wird der minimale Abstand zu vorhandenen Scanpunkten berechnet Im Vertikalschnitt quer wird von diesen Segmenten abgewichen und lediglich der minimale rad ale Abstand um die
220. e des ungegl tteten und gegl tteten Profils abgebildet Der Datensatz wurde aus drei Iterationen mit einer variablen Gl ttungstoleranz und einer Patchgr e von 20 cm generiert r w Pr i r nd i p 3 3 j Es s bee De be Abb 6 a Horizontalschnitt der Frauenkirche b Ausschnitt der Originalpunkte c Punkte nach der Glattung Ein weiteres Beispiel ist die Staumauer Rauschenbach Sachsen Abb 7 Aus der Punkt wolke wurde ein horizontaler und vertikaler Schnitt extrahiert Mithilfe der Geradengl t tung k nnen Aussagen ber die Genauigkeiten der horizontal und vertikal verlaufenden Punkte getroffen werden Beide Schnitte wurden mit einer Patchgr e von 40 cm und einer Iteration gegl ttet Das horizontale Profil besteht aus 752 Punkten und vertikal sind 227 Punkte vorhanden gt Abb 7 Punktwolke der Gewichtsstaumauer Rauschenbach Sachsen 220 A Bienert In den folgenden Tabellen sind die Mittelwerte der erreichten Verbesserungen und Stan dardabweichungen der Gl ttung im horizontalen und vertikalen Profil dargestellt Im Mittel liegen die Verbesserungen der Punkte bei 6 3 mm und 2 1 mm was unter der Genauig keitsangabe des Herstellers des zur Aufnahme verwendeten Laserscanners liegt Tabelle 1 Ergebnisse der Gl ttung im horizontalen Profil Entfernung s der Profilpunk te vom Scanner 60 m lt s lt 90 m Horizontales Profil Korrektur des Punktes P
221. e ihre Laserscanner bei der Erfassung realer Objekte leisten Gleichzei tig ist es evident dass die Fachpraxis an die Notwendigkeit einer ausf hrlicheren Informa tion ber die Qualit t der mit der Laserscanning Technologie gebildeten Modelle appelliert Gerade dieser Umstand regte den Impuls zur Ausarbeitung eines Konzeptes an welches die Genauigkeit von TLS mittels realer Objekte berpr fen soll Die ausgef hrten Tests tragen zur Bildung eines universalen Verfahrens der Lasescanner berpr fung bei 2 Motivation zur berpr fung Bei den Testvorschl gen gingen wir von der realen Welt aus Die mit dem TLS gescannte Szene repr sentieren Objekte die sich in den verschiedenen r umlichen Positionen und in verschiedenen Entfernungen des TLS befinden und aus verschiedenen Gesichtsfeldern des TLS gescannt werden Die berpr fung simuliert eine solche reale Szenerie die durch die Testobjekte gebildet wird Genauigkeits berpr fung terrestrischer Laserscanner mittels Referenzk rper 167 3 Referenzk rper Die berpr fung basiert auf dem Scannen von Testobjekten mit bekannter Geometrie und bekannteN geometrischen Beziehungen Die Testobjekte der gescannten Szenerie repr sen tieren die Referenzk rper RK ZAMECNIKOVA 2006 Sie sind Etalone Pr fma st be gegen ber denen die geometrischen Eigenschaften der aus Punktwolken des TLS gebilde ten Modelle verglichen werden Davon abgeleitete Untersuchungsgr en sind Abweichun gen
222. e sollten digital und ohne aufw ndige Einsteckkarten arbeiten F r den Projektor wurde das Digital Video Interface DVI f r die Kamera die Firewire Schnittstelle ausgew hlt Beide Schnittstellen sind weit verbreitet und heute in vielen Lap tops zu finden Dieses unterst tzt die Mobilit t des Systems da nur die 3D Kamera und ein Laptop f r die Messung gebraucht werden 90 A Gesierich T Bothe und W Li a Abb 5 3D Kamera a Modell b einsatzf higes Ger t Vor dem Bau der 3D Kamera wurde ein komplettes 3D Modell der Kamera erstellt aus dem s mtliche Bauzeichnungen abgeleitet wurden Abb 5a F r ein hochwertiges Design der 3D Kamera wurden geb rstete und eloxierte Oberfl chen sowie abgerundete Kanten f r das Geh use gew hlt Abb 5b 3 Messbeispiele In bisherigen Artikeln BOTHE 2002 BOTHE 2004 wurden bereits die speziellen Anwen dungsfelder vorgestellt die nur mit dem Konzept der 3D Kamera zug nglich sind wie e Komplettszenenvermessung e Vermessung von Kavit ten und Objekten mit starken Gradienten e Messung in beengten Verh ltnissen e Messung gro er Fl chen auf kurzen Abst nden e Vermessung durch Beobachtungsfenster hindurch Nun folgt ein Beispiel dass die F higkeit der 3D Kamera nutzt minimale Abschattungen auch bei Objekten mit starken Gradienten zu liefern 3 1 Messung des Werkst ckverzuges eines Aluminium Schwei bauteils innerhalb einer Schwei roboter Anlage Folgend wird der Eins
223. e wurden zwischen vier und neun Laserscans aufgenommen Die Anzahl und Abst nde der Scans auf einer Fl che richteten sich nicht nur nach der Gr e des Unter suchungsgebietes sondern auch nach der Dichte des vorherrschenden Baumbestandes und Verdeckungen der Flugkorridore der Flederm use Zur Registrierung der Laserscans wurden k nstliche Papiertargets verwendet Die Targets wurden f r die Scanaufnahmen tempor r angebracht und tachymetrisch vermessen THIES et al 2003 Die Verschneidung der Scandaten mit den Flugbahnen der Mikrofon Arrays erfolgte ber die tachymetrisch vermessenen Holzpfl cke 282 T Aschoff M W Holderied und H Spiecker 4 Auswertung der Fledermaus und Scandaten Die Verkn pfung der Flugbahnen mit den Scandaten erfordert dass beides im gleichen Koordinatensystem vorliegt Zur berf hrung der Flugbahnen in die Scandaten wurde die Helmert Transformation gew hlt Die angebrachten Holzpfl cke der Versuchsfl chen die nen als identische Punkte im Start und Zielsystem der Transformation Die Koordinaten der Holzpfl cke im Flugkoordinatensystem sind als ausgeglichenes Streckennetz aus den Distanzen zu den Mikrofonarrays berechnet worden Die Koordinaten im Scankoordinaten system resultieren aus der tachymetrischen Vermessung zur Registrierung der Scans Zur Datenauswertung wurden Schnitte durch die Scandaten gelegt und Raummodelle er stellt Die Schnitte wurden dabei so gew hlt dass das Abstandsverhalten der
224. ei den Anbauten musste darauf geachtet werden dass das in der EU Richtlinie spezifizierte Gewicht f r den Beinimpaktor nicht berschritten wird und dass das Flugver halten des Beinimpaktors durch die Anbauten nicht beeinflusst wird Abb 3 Modifikationen am Beinimpaktor 3 Messsystem F r diese Anwendung wird ein Einkamera Messsystem bestehend aus einer digitalen Highspeed Kamera und einem davor montierten Stereospiegelvorsatz genutzt vgl Abb 4 Durch den Einsatz dieses Einkamera Messsystems werden zwei m gliche Problempunkte eliminiert Zum einen gibt es gerade bei hochdynamischen Anwendungen Probleme mit der Synchronit t der eingesetzten Highspeed Kameras F r eine exakte Aus wertung ist es essentiell wichtig dass die Objektbewegung mit allen Kameras synchron erfasst wird Dies ist bei dem Einsatz von zwei oder mehr Kameras nicht immer gew hr leistet Ein weiteres Problem ist die Orientierung mehrerer Kameras zueinander F r diesen Auswerteschritt werden Passpunkte im Messvolumen ben tigt Da die Messungen in dieser Anwendung in einer Versuchshalle mit Werkstattumfeld durchgef hrt werden ist die Stabi lit t und Verf gbarkeit eines Passpunktfeldes nicht immer sichergestellt Durch den Einsatz des Stereospiegelvorsatz Messsystems werden diese beiden Problempunkte umgangen Da bei dem System ber eine Spiegeloptik zwei virtuelle Kameras simuliert werden LUH MANN 2005 diese aber die gleiche Optik und den gleichen Sensor nu
225. eigabe von zumindest sechs Frei heitsgraden f r den ALS Datensatz F r die Registrierung der TLS Daten werden folgende alternative Ans tze verwendet siehe auch RIEGL et al 2003 STUDNICKA et al 2004 Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Laserscanner und Kameradaten 361 e Anbringung von retro reflektierenden Zielen signalisierte Punkte in der zu erfassen den Szene Automatische Erkennung der Ziele in den Scandaten und automatisierte Vermessung der Ziele mit dem Laserscanner Automatische bestm gliche Extraktion der Position der Ziele im scannereigenen Koordinatensystem Automatische Verkn p fung Verlinkung der signalisierten Punkte Bestimmung der Transformationen und damit Registrierung der Scanpositionen im Projektkoordinatensystem Die Bestim mung der Transformationen f r alle Scanpositionen kann f r diese gleichzeitig in ei nem verketteten Ausgleich erfolgen Erg nzend k nnen Messungen in kalibrierten Bildaufnahmen mitber cksichtigt werden e Vorregistrierung der Scanpositionen zum Beispiel durch Nutzung der Daten der inter nen Neigungssensoren und eines Kompasses oder durch Verwendung manuell zu identifizierender Passpunkte aus den Scandaten oder falls vorhanden Messungen auf signalisierte Punkte Zus tzlich k nnen auch Passpunkte in den Bildern der kalibrierten Kamera verwendet werden Einsatz von ICP Algorithmen zur hochgenauen Registrie rung der Laserscandaten ber eine Minimierung der Abweichungen vo
226. eits berpr fung terrestrischer Laserscanner mittels Referenzk rper 169 Positionen der RK sind in der Dissertation ZAMECNIKOVA 2006 angef hrt Mit dem TLS wurden 147 Positionen gescannt und 49 Positionen der RZ 5 2 Versuchsanordnung ENTFERNUNGEN Das Prinzip der Messungen beruht auf dem Scannen der RK in verschiedenen Entfernungen im Rahmen der TLS Reichweite Mit dem TLS wurden 2 Positionen der RQ und 2 Positi onen der RZ gescannt Die RQ wurden in den Entfernungen von 10 m bis 60 m gemessen und die RZ von 10 m bis 50 m mit einer Schrittweite von 10 m 5 3 Versuchsanordnung HOMOGENIT T Mit der Drehung des Scankopfes wurden die RK in neun verschiedene Teile des Gesichts feldes eingestellt Das Ergebnis dieses Messtyps ist das aufgenommene Objekt in einer r umlichen Lage bei einer bestimmten Entfernung aber durch einen anderen Teil des Ge sichtsfeldes Bei diesem Messtyp wurden aufgenommen 2 Positionen der RQ und 2 Positi onen der RZ in der Entfernung 10 m von TLS 5 4 Versuchsanordnung MODELLIERTE PUNKTE Parallel zum Laserscanning wurden geod tische Messungen mit einem Tachymeter bei den Messtypen ENTFERNUNGEN und HOMOGENIT T durchgef hrt Diese wurden mit dem Ziel kontrolliert die r umliche Lage der modellierten Punkte der RQ zu berpr fen welche ber Durchdringungen der Fl chen gewonnen werden Bei dieser Versuchsanord nung in der Umgebung der RQ waren vier Passpunkte in verschiedenen Niveaus und in der Tiefausriickun
227. ekte in der Gr e von Motorbl cken untersucht werden Die anfallenden Datenmengen sind extrem gro Es wird eine interessante Aufgabe sein effektive Algorithmen zur Datenreduktion f r den Sonderfall CT Daten zu entwickeln Ein m glicher Weg wurde durch das manuelle Vorge hen aufgezeigt Zur Rationalisierung des Prozesses bedarf es weiterer Unterst tzung durch Programme Die erforderlichen Algorithmen stehen gr tenteils zur Verf gung und sind ver ffentlicht 4 Sie m ssen noch in an den Prozess angepasste Programme umgesetzt werden Als Stich worte sind zu nennen Datengl ttung 6 Gradientenbildung Datenreduktion durch bergang auf Hyperfl chen 7 Der Spezialfall Pal ontologie erfordert dar ber hinaus noch weitere Verfahren zur nicht linearen Entzerrung von Verformungen die bei der Ablagerung der Versteinerung und den Schichtfaltungen aufgetreten sind Daf r wird sich aber kaum ein geschlossener Algorith mus finden lassen da die Verformungen zum Teil nicht stetig sind Br che Risse usw Sie lassen sich wohl auch in Zukunft nur im Dialog mit dem Fachmann korrigieren Literatur 1 Bringmann O amp T Pfliegner 2005 Punktwolken interpretieren In Photogram metrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 258 265 2 Dirschmid H J 1998 Matrizen und Lineare Gleichungen Manz Verlag Wien 3 Erben S 2005
228. eld Baubegleitende Dokumentation Die Dokumentation im Bauprozess dient zumeist dem Vergleich der ausgef hrten mit der geplanten Bauleistung Damit der Bauprozess nicht unterbrochen wird muss die Aufnah me aber auch die Auswertung und Darstellung sehr schnell erfolgen Au erdem bestehen hohe Anforderungen an die geometrische Genauigkeit Die Richtigkeit der Aussagen muss unbedingt gew hrleistet sein da von den Ergebnissen Entscheidungen ber ggf kostenin tensive R ckbauten abh ngen Das Laserscanning bietet den Vorteil dass mit einem hohen Anteil an automatisierter Auswertung das Risiko einer Verf lschung oder Fehlinterpretati on reduziert werden kann Als Grundlage dienen zumeist 2D oder 3D CAD Dateien 198 A Semmler Abb 3 Analyseergebnisse wie Abweichungsdiagramme m ssen schnell und ohne lan gen Auswerteprozess zur Verfiigung stehen 1 5 berblick Anforderungen an Aufma e aus verschiedenen Anwendungsfeldern der Architekturvermessung Zur Vereinfachung lassen sich die vier benannten Anwendungsfelder der Architekturver messung wie folgt nach den Kriterien Genauigkeit Detaillierung Strukturierung Schnel ligkeit und Kosten klassifizieren Detaillierung semantische Tiefe Vollst ndigkeit Sirukiurierun g Schnelligkeit vor Ort Kosten Abb 4 Anforderungen aus verschiedenen Bereichen der Architekturvermessung Qualit tsstandards in der Architekturvermessung 199 2 Von der Aufgabe zu Anforderungen
229. elektronik Ein zweiter L fter saugt von unten kalte Luft an Abb 3b und bl st diese durch die Aufbereitungsoptik zur UHP Lampe die so von einem st ndigen kalten Luftstrom umsp lt wird Ein dritter L fter saugt im hinteren Be reich die erw rmte Luft nach hinten ab und bef rdert sie nach drau en Bei diesem Bel f tungskonzept wurde darauf geachtet dass die Luftf hrung von vorne nach hinten geschieht sodass die Frontplatte keinen gro en W rmeschwankungen und damit Ausdehnungen un terworfen wird Zudem wird die W rme von der Kamera weg bef rdert wodurch sich de ren Rauschen vermindert 2 2 2 Spektraler Beschnitt Um eine berm ige Erw rmung des LCD zu vermindern wurde ein spektraler Beschnitt des Lichtes der UHP Lampe durchgef hrt Abb 4 Dabei wurden Spektralfilter so ge w hlt dass die Kamera in ihrem empfindlichsten Bereich arbeitet Es wurde ein Blaufilter mit Durchlass ab ca 450 nm und ein Infrarotfilter mit Durchlass bis ca 700 nm verwendet
230. ellt sicher dass die Basis zwischen zwei Bildern m glichst gro ist und benachbarte Stereomodelle sich berlappen sodass keine L cken in der stereographischen Abdeckung des Untersuchungs gebietes entstehen In der Regel gilt je l nger der Basisabstand desto g nstiger f llt das Verh ltnis von Flugh he zur Basis aus welches auch als Ma f r die erreichbare Genauig keit in einem Projekt herangezogen wird LUHMANN 2000 Reduziert man seine Flugplanung f r ein Projekt auf zwei Bilder so werden bei 60 iger berlappung jeweils 40 der Sensorfl che nicht benutzt Abb 1 Dreht man die Kamera zwischen den beiden Aufnahmen um 180 so wird jeweils die gleiche Sensorfl che nicht gebraucht Bei einem high end Digitalr ckteil welches zurzeit rund 20 000 Euro kostet bleibt demnach eine Sensorfl che im Wert von 8000 Euro ungenutzt 34 D H Rieke Zapp Basis b H he h 40 Stereoabdeckung 60 40 Stereoabdeckung 75 Abb 1 Grafische Darstellung einer Flugplanung Tabelle 1 im Zweibildfall ohne ver setzte Hauptpunktlage oben und mit versetzter Hauptpunktlage unten Zah lenangaben in Prozent der Bildfl che des Sensors Verschieben der Hauptpunktlage f r eine optimale Stereoabdeckung 35 In Tabelle 1 sind Werte fiir eine Aufnahmeplanung aufgelistet Die Aufnahmen werden wie in Abbildung 1 dargestellt aufgenommen Das Objekt soll mit zwei Bildern stereoskopisch abgedeckt werden Ein Pixel im Bild soll
231. elmar ken ein nach innen versetzter roter Saum Damit erscheint es nahe liegend die chromati Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration 127 sche Aberration im geometrischen Modell als systematische Abweichung vom Modell der qui angularen Abbildung zu ber cksichtigen Dies kann relativ einfach realisiert werden indem getrennte R ckw rtsschnitte mit den Bildpunktmessungen in den drei Farbkan len gerechnet werden bei denen sich dann die Bildkoordinaten aufgrund der chromatischen Aberration leicht unterscheiden Eine stabilere L sung ergibt sich durch einen kombinierten R ckwi rtsschnitt auf Basis der Bildpunktmessungen in den drei Farbkan len bei dem die Parameter der u eren Orientierung der inneren Orientierung und der Affinit t und Sche rung f r alle drei Kan le gleich angesetzt werden und nur bildkanalvariante Parameter der rad al symmetrischen Verzeichnung eingef hrt werden Mit diesen bildkanalvarianten Parametern der radial symmetrischen Verzeichnung im kombinierten R ckw rtsschnitt ergeben sich f r die Kombination Kodak DCS 14n und Fisheye Nikkor 8mm f 2 8 die in Tabelle 3 und Abb 4 gezeigten Resultate Tabelle 3 Parameter der radial symmetrischen Verzeichnung einer RGB Kalibrier aufnahme Max Differenz Max Differenz Blau Gr n 0 59 Pixel 0 22 Pixel Abb 4 Verzeichnungsunterschiede zwischen dem roten und gr nen Kanal links und dem blauen und gr nen Kanal rec hts beim Sigma 8 mm F4 E
232. em Problem entgegen zu wirken sollte das KNN die Filterung der redundanten In formationen vornehmen k nnen Erreicht werden kann dies durch ein geeignetes Netz Design sodass die Zwischenschicht weniger Neuronen als die Eingabeschicht besitzt KNN eignen sich vor allem f r Probleme bei denen man eine ausreichend gro e Menge von Trainings Daten zur Verf gung hat und keine genaue Kenntnis ber den algorithmi schen Zusammenhang zwischen diesen und den gew nschten Ausgangsdaten der Zusam menhang zwischen Eingabe und Ausgabedaten soll gelernt werden Typische Aufgaben f r k nstliche neuronale Netze in der Bildverarbeitung sind Bildklassi fikation Merkmalsklassifikation oder Mustererkennung 2 2 Wissensbasierte Systeme Wissensbasierte Systeme WBS unterscheiden sich in ihrer Architektur grunds tzlich von Programmen welche in einer konventionellen Programmiersprache Java C C u v a m implementiert wurden Zu den Hauptkomponenten eines wissensbasierten Sys tems Abb 2 z hlen Wissensbasis Inferenzkomponente Benutzerschnittstelle Erkl rungskomponente und Wissenserwerbskomponente Die Wissensbasis enth lt das Problemwissen in deklarativer Form Dieses Wissen wird durch die Inferenzkomponente verarbeitet wobei neues Wissen in Form von Fakten abge leitet wird Die Benutzerschnittstelle muss zumindest in einer minimalen Form vorhanden sein Zus tzlich kann jedes wissensbasierte System ber eine Wissenserwerbs
233. en Es l sst sich also sagen dass der Aufbau einer sehr gro en technischen spatialen Daten bank gt 1 Terabyte nach den Konzepten des Data Warehouses ein weiterer wichtiger Bau stein in der Verarbeitung solch gro er Datenmengen ist Zwei weitere Entwicklungsstr nge bieten sich zuk nftig e Zum einen muss die Ablage weiter verbessert werden Hierf r bieten sich insbesondere spezielle Indexierungen wie R B ume siehe auch BRINKHOFF 2005 an um ins Speicherung von zeitkontinuierlichen Sensordaten am Beispiel Fahrerleistungsdatenbank 147 besondere dem spatialen Charakter der Daten st rker Rechnung zu tragen Als n chstes muss man dann den temporalen Charakter st rker mit einbeziehen e Zum anderen muss man die Auswertemechanismen weiter untersuchen Nachdem die Daten bereits Data Warehouse orientiert abgelegt wurden sollte man jetzt die Auswer tem glichkeiten eines Data Warehouses n her untersuchen Zus tzlich werden Techni ken des Data Mining mit einflie en Literatur Brinkhoff T 2005 Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Inmon W H amp R D Hackathorn 1994 Using the Data Warehouse John Wiley amp Sons Kimball R amp M Ross 2002 The Data Warehouse Toolkit The Complete Guide to Di mensional Modeling John Wiley amp Sons Niemeier W amp S Thomsen 2003 GPS in der Unfallforschung In DGON Symposium Positionierung und Navigation POSNAV
234. en tensystems werden im Folgenden der Ziel und der Kippachsenfehler und die Exzentrizit t der Zielachse betrachtet die allesamt die Richtungs und Winkelmessung beeinflussen Der Einfluss um den eine Drehkreisrichtung verf lscht wird und der zugeh rige Kippwinkel ergeben sich bei der Messung mit einem Tachymeter in beiden Fernrohrlagen aus a 200 gon a me ee 400gon 6 f 2 2 1 wobei mit Qj Qj und 47 i die Messungen in Lage 1 und 2 bezeichnet sind 3 Achsen und Achsenfehler Die gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse bei einem Laserscanner mit tachymetrischem Messprinzip wird anhand des Ger tes Zoller Fr hlich Imager 5003 gezeigt Bei Scannern mit tachymetrischem Messprinzip k nnen die Achsbezeichnungen eines Tachymeters wie folgt verwendet werden e Drehachse Achse um die der Oberbau w hrend eines Scanvorgangs rotiert e Kippachse Achse um die der Umlenkspiegel w hrend eines Scanvorgangs rotiert e Zielachse Unter Annahme einer kegelf rmigen Ausbreitung des Messstrahls ergibt sich die Zielachse als Gerade von dem Punkt an dem der Messstrahl in Richtung des Objektes ausgestrahlt wird Punkt Z zum Mittelpunkt der Grundfl che des Kegels Punkt Z 176 F Neitzel Eine Veranschaulichung der Instrumentenachsen zeigt Abbildung 2 I Zielachse z Drehachse l Zielachse Messstrahl Kippachse Kippachse Abb 2 Dreh K
235. en Beschreibung bereiten Abb 7b und d zeigen die hochfrequenten Verzeichnungen Hier sind deutlich Verzeichnungen zu erkennen die eine modellhafte Beschreibung nicht kompensie ren kann Um einen empirischen Vergleich der Kalibrierungen durchf hren zu k nnen wurde eine Ebenenmessung durchgef hrt 3 Ebenenmessung F r den Vergleich der beiden Kalibrierungen wurde eine Ebene Planit t besser als 0 5 mm mit der 3D Kamera vermessen Die Ebenenmessung wird mit der photogrammetrischen und der Sichtstrahlkalibrierung ausgewertet Anschlie end werden die Abweichungen von der Ebene dargestellt Abb 8 Abweichungen gt 0 5 mm k nnen als Kalibrierfehler gedeu tet werden Die 3D Kamera verwendet zwei kurzbrennweitige stark verzeichnende Objek tive um einen gro en Messbereich zu erm glichen Bei Fehlern in der Kalibrierung erge ben sich aufgrund der kleinen Triangulationsbasis der 3D Kamera gro e Auswirkungen auf die Ebenenabweichung b Abb 8 Ergebnisse einer Ebenenmessung Differenz zu einer Ebene Alles gt 0 5 mm ist Verzeichnung a Abweichung von der Ebene bei einer photogrammetrischen Kalibrierung b Abweichung von einer Ebene bei der pixelweisen Sichtstrahlka librierung Wird die Ebenenmessung mit der photogrammetrischen Kalibrierung ausgewertet sind im Differenzbild Abb 8a systematische Fehler zu sehen Alle Abweichungen die gr er als 0 5 mm sind sind vom Messsystem verursachte Abweichungen Mit einem Wertebereic
236. en Neupunkt im Kamerakoordinatensystem x Pe i m s Ex Ayl x Yp i Tn yie s Arty 2 Zp Bi B2 Tas ez A Z mit Poa Elemente der Rotationsmatrix F hrt man die Strecke des Einheitsvektors als zus tzliche Bedingung ein so erh lt man aus den drei Punktmessungen mindestens zehn Bedingungsgleichungen aus denen die Unbe kannten e e A Ay A Xp Yp Zp berechnet werden k nnen Die Unbekannten wer den erneut als Startwerte gesetzt Die Iteration wird beendet sobald sich die Quadratsumme der Verbesserungen nicht mehr signifikant ndert Diese Vorgehensweise eignet sich f r alle Sensoren mit denen 3D Koordinaten eines signalisierten Punktes erzeugt werden k n nen Bei einem geeigneten Zielk rper Kugel k nnte z B auch aus einer Punktwolke die 3D Koordinate des Kugelmittelpunktes als identischer Punkt abgeleitet werden Optische 3D Navigation von Sensoren 57 3 Anwendungsbeispiel Die Wahl einer geeigneten Anwendung zur Demonstration fiel auf die Navigation eines freih ndig gef hrten Laserdistanzmessger tes Aus der Navigation dieses Ger tes ergibt sich die M glichkeit ber hrungslos 3D Koordinaten zu erzeugen ohne vom Messvolumen des Navigators abh ngig zu sein Ein solches Messsystem k nnte z B 1m Bereich des Facility Managements bei der Innenraumvermessung Streckenmessungen durch 3D Punkt messungen mit mittlerer Genauigkeit lt 5 mm ersetzen und 3D Modelle in Echtzeit erzeu gen Dabei werden sowohl di
237. en ohne Nutzung von Oberflachennormalen Christian BEDER und Wolfgang F RSTNER Zusammenfassung Die automatische Extraktion von Zylindern aus 3D Punktwolken ist von zentraler Bedeu tung bei der Auswertung von Laserscannerdaten insbesondere bei Industrieanlagen Das robuste Sch tzverfahren RANSAC ben tigt direkte L sungen aus so wenig Datenpunkten wie m glich um effizient zu arbeiten Wir werden die algebraischen Bedingungen die quadratische Formen erf llen m ssen um einen Zylinder darzustellen analysieren und verschiedene Verfahren f r die L sung dieses Problems vorstellen Insbesondere werden wir eine minimale L sung mit nur f nf 3D Punkten pr sentieren Anders als andere Ans t ze ben tigen wir keine Oberfl chennormalen deren Bestimmung 1m Allgemeinen schwie rig 1st 1 Einleitung Zylinder spielen eine wichtige Rolle in der Geometrie von Industrieanlagen Bei deren Vermessung kommen vor allen Dingen Laserscanner zum Einsatz welche zun chst nur dichte 3D Punktwolken liefern F r Aufgabenstellungen die ber die Visualisierung hi nausgehen ist es von entscheidender Bedeutung die Punktdaten in Primitive wie z B Ebenen und Zylinder zu segmentieren W hrend f r die Visualisierung die Oberfl chen normalen relativ wichtig sind kann man f r die modellgest tzte Segmentierung im Prinzip auf sie verzichten Dies ist insbesondere von Vorteil da Nachbarschaftsbeziehungen zwi schen den Punkten zu ermitteln vgl TA
238. en Technologie transfer im Bereich der optischen 3D Messtechnik Mitarbeit in ver schiedenen anwendungsorien tierten Forschungsprojekten seit 2003 federf hrende Organisati on der Oldenburger 3D Tage Das Institut f r Angewandte Photogrammetrie und Geo informatik der Fachhochschule in Oldenburg veranstalte te vom 01 02 bis 02 02 2006 die 5 Oldenburger 3D Tage Diese Veranstaltung bildet eine wichtige Plattform f r Fachleute aus den Bereichen Photogrammetrie Geod sie und industrieller Messtechnik mit ca 230 Teilnehmern hat sie sich in kurzer Zeit zu einer wichtigen Veranstaltung in diesem Bereich entwickelt Die Beitr ge in diesem Werk dokumentieren f r die The mengebiete Photogrammetrie Laserscanning und opti sche 3D Messtechnik die neuesten Forschungsergebnisse und Anwendungsbeispiele aus Wissenschaft und Praxis die in dieser Form an anderer Stelle kaum zu finden sind Die beiliegende CD enth lt die farbigen Vortragsfolien der Veranstaltung und erweitert die Artikel im Buch um die entsprechenden Farbabbildungen Aus dem Inhalt e Photogrammetrie e Optische 3D Messverfahren e Kalibrierung Algorithmen e Genauigkeit e Modellierung e Anwendungen e Herstellerforum Das Buch richtet sich an Anwender Studierende und Wissenschaftler aus den Bereichen Photogrammetrie Geod sie Maschinen und Anlagenbau Bauingenieur wesen Architektur Denkmalpflege Stadtplanung Arch ologie Geowissenschaften Forstwissensch
239. en Vermessung von Objekten und Raumstrukturen entwickelt Die angewand ten Technologien in Hard und Software erm glichen die schnelle und automatische Erfas sung und Dokumentation eines Objekts sowie die komfortable Generierung von 3D CAD Daten aus den aufgenommenen Messwerten Abb 1 Messkopf CALLIDUS CPW 8000 Der neue 3D Laserscanner CPW 8000 von CALLIDUS precision systems 341 2 Der 3D Laserscanner CALLIDUS CPW 8000 Dem CPW 8000 liegt als Messverfahren ein patentiertes Kombinationsverfahren aus Puls laufzeit und Phasendifferenzmessung zugrunde Ebenso wie der robuste CP 3200 ist er staub und spritzwassergesch tzt und wird nach DIN EN ISO 9001 gefertigt Abb 2 3D Laserscanner CPW 8000 2 1 Eigenschaften e Der Messkopf ist mit einem Standard Dreifu f r Vermessungsstative ausgestattet sodass die Position des Scannermittelpunktes bestimmbar ist e Die Grobhorizontierung des Scanners erfolgt mit Libelle die Restneigung wird ber den eingebauten Neigungssensor an den Messwerten korrigiert e Die Daten werden w hrend des Messvorgangs Zwischenspeicherung im Messkopf auf einem wechselbarem USB Stick gespeichert e F r die Messung der Horizontalwinkel Orientierung des Messkopfes und der Verti kalwinkel rotierender Spiegel werden Hochpr zisionsinkrementalgeber eingesetzt e Die Stromversorgung kann ber die Control Unit NiMH Akku oder extern z B ber Autobatterie mit Wandler erfolgen 342 U
240. en der Arten verwendet werden Im bayerischen Forstamt Ebrach im Distrikt X in den Abteilungen 5 6 und 7 wurden zur Untersuchung der Jagdlebensr ume Beobachtungsfl chen mit erh hter Fledermausaktivit t angelegt Erfasst wurden auf diesen Fl chen neben der Fledermausaktivit t die Waldstruk turen mittels terrestrischer Laserscanner Terrestrische Laserscanner zur Untersuchung von Jagdlebensr umen von Flederm usen 281 2 Beobachtung der Flederm use In dieser Arbeit wurden zwei Methoden zur Erfassung fliegender Flederm use eingesetzt die beide auf der akustischen Aufnahme der Ultraschall Ortungslaute beruhen Die erste Methode unterteilt die Fledermausaktivit t in verschiedene H henstufen Dazu dient eine Mikrofonkette die aus ber 30 m H he von einer an einem Baum befestigten Teleskop stange senkrecht frei im Raum h ngt Die acht Mikrofone sind im Abstand von je 5 m an der Kette angebracht Durch die unterschiedlichen Distanzen der Fledermaus w hrend des Rufes zu den Mikrofonen erreicht ein Ortungsruf jedes Mikrofon zu einer anderen Zeit Aus diesen Laufzeitdifferenzen berechnen sich die relative H he und der radiale Abstand der Fledermaus zur Kette und die Fledermausaktivit t in Abh ngigkeit von der H he Als zweite Erfassungsmethode wurden zwei Mikrofon Arrays verwendet Mit diesen k n nen die Flugbahnen hoch aufgel st im dreidimensionalen Raum erfasst werden Jedes Ar ray besteht aus vier symmetrisch angeordneten Mikrofo
241. en dominantesten Zylinder in der Punktwolke und entferne alle zu diesem geh ren de Punkte Diesen Vorgang wiederholt man bis alle Zylinder gefunden wurden Da RAN SAC nur dann effizient mit sehr hohen Ausrei erraten umgehen kann wenn die Teilmen gengr e klein genug ist sollte f r diese Anwendung unbedingt der 5 Punkte Algorithmus benutzt werden Abbildung 1 zeigt das Ergebnis f r einen Datensatz bestehend aus mehre ren Rohren mit ca 170 000 Punkten ohne bekannte Nachbarschaftsbeziehungen 212 C Beder und W F rstner Abb 1 3D Punktwolke und die aus ihr automatisch extrahierten Zylinder Freundli cherweise zur Verf gung gestellt von G Vosselman amp T Rabban 4 Zusammenfassung Wir haben algebraische Bedingungen f r quadratische Formen abgeleitet welche Zylinder repr sentieren Daraus ergeben s ch effiziente direkte L sungen f r die Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkten einschlie lich der wichtigen Spezialf lle von Zylindern parallel zu bekannten Geraden bzw Ebenen und dem minimalen Fall eines allgemeinen Zylinders aus f nf Punkten Vor allen Dingen ben tigen wir keine Oberfl chennormalen deren Be stimmung insbesondere bei registrierten Punktwolken aus mehreren Messungen eine schwierige und daher potenziell fehlertr chtige Aufgabe darstellt Die pr sentierten direk ten Verfahren erm glichen eine effiziente automatische Segmentierung von 3D Punkt wolken mithilfe des RANSAC Verfahrens Ferner lassen sich
242. en im Sinne der Ingenieurdiszi plinen sicherstellt Literatur Drixler E 1993 Analyse der Form und Lage von Objekten im Raum Deutsche Geod ti sche Kommission Reihe C Hoffman D D 1998 Visuelle Intelligenz Deutscher Taschenbuch Verlag M nchen M nicke H J 1996 Kinematik im Vermessungswesen In Kinematische Messmethoden in der Ingenieur und Industrievermessung Schriftenreihe DVW Bd 22 Wittwer Ver lag Stuttgart Moritz H 2000 Was ist Geod sie In Festschrift zum 70 Geburtstag von Wolfgang Torge Pelzer H 1987 Deformationsuntersuchungen auf der Basis kinematischer Bewegungs modelle In AVN Wichmann Verlag Karlsruhe Schlemmer H 2002 Ingenieurgeod sie f r den einfachen Fall n 4 In Am Puls von Zeit und Raum Festschrift 50 Jahre Deutsche Geod tische Kommission Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften M nchen Photogrammetrie Einsatz der dynamischen Photogrammetrie bei Fu g ngerschutzversuchen in der PKW Entwicklung Karsten RAGUSE und Thomas LUHMANN Zusammenfassung Bei der Fahrzeugentwicklung wird neben der Sicherheit der Fahrzeuginsassen in zuneh mendem Ma e auch die Sicherheit der potenziellen Unfallopfer bei Unf llen mit Fu g n gern ber cksichtigt F r die Durchf hrung dieser so genannten Fu g ngerschutzversuche in der PKW Entwicklung gilt seit Oktober 2005 eine neue EU Richtlinie In ihr sind neben den Anforderungen an zul ssige Beschleunigungskr fte
243. en im lokatoreigenen Koordinatensystem Als Zielmarken 56 V Sahrhage R Riede und T Luhmann werden Retrokugeln verwendet um die Sichtbarkeit zu verbessern Der Prototyp des Loka tors besteht aus neun Marken die ber eine Grundplatte mit dem Sensor verbunden wer den Abschattungen werden durch die Anbringung der Zielmarken an exzentrischen Haltern reduziert 2 3 Online Kalibrierung Verbindet man einen Sensor mit dem Lokator so m ssen zun chst das Offset zwischen dem Nullpunkt der Sensormessung und dem des Lokatorkoordinatensystems sowie der Richtungsvektor der Messung bekannt sein Diese Werte k nnen durch eine Online Kalibrierung bestimmt werden Liegen mindestens drei Messungen eines identischen Punktes aus unterschiedlichen Rich tungen des Sensors und die zugeh rigen Rotationen und Translationen des Lokators im Kamerakoordinatensystem vor so k nnen alle Unbekannten zus tzlich zu den ausgegliche nen Punktkoordinaten bestimmt werden Die Bestimmung des Punktes P im Lokatorkoor dinatensystem X Yz Z ergibt sich aus dem Offset Ayyz zwischen Lokatornullpunkt und Nullpunkt der Streckenmessung dem Einheitsvektor e parallel zur Messrichtung und der Strecke s P e s Ayyz 1 mit e Einheitsvektor S Messstrecke Ayyz Offset zum Lokatornullpunkt Mit den Elementen der Rotationsmatrix rm n und der Translation xz yz z des Lokators im Kamerakoordinatensystem Xx Yx Zg ergibt sich folgendes Gleichungssystem f r ein
244. en wurden jedoch wegen der begrenzten Anzahl der Signale abschnittsweise gescannt ber vier Referenzpunke wurde die Punktwolke in das Tunnelkoordinatensystem transformiert Zur Genauigkeitskontrolle wurden 40 Bolzenpositionen mit einem Sokkia Tachymeter aufgenommen F r die Auswertung ben tigte man alle drei Mensi Programme des Laserscanning Systems Im ersten Schritt wurde n PointScape die halb automatische Sphere Extraction Funktion verwendet in dem in der unbereinigten nicht selektierten Punktwolke ein Punkt der Kugel angeklickt wurde In die Punktwolke wurde dann an dieser Stelle eine Kugel mit vorgege benem Radius eingepasst und der Kugelmittelpunkt berechnet Im zweiten Schritt wurden die Kugelmittelpunkte mit RealWorks Survey n das Tunnelkoordinatensystem transfor miert sodass georeferenzierte Koordinaten der Bolzenk pfe vorlagen Diese Koordinaten konnten mit den tachymetrisch bestimmten Referenzpunkten verglichen werden Aus den Abweichungen konnte eine Standardabweichung der 3D Position von 2 mm berechnet werden wobei Ausrei er allerdings bis zu 8 mm gro waren In die Berechung dieser Stan dardabweichung geht aber die Messunsicherheit des Tachymeters mit ein Im dritten Schritt wurde mit 3Dipsos versucht die Abweichungen der Bolzenk pfe von einem Idealkreis zu bestimmen Der Kreis wurde nach der Methode der kleinsten Quadrate bestm glich in die gesamte ausgew hlte Punktwolke eingepasst Da die Punktwolke nur aus den Mittelp
245. endung der Fehler aus Kapitel 4 3 werden f r Kippwinkel im Bereich von 10 bis 190 gon mit 4 die jeweiligen Fehlereinfl sse berechnet Unter Ber cksichtigung einer durchschnittlichen Zielweite die hier mit 15 m angenommen wird ergeben sich die in Abbildung 5 ersichtlichen Lageabweichungen A aufgrund verfalschter Drehkreisrichtun Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse 183 gen Die Auswirkungen der Fehler auf die Kippwinkel k nnen beurteilt werden indem man von den gemessenen Kippwinkeln die korrigierten Kippwinkel aus 27 abzieht Bei Zielweiten von 15 m ergeben sich dann die in Abbildung 5 dargestellten Lageabweichun gen A aufgrund verf lschter Kippwinkel 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 c gon 0 c gon 20 0 01 40 0 02 60 0 03 80 0 04 100 0 05 120 0 06 Ala mm Ale mm Abb 5 Lageabweichungen A und A aufgrund Achsenfehler und Exzentrizitat Es ist zu erkennen dass die Achsenfehler und die Exzentrizit t in diesem Beispiel bei stei len Visuren Lageabweichungen A von mehreren Zentimetern verursachen Der Einfluss der Achsenfehler auf die Kippwinkel ist deutlich geringer sodass die Lageabweichungen Al auch bei sehr steilen Visuren unterhalb eines Zehntelmillimeters liegen Auf die An bringung der Achsenfehler an die Kippwinkel kann in der Praxis verzichtet werden
246. entweder durch Triangulation oder durch Entfernungsmes sung ermittelt Die Oberfl chen werden so mit einem dichten Messpunktnetz belegt Reale 3D Modelle aus 4D Punktwolken 223 2 3 Computertomographie R ntgenstrahlen sind in der Lage Materie zu durchdringen Durchleuchtet man Objekte aus vielen Richtungen so l sst sich durch Zusammensetzen der Aufnahmen ein r umliches Abbild 3 des untersuchten Objektes ableiten Als Ergebnis erh lt man f r jedes Volumen element Voxel die xyz Koordinaten und einen Absorptionswert 3 Einzelheiten zu CT Anlagen 3 1 Verschiedene Bauarten Bei technischen Computertomographen wird das Untersuchungsobjekt auf einem absenkba ren Drehteller zwischen Strahlungsquelle und Detektor angebracht Als Detektoren kom men Fl chen oder Zeilendetektoren zum Einsatz Bei der ersten Bauart ist die Messung nach einer vollen Drehung der Probe 360 bis 3600 Messungen beendet Bei Zeilendetek toren wird mit jeder Drehung nur eine Scheibe der Probe erfasst Der Drehtisch wird dann um eine Scheibendicke abgesenkt und mit der Vermessung der n chsten Schicht fortgefah ren Ger te mit Zeilendetektoren sind f r gro e Objekte z B Motorbl cke geeignet Da sich Patienten schlecht auf Drehtischen fixieren lassen bewegen sich bei den medizini schen Computertomografen Strahlungsquelle und Detektor auf einer Kreisbahn um den liegenden Patienten Das Prinzip ist aber gleich Zur Einstellung der Schicht wird die Liege
247. enzfl che Um die genannten Messobjekte untersuchen zu k nnen wurden am BIAS mehrere Systeme konzipiert und aufgebaut ein einfacher Aufbau auf einem Stativ Abb 3a der neben ei nem TFT Monitor der das sinusf rmige Streifenmuster generiert eine Standard CCD Kamera beinhaltet Dieser Messkopf ist frei im Raum und zum Messobjekt zu positionie ren Ein Standger t Abb 3b f r kleinere Objekte bis 10 cm Monitor und Kamera sind im oberen Bereich angebracht Zus tzlich wurden zwei Laserpointer zur Justierung des Ab stands von Kamera zu Objektoberfl che integriert Das Messobjekt wird hierzu auf einer h henverstellbaren Einheit befestigt und ausgerichtet Um das Messsystem von Reflexi onen und u eren Lichteinfl ssen abzugrenzen wurde der Messraum gekapselt Durch den robusten und kompakten Aufbau ist das System auch mobil einsetzbar insbesondere da durch da die Ansteuerung und Datenauswertung per Laptop erfolgt a Abb 3 Streifenreflektometer a frei positionierbarer Messkopf b kompaktes Tischge rat fiir kleinere und mittlere Messobjekte Ein weiteres System wird im folgenden Hauptteil dieses Beitrags vorgestellt ein flexibel einsetzbares Streifenreflexionssystem das per Vakuum an einer Objektoberfl che ange saugt werden kann Dieser Teil zeigt die Entwicklung des Systems von den Anforderungen ber die Konstruktion bis hin zum Messablauf und der Pr sentation eines Messbeispiels Das System wurde in Zusammenarbeit
248. er zum Reflexionspunkt werden Voxel tiberstrichen F r alle tiberstrichenen Voxel wird der Parameter Fehlschussanzahl um eins inkrementiert Die Messungen zu den Luftpunkten bed rfen einer besonderen Verarbeitung da die gescannte Distanz zwar nicht aussagekr f tig die Raumrichtung jedoch eindeutig ist In der Richtung der Messung werden die ber strichenen Voxel bis zum Eindeutigkeitsbereich ermittelt und der Parameter Fehlschussan zahl der berstrichenen Voxel um 1 inkrementiert Die Luftpunkte d rfen nicht in die Erstellung des Parameters Trefferanzahl einflie en Zur Berechnung der Reflexionswahrscheinlichkeit wird ein vereinfachter Ansatz aus der Erstellung von Karten mittels mobiler Roboter verwendet H HNEL et al 2003 Dazu wer den die Parameter Trefferanzahl und Fehlschussanzahl verwendet Formel 1 P ik Nps ik 1 tyli ns tik ninss ijk f 5 Diskussion Die Ermittlung von Abstandsdaten der Flederm use zum Bewuchs erfolgt ber die Bildung von Schnitten durch die Scandaten Darin werden f r ausgew hlte Segmente die minimalen Abst nde berechnet Aufgeschl sselt auf die verschiedenen Fledermausarten wird das art spezifische Abstandsverhalten untersucht Aus den minimalen maximalen und mittleren Abst nden der verschiedenen Arten werden Flugkorridore abgeleitet Die Abstandsdaten werden weiterhin verwendet um zu untersuchen ob sich die Fleder m use an bestimmten Strukturen orientieren Die Di
249. er Begriff Kinematische Vermessung wird schon l ngere Zeit bei der Messung und Auswertung von Deformationsmessungen verwendet etwa wenn die einzelnen Beobachtungsepochen durch kinematische Auswertemodelle miteinander verkn pft werden um durchschnittliche Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen der Deformation abzuleiten Dies ist jedoch keine Kinematik 1m Sinne der Definition sondern es handelt sich um die kinematische Interpretation statischer Messungen die zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgef hrt wurden und unterschiedliche Zust nde repr sentieren quasi kinematisch Die echte kinematische Messtechnik setzt bereits bei den Beobachtungen an Ziel soll sein eine Bewegung durch geod tische Beobachtung so zu erfassen dass die Bewegung insgesamt und f r jeden Zeitpunkt innerhalb des Zeitintervalls der Beobachtung hinreichend genau beschrieben werden kann Die Beobachtung erfolgt also im Gegensatz zu klassischen Deformationsmessung in einem zusammenh ngenden Messzeitraum wobei der Bewegungsvorgang nicht aus messtechnischen Gr nden unter brochen wird 2 Instrumentarium und Auswerteverfahren Moderne automatisierte Sensorsysteme aus dem Bereich der Geod sie besitzen wenn auch prim r nicht aus Gr nden der Kinematik einige besondere Eigenschaften Sie erlau ben hohe Messfrequenzen besitzen eine automatische Zieleinrichtung eine automatische Datenerfassung und verarbeitung und erm glichen zumindest zum Teil
250. er Lackschicht sichtbar Orangenhaut Verlauf der Lackschicht Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut 71 4 Messbeispiele an Lackoberfl chen Die in Abb 9b gezeigte Mikrostruktur ist typisch fiir Lackoberflachen Deren Vermessung ist ein wichtiges Thema f r die Lackindustrie und f r Lack Anwender Die Streifenreflexi on liefert daf r geeignete Daten Es folgen Messbeispiele zur Quantifizierung des Orangen hauteffektes sowie die Darstellung einer Auswertestrategie zur Beschreibung solcher Ober fl chen 4 1 Lackoberfl che mit Orangenhauteffekt In Abb 10a ist eine lackierte Autot r zu sehen die eine Spiegelung des Bremer Fallturms zeigt In der Vergr erung ist eine orangenhautartige Struktur zu erkennen die mit zugrun de liegenden H henvariationen im Bereich weniger um auf einer Form mit mehreren mm H henunterschieden schwer mit Standardmesstechniken zu erfassen ist Die Streifenrefle xionstechnik ist in der Lage die Struktur hochaufgel st zu erfassen nah Bremer lackierte Autot r r Fallturm Orangenhauteffekt in Pu A u ZARM Spiegelung zu erkennen Oberfl chenmikr strukturr a b Abb 10 a Spiegelung in Autot r b Grob und Oberfl chenmikrostruktur Abb 10b oben zeigt die Form nach Integration der Oberfl chenwinkel Die gezeigten Formdaten weisen einen Wertebereich von 1 8 mm auf Das eingezeichnete gepunktete Messfeld kennzeichnet den darunte
251. er Muster h ngt vom Zusammenspiel aller drei Einflussfaktoren ab Dort wo die Oberfl che des Weges mit der Oberkante des Voxel zusammenf llt k nnen keine Fehlsch sse auftreten Mit Abnahme der Gel ndeh he wird die Anzahl der m glichen Fehlsch sse gr er Dies geht soweit bis die Gel ndeoberfl che auf H he der Voxel Unterkante liegt In diesem Fall sind nur noch Durchsch sse m glich Abb 5 rechts Letztendlich ist die Scanrichtung entscheidend ob es tats chlich Durchsch sse gibt F r eine Klassifizierung der gef llten Voxel w re es ideal wenn die Reflexionswahrschein lichkeit verwendet werden k nnte Es w re vorstellbar dass ein geschlossener K rper z B Baumschaft eine hohe und ein durchl ssiger K rper z B Baumkrone eine niedrige Re flexionswahrscheinlichkeit hat Die erstellten Modelle entsprechen jedoch nicht dieser Idealvorstellung Zum Beispiel ergeben sich auf der Unterseite von sten tendenziell ge ringere Reflexionswahrscheinlichkeiten als an deren Oberseite Diese lageabh ngige Ver teilung der Reflexionswahrscheinlichkeit ist mit der Punktverteilung der Laserdaten inner halb eines durchl ssigen K rpers zu erkl ren Mit zunehmender Tiefe n mmt die Anzahl der Fehlsch sse ab wodurch s ch das Verh ltnis Fehlschuss und Trefferanzahl n Richtung Trefferanzahl verschiebt Auf der Schaftoberfl che wird der gesamte Wertebereich der Reflexionswahrscheinlichkeit 0 bis 1 abgedeckt Dieses ist wie bei d
252. er Musterbildung auf dem Weg auf die Lage des Arrays in Bezug zur Lage der Oberfl che und der Scannrich tung zur ckzuf hren Hinzu kommt als weiterer Einflussfaktor die Kr mmung der Schaft oberfl che Um eine gesicherte Klassifizierung der gef llten Voxel durchf hren zu k nnen Terrestrische Laserscanner zur Untersuchung von Jagdlebensr umen von Flederm usen 287 wird die Aufnahme weiterer Parameter notwendig Vorstellbar w re ein Fl chenindex abge leitet aus den Laserbildern der die Gr e oder Struktur der gescannten Fl chen beschreibt N E d u S 6 9 Sa RE I I BI ee Abb 5 Links Aufsicht auf Waldweg mit angrenzender Vegetation Auf dem leicht ab fallenden Waldweg kommt es zu regelm igen V f rmigen Mustern wechseln der Reflexionswahrscheinlichkeit farbig kodiert Rechts Der Verlauf des Mus ters erkl rt sich aus dem Zusammenspiel von der Lage des jeweiligen Voxels der Lage der Wegebene und der Richtung der Lasermessung Farbabbildung siehe beiliegende CD 6 Danksagung Diese Ausarbeitung entstand aus dem Projekt Forstliche Ma nahmen zur Verbesserung von Jagdlebensr umen von Flederm usen Das Projekt wird von der Deutschen Bundes stiftung Umwelt finanziell unterst tzt AZ 22437 F r die Erfassung und Bereitstellung der Daten zur Fledermausaktivit t danken wir insbesondere Ulrich Marckmann Peter S Reh und Volker Runkel Literatur Boonman A M Parsons S amp G Jones 2
253. er Pr zision des ermittelten Wertes des Normalvektors werden abh ngig von der Entfernung und damit von der Ausdehnung des Fl chenst cks Bereiche der Scan daten definiert die einer Pr fung auf Ebenheit unterzogen werden 1 4 Angewendeter B ndelblockausgleich Als erste TLS Scanposition wurde jene vor dem Siid Portal der Frauenkirche direkt neben der Statue von Martin Luther gew hlt Der Scanner RIEGL LMS Z420i verf gt ber einen integrierten Neigungssensor der es erlaubt die Daten ausgehend von der vertikalen Positi on zu nivellieren Au erdem wurden mit einem k nstlich aufgeweiteten Laserstrahl beam widening lens so viele Startreflektoren wie m glich gesucht und fein gescannt An den Scanpositionen 2 14 wurde der Scanner aufw rts geschwenkt und die jeweils neu entdeck ten Reflektoren erweiterten die eingangs erstellte Liste So war es m glich alle Scanposi tionen unmittelbar vor Ort in einem lokalen Projektkoordinatensystem zu registrieren Die Analysefunktion von RiSCAN PRO zeigt vor dem verketteten Ausgleich ein Fehlerma ber alle 36 erfassten Reflektoren von 4 8 mm und danach von 4 4 mm Insgesamt wurden 194 Beobachtungen also Reflektorverkn pfungen herangezogen Insgesamt wurden 13 abh ngige Scanpositionen mal 6 Freiheitsgrade also 78 variable Parameter so angepasst dass der Gesamtfehler minimiert wurde Die Standardabweichung f r das Fehlerma wird bei den diskreten Passpunkten wie folgt berechnet
254. er Scanner verar beitet in diesem Fall zuf lliges atmosph risches Rauschen zu einem Messwert Wie von PRZYBILLA 2005 bereits gezeigt wurde lassen sich Fehlmessungen durch geeignete Filte rung weitestgehend beseitigen In der Software LupoScan k nnen isolierte Messwerte mit hilfe von Abstandsuntersuchungen benachbarter Messpunkte beseitigt werden Des Weite ren k nnen Messungen aufgrund zu schwacher oder zu starker Intensit ten gefiltert werden 3 3 Orientierung In der Regel flie en mehrere Aufnahmen in einen Bildplan ein Laserscans verschiedener Standpunkte k nnen daher mithilfe der r umlichen Ahnlichkeitstransformation zueinander oder in ein bergeordnetes Referenzsystem orientiert werden 4 Orthophotos und Abwicklungen Orthophotos entstehen durch die senkrechte Projektion eines im Raum bestimmten Intensi t ts oder Farbwerts auf eine ebene gerasterte Oberfl che Neben dem Intensit tswert kann der Abstand des Punktes zur Projektionsfl che als Grauwert oder in Form einer Farbkodie rung in das Rasterbild geschrieben werden Diese Tiefenbilder bieten eine schnelle M g lichkeit Verformungen am Objekt zu erkennen Als digitales Oberfl chenmodell DOM werden die Tiefenbilder weiterhin analog der differentiellen Entzerrung LUHMANN 2000 zur Berechnung von farbigen Orthophotos mit Aufnahmen von externen Messkameras verwendet Neben der senkrechten Projektion auf ebene Fl chen ist es m glich die Mes sungen zun chst auf einfa
255. er nachfolgenden Auswertung dann eine r umliche Koordinatentrans formation aller weiteren Schiffspunkte in das Schiffskoordinatensystem durchgef hrt wer den 2 3 Ziele einer neuen Messanordnung Der Fertigungsstandard des Deutschen Schiffbaus gibt entsprechend den Erfahrungen der deutschen Werften zum gegenw rtigen Zeitpunkt Verarbeitungsgenauigkeiten an Bei den hierin genannten Abweichungen vom Sollma handelt es sich um Obergrenzen die so festgelegt wurden dass weder die Funktion noch die Festigkeit noch die Qualit t des Schif fes beeintr chtigt wird Da es keine Messmethode ohne Messabweichungen gibt muss das Mess und Auswerte verfahren so gew hlt werden dass systematische Messabweichungen die Messungen von Konzept f r eine As Built Aufnahme von Schiffsr mpfen 241 Istma en nicht ber das geforderte Genauigkeitsma verf lschen Bei hohen Genauigkeits anforderungen ist insbesondere darauf zu achten dass systematische Messabweichungen m glichst minimiert werden und auf das Messergebnis nur geringen Einfluss haben Die bei einer Messanordnung zu erwartenden zuf lligen und systematischen Messabweichun gen f hren zusammen zum quantitativen Qualit tsma der Messunsicherheit Unter Ber cksichtigung der Erschwernisse bei Messungen in Schwimmdocks und zeitglei chen schiffbaulichen Gegebenheiten muss eine noch durchzuf hrende Analyse und Erpro bung von Messanordnungen zeigen dass folgende Ziele erreicht werden k
256. er u wo Mista etreck t aufbereitetes Bild Abb 4 Architektur der wissensbasierten Bildvorverarbeitung REITERER et al 2003 In REITERER et al 2003 wurde ein System vorgestellt welches auf der Basis extrahierter Bildmerkmale statistische Bildanalyse notwendige Bildaufbereitungsalgorithmen aus w hlt bzw kombiniert s Abb 4 In seinem Kern besteht das System aus drei Kompo nenten 1 dem Bildanalysesystem 2 den Bildaufbereitungsalgorithmen und 3 dem WBS Das Problemwissen wurde in Form eines Regelwerkes implementiert als Program miersprache f r das WBS wurde Clips gew hlt Das entwickelte System wurde an ber 120 Bildern erprobt und lieferte gr tenteils gute bis sehr gute Ergebnisse In allen F llen konnte die Bildqualit t deutlich gesteigert werden und f r eine nachfolgende Anwendung von Punkterfassungsmethoden optimiert werden s Abb 5 a Abb 5 a Stark unterbelichtete Aufnahme b Aufnahme nach der wissensbasierten Bildbearbeitung REITERER 2004 154 A Reiterer 3 2 Punkterkennung wiederfindung mit k nstlichen neuronalen Netzen Ein sehr wesentlicher Arbeitsschritt bei bildgebenden Messsystemen ist die Erfassung von Objektpunkten Vereinfacht ausgedr ckt beruht ein solcher Prozess auf der Erfassung von Bildpunkten und der darauf folgenden Umrechnung in das Objektkoordinatensystem Un abh ngig von der Erfassungs bzw Berechnungsmethode m ssen die Punkte in den Bildern identifiziert wer
257. eras Still Video Kameras in den 1990er Jahren standen zun chst nur Schwarz Wei Kameras zur Verf gung deren Genauigkeitspotenzial schon fr h nachgewiesen worden ist z B PEIPE 1995 SHORTIS amp BEYER 1996 Trotz der damals noch zahlreichen technischen Einschr nkungen dieser Ka meras konnte die volle physikalische Sensoraufl sung f r die Bildauswertung genutzt wer den Mit der zunehmenden Verbreitung von Digitalkameras im Consumerbereich stieg zum einen die verf gbare Bildaufl sung st ndig an und hat heute bei professionellen Spiegelre flexkameras und digitalen Kamerar ckteilen mehr als 20 Megapixel erreicht Sensoren mit ber 40 Megapixel sind bereits angek ndigt worden Zum anderen werden SW Kameras praktisch gar nicht mehr angeboten auch wenn sie f r messtechnische Zwecke vorteilhaft w ren Im Bereich von digitalen Videokameras mit bis zu 1300 x 1000 Pixel sind dagegen SW Sensoren ohne weiteres erh ltlich F r die industrielle photogrammetrische 3D Messtechnik werden hochaufl sende Spiegel reflexkameras in der Regel f r Offline Anwendungen eingesetzt Die meisten Auswerte programme sind dabei nicht in der Lage echte Farbbilder auszuwerten sondern beschr n ken sich auf einen Kanal in der Regel gr n oder erwarten in Grauwertbilder umgewandel te Eingabebilder In Abh ngigkeit des eingesetzten Farbsensors und der kamerainternen oder nachtr glichen Verarbeitung der Bilder ist in der Regel ein Verlust des geometrischen
258. eren 144 F Ehrich und A Tenzer Eine komplette Erl uterung des Sternschemas w rde hier den Rahmen sprengen N here Informationen hier ber findet man z B in KIMBALL 2002 3 Die Datenbank Die Fahrerleistungsdatenbank ist als eine relationale Datenbank realisiert Aufgabe ist es ein offenes Datenbanksystem zu schaffen das weder n Zahl und Umfang der speicherbaren Fahrversuche noch in der Erweiterbarkeit f r zuk nftige Messgr en und Variablentypen begrenzt sein soll Die Daten m ssen so in der Datenbank abgelegt werden dass sowohl der Import der Daten als auch die Abfrage der Daten in blicher Zeit m glich ist 3 1 Datenmodell Das Datenmodell der Fahrerleistungsdatenbank ist grunds tzlich in zwei Bereiche aufge teilt zum einen in einen statischen Bereich in dem die Referenzstrecke gespeichert wird Hier ver ndern sich die Datenmengen fast gar nicht neue Daten werden nur aufgenommen wenn die Referenzstrecke sich ver ndert z B durch Baustellen oder neue Referenzstre cken vermessen werden Sensor 1 Sensor 2 Referenzstrecke Analysefahrt Sensor 3 Abb 1 Konzeptionelles Datenmodell Der andere Bereich beinhaltet die Daten der Analysefahrten mit den zugeordneten Senso ren Wie bereits in Kapitel 1 2 beschrieben w chst hier das Datenvolumen sehr stark mit jeder Analysefahrt Jede Analysefahrt ist einer Referen
259. ern und Erschwernissen in der Visuali sierung Die Weiterverarbeitung ist oft arbeits und zeitintensiv Die Vereinfachung der Information mittels Reduktion der Daten wird als Simplifikation bezeichnet So kann die Anzahl an Dreiecken bevorzugt an Stellen mit topologisch uninteressanter Struktur redu ziert werden 1 000 000 Dreiecke Die Erhaltung an Oberfl chenstruktur muss abgesch tzt werden BURKARD 2003 Mit der berlagerung von Bildtexturen kann ein photorealistischer Eindruck erzeugt wer den TextureMapping bezeichnet eine Methode um die Oberfl chenstruktur als Bild auf die modellierte Geometrie zu projizieren Voraussetzung daf r sind korrespondierende Punkte im Bild und der Modelloberfl che Abb 9 Die Qualit t der Texturierung h ngt von Form und Struktur der Objektoberfl che ab Abb 9 Gerendertes Modell mit korrespondierenden Punkten links und texturiertes Modell rechts Dokumentation und Visualisierung einer Tempelanlage auf Basis von Laserscanning 323 7 Fazit Messweite und Aufl sung Detailerkennbarkeit des benutzten Systems eigneten sich gut f r die Erfassung der Anlagenbereiche und entsprachen den gew nschten Anforderungen der Bauforscher um Hieroglyphen und Steinstrukturen zu erkennen Eine colorierte hoch aufl sende Punktwolke hat f r bestimmte Anspr che einen Visualisierungscharakter Es muss nicht aufw ndig modelliert werden und trotzdem kann das Objekt photorealistisch pr sentiert werden D
260. ernd m wolf SOLVing3D de ZAMECNIKOVA Miriam Department of Surveying Slovak University of Technology Bratislava miriam zamecnikova stuba sk Prof Dr Ing Thomas Luhmann Jahrgang 1957 Studium der Geo d sie an der Universit t Hanno ver wissenschaftlicher Mitarbei ter im Sonderforschungsbereich 149 und am Institut f r Photo grammetrie und Ingenieurver messung der Universit t Hanno ver Promotion 1988 Von 1988 1993 Projektleiter und Entwick lungsleiter Photogrammetrie bei Kern und Leica Schweiz Seit 1993 Professor f r Photogram metrie und Fernerkundung im Fachbereich Vermessungswesen der Fachhochschule Oldenburg 1996 Gr ndung und Leitung des Instituts f r Angewandte Photo grammetrie und Geoinformatik Mitglied in zahlreichen Fachgre mien u a bis 2001 Leiter des Ar beitskreises Nahbereichsphoto grammetrie der Deutschen Ge sellschaft f r Photogrammetrie und Fernerkundung bis 2004 Ob mann des DGPF VDI Fachaus schusses 3 32 Optische 3D Messsysteme seit 2004 Pr si dent der DGPF Autor des Lehrbu ches Nahbereichsphotogram metrie und Herausgeber weite rer Werke zum Thema Dipl Ing FH Christina Muller Jahrgang 1974 Studium des Vermessungswesens an der Fach hochschule Oldenburg seit 2002 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut f r Angewandte Pho togrammetrie und Geoinformatik und dort verantwortlich f r wis senschaftliche Weiterbildung und interdisziplin r
261. ersatz der Hauptpunktlage seit den ersten Messkammern von Meydenbauer in analogen Ger ten zum Standard geh rt l sst sich f r die digitale Photogrammetrie kaum eine geeignete Kamera mit versetzter Hauptpunklage finden Das ALPA Kamerasystem eignet sich f r die digitale Bildaufnahme und beinhaltet zudem Objektive mit fix versetzter Hauptpunktlage An einfachen Beispielen werden die Vorteile einer versetzten Hauptpunktlage gezeigt 1 Einf hrung In seinem Handbuch der Messbildkunst beschreibt MEYDENBAUER 1912 die Vorteile einer verstellbaren Hauptpunktlage f r die terrestrische Photogrammetrie Die Methode Pulfrich MEYDENBAUER 1912 wendet das gleiche Prinzip f r den Stereonormalfall an Photogrammetrische Aufnahmekammern wurden seitdem lange in zwei Gruppen aufgeteilt Kameras f r terrestrische Anwendungen und Luftbild Kammern Die ersteren wurden f r terrestrische Anwendungen konzipiert und weisen h ufig einen versetzten Hauptpunkt auf um hohe Objekte vom Boden aus ohne Schr gstellen der Kamera aufnehmen zu k nnen Zu den letzten Modellen dieser Art geh ren die Wild P31 und Wild P32 Die Aufnahmepla nung f r diese beiden analogen Messkammern ist ausf hrlich bei KRAUSS 1993 beschrie ben und kann leicht auf andere Kameras mit versetzter Hauptpunktlage bertragen werden Universalmesskammern und Luftbildmesskammern weisen in der Regel eine Hauptpunkt lage m Bildzentrum auf Das Gleiche gilt f r beinahe alle handels blichen Kamer
262. erschneiden von Oberfl chen extrahiert Betrachtet man den zweidimensi onalen Fall ist die tats chliche Ecke durch einen Geradenschnitt bestimmbar 2 Glattung extrahierter Profile 2 1 Kantenerhaltende Gl ttung Bei der Gl ttung vorhandener Schnitte wird jeder Laserscannerpunkt einzeln betrachtet Als Beobachtungen gehen die Nachbarpunkte des zu gl ttenden Punktes die innerhalb eines bestimmten Bereiches Patch liegen ein Abb la Der zu gl ttende Punkt befindet sich im Patchmittelpunkt Inwieweit ein Punkt einer Gl ttung unterzogen wird ist abh ngig von der Gl ttungstoleranz Diese kann zum einen ein fest vorgegebener Wert sein der sich beispielsweise nach der Messgenauigkeit des verwendeten Laserscanners richtet Zum anderen ist eine var able Gl ttungstoleranz m glich Ausgehend von den Verbesserungen aller Punkte wird eine Standardabweichung berechnet Liegt die Verbesserung innerhalb der Gl ttungstoleranz wird der Punkt gegl ttet anderenfalls wird davon ausgegangen dass dieser Punkt tats chlich diese Abweichung aufweist Befindet sich ein Punkt in der N he einer Kante so gehen Nachbarpunkte die zu einer anderen Seite der Kante geh ren als Beobachtung mit ein und die ausgleichende Gerade wird verf lscht Abb 1b Eine abgerundete Kante entsteht Um dies zu umgehen wird innerhalb der im Patch liegenden Punkte eine weitere Filterung durchgef hrt Durch den Punktmittelpunkt wird eine rotierende Gerade gelegt die in
263. erschutz 2 Braunschweiger Symposium Faszination Karosserie Blick in die Sterne Einsatz des Photogrammetriesystems V STARS in der Luft und Raumfahrtindustrie Ingo JAHN Zusammenfassung Im folgenden Beitrag werden Anwendungen des photogrammetrischen Aufnahme und Auswertesystems V STARS an Beispielen aus der Luft und Raumfahrtindustrie beschrie ben Alle Projekte wurden von der GDV Ingenieurgesellschaft als vermessungstechnische Dienstleistungen durchgef hrt Daher steht in diesem Beitrag die praktische Anwendung des ausgereiften Messsystems V STARS von GSI m Vordergrund Technisch und wissen schaftlich anspruchsvolle Messaufgaben angefangen bei der produktionsbegleitenden Vermessung an Ariane 5 Tankb den ber Deformationstests unter simulierten Weltraum bedingungen bis zur Kalibrierung der Sensorik des SOFTA Teleskopes sollen unterschied liche Messabl ufe praxisnah erl utern 1 Einleitung Die modernen Technologien der Luft und Raumfahrtindustrie er ffnen uns immer tiefere Einblicke bis in die Anf nge des Universums Informationen die mit Lichtgeschwindigkeit zu uns kommen lassen sich mit hochsensiblen Instrumenten auffangen und analysieren Tr gerraketen wie die europ ische Ariane 5 sorgen f r den Transport von Satelliten in den Orbit Ebenso lassen sich Weltraumbeobachtungen mit komplexen Empfangs und Steuer systemen von speziellen Parabolantennen auf der Erdoberfl che oder aus dem Flugzeug durchf hren
264. erse nner und Kkameradaten un tice sdk cae ios daha AUTOLeNVErZEICHNIS cccccccccccccccccccccceccccccccucccecscscsccuuecesscsssecuueesesececeuens XI Einf hrung in die Thematik Geod sie und Geoinformation n dimensional Harald SCHLEMMER Zusammenfassung Der Beitrag behandelt die Frage nach notwendigen oder erforderlichen Mess und Auswer testrategien angesichts neuer geod tischer Sensoren Moderne Sensoren liefern automatisch in sehr kurzer Zeit neben einer gro en Anzahl von Koordinatentripel weitere zus tzliche Informationen Die Geod sie muss parallel dazu neue Auswertestrategien und verfahren zur automatisierten Auswertung entwickeln 1 Dimensionen Von dem uns umgebenden Raum nehmen wir nur einen kleinen Ausschnitt wahr wir k n nen wenig ber seine globale Geometrie sagen Ebenso wie die Erdoberfl che in unserer N he als Ebene erscheint und doch in Wahrheit eine unbegrenzte aber endliche Fl che ist k nnte auch unser Raum im Gro en ganz anders als der euklidische Raum aussehen auch wenn in unserer N he die euklidische Geometrie im Rahmen der Messgenauigkeit G ltig keit hat Unsere Erfahrungen gehen von einer dreidimensionalen Welt n 3 aus Die Riemannsche Geometrie dagegen stellt die mathematischen Modelle f r R ume mit belie biger Dimensionszahl zur Verf gung also n oo G B Riemann war Sch ler von C F Gau in G ttingen Eine Welt mit mehr als drei Dimensionen k nnen wir uns nur
265. ertigungsprozess vermeiden Das Erkennen dieser Fehler wird mehr und mehr Industriellen Bildverarbeitungssystemen bertragen die objektiv und zuverl ssig die Geo metrie und die Oberfl che von Bauteilen schon w hrend des Fertigungsprozesses pr fen k nnen Durch eine st rkere Integration photogrammetrischer Orientierungsverfahren mit industriel len Bildverarbeitungssystemen k nnen auch 3D Inspektionsaufgaben In Line in der Ferti gung durchgef hrt werden Eine Voraussetzung daf r ist jedoch dass die gesuchten Merk male bestimmt werden k nnen ohne sie mit Messmarken versehen zu m ssen Wichtige konstruktive Elemente an technischen Teilen sind Bohrungen In einigen F llen sind Bohrungen sogar die wesentlichen geometriebestimmenden Elemente beispielsweise bei Haltevorrichtungen und Tr gerelementen In Abbildung 1 ist ein Tr ger abgebildet der die unter dem Armaturenbrett eines Autos montierten Baugruppen h lt wie z B Teile des Heizungs L ftungssystems dem Radio und den Instrumenten Die funktionsbestimmende Geometrie dieses Bauteils ist durch seine Bohrungen definiert Man kann sich leicht vor stellen dass es ein Problem darstellt wenn sich beispielsweise die Instrumentenkombinati on nicht montieren l sst weil die Bohrungen des Tr gers nicht an den korrekten Positionen sind Abb 1 Schwei baugruppe mit Bohrungen 1m Hintergrund sind zwei Kameras des PrOMT Messsystems zu sehen 28 B M Wolf Geschwei te Teile l
266. erung des Futuro Hauses von Matt Suuronen 295 Die Einf hrung dieser Bedingungen l sst sich wie folgt erkl ren Die Normalform eines Zylinders lautet X y ak Be wobei a und b die Halbachsen in X und Y Richtung sind 6 a sie ist unabh ngig von Z Um den Term mit dem Z aus der Gleichung 1 zu eliminieren setzt man den Parameter a auf Null Mit aa 0 werden spontane Verschiebungen des Zy linders entlang seiner Symmetrieachse ausgeschaltet Liegt ein Rotationszylinder vor so bedeutet die Gleichheit von a und a dass die Halbachsen des Zylinders in X und Y Richtung gleich sind a4 0 schlie t eine willkiirliche Rotation des Zylinders um die Z Achse aus Gegenw rtig sind nur Zusatzbedingungen f r den elliptischen und den Rotationszylinder sowie f r ein Rotationsellipsoid erarbeitet worden Werden also solche Zusatzbedingungen zwischen den Unbekannten eingef hrt so erfolgt eine erneute Ausgleichung diesmal je doch eine bedingte Ausgleichung mit abh ngigen Unbekannten NIEMEIER 2002 RESTLE amp STEPHANI 1988 Ist die Ausgleichung durchgef hrt so werden anhand der neu bestimm ten Flachenparameter a bis ag die Invarianten der Fl che berechnet Die Invarianten einer Fl che 2 Ordnung sind z B die R nge sowie die Determinanten der Matrix A und der erweiterten Matrix A Mittels der Analyse der Invarianten wird die Punktwolke schlie lich klassifiziert RESTLE amp STEPHANI 1988 Anschie end wird eine Hauptach
267. erung unreferenzierter Punktwolken bedeutet die Orientie rung der Scans zueinander und die Transformation der Punktwolken in ein Home Koordinatensystem im Futuro Fall in das lokale Koordinatensystem des Tachymeterdaten Satzes r a b De os T E E dor la ji Fi a ws i ke ae e Le FH Ei er Tr a 2 a Tr aaia i i s da rr i Fi oly E 2 cajt Sus sa yh i ur Abb 4 Gescannte Punktwolke 292 K Ratke Die Berechnung der Transformationsparameter erfolgt entweder mittels der 3D Helmert Transformation durch Zuordnung identischer Punkte der Tie Points oder mittels des ICP Algorithmus durch Zuordnung identischer Objektpunktbereiche iterativ ber eine B ndelblockausgleichung Die Transformationsparameter sowie Fehler die nach der Trans formation entstehen w rden werden am Bildschirm ausgegeben und k nnen analysiert werden Zuordnungen bei denen gro e Fehler auftreten k nnen von der Transformation ausgeschlossen werden Bewegen sich die Fehler im Toleranzbereich typische Werte lie gen im mm Bereich so wird die Transformation durchgef hrt Wegen der Nichteinhaltung des Mindestabstands beim Einscannen des Bades von Futuro konnten Bad Punktwolken nicht registriert werden das Bad wurde jedoch mit dem Meter stab eingemessen Die brige Registrierung der Futuro Punktwolken bereitete keine Prob leme auch wenn einige identische Punkte wie z B ein paar Tie Points in den von der He beb hne gemachten Sca
268. erzeugt werden konnte w hrend es in der gleichen Bearbeitungszeit mit dem LFM Server und AutoCAD m glich war ein 3D Modell zu generieren Abb 8 192 T Kersten H Sternberg und E Stiemer Abb 8 Konstruktion der Seitenwand des Festsaales 2D Plan mit Real Works Survey oben und 3D Modell mit LFM Server und AutoCAD unten erstellt 5 Vergleich der beiden Laserscanning Systeme Die Bearbeitungszeiten der beiden Projekte Kaisersaal und Gro er Festsaal sind in Tabelle 4 nach den wesentlichen Arbeitsschritten unterteilt f r den Mensi GS100 und IMAGER 5003 aufgef hrt Es zeigte sich in diesem Projekt dass der Zeitaufwand f r die Datenaufnahme im Verh lt nis zur Datenauswertung um den Faktor 30 weit auseinander klafft W hrend das Scannen im Rathaus und die anschlie ende Datenvorbereitung Registrierung Georeferenzierung etc automatisiert ablaufen ist f r die Erstellung von 2D Schnitten von Grundrissen und von 3D Modellen sehr viel manuelle Arbeit erforderlich Aufgrund der h heren Punktdich te und der hohen Anzahl Scannerstandpunkte geringe Verdeckungen konnte mit den Da ten des IMAGER 5003 eine schnellere Auswertung durchgef hrt werden Daher ist die Projektbearbeitungszeit mit dem IMAGER um 15 zwei Arbeitstage effizienter als mit dem GS100 s Tab 4 Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus 193 Tabelle 4 Bearbeitungszeit je Arbeitsschritt mit den Systemen Mensi GS100 und IMAGER 5003 Arbeits
269. eschreiben und damit eine quantitative Beschreibung des Orangenhaut effektes liefern 2 Grundlagen 2 1 Prinzip und Modell der Streifenreflexion Bei der Anwendung der Streifenreflexionstechnik wird ein auf der Oberfl che eines Mess objekts gespiegeltes sinusf rmiges Streifenmuster betrachtet Die Verzerrungen des Strei fenmusters werden messtechnisch mithilfe der Absolutphasenmessung BURKE 2002 aus gewertet sodass sich der Ausgangsort der beobachteten Streifen mit hoher Aufl sung bestimmen l sst Durch die bekannte Geometrie der Anordnung von Monitor und Kamera zum Objekt kann f r jeden Kamerapixel der Reflexionswinkel a bzw die Oberfl chennor male am Objekt bestimmt werden Abb 1 Der Abstand d definiert dabei die Empfindlich keit des Systems Durch die hohe Sensitivit t der Streifenreflexionstechnik ist es m glich die nderung der Oberfl chenwinkel im Bereich von u Grad zu messen und somit eine lokale H heninformation im nm Bereich zu erhalten BOTHE 2004 Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut 65 Koordinatenfl che absolute Phasenmessung spiegelndes Objekt Monitor exakte Position s verkipptes Element mit Streifenmuster S 2a a Kamera S tan 2a m 2a a gt Abb 1 Idealisiertes Geometriemodell mit Sichtstrahlverlauf f r einen Kamerapixel 2 2 Ergebnisdaten und Auswertung Die Beschreibung der gewonnenen Messdaten kann wie folg
270. ess objekte woraus sich vielf ltige Auswertem glichkeiten ergeben In den hier vorgestellten Projekten Wasserturm Sternschanze Hamburg s Kap 3 und U Bahntunnel G nsemarkt Hamburg s Kap 4 werden aus den Laserscanningdaten Geometrien und diskrete Punkte mit dem Ziel abgeleitet bestehende Bauwerksplanungen bzw Konstruktionspl ne zu ber pr fen Beide Projekte wurden in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurb ro Spanheimer Bornemann Ingenieure Hamburg bearbeitet Bauwerksuntersuchungen durch terrestrisches Laserscanning mit dem Mensi GS100 309 2 Das terrestrische Laserscanning System Mensi GS100 F r die Bauwerksuntersuchungen wurde das Trimble 3D Laserscanning System GS100 eingesetzt das von Mensi S A in Frankreich hergestellt wird Es besteht aus Messinstru ment mit Zubeh r und entsprechender Erfassungs und Auswertesoftware Die Strecken messung erfolgt nach dem Impulslaufzeitverfahren mit einem gr nen Laser mit 532 nm Wellenl nge Die Genauigkeit der Einzelstrecke betr gt 6 mm Die optimale Messentfer nung des GS100 wird mit 2 100 m angegeben Durch die bestm gliche Winkelaufl sung von 0 0018 l sst sich in 100 m Entfernung eine Gitterweite von 3 x 3 mm realisieren Der Panorama View Scanner 360 horizontal 60 vertikal kann bis zu 5000 Punkte in der Sekunde messen wobei ein Laserpunkt in 50 m Entfernung 3 mm gro abgebildet wird Weitere technische Angaben und Abbildungen vom System sind in H NNIGER amp KERST
271. essung von 0 3 mm Weiterhin wurden ein r umliches Passpunktfeld 10 x 10 x 2 m 15 Passpunkte und eine ebene Kalibrierplatte mit dem System gemessen Tabelle 2 Ergebnisse der durchgef hrten Versuche __ max Abweichung mm mittl Abweichung mm Die Versuche zeigten hinsichtlich der Rotation des Lokators in Verbindung mit der Mes sung der Ebene keine signifikanten Unterschiede zwischen paralleler und senkrechter Auf nahme Bei der Untersuchung des Messrauschens fiel allerdings auf dass die Neupunkt koordinaten bei paralleler Messung zur Aufnahmerichtung des CamBar in der entsprechen den Koordinatenrichtung st rker rauschten Dies liegt vermutlich an der nur auf ganze Mil limeter bestimmten Streckenmessung des Distometers die mit einer Schwankung von 1 mm behaftet ist Als Fazit der Untersuchungen kann festgehalten werden dass die relativ gro en Aufnah meentfernungen des erarbeiteten Anwendungsbeispiels zu Fehlern in den ermittelten 3D Koordinaten quer zur Messrichtung des Distometers f hren Die angestrebte Messgenauig keit von 5 mm im 3D Punkt kann mit der derzeitigen Version nicht erreicht werden Den noch zeigen die Untersuchungen dass das System mit 8 mm mittlerer Abweichung der 3D Koordinaten im Rahmen der Genauigkeitsabsch tzung liegt 5 Ausblick Die Weiterentwicklung des Messsystems wird zuk nftig in mehreren Teilbereichen erfol gen Zum einen sollen verschiedenartige Sensoren mit dem Navigator eingesetzt
272. et BENNING amp SCHWERMANN 1997 blicherweise wird Photogrammetrie zur Deformations und Rissanalyse bei textilbewehrten Betonbauteilen 41 f r die Markierung der Bauteile ein Raster aus kreisrunden Messmarken eingesetzt Abb lc Beispiele dieser Messungen finden sich in LANGE BENNING amp SCHWERMANN 2004 F r die folgenden Ausf hrungen jedoch wird die Bauteiloberfl che mit einem Zufallsmus ter Specklemuster markiert Abb 1d Zu 2 Pr m 4 ag aT L OF 7 Bi Leos edn R r x i por LS z Y te on Eig CN ET a ek eg 7 h A a ul en Sa ie a a Ahr a ie a i eo E a tn l b rm Abb 1 a Versuchsaufbau b Kalibrierk rper c Punktraster Punktdurchmesser 2 5 mm Abstand gt 1 mm d Specklemuster 3 Deformations und Rissanalyse 3 1 Verhalten von Betonbauteilen unter Belastung Im Massivbau Betonbau werden Bauteilversuche zur Erfassung von Betonparametern durchgef hrt Abbildung la zeigt beispielsweise einen Drei Punkt Biegeversuch dessen Schubfeld photogrammetrisch aufgenommen wird Ziel ist die Messung der Entwicklung von Deformationen Rissbildern und Riss ffnungen w hrend der Belastung Gemessene Verschiebungen bei Bauteilversuchen setzen sich aus einer globalen Verschie bung des Bauteils relativ zu den Messkameras und aus der Deformation des K rpers wie z B der Durchbiegung eines Tr gers zusammen Letztere teilt sich wiederum in Beton dehnungen und Risse auf
273. eweils drei bis sechs Zielmarken mit der Software LFM Modeller 3 64 und einer Genauigkeit von 8 mm direkt georeferenziert Bei vier Standpunkten war dies aufgrund zu wenig sichtbarer Targets nicht m glich siehe durchgekreuzte Kreise in Abb 3 Abbildung 4 zeigt die registrierten und georeferenzierten Punktwolken vom Gro Ben Festsaal und Kaisersaal wobei die GS100 Daten durch die Bilder der Videokamera farbkodiert die Daten des IMAGER 5003 jedoch nur in Graut nen dargestellt sind Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus 189 Tabelle 3 Scanstatistik f r die Aufnahme im Hamburger Rathaus mit Mensi GS100 und IMAGER 5003 Scanstatistik Mensi GS100 IMAGER 5003 Zielmarken 9 29 Scanner Standpunkte 5 22 Scans 8 22 Punkte in Mio 24 5 1076 Datenvolumen MB 500 5400 Punktabstand in 25 m cm Scan 1 9 1 i Scan Zeit Station min 50 7 Scan Zeit insgesamt min 190 154 Abb 4 Georeferenzierte Punktwolken beider S le Mensi GS100 links IMAGER 5003 rechts 4 Auswertung der Punktwolken Die Generierung von 2D Schnitten und einfachen 3D Modellen stand 1m Vordergrund der Auswertung der Punktwolken Dazu konnte f r den GS100 weiterhin die Software Real Works Survey 4 1 genutzt werden Diese erm glicht das manuelle und automatische Erzeu gen von Schnittebenen die Einrechnung von Polylinien in die Punktwolke der Schnitte und de
274. extur Abb 4 Alle Arbeit am Notebook Abb 5 Messstrahlsteuerung Umfahrung Abbildung 5 zeigt ein Beispiel f r den Fortgang der Arbeit mit Parallelebenen Ein einziger Klick ins Bild die Totalstation bewegt den Messstrahl an die entsprechende Objektposi tion Messung Koordinatenbestimmung und Bestimmung der neuen Parallelebene Anklicken der Fl chenumgrenzung im Bild Als Resultat liegen die Geometrie der Ecken sowie die Textur f r die Visualisierung vor 2 2 Ungeahnte M glichkeiten Die Phototachymetrie weist einen hohen Grad an Redundanz auf bedingt durch die Kom bination tachymetrischer und photogrammetrischer Informationen und durch die R ck kopplung im Regelkreis Messung Berechnung Steuerung Messung Diese Redundanz ist die Quelle f r eine Vielzahl von Kombinationen im praktischen Einsatz einiges erst angedacht und nur rudiment r erprobt Sie wird genutzt e zur Aufdeckung von Fehlern e zur Optimierung des Messprozesses und e zur spannungsfreien gegenseitigen Anpassung von Bild und Geometrie Abbildung 6 zeigt die unterschiedlichen Wege zur Koordinatenbestimmung Ein Grund prinzip besteht darin die Regelfl che also Ebene Zylinder usw tachymetrisch zu bestim men den jeweiligen Punkt auf dieser Regelfl che hingegen aus dem Bild zu entnehmen also den Bildstrahl mit dem Objekt zu schneiden Auch kann man Regelfl chen miteinan der verschneiden Schnitt von zwei Ebenen zur Kanten
275. eye Objektiv bietet einen ffnungswinkel von 180 bezogen auf die k rzere Seite des Sensorformats und erlaubt hemisph rische Abbildungen Im nicht photogrammetrischen Bereich werden Fisheye Objektive h ufig f r berwachungsaufnahmen oder in der Effekt fotografie eingesetzt In der Photogrammetrie bieten sie sich vor allem f r Innenraumauf nahmen an Die den hier gezeigten Arbeiten zugrunde liegende Anwendung hat die quantitative Beur teilung der Beleuchtungsbedingungen f r Jungpflanzen im Waldbau zum Ziel WAGNER 1998 SCHWALBE et al 2004 Aus einer hemisph rischen Aufnahme mit vertikaler Auf Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration 123 nahmeachse zum Waldboden sollen strahlungsrelevante Bereiche des Kronendaches seg mentiert werden In Kombination mit dem aus Erdrotationsparametern berechenbaren Ta ges und Jahresgang der Sonne kann daraus eine quantitative Angabe f r die direkte Sonneneinstrahlung auf den Auf nahmepunkt abgeleitet werden Die geometrisch korrekte Auswertung der hemisph rischen Aufnahmen des Kronendaches bedingen die geometrische Modellierung und Kalibrierung des bei der Aufnahme verwendeten Fisheye Objektivs dessen Abbildungsmodell sich grunds tzlich von der n der Photogram metrie gebr uchlichen Zentralperspektive unterscheidet Statt der zentralperspekti ven Abbildung finden wir hier das Grundmodell der qui angularen Abbil dung welches ggf durch Zusatzparame ter zu erweite
276. f gesetzt Abb 3 Voxel Raum der Beobachtungsfl che Zerfallsphase 20 x 20 x 33 m Die Kantenl nge der Voxel betr gt 10 cm Dargestellt sind die Voxel mit Pre gt 0 und nps gt 10 In den Schnitten auf der rechten Seite sind die offenen Voxel Wei die mit Objekten gef llten Voxel Schwarz und die unbeobachteten Voxel Rot dargestellt Der untere Schnitt befindet sich 2 6 m ber dem Gel nde Der obere Schnitt befindet sich 31 1 m ber dem Gel nde Farbabbildung siehe bei liegende CD Bei der Transformation der Scandaten in den Voxel Raum erhalten die beobachteten Voxel Werte fiir die Reflexionswahrscheinlichkeiten zwischen 0 und 1 Ein Voxel mit der Refle xionswahrscheinlichkeit gleich 0 wird nur von Lasermessungen durchschossen und weist keinen Treffer auf Diese Voxel werden als offen klassifiziert Diese Klassifikation ist feh lerhaft f r kleine Objekte die nicht im Scan erkannt werden und Objekte die durch davor liegende Hindernisse verdeckt sind Die Voxel mit einer Reflexionswahrscheinlichkeit gr er 0 werden als geschlossen klassifiziert Diese Voxel beinhalten mindestens einen Reflexionspunkt Die Reflexionswahrscheinlichkeit ist gleich 1 wenn es nur noch Treffer und keine Durchschiisse gibt Die Verwendung weiterer Parameter kann die Klassifizierung in offen und geschlossen verbessern Der unbeobachtete Raum besitzt als Reflexionswahrscheinlichkeit den Wert 1 Dort ist nicht bekannt ob diese Bereiche o
277. fekte die durch eine kamerainterne Vorverarbeitung der Bilder auftreten und zu Farbs umen f hren die auch nach dem Resampling noch in den Bildern enthalten sind Abb 5 Originalzielmarke links und entzeichnete Zielmarke rechts mit den jeweiligen Grauwertprofilen der einzelnen Farbkan le Farbabbildung siehe beiliegende CD 5 Ausblick Die Arbeiten zur Modellierung und Kalibrierung von Fisheye Aufnahmen zeigen das Ge nauigkeitspotenzial derartiger Optiken und erlauben den Einsatz von Fisheye Objektiven in photogrammetrischen Messsystemen Eine Basis dazu ist gegeben durch einen kombinier ten R ckw rts und Vorw rtsschnitt oder vorzugsweise eine selbst kalibrierende qui angulare B ndelblockausgleichung auf Basis des gezeigten Modells Inwieweit die Effekte der chromatischen Aberration eine bildkanalvariante Behandlung der Verzeichnungsparameter bedingen h ngt von der jeweiligen Anwendung ab Bei der Nut zung des Farbinhalts von Bildern wird dies n der Regel der Fall sein Zur Stabilit t der Differenzen der Verzeichnungsparameter zwischen den Farbkan len sollten weitere Unter suchungen durchgef hrt werden Wenn sich dabei die erwartete hohe Stabilit t der Diffe renzen abzeichnet kann die bildvariante Behandlung der Parameter in der Kalibrierung auch durch eine objektivspezifische Vorkorrektur ersetzt werden Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration 129 Durch die Verwendung eines Fisheye Objektivs auf
278. ferenz k rpern RK mit bekannter Geometrie und bekannten geometrischen Beziehungen Die RK stellen Etalone dar gegen ber denen die geometrischen Charakteristiken der aus Punkt wolken des TLS gebildeten Modelle verglichen werden wie z B Abweichungen der ge messenen Punkte von einer Ebene oder der zylindrischen Oberfl che Dimensionen Ma stab gegenseitige Winkel zwischen Ebenen und Achsensymmetrie der Zylinder Ziel der Testmessungen ist die Geometrie von den Modellen der RK in Abh ngigkeit von der Ent fernung zwischen Referenzk rper und des TLS zu untersuchen Ebenso soll diese in Ab h ngigkeit von der ver nderlichen r umlichen Lage der RK gegen ber der TLS Position bestimmen werden Mit dem Scannen der RK in verschiedenen Positionen des Gesichtsfel des wird die homogene Einstellung der Parameter des TLS im ganzen Messbereich beo bachtet Die r umliche Lage der modellierten Punkte von den Referenzk rpern wurde mit einer unabh ngigen gen gend genauen geod tischen Methode berpr ft Vorw rtsein schneiden mit TPS Das Ergebnis der Untersuchung sind die Abweichungen von nomina len geometrischen Parametern die die Informationen ber Qualit t des mit der Laserscan ning Technologie gebildeten Modells bieten 1 Einf hrung Bis zu diesem Zeitpunkt hat sich kein Verfahren bzw Versuchsanordnung zur berpr fung eines TLS etabliert um den Benutzern objektive Informationen ber die jeweilige Genau igkeit anzubieten di
279. ffen sind oder Objekte beinhalten In Abbildung 3 Beo bachtungsfl che Zerfallsphase ist in H he des Scanners lediglich das Schaftinnere der B ume unbeobachtet In ca 30 m ber dem Scanner existieren nur geringe unbeobachtete Bereiche in der Baumkrone Dagegen sind in Abbildung 4 Beobachtungsfl che Wald rand gro e Bereiche hinter der dichten Bl tterwand unbeobachtet Es ist zu erkennen dass der Anteil unbeobachteter Raum nicht nur vom Aufbau des Scanners abh ngt sondern auch ma geblich von der Dichte der Wald und Belaubungsstruktur 286 T Aschoff M W Holderied und H Spiecker Abb 4 Voxel Raum der Beobachtungsfl che Waldrand Links Dreidimensionale Abbildung mit Waldrand links Weg und B schen rechts 14 x 45 x 15 m ber dem Weg h ngt ein gro er Eichenast Flugbahnen von Flederm usen sind ber dem Weg in unterschiedlichen Farben eingeblendet Mitte Horizontal schnitt durch den Voxel Raum 2 4 m ber dem Gel nde Rechts Horizontal schnitt durch den Voxel Raum 9 0 m ber dem Gel nde In beiden Schnitten sind die offenen Voxel Wei die mit Objekten gef llten Voxel Schwarz und die unbeobachteten Voxel Rot dargestellt Farbabbildung siehe beiliegende CD Auf der Wegoberfl che ist eine Musterbildung der Reflexionswahrscheinlichkeit zu beo bachten Abb 5 links Diese resultiert aus der Lage des Voxel Arrays in Bezug zur Lage der Wegebene und der Richtung der Lasermessung Die Auspr gung d
280. fi 5 Setzt man diese rotierten Punkte in die Kreisgleichung ein so erh lt man AX h ay 7 f rin H bA ay js Er f 4 i g i re l 6 208 C Beder und W F rstner oder mit der Substitution wie in 2 f r vier Punkte das homogene Gleichungssystem bX al 27 A bX aY 22 1 0 bX aY Z 2 bXy aY 223 1 3 U bAs 4 ay os ha Ya Iia i 10 bX4 a y 21 2 bX4 a y 22 I u 7 Diese Matrix ist also singular genau dann wenn alle vier Punkte in der Projektion kozirku l r sind Also erh lt man die gesuchte Rotation indem man die gemeinsamen Nullstellen der Determinante und der Bedingung 4 berechnet Diese Determinante ist ein bivariates Polynom 3 Grades welches sich sehr einfach wie von BEDER amp F RSTNER 2006 be schrieben l sen l sst Ist die Rotation schlie lich bekannt erh lt man die restlichen Parame ter wie in Kapitel 2 1 beschrieben 2 3 Allgemeine Zylinder Der Zylinder ist ein Spezialfall einer allgemeinen quadratischen Form welche sich mithilfe von homogenen Koordinaten X und einer homogenen symmetrischen Matrix C schreiben l sst als XICH 0 8 Wieder gilt dass eine Ebene existieren muss sodass die Projektionen aller Punkte auf diese Ebene kozirk l r sind W re diese Ebene wie in Kapitel 2 1 die XY Ebene so m sste wie der die Kreisgleichung 1 erf llt sein was sich in der obigen Repr sentation ausdr cken lasst als
281. funktionalen Zusammenh nge 23 berechnet werden 4 3 Anwendungsbeispiel Zur Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizitat der Zielachse des Laser scanners Zoller Fr hlich Imager 5003 werden sechs Zielpunkte in zwei Lagen gescannt die durch Holzkugeln mit einem Durchmesser von 15 cm signalisiert wurden s Abb 4 Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse 181 Abb 4 Messaufbau Als Messwerte liegen die kartesischen Koordinaten 1m Scannerkoordinatensystem der er fassten Teile der Kugeloberfl chen vor aus denen die Koordinaten der Kugelmittelpunkte mithilfe einer Ausgleichung berechnet werden Aus diesen Koordinaten k nnen die Dreh kreisrichtungen a die Kippwinkel 5 und die Strecken s s in Lage 1 und 2 berechnet werden Die in Tabelle 1 aufgef hrten Kippwinkel und die Strecken s erh lt man aus Mittelbildung der Messungen n Lage 1 und 2 die Fehlereinfl sse erh lt man aus Ce i f 25 Tabelle 1 Eingangswerte f r die Ausgleichung lt gon f gon s m 6 64 0993 0 0207 1 7081 Mit den Werten in Tabelle 1 kann die Berechnung von Ziel und Kippachsenfehler und der Exzentrizit t der Zielachse gem Kapitel 4 1 oder 4 2 erfolgen In diesem Beispiel erfolgt die Berechnung mit dem Ansatz aus Kapitel 4 2 als Gewichtsmatrix f r die Beobachtungen wird P E verwendet Der Zielachsenfehler ergibt sich zu c 37 80 mgon
282. g der RK von dem TLS den verschiedenen Teilen des Gesichtsfeldes Die Auswertung der Ergebnisse der einzelnen Messtypen aufgrund der Gr e der Ab weichungen von den nominalen geometrischen Charakteristiken und ihres Verlaufes Die Bearbeitung der Versuchsanordnung MODELLIERTE PUNKTE besteht aus diesen Leistungen e Die Berechnung der Koordinaten der Passpunkte und der Ecken der RQ aus dem r um lichen Vorw rtseinschneiden ber Winkel im lokalen Koordinatensystem LKS defi niert durch die Tachymeter e Die Rechnung der Transformationsparameter zwischen dem LKS des TLS und dem LKS des Tachymeters mittels der Passpunkte mit der Erw gung des Einflusses der Ge nauigkeiten der beiden Koordinatensystemen e Helmerttransformation der modellierten Punkte die durch die Durchdringung der mo dellierten Fl chen entstanden aus dem Scannerkoordinatensystem in das LKS des Ta chymeters e Der Vergleich der r umlichen Lage der modellierten Punkte die mit TLS und TPS bestimmt wurden e Die Genauigkeitsanalyse e Die Auswertung der Ergebnisse die Gewinnung der Informationen ber die m glichen nderungen der r umlichen Lager der modellierten Punkte 7 Auswertung der berpr fung von TLS Aus dem Vergleich der nominalen geometrischen Eigenschaften und aus gemessenen Wer ten des Modells wurden ihre Differenzen oder Abweichungen berechnet und dargestellt Aufgrund der Abweichungen gewinnen wir Erkenntnisse ber die Qualit t des mit der La
283. g eingesetzte 3D Stadtmodelle m ssen h heren Anspr chen gen gen Sie werden in Kombination mit CAD Planungsmodellen als Informations und Entschei dungsgrundlage in politischen Gremien ebenso wie f r B rgerbeteiligungen genutzt Die realistische 3D Darstellung des Ensembles von Planung und Bestand erh ht die Entschei dungssicherheit in den Gremien ebenso wie die Akzeptanz beim B rger Wichtige Analy sen sind Vergleich von Anforderungen an 3D Stadt und Geb udemodelle 273 e Analyse von Sichtlinien e Analyse der Proportionen e Analyse des optischen Eindrucks Daraus und aus den bekannten Anforderungen f r hoheitliche Aufgaben lassen sich die folgenden Kriterien f r die Daten ableiten e Konformit t mit der ALK e Mindestens LOD2 Dachmodell KOLBE et al e Texturen empfehlenswert e Baumbestand z B aus empfehlenswert e Aktualit t Aus der Forderung einer m glichst realistischen Visualisierung ergibt sich die Empfehlung auch Vegetation und Stra enm blierung in die Darstellung einzubeziehen Das wesent lichste Element sind dabei aller Erfahrung nach B ume Eine Darstellung des Baumbe stands kann aus Baumkataster Luftbildern oder Laserscandaten mit Informationen ber Typ H he und Kronendurchmesser abgeleitet werden Abb 1 3D Planungsmodell Neugestaltung Marktplatz der Kreisstadt Neustrelitz Integ ration von Planung und Bestand GTA Geoinformatik GmbH 1 3 Stadtmarketing Der Einsatz von 3D Stadtmodel
284. g gegen ber den RQ situiert Die Passpunkte stellten plane Reflexziele von der Firma Leica Geosystems vor Die geod tischen Messungen wurden mit einem TCA 1101 der mit der Standardabweichung f r einen gemessenen Winkel von 5 und der Stan dardabweichung zur Distanzmessung auf einen Reflektor mit 2 mm 2 ppm angegeben ist realisiert Die Methode des r umlichen Vorw rtseinschneidens ber Winkel wurde zur Festlegung der r umlichen Lage der vier Passpunkte und der Eckpunkte der Quader ausge n tzt 6 Bearbeitung der gemessenen Daten Aus den Versuchsanordnungen POSITONEN ENTFERNUNGEN HOMOGENIT T gewannen wir die Punktwolke der RK Das Bearbeitungsverfahren kann in diesen sechs Schritten verteilt werden l Die Bildung der RK Modelle Die Methodik der Modellbildung stimmt mit der Bil dung der nominalen Modelle aus photogrammetrisch bestimmten Punkten berein damit es m glich ist die geometrischen Parameter der RK zu vergleichen 2 Die Messung der geometrischen Charakteristiken der RK Modelle im Modellraum des Programmes Cyclone 5 3 3 Die Archivierung und die Ordnung der gemessenen geometrischen Parameter Der Vergleich der nominalen und gemessenen geometrischen Parameter die Ausrech nung ihrer Differenzen 170 M Zame nikova und T Weber 5 Die grafische Darstellung der untersuchten Abh ngigkeit d h der Abweichungen von den nominalen Parametern und der ver nderlichen r umlichen Lage der ver nderli chen Entfernun
285. g mit guter M glichkeit zur Fortf hrung zu gew hrleisten e Konformit t mit der ALK e Verkn pfung mit der ALK z B ber Geb udeschl ssel damit nderungen in allen Datens tzen verfolgt werden k nnen Vergleich von Anforderungen an 3D Stadt und Geb udemodelle 275 e Objektbildung ein Geb ude besitzt eine eineindeutige ID und wird durch ein Objekt aus mehreren Elementen wie z B Fl chen beschrieben Um mit Gl Systemen Visualisierungs Systemen und nicht zuletzt mit CAD Systemen Daten austauschen zu k nnen sind weitere Kriterien unerl sslich e Semantische Korrektheit z B Auspr gung von Dach und Wandfl chen e Fl chenorientierung Au enfl chen m ssen eine ausw rts gerichtete Fl chennormale besitzen g120040817_11_34_17 ipg XY 1 4 91 x ObjektD I F300 a576 Ebene i g Farbe u ndern Liniernart 0 Volumenelement m Lintenstarke lo Fl l Funktionseinstellungen bernehmen E m 1092751959796 u Abbrechen Abb 3 Semantisch korrekte Modellierung Screenshot tridicon ARCHITECTURE bzw tridicon 3D GTA Geoinformatik GmbH Objektbildung mit Wand und Dachfl chen korrekte Fl chennormalen Die Datengrundlage zur Modellierung von 3D Stadtmodellen Luftbilder Laserscan Digi talfotos sollte folgenden nahe liegenden Kriterien gen gen e Aktualit t e Gutes Kosten Nutzen Verh ltnis Die effektivste Art der Generierung von detaillierten 3D Stadtmodellen ist nach w
286. g und der Daten Darstellung um eine Dimension erweitert werden Da wir jedoch blicherweise nur dreidimensional denken muss das Ergebnis der CT vor der Darstellung wieder auf drei Dimensionen begrenzt werden Es kann danach ein virtuelles oder mit dem 3D Drucker ein reales Modell erstellt werden 1 Definition der Begriffe 1 1 Reale 3D Modelle R umliche Modelle die man in die Hand nehmen kann In diesem Artikel werden darunter auch virtuelle 3D Modelle verstanden die man auf dem Bildschirm ansehen drehen ver schieben und durch die man auf dem Bildschirm navigieren kann 1 2 4D Punktwolken Punkte die nicht auf einer Oberfl che liegen sondern einen Teilraum v llig berdecken und neben den xyz Koordinaten eine weitere Variable enthalten die die Zugeh rigkeit des Punktes zu bestimmten K rpern beschreibt Diese Art von Punktwolken entsteht bei Unter suchungen mit Computertomographen 2 Ein kleine bersicht 2 1 Photogrammetrie Bei der Photogrammetrie werden Objekte aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen Die Koordinaten einzelner Punkte bevorzugt Konstruktionspunkte von einfachen geomet rischen Elementen Eckpunkte von Quadern Recht und Dreiecken Endpunkten von Gera den werden auf mindestens zwei Fotos markiert und dann die Koordinaten berechnet 8 2 2 Scanner mit Punkt oder Musterprojektion Mit Linien Punkten oder Mustern werden die Oberfl chen markiert Die dritte Raumkoor dinate der Markierungen wird
287. ge 2006 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 112 121 Schneider D amp H G Maas 2004 Development and application of an extended geomet rical model for high resolution panoramic cameras International archives of Photo grammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences Vol XXXV Part B Schwalbe E Maas H G Wagner S amp M Roscher 2004 Akquisition und Auswertung digitaler Hemisph renbilder f r wald kologische Untersuchungen In Publikationen der Deutschen Gesellschaft f r Photogrammetrie Fernerkundung und Geoinformation Band 13 113 120 Schwalbe E 2005 Geometric Modelling and Calibration of Fisheye Lens Camera Sys tems Proceedings 2 Panoramic Photogrammetry Workshop Reulke amp Knauer Eds International Archives of Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences Vol XXXVI Part 5 W8 Schwalbe E amp D Schneider 2005 Design and testing of mathematical models for a full spherical camera on the basis of a rotating linear array sensor and a fisheye lens Opti cal 3D Measurement Techniques VII Gr n A amp H Kahmen Eds Vol I 245 254 Wagner S 1998 Calibration of grey values of hemispherical photographs for image analysis Agricultural and Forest Meteorology Jg 90 Nr 1 2 103 117 Hochaufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme am Beispiel Streifenprojektion Michael SCHULTE Thorsten BOTHE Wansong LI Achim GESIERICH Christoph VON K
288. gelegt sind aber keine durchg ngige Unterscheidung zwischen Lagegenauigkeit und Gestaltgenauig keit Oberfl che etc Die zugeh rigen Normen sind DIN 18201 Begriffe und Anwen dungen DIN 18202 Baustoffunabh ngige Toleranzen DIN 18203 Zul ssige Toleranzen f r Bauteile aus Beton Stahl und Holz 2 3 Begriffsbestimmung Genauigkeit vs Detaillierung Eines der h ufigsten Missverst ndnisse zwischen Vermessungsingenieuren und ihren Kun den Partnern aus anderen am Bau beteiligten Fachdisziplinen liegt in der sauberen Unter scheidung aber auch der Wechselbeziehung zwischen Genauigkeit und Detaillierung Ge nauigkeit bezeichnet die geometrische Exaktheit des Modells gegen ber der Realit t defi niert ber Toleranzen und Abweichungen Die Detaillierung bezeichnet die inhaltliche Tiefe also die semantische Pr zision des Modells also auch die Erg nzung der neutralen Daten um Struktur und Interpretation Aufgabe des Vermessungsingenieurs ist es gemeinsam mit dem Nutzer der Daten aus den nicht immer eindeutig festgelegten Grundlagen die Anforderungen an das Aufma und die tats chliche Genauigkeit und Detaillierung der Endprodukte zu formulieren da es hierf r noch keine durchg ngigen Systeme gibt Erfahrungswerte aus der Sicht des Nutzers zeigen dass die Genauigkeit des Endproduktes mindestens doppelt so hoch sein muss wie die zu 200 A Semmler lassigen Bautoleranzen im jeweiligen Gewerk damit der Nutzer der Daten
289. genden Beispiele bilden Laserscans des Z F Imager 5003 Leica HDS 4500 die Grundlage 3 Datenaufbereitung Bevor die Daten des Laserscans auf die jeweiligen Oberfl chen projiziert werden k nnen sind einige Schritte der Datenaufbereitung notwendig So m ssen Kalibrierwerte ange bracht und Fehlmessungen durch geeignete Filter beseitigt werden 3 1 Kalibrierung Abb 2 360 Scan 266 O Pr mm M Pospi und M Doghaili Der Laserstrahl des Z F Imager 5003 Leica HDS 4500 wird ber einen Spiegel der um eine vertikale und horizontale Achse rotiert in alle Raumrichtungen abgelenkt Aufgrund dieses Instrumentenaufbaus lassen sich die Instrumentenfehler analog der Fehler eines Theodoliten beschreiben NEITZEL 2006 Zur Bestimmung des Ziel und Kippachsenfeh lers sowie einer m glichen Exzentrizit t werden Zielmarken in einem 360 Scan in beiden Lagen gemessen Anschlie end werden die Daten um die ermittelten Werte korrigiert 3 2 Filterung Die Laserscans enthalten zum Teil fehlerhafte Messwerte Sie resultieren aus Messungen die wegen des Durchmessers des Laserstrahls an Kanten sowohl ein vorderes als auch ein hinteres Objekt treffen Wegen der so verf lschten Streckenmessungen liegen solche Punk te als Fehlmessung im Raum Hinzu kommen fehlerhafte Messungen aufgrund von Refle xionen an Spiegeln Lacken oder Glas Weitere Fehlmessungen entstehen wenn der Laser strahl von keinem Objekt reflektiert wird Messungen in den Himmel D
290. gesuchten Kante auf dem Rand der Bohrung andere Kanten liegen die f r die Bestimmung des Bohrungsmittelpunktes nicht herangezogen werden d rfen vgl Abb 2 rechts oben Die Bestimmung des Bohrungsmittelpunktes im Raum unterscheidet sich vom Standpunkt der Photogrammetrie aus betrachtet nicht grunds tzlich von der Bestimmung des Mittel punktes einer Marke Der Mittelpunkt einer Ellipse im Bild wird vorw rts eingeschnitten und man erh lt die gesuchte 3D Koordinate des signalisierten Punktes Vom Standpunkt der Bildverarbeitung besteht das Problem darin aus den detektierten Kanten diejenigen zu selektieren die auf dem gesuchten Rand der Bohrung liegen Wenn es gelingt diese Kanten auszuw hlen kann der Mittelpunkt genau wie bei einer Messmarke mit einer Ellipsenaus gleichung bestimmt werden Die Bestimmung des Bohrungsmittelpunktes besteht demnach im Wesentlichen aus zwei Schritten der Detektion des Randes mit einem Kantendetektor und der Berechnung des Markenmittelpunktes Die Kantendetektion kann dabei entweder in ID strahlenf rmig vom vermuteten Mittelpunkt der Marke aus durchgef hrt werden oder mit einem 2D Kantendetektor Die 2D Kantenbestimmung ist seit einigen Jahren gut verstanden und kann mit einer Genauigkeit im Bereich des Zehntels eines Pixels durchgef hrt werden wenn der im Linearen Ma stabsraum LINDEBERG 1994 durch die Tiefpassfilterung mit einem Gau Kernel auftretende Versatz der Kante geeignet korrigiert wird ST
291. gkeit der Betonmatrix berschritten entsteht ein Riss in welchem die Zugbelastung vollst ndig durch die Bewehrung aufgenommen wird Durch die Kenntnis der Risse lassen sich daher R ckschl sse auf das Bauteilverhalten ziehen und eine Bemessung durchf hren Die Photogrammetrie kombiniert mit einer Deformations analyse erm glicht eine fl chenhafte Risserkennung auf der Oberfl che des Bauteils und erlaubt Detailuntersuchungen wie z B Rissbreitenbestimmung Im Folgenden wird zun chst die verwendete photogrammetrische Messtechnik vorgestellt die im Sonderforschungsbereich 532 Textilbewehrter Beton an der RWTH Aachen SFB 532 entwickelt wurde Danach wird das Zuordnungsverfahren Kleinste Quadrate Anpassung Least Square Matching 1m Folgenden LSM bei der Verwendung im Rissbe reich untersucht und seine Anwendbarkeit bei der Risserkennung diskutiert 2 Photogrammetrisches Messsystem Mit Photogrammetrie bezeichnet man das Verfahren aus Fotoaufnahmen ein Objekt zu rekonstruieren Das von den Autoren vorgestellte photogrammetrische Messsystem besteht aus drei hochaufl senden digitalen Kameras Kodak DCS Pro 14n Diese bilden aus un terschiedlichen Richtungen die Oberfl che eines Betonversuchsk rpers bei steigender Be lastung ab Abb la Vorab werden die Kameras mittels eines Kalibrierk rpers Abb 1b in einer B ndelausgleichung orientiert Als Auswertesoftware wird PHIDIAS auf der CAD Oberfl che MicroStation verwend
292. gleich der beiden Systeme behandelt Streifenlicht und Laserscanner eine sinnvolle Erg nzung 305 u e a LEE RUFT EN ER Abb 5 Sandsteinportal Orthophoto und Punktwolke Gesamtansicht und Ausschnitt Abb 6 Sandsteinportal Auswertung mit PHIDIAS 5 2 Streifenlichtscanner An der Stuckdecke des Innenraums sollten die M glichkeiten des Streifenlichtscanners untersucht werden Mit der uns zur Verf gung stehenden Ger tekonfiguration konnten nur relativ kleine Abschnitte in einem Scan erfasst werden Zur Verminderung der Abschattung erfolgten insgesamt elf Scans an dem Deckenabschnitt was mit diesem System sehr schnell 306 J M Broser erfolgen kann da ein Scan nur wenige Sekunden dauert Das Zusammenf gen der einzel nen Scans erfolgte halbautomatisch durch Vergleich gemeinsamer Abschnitte Mit der Auswertesoftware rapidformXO wurde vor der weiteren Betrachtung eine Dreiecksverma schung durchgef hrt die dann im DXF Format von der CAD Software bernommen wer den konnte Abb 7 Ausschnitt der Stuckdecke Orthophoto und Isometrie der Dreiecksvermaschung 5 3 Vergleich der Systeme An dieser Stuckdecke zeigten sich deutlich die Unterschiede zwischen den beiden Syste men Der Laserscanner hat seine St rken im eher weiten bis mittleren Entfernungsbereich was die Architekturvermessung betrifft der Bereich welcher auch in der Denkmalpflege den berwiegenden Teil des Anwendungsspektrums abdeckt Der Streifenlich
293. gr te bei Faktor 1 8 f r die Canon Erstaunlicherweise zeigt sich hier dass auch f r die bereits hochgenauen Ergebnisse mit der Nikon D2X eine entsprechende Genauigkeitssteigerung von 1 158 000 auf 1 280 000 erzielt werden kann Tabelle 3 bersicht Systemgenauigkeit RMSx RMSy RMS RMSyyz Relative Genauigkeit Fuji S2 Pro Graustufen 0 0117 0 0118 0 0179 0 0244 1 62 000 20mm 0 0071 0 0072 0 0110 0 0149 1 100 000 Fuji S2 Pro Graustufen 0 0186 0 0185 0 0324 0 0417 1 36 000 14mm Kombiniert 0 0099 0 0097 0 0191 0 0237 1 64 000 CanonD1 Graustufen 0 0136 0 0136 0 0183 0 0265 1 57 000 35mm 0 0069 0 0072 0 0104 0 0144 1 105 000 Nikon D2X 0 0046 0 0049 0 0067 0 0095 1 158 000 24mm 0 0025 0 0024 0 0040 0 0053 1 285 000 Sigma SD10 0 0155 0 0153 0 0193 0 0291 1 50 000 24mm 0 0092 0 0096 0 0123 0 0181 1 83 000 Die Ergebnisse best tigen den nach FRASER 1996 bekannten Zusammenhang zwischen Objektgenauigkeit syyz Bildmessgenauigkeit sxy BildmaBstab m Design Faktor gp und Anzahl der Bilder pro Standpunkt k 120 H Hastedt T Luhmann und W Tecklenburg io S q M Sap m S XYZ b x y Vk b k x y F r k 1 gilt q qp F r die getrennt eingef hrten RGB Kan le gilt k 3 sodass mit V3 1 73 der empirisch ermittelte Genauigkeitsgewinn von ca 1 8 best tigt wird F r die berechneten Beispiele ergibt sich damit ein durchschnittlicher Design Faktor
294. gt werden k nnen Aber auch w hrend der Fertigung von Einzelteilen und der Repara tur selbst w re mit dem vorgestellten Messverfahren den Instrumenten und Auswertesys temen ebenso feststellbar ob vorgegebene Toleranzen berschritten werden und ob ein Bauteil vor einer Weiterverarbeitung nachgebessert werden muss Durch eine solche Do kumentation eines Montagevorgangs k nnten Fehlertrends und Fehlerursachen leichter erkannt und fr hzeitig korrigiert werden Zu berpr fen bleibt aber ob die gestellten Ge nauigkeitsanforderungen mit dem zur Verf gung stehenden Instrumentarium und der vor gestellten Messanordnung erreicht werden k nnen und vom wirtschaftlichen Standpunkt aus vertretbar sind Konzept f r eine As Built Aufnahme von Schiffsriimpfen 245 Literatur Deumlich F amp R Staiger 2002 Instrumentenkunde der Vermessungstechnik Hermann Wichmann Verlag Heidelberg 403 406 Eyres D J 2001 Ship Construction Fifth Edition Elsevier Butterworth Heinemann Verlag Linacre House Jordan Hill Oxford OX2 8DP Holtermann J 2001 Anwendung moderner Fertigungsmethoden bei der Reparatur von Au enhautsch den Ver ffentlichte Diplomarbeit im Studiengang Schiffbau der Tech nischen Universit t Hamburg Harburg 4 20 Verband f r Schiffbau und Meerestechnik e V 1998 Schiffstechnik und Schiffbautechno logie Seehafenverlag Hamburg 78 118 Verband f r Schiffbau und Meerestechnik e V 2003 Fertigungsstandard des Deutsc
295. h von 2 2 mm ist die Abweichung von der Ebene sehr gro Die Polynome der photogram metrischen Kalibrierung sind nicht in der Lage die tieffrequenten Verzeichnungen ausrei chend zu beschreiben Die Asymmetrie im rechten unteren Viertel in der Projektorver zeichnung in Abbildung 7c bewirkt ebenfalls in der Ebenenmessung eine starke Verzeich nung Die hochfrequenten Verzeichnungen k nnen von der parametrisierten Kalibrierung gar nicht beschrieben werden und f hren zu den deutlich sichtbaren hochfrequenten Arte fakten die mit den hochfrequenten Projektorverzeichnungen Abb 7d bereinstimmen Hochaufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme 137 Verwendet man f r die Auswertung der Ebenenmessung die Sichtstrahlkalibrierung erh lt man die Ebenenabweichung wie in Abb 8b Hier ist zu sehen dass die hochfrequenten Verzeichnungen fast vollst ndig verschwunden sind Auch die durch die Asymmetrie ver ursachte tieffrequente Verzeichnung ist beschrieben allerdings ist eine neue ringf rmige Verzeichnung zu erkennen Die Ursache f r diese Verzeichnung ist noch unklar und muss weiter untersucht werden 4 Zusammenfassung und Ausblick Die Sichtstrahlkalibrierung ist eine neuartige hochaufl sende nicht parametrisierte und vollst ndig automatisierbare Kalibrierung f r verschiedenste optisch abbildende Messsys teme Wie der Vergleich der herk mmlichen und der neuen Kalibrierungen in Abb 8 ge zeigt hat ist die neue
296. h f r das terrestrische Laserscanning um diese Aufgaben zu bearbeiten Abb 1 Einm ndung Boumaweg A7 Groningen Terrestrisches Laserscanning Messung und Auswertung im Alltag 333 Ausschlaggebend f r diese Entscheidung waren die schnelle Durchf hrung der Messungen die Kompletterfassung und die Arbeitssicherheitsvorschriften Laut Auftraggeber sollten sich keine Mitarbeiter im Verkehrsraum aufhalten und der flie ende Verkehr durfte nicht durch tempor re Geschwindigkeitsbeschr nkungen Teilsperrungen oder hnliches behin dert werden 2 Messung F r die Durchf hrung der Messungen wurde sich f r einen Scanner vom Typ ILRIS 3D entschieden Der Scanner wird von Optech Inc Toronto Kanada hergestellt Die Ausr s tung f r dieses Projekt wurde von der TopScan GmbH Rheine zur Verf gung gestellt TOPSCAN 2005 Beim ILRIS 3D handelt es sich um einen Camera View Scanner mit einem Scanbereich Field of View von 40 x 40 Das Ger t ist sehr einfach und kompakt aufgebaut die ge samte erforderliche Ausr stung einschlie lich Stromversorgung und Bedienger t passt in einen Transportkoffer Die Bedienung kann kabellos mittels PDA erfolgen ein Notebook PC ist vor Ort nicht unbedingt erforderlich Diese Eigenschaften und das relativ geringe Gewicht erlauben den Transport und die Bedienung durch nur eine Person Abb 2 Terrestrischer Laserscanner ILRIS 3D Das ILRIS 3D kann sehr hohe Reichweiten auch unter ungiinst
297. h mit farbigen z B roten und gr nen Zielmarken gearbeitet siehe z B CRONK et al 2006 werden diese Punkte im Farbbild unterschiedlich stark versetzt abge bildet Der Farbquerfehler Farbvergr erungsfehler oder transversale chromatische Aberration f hrt dazu dass ein Objekt mit unterschiedlichem Abbildungsma stab in Abh ngigkeit vom Bildradius abgebildet wird F r monochromatisches Licht entspricht der Effekt der rad al symmetrischen Verzeichnung f r polychromatisches Licht f hrt der Farbquerfehler zu einer radial wirkenden Farbverschiebung Der Effekt kann in digitalen Farbbildern leicht gezeigt werden Abb 4a zeigt die mangeln de Abbildungsqualit t wei er Zielmarken in einem Farbbild Deutlich sind Farbfehler an den Kanten der Marken erkennbar wie sie auch bei jeder anderen Objektkante entspre chend auftreten werden Abb 4b zeigt den gr nen Kanal mit einer hinreichenden Bildquali t t wie sie f r eine photogrammetrische Punktmessung in der Regel ausreicht Das Diffe renzenbild in Abb 4c macht die Farbverschiebung zwischen gr nem und rotem Kanal deutlich a RBG Originalbild b gr ner Kanal c Differenzenbild Rot Gr n Abb 4 Farbverschiebung an einer schwarz wei en Kante Farbabbildung siehe beilie gende CD Die dargestellte Farbverschiebung wirkt sich in farbkanalabh ngigen Funktionen der radial symmetrischen Verzeichnung aus Der Effekt wird beispielhaft in Abb 5 visualisiert Bei Kenntnis der
298. h st ndig wechselndes Zusammenspiel zwischen photographischer Aufnahme und tachymetrischer Messung unter Einbeziehung von Automationsschritten erlaubt die Metho de die gleichzeitige Erfassung von Geometrie und texturiertem Bild Orthophoto wahl weise aber auch die alleinige Erfassung der Geometrie 48 M Scherer Einerseits hat man die Interaktion zwischen Beobachter Objekt und Instrumentarium und andererseits Steuerungsmechanismen die auf den M glichkeiten des intelligenten Scan nens beruhen SCHERER 2004 Berechnung einer Punktposition am Objekt Ger testeue rung zum berechneten Punkt Messung der Ist Position Berechnung Im Folgenden wird die Funktionsweise an einem einfachen Beispiel exemplarisch erl utert Das Objekt wird mit der Digitalkamera photographiert kein Bildverband mit gro er berdeckung sondern jede Oberfl che mindestens einmal gut getroffen Die Bilder werden ins Notebook bertragen Voraussetzung zur Interaktion zwischen Bild und Totalstation ist die Bestimmung der u eren Orientierung also die Verkn pfung ber drei oder mehr Bild punkte Die tachymetrische Koordinatenbestimmung und die Zuordnung zu Bildpunkten erfolgen Zug um Zug sodass die zeitversetzte Identifizierung bzw Referenzierung entf llt Abb 2 Dargestellt ist die Ger testeuerung zum ersten Punkt der Ebene Abb 2 Parametrische Orientierung Abb 3 Autom Messstrahlsteuerung Nun folgen die f r die Phototachymetrie t
299. h von D46 und D501 mit einer Kornform zwischen 0 5 und 1 Ausgehend von dem zu entwickelnden Messverfahren war zu untersuchen bis zu welchen Oberfl chenkr m mungen Hauptradius Profilradienspr nge konvexe konkave Form die Werkzeugoberfl chen messtechnisch erfassbar sind und wie sich verschiedene Einflussgr en Korngr en streuung Reflexionsverm gen K rnungstyp Kornverteilung Art der Bindung auf das Mess bzw Pr fergebnis auswirken Zu Beginn der Entwicklungsarbeiten stand die Aufgabe ein geeignetes Messprinzip aus zuw hlen mit dem ber hrungslos und mit einer vertretbaren Mess und Auswertezeit die beiden Pr fmerkmale mit einer Messgenauigkeit von 2 um erfasst werden k nnen F r die Auswahl wurden zwei optisch arbeitende Verfahren in die n heren Betrachtungen ein bezogen Das waren einerseits die Wei lichtinterferometrie und andererseits das konfokale Messprinzip deren wesentlichen Verfahrenspunkte nachfolgend kurz erl utert werden 2 1 Wei lichtinterferometrie WLI Bei der WLI nutzt man die geringe Koh renzl nge von wenigen Mikrometern einer ge w hnlichen Wei lichtquelle z B Halogenlampe Im Gegensatz zu einem klassischen Interferometer welches total oder partiell koh rentes Licht z B Laserlicht verwendet und bei dem aufgrund der Periodizit t der Lichtwellen nur innerhalb einer halben Wellenl nge eine eindeutige Zuordnung erfolgen kann interferieren die Wellenz ge bei einem WLI im Bere
300. he neuronale Netze oder genetische Algorithmen Zusammengefasst wurden solche Techniken unter den Begriff des Soft Computing Im Gegensatz dazu entstanden Techniken welche mit starr vorgegebenen Regeln arbeiten z B wissensbasierte Systeme diese werden unter dem Begriff des Hard Computing zusammengefasst Der Einsatz von Techniken aus dem Bereich der KI bei bildgebenden Sensorsystemen 149 Durch die Notwendigkeit vorangetrieben die schier unendliche Flut von Daten im Internet zu erschlie en entstanden in den letzten Jahren Techniken die auf sog semantischen Net zen aufbauen z B Agenten In Zukunft wird k nstliche Intelligenz weniger in einzelnen Programmen stecken als viel mehr in ihrem Verbund Als Beispiel seien hier sog Smart Devices angef hrt Sie stellen winzige Prozessoren und Sensoren dar die in diversen Endger ten fest integriert sind und untereinander telematisch kommunizieren VERBMOBIL 2006 Dieser Artikel soll einen allgemeinen berblick ber die Techniken der KI und spezielle Anwendungen in der Bildverarbeitung geben Es ist hier jedoch nicht m glich eine voll st ndige Abhandlung darzulegen Schwerpunkt soll auf die f r die Bildverarbeitung und Messtechnik wichtigsten Methoden gelegt werden F r einen umfangreichen berblick sei auf die Literatur verwiesen z B G RZ et al 2000 2 Techniken der KI Heute k nnen eine Unzahl von unterschiedlichen Techniken aus dem Bereich der KI in der Bild
301. hen Schiffbaus Hamburg Laserscanning und Photogrammetrie die Vielfalt der Auswertem sglichkeiten Ralf BECKER Zusammenfassung Die Nachfrage nach digitalen Daten in Planungs und Dokumentationssystemen ist un gebrochen Die Objekte der realen Welt m ssen hierzu erfasst und in die Modelle der digi talen Systeme berf hrt werden Zur Erfassung von Massendaten steht heute neben der klassischen Photogrammetrie das terrestrische Laserscanning zur Verf gung Methoden zur gleichzeitigen und kombinierten Verwendung beider erfasster Datentypen sowie Anwen dungen werden vorgestellt 1 Einleitung Fr her wie heute werden zu Planungs und Dokumentationszwecken die Daten der realen Welt in Modellen ben tigt Sie wurden zuvor in analoger Form meist zweidimensional z B auf Papier als Zeichentr ger abgebildet Dreidimensionale Modellierungen mit analogen Modellen kamen eher selten vor Mit der Einf hrung leistungsf higer dreidimensional arbeitender CAD Systeme hat auch die Modellierung in drei Dimensionen auf der Grund lage von Messdaten bestehender Objekte der realen Welt in das Vermessungswesen Einzug gehalten Die Modelle der CAD Systeme basieren auf m glichst einfachen geometrischen Primitiven wie Ebenen und Zylindern Diese gilt es aus der zur Verf gung stehenden Messdatenmenge zu extrahieren 2 Aufnahmesystem Zur Generierung der Messdaten hat das Vermessungswesen unterschiedliche Messmetho den vom Handaufma ber die Ta
302. hen 3D Auswertung wurden 58 ausgew hlte digitale Bilder in einem Bildverband durch Bildpunktmessungen mit dem Programm PHIDIAS der Firma PHO CAD Aachen verkn pft und orientiert Abbildung 3 rechts zeigt exemplarisch in einer rotierten Darstellung gemessene Bildpunkte und die Messung eines Passpunktes Insgesamt wurden im Durchschnitt 12 Bildpunkte pro Bild und jeder Objektpunkt in sechs Bildern gemessen wodurch eine gute Verkn pfung des Bildverbandes und eine zuverl ssige Punktbestimmung gew hrleistet waren Die Bildorientierungen wurden simultan mit der Kamerakalibrierung in einer anwendergesteuerten B ndelblockausgleichung bestimmt Die Steuerung durch den Anwender erfolgte haupts chlich wegen der komplexen Aufnahme konfiguration der Innen und Au enaufnahmen die keinen automatischen Auswerteprozess zulie Durch die Kalibrierung der Kamera wurden u a systematische Fehler durch die hohe Objektivverzeichnung in der weiteren Auswertung kompensiert Alle Bildpunkte konnten mit einer Bildmessgenauigkeit von sx 4 8 um und sy 4 9 um gemessen werden was einer Genauigkeit von besser als einem Pixel entspricht Die Standardabweichungen f r die Objektpunktkoordinaten lagen bei 2 mm f r signalisierte Punkte und besser als 1 cm f r nat rliche Punkte Diese Ergebnisse best tigen das hohe Genauigkeitspotenzial der 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles 259 digitalen SLR Kameras f r Anwendungen in der Architektu
303. hen Stra enverkehr definiert und mit differentiellem GPS durch das Institut f r Geod sie und Photogrammetrie der Technischen Universit t Braunschweig vermessen NIEMEIER amp THOMSEN 2003 Die Vermessung der Referenzstrecke beinhaltet die Auf nahme aller Verkehrsleiteinrichtungen Leitlinien Mittellinien Haltebalken Sperrfl chen nach Art und Lage und die Einmessung aller Verkehrszeichen nach Position und Ausrich tung zur Fahrbahn 1 1 2 Analysefahrten Um das Fahrerverhalten oder genauer die Systemantwort des Systems Fahrer Fahrzeug Umwelt zu ermitteln werden auf der Referenzstrecke Probandenfahrversuche im ffentli chen Stra enverkehr durchgef hrt Hierzu wird sich der Hilfe eines mit verschiedenen Sensoren best ckten Fahrzeuges bedient Ziel ist es neben den Reaktionen des Ego Fahrzeuges auf den Fahrerwunsch auch die ver nderliche Fahrumgebung zu erfassen sowie durch Videoaufzeichnungen einen optischen Eindruck der aufgenommenen Fahrszenen zu vermitteln Die Versuche werden mit dem ViewCar des DLR Braunschweig durchgef hrt Eine weitergehende Beschreibung des ViewCar gibt SUIKAT et al 2003 Dieses Fahrzeug verf gt ber einen mobilen Laserscanner sechs optische Kameras ein Facelab System ein Physiolog ein Ortungssystem f r die Bestimmung des GPS Signals des Ego Fahrzeugs sowie einer Spurfindung Alle w hrend der Fahrt aufgenommenen Daten werden mit einem gleichen gemeinsamen Zeitsignal versehen und auf einen Datentr
304. hen oder K rper auch in der digitalen Zeichnung eine Einheit bilden m s sen bleibt ein Qualit tsmerkmal des einzelnen Dienstleisters das allerdings insbesondere 202 A Semmler bei der Ubertragung in drei Dimensionen erheblich mehr Sorgfalt bei der Erstellung erfor dert als ein Produkt das lediglich im zweidimensionalen Ausdruck korrekt erscheint Die se mit der nun auch in der Baubranche zunehmenden Digitalisierung der Prozessketten erforderlich gewordene tiber das Vorhandene hinausgehende Standardisierung steht dem nach noch aus Die neuartigen Ergebnisse die der Laserscanner relativ einfach erzeugen kann wie 3D Vektordaten Orthobilder oder 3D Punktwolken sind nicht ausreichend standardisiert Als Folge kommen die spezifischen Produkte des 3D Laserscannings in Ausschreibungen ent weder gar nicht erst vor oder die Ergebnisse sind nicht vergleichbar da von v llig unter schiedlichen Anforderungen ausgegangen wird Die Vorteile des Laserscanners liegen somit h ufig brach da aus den Datens tzen konventionelle Ergebnisse 2D Pl ne erzeugt werden 4 Fazit Entwicklung anwendungsspezifischer Standards Im Ergebnis ist die Erweiterung bzw Definition von anwendungsspezifischen Qualit ts Standards f r die Produkte der Vermessungsingenieure in Bereichen jenseits der messtech nischen Genauigkeit erforderlich Hierbei muss auch eine Harmonisierung bestehender Standards erfolgen Die Definition k nnte auf der Terminologie u
305. hrt Die Genauigkeit im offline Mode betr gt 0 01 mm m und st tzt sich auf redundante Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven die das Messobjekt dreidimensional beschrei ben F r alle Messwerte erfolgt eine B ndelausgleichung in der V STARS Software Das 20 I Jahn online System erlaubt Genauigkeiten von 0 1 mm bei extrem flexiblen Einsatz Auf nahmen k nnen sogar von beweglichen Plattformen erfolgen ohne dass die Genauigkeit der Messung beeintr chtigt wird GDV 2006 GSI 2006 4 E jnsatzbeispiele aus der Praxis 4 1 Geometrische berpr fung von Ariane 5 Tankb den Um Satelliten im Orbit zu platzieren sind Tr gersysteme wie die europ ische Ariane 5 Rakete erforderlich Schon in der Fertigung dieser teuren und nur einmal verwendbaren Antriebssysteme werden h chste Anforderungen an die Qualit tssicherung gestellt Einige Aufgaben wie die Form und Lagepr fung an Ariane 5 Tankb den den so genannten Bulk Heads Abb 2 lassen sich mit industrieller Photogrammetrie in der Produktion l sen Abb 2 Ar ane 5 Tankb den Bulk Heads MT AEROSPACE 2006 An den Ariane 5 Tankb den sind vor allem die Aspekte Rundheit Ebenheit und Kon zentrizit t zu pr fen sowie das Tankvolumen zu bestimmen Dazu ist es erforderlich die einzelnen Bulk Heads sowohl von innen als auch von au en zu vermessen Die geometri sche Grundform ist im Wesentlichen eine Halbkugel mit einem Durchmesser von 5 4 m In
306. htzeitig zur 500 Jahr Feier im Jahr 2006 zur Verf gung 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles 263 Literatur Becker R amp R Schwermann 2005 Bestandserfassung durch kombinierte Auswertung von Laserscanner und Bilddaten In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laser scanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 134 141 Benning W Becker R amp C Effkemann 2004 Extraktion von Ecken Kanten und Profi len aus Laserscannerdaten gest tzt durch photogrammetrische Aufnahmen In Luh mann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Bei tr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 213 220 Biebermann M amp M Schneider 2005 3D Erfassung und Modellierung des Duderst d ter Westerturmensembles durch Kombination von digitaler Architekturphotogrammetrie und terrestrischem Laserscanning Unver ffentlichte Diplomarbeit HafenCity Univer s t t Hamburg Juni Effkemann C 2003 Extraktion von Ecken Kanten und Profilen aus Laserscannerdaten gest tzt durch photogrammetrische Aufnahmen In Luhmann T Hrsg Photogram metrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2003 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 203 208 H nniger C amp T Kersten 2005 Topographische Aufnahme der s chsischen Ringwallan lage Willenscha
307. i datei datei Abb 2 Partitionierung und Tablespace Layout Fahrerleistungsdatenbank Alle Tabellen der Testfahrten insb die Sensortabellen wurden partitioniert jede Testfahrt wurde in einer eigenen Partition gespeichert Die jeweiligen Partitionen aller Tabellen die zu einer Testfahrt geh ren werden gemeinsam in einem Tablespace gespeichert Es werden also die Testfahrten mit allen zugeh rigen Daten wie z B der Situationsklassifikation in eigenen Tablespaces abgelegt Jeder Tablespace zu einer Analysefahrt liegt in einer eigenen Datendatei Zus tzlich existiert ein eigener Tablespace f r globale Indizes Aus diesen Analysefahrt Tablespaces gibt es nur eine einzige Verkn pfung zu anderen Tabellen zur Referenzstrecke Hiermit wird gespeichert auf welcher Referenzstrecke die Fahrt durchgef hrt wurde Durch die gew hlte Partitionierung mit dem Tablespacelayout gewinnt man einige Vorteile e Bessere Performance Insbesondere bei Abfragen die sich nur auf eine Testfahrt be ziehen muss nur noch die zugeh rige Testfahrt durchsucht werden 146 F Ehrich und A Tenzer e Einfachere Verwaltung jede Testfahrt kann separat verwaltet werden es k nnen ein zelne Testfahrten einzeln gesichert und gel scht werden Durch das spezielle Layout sind die Tablespaces auch transportierbar transportable d h die Datendateien k nnen einzeln beispielsweise zum Sichern mit allen zugeh rigen Informationen ko piert werden
308. ich eines begrenzten Phasenversatzes Bei der entsprechenden optischen Anordnung hat das Interferenzsignal dann den gr ten Amplitudenumfang wenn die optischen Weg l ngen von Referenz und Objektwelle innerhalb einer Wellenl nge liegen 98 H W Lahmann und M St ckmann Das Prinzip eines Interferometers ist in Abbildung 2 ist dargestellt Die von einer Licht quelle ausgehende Strahlung wird an einem Strahlteiler in zwei zueinander senkrechte Strahlen aufgeteilt Der eine Strahl trifft auf einen festen und der andere Strahl auf einen verschiebbaren Spiegel Beide Strahlen werden zur ckreflektiert und nach Durchgang bzw Reflexion an dem halbdurchl ssigen Spiegel Strahlteiler zusammengef hrt Aufgrund der unterschiedlich zur ckgelegten Wegl ngen der Strahlen kommt es zu Interferenzen die auf dem Schirm abgebildet werden fester Spiegel Stranlteiler Lichtquelle Verschlebbarer Spiegel Abb 2 Prinzipdarstellung eines Interferometers Michelson Quelle GFE Bedingt durch die geringe Koh renzl nge wenige um des wei en Lichtes entsteht bei der WLI ein so genanntes Korrelogramm welches in Abbildung 3 dargestellt ist Wenn die zur ckgelegten Wege der beiden Strahlen gleich sind so entsteht die maximale Amplitude Intensit t Man erh lt die Z Position H heninformation ber die Ermittlung des Maxi mums der Amplitude in Abh ngigkeit der Scanposition Intensit t Scanposition z Abb
309. ich erfasst Zur Kontrolle wurde der obere Turmabschnitt zus tzlich von zwei Stationen in einer H he von ca 47 m aufgenommen Die einzelnen Stationen wurden mithilfe von elf Passpunkten acht Kugeln und drei Targets die auf drei Ebenen im Turminnenraum verteilt waren verkn pft Diese Punkte wurden vorab tachymetrisch mit einem Leica TCRP1201 im Baustellenkoor dinatensystem bestimmt Nach Geo Referenzierung der Punktwolken in dieses Koordina tensystem lagen die Restfehler an den Passpunkten bei 4 mm 310 K Mechelke H Sternberg und T Kersten Abb 1 Wasserturm Sternschanze Hamburg Au enansicht links Innenansicht Mitte Scanner GS100 im Spezialstativ auf der Turmgrundebene rechts Die Auswertung der Punktwolken erfolgte mit den Programmen RealWorks Survey 4 2 und 3Dipsos 3 0 der Firma Mensi SA Im ersten Bearbeitungsabschnitt wurde im Programm 3Dipsos die Turmachse aus Planungsdaten konstruiert Nach Bereinigung der Punktwolke des Turminnenraums wurde mit einer Best Fit Methode ein Zylinder so in den Turm einge passt dass keine Kollisionen auftraten Die lotrechte Hauptachse des Zylinders wurde dann mit der Planungsachse verglichen Die Differenz zwischen beiden Achsen lag bei 25 mm Abb 2 Gesamte Punktwolke Wasserturm links und Teilpunktwolke Geschossebenen in gelben Linien des Wasserturms mit eingepasster Sollgeometrie grauer Zy linder Farbabbildung siehe beiliegende CD Bauwerksuntersuchungen durch terrestri
310. ichbarkeit mit anderen Verfahren entsteht Die Punktwolken stellen f r sich ein v llig neuartiges Produkt n der Qualit tsstandards in der Architekturvermessung 203 Architekturvermessung dar dessen Potenzial noch kaum erkannt wird Punktwolken lassen sich jedoch zuk nftig hnlich wie bereits f r die Automobilindustrie vorgeschlagen NIE MEIER 2005 auch unmittelbar zur Darstellung und Analyse von Geb udegeometrien ver wenden die berf hrung in Voxel Modelle ist m glich vgl ASCHOFF 2006 Hybride Vektor V oxel Modelle k nnen hier ganz neue Ausgabe und Verarbeitungsschritte erm glichen die nur mit 3D Scannern zu realisieren sind Um das Potenzial dieser neuen Vermessungstechnologie auszusch pfen m ssen in diesem Bereich Anforderungen an die m glichen Ergebnisse formuliert werden statt Punktwolken in berkommene 2D Standards zu pressen Bis dahin bleiben sie jedoch die einzige vorhandene Referenz S e bilden daher derzeit die g ltige Grundlage f r die t gliche Arbeit Aufgabe der Forschung und Entwicklung ist die Fortschreibung der Qualit tsma st be in Richtung auf die neuen und kommenden Techno logien Literatur Aschoff T Holderied M W amp H Spiecker 2006 Terrestrische Laserscanner zur Un tersuchung von W ldern als Jagdlebensr ume f r Flederm use In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2006 Herbert Wichmann Ve
311. icht wahrgenommen werden weil bis auf die drei uns bekannten Raumdimensionen alle anderen Dimensionen zusammengerollt und kleiner als die postulierte Quantelung der L nge Planckl nge 10 cm sind Geod ten hatten sich schon immer mit drei Dimensionen des Raums zu besch ftigen pflegen doch technische Objekte und die Figur der Erde im Allgemeinen dreidimensional zu sein Wie man vielen Bildern von M C ESCHER entnehmen kann wird f r den Geo d ten und nicht nur f r hn die Frage des Erdschwerefeldes eine zus tzliche wichtige Rolle spielen H MORITZ hat dies einmal trefflich formuliert Die Allgemeine Relativit ts theorie Einsteins ist nichts als eine ziemlich triviale Ubungsaufgabe in der n dimensionalen Geometrie f r den einfachen Fall n 4 Dass der Riemannsche Kriimmungstensor in diesem bungsbeispiel das Erdschwerefeld ist das verhindert dass wir durch die Erdrotation in den Weltraum geschleudert werden hat freilich erst Einstein erkannt und dass der einfache Fall n 4 Raum und Zeit bedeutet ist nicht ganz so trivial doch Ingenieure besitzen gewisse Grunds tze die ihnen bei der L sung ihrer praktischen Probleme hilfreich sind So sind sie der Auffassung dass sich echte Handlungsspielr ume erst in der Verbindung von N tzlichem mit Grunds tzlichem ergeben also in der Anwendung der Gesetze der Naturwissenschaften auf technische Fragestellungen Dabei haben sie die Neigung komplexe Fragestellungen durch
312. ichtlich Abb 3 a Specklebild Suchbild b Verschiebungsfeld grobes Raster c Verschie bung in x Richtung normierte Graustufen Photogrammetrie zur Deformations und Rissanalyse bei textilbewehrten Betonbauteilen 43 3 4 LSM im Bereich von Rissen Aus der Betrachtung des letzten Kapitels entsteht die Fragestellung nach dem Einfluss eines diskreten Sprungs Riss im Suchbild auf das LSM Verfahren Wie reagiert die Optimie rung affiner Parameter bei der Anwendung auf einen nicht affinen Bereich Der Einflussbereich des Risses auf das ermittelte Verschiebungsfeld ist von der Gr e des gew hlten Ausschnitts im Musterbild und von seiner Transformation im Suchbild abh n gig Die Form des Risses selber ist skaleninvariant MANDELBROT 1991 und daher in kei ner Ausschnittsgr e funktional darstellbar In der folgenden theoretischen Betrachtung wird der Riss vereinfacht als senkrecht ange nommen Er teilt das Bauteil in zwei Bereiche mit unterschiedlichen aber jeweils konstan ten und waagerechten Verschiebungen 8 und B2 Das lokale Startfenster des LSM l uft parallel zu den Verschiebungen ber den Riss und wird dort in die Fl chen A und A bzw den zugeh rigen Pixelanzahlen n und n aufgeteilt Abb 4 Verschiebung B Verschiebung B X Riss Abb 4 Vereinfachte Darstellung des LSM bei der Messung ber einem Riss Wird der Riss vom Startausschnitt nicht ber hrt ermittelt das LSM die Verschiebung l
313. ie DNA Desoxyribonucleid Acid s mtliche Informationen die den Ph notyp das Indivi duum charakterisieren angefangen von seiner morphologischen Gestalt bis hin zu seinem Verhalten Das Lebensalter wird nur indirekt durch die DNA bestimmt indem gewisse Verfahren z B die Selektion das berleben der einzelnen Individuen beeinflussen Wichtigster Punkt f r eine algorithmische Beschreibung des evolution ren Modells ist die Vermehrung mit ihrer Hilfe kann Mutation und Crossover die Variation gegen ber den Elternindividuen umgesetzt werden Vereinfacht gesagt kann also jeder Algorithmus der eine Variation durchf hrt und das Bessere berleben l sst als eine Nachbildung der Evo lution gesehen werden Dies kann aber nur als eine bergeordnete Strategie gesehen werden zu vage und zu weit gefasst ist diese Definition Ein evolution rer Algorithmus sollte ein stochastisches Optimierungsverfahren sein bei dem die Selektion und oder Variation zu f llige Einfl sse darstellen Heute gibt es im Wesentlichen zwei Entwicklungsgruppen f r evolution re Algorithmen die Evolutions Strategen und die Vertreter der genetischen Algorithmen Wir wollen im Folgenden nur auf die genetischen Algorithmen eingehen John Holland gilt als Begr nder der sog genetischen Algorithmen Er legte in seinem Buch die Grundlage f r s mtliche in den nachfolgenden Jahren entwickelten Ans tze HOLLAND 1975 Der Ablauf eines genetischen Algorithmus
314. ie Kalibrierung eingehen Da der verwendete Monitor wesentlich kleiner ist als eine Markerplatte und bei der Sichtstrahlkalibrierung eine hohe Punktdichte erforderlich ist werden sehr viele Monitorpositionen ben tigt Darum muss die Kalibrierung geeignet automatisiert werden 2 2 Kalibrierablauf zu Abb 5 a Kalibrieraufbau b Ablauf der Kalibrierung oben links Positionsbestimmung auf dem Monitor f r die Kamera oben rechts Positionsbestimmung auf dem Monitor f r den Projektor unten zwei weitere Positionen im Messbereich der 3D Kamera 134 M Schulte T Bothe W Li A Gesierich C v Kopylow und W J ptner In Abbildung 5a ist der Kalibrieraufbau f r das Streifenprojektionsmesssystem 3D Kamera BOTHE amp OSTEN 2002 BOTHE amp GESIERICH 2004 zu sehen Um das gro e Messvolumen der 3D Kamera zu f llen wird das Messsystem gedreht und der Monitor verschoben Abb 2b F r das vertikale Kippen und das horizontale Drehen wird ein motorisiertes Stativ verwendet Der Abstand zwischen 3D Kamera und Monitor wird durch eine Linearachse ver ndert So wird eine kugelschalenf rmige F llung des Messvolumens erreicht Abb 2a In Abbildung 5b ist ein Ausschnitt aus dem Kalibrierablauf zu sehen Es wird immer eine Phasenmessung f r die Kamera mit dem Monitor und anschlie end eine Phasenmessung des Projektors auf dem Monitor durchgef hrt Hierbei arbeitet die Systemkamera gleichzei tig als Hilfskamera zur Kalibrierung des Pro
315. ie Punktwolke ist kein Restprodukt mehr F r effektiveres Arbeiten w re ein Scannersystem mit integrierter Kamera von Vorteil gewesen Eine nachtr gliche Colorierung ist zwar m glich aber sehr zeitaufw ndig Auf der Basis von Dreiecksvermaschung konnte ein repr sentatives 3D Modell erstellt werden allerdings ist die Einarbeitung in die Software arbeitsintensiv Das liegt zu einen an dem Umfang des Softwarepakets als auch an Problemen in der Stabilit t von RapidForm Eine Optimierung einzelner Algor thmen bez glich Dauer und Auslastung ist unter Ber ck sichtigung der Rechnerleistung anzustreben Um eine manuelle Nachbearbeitung m glichst gering zu halten ist es von Vorteil einige Prozeduren zu automatisieren Literatur Bahndorf J amp U Schreyer 2005 Verkn pfung von LaserScans techscan GmbH Beitrag zum 65 DVW Seminar in Fulda Terrestrisches Laserscanning TLS Ein geod tisches Messverfahren mit Zukunft Schriftreihe Band 48 2005 Wi ner Verlag Augsburg Burkard F 2003 Scannen eines gro en Objekts mit Schwerpunkt auf die Nachbearbei tungsschritte Holefilling Smoothing und Simplification Bachelorarbeit Universit t Konstanz Kern F 2003 Automatisierte Modellierung von Bauwerksgeometrien aus 3D Laserscan ner Daten Geodatische Schriftenreihe der Universitat Braunschweig Heft Nr 19 Leitz C amp R El Sayed 2005 Athribis der Tempel der L weng ttin Universit t T bin gen Portrait einer Grabung in
316. ie Vorteile bei der Aufnahmeplanung ergeben sich bereits bei der Aufnahmeplanung Tab 1 F r die digitale Photogrammetrie ist zudem wichtig dass hochaufl sende Senso ren welche die gr ten Hardwarekosten erzeugen bei optimaler Ausnutzung von Sensoren mit geringerer Aufl sung ersetzt werden k nnen Da Sensoren mit geringerer Aufl sung h ufig einen gr eren Pixelabstand besitzen als die hochaufl senden Sensoren Tab 1 ergibt sich nicht nur eine Kostenersparnis sondern meist auch eine bessere Bildqualit t Da man f r photogrammetrische Anwendungen m glichst mit einer stabilen Hauptpunktla ge arbeiten m chte muss f r solche Anwendungen ein neues Objektiv angeschafft und kalibriert werden Diese Extrakosten k nnen dadurch kompensiert werden dass vorhandene Sensoren mit geringerer Aufl sung durch optimale Ausnutzung der Sensorfl che ber l n gere Zeitr ume eingesetzt werden k nnen ALPA of Switzerland bietet eine Reihe von L sungen an um digitale Photogrammetrie mit versetzter Hauptpunktlage zu betreiben Am Institut f r Geologie der Universit t Bern laufen zurzeit mehrere Projekte bei denen die Vorteile der versetzten Hauptpunktlage ausgenutzt werden 5 Danksagung ALPA of Switzerland wird f r die Bereitstellung von Kameras und Digitalr ckteilen ge dankt Literatur Albertz J amp W Kreiling 1989 Photogrammetrisches Taschenbuch 4 Auflage Herbert Wichmann Karlsruhe 292 S Krauss K 1993 Photog
317. ie f r eine Ebene anwendbar ist VOSSELMAN et al 2004 Ausgangspunkt f r die Berechnung ist die Hessesche Normalform der Ebene was bedeutet dass f r jeden Punkt eine Ebenenschar zu generieren und in einen Parameter raum einzutragen ist ber diesen Parameterraum ist es m glich eine Aussage zu treffen an welchen Stellen und mit welcher Orientierung sich Ebenen im Raum befinden Diese Ebenenparameter dienen analog dem zweidimensionalen Fall Gerade als N herung f r eine Ebenenausgleichung KERN 2003 Alle extrahierten Ebenen wurden im Anschluss miteinander verschnitten Abb 7 162 S Scheller und D Schneider Abb 7 Ebenenextraktion visualisiert durch die Schnittgeraden der detektierten Ebenen 4 Rekonstruktion der Dachstuhltopologie Mit dem vorgestellten Verfahrensablauf ist es m glich aus den Extraktionsergebnissen eine Balkentopologie auf Grundlage von geometrischen Schwerpunkten zu berechnen Mit dem Ziel eine Visualisierung der Topologie des Bautzener Doms zu erhalten wurden die Ergebnisse der Geometrieextraktion in ein CAD Programm importiert In diesem Pro gramm wurden die St be ber die einzelnen geometrischen Schwerpunkte der einzelnen extrahierten Geometrien erstellt Abb 8 Dieser Arbeitsschritt erfolgt im derzeitigen Bear beitungsstand noch interaktiv geomeirischer Schwerpunkt susghochende Gerade l X ber die 1 geometrischen in ia i Schwerpunkte f F a i 1 Abb 8 Ausschnitt des Extrakti
318. ie vor die Luftbildphotogrammetrie Ein Dienstleister oder eine Kommune sollte ein Modellierungs system verwenden dass die Nutzung vorhandener Datenbest nde erlaubt In den beraus meisten F llen sind das Luftbilder Laserscandaten eignen sich hervorragend zur Generie rung von LOD1 Modellen und zur Erstellung von Gel ndemodellen Ebenso k nnen Baumbest nde daraus extrahiert werden Nachteilig wirkt sich allerdings aus dass keine scharfen Kanten gemessen werden k nnen Bruchkanten Dachkanten und somit auch nur mittlere Geb udeh hen abzuleiten sind F r Detailmodelle ist die Photogrammetrie 276 L Fricke daher unverzichtbar Aufgrund des vergleichsweise hohen Preises von Laserscan Befliegungen selbst wenn man den h heren Aufwand in der Auswertung von Luftbildern ber cksichtigt sind diese Daten eine gute Erg nzung wenn sie bereits verf gbar sind Zwingend erforderlich zur Erstellung eines 3D Stadtmodells sind sie nicht 1 5 Anforderungen an die Datenhaltung Unabh ngig von der Art der Datenerfassung muss f r die Nutzung von 3D Stadtmodellen eine Festlegung erfolgen in welcher Weise die Daten gespeichert bzw vorgehalten werden sollen Hierbei befinden sich derzeit zwei Philosophien im Wettstreit e Die Speicherung von 3D Modellen als implizite Geometrie Geb ude werden als Grundrisse mit zus tzlichen Attributen wie Firstlinien H henwer ten verbalcodierten Dachformen usw gespeichert e Die Speicherung von 3D Mo
319. iefert also neben einem Distanzbild Rg auch ein korrespondierendes Reflektivit tsbild Rf Auf den Scanner ist eine digitale Farbkamera fest montiert s Abb 1 In dieser Anwen dung wird eine herk mmliche Fl chenkamera mit ca 8 Millionen Pixel Canon EOS 350D verwendet Die Kamera hat eine Aufl sung von 2300 x 3450 Pixel und ein 18 mm Objektiv Der Farbsensor hat eine Breite bzw H he von 22 2 x 14 8 mm 2 2 Setup Die Aufnahme des Scans bzw der Farbbilder erfolgt sequentiell Im ersten Schritt die Auf nahme des Scans im f r das Farbmapping typischerweise verwendeten Modus Das hei t f r einen vollen 360 Grad Scan haben die resultierenden Reflektivit ts bzw Distanzbilder eine Aufl sung von 10 000 Pixel horizontal x 5000 Pixel vertikal dies entspricht einem Punktabstand von 6 3 mm in 10 m horizontaler Entfernung Danach erfolgt die Aufnahme der Farbbilder Dazu f hrt der Scanner vordefinierte Azi mutwinkelpositionen an typischerweise quidistante Winkel von etwa 20 Grad abh ngig von der Objektivbrennweite bzw dem Bildfeld der Kamera und l st danach das Farbbild aus Um die resultierenden Sensordaten fusionieren zu k nnen m ssen die realen Sensoren modelliert und die Beziehung zwischen den Sensoren beschrieben werden k nnen Dazu werden im Folgenden einige Koordinatensysteme eingef hrt 2 3 Koordinaten Systeme Bezeichne das Quadrupel K a e amp e 1 ein aff nes orthogonales und rechtsh ndiges
320. ierten Profilen Anne BIENERT Zusammenfassung Die messtechnische Dokumentation von Objekten erfolgt in vielen Anwendungsbereichen wie Architektur und Denkmalpflege vorzugsweise in Form von Profilen welche u a aus Laserscannerdaten generiert worden sein k nnen Aufgrund des Messrauschens ist jeder Laserscannerpunkt mit einem zuf lligen Fehler behaftet Die Gr e des Fehlers ist abh n gig vom verwendeten Messverfahren des eingesetzten Laserscanners Um ein rauschfreies Profil zu erhalten muss es einer Gl ttung unterzogen werden In diesem Beitrag werden entwickelte Gl ttungsalgorithmen f r aus Laserscannerpunkt wolken extrahierte Profile bestehend aus Geradenst cken und Kreisbogenelementen vor gestellt Eine Optimierung des Gl ttungsprozesses wird durch die Anpassung bestimmter Steuerparameter erreicht Als Ergebnisse liegen ein gegl ttetes Profil und Informationen ber die Genauigkeit der Laserscannerdaten vor die im weiteren Verlauf vektorisiert wer den Abschlie end werden Beispiele von gegl tteten Profilen vorgestellt 1 Einleitung Durch den Einsatz eines terrestrischen Laserscanners bei der Geb udeaufnahme kann in kurzer Zeit die komplette Geometrie erfasst werden Durch Modellierung und Visualisie rung dieser Daten zu einem 3D Model ist es m glich Informationen ber das Objekt zu erhalten Allerdings k nnen beispielsweise spezielle Ma e oder Verl ufe von Geb ude mauern entlang einer bestimmten Achse nur s
321. iese Teilfl chen lassen sich mit dem Delaunay Algorithmus 10 so aus der Punktwolke konstruieren dass jeweils drei benachbarte Punkte eine Dreiecksfl che bilden Fl chen haben keine Dicke und somit auch kein Volumen 4 3 K rper aus Fl chen Werden Fl chen so zusammengesetzt dass sie nahtlos miteinander verschwei t sind und die Gesamtfl che in sich geschlossen ist sie hat keinen Rand dort befindet sich ja die n chste Teilfl che so ist ein wasserdichtes Volumen entstanden Wasserdicht bedeutet dass auch die Teilfl chen keine L cher haben durch die Wasser vom Inneren nach au en gelangen kann Der so gebildete K rper selbst kann aber sehr wohl G nge und Hohlr ume enthalten z B Schweizerk se 4 4 Punktwolken aus CT Daten Wie oben erw hnt haben CT Daten eine eigene Struktur Die Messpunkte liegen nicht auf der Oberfl che des untersuchten Teils sondern f llen das gesamte Arbeitsvolumen gleich m ig aus Verbinden der benachbarten Punkte w rde nicht zu einer Fl che sondern zu Dreiecken mit unzul ssigen Strukturen f hren die den gesamten Arbeitsraum ausf llen Da f r eine reale Darstellung aber auch hier wasserdichte K rper ben tigt werden ist ein ande res Vorgehen notwendig Dies soll anhand eines Beispiels aus der Pal ontologie entwickelt werden Reale 3D Modelle aus 4D Punktwolken 225 4 5 Vom virtuellen K rper zum realen 3D Modell K rper lassen sich in d nne Scheiben schneiden Jeder Schnit
322. igen Bedingungen erzielen Bei nur 20 Reflektivit t eines Objektes kann noch bis in 800 m Entfernung gemessen werden Dieser Vorteil wird bei diesem Projekt sofort einsichtig da der dunkle Asphalt schlechte Reflexionseigenschaften aufweist JENKINS 2004 Eine weitere wichtige Eigen schaft ist die Augensicherheit nach Laserklasse 1 in allen Betriebszust nden Deswegen konnte m laufenden Verkehr ohne Warnungen oder Einschr nkungen gemessen werden FLUCH 2005 334 M Fluch Insgesamt wurden aus sieben Scannerpositionen 41 Scans gemessen wobei ca 10 Scans Wiederholungen waren um die Abschattung der Fahrbahn und der Verkehrseinrichtungen insbesondere durch vorbeifahrende Lkw zu minimieren Die Arbeiten vor Ort dauerten sechs Stunden die durchschnittliche geometrische Aufl sung betrug 20 mm 3 Auswertung mit PolyWorks 3 1 Vorstellung PolyWorks PolyWorks ist ein Produkt der Firma InnovMetric Inc Quebec Kanada die Anfang der 1990er Jahre gegr ndet wurde und zurzeit einer der f hrenden Hersteller von industriell angewandter 3D Messtechnik Software ist INNOVMETRIC 2005 PolyWorks besteht aus den Modulen IMAlign IMInspect IMMerge IMEdit und IMCom press IMAlign bietet die M glichkeit der Zusammenf hrung benachbarter berlappender Scans auch ohne Signalisierungen durch das so genannte Fl chenmatching Hierbei werden die Geometrieeigenschaften des zu erfassenden Objekts benutzt IMInspect ist das Mess und Extraktionsm
323. iginalfigur Detail Fr srohling mit 3 mm Aufma Detail Endzustand 3D Nahbereichscanning f r die Denkmalpflege 331 es ki Abb 11 Originalfigur Fr srohling mit 3 mm Aufma Endzustand 4 Zusammenfassung Durch das 3D Scannen erh lt man eine exakte digitale Kopie des Objektes die jederzeit auch in anderen Ma st ben und Materialien reproduzierbar ist St dte und Gemeinden k nnen durch die Herstellung von Miniaturen oder Animationen die Daten f r Marketing zwecke ebenfalls nutzen Gleichzeitig sind die Objekte optimal dokumentiert und k nnen in entsprechenden Softwareprogrammen zu Forschungszwecken untersucht und verglichen werden Terrestrisches Laserscanning Messung und Auswertung im Alltag Michael FLUCH Zusammenfassung Anhand eines Stra envermessungsprojekts werden mess und auswertetechnische Aspekte des terrestrischen Laserscannings beschrieben Die Besonderheiten der Messausr stung ILRIS 3D als auch das Vorgehen in den einzelnen Auswerteschritten mit dem Programm paket PolyWorks werden geschildert 1 Einleitung Der Boumaweg in Groningen Niederlande soll den neu entstehenden Europapark mit dem Autobahnzubringer zur A7 verbinden Die abgeschlossenen Stra enbauma nahmen sollten einschlie lich aller technischen verkehrssichernden und verkehrsleitenden Einrichtungen dokumentiert werden Die beauftragte Vermessungsfirma Azimuth Geodetic Landmeet kundig Ingenieurs Bureau aus Groningen entschied sic
324. igitalkameras Consumerkameras aber auch Profikameras in der Regel nicht der Fall nderungen der Parameter ergeben sich zum einen durch die normale Nut zung der Kameratechnik Fokussierung Zoom Wechselobjektive etc zum anderen durch mechanische und temperaturabh ngige Instabilit ten Zu beachten ist allerdings auch das Verh ltnis der Genauigkeit mit der die Kameraparameter bekannt sind oder sein sollen zur erforderlichen nutzerdefinierten Genauigkeit der Objektrekonstruktion Die relative Genau igkeit photogrammetrischer Auswertungen kann z B zwischen 1 100 und 1 200 000 lie gen Dies bedeutet auch unterschiedliche Anspr che an die Kamerageometrie und ihre Stabilit t Wird eine relativ geringe Genauigkeit des erzeugten virtuellen 3D Modells er wartet so brauchen nderungen der Kameraparameter unter Umst nden gar nicht ber ck sichtigt zu werden d h es kann mit einmal kalibrierten Werten gearbeitet werden Vorab kalibrierung F r die hochgenaue Objektrekonstruktion m ssen dagegen aktuelle Daten vorhanden sein bis hin zur Bestimmung der Kalibrierelemente f r jedes einzelne Bild blich ist in jedem Fall die Ermittlung der Kameraparameter simultan mit der Objektaus wertung z B im Rahmen einer Bildtriangulation durch B ndelausgleichung Simultanka librierung Selbstkalibrierung siehe z B LUHMANN 2003 Die Qualit t der Ergebnisse h ngt von einer Reihe von Faktoren ab v a auch von der gew hlten Aufnahmeanordnung
325. igkeit von der u eren Orientierung m glich sie ist aber in der Praxis h ufig nicht einsetzbar 3 2 Chromatische Aberration Die chromatische Aberration entsteht durch den in den einzelnen Wellenl ngen unter schiedlichen Strahlengang durch ein Objektiv Der Farbl ngsfehler longitudinale chroma tische Aberration f hrt dazu dass jede Wellenl nge einen eigenen Brennpunkt besitzt Ein abgebildeter wei er Objektpunkt wird im Bild in unterschiedlichen Bildweiten abgebildet sodass keine optimale Fokussierung m glich ist siehe Abb 3 Je nach Qualit t eines Ob jektives kann dieser Effekt durch unterschiedliche Linsentypen und Beschichtungen redu ziert werden Wird die Abbildungsebene auf eine mittlere Wellenl nge z B gr n gelegt so entstehen im blauen und im roten Bereich Abbildungsfehler die im Mittel auf ein Mini mum reduziert werden bersichten in PEDROTTI et al 2002 SCHR DER 1990 Abb 3 Farbl ngsfehler In der Praxis f hrt chromatische Abberation zu einer schlechteren Sch rfeleistung So ge nannte Achromate sind Objektive deren Aufbau so gestaltet ist dass die chromatische Abberation unter eine sichtbare Gr enordnung f llt Werden die in der Nahbereichspho 116 H Hastedt T Luhmann und W Tecklenburg togrammetrie blichen wei en Zielmarken verwendet f hrt der Farbl ngsfehler theoretisch nicht zu einer Verschiebung des Zielmarkenzentrums da wei es Licht alle Wellenl ngen enth lt Wird jedoc
326. ilung wird am besten von einer Kammer abgebildet die auch eine asymmetrische Aufteilung der Bildseiten besitzt beziehungsweise den Hauptpunkt nicht im Bildzentrum hat Deshalb weisen terrestrische Messkammern meist einen Versatz der Hauptpunktlage auf Ein Beispiel f r eine solche Aufnahmeserie wird in Abbildung 3 gezeigt Die horizontale Sichtlinie des Beobachters zeigt deutlich die asymmetrische Ver teilung der Bildseiten Abb 2 F r die Aufnahmen musste die Kamera leicht gekippt wer den um den Aufschluss formatf llend abzubilden Mit versetzter Hauptpunktlage musste die Kamera in diesem Fall jedoch weit weniger geneigt werden als eine Kamera mit Haupt punkt in der Bildmitte Je st rker die Bildebene zur Objektebene des Aufschlusses bei der Aufnahme gekippt werden muss desto st rker ndert sich der Ma stab mit zunehmender Objekth he Wenn die Bildebene parallel zur Objektebene ausgerichtet werden soll dann erlaubt die Kamera mit versetzter Hauptpunktlage eine k rzere Aufnahmedistanz und be s tzt damit bei gleicher Brennweite einen gr eren Ma stab beziehungsweise mehr De tailreichtum Abb 2 u 3 Verschieben der Hauptpunktlage f r eine optimale Stereoabdeckung 37 Hauptpunktlage der Kamera war um 8 mm nach oben versetzt Das Arbeiten mit einer versetzten Hauptpunktlage bietet sich besonders f r terrestrische Aufnahmen an Ohne starkes Verkippen der Kamera k nnen auch hohe Objekte ohne per spektivische Verzerrung e
327. in das Bindungsmaterial z B Nickel und liegt zumeist im Bereich zwischen 30 und 60 der verwendeten mittleren Korngr e Da diese Schleifwerkzeuge aber nicht abgerichtet werden k nnen ist die Einhaltung der f r die Bearbeitungsaufgabe notwendigen Merkmale der Oberfl chentopographie von ganz entscheidender Bedeutung Die Aufgabe der Galva nikbindung besteht einerseits darin die hochwertigen Diamant bzw CBN K rner bis zum Erreichen des Verschlei grenzbereiches festzuhalten und andererseits einen Spanraum f r die Spanabfuhr zu bilden Bei der galvanischen Bindung wird die K rnung mittels Elektro lyse z B auf eine elektrisch leitende Scheibe durch Ni oder Cr Niederschlag eingebettet Dieser Fertigungsprozess tr gt in sich statistischen Charakter der sich entsprechend auch auf die zu pr fenden Qualit tsmerkmale auswirkt Zur m glichst umfassenden Charakteri sierung der Schleifbel ge werden verschiedene Merkmale genutzt Zu den wichtigsten Gr en geh ren neben der Bindungsh rte die Korngr e die Kornkonzentration die stati sche und kinematische Schneidenzahl sowie der kinematische Schneidenabstand Die bei den letztgenannten Gr en beziehen bereits die Dynamik des Prozesseinsatzes mit ein Die Bestimmung der einzelnen Oberfl chenmerkmale erfolgt oft noch auf manueller rein visu eller Basis unter Nutzung einfacher optischer Systeme Hierbei spielt die Erfahrung der einzelnen Pr fer eine mitentscheidende Rolle bei der
328. iner H he von ca 654 m ber dem Meeresspiegel vermessen ALS Flugzeugbefliegung gt RIEGL LMS Q560 amp Rollei db44 30 5 2005 Milan Flug GmbH y ALS Hubschrauberbefliegung RIEGL LMS Q560 ohne Foto 26 9 2005 Milan Flug GmbH TLS Scan RIEGL LMS Z4201 amp NikonD100 24 11 2005 Abb 1 Flugtage und h hen der Scan und Bildaufnahmen Hierbei wurden auch digitale 16 Megapixel Luftbilder aufgenommen Unmittelbar vor der Weihe der Frauenkirche 30 10 2005 ist am 26 September 2005 von der Milan Flug GmbH das Gebiet per Hubschrauber in 436 m H he also ca 232 m ber der Kuppelspitze Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Laserscanner und Kameradaten 357 beflogen worden Dabei wurden Laserscandaten mit einem RIEGL 2D Laser Scanner LMS Q560 RIEGL 2006 aufgenommen Am 24 November 2005 wurden von einer mobilen Plattform aus die Fassaden der Frauenkirche mit einem RJEGL 3D Laser Scanner LMS 24201 RIEGL 2006 ULLRICH et al 2002 in einer kombinierten Scan Fotoaufnahme ver messen Die verschiedenen Aufnahmetage und h hen zeigt Abbildung 1 Zu beachten ist dass das Luftbild bereits in die Abbildung eingef gt wurde Abb 2 Trajektorie des Hubschrauberfluges in Bezug zu dem daraus gewonnenen Daten satz dargestellt als h hencodierte Punktwolke Abbildung 2 zeigt die Trajektorie des Hubschrauberfluges und die Punktwolke des daraus gewonnenen Datensatzes An den bewegten Kr nen kann man ersehen dass Daten aus
329. inks bzw B rechts vom Riss Teilt der Riss das Startfenster ergibt sich das folgende Op timierungsproblem X F x g x PB F x g x B 2 F x g x B gt Min 1 Zu minimieren sind die Summen der Quadrate der Grauwertdifferenzen auf beiden Riss seiten Hierbei wird die Notation von LUHMANN 2003 verwendet bei der f x y die Funk tion der Grauwerte des Musterbilds und g x y des Suchbilds sind Die Bewegung in y Richtung wird wegen der Beschr nkung auf die Bewegung in x Richtung nicht weiter be trachtet Die L sung des Optimierungsproblems Gleichung 1 ist wegen der nicht linearen Bild funktion geschlossen nicht m glich Werden die Bildfunktionen jedoch als lineare Funkti onen f x und g x angenommen sind auch die Differenzen der Grauwerte in jedem Pixel linear und nur abh ngig von der Lage zum Riss 44 J Lange W Benning und J Peters Gleichung 1 vereinfacht sich also zu einem linearen Optimierungsproblem Z E E 2 0 8 BY L By n 8 B n pY 2 Die Parameter c und c stellen die radiometrische Skalierung der Grauwerte dar und wer den an dieser Stelle nicht weiter betrachtet Die Anzahl der Pixel 1m Messfenster ist n aufgeteilt auf die beiden Fl chen n und n auf den Rissseiten Wird das Optimierungsproblem ber die Normalengleichungen gel st entsteht folgender Term B n By B f n 3 Es l sst sich aus Gleichung 3 erkennen dass die Verschiebung direkt von der Fl
330. ipl Ing Ralf Becker Erkelenz VermessungBecker aol com BECKER Wolfgang imp GmbH Arnsberg wolfgang becker imp gmbh de BEDER Christian Institut f r Photogrammetrie Universit t Bonn beder ipb uni bonn de BENNING Wilhelm Geod tisches Institut der Rheinisch Westfalisch Technischen Hochschule Aachen benning gia rwth aachen de BIEBERMANN Manuel GIFTGE Consult GmbH Hildesheim manuel biebermann giftgeconsult de BIENERT Anne Institut fiir Photogrammetrie und Fernerkundung TU Dresden anne bienert mailbox tu dresden de BOBEY Klaus Fakult t Naturwissenschaften und Technik Hochschule fiir Angewandte Wissenschaft und Kunst Gottingen klaus bobey pmf fh goettingen de BOTHE Thorsten Bremer Institut f r Angewandte Strahltechnik Bremen bothe bias de BREITNER Martin Zoller Fr hlich GmbH Wangen 1 A info zf laser com BREKERBOHM Lutz Fakult t Naturwissenschaften und Technik Hochschule f r Angewandte Wissenschaft und Kunst G ttingen lutz brekerbohm pmf fh goettingen de BROSER Jost Michael Institut f r Baugeschichte und Denkmalpflege FH K ln j broser ar fh koeln de DIETRICH Romy mp GmbH Halle Saale romy dietrich imp gmbh de DOGHAILI Mustapha Lupos3D GbR Berlin doghaili lupos3d de EHM Markus Zoller Frohlich GmbH Wangen 1 A info zf laser com EHRICH Frank gemitec GbR R tgesb ttel f ehrich gemitec de FLUCH Michael TopScan GmbH Rheine fluch
331. ipp und Zielachse beim Zoller Fr hlich Imager 5003 Bei einem fehlerfreien Instrument m ssen folgende Achsbedingungen erf llt sein e Kippachse senkrecht zur Drehachse e Zielachse senkrecht zur Kippachse e Zielachse verl uft durch den Teilungsmittelpunkt des Drehkreises Steht die Kippachse nicht senkrecht zur Drehachse liegt ein Kippachsenfehler vor steht die Zielachse nicht senkrecht auf der Kippachse weist das Instrument einen Zielachsenfehler auf Verl uft die Zielachse nicht durch den Teilungsmittelpunkt M des Drehkreises liegt eine Exzentrizit t der Zielachse vor Diese Fehler lassen sich wie folgt definieren e Kippachsenfehler 1 Winkel zwischen der Kippachse des Umlenkspiegels und der Nor malen zur Drehachse gemessen in der Ebene aufgespannt durch Dreh und Kippachse e Zielachsenfehler c Winkel zwischen der Zielachse und der Normalen zur Kippachse gemessen in der Ebene aufgespannt durch Kipp und Zielachse e Exzentrizita t der Zielachse e Radius des Kreises um den Teilungsmittelpunkt M des Drehkreises den die Zielachse als Tangente bei Drehung des Oberbaus beschreibt Eine Veranschaulichung der Achsenfehler und der Exzentrizit t der Zielachse zeigt Abbil dung 3 Zielachse Zielachse Drehachse soll ist P I Kippachse ist I soll Kippachse Abb 3 Kippachsenfehler i Zielachsenfehler c Exzentrizit t der Zielachse e Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit
332. is bildet die Frontplatte An ihr sind sowohl die Kamera als auch das zur Streifenerzeugung dienende LCD befestigt Abb 2a Da bereits kleinste Ver nderungen der Geometrie zwischen Kamera und LCD gro e Auswirkungen auf die Genauigkeit des Systems haben wurde die Frontplatte sehr stabil und verwindungssteif aus einem St ck gefr st Dadurch ist die Langzeitstabilit t der Kalibrierung gegeben Die Frontplatte ist mit der Bodenbaugruppe fest verschraubt Mit der Bodenbaugruppe werden alle anderen Baugruppen verbunden sodass ein steifes Gesamtsystem entsteht Controller 7 ie A Lampen Frontplatte TA ci Controller Controller Lampen Bodenbaugruppe Netzteil Abschottung a b c Abb 2 Baugruppen a Front und Bodenbaugruppe der 3D Kamera b Beleuchtungs baugruppe c Steuerelektronik mit elektromagnetischer Abschirmung 88 A Gesierich T Bothe und W Li 2 1 2 Beleuchtungsbaugruppe In der Beleuchtungsbaugruppe Abb 2b sind sowohl die optischen als auch die elektroni schen Bauteile zur Beleuchtung des LCD zusammengefasst Optische Bauteile sind UHP Lampe Aufbereitungsoptik Homogenisierer Filter Polarisatoren und Spiegel zur Umlei tung des Lichtes Elektrische Bauteile Lampencontroller zum Starten und Regeln des Lichtbogens der UHP Lampe L fter zum K hlen der Lampe und das Lampennetzteil zur Stromversorgung der Lampe Die Beleuchtungsbaugruppe wird mit lediglich drei Ver schraubungen an der Bodenplatte montiert Abb
333. ische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 287 294 Luhmann T 2003 Nahbereichsphotogrammetrie Grundlagen Methoden und Anwen dungen 2 berarbeitete Auflage Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Mandelbrot B B 1991 Die fraktale Geometrie der Natur Birkh userverlag Basel SFB532 Sonderforschungsbereich 532 Textilbewehrter Beton an der RWTH Aachen Server des SFBs abzurufen unter http sfb532 rwth aachen de Phototachymetrie eine Methode zur Bauwerksmodellierung Michael SCHERER 1 Hintergrund Nicht nur Laserscannen und Photogrammetrie weisen erstaunliche Innovationen auf auch die Tachymetrie Hier gibt die Integration mit Elementen der Photogrammetrie auf zweier le1 Weise entscheidende Impulse einerseits durch die Integration von Kameras in die To talstation JURETZKO 2005 WALSER 2005 TOPCON 2005 andererseits durch eine soft warem ig u erst enge Einbindung externer Bilder in den Messprozess Diese Synthese erm glicht ein neues Messkonzept und rechtfertigt die Wortsch pfung Phototachymetrie 1 1 Motivation Verschiedene Gr nde f hrten dazu eine neue preiswerte Methode zur Bauwerksmodellie rung und visualisierung zu entwickeln e Der Bedarf an photorealistisch texturierten Modellen w chst Die Phototachymetrie bietet neben dem Laserscannen und der Photogrammetrie eine in sich geschlossene Methode mit anderen neuen M glichkeiten
334. ische Aufnahmen quasi ausschlie lich Kameras mit zentrierter Hauptpunk lage verwendet Bei der Aufnahmeplanung terrestrischer Objekte und im Zweibildfall kommt bei Verwen dung dieser Kameras oft die Frage auf ob der Sensor optimal ausgenutzt wird Da der Hauptkostenfaktor einer hochaufl senden Digitalkamera f r photogrammetrische Anwen dungen der Sensor ist wird dieser Frage immer mehr Bedeutung zugemessen Das ALPA Kamerasystem eignet sich f r die digitale Bildaufnahme mit hochaufl senden Digitalmagaz nen Das Genauigkeitspotenzial f r die Nahbereichsphotogrammetrie wurde bereits getestet RIEKE ZAPP et al 2005 Das Kamerasystem beinhaltet eine Reihe von Objektiven die mit fix versetzter Hauptpunktlage geliefert werden Die Vor und Nachteile solcher Objektive f r die digitale Photogrammetrie werden an einem Beispiel zur Aufnah meplanung erl utert Zus tzlich werden Projekte bei denen mit versetzter Hauptpunktlage gearbeitet wird vorgestellt 2 Verschieben der Hauptpunktlage 2 1 Zweibildfall allgemein Bei den meisten Kameras liegt die Hauptpunktlage 1m Bildzentrum In diesem Bereich ist die Aufl sung der Objektive am besten und es wird die beste Bildqualit t erreicht F r Reihenaufnahmen zum Beispiel Luftbilder kann mit einfachen Rechnungen eine optimale Flugplanung erstellt werden ALBERTZ amp KREILING 1989 Oft wird in Luftbildstreifen mit einer berlappung in Flugrichtung von 60 gearbeitet Dieser Versatz st
335. isherige Ergebnisse wirtschaftlich auf Basis von Punktwolken erreichbar ja sogar effekti ver und genauer erzielbar sind Warum sollte man also nicht den n chsten Schritt in Richtung 3D virtuell reality gehen Um Aufw nde einer high end Dokumentation kennenzulernen und auch um m Anschluss daran sinnvolle Auswertungstiefen festzulegen wurde in Zusammenarbeit der imp GmbH mit der Hochschule Anhalt FH eine interessante Diplomarbeit zum Thema 3D Modellierung und Visualisierung erstellt Abb 1 Ergebnis der 3D Modellierung 3D Aufbau und Nutzung virtueller Welten im Anlagenbau 233 1 Einleitung Im Rahmen der Diplomarbeit der mittlerweile imp Mitarbeiterinnen Frau Romy Dietrich und Frau Manja Leopold war eine Umspannanlage mithilfe des Laserscanners HDS3000 der Firma Leica Geosystems vollst ndig zu erfassen Ergebnis sollte ein gerendertes 3D Modell mit Echtfarbentexturen der Umspannanlage 1m Landeskoordinatensystem sein Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Visualisierung des 3D Modells Die Ausdehnung der Umspannanlage betr gt circa 70 x 90 m Besonderheit sind die drei in Trafoboxen eingebauten Trafos welche das Gel nde in Schaltfeld und Gr nfl che trennen Des Weiteren befindet sich ein Geb ude auf dem Areal in dem Schaltanlage Eigenbe darfstrafo Batterieraum Warte sowie einige kleinere Nebenr ume untergebracht sind 2 Aufgabenstellung l Der erste Schritt war die Au en und Innenaufnahme der Umspannanlage
336. isse der Bildmessungen m gr nen Farbkanal als Verschiebungsvektoren zu korrespondieren Mes sungen im roten bzw blauen Kanal 118 H Hastedt T Luhmann und W Tecklenburg a ar Me a are ae k e i a a Fuji S2 Pro mit 20 mm Objektiv Abb 5 Vektordarstellung der Bildmessungen in R und B gegen ber G Kanal Farbab bildung siehe beiliegende CD F r die Canon EOS D1 zeigen sich hier beispielsweise im Vergleich zur Fuji S2 Pro mit einem 20mm Objektiv kaum Abweichungen der Farbkan le untereinander Dies best tigt die Betrachtung der Kamerakonstanten nach der kombinierten Auswertung Vermutlich handelt es sich bei dem Objektiv um ein optimiert farbkorrigiertes Objektiv Die Ergebnisse der kombinierten Auswertung best tigen die in Abb 3 angegebenen theore tischen Abh ngigkeiten der Kamerakonstante vom Farbl ngsfehler Bei allen Datens tzen Tabelle 1 au er der Canon ergeben sich k rzere cp als cr Zur Nutzung von RGB Farbkan len f r die hochgenaue 3D Punktbestimmung 119 Tabelle 2 Kameraparameter bei kombinierter Auswertung Der wesentliche Erfolg der vorgestellten kombinierten Auswertung liegt in der Verbesse rung der inneren Systemgenauigkeit 1m Vergleich zur herk mmlichen Auswertung mit Graustufenbildern um durchschnittlich Faktor 1 7 Durchschnitt ber 6 vollst ndig unab h ngige Datens tze u a unterschiedlicher Konfiguration Die kleinste Verbesserung liegt hier bei Faktor 1 6 f r die Fuji S2 die
337. ist in Abbildung 3 dargestellt F Ausgangspopulation Aktuelle Kreuzung und durch Zufall bestimmen Population Fitnessfunktion Selektion hkaat on T Abbruch bei ausreichender L sung Abb 3 Funktionsweise eines genetischen Algorithmus POLHEIM 2000 Genetische Algorithmen eignen sich in der Bildverarbeitung f r s mtliche Probleme der Optimierung Beispielhaft sei hier auf die Optimierung der Punkterfassung und des Mat chings hingewiesen z B EBNER 1998 Eine detaillierte Abhandlung des Funktionsprinzips evolution rer und genetischer Algo rithmen findet sich in GERDES et al 2004 und POLHEIM 2000 Im Gegensatz zur klassischen Optimierung finden evolution re Algorithmen das Maximum und nicht das Minimum Der Einsatz von Techniken aus dem Bereich der KI bei bildgebenden Sensorsystemen 153 3 Anwendungen Um den Einsatz von Techniken aus dem Bereich der KI besser verst ndlich zu machen sollen nachfolgend zwei Beispiele aus dem praktischen Einsatz erl utert werden 3 1 Steuerung von Bildvorverarbeitungsprozessen mithilfe eines wissensbasierten Systems Eine notwendige Voraussetzung f r die erfolgreiche Anwendung vieler Bearbeitungs prozesse 1m Bereich der Computer Vision ist eine ausreichende Bildqualit t Oft ist es im praktischen Einsatz n tig die Qualit t vorliegender digitaler Bilder durch entsprechende Bildbearbeitungsverfahren zu verbessern Bild Bildanalyse Mactan Fitar Gaues Filt
338. it t Tabelle 1 Aufnahmeplanung f r Beispielprojekt und unterschiedlichen Aufnahmesze narien Die geforderte Aufl sung pro Bildpixel soll lt 1 mm sein i Konstante Hohe amp Basis Maximale Uberlappung Digitalr ckteil Leaf Aptus 75 Leaf Aptus 75 Leaf Aptus 75 Leaf Aptus 22 Versatz der Haupt punktlage Sense 13x23m 13x23m 13x2 3m 1 3x 2 3 m Stereoabdeckung Stereo berlappung 100 100 0 mm 8mm 8mm 8mm Pixelanzahl 4008 x 5344 Aufl sung 0 39 mm Pixel 0 39 mm Pixel 0 25 mm Pixel 0 32 mm Pixel 36 D H Rieke Zapp Beim Zweibildfall handelt es sich um einen Sonderfall bei dem die Kamera zwischen den Aufnahmen gedreht werden muss um die Vorteile der versetzten Hauptpunktlage nutzen zu k nnen 2 2 Mehrbildfall terrestrisch F r einen Streifen von Luftbildern wird eine versetzte Hauptpunktlage nur in Ausnahmef l len von Vorteil sein Bei terrestrischen Anwendungen ist die versetzte Hauptpunktlage auch f r Bildstreifen von Vorteil Wenn hohe Geb ude geologische Aufschl sse oder hnliche Objekte vom Boden aus aufgenommen werden sollen teilt die Sichtlinie des Beobachters Achse des Hauptpunktes das Objekt in zwei unterschiedlich gro e Teile Abb 2 wenn die Sensorebene parallel zur Fassade ausgerichtet ist Abb 2 Aufnahme von Geb uden aus Bodenn he Die Filmebene ist parallel zur Fassade ausgerichtet nicht ma stabsgetreue Darstellung von Bild und Objektraum Diese asymmetrische Verte
339. itete Methode ist der Laplace Algorithmus der in der Software implementiert ist Betrachtet werden die Knoten in denen die Dreiecke zusammenlaufen Es wird versucht jeden Knoten r umlich in den Mittelpunkt seiner direkten Nachbarn zu schieben um m glichst gleichseitige Dreiecke zu schaffen Um das Modell in einer besseren Aufl sung zu charakterisieren werden neue Dreiecke in die Vermaschung interpoliert Subdivision Dabei wird in jede Dreiecksseite ein Punkt eingef gt Knoten Einf ge Algorithmus wodurch ein feinmaschigeres Netz entsteht Die 322 N Obertreiber und V Stein genaue Position der Punkte ist abh ngig vom jeweiligen Algorithmus bzw der Kantenl n ge Nach der Interpolation wird ber ein lokales Gl tten die Topologie der Oberfl che be r cksichtigt Die Position der Punkte ver ndert sich leicht F r eine h here Aufl sung wird die berechnete Dreiecksvermaschung mit dem Originaldatenbestand verglichen wobei die Abweichungen innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs betrachtet werden Fit Shell To Point Cloud Die Dreiecksvermaschung wird an die Originaldaten angeglichen Es flie en neue Punkte aus den Original Daten ein und Punkte aus der Vermaschung entfallen Abb 8 Abb 8 Ausgangsdaten links Vermaschung mit L chern Mitte und Endprodukt ohne Texturierung rechts Der hohe Informationsgehalt in Form eines dichten Dreiecksnetzes 2 100 000 Dreiecke f hrt zu einer langen Rechenzeit z B beim Rend
340. itt lung oder Schraffur heran gezo gen werden kann Es findet eine saubere Unterscheidung nach Rohbau und Ausbau statt Qualit tsstandards in der Architekturvermessung 197 1 2 Anwendungsfeld Denkmalgerechte Dokumentation Die denkmalgerechte Dokumentation besteht zumeist nicht nur aus einer ma lichen Doku mentation sondern auch aus Kartierungen nach verschiedenen Kriterien Raumb chern und Fotodokumentationen Es werden hohe Anforderungen an die semantische und geometri sche Detaillierung gestellt Einen Sonderfall stellen Notdokumentationen im Fall von Abrissen dar Hier z hlen die Aspekte Schnelligkeit und Vollst ndigkeit Im Abb 2 Beispiel f r den hohen Detaillierungsgrad eines verformungsgerechten Aufma Bes f r den Denkmalbereich 1 3 Anwendungsfeld Bestandsaufnahme f r Managementaufgaben F r das Facility Management werden zunehmend ebenfalls geometrisch richtige Grundla gen verwendet wenn diese schnell und preiswert zur Verf gung gestellt werden k nnen Hierbei stehen die Sachinformationen jedoch im Vordergrund Das hochaufl sende Laser scanning bietet hier aufgrund seines abbildenden Charakters Vorteile die Erfassung ist schnell und vollst ndig Weiterhin sind die zu erfassenden Geb ude Anlagen h ufig in Benutzung d h die Aufnahme muss schnell und st rungsfrei erfolgen Im Ergebnis liegt der Schwerpunkt auf der Strukturierung und digitalen Weiterverarbeitbarkeit der Daten 1 4 Anwendungsf
341. iv ist Zur L sung dieses Problems wurde die Textdatei vor allen Berechnungen in eine Bin rdatei konvertiert Zur Visualisierung der Ergebnisse und der Laserscannerpunktwolke wurde die Skriptspra che VRML 2 0 Virtual Reality Modeling Language verwendet Diese Skriptsprache ist urspr nglich eine dreidimensionale Schnittstellenentwicklung f r das World Wide Web Die VRML Ausgabedateien der Ergebnisse werden automatisch von dem in dieser Arbeit erstellten C Programm generiert 2 Separierung von Punkt Clustern Die Separierung der Punkt Cluster erfolgt in den einzelnen Schnittprofilen Hierbei wird unterschieden zwischen einer 2D und einer 3D Auswertung Abb 4 In dieser Arbeit wird die Gr e einer Punktwolke ber einen umschlie enden Quader definiert Alle Kanten des Quaders sind jeweils zu einer Koordinatenachse parallel Die damit entstandene Objekt grenze wird bei jeder eingelesenen Punktwolke bestimmt und dient als r umlicher Bezug Die Objektgrenze ist zudem Grundlage zur Definition von lokalen Koordinatensystemen und f r Kontrollmechanismen die eine Zuordnung von Objekten realisieren 2 1 2D Separierung von Punkt Clustern Die Separierung von Punkt Clustern ist eine automatische Suche und Trennung von zu sammengeh rigen Laserscannerpunkten Ein Patch ist im Folgenden ein definiertes Struk turelement ber das eine Separierung des Datensatzes erfolgen soll Das Patch dient in erster Linie einer Zuordnung von benachbarten P
342. jektors In den beiden oberen Bildern in Abb 5b ist die erste Position im Abstand von 25 cm zu sehen Hier f llt der Monitor noch das gesamte Messfeld Links ist die Positionsbestimmung auf dem Monitor f r die Kamera zu sehen Rechts die Positionsbestimmung f r den Projektor In den beiden unteren Bildern sind anhand der Projektormessung zwei weitere Messpositionen im Abstand von 50 cm zu sehen die die Messfelder unten links und unten rechts f llen 2 3 Ergebnis der Kalibrierung Winkel X Offset X Abb 6 a Eindimensionale Sichtstrahlbeschreibung am Beispiel der X Richtung mit Strahlrichtung in X und Offset in X b Speicherung der Sichtstrahlbeschreibung in Bildern oben Offset in X und Y Richtung unten Winkel in X und Y Richtung Nachdem die Kalibriermessungen erfolgt sind und die Berechnung beendet ist erh lt man f r jede Optik im Messsystem die Strahlenbeschreibung Jeder Sichtstrahl wird ber vier Parameter mit einem Winkel in X CamVx und in Y Richtung CamVy und einem Offset in X CamX und Y Richtung CamY beschrieben In Abb 6a ist dies am Beispiel eines Sichtstrahls in der XZ Ebene beschrieben Diese Ergebnisdaten werden in vier einzelnen Bildern gespeichert So k nnen f r jedes Pixel die Sichtstrahlkoordinaten abgelesen wer den F r eine Visualisierung der Verzeichnungen werden mit den Parametern die Durch sto punkte Dx Dy durch eine Ebene im Abstand d berechnet Da f r kleine Winkel gilt sin a
343. kes J MacEachren A amp M J Kraak Eds Exploring Geovisualization Elsevier Amsterdam 529 550 Kolbe T H Gr ger G amp L Pliimer 2005 CityGML International Symposium on Geo information for Disaster Management Delft Niederlande 21 23 03 2005 Kolbe T H amp G Gr ger 2003 Towards Unified 3D City Models ISPRS Comm IV Workshop Challenges in Geospatial Analysis Integration and Visualization II 8 9 09 2003 Stuttgart Germany Terrestrische Laserscanner zur Untersuchung von W ldern als Jagdlebensr ume f r Flederm use Tobias ASCHOFF Marc W HOLDERIED und Heinrich SPIECKER Zusammenfassung Flederm use insbesondere Waldfledermausarten wie die Mopsfledermaus geh ren zu den bedrohten Tierarten Um sie gezielter sch tzen zu k nnen werden Kenntnisse ber ihre Anforderungen an Jagdlebensr ume ben tigt Um die Nutzung von W ldern als Jagdle bensraum zu untersuchen wird in dieser Ausarbeitung eine kombinierte Auswertung des Flugverhaltens der Tiere und terrestrischer Laserscans der Lebensr ume durchgef hrt Zu Beginn der Auswertung steht die Verschneidung von Fledermausflugbahnen mit den Laserdaten Darauf aufbauend werden Schnitte zur Ermittlung von Abstandsdaten der Fle derm use zum Bewuchs durch die Scandaten gelegt F r eine weitergehende Auswertung werden die Scandaten in einen Voxel Raum regelm ig angeordneter W rfel transformiert Durch die Wahl des Parameters Reflexionswahrschei
344. komponente welche die Akquisition neuen Wissens erleichtern soll und ber eine Erkl rungskompo nente welche dem Benutzer Auskunft ber die konkrete L sungsfindung geben soll verf gen GOTTLOB et al 1990 STEFIK 1998 Der Einsatz von Techniken aus dem Bereich der KI bei bildgebenden Sensorsystemen 151 m Benutzer Benutzerschnittstelle Kernkomponenten Wissenserwerbs komponente Erklarungskomponente Inferenzkomponente Wissensbasis Abb 2 Architektur eines WBS GOTTLOB et al 1990 Vorteil eines wissensbasierten gegen ber einem herk mmlichen Ansatz ist vor allem die klare Trennung von Problemwissen und Wissensverarbeitung d h dem Programmcode an sich Erweiterungen und Modifikationen der Wissensbasis sind dadurch wesentlich leichter m glich Ein weiterer Vorteil ist dass Expertenwissen h ufig in Form von Regeln vorhan den ist Dieses Wissen kann ohne Konvertierung in die Wissensbasis eingebracht werden F r die praktische Implementierung wissensbasierter Systeme existieren verschiedene An s tze prozedurale Methoden objektorientierte Methoden logikbasierte Methoden u a und verschiedene Softwarehilfsmittel z B Clips Ilog u a CLIPS 2006 ILOG 2006 Zu den verbreitetsten Methoden z hlen sicher die regelbasierten Ans tze Ein regelbasiertes System besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen dem so genannten Arbeitsspeicher wor king memory WM und der Regelbasis
345. korrespondierenden Punkten zwischen Scan und Bildern welche pr zise gefunden werden m ssen Es wird deshalb im zweiten Teil eine Methode zur Suche von lokalen Punktkor respondenzen vorgestellt die auf einem korrelationsbasierten Ansatz zwischen Scan und Bildausschnitt basiert 1 Einf hrung Laserscanner werden mehr und mehr als Ver messungsinstrumente verwendet und bilden heutzutage eine echte ernstzunehmende Er g nzung zu Techniken wie Tachymetrie und herk mmlicher Photogrammetrie Der IMAGER 5003 ist ein Laserscanner der mo dernsten Generation der ebenso schnell wie pr zise misst und in einer Vielzahl von An wendungen und Umgebungen zum Einsatz kommt Der IMAGER 5003 misst sowohl Distanz als auch Reflektivit tsbilder die zeitgleich aufgenommen werden und die Aus gangdaten f r die weitere Verarbeitung lie fern Dieser Artikel soll aufzeigen wie die Sensordaten des IMAGER 5003 mit den Farb daten einer off the shelf Kamera fusioniert werden k nnen vgl dazu auch ABMAYR et al 2005 Der erste Teil beschreibt das grund legende Setup und die verwendete Hardware Darauf aufbauend f hrt der zweite Teil das verwendete Fehlermodell zur Berechnung der Transformation Kamera Scanner ein Unter der Annahme dass dieses Modell die realen Sensoren Kamera Scanner hinreichend genau beschreibt l sst sich die zu erzielende Genauigkeit der Fusion auf die Genauigkeit der 5 Abb 1 Die Abbildung zeigt den IMAGER 5003
346. lan Bestandspl ne und Raumbuch sollen in einem so genannten Ampelplan miteinander ver bunden werden Dabei bedeuten die in den Pl nen farbig eingetragenen Bereiche e Rot Eingriffe nicht m glich e Gelb Eingriffe nur mit gro er konservatorischer Nachbearbeitung m glich e Grin Eingriffe nach u erer Ansicht denkmalpflegerisch unbedenklich Die farbige Darstellung darf den Planer aber nicht davon befreien sich das Raumbuch ge nau anzusehen Um eine sinnvolle Nutzung des mehrere hundert Seiten umfassenden Wer kes zu erreichen ist eine direkte grafische Verkn pfung geplant So sollen bei den Pla nungsarbeiten im CAD Programm z B beim Anklicken der Raumnummer die entspre chenden Seiten des Raumbuchs auf dem Bildschirm erscheinen und somit die vollst ndigen Informationen zur Verf gung stehen 5 3D Scanner Bei diesem Projekt ergab sich die M glichkeit zwei 3D Scannersysteme auf ihre Tauglich keit zur Erreichung der vorgegebenen Anforderungen zu testen Mit dem terrestrischen Laserscanner RIEGL LMS Z 4201 mit synchronisierter Digitalkamera wurden die Haupt fassade und ein Innenraum mit Stuckdecke mit dem Streifenlichtscanner Breuckmann triTOS HE Ausschnitte dieser Stuckdecke und einer Tiirlaibung erfasst fal of Lown El fl A ag reee m m ii Dee FE T L 5 riis JED gt r a ee AAE 3 u To Ba F s z 7 sf ie iH En re H p ml k a A ki IH 7 re pr I ii a j i l I a Ag iia T
347. le Camera Calibration By Viewing a Plane from Unknown Orien tations International Conference on Computer Vision ICCV 99 Corfu Greece 666 673 Entwicklungen in der Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Laserscanner und Kameradaten Andreas ULLRICH und Nikolaus STUDNICKA Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt Strategien zur Zusammenf hrung von Daten die durch Laser scannervermessung und digitale Fotografie gewonnen wurden Die Aufnahme erfolgte sowohl von luftgest tzten airborne als auch von station r bodengest tzten terrestrial Plattformen In einer Vielzahl von Anwendungen wird gefordert die Zusammenf hrungen Referenzierung von Scandaten mit m glichst wenigen Passpunkten durchzuf hren Dies ist nur m glich wenn die eigentlichen Nutzdaten zur Registrierung herangezogen werden Der aus diesen berlegungen entwickelte B ndelblockausgleich mit einem integrierten modifizierten ICP Algorithmus Iterative Closest Point wird in diesem Beitrag vorgestellt und dessen Anwendung an einem konkreten Messobjekt diskutiert Als Datengrundlage werden sowohl ALS Datens tze Airborne Laser Scanning aus Befliegungen von Dresden per Hubschrauber und Flugzeug als auch die von einer TLS Messkampagne Terrestrial Laser Scanning stammenden Daten der Frauenkirche herangezogen 1 Datenaufnahme 1 1 Aufnahmezeiten und Aufnahmeorte Am 30 Mai 2005 wurden Teile von Dresden von der Milan Flug GmbH im Zuge einer Elbe Befliegung aus e
348. leichung und Simultankalibrierung mit dem Programm 1 durchgef hrt Die folgenden Angaben zeigen die gute Genauigkeit der Ergebnisse Die Bildrestklaffungen betrugen Rx 0 32 um und Ry 0 31 um die Standardabweichungen der ausgeglichenen Objektkoordinaten RMS Werte sx 0 050 mm sy 0 055 mm und sz 0 050 mm Die ermittelten Kalibrierparameter und ihre Bestimmungsgenauigkeit Standardabweichung gehen aus Tabelle 1 hervor Tabelle 1 Ergebnisse der Simultankalibrierung Programm 1 Vergleicht man nun die Ergebnisse aller vier Programme so zeigt Tabelle 2 sehr hnliche Daten f r die Lage des Projektionszentrums c x o Y o Die einzige Abweichung bei der Kamerakonstante erkl rt sich daraus dass Programm 3 eine andere Parametrisierung der radial symmetrischen Verzeichnung verwendet Diese Parameter sind aber bekanntlich mit der Kamerakonstanten korreliert Durch Einf hrung eines zweiten Nulldurchgangs der Verzeichnungskurve an einer gew hlten Stelle r hier r o 3 3495 mm kann diese ba lanciert werden d h die maximalen und minimalen Werte der Verzeichnungskurve wer den etwa gleich gro ber den gesamten Bildbereich hinweg Nach dieser Umrechnung ergibt sich die Kamerakonstante ebenfalls zu c 7 4022 mm Die Standardabweichungen dieser drei Unbekannten liegen in allen Programmen gleich bei se 0 0002 mm syo 0 0004 mm und syo 0 0003 mm Die Firma Photometrix vertreibt auch die iWitness Software FRASER amp H
349. len im Stadtmarketing er ffnet neue Wege und M glichkei ten der Pr sentation gegen ber Investoren B rgern und Besuchern einer Stadt Die Palette der bereits umgesetzten L sungen reicht von Internetpr sentationen bis zu virtuellen Stadt 274 L Fricke spielen 3D Stadtpl ne werden ebenso angeboten wie virtuelle Stadtansichten aus einem noch zu bauenden B rohaus Es versteht sich von selbst dass solche Anwendungen eine hohe optische Qualit t der Modelle und ein hohes Ma an realistischer Darstellung erfor dern e Mindestens LOD2 Dachmodell e Texturen weitgehend fotorealistisch e Baumbestand e Multimediafahigkeit d h Datenformate zum Import in Multimedia Softwarepakete e Aktualit t Abb 2 3D Computerspiel Bohkart Bocholt GTA Geoinformatik GmbH FH Bocholt 1 4 Anforderungen an die Datenerfassung Aus den genannten Kriterien ergeben sich spezielle Anforderungen f r die Datenerfassung Dabei gilt 3D Daten sollten so genau wie m glich und so umfassend wie n tig erfasst werden Beispielsweise sollte ein Blockmodell mit den H hen der Dachkanten oder wahl weise den exakten Traufh hen generiert werden und nach M glichkeit nicht mit mittleren Dachh hen Dadurch erspart man sich Inkonsistenz mit detaillierteren Geb udemodellen innerhalb desselben Stadtmodells F r eine Haltung innerhalb einer Datenbank bzw f r die Nutzung in GI Systemen sind folgende Bedingungen zwingend um eine konsistente Datenhaltun
350. ls Testdatensatz wurde eine Laserscannerpunktwolke des Dachstuhls des Bautzener Doms verwendet Abb 1 Zur Extraktion der Balken wurden Methoden entwickelt und implementiert welche im zweidimensionalen Ansatz die gesam te Punktwolke automatisch in Schnittprofile zerlegt und einzelne Balken d h Rechtecke detektiert und segmentiert Die anschlie ende Modellierung wird mit einer 2D Houghtransformation und einer Ausgleichung der erhaltenen Gerade realisiert Im Resultat werden einzelne Balkenbegrenzungen in den verschiedenen Schnittprofilen erhalten Die Genauigkeit der Ergebnisse ist stark von der Punktdichte und der Streuung der Punkte in den Schnittebenen abh ngig Etwa 75 aller extrahierten Daten konnten f r eine Weiter verarbeitung Generierung eines Stabwerkmodells verwendet werden Eine dreidimensionale Auswertung kann zum einen basierend auf der Zusammensetzung der einzelnen zweidimensionalen Profile und zum anderen ber eine direkte Extraktion von Ebenen im dreidimensionalen Raum erfolgen Hierf r wurde eine direkte Geometrieextrak tion entwickelt beruhend auf einer 3D Houghtransformation welche Ebenen in dreidimen sionalen Punktwolken detektieren kann hnliche Ans tze finden sich in RABBANI 2004 Durch die Verschneidung der detektierten und modellierten Ebenen kann die Oberfl che der Balken des Dachstuhls beschrieben werden Durch diesen Ansatz ist es m glich ein vollst ndiges dreidimensionales Modell zu generieren aus
351. lyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matt Suuronen 289 Au enwand und Polyurethan Schaum als Isolationsmaterial dazwischen Das Futuro be stand aus 16 Segmenten acht davon bildeten das Dach aus den restlichen acht Teilen wur de die untere H lfte des Hauses zusammengesetzt Die oberen Segmente enthielten insge samt 16 doppelschichtige Fenster aus Acryl Fenster in unteren Segmenten waren nur als m gliche Option vorgesehen Eins von den unteren Segmenten enthielt eine nach unten aufklappbare T r die zur Treppe wird Wegen seiner Stahlbeine die mit unterschiedlicher L nge gefertigt werden konnten konnte das Futuro leicht und ohne massive Eingriffe in die Natur in jedem Gel nde installiert werden Der Prototyp beinhaltete einen Wohn und zwei Schlafr ume eine Kitchenette ein Bade zimmer mit Toilette sowie einen Vorraum mit Garderobe Die Inneneinrichtung wurde speziell f r das Ferienhaus entworfen Zur Standardausstattung im Wohnbereich geh rten z B sechs spezielle St hle die die M glichkeit boten sie zu Betten auszuklappen Eine Kombination aus Kamin und Steinplatte war Heizung und Grill in einem Eine wichtige Besonderheit von Futuro war dass man mithilfe von Trennw nden den Innenraum flexibel gestalten konnte indem man zus tzliche tempor re G stezimmer schuf Das moderne Ferienhaus aus Kunststoff hatte einen Durchmesser von 8 Metern war 4 Meter hoch und hatte bei 25 m Bodenfl che einen Nutzraum von 140 m
352. m Algorithmus ist es m glich die Punktwol ken der einzelnen Schnittprofile in einzelne Objekte zu zerlegen e prim re Suchpunkte sekund re Sschpunkie Abb 4 Objektseparierung dynamische Patchsuche durch Definition neuer Suchpunkte links Ergebnis der Objektseparierung rechts 2 2 3D Separierung von Punkt Clustern Mit dem Ansatz der Objektsuche ber eine dynamische Quadersuche wird der entwickelte zweidimensionale Algorithmus aus Kapitel 2 1 auf eine dreidimensionale Separierung von Punkt Clustern erweitert Das Verfahren soll benachbarte Punkte im Raum zu einem Objekt zusammenfassen Die Zusammenfassung beruht auf einer r umlichen Suche mit einem definierten Quader Die Gr e des Quaders ist im Vorfeld so festzulegen dass die Seitenl ngen mindestens halb so klein sind wie der Abstand zweier zu trennender Objekte Durch diese Festlegungen definiert sich der Quader mit den Gr en dx dy und dz Die Orientierung wird durch das Koordinatensystem festgelegt Der Verfahrensablauf erfolgt analog zum zweidimensiona len Fall Ein beliebiger Punkt aus der Punktwolke wird als Mittelpunkt des ersten Suchqua ders festgelegt Mithilfe der Abgrenzungen des Quaders werden alle Punkte gefiltert die sich innerhalb des Quaders befinden Diese Punkte werden nach dem Quadrantentest aus der Punktwolke gel scht und in einer separaten Objektstruktur gespeichert Die Aufteilung des Suchquaders in acht Quadranten ist in Abbildung 5 visualisie
353. m Dockkoordina tensystem vorliegen und die Punktwolke die Rumpfform darstellt Ebenfalls erfasste Aus r stungskomponenten wie z B Schiffsschrauben Wellenhosen Wellenb cke etc werden vor einer Weiterverarbeitung gel scht Die eigentliche Modellierung der Rumpfform er folgt ber eine Vermaschung aller gescannten Punkte wobei ber einen Systemfilter das systematische Rauschen der Scandaten gefiltert wird und somit die erhaltene Fl chenform des Vielfl chners gegl ttet ist Das Ziel dieser Vermaschung ist den Vielfl chner an die tats chlich vorhandene Form der Oberfl che bestm glich zu approximieren 1 44 vr bs Abb 5 Verkn pfung von Einzelscans Abb 6 Vermaschung aller gescannter Punkte Im modellierten Schiffsmodell kann nun mit schiffbaulichem Sachverstand die Mitschiffs ebene im Dockkoordinatensystem rekonstruiert und lagem ig berpr ft werden Danach ist dann ber geeignete Passpunkte der Schiffskonstruktion die Transformation des gesam ten digitalen Schiffsmodells ins Schiffskoordinatensystem f r alle weiteren Bearbeitungs schritte m glich Nach eventuell erforderlichen Korrekturen k nnen abschlie end alle Spantenebenen wiederum ber Passpunkte und die bekannten Spantenabst nde konstruiert werden Konzept f r eine As Built Aufnahme von Schiffsr mpfen 243 Abb 7 Rekonstruktion der Mittschiffsebene und ausgew hlter Spantenebenen 2 6 Herstellen von Spantenrissen Der nun ins Schiffskoordinate
354. m Text siehe Vortragsfolien auf der dem Buch beigelegten CD 224 K Rohrberg Danach wird die Breite des Filters so erweitert dass gen gend Punkte f r die Vermaschung zur Verf gung stehen Wird die Filterbreite zu gro gew hlt so erfasst man auch Punkte die nicht zu dem interessierenden Material geh ren Hat man bei zu schmalen Filtern zu wenig Punkte so treten bei der Vermaschung vermehrt L cher auf Beides ist unerw nscht da die bersch ssigen Punkte sp ter m hselig entfernt und L cher vor der Weiterverarbei tung von Hand geschlossen werden m ssen 4 Verarbeitung von Punktwolken 4 1 Darstellung als Punktwolke Punkte haben mathematisch gesehen keine Ausdehnung und sind damit unsichtbar Zum Betrachten auf dem Bildschirm wird ein kleiner Trick angewandt jeder Punkt wird in einer Mindestgr e von einem Pixel oder mehr dargestellt Wird den einzelnen Punkten zudem noch der urspr ngliche Farbton mitgegeben hinterlassen sie auf dem Bildschirm recht gute r umliche Eindr cke 4 2 Fl chen aus Punktwolken Enth lt die Punktwolke einfache Strukturen wie Ebenen Zylinder Kegel usw so sind die Parameter dieser Fl chen aus der Punktwolke als Bestfit Fl chen leicht zu ermitteln Sie enden dort wo die Punkte eine vorgegebene Abweichung von der eingepassten Fl che berschreiten Unregelm ige Freiformfl chen k nnen nicht auf diese Weise behandelt werden Sie sind aus einzelnen kleinen Teilfl chen zusammenzusetzen D
355. m vertikal angegeben wobei diese Genauigkeit durch die des inertialen Navigationssystems beste hend aus IMU GPS und Referenzstation limitiert ist Vielfach werden Daten aus ALS Befliegungen in einer Vielzahl von Flugstreifen erfasst ber eine Ausgleichung der Daten aller erfassten Flugstreifen in berlappenden Bereichen kann ein in sich konsistenter Datensatz gewonnen werden Die absolute Messgenauigkeit ist durch diesen Vorgang aber nicht zu steigern Sollen nun ALS Daten mit TLS Daten kombiniert werden so ist bei der Registrierung aller Daten in einem gemeinsamen Koordi natensystem vorzugsweise dem WGS84 System eine Ausgleichung des in sich stimmigen ALS Datensatzes mit dem in sich stimmigen und hochgenauen TLS Datensatz erforderlich wie n dem Beispiel in diesem Beitrag vorgef hrt Der Vorgang der Registrierung von TLS und ALS Daten l sst sich in folgende Teilaufga ben unterteilen e Registrierung der bereits in sich stimmigen TLS Daten in einem globalen Koordinaten system zum Beispiel WGS84 ber einige wenige Passpunkte e Aufbereitung der ALS Daten ber eine Zusammenf hrung der Laserscandaten mit den bereits aufbereiteten Daten des inertialen Navigationssystems Eine Ausgleichung der Flugstreifen zueinander die sowohl Parameter einer Systemkalibrierung modifizieren als auch Navigationsdatenabweichungen modellieren kann f hrt zu einem in sich stimmigen ALS Datensatz e Zusammenf hrung der beiden Datens tze unter Fr
356. ma Mahr GmbH in Zusammenarbeit mit der Fakult t Naturwissenschaften und Technik der Fachhochschule Hildesheim Holzminden G ttingen das Ziel einen neuartigen linienf rmig messenden Sensor zur schnellen Erfassung der Oberfl chentopographie von zylindrischen Objekten zu entwickeln Im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Mirau Objektiv wird ein einfaches Interferome ter nach A Michelson aufgebaut vgl Abb 1 Um Messzeiten von wenigen Sekunden zu realisieren erfasst eine Zeilenkamera in einem Messvorgang eine ganze Linie achsparallel entlang der Mantelfl che des Messobjekts Dazu wird das von der Wei lichtquelle emittier te Licht auf einer Linie von ca 10 mm L nge fokussiert mit der sowohl das Objekt als auch der Referenzspiegel beleuchtet wird Der Tiefenscan wird dadurch erreicht dass der Spiegel im Referenzarm mithilfe eines geregelten Piezoaktors innerhalb eines Tiefenmess bereichs von 50 um periodisch verfahren wird Die mit der Bewegung des Referenzspiegels synchronisierte Signalaufnahme erfolgt mit einer Zeilenkamera deren Zeilenrate ausrei chend hoch ist sodass das an jedem Kamerapixel entstehende Wei licht Interferogramm erfasst und in die H henlage der entsprechenden Objektpunkte umgerechnet werden kann In Tabelle 1 sind die wichtigsten Zielparameter des Sensors zusammengefasst 84 J Niehues T Lorenz P Lehmann K Bobey und L Brekerbohm Tabelle 1 Zielparameter des Liniensensors Pixelanzahl Kamera Arbeitsabsta
357. mationen und realisiert zun chst eine Zerlegung der Punktwolke in Schnittprofile Scheiben welche automatisch nach einer vorgegebenen Ebene ausgerichtet werden Der erste Schritt f r eine automatische Auftei lung einer Punkwolke in Schnittprofile ist die Definition einer beliebigen Ebene im Raum und einer bestimmten Schnittbreite ber die Objektgr e wird die Lage aller weiteren Schnittprofile so berechnet dass sie parallel zu der zuvor definierten Ebene sind Abb 3 links Die Zuordnung der Punkte zu den Schnittprofilen erfolgt durch eine Abstandsbestimmung zwischen einem Schnitt und einem Punkt Jeder Punkt wird auf seine Entfernung zur Ebene getestet Alle Messpunkte die innerhalb des vordefinierten Abstandes liegen werden im 2D Auswertungsansatz orthogonal auf die jeweilige Schnittebene projiziert Abb 3 rechts 158 S Scheller und D Schneider 2D 3D cheitibereiie a Ohjekthe grenzung y a ansehe Schwenk Schmischene Kegrenzung der Schnitiehenct E Begrenzung der Schnitiebene X Abb 3 Schnittprofilaufteilung parallel zur x y Ebene links Unterteilung der 2D und 3D Auswertung eines Balkens 2D Auswertung durch Projektion aller Daten punkte auf die Schnittebene bei der 3D Auswertung werden alle originalen Da tenpunkte in einem Schnitt verwendet rechts 1 3 Ausgabeformate In den ersten Verfahrensschritten der Programmerstellung zeigte es sich dass das Einlesen aus einer Textdatei sehr zeitintens
358. mit o 5 36mgon f r den Kippachsenfehler erh lt man i 30 7 mgon mit o 1 90 mgon die Exzentrizit t der Zielachse ergibt sich zu e 1 17mm mit o 0 26 mm Ob sich die berechneten Parameter signifikant vom Wert Null unterschei den kann mithilfe eines 1 Tests siehe z B NIEMEIER 2002 S 66 ff berpr ft werden Der Test ergibt in diesem Beispiel dass sich alle Parameter bei einer zweiseitigen Alterna tivhypothese und einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 signifikant von null unter scheiden 182 F Neitzel 5 Auswahl g nstiger Konfigurationen Die Frage nach einem g nstigen Messaufbau kann anhand numerischer Untersuchungen mithilfe der Interpretation der Redundanzanteile der Beobachtungen beantwortet werden Verwendet man dazu den Ansatz aus Kapitel 4 2 ergeben sich folgende Arbeitsschritte e Auswahl von Kippwinkeln die den Messbereich von einer steilen Visur nach oben bis zu einer steilen Visur nach unten abdecken z B 10 20 180 190 gon e Abschatzen der zugeh rigen Strecken s bei denen der Messstrahl auf den Zielpunkt trifft e Durchf hrung der Ausgleichung aus Kapitel 4 2 und zus tzlich Berechnung der Re dundanzanteile r siehe z B NIEMEIER 2002 S 280 der Beobachtungen f e Sukzessive Elimination der Beobachtung f mit dem gr ten Redundanzanteil in Ana logie zur Optimierung von Beobachtungspl nen in geod tischen Netzen Numerische Untersuchungen haben gezeigt das
359. mit integ rierter Farbkamera Multimodale Sensorfusion auf Basis des Imager 5003 347 Suche korrespondierender Punkte zwischen Scan und Bildern zur ckf hren Im dritten Teil wird deshalb eine Methode aufgezeigt wie solche Punktkorrespondenzen in einem lokalen Suchraum pr zise gefunden werden k nnen Die vorgestellte Methode basiert auf einem korrelationsbasierten Ansatz Zuerst geben wir eine kurze Beschreibung des Systemaufbaus und f hren einige wichtige Definitionen und Notationen ein 2 Systembeschreibung und Definitionen 2 1 Systembeschreibung Der grundlegende Aufbau des Scanners besteht aus einem Entfernungsmesssystem und einer Spiegeldeflektionsvorrichtung Die Deflektionsvorrichtung lenkt den sinusf rmig mo dulierten Laserstrahl in die gew nschte Richtung wohingegen das Entfernungsmesssystem das zur ckgestreute Laserlicht detektiert und aus der Differenz der emittierten und reflek tierten Modulationsphase die Entfernung berechnet Phasendifferenzverfahren Ein dreidimensionaler Scan ergibt sich durch Rotation um zwei Achsen Die erste Rotation dreht den Spiegel um eine horizontale Achse Spiegeldrehachse und reflektiert den La serstrahl folglich vertikal wohingegen die zweite Rotation um die vertikale Hauptachse des Systems dreht Stehachse Die jeweilige Richtung des Laserstrahls wird durch zwei Encoder gemessen Ein Encoder beschreibt die aktuelle horizontale Drehung und ist um die Stehachse angebracht
360. mm lupos3d de RAGUSE Karsten Volkswagen AG Wolfsburg karsten raguse volkswagen de RATKE Katharina Diplomandin Lehrstuhl f r Geod sie TU Miinchen thari gmx de RIEDE Ralph Institut fiir Angewandte Photo grammetrie und Geoinformatik FH Oldenburg Ostfriesland Whv ralph riede vermes fh oldenburg de RIEKE ZAPP Dirk H Institut fiir Geologie Universitat Bern zapp geo unibe ch REITERER Alexander Institut f r Geod sie und Geophysik Forschungsgruppe Ingenieurgeod sie TU Wien sterreich alexander reiterer tuwien ac at ROHRBERG Klaus Windhager 3D real GmbH Stuttgart rohrberg hauswindhager de SAHRHAGE Volker Institut f r Angewandte Photo grammetrie und Geoinformatik FH Oldenburg Ostfriesland Whv volker sahrhage fh oldenburg de SCHELLER Steffen Institut f r Photogrammetrie und Fernerkundung TU Dresden steffen scheller mailbox tu dresden de SCHERER Michael Geod sie 1m Bauwesen Ruhr Universit t Bochum michael scherer ruhr uni bochum de SCHLEMMER Harald Geod tisches Institut der TU Darmstadt schlemmer geod tu darmstadt de 370 Autorenverzeichnis SCHNEIDER Danilo Institut f r Photogrammetrie und Fernerkundung TU Dresden danilo schneider mailbox tu dresden de SCHNEIDER Michael Vermessungsbiiro Forst Stralsund schneider1970 lycos de SCHULTE Michael Bremer Institut f r Angewandte Strahltechnik Bremen schulte bias de SCHWALBE Ellen Institut fiir Ph
361. mn Caia ae ee RATE Be ee et te ha Eo TA E L FUE en iur af Seel ke ee a 3 2 Messdatennachbearbeitung Faun Die Einzelmessungen wurden mittels Konturmatching in ein gemeinsames Koordinatensys tem berf hrt Aufgrund der umfangreichen Datenmenge wurde zum Registrieren und Mergen der Daten die RapidForm XO Software eingesetzt Diese Software ist zur Verarbei tung gro er Datenmengen konzipiert Sie verf gt zudem ber sehr gute Algorithmen zum kr mmungsabh ngigen L cher schlie en und zum Reduzieren gro er Datenmengen Auf diese Weise wurde ein wasserdichter STL Datensatz mit ca 750 000 Punkten 1 5 Mio Dreiecke und einer Gr e von 73 MB erstellt 3D Nahbereichscanning f r die Denkmalpflege 329 Bei Systemen f r das Nahbereichscanning erfolgt die Messdatenausgabe blicherweise sofort im STL Format vernetzte Punktewolke Da Aufnahmerichtung und Punkteabstand bekannt sind kann die Punktwolke sofort optimal trianguliert werden Das STL Format hat den Vorteil dass es umgehend von nachfolgenden Prozessketten bernommen werden kann So k nnen die Daten direkt an Programme zur Fr sbahnberechnung und CNC Fertigung oder an Rapid Prototyping Anlagen bergeben werden Softwareprogramme wie RapidForm erm glichen zudem die schnelle Ableitung von CAD Daten ber Fl chen oder Schnitte IGES oder einen Soll Ist Vergleich 3 3 Fertigung Kopie Faun Der Datensatz des Faun wurde an eine entsprechende Software zur
362. mt in dem die Impulsgruppe ber das Messobjekt streicht Bei sprunghaften Messwert nderungen z B an Kanten ist die Unabh ngig keit der aufeinander folgenden Messungen von Vorteil gesendete Gruppe empfangene Gruppe t Abb 3 Pulsed Wave Verfahren Wie bei anderen elektrooptischen Entfernungsmessger ten sind auch bei den 3D Laser scannern zwei verschiedene Konfigurationen von Sende und Empfangseinheit m glich s Tab 2 Aufgrund der Vorteile wurde beim CALLIDUS CPW 8000 die parallele Anordnung von Sende und Empfangskanal gew hlt Der neue 3D Laserscanner CPW 8000 von CALLIDUS precision systems 345 Tabelle 2 Unterschiede zwischen den Anordnungen von Sende und Empfangskanal im Scanner Axiale Anordnung Parallele biaxiale Anordnung Optische Trennung von Sende und Nein Ja Empfangskanal Beeintr chtigung des Messsignals Es treten Messfehler Nicht m glich kein durch Reflexionen die durch Staub durch die uner optisches berspre partikel auf dem Scannerfenster w nschte R ck chen der beiden verursacht werden streuung auf Kan le Beeintr chtigung des Messsignals Gering bei gro em Kaum Beeintr chti durch Staubpartikel in der Umge Strahldurchmesser gung im Nahbereich bung Reflexionen bei kurzen Dis tanzen Gro bei kleinem Strahldurchmesser Einsatz einer Korrekturlinse f r den Nicht notwendig Wegen Parallaxe Nahbereich notwendig Elimination der St rungen Reflexi Kaum m
363. n 5 Zusammenfassung und Ausblick Das im vorliegenden Artikel vorgestellte Verfahren ist das erste optische Verfahren f r die Uberpriifung der messtechnischen Anforderungen zur Versuchsdurchfiihrung nach der EU Richtlinie 2003 102 EG Die durchgef hrten Versuchsreihen haben die Praxistauglichkeit des Verfahrens belegt Die erforderlichen Genauigkeitsanforderungen werden mit dem Stereospiegelvorsatz als Messsystem erreicht Durch den hohen Automatisierungsgrad kann das Verfahren einfach und mit geringem Zeitaufwand in den Prozessablauf bei Fu g nger Einsatz der dynamischen Photogrammetrie bei Fu g ngerschutzversuchen 17 schutzversuchen bei der Volkswagen AG integriert werden Zurzeit wird dieses Verfahren in weiteren Versuchsreihen mit verschiedenen Fahrzeugprojekten getestet In der EU Richtlinie sind neben den Versuchen mit dem Beinimpaktor auch Versuche mit einem Kopfimpaktor spezifiziert Daf r werden zurzeit Genauigkeitsabsch tzungen gemacht und es wird berpr ft ob sich das vorgestellte Messsystem auch f r diese Versuchsart eignet Neben der Anwendung im Bereich der Fu g ngerschutzversuche werden auch weitere Einsatzbereiche f r das Messsystem Stereospiegelvorsatz im Bereich der Fahrzeugsicher heit in der Automobilentwicklung gepr ft Literatur EU Richtlinie 2003 102 EG 2004 Richtlinie 2003 102 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates zum Schutz von Fu g ngern und anderen ungesch tzten Verkehrsteil nehmern vo
364. n Kameras Pixelaufl sung Sensorformat mm Objektive mm Fuji S2 Pro 3040 x 2016 23 3 x 15 6 14 20 28 Canon EOS D1 MarkII 4992 x 3328 36 0 x 24 0 35 Nikon D2X 4288 x2848 23 5 x 15 6 Sigma SD10 2268 x 1512 20 7 x 13 8 4 2 Auswertung F r die Optimierung der photogrammetrischen Auswertung durch Nutzung aller Farbin formationen in den Aufnahmen werden zun chst Einzelbilder durch Trennung der Farbka n le erzeugt In den einzelnen Kan len sowie in den Farb und Graustufenbildern erfolgt eine Bildpunktmessung mit anschlie ender B ndelausgleichung mit dem Programm 3D Studio AICON Diesem Schritt schlie t sich eine kombinierte Auswertung der in den einzelnen Kan len erzeugten Bildmessungen mit dem Programm Ax Ori AXIOS 3D an Die u eren Orientierungen der drei Kan le werden hier f r jeden Aufnahmestandort fest gehalten d h sie werden pro Standort nur einmal bestimmt Zus tzlich werden drei Kame ras jeweils f r R G und B eingef hrt Die Kameraparameter c X yo sowie A A A sind variabel definiert Die tangential asymmetrische Verzeichnung B1 B2 sowie Affinit t und Scherung C1 C2 sind fixiert Die Datumsfestlegung erfolgt durch freie Netzausgleichung ber alle Objektpunkte und ggf ber Ma stabsinformationen 4 3 Ergebnisse Die unterschiedlichen Bildmessungen in den drei Farbkan len werden zun chst als Vektor diagramme dargestellt Abb 5 zeigt beispielhaft f r zwei Datens tze die Ergebn
365. n Im Folgenden werden verschiedene Ans tze vorgeschlagen wie man diese Bedingungen nut zen kann um aus 3D Punkten Zylinder zu berechnen 2 3 1 Zylinder aus neun Punkten Sind neun Punkte gegeben so reicht Gleichung 8 vollst ndig aus um ein homogenes line ares Gleichungssystem aufzustellen zu l sen und somit alle Elemente von C zu bestimmen 2 3 2 Zylinder aus acht Punkten Sind nur acht Punkte gegeben so ist der L sungsraum des homogenen linearen Glei chungssystems aus Bedingung 8 zweidimensional Die L sung ist also C rki Coa 17 f r ein unbekanntes x F r die Bestimmung von x nutzt man nun die zus tzliche Bedingung 13 welche ein Polynom 3 Grades in x ist vgl HARTLEY amp ZISSERMAN 2000 S 264 2 3 3 Zylinder aus sieben Punkten Bei sieben Punkten ist der L sungsraum aus Bedingung 8 dreidimensional also C ri yls Ca 18 Die Gleichungen 13 14 und 16 sind nun zehn Polynome 3 Grades in den beiden Un bekannten x und y Ein lineares L sungsverfahren hierf r findet sich bei PHILIP 1996 210 C Beder und W F rstner 2 3 4 Zylinder aus sechs Punkten Im Fall von sechs Punkten ist der L sungsraum aus Bedingung 8 schlie lich vier dimensional d h C C yC C5 4 Cy 19 Daher sind Gleichungen 13 14 und 16 nun zehn Polynome 3 Grades in drei Unbe kannten Wie von STEWENIUS 2006 und BEDER amp F RSTNER 2006 gezeigt l sst sich dieses Problem mithilfe v
366. n Neben Tunnel die in der Regel haupts chlich aus zylindri schen Elementen bestehen w ren aus dem Bereich der Architektur S ulen B gen Ton nengew lbe Rundt rme und andere Rundbauten zu nennen Abb 5 Laserscan links abgewickelte Tunneloberfl che rechts 4 5 Elliptisch Zylindrische Abwicklung Neben der Erstellungen von Bildpl nen aus zylindrischen Orthophotos ist es m glich Bau werke aus elliptischen Grundformen in ma st bliche Bildpl ne abzuwickeln Dabei ist anzumerken dass analog zum zylindrischen Orthophoto der jeweilige Ma stab in Abwick lungsrichtung abh ngig ist vom Abstand der dargestellten Oberfl che zur Projektionsfl che Abb 6 Punktewolke der elliptischen Arkade 270 O Pr mm M Pospi und M Doghaili EN EF Tui HNO Pt iM u an mm a a PN BI A Manaa m Abb 7 Bildplan aus einer Elliptisch Zylindrischen Abwicklung oben Punktewolke des Bauwerks und Tiefenbild unten 4 6 Abwicklungen zusammengesetzter Projektionen Im Tunnelbau besteht das geplante Tunnelprofil oft aus mehreren gekr mmten und geraden Segmenten Die daraus abgeleiteten Ebenen und Zylinder k nnen als zusammengesetzte Projektionsoberfl che in einem Arbeitsschritt in einen Bildplan abgewickelt werden Eine wichtige Anwendung ist die Erstellung von Profildifferenzen Abb 8 Profilschnitt durch den Tunnel links Profildifferenzen rechts 4 7 Messen in 2 5D Die Orthophotos und Abwicklungen werden
367. n Nur bei den Schleifwerkzeugen mit synthetischen K rnern und bei Anwendung von einer 20 fachen Vergr erung Abbildung von 3 bis 5 K rnen pro Objektbereich auf der CCD Kamera waren die Interferenzen in guter Qualit t mit der Kamera zu erfassen und auswertbar Die Abbildung 5 zeigt exemplarisch ein Ergebnis mit synthetischen Diamantk rnern bei 20 facher Vergr erung Obwohl die H henaufl sung des WLI von 15 nm sehr gut ist war es aufgrund der schwachen und f r die CCD Kamera nicht mehr aufl sbaren Interferenzer scheinungen bei niedrigerer Vergr erung nicht sinnvoll dieses Verfahren in ein Pr fsys tem f r den Industrieeinsatz umzusetzen Abb 5 Ausschnitt einer Schleifwerkzeugoberfl che mit synthetischen Diamanten am WLI Quelle GFE Messtechnische Bewertung von Schleifwerkzeugoberfl chen 101 Die Untersuchungen mittels der konfokalen Mikroskopie zeigten dass aufgrund der vor handenen Strukturierung auf dem Untergrund Abb 6 Ebene der Galvan kbindung ist scharf abgebildet als auch auf den Diamantk rnern Abb 7 die auftretenden Ver nderun gen des Kontrastes in Abh ngigkeit der Z Position Abstand Objekt Sensor gute Voraus setzungen liefern die Z Position mit einer Genauigkeit im um Bereich zu ermitteln Ein relevanter Unterschied zwischen natiirlichen und synthetischen Diamanten konnte nicht festgestellt werden Eine Reduzierung der Vergr erung gleichbedeutend mit einer gr e ren Anzahl von Diam
368. n voller Aufl sung als Hintergrundbild f r die Konstruktion in AutoCAD zu laden Zur Ge nerierung der 2D Pl ne wurden manuell Schnittebenen im LFM Server erzeugt und die gewonnene Punktwolke direkt als Hintergrund in das verbundene Programm AutoCAD bernommen Mit diesem Modul war es gut m glich die gro en Datenmengen des IMAGER 5003 effektiv zu verwalten und z gig die 2D Schnitte und die 3D Modelle in AutoCAD zu erzeugen Die Abweichungen zwischen den Referenzstrecken und den Stre cken m 2D Plan betrugen durchschnittlich 13 mm Im 3D Modell wurden die Abweichun gen mit 11 mm bestimmt Teen Dear ei Br Zr IF i i ER E Aad ieee a 3 4 a E I i i 7 I i Pi ot fl oF af aid J BEER i ae fos al F 1 k HABT I ee A A ne Abb 7 Detaillierungsgrad der 3D Pl ne Grundriss und L ngsschnitt des gro en Fest saales aus den Daten des GS100 oben und des IMAGER 5003 unten kon struiert In Abbildung 7 st deutlich zu sehen dass die Ausarbeitungen aus den Punktwolken des IMAGER 5003 detailreicher sind da die Punktdichte im Objekt aufgrund der gr eren Standpunktzahl deutlich h her war und weniger L cken aufgrund von Abschattungen auf wies Des Weiteren war die Konstruktion mit dem LFM Server weniger zeitaufw ndig als mit Real Works Survey Dies f hrte auch dazu dass bei der Konstruktion der Seitenwand des Festsaales mit Real Works Survey nur ein 2D Plan
369. n Export von Polylinien zu AutoCAD Diese Polylinien waren die Grundlage um in AutoCAD sowohl die Grundrisse und Aufrisse wie in Abbildung 5 und 7 dargestellt als auch 3D Modelle Abb 6 zu konstruieren F r die Konstruktion des Wandst ckes im Gro Ben Festsaal Abb 8 wurden beispielsweise 48 Schnittebenen in einem Abstand von 10 cm mit einer St rke von 5 cm gebildet und daraus Polylinien erzeugt 190 T Kersten H Sternberg und E Stiemer Abb 5 Detaillierungsgrad der 2D Konstruktion einer Wand im Kaisersaal oben und eines Querschnittes im Gro en Festsaal unten konstruiert aus den Punktwol ken des GS100 links und des IMAGER 5003 rechts Der Vergleich von Strecken in den 2D Pl nen mit Referenzstrecken ergab eine durch schnittliche Abweichung von 17 mm Im 3D Modell einer T r Abb 6 ergab die Abwei chung zwischen dem CAD Modell und der Referenzstrecke durchschnittlich 10 mm Abb 6 Detaillierungsgrad des 3D Modells einer T r im Festsaal konstruiert aus den Punktwolken des GS100 links und des IMAGER 5003 rechts Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus 191 F r die Auswertung der Punktwolken des IMAGER 5003 wurde nicht die LFM Modeller Software verwendet da diese hnlich der 3Dipsos Software von Mensi nur die Generierung von 3D Primitiven erm glicht Hier wurde eine weitere Software von Zoller amp Fr hlich der LFM Server eingesetzt Mit dieser Software ist es m glich Teile der Punktwolke i
370. n Intensit tsverteilung aufgefasst werden die ihr Maximum bei 6 0 hat wobei die Ko h renzl nge die Breite der H llkurve festlegt Die Modulationsfrequenz wird durch die mittlere Wellenl nge A der verwendeten Lichtquelle bestimmt Da die Einh llende der Modulation nur ein Maximum besitzt ist somit eine eindeutige Zuordnung von H henwer ten m glich Diese Eigenschaft breitbandiger Lichtquellen wird bei der Erfassung von Oberfl chentopo graphien ausgenutzt Die Entstehung einer solchen Topographieaufnahme soll mithilfe von Abbildung 4 erl utert werden CCD Sensor Strahlteiler i shbil einfallendes Lichtb ndel Referenzspiegel x ae Messobjekt Abb 4 Intensit tsverl ufe f r Objektpunkte mit unterschiedlicher H henlage ArtrrH Die Abbildung 4 zeigt ein stufenf rmiges Objekt das mittels Wei lichtinterferometrie vermessen wird Durch Verschieben des Referenzspiegels wird eine Ebene die die gleiche optische Wegl nge zum Strahlteiler besitzt wie der Referenzspiegel im Messstrahlengang senkrecht zur Objektoberfl che verschoben Dabei kommt es nur dann zur Interferenz wenn ein Objektpunkt hier eine Stufe mit dieser so genannten Referenzebene zusammen f llt KOCH 1998 2 Das Messsystem MarSurf WS1 Bei dem hier betrachteten Messsystem handelt es sich um ein Interferenzmikroskop dessen Aufba
371. n Scandaten in berlappungsbereichen Diese Vorgehensweise speziell der zur Anwendung gebrachte modifizierte ICP Algorithmus wird nachfolgend n her erl utert Die beiden Ans tze unterscheiden sich vor allem in der Art der verwendeten Daten Im ersten Ansatz werden Messungen auf Ziele verwendet die nicht zu den eigentlichen Nutz daten z hlen Diese signalisierten Punkte k nnen aber sofern konventionell in einem ber geordneten System vermessen sogleich zu einer globalen Registrierung verwendet wer den Im zweiten Ansatz beruht die Registrierung auf den Nutzdaten und f hrt damit auch zur h chstm glichen Stimmigkeit der Nutzdaten nach der Registrierung F r eine globale Registrierung sind einige wenige signalisierte Punkte in der Praxis dennoch erforderlich Der f r die Registrierung zum Einsatz gebrachte ICP Algorithmus ist im strengen Sinn kein iterative closest point Algorithmus da nicht die Abst nde korrespondierender Punkte mi nimiert werden sondern ein Abstandsma korrespondierender ebener Datenbereiche Die Vorgehensweise ist wie folgt e Aufbereitung der Laserscandaten der einzelnen Scanpositionen Dabei werden jene Bereiche identifiziert die mit vorgebbarer Genauigkeit durch eine Ebene repr sentiert werden k nnen Jeder dieser Bereiche wird nachfolgend durch den Fl chenschwer punkt den Normalvektor und die Ausdehnung des Bereiches beschrieben Jeder dieser Bereiche wird nachfolgend als plane patch bezeichnet
372. n der Marken zueinander ver ndert hat In einem nachverarbeitenden Schritt werden aus den Transformationsparametern f r jeden Zeitpunkt die gesuchten Winkel entsprechend der EU Richtlinie ermittelt 16 K Raguse und T Luhmann Abb 6 Bild aus einer Versuchssequenz Stereospiegelvorsatz 4 3 Ergebnisse mit Pr fprotokoll Die zu berpr fenden f nf Winkel werden inklusive ihrer Standardabweichung bestimmt und mit den zul ssigen Toleranzen verglichen F r die Dokumentation der Ergebnisse wird ein Priifprotokoll erstellt in dem die gemessen Winkeln inklusive Standabweichungen und zul ssiger Toleranz vgl Abb 7 aufgef hrt sind Bei dem ausgewerteten Versuch traf der Beinimpaktor in der Horizontal Ebene unter einem Winkel von 0 37 mit einer Standard abweichung von 0 06 auf Die maximal zul ssige Abweichung von 2 wurde deutlich unterschritten Die Anforderung an das Messsystem den Winkel mit einer Messgenauigkeit zu messen die um den Faktor 5 10 besser ist als die zul ssige Toleranz wurde ebenfalls deutlich unterschritten Orientierung der Flugbahn des Legform Impaktors zum Auftrefl Zeitpunkt Winkel in der Honzonta Ebene Gem esserer Wert gar Messunsicherheit 0 06 H Grenzwert H27 F 0 2 Winkel in der Longitudinal Ebene Gemessener Wert 0 37 Messunsicherheit 0 08 HH Grenzwert 2 i i F 0 Abb 7 Ausschnitt aus dem Pr fprotokoll Darstellung der Ergebnisse f r die Winkel der Flugbah
373. n st t Da umfangreiche CAD Modellierungsarbeiten nicht erforderlich sind k nnen sehr schnell Ergebnisse Faktor Er fassung Auswertung 1 1 erzeugt werden 1 Einleitung Die Anwendungsgebiete f r Laserscanner sind auf den ersten Blick vielf ltig und in den meisten bisher durch Tachymetrie und Photogrammetrie beherrschten Anwendungen wird die Einsatzf higkeit von Scannern seit einigen Jahren getestet So berichteten JAHN et al 2004 ber die Objektmodellierung einer Industrieanlage und eines historischen Geb udes aus Laserscannerdaten des CYRAX 2500 und H NNIGER amp KERSTEN 2005 ber den Einsatz des Mensi GS100 bei einer topographischen Gel ndeaufnahme HESSE amp STRAMM 2004 setzten den IMAGER 5003 von Zoller amp Fr hlich f r Deformationsuntersuchungen an einem Schleusentor ein und KERSTEN et al 2006 verglichen den Mensi GS100 und den IMAGER 5003 bei Innenaufnahmen von zwei historischen Salen im Hamburger Rathaus Das Laserscanning System Mensi GS100 wird an der HafenCity Universitat Hamburg seit September 2003 in einer Vielzahl unterschiedlichster Projekte JAHN et al 2004 HONNIGER amp KERSTEN 2005 LINDSTAEDT amp KERSTEN 2005 KERSTEN et al 2005a KERSTEN et al 2006a KERSTEN et al 2006b und Untersuchungen KERSTEN et al 2005a 2005b STERN BERG et al 2005 eingesetzt unter anderem auch zur Uberpriifung von Bauwerken Der Vorteil der Messmethode liegt hier in der vollst ndigen fl chenhaften Erfassung der M
374. n unter den zuvor genannten Erschwernissen erm glicht Ein wesentli cher Vorteil des Vorschlages besteht darin dass die Instrumentenaufstellungen nicht lotbe zogen sind und erforderliche Netzpunkte sowie sonstige Targets f r eine sp tere berf h rung ins Schiffskoordinatensystem zuverl ssig eingemessen werden k nnen Die Bestim mung dieser Punkte kann in einem am Schiff zu definierenden Bezugssystem in nachfol gend beschriebener Messanordnung erfolgen e Aufbau eines Stationsnetzes um das Schiff herum aus nicht lotbezogenen Instrumen tenaufstellungen 240 J Soumagne und H Heister e Materielle Festlegung eines Bezugssystems Dockkoordinatensystem durch Festle gung der Schiffshauptpunkte e Signalisieren von Netzpunkten und Targets e Eimmessen in nicht lotbezogenen rtlichen Bezugssystemen festgelegt durch freie Orientierung beliebiger Instrumentenaufstellungen e Verkniipfen aller gemessenen Punkte durch eine gemeinsame Ausgleichung im Dock koordinatensystem nach vermittelnden Beobachtungen e berpr fen und Analysieren erreichter Genauigkeits und Zuverl ssigkeitsma e Abb 3 Nicht lotbezogene Orientierungsmessungen im Dockkoordinatensystem Die berechneten Koordinaten beziehen sich zun chst noch auf das f r die Orientierungs messungen gew hlte Dockkoordinatensystem ber eine ausreichende Anzahl von Pass punkten ihrer Zuordnung im Schiffskoordinatensystem und den daraus abgeleiteten Soll koordinaten kann in d
375. n verkn pft wobei die Genauigkeit f r die Registrierung der Punktwolken zwischen 3 8 mm Minimum und 8 6 mm Maximalwert lag Die Geo Referenzierung der gesamten Punktwolke erfolgte ber 23 Passpunkte 6 Kugeln auf Netzpunkte 9 Targets und 8 Kugeln an der Turmwand s Abb 3 Mitte mit einem RMS von 8 8 mm an den Passpunkten was f r die Objektrekonstruktion bei weitem ausreichte 258 T Kersten M Biebermann und M Schneider Anschlie end wurde die gesamte Punktwolke Abb 3 links noch bereinigt in dem ber fl ssige Punkte die nicht zu dem Objekt geh rten gel scht wurden F r die Objektrekons truktion wurde die Punktwolke zun chst segmentiert und der Turm als interessierender Bereich f r die weitere Auswertung ausgeschnitten Danach wurden die einzelnen W nde des Turmes und zus tzlich die vier Ecken des Turmes segmentiert Beim Zuschnitt der Punktwolke der auch beim Anbau und der Turmspitze durchgef hrt worden ist wurde immer darauf geachtet dass mit jeder Punktwolke nur eine Wand dargestellt wird Somit entstanden aus einer gesamten Punktwolke 15 verschiedene kleinere Punktwolken die anschlie end jeweils separat als ASCII File exportiert wurden um in PHIDIAS verarbeitet werden zu k nnen Ei ra a Abb 3 Gesamte registrierte Punktwolke links und Ausschnitt mit Passpunkten zur Geo Referenzierung Mitte Bild mit Bildpunktmessungen rechts 5 2 Bildorientierung und Kamerakalibrierung Vor der eigentlic
376. nd Lateraler Messbereich Laterale Aufl sung Tiefenmessbereich 50 um mit 500 Abtastschritten Messgeschwindigkeit 50 kHz Zeilenrate Aus den Zielparametern des Sensors ergeben sich hohe Anforderungen an das Piezosystem das Bilderfassungssystem sowie die Beleuchtung So muss beispielsweise der Piezoaktor in der Lage sein einer vorgegebenen Fahrkurve ohne wesentliche Regelabweichung zu fol gen um somit eine quidistante Abtastung des Wei licht Interferogramms zu gew hrleis ten Um eine angemessene Anzahl von Abtastwerten zu erhalten ist eine Kamera mit einer Zeilenrate bis 50 kHz vorgesehen Damit auch bei derart kurzen Integrationszeiten ein ausreichender Signal Rausch Abstand eingehalten werden kann ist ebenfalls eine effiziente Ausleuchtung des Messfeldes mit hoher Bestrahlungsst rke vorgesehen wobei als Strah lungsquelle Leuchtdioden aufgrund ihrer kompakten Bauform geeignet erscheinen Abbil dung 13 zeigt einen bereits realisierten Testaufbau mit dem Untersuchungen zu den o a Punkten durchgef hrt werden sollen Zeilenkamera Objektiv Zylinderlinse Kondensor ua DIN Strahlteiler t Piezopositionierer mit Referenzspiegel Messfeld rotierendes Objekt EEN Abb 13 Einfacher Testaufbau zur Systemcharakterisierung des Liniensensors 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie 85 Literatur Geburtig A 2002 Zerst rungsfreie Gleitsys
377. nd den Genauigkeitsklassen der DIN 18710 und den dar ber hinaus gehenden Qualit tsanforderungen aus Eckstein etc als Fachschalen zu der ver messungstechnischen Norm basieren wobei folgende Aspekte st rker als bisher Ber ck sichtigung finden m ssen e 3D Vermessung 3D Produkte e Digitale Weiterverarbeitung e Neue Produkten aufgrund neuer Mess und Weiterverarbeitungstechniken e Semantischen Qualit tsstandards 4 1 Ausblick Neue Qualit ten einer neuen Technik berarbeitete Standards sollen die Zusammenarbeit der Baubeteiligten mit den Architek turvermessern verbessern und insbesondere den Schritt in die dritte Dimension vollziehen S e sollen nicht die Vielf ltigkeit moderner Vermessungsverfahren einschr nken sondern auch hierf r Raum geben Sie m ssen sich vom eigenen Aufbau her leicht um zus tzliche Ergebnisse erweitern lassen Die Zielvorstellung w re die Zusammenfassung nicht nur der hier vorgestellten nationalen Ans tze um einheitliche Sprachregelungen und Anforde rungskataloge erarbeiten zu k nnen Das 3D Laserscanning bringt auch hier neue Impulse denn schon die Rohdaten der Auf nahme sind im Prinzip ein verwendbares Ergebnis denn letztendlich handelt es sich um ein 3D Modell das sich in Genauigkeitsklassen einordnen l sst allerdings in Form einer Punktwolke Folglich reicht die Beschreibung der Genauigkeit diskreter Punkte als Stan dard hier nicht aus denn dies w rde dazu f hren dass keine Vergle
378. ndanz und der Mobilit t der Systeme erkennen Der hohen Pr zision die heute bei der 3D Punktmessung durch Redundanz und dem Einsatz von Markern erreicht wird steht eine Genauigkeit der 2D Kantenantastung gegen ber die etwa um eine Gr enordnung schlechter ist als die eines Ellipsenoperators Dies wird in der industriellen Bildverarbeitung in der Regel durch einen entsprechend geringeren Abbil dungsma stab wieder kompensiert vgl Tab 1 Tabelle 1 Vergleich von Photogrammetrie und Industrieller Bildverarbeitung Photogrammetrie Industrielle Bildverarbeitung Typische Aufgaben Metrisches Messen in 3D 2D Messen Deformationsanalysen Erkennen von Fehlstellen Grundlegende Ver 2D Punktmessung 2D Kantenantastung fahren 3D Orientierung Erkennen einfacher Geometrien 3D Punktbestimmung Abbildungsma stab Ca 1 100 bis 1 1000 Ca 1 1 bis 1 10 Redundanz Hoch Niedrig Mobilit t Ja Nein Photogrammetrische Bestimmung von Bohrungen f r industrielle Anwendungen 27 Heute werden Baugruppen die von verschiedenen Herstellern produziert werden zu immer komplexeren Produkten montiert und es wird f r die einzelnen Hersteller immer wichtiger die Funktion und die Ma haltigkeit der Bauteile garantieren zu k nnen Im Wesentlichen h ngt die Qualit t der Bauteile vom Herstellungsprozess den Maschinen auf denen produ ziert wird und von den Mitarbeitern im Unternehmen ab Aber nicht immer lassen sich Fehler im F
379. nde Zielmarken Targets angebracht die sp ter eine Transformation vom Scan ner in das bergeordnete Koordinatensystem gew hrleisteten Die verschiedenen Zielmar ken Abb 3 Mitte neun f r den GS100 und 29 f r den IMAGER 5003 wurden mit einem Tachymeter TCRA 1105 von Leica in einem lokalen 3D Netz eingemessen und in einer Ausgleichung mit einer Genauigkeit von ca 4 mm bestimmt F r das Laserscanning in den beiden S len des Hamburger Rathauses standen insgesamt f nf Stunden zur Verf gung Aus zeitlichen Gr nden konnte mit dem GS100 nur von f nf Scannerstandpunkten gescannt werden s Abb 3 Mitte w hrend man durch die kurzen Scanzeiten von ca 7 Minuten je Scan mit dem IMAGER 5003 von 22 Standpunkten Auf 188 T Kersten H Sternberg und E Stiemer nahmen durchf hren konnte Als Aufl sung wurde die Einstellung high gew hlt in der ein 360 Scan eine Gr e von 10 000 Pixel x 5967 Linien aufweist Dies f hrt in 25 m Entfernung zu einem Punktabstand von 16 x 16 mm Der Standpunktwechsel mit dem IMAGER 5003 konnte durch den Rolluntersatz sehr schnell und flexibel vollzogen werden dagegen war beim GS100 ein Auf und Abbau des Systems von jeweils ca 10 Minuten erforderlich Die Steuerung der beiden Scanner erfolgte ber ein Notebook mit der Soft ware PointScape V1 2 GS100 bzw LRViewer 2 IMAGER 5003 Um die gescannten Punktwolken verschiedener Standpunkte automatisch verkn pfen zu k nnen wurde jede sichtbare gr n
380. ndere f r Wiederholungsmessungen 68 R Klattenhoff T Bothe A Gesierich W Li C v Kopylow und W J ptner 3 2 Bauteilkomponenten Das mobile Streifenreflexionssystem besteht aus handels blichen industriellen Komponen ten die das System kosteng nstig machen und gleichzeitig die einfache Austauschbarkeit einzelner Bauteile gew hrleistet Als Datenschnittstellen wurden f r den Monitor eine DVI Verbindung und f r die CCD Kamera der Einsatz des IEEE 1394 FireWire Anschlusses gew hlt Die Steuerung des Systems sowie Aufnahme und Auswertung der Messdaten erfolgt mithilfe eines Laptops Nachfolgend sind die wichtigsten Daten des Systems aufge f hrt e Messentfernung zur Objektoberfl che 350 mm e Messfeld 140 x 110 mm e Aufl sung der CCD Kamera 1392 x 1040 Pixel e Gr e Aufl sung des Monitors 410 x 305 mm 1600 x 1200 Pixel e _ Gesamtgr e des Systems 580 x 680 x 600 H B T mm 3 3 Positionierbarkeit des Messkopfes Da das Messsystem per Hand nur grob an den vorher festgelegten Markierungspunkten auf der Objektoberfl che angesaugt werden kann muss das Messfeld justiert werden k nnen Dies wird mittels einer mechanischen Positioniereinheit in Kombination mit einer optischen Justage Hilfe erm glicht mechanische Positioniereinheit des Messkopfes Abb 5 Mechanische Positionierung mit Angabe der Drehachsen Die mechanische Justierung erlaubt es den gesamten im Aluminiumgeh use befindlichen
381. ndform beinhalten Die st r punktfreie Punktwolke Abb 8 wurde f r die weitere Bearbeitung mit verschiedener Punktdichte aus Cyclone exportiert Abb 8 St rpunktfreie Futuro Punktwolke 3 3 Parametersch tzung und Klassifizierung der Fl chen 2 Ordnung mit Matlab Als Fl chen 2 Ordnung in allgemeiner Lage werden Punktmengen bezeichnet deren karte sische Koordinaten einer Gleichung folgender Form gen gen BRONSTEIN 1991 a X a Y a 2 2a XY 2a XZ 2a YZ 2a X 2a Y 2a Z a 0 1 Software der Firma The MathWorks zur L sung mathematischer Probleme 294 K Ratke Dabei sind X Y und Z die dreidimensionalen Punktkoordinate a bis a9 die unbekannten Fl chenparameter und ap ein koordinatenunabh ngiges Absolutglied Fl chen 2 Ordnung sind solche Fl chen wie Ellipsoide Zylinder Kegel Hyperboloide Paraboloide usw In Matrizenschreibweise l sst sich die Gleichung 1 folgenderma en ausdr cken MERZIGER amp WIRTH 1991 x f dges a gt T nn gt T gt A x Ax 2a x a 0 mit x Y A a a a und a a 2 Zz CR Ay Jede allgemeine quadratische Form 2 l sst sich durch Translationen und eine Hauptach sentransformation auf eine rein quadratische Form ihre Normalform bringen U a 0 0 u Ati a 0 mitu V A 0a O und a u 3 W 00 a det A ms Aa wobei A F T a ay der Hauptachsentransformation ist U V und W sind die Punktkoordinaten nach der Transl
382. ndom Sample Consensus Algorithmus Ran sac FISCHLER amp BOLLES 1981 der urspr nglich f r die L sung des Orientierungsprob lems vorgeschlagen wurde Die Grundidee des Ransac Algorithmus ist es aus der Menge der Beobachtungen zun chst nicht mehr zu verwenden als zur L sung des Gleichungssys tems mindestens ben tigt werden Die Beobachtungen werden zun chst zuf llig ausge w hlt Anschlie end wird gepr ft ob es einen Konsens gibt d h ob die Mehrzahl der anderen Beobachtungen diese L sung best tigt oder nicht Tritt der Konsens ein wurde eine L sung gefunden andernfalls stellt man eine neue Hypothese mit anderen zuf llig ausgew hlten Beobachtungen auf und wiederholt den ersten Schritt Damit k nnen gen gend Ausrei er aussortiert werden um die Ellipsenausgleichung beispielsweise mit einem Huber Sch tzer durchf hren zu k nnen 30 B M Wolf Abb 3 Bestimmung des Mittelpunkts eines Sacklochs mit dem Bohrungsoperator Links Bildausschnitt mit Sackloch Mitte extrahierte Kanten im Bereich der Bohrungskante rechts Ergebnis Tests mit Bildern bei denen ein d nnes Aluminiumblech jeweils einmal im Auflicht und einmal im Durchlicht aufgenommen wurde vgl WOLF amp ROLAND 2004 haben gezeigt dass mit dem hier vorgestellten Operator Genauigkeiten von 0 2 Pixel auch bei einer sehr hohen Anzahl etwa 30 vgl Abb 3 von Ausrei ern erreicht werden Bei den blichen Abbildungsma st ben vgl Tab 1 lassen sich
383. nen Die relative Position der bei den Arrays zueinander wird beim jeweiligen Aufbau ermittelt Wie auch bei der Mikrofon kette erreicht ein Ortungsruf der Fledermaus jedes Mikrofon zu einer anderen Zeit Wegen der r umlichen Anordnung der Mikrofone wird die Berechnung der 3D Position der Fle dermaus zum Zeitpunkt jedes Rufes m glich Die resultierende Polygonlinie aus Einzelor tungen beschreibt den dreidimensionalen Verlauf des Fluges HOLDERIED amp VON HELVER SEN 2003 F r die sp tere Zusammenf hrung der Flugbahnen mit den Daten der Umgebung wurden Holzpfl cke dauerhaft angebracht Die Distanzen der Mikrofon Arrays zu den Holzpfl cken wurden bei jedem Aufbau der Arrays vermessen Die H hendifferenz der Arrays wurde zu einer Referenz H henmarke mit einer Schlauchwaage aufgenommen 3 Scanaufnahmen Im Projektgebiet wurde umfassend die Aktivit t der Flederm use untersucht Darauf auf bauend wurden acht Versuchsfl chen ausgew hlt die eine erh hte Fledermausaktivit t aufweisen Diese Fl chen wurden mit einem terrestrischen Laserscanner aufgenommen Verwendet wurde der Panorama Laserscanner IMAGER 5003 von Zoller Fr hlich mit dem Lasermesssystem LARA 53500 Das Messsystem arbeitet mit dem Phasendifferenz prinzip zur Entfernungsmessung und hat einen Eindeutigkeitsbereich von 53 5 m Gescannt wurde im High Resolution Modus mit einer Aufl sung von 10 000 x 500 Scanpunkten pro Scan ZOLLER FR HLICH 2005 Pro Versuchsfl ch
384. nen geringen Signal Rausch Abstand aufweisen ist nur eine H llkurvenauswertung m glich Zu solchen Signalen kommt es vor allem dann wenn das Messobjekt steile Flanken besitzt oder durch seine Oberfl chenbeschaffenheit wenig Licht in den Sensor zur ckreflektiert In Abbildung 7 ist ein gemessenes Signal abgebildet Das linke Diagramm zeigt das Ergebnis eines kompletten Tiefenscans Im rechten Diagramm ist der Bereich in dem sich die Interferenz befindet vergr ert dargestellt Da die mittlere Wellenl nge der Lichtquelle bekannt ist lassen sich auch Signale genau bestimmen deren Signalamplitude von der des Rauschens im CCD Sensor nicht mehr unterscheidbar ist Cura a DEE Sebi ens Abb 7 Signal mit geringem Signal Rausch Abstand In Abbildung 8 ist ein Objekt abgebildet bei dem es zu solch einem kleinen Signal Rausch Abstand kommt Es handelt sich hierbei um einen Ausschnitt aus einem deterministisch texturierten Stahlblech aus der Automobilindustrie An den Flanken des Plateaus kommt es zu einer geringen Modulationstiefe des Signals sodass hier ausschlie lich eine H llkurven auswertung m glich ist 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie 81 Abb 8 Beispiel Topographieaufnahme eines strukturierten Stahlblechs Die bei der H llkurvenauswertung resultierende Aufl sung von wenigen Nanometern reicht bei einer Gesamth he des Plateaus von 14 Mikrometern aus 3 2 Phasenauswertung Bei der Phasenauswer
385. nfehlern und Achs exzentrizit ten behaftet werden Richtungs und Winkelmessungen um den Einfluss dieser Fehler verf lscht Folgende Fehler werden in diesem Beitrag betrachtet e Kippachsenfehler i e Zielachsenfehler c e Fxzentrizit t der Zielachse e Es ist anzumerken dass mit diesen drei Gr en keine vollst ndige Beschreibung aller Feh lereinfl sse m glich ist weitere Fehler sind z B in DEUMLICH amp STAIGER 2002 S 205 ff aufgef hrt man kann aber davon ausgehen dass sich mit den Gr en i c und e der gr te Anteil der auf die Richtungs und Winkelmessungen wirkenden Fehlereinfl sse beschreiben l sst Bei Messungen mit einem Tachymeter k nnen die Einfl sse der genannten Fehler w hrend der Aufnahme eines Objektes durch die Beobachtung von Richtungen in zwei Fernrohrla gen eliminiert werden Sollen die Messungen aus Gr nden der Wirtschaftlichkeit nur in einer Fernrohrlage ausgef hrt werden so sind die Achsenfehler und die Exzentrizit t der Zielachse vor der Messung zu bestimmen und die Ablesungen am Ger t rechnerisch zu korrigieren Ist es mit einem Laserscanner m glich ein Objekt in zwei Lagen des Sensorkopfes aufzu messen so ist es dennoch nicht m glich die Einfl sse der Achsenfehler und der Exzentrizi t t unter Verwendung der Punktwolken in Lage 1 und 2 zu eliminieren da aufgrund der fl chenhaften Aufmessung eine eindeutige Punktzuordnung nicht gegeben ist Es besteht aber die M glichkeit die
386. nlichkeit ergibt sich die M glichkeit den gescannten Raum in beobachtete und unbeobachtete verdeckte Bereiche zu klassifi zieren Die beobachteten Bereiche werden wiederum in offene und mit Objekten erf llte R ume aufgeteilt Diese Differenzierung erm glicht eine Quantifizierung des zur Verf gung stehenden Flugraumes 1 Einleitung Der Wald als Lebensraum f r viele Tierarten erf hrt durch die fortw hrende Nutzung durch den Menschen starke Ver nderungen Es ist festgestellt worden dass der Fortbestand vieler Fledermausarten in Mitteleuropa gef hrdet ist Zum effektiven Schutz dieser Tiere ist die Notwendigkeit von ausreichendem Quartier und Nahrungsangebot erkannt worden Die Auswirkungen des Fehlens geeigneter Waldstrukturen im Jagdlebensraum wurden bisher jedoch nicht umfassend untersucht Aus diesem Grund ist festzustellen auf welche Wald strukturen Flederm use f r die Jagd angewiesen sind um diese Strukturen dauerhaft vorzu halten oder auch erst zu schaffen Flederm use senden w hrend des Fluges wiederholt Ultraschall Ortungslaute aus fangen zur ckkehrende Echos mit den Ohren auf und k nnen damit ihre Umwelt wahrnehmen Das dreidimensionale H6rbild wird von den Flederm usen verwendet um Nahrung zu suchen und sich zu orientieren Verschiedene Fledermausarten erzeugen charakteristische Signale mit oft arttypischen Frequenzen SCHOBER amp GRIMMBERGER 1998 Aufgezeichnete Fle dermausrufe k nnen somit zum Ansprech
387. nn eine gleichm ige Punktverteilung erzeugt werden die eine Dreiecks vermaschung erm glicht Nach der Vermaschung bleiben h ufig viele L cher zur ck die teilweise auf Abschattungen zur ckzuf hren sind Abb 7 i a Abb 7 Lokalisierung und F llen von L chern Holefilling Die Bearbeitung dieser Hohlr ume teilt sich in zwei Schritte auf zum einen in die Lokali sierung der L cher zum anderen in das F llen HoleFilling Algorithmus L cher werden definiert ber die Anzahl ihrer Grenzkanten Kanten die nur einem Dreieck angeh ren Es wird unterschieden zwischen internen und externen Grenzkanten Interne Grenzkanten beschreiben die Umrisse von L chern externe Grenzkanten definieren einen begrenzten Modellbereich Aufgrund einer zu gro en Anzahl an Grenzkanten oder einer zu komplexen Grenzstruktur werden einige L cher gar nicht gef llt und m ssen manuell nachbearbeitet werden F r die F llung der L cher stehen verschiedene M glichkeiten zur Verf gung u a die Option Curvature bei der die angrenzende Topologie der Oberfl che ber cksich tigt wird Kr mmungsbasierte Interpolation Nach einer Dreiecksvermaschung kann das Modell viele Unregelm igkeiten enthalten Das sind Bereiche in denen die Punkte eine zu kleine Anzahl an direkten Nachbarn aufwei sen Bei diesem iterativ optimierenden Prozess wird die Oberfl che mit R cksicht auf die Topologie gegl ttet Smooth Algorithmus Eine weit verbre
388. ns wegen dem zur Zeit der Aufnahmen herrschenden Wind als solche von der Berechnung der Transformationsparameter ausgeschlossen werden muss ten Des Weiteren k nnen mit Cyclone die gescannten Objekte modelliert werden Die Model lierung l sst sich aufteilen in Auffinden der geometrischen Primitive basierend auf einer Dreiecksvermaschung gefolgt von der Ausgleichung und in das Verschneiden der gefunde nen Primitive zu einem Gesamtobjekt Cyclone erm glicht eine problemlose Modellierung von Regelk rpern wie Quadern Kugeln Zylindern und Ebenen Da jedoch das Futuro aus vielen Freiformfl chen besteht war mit Cyclone die Modellierung nur weniger Objekte wie z B die des Stahlgestells Abb 5 m glich Abb 5 Modelliertes Stahlgestell Die brige Modellierung erfolgte mit dem CAD System Allplan Allplot FT Die n tigen Parameter dazu wurden aus Cyclone herausgegriffen Querprofile Abb 6 und Polylinien Abb 7 wurden exportiert 3 CAD Software der Firma Nemetschek AG M nchen Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matt Suuronen 293 Abb 6 Querprofil Treppe Abb 7 Polylinie Stuhllehne Um die Futuro Schale zu modellieren musste allerdings erst die ihr zugrunde liegende Form bestimmt werden Dazu wurde in Matlab ein Programm zur Klassifikation und Ana lyse der Fl chen 2 Ordnung geschrieben Cyclone erf llte die Aufgabe der Elimination von St rpunkten aus den Punktwolken welche die Futuro Gru
389. nsformation der erzeug ten Messwerte in ein bergeordnetes Koordinatensystem umfasst Weiterhin wird die Rea lisierung einer Beispielanwendung in Form eines freih ndig gef hrten Koordinatenmess systems dargestellt welches als Kombination eines Zwei Kamera Systems und eines La serdistanzmessger tes 3D Koordinaten erzeugt Die dabei erarbeiteten Verfahren sollen im Anschluss auch bei anderen Navigator Sensor Kombinationen Anwendung finden 1 Einleitung Bereits seit mehreren Jahren sind Messsysteme auf dem Markt mit denen freih ndig ge f hrte Sensoren oder Werkzeuge 1m Raum orientiert und gemessen werden k nnen Das zur Navigation genutzte Aufnahmesystem variiert dabei von bildgebenden Ein und Mehrka mera Systemen z B AICON TraceCam ProCam AXIOS 3D Services CamBar Stein bichler T Scan Metris K Serie bis zu Lasertracker gest tzten L sungen z B Leica T Scan Allen Systemen gemeinsam ist die Aufgabe die sechs Freiheitsgrade 6 DOF eines K rpers im Raum zu bestimmen wobei die mathematischen L sungen von der 3D Transformation gemessener 3D Punktgruppen Zwei oder Mehrkamera Systeme tiber Methoden basierend auf R ckw rtsschnitten Einkamera L sungen bis hin zu hybriden Sensorensystemen Entfernungsmessungen INS reichen Aktuelle bersichten geben KYLE 2005 und LUHMANN 2005 Das Projekt befasst sich mit der Navigation messwertgebender Sensoren in einem beliebi gen Verbund aus Navigator Ein Kamera System Zwei K
390. nsystem berf hrte modellierte Schiffsrumpf kann dann als 3D Spantenmodell in entsprechenden Formaten f r AutoCAD MicroStation und auch IGES Initial Graphics Exchange Specification zur bernahme in ein CAD oder spezielle Schiffsbauprogramme wie z B NAPA oder MultiSurf bereitgestellt werden Abb 8 3D Spantenmodell 244 J Soumagne und H Heister Bei einer bernahme ist insbesondere darauf zu achten dass die Interoperabilit t zwischen den jeweiligen Programmen gegeben ist und es nicht aufgrund intern verwendeter Algo rithmen zu Verf lschungen von Ergebnissen kommt Im CAD k nnen aus dem Spantenmodell zweidimensionale Spantenrisse abgeleitet und je nach Anforderungsprofil aufbereitet werden Die Kurvenverl ufe in diesen Rissen stellen nun die tats chliche Form der Au enhaut dar und sind somit Grundlage f r weitere Pla nungs und Fertigungsaufgaben Spanfenriss L I ea BO zes a et 2 amp in Abb 9 Kurvenverlauf der Au enhaut in einer Spantenebene 3 Fazit und Ausblick Mit der Bereitstellung eines zuverl ssigen 3D Modells des Schiffsrumpfes als As Built Aufnahme kann ein Soll Ist Vergleich mit den vorliegenden Konstruktionsdaten sowohl direkt im CAD erfolgen oder auch anhand von Planunterlagen tabellarisch und grafisch dargestellt werden Somit sind zul ssige Abweichungen und einzuhaltende Toleranzwerte berpr fbar sodass die dabei gewonnenen Erkenntnisse bei Produktionsprozessen ber ck sichti
391. ntiert ist Speicherung von zeitkontinuierlichen Sensordaten am Beispiel Fahrerleistungsdatenbank 143 2 2 Techniken der Datenspeicherung 2 2 1 Tablespace Layout Ein Tablespace ist ein logischer Bereich der Datenbank in dem eine oder mehrere Daten dateien liegen Datendateien sind der physische Speicherplatz der Datenbank die Berei che in denen Tabellen und Indizes gespeichert werden Die Verteilung und der Aufbau von Tablespaces spielen eine entscheidende Rolle f r die Performance und Administrier barkeit eines Data Warehouses F r das Anlegen der Tablespaces sollte Folgendes beachtet werden l WO Performance Das Thema VO Performance wird oftmals durch eine geeignete Hardware Architektur RAID bearbeitet 2 Administrierbarkeit Zum einen sollte man vermeiden zu viele Tablespaces zu erstel len um die bersichtlichkeit zu behalten zum anderen ist es aber sinnvoll gro e Ta bellen oder aber wenn sie partitioniert sind gro e Tabellenbereiche in eigenen Tablespaces zu speichern da dadurch das Backup und Recovery vereinfacht wird 3 Aufteilung von Partitionen Werden Partitionen in einzelnen Tablespaces abgelegt so kann sich dies auf die Performance der Abfragen auswirken da ggf nicht die gesamte Datenbank sondern nur einzelne Partitionen durchsucht werden m ssen Auch lassen sich die Tabellen besser verwalten da sich die Daten in Partitionen viel einfacher laden und l schen lassen s Kap 2 2 2 4 Transp
392. nzelpunktmessverfahren aus den Daten extrahieren zu Kanten bzw Linien verbin den sowie zu Fl chen zusammensetzen Aus den Fl chen k nnen K rper gebildet werden Die we taus gr te Anzahl an Messwerten befindet sich auf den Fl chen Es ist deshalb sinnvoll die Kanten und Ecken der Objekte als Schnitte der sie begrenzenden Fl chen zu bilden Die gr tm gliche Information wird genutzt wenn man m glichst alle auf den Fl chen befindlichen Punkte in eine Ausgleichungsrechnung zu deren Parametrisierung einf hrt Die zu einer Fl che geh renden Laserpunkte sind zun chst zu aggregieren Hierzu wurde ein automatisiertes Verfahren entwickelt das auf einer topologischen und differen tialgeometrischen Analyse der Laserpunkte basiert Die topologischen Zusammenh nge zwischen den einzelnen Laserpunkten lassen sich im Raum winkeloptimiert durch die r umliche Delaunay Triangulation beschreiben Entlang der Verbindungen der 3D Delaunay Trinagulation werden sequentiell die differentialgeo metrischen Eigenschaften wie die Abst nde benachbarter Punkte die Abst nde der Punkte zu lokalen Ebenen und die lokalen Kr mmungseigenschaften untersucht Die Kr mmungs Laserscanning und Photogrammetrie die Vielfalt der Auswertem glichkeiten 249 eigenschaften lassen sich f r einfache geometrische Fl chen wie Ebenen und Zylinder durch die beiden Hauptkr mmungen beschreiben Sie sind f r die Ebene beide gleich Null f r den Zylinder ist eine der
393. odul mit dem sich vielf ltige Messaufgaben bearbeiten lassen Es k nnen L ngs und Querprofile berechnet geometrische Primitive bestimmt und halbautomatische Linien Kanten Leitungs und Rohrverfolgungen berechnet werden In diesem Modul steht auch eine Sechs Parameter Transformation f r die Georefenzierung der Punktwolken in bergeordnete Koordinatensysteme zur Verf gung In IMMerge k nnen polygonale Modelle aufgrund von Punktwolken gerechnet werden Zur Editierung und Optimierung dieser Modelle kann IMEdit benutzt werden IMCompress dient der Komprimierung und des Exports dieser Modelle Abgesehen von der Vermaschung sind die f r die Auswertung von Vermessungsprojekten wichtigsten Module IMAlign und IMInspect Dementsprechend wird in diesem Beitrag hierauf auch besonders eingegangen Die Module werden ber einen so genannten Work space Manager gesteuert der gleichzeitig der Verwaltung der Projekte dient 3 2 Datenaufbereitung Zum Scanner wird die Aufbereitungssoftware PARSER mitgeliefert Hiermit k nnen die bin ren Rohdaten in verschiedene Weiterverarbeitungsformate gewandelt werden so auch in das ASCII Format oder das PolyWorks Format F r jeden Messpunkt stehen dann drei dimensionale Koordinaten Intensit tswerte und je nach PARSER Version auch Farbwerte zur Verf gung Das Bild der eingebauten Digitalkamera sowie eine Logdatei mit statisti schen Informationen ber den Scan k nnen ebenfalls zur Weiterbearbeitung genutzt wer
394. ome h heren Grades Durch die parametrisierte Beschreibung kann der Ursprung und die Richtung der Sicht strahlen berechnet werden Diese Beschreibung ist geeignet fiir Objektive die ideal ver zeichnen Stark verzeichnende Objektive k nnen so nur unzureichend oder gar nicht be schrieben werden Daher muss fiir die Kalibrierung solcher Objektive eine geeignete Me thode gefunden werden Dafiir wurde am BIAS die Sichtstrahlkalibrierung entwickelt 2 Sichtstrahikalibrierung 2 1 Prinzip der Sichtstrahlkalibrierung I R Strahlenschnittpunkt N ar Strahlenschnittpunkt 1 x Triangulation 1 x Triangulation s 1 S 1 freie Strahlrichtung i X freier Strahlstartpunkt Projektor Kamera SBi ackbox a b Abb 1 a Koordinatenberechnung bei Streifenprojektion und Stereophotogrammetrie Definition der Sichtstrahlen ber photogrammetrische Kalibrierung durch innere und u ere Orientierung b Pixelweise Betrachtung eines Messsystems Parame terlose Beschreibung der Sichtstrahlen durch freien Strahlstartpunkt und freie Strahlrichtung Bei der Sichtstrahlkalibrierung wird f r jedes Pixel ein eigener Sichtstrahl bestimmt Die optischen Eigenschaften von Projektor und Kamera des Streifenprojektionssystems werden 132 M Schulte T Bothe W Li A Gesierich C v Kopylow und W J ptner nicht modelliert sondern das Messsystem wird als Blackbox betrachtet Abb 1b Mit diesen Voraussetzungen ist es m glich
395. on Punkten einer abgehenden Kante beeinflusst wird Abb 3 Ausgerundete Kanten sind die Folge Grunds tzlich sollte die Toleranz nicht gr er als das doppelte Messrauschen des Laserscanners sein 2 3 Vektorisierung gegl tteter Schnitte Das Profil einer l ckenlos aufgenommenen ebenen Oberfl che eines Objektes zeichnet sich bei der Vektorisierung durch ein geschlossenes Polygon aus Ausgehend von den berechne ten Eckpunkten und dem Wissen dass sich bei einer geschlossenen Oberfl che in einem Eckpunkt jeweils zwei Vektoren schneiden wird eine automatische Vektorisierung durch gef hrt Als Steuerparameter wird die l ngste vorhandene Profilstrecke vom Programm abgefragt Dabei reicht eine Angabe auf Meter genau aus Wann ein Eckpunkt mit einem weiteren verbunden wird ist abh ngig von der Anzahl der Punkte die sich auf der Verbin dungslinie befinden Dabei werden Punkte deren senkrechter Abstand von der Verbin dungslinie kleiner als eine vorher definierte Toleranz ist ebenfalls dazugez hlt Eine Un terbrechung in der Abfolge der Punkte hervorgerufen durch Kr mmungen Abb 4a links oder Scanschatten Abb 4a rechts entlang der Verbindungslinie ist ebenfalls ein Aus schlusskriterium f r die Vektorisierung durch Geradenst cke FR Unterbrechung Unterbrechung a Te ee E A u A ee he it a a ares vara A fa Fa i b Tapara eg tins tei ee TT F LMR 1 308 0 625 0 655 c 0 795 Abb 4 a Ausschlusskriterrum bei der Vekt
396. on Gr bnerbasen auf ein Eigenwertproblem zur ckf hren und sehr effizient l sen 2 3 5 Zylinder aus f nf Punkten Die Bestimmung eines Zylinders aus f nf Punkten funktioniert unseres Wissens nicht nach dem obigen Schema Stattdessen bestimmen wir hnlich wie in Kapitel 2 2 zun chst die Richtung der Zylinderachse Dazu rotiert man die Zylinderachse sodass sie in Richtung der Z Achse zeigt also die Projektionen aller Punkte in die XY Ebene kozirkul r sind Mithil fe von Quaternionen l sst sich diese Rotation schreiben als a he Jap Oh F Ria bi ETEY Jab a b Hi i Oh Jr a i 20 Explizit sind die Koordinaten der rotierten Punkte nun also Alla b Aa Xib 2Yjab 24 04 A a b 2 Kat Ye 2N ab 22 0 Y Zila b L at o Z a Zib Jya ON sh r Li 21 Substituiert man wieder mit Gleichung 2 so ist die Kozirkularitat der f nf Punkte in der XY Ebene darstellbar als homogenes Gleichungssystem a b Yla b 2Xy a 6 2 7 a b I a b yi cr b 2 Xala h 272 ab a 6 Fadia b 2 Xa a h 2Y3 a b i Hia h i 0 Sia bh ia a b 2X ila h 2 7 ab 1 a b 2 a 6 2Ni a 6 2 2 a 6 1 22 Jede der f nf 4 x 4 Submatrizen von H a b muss nun singular sein Die f nf Determinan ten sind gebrochen rationale Funktionen in den Rotationsparametern a und b Betrachtet man nur die Z hler der Determinanten so kann man sehen
397. on identischer Objekte einsetzen Die automatische Extraktion beliebiger Geo metrien aus der Punktwolke muss fortentwickelt werden Es gen gt nicht wie heute allgemein realisiert nur die Regelgeometrien auszuwerten Doch auch an die m gliche Weiterverwendung der origin ren Daten Punktwolke sollte gedacht werden Viele Anwender nutzen diese Punktwolke zur Dokumentation oder auch zu Planungszwecken Wir m ssen diesen Kunden den Originaldatensatz n geeigneter Auf bereitung zur Weiterverarbeitung in der gewohnten CAD Umgebung zur Verf gung stellen Zur Erweiterung des Einsatzspektrums der Messergebnisse geod tischer Sensoren m ssen semantische Daten in den hybriden Voxel Vektor Raum eingef gt werden womit eine vielf ltige Verwendungsm glichkeit der Daten in den verschiedensten Informations systemen gegeben sein wird Geod sie und Geoinformation n dimensional 7 Um die Frage im Titel dieses Beitrages beantworten zu k nnen m ssen wir die Summen probe zu den behandelten Dimensionen machen Geod ten m ssen die drei Raumdimen sionen die Zeit und als weitere Dimension der aufgemessenen Dinge die Attributierung der Objekte in ihre Mess und Auswertestrategien einbeziehen Damit ergeben sich f nf Di mensionen was angesichts der von der Quantenphysik geforderten 11 Dimensionen oder gar der beliebigen Anzahl von Dimensionen in der Riemannschen Geometrie noch hand habbar scheint und die Handlungsf higkeit des Geod t
398. ondern eher f r jede Anwendung einen speziellen Scanner In diesem Projekt hat sich der IMAGER 5003 als flexibler und geeigne ter erwiesen da die Punktdichte und die vielen Standpunkte in kurzer Zeit eine bessere Auswertung erm glichten Generell ist 3D Laserscanning eine innovative Technologie deren Einsatz gerade auch in der Denkmalpflege ein hohes Potenzial aufweist Durch eine hohe Automatisierung der Auswerteprozesse werden Laserscanning Systeme in Zukunft eine zunehmende Akzeptanz im Markt erreichen Die Systeme werden auch schneller genauer handlicher und hoffentlich auch g nstiger werden Eine Datenfusion von hochaufl senden Digitalkameras mit Punktwolken f r Visualisierungs und Interpreta tionsaufgaben scheint daher auch eine konsequente Weiterentwicklung der Systeme darzu stellen 7 Dank Die Autoren bedanken sich bei Dipl Ing K Mechelke Dipl Ing C Acevedo Pardo beide HAW Hamburg Dipl Ing S Kruse und Dipl Ing J Soumagne beide Ingenieurb ro Dr Wesemann Bochum Hamburg f r die Datenerfassung im Hamburger Rathaus Terrestrisches 3D Laserscanning im Hamburger Rathaus 195 Literatur D ppe R D amp B Klein 2005 Blockausgleichung mit Fl chen f r Laserpunktwolken In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 266 271 Kersten T Sternberg H Mechelke K amp C Acevedo Pardo
399. onsergebnisses vom Dachstuhl Bautzener Dom durch mehrere geometrische Schwerpunkte konstruierte St be visualisiert mit Auto CAD links Verbindung der einzelnen geometrischen Schwerpunkten in einem Schnittprofil rechts 5 Zusammenfassung und Ausblick Im Rahmen der Arbeit wurde ein Verfahren zur Detektion und Modellierung der Begren zungsfl chen von Dachbalken mit dem Ziel der Tragwerksmodellierung entwickelt Das Verfahren beruht auf der Unterteilung einer Laserscannerpunktwolke in Schichten und der Extraktion von Primitiven aus Laserscannerpunktwolken 163 Suche nach Begrenzungslinien in 2D Projektionen bzw nach Begrenzungsfl chen durch eine Houghtransformation Die Ergebnisse sind stark von der Punktdichte und der Streuung der Punkte in den Schnitt ebenen abh ngig Etwa 75 aller extrahierten Daten konnte f r eine Weiterverarbeitung verwendet werden Hierauf basierend konnte manuell ein Stabwerkmodell f r die Statikbe rechnung mit einer Genauigkeit von 1 2 cm erstellt werden F r die Zukunft ist eine automatische Zuordnung der einzelnen geometrischen Schwer punkte zu einer Balkentopologie vorgesehen Mit diesem Verfahrensschritt st es dann m glich aus einer Laserscannerpunktwolke automatisch ein Stabwerksmodell zu extrahie ren mit dem eine Statikberechnung des kompletten Dachstuhls erfolgen kann Literatur Haber cker P 1991 Digitale Bildverarbeitung Grundlagen und Anwendung Carl Han sen Verlag M nchen
400. ontageinformati onen Drehmomente Farben Hilfsmarkierungen individuelle Kundenspezifika tionen In Abbildung 10 wird eine Fertigungssituation im Automobilbau nachgestellt bei der ben tigte Informationen per Inverser Musterprojektion direkt auf das Objekt projiziert werden Der Vorteil gegen ber L sungen mit vor die Augen zu positionierenden Virtual Reality Displays ist dass die Informationen ortsfest mit dem Objekt verbunden s nd und somit der Aufwand z B Kopfbewegungen zu kompensieren wegf llt Zudem wird keine hinderliche zus tzliche Ausr stung wie VR Helm oder tragbarer Computer ben tigt Eine m glicher weise st rende Abschattung durch die Benutzer kann leicht durch Benutzung mehrerer Projektoren umgangen werden da die Inverse Musterprojektion es erlaubt aus verschiede nen Richtungen exakt dasselbe definierte Muster zu erzeugen 94 A Gesierich T Bothe und W Li 4 Zusammenfassung und Ausblick Es wurde die Entwicklung der 3D Kamera zu einem industrietauglichen Produkt gezeigt Durch den besonderen Aufbau und der damit in Zusammenhang stehenden Eigenschaften der 3D Kamera ist ein Nischenprodukt f r eine Reihe von Anwendungen entstanden die mit Standardsystemen nicht zug nglich sind Durch den modularen Aufbau sind schneller und kosteng nstiger Bau sowie Wartung und Reparatur der 3D Kamera gew hrleistet Durch einfache und weit verbreitete Schnittstellen ist die 3D Kamera mobil mit einem Laptop zu betreiben Die ge
401. orisierung links berh hte Darstellung einer Kr mmung im gegl tteten Profil rechts Scanschatten b gegl ttetes Pro fil einer Fassade mit berechneten Eckpunkten dicke Punkte c vektorisiertes Profil mit automatisch ermittelter Bema ung 218 A Bienert Mit gr er werdender Toleranz werden Profilseiten vektorisiert die von einem idealen Geradenverlauf abweichen Betrachtet man vergleichend die Aufnahme eines Objektes mit dem Tachymeter werden nur diskrete Punkte gemessen welche die Objektgeometrie repr sentieren Bei der manuellen Vektorisierung werden die aufgenommenen Punkte durch den Bearbeiter verbunden und kleine Unstetigkeiten im Profilverlauf generalisiert Eine kr mmungsbasierte Vektorisierung ist bei der Gl ttung von Kreisen und Kreisb gen m glich Zun chst wird der Schwerpunkt des Profils bestimmt und der Richtungswinkel vom Schwerpunkt zu jedem Messpunkt berechnet Eine Sortierung der Punkte nach der Gr e der Richtungswinkel erm glicht das Verbinden benachbarter Punkte Im Unterschied zu geraden Profilen werden alle gegl tteten Punkte bei der Vektorisierung verwendet Eine automatische Beschriftung der Vektoren mit Ma en wie Radius Mittelpunkt koordinaten und L ngen der Profilseiten Abb 4c ist ebenfalls m glich Die Einbindung der so erzeugten Schnitte in eine CAD Umgebung ist momentan ber eine VRML Datei gegeben 3 Glattungsbeispiele Abbildung 5a zeigt einen gescannten Brunnen als Beispiel f
402. ortable Tablespaces bieten die M glichkeit einen Tablespace zu klonen um ihn von einer Datenbank in eine andere Datenbank zu kopieren Dadurch entf llt der m hsame Weg einen Export Import oder hnliches durchzuf hren 2 2 2 Partitionierung Partitionierung bezeichnet das Zerlegen der Zeilen einer Tabelle in mehrere Teile Durch das Verteilen einer gro en Tabelle auf kleinere Partitionen erreicht man verschiedene Ziele l Verbesserung der Performance da bei Abfragen ggf nur eine Partition und nicht die gesamte Tabelle durchsucht werden muss 2 Einfachere Administration da die Daten in kleineren Elementen hinterlegt sind lassen sich die Daten in den Partitionen viel einfacher laden und l schen 3 Schnelleres Backup und Recovery durch verkleinerte Datenelemente 2 2 3 STAR Schema Das STAR Schema ist eine besondere Form eines Datenmodells dessen Ziel nicht die Normalisierung ist sondern eine Optimierung auf effiziente Leseoperationen Die Daten in einem Data Warehouse sind nach Fakten und Dimensionen getrennt Fakten tabellen sind dadurch gekennzeichnet dass sie ein sehr gro es Datenvolumen haben meh rere Hundertmillionen Datens tze und ber entsprechende Attribute klassifiziert werden Die Dimensionstabellen beschreiben dann diese Attribute Die Bezeichnung Sternschema r hrt daher dass die Tabellen sternf rmig angeordnet wer den Im Zentrum steht eine Faktentabelle um die sich mehrere Dimensionstabellen grup pi
403. orte Wegmann erm glichte die Arbeit mit den Systemen e Laserscanner RIEGL LMS Z4201 Software RISCAN PRO und PHIDIAS e Streifenlichtscanner Breuckmann triTOS HE Software rapidformXO In Zusammenarbeit mit dem Institut fiir Restaurierungs und Konservierungswissenschaft an der Fakult t fiir Kulturwissenschaften der Fachhochschule K ln erfolgte die Dokumen tation der Geb ude der Elly H lterhoff B cking Stiftung in Bad Honnef durch 2D Pl ne und ein Raumbuch Mit dem Laserscanner wurden die Hauptfassade und ein Innenraum mit Stuckdecke mit dem Streifenlichtscanner Ausschnitte dieser Stuckdecke und einer T rlai bung erfasst Hierbei zeigten sich die unterschiedlichen Anwendungsbereiche der zwei Systeme Mit dem Laserscanner lassen sich schnell gro e Fl chen erfassen mit einer Ge nauigkeit die f r die Weiterbearbeitung zu Planungszwecken aber auch f r weitere Doku mentationen im Bereich der Bauforschung mehr als ausreichend ist Lediglich im Detailbe reich st t das System an seine Grenzen Hier liegt die St rke des Streifenlichtscanners Der Scanausschnitt ist wesentlich kleiner die Aufl sung daf r ungleich h her sodass auch die filigranen Elemente der Stuckdecke pr zise erfasst werden konnten Die Arbeit mit beiden Systemen setzt eine sorgf ltige Standortwahl voraus um die nicht erfassten Schat tenzonen m glichst klein zu halten die Anzahl der Standorte aber auch wegen der Daten menge und aus Zeitgr nden nicht zu gro we
404. otogrammetrie und Fernerkundung TU Dresden ellen schwalbe mailbox tu dresden de SEMMLER Arne Scan3D Dienstleistungsgesellschaft mbh Berlin semmler dienstleistung denkmal de SOUMAGNE Johannes Dr Ing Wesemann Gesellschaft ftir Ingenieurgeod sie mbH Hamburg soumagne ib wesemann de SPIECKER Heinrich Institut f r Waldwachstum Albert Ludwigs Universit t Freiburg instww iww uni freiburg de STEIN Volker Diplomand Fachhochschule Bochum steinvolk gmx net STERNBERG Harald Department Geomatik HafenCity Universitat Hamburg h sternberg rzcn haw hamburg de STIEMER Enrico Diplomand Department Geomatik HafenCity Universitat Hamburg enrico stiemer web de STOCKMANN Michael Gesellschaft fiir Fertigungstechnik und Entwicklung e V Schmalkalden m stoeckmann gfe net de STUDNICKA Nikolaus RIEGL Laser Measurement Systems GmbH Horn Osterreich nstudnicka riegl co at TECKLENBURG Werner Institut fiir Angewandte Photo grammetrie und Geoinformatik FH Oldenburg Ostfriesland Whv tecklenburg fh oldenburg de TENZER Axel Volkswagen AG Wolfsburg axel tenzer volkswagen de ULLRICH Andreas RIEGL Laser Measurement Systems GmbH Horn Osterreich aullrich riegl co at VON KOPYLOW Christoph Bremer Institut f r Angewandte Strahltechnik Bremen vonkopylow bias de WEBER Thomas Geod tisches Institut der TU M nchen th weber bv tum de WOLF Bernd Michael SOLVing3D GmbH Garbsen b
405. pixelweise Beschreibung eines Messsystems weit besser in der Lage extreme Objektive w e die der 3D Kamera zu beschreiben Hochfrequente Verzeichnungen einer Kamera oder eines Projektors werden durch die neue Kalibrierung so gut beschrieben dass diese Verzeichnungen in Messergebnissen einer H henvermessung nicht mehr auftau chen Die Kalibrierung kann vollkommen automatisch ablaufen da durch die Phasenmes sung auf dem Monitor keine m glicherweise fehlerbehaftete Markererkennung erforder lich ist Durch diese neue Kalibriermethode ist es nun m glich beinahe jedes optisch abbil dende System zu kalibrieren So k nnen z B hochwertige Optiken durch g nstigere ersetzt und die gew nschte Genauigkeit durch softwareseitige Korrektur erreicht werden Wie am Beispiel der 3D Kamera gezeigt ist es so auch m glich neuartige Messsysteme zu kon struieren die mit der herk mmlichen photogrammetrischen Kalibrierung nicht ausreichend beschrieben werden k nnen Allerdings bleiben noch Dinge wie die Ursache der ringf rmi ge Verzeichnung in Abb 8b und der Einfluss einer Blenden nderung auf die Kalibrierung zu untersuchen Literatur Bothe T Gesierich A Kopylow C von amp W J ptner 2004 3D Kamera ein miniatu risiertes Streifenprojektionssystem zur Formerfassung In Luhmann T Hrsg Pho togrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Bothe
406. punkte werden messtechnisch erfasst und bilden die Grundlage des Objektmodells f r die Auswertung Ein Polarscanner liefert in sehr kurzer Zeitfolge dreidimensionale Polarkoordinaten einer Objektoberfl che Das wesentliche Merkmal des Laserscans ist zun chst die schnelle drei dimensionale Erfassung des Objekts mit hoher Punktdichte Zus tzlich zur geometrischen Information kann die Intensit t i des reflektierten Lasersignals erfasst werden Werden die gemessenen Daten x y z i rasterf rmig gespeichert entsteht ein Abstandsbild und ein Intensit tsbild Ein Beispiel f r eine solche Punktwolke ist in der Abbildung 3 gezeigt Das Bild besteht aus mehreren Millionen Einzelpunkten Die Distanz und Intensit tsin formationen sind zur Visualisierung der Punktwolke schon verarbeitet Abb 3 Punktwolke eines Laserscans Diese unstrukturierte Punktwolke aus einigen Millionen Objektkoordinaten muss nun je doch einer aufw ndigen Weiterverarbeitung unterzogen werden Dies geschieht zurzeit meist mit gro em manuellen Aufwand Anzustreben sind automatische Auswertealgo rithmen die aus der Punktwolke geometrische Elemente wie Ebenen Kugeln Zylinder usw und Attribute oder sogar die Semantik bestimmen bzw bestm glich approximieren 6 H Schlemmer 3 Aufgabenstellungen f r die Zukunft Objekte der realen Welt werden in dreidimensionalen CAD Systemen durch geometrische Primitive repr sentiert Die Primitiven m ssen das reale Objek
407. r ber Sponsorenmittel finanziert wird wurden die Fachhochschule K ln f r die materialtechnologische restauratorische und konservatorische Untersuchungen und Ma nahmen sowie die Technische Universit t M nchen Lehrstuhl f r Geod sie Vor stand Univ Prof Dr Ing habil Thomas A Wunderlich f r die Vermessungsarbeiten mittels Lasertechnologie in Form einer Diplomarbeit RATKE 2006 in das Projekt einge bunden um anhand der aufgenommenen digitalen Daten Verformungen und Sch den die am Futuro im Laufe der Jahre aufgetreten sind nachzuweisen und zu dokumentieren Die geometrische Form des Futuro war zu bestimmen und ein dreidimensionales Modell des Hauses sollte entstehen welches als Vorlage f r die Schadensbema ung und kartierung dienen und dem Betrachter au erdem eine bessere Vorstellung vom Futuro Haus erm gli chen sollte m nn ie Abb 1 Futuro Berlin 1 Allgemeines ber Futuro Futuro wurde im Jahre 1968 von dem finnischen Architekten Matti Suuronen entworfen und sollte urspr nglich als Skih tte oder Ferienhaus genutzt werden Der hellgraue Proto typ wurde am 1 April 1968 von der finnischen Firma Polykem Ltd hergestellt Er hatte die Form eines abgeplatteten Ellipsoids welcher auf einem Stahlfundament bestehend aus einem Torus und vier an ihm befestigten rohrartigen Beinen auflag Die Futuro Schale war eine Sandwich Konstruktion aus mit Glasfaser verst rktem Kunststoff f r die Innen und Erfassung Ana
408. r Laserpunkt beim IMAGER 5003 auf derselben Distanz 11 mm gro sein kann Durch die integrierte Kamera bietet der GS100 die M glichkeit die Punktwolke mit RGB Werten farblich zu kodieren Tabelle 1 Technische Spezifikationen der Laserscanner Mensi GS100 und IMAGER 5003 Mensi GS100 IMAGER 5003 Messmethode Impulslaufzeit Phasendifferenz Sichtfeld 360 horiz 60 vertikal 360 horiz 310 vertikal Optimale Scandistanz 2 100 m 1 53 5 m Scangeschwindigkeit bis zu 5000 Punkte sec bis zu 500 000 Punkte sec Streckenmessgenauigkeit 25m 6 mm einfache Strecke 6mm Winkelaufl sung 0 002 gon 0 020 gon Strahldivergenz Laserspot in 25 m 0 06 mrad 3 mm 0 22 mrad ca 11 mm Integrierte Kamera RGB 768 x 576 Pixel keine Die Abbildung 2 zeigt beide 3D Laserscanning Systeme mit entsprechendem Zubeh r Zum GS100 geh ren eine robuste Transportkiste und ein Notebook zur Steuerung des Messinstrumentes bei der Datenerfassung Eine sinnvolle Erg nzung des Systems ist ein effizienter Generator z B Honda Stromerzeuger EU 101 Leistung ca 1 KW f r den Betrieb im Au endienst da nicht berall eine Stromversorgung vom Netz gew hrleistet werden kann Der IMAGER 5003 ist auf einem fahrbaren Stativ montiert und wird durch eine Batterie versorgt Der Steuerung des Scanners erfolgt ebenfalls ber ein Notebook Ein wesentlicher Bestandteil der Laserscanning Systeme ist die Software die f r beide verwendeten Systeme in Tabelle 2 zusammengef
409. r ft Dennoch sind inhaltliche Fehler nicht v llig auszuschlie en Daher erfolgen die Angaben usw ohne jegliche Verpflichtung oder Garantie des Verlags oder der Autoren Sie bernehmen deshalb keinerlei Verantwortung und Haftung f r etwa vorhandene inhaltliche Unrichtigkeiten Ebenfalls erfolgt die Verwendung der CD unter Ausschluss jeglicher Haf tung und Garantie Insbesondere wird jegliche Haftung f r Sch den die aufgrund der Be nutzung der CD entstehen ausgeschlossen Dieses Werk einschlie lich aller seiner Teile ist urheberrechtlich gesch tzt Jede Verwer tung au erhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzul ssig und strafbar Das gilt insbesondere f r Vervielf ltigungen Uberset zungen Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Sys temen ISBN 3 87907 436 4 2006 Herbert Wichmann Verlag Druck J P Himmer GmbH amp Co KG Augsburg Printed in Germany Vorwort Mit den zum f nften Mal ausgerichteten Oldenburger 3D Tagen wurde auch 2006 wieder ein wichtiges Forum f r Fachleute aus den Gebieten der Photogrammetrie des Laserscannings und der optischen 3D Messtechnik geboten Die Resonanz hat sich gegen ber dem Vorjahr weiter erh ht sodass sich in diesem Jahr ca 230 Experten und 27 Firmenaussteller an der Veranstaltung beteiligt haben Insgesamt 47 Fachbeitr ge sowie eine Reihe von Produktdemonstrationen zeigen die Aktualit t des Themenge
410. r Speicherkarte in Form eines GSI Files ausgele sen und bearbeitet dies geschieht mit dem Programm Caplan Es arbeitet mit den geod ti schen Koordinaten Dem GSI File liegt jedoch ein mathematisches Koordinatensystem zugrunde Auf die Benutzung der richtigen Koordinaten muss unbedingt geachtet werden Es wird ein lokales System angelegt in dem die Tachymeterstandpunkte sowie die einge messenen Zielmarken koordiniert werden Die Koordinierung der Standpunkte sowie der Tie Points die von mehreren unterschiedlichen Standpunkten aufgenommen wurden er folgt ber eine Ausgleichung Abb 3 d h m gliche Fehler k nnen aufgedeckt werden Die Zielmarken die von einem einzigen Standpunkt aufgenommen wurden k nnen nur polar angeh ngt werden und erfahren somit keine Kontrolle Nach der erfolgreichen Koor 2 Cremers Auswertung und Planerstellung der Firma Cremer Programmentwicklung GmbH Erfassung Analyse und Modellierung des Futuro Hauses von Matt Suuronen 291 dinierung wird das bearbeitete Tachymetrie File aus Caplan als txt Datei ex und in Cyclone importiert Abb 3 Ausgeglichenes Raumnetz 3 2 Registrierung und Modellierung mit Cyclone Nach dem Scannen steht dem Operateur eine unreferenzierte Punktwolke mit ger tebezo genen kartesischen Koordinaten zur Verf gung Abb 4 Die Koordinierung der gescann ten Punkte erfolgt mittels der 3D Laserscannerauswertesoftware Cyclone durch den Regis trierungsvorgang Die Registri
411. r abgebildeten Bereich der Oberfl chenmikrostruktur Neben der orangenhautartigen Feinstruktur die nach Einschr nkung des Wertebereiches einen Dynamikumfang von 8 3 um aufweist ist eine Markierung auf dem Rohblech zu erkennen die vor der Lackierung offenbar nicht entfernt wurde Der visuelle Eindruck der Lackstruktur Orangenhauteffekt h ngt direkt mit der lokalen Kr mmung der Objektoberfl che zusammen ein starker optischer Effekt korrespondiert mit einer gro en Kr mmung BOTHE 2005 Bisher wurden subjektive Tests eingesetzt um die Oberfl chenqualit t von Lackoberfl chen oder geformtem Plastik zu qualifizieren 12 R Klattenhoff T Bothe A Gesierich W Li C v Kopylow und W J ptner Rauigkeitsbeschreibungen der Oberfl che reichen allein nicht aus Die Auswertung der Kr mmung und der hochpassgefilterten H hen Mikrostruktur der Streifenreflexionstechnik bietet die M glichkeit eine objektive Beschreibung und Qualifizierung solcher Oberfl chen durchzuf hren Im folgenden Abschnitt werden Ergebnisse dazu dargestellt 4 2 Lackstruktur H ufigkeit bestimmter Strukturgr en W hrend des Lackierprozesses von z B Autoteilen werden verschiedene Materialschichten bereinander aufgetragen Auf das Grundmaterial dem Rohblech wird zun chst eine Phosphatschicht aufgebracht danach die Grundierung Kathodentauchlack KTL F ller Basislack und abschlie end eine Klarlackschicht Bis auf die Phosphatschicht die absolut
412. r ben tigen Messung und Auswertung vor Ort andere m chten gerade die Verweildauer drau en kurz halten In den bisherigen Darstellungen wurde davon ausgegan gen dass im Anschluss an die Aufnahme der Objektbilder die Hauptarbeit vor Ort ge schieht Dies ist nicht zwingend notwendig hnlich wie bei der photogrammetrischen Auswertung kann man zun chst die vollst ndige Aufnahme der Bilder vornehmen und diese dann h uslich markieren sodass der gesamte Arbeitsgang vor Ort also die tachy metrische Messung und die Korrelation von Geometrie und Merkmalsextraktion aus den Bildern weitgehend vollautomatisch und sehr schnell abl uft Mit einer modernen bilder fassenden Totalstation Video Totalstation IATS Abb 1 d rfte unter Nutzung der M g lichkeiten zur Merkmalsextraktion die Verweildauer vor Ort nur kurz sein Damit er ffnet sich eine neue Arbeitsweise e Photographische Aufnahme des Objektes vorsortierter Bildverband e Kennzeichnung der zu messenden Situation am Computer z B ber ein Auswahlme n am Bildschirm ebenso die Verkn pfung benachbarter Bilder e Aufstellung der Totalstation vor Ort u ere Orientierung der Bilder e Automatischer Messungsablauf anhand der Vorab Kennzeichnung Ein ge bter Nutzer der Phototachymetrie wird aber auch noch wirtschaftlicher umge kehrt verfahren k nnen Messung der wenigen notwendigen Koordinaten vor Ort und h us liche Modellierung 52 M Scherer 3 Qualit tskontrolle
413. r die konstruktive Zu sammenarbeit Literatur Bothe T Li W Kopylow C von amp W J ptner 2004 High Resolution 3D Shape Mea surement on specular surfaces by fringe reflection In Proc SPIE Int Soc Opt Eng 5457 411 422 Bothe T Li W Kopylow C von amp W J ptner 2005 Fringe Reflection for high reso lution topometry and surface description on variable lateral scales FRINGE 2005 Bothe T Li W Gesierich A Kopylow C von amp W Jiiptner 2005 Streifenreflexion 3D Oberfl chentopometrie an gl nzenden Objekten In Luhmann T Hrsg Pho togrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 38 53 Burke J Bothe T Osten W amp C Hess 2002 Reverse engineering by fringe projection In Proc SPIE Vol 4778 312 324 Savitzky A amp M J E Golay 1964 Analytical Chemistry Vol 36 1627 1639 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie Jan NIEHUES Timo LORENZ Peter LEHMANN Klaus BOBEY und Lutz BREKERBOHM Zusammenfassung Die Wei lichtinterferometrie wird in der industriellen Produktion und Qualit tssicherung zur Erfassung der 3D Topographie von unterschiedlichsten Objekten eingesetzt Neben einer hohen Tiefenaufl sung bis in den Subnanometerbereich zeichnet sich das Messver fahren durch eine geringe Messunsicherheit aus die unabh ngig von der Messfeldgr e ist Aufgr
414. r die kriimmungsbasierte Gl t tung In zwei verschiedenen H hen wurden Horizontalschnitte extrahiert welche gegl ttet wurden In Abbildung 5b sind neben den gegl tteten Punkten auch Punkte enthalten die keiner Gl ttung unterzogen wurden da ihre Verbesserungen au erhalb der Gl ttungstole ranz liegen Da bei den Schnitten von vornherein eindeutig war dass es sich um einen Kreis handelt wurde die Patchgr e so gew hlt dass die Patchseiten gr er als die Durch messer sind Somit werden zur Berechnung der ausgleichenden Kreisb gen alle Punkte herangezogen Ein weiteres Endprodukt dieser Gl ttung sind neben der Standardabwei chung der Verbesserungen die ausgeglichenen Koordinaten des Mittelpunktes und der ausgeglichene Radius Die Standardabweichungen der zwei Kreisradien sind 6 9 mm und 7 4 mm et A or R la HN SE Wig taper ook Sigh i Foals ae ibe Abb 5 a Punktwolke eines Brunnens b gegl ttete Profile bestehend aus Punkten c vektorisierte Profile mit Radius Gl ttung von aus Laserscannerpunktwolken extrahierten Profilen 219 Als weiteres Beispiel wird im Folgenden die Anwendung der Gl ttung an der Dresdner Frauenkirche gezeigt Die Frauenkirche hat eine Grundfl che von ca 41 x 41 m In der H he von 127 m ber NHN wurde ein 4 cm breites Profil mit ca 34 000 Punkten aus einem Laserscannerdatensatz extrahiert und gegl ttet In Abbildung 6a ist das horizontale Profil zu sehen In 6b und 6c sind Ausschnitt
415. r sehr flexibel auf unterschiedliche Anfor derungen im industriellen Umfeld reagiert werden kann 3 Das V STARS Photogrammetriesystem V STARS ist ein mobiles photogrammetrisches Koordinaten Messsystem das sowohl unter Verwendung einer einzelnen JVCA Kamera die schnelle und hochgenaue offline 3D Erfassung signalisierter Punkte als auch unter Verwendung von zwei oder mehr JNCA Kameras pr zise online Messungen an statischen oder dynamischen Objekten erm glicht Abb 1 Abb 1 V STARS Photogrammetriesystem GDV 2006 Die Entwicklung dieser leistungsstarken Systeme erfolgt im Hause GSI in Florida Die Messkameras der neuesten Generation INCA 3 verf gen ber einen extrem ebenen und stabilen 8 Megapixel Chip und wiegen nur noch 50 ihrer Vorg ngermodelle INCA 1 2 Die bew hrten Komponenten wie der eingebaute Computer zur automatischen Bildmes sung und kompression sowie das robuste Metallgeh use runden das System f r den pra xisgerechten Einsatz in industrieller Umgebung ab Ein besonderer Vorteil ist die hohe Mobilit t dieses portablen 3D Messsystems So ist weltweit jedes Ziel problemlos per Flugzeug erreichbar F r offline Messungen werden neben der Kamera lediglich die ben tigten reflektierenden Messmarken und Adapter trans portable Referenzma st be sowie ein handels blicher PC ben tigt F r online Messungen werden zus tzlich zur zweiten Kamera kabellose Messtaster Probe mitge f
416. r und bei Kollisionen mit Kraftfahrzeugen und zur nderung der Richtlinie 70 156 EWG In Amtsblatt der Europ ischen Union 04 02 2004 48 S Hastedt H Luhmann T amp K Raguse 2005 Three dimensional Acquisition of High Dynamic Processes with a Single Camera System and Stereo Beam Splitting In Gr n A amp H Kahmen Eds Optical 3 D Measurement Techniques VII Vol II 175 184 Insel O amp J Stein 2003 Mehr Sicherheit f r Fu g nger In AV Automotion Ausga be 4 8 Luhmann T 2005 Zum photogrammetrischen Einsatz von Einzelkameras mit optischer Stereostrahlteilung In Photogrammetrie Fernerkundung Geoinformation PFG Heft 2 101 110 McClenathan R V Nakhla S S McCoy R W amp C C Chou 2005 Use of Photo grammetry in Extracting 3D structural Deformation Dummy Occupant Movement Time History During Vehicle Crashes In SAE Technical Paper 2005 01 0740 7 S Raguse K Derpmann Hagenstr m P amp P Koller 2004 berlagerung von Bildinforma tionen von Berechnungsanimation und Highspeed Filmsequenzen mit Methoden der 3D Bildmesstechnik In Bonfig K W Hrsg Messen Pr fen Automatisieren Band 5 Sensoren Signale Systeme b Quadrat Verlag Kreuztal 199 208 Schulte D H 2003 Versuch und Simulation zur Verbesserung des Fu g ngerschutzes In Automotive Engineering Partners 5 2003 48 52 Strutz T amp V Schriever 2005 Frontendgestaltung f r den passiven Fu g ng
417. rammetrische Kalibrierung Bei der photogrammetrischen Kalibrierung wird das geometrische Kameramodell durch die Parameter der inneren Orientierung bestimmt Bei Verb nden aus Kameras und Projektoren wird zudem die relative Orientierung zueinander ber drei Rotationen und drei Translati onen bestimmt genannt u ere Orientierung Zur Bestimmung der inneren und u eren Orientierung wird eine Markerplatte Abb 3a aus verschiedenen Positionen aufgenommen Die Markerpunkte werden von einem Markererkennungsprogramm weitgehend automa tisch erkannt sodass Bildkoordinaten der Marker bekannt sind Da auch die Objektkoordi naten bekannt sind k nnen ber eine B ndelausgleichung mit den Kollinearit tsgleichun gen Formel 1 und 2 die Parameter der inneren und u eren Orientierung berechnet werden RX Xo Ra U HH R Z Zo X X C R X Xo RaO Ry Z Zp I 1 Hochaufl sende Sichtstrahlkalibrierung f r optisch abbildende Systeme 131 Ry X X Ro Mo Ry Z Zo Vi Vn R X Xo Ra O Ry Z Zp 2 Die u ere Orientierung beschreibt die Lage von Kamera und Projektor im Raum und so mit auch zueinander Die Parameter der inneren Orientierung sind e Kamerakonstante e Lage des Bildhauptpunktes e Radial symmetrische Verzeichnung e Tangentiale asymmetrische Verzeichnung e Affinit t und Scherung des Bildkoordinatensystems e sowie je nach Modell Polyn
418. rammetry Volume I Fundamentals and Standard Processes D mmler Bonn 397 S Luhmann T 2000 Nahbereichsphotogrammetrie Herbert Wichmann Verlag Heidel berg 571 S Meydenbauer A 1912 Handbuch der Messbildkunst Wilhelm Knapp Halle aS 245 S Rieke Zapp D Oldani A amp J Peipe 2005 Eine neue hochaufl sende Mittelformatka mera fiir die digitale Nahbereichsphotogrammetrie Publikationen der DGPF 14 263 270 Photogrammetrie zur Deformations und Rissanalyse bei textilbewehrten Betonbauteilen Anwendung und Auswerteverfahren Johannes LANGE Wilhelm BENNING und J rg PETERS Zusammenfassung Die Rissentwicklung bei Betonbauteilen l sst sich mittels photogrammetrischer Messtech nik ermitteln Vorgestellt wird ein System basierend auf der Auswertesoftware PHIDIAS Die Bildzuordnung der photogrammetrischen Messung kann ber ein nummeriertes Mess markenraster oder ber Zuordnungsverfahren wie z B Korrelation und Kleinste Quadrate Anpassung durchgef hrt werden Da die Verfahren bei der Auswertung jeweils einen Aus schnitt im Bild ben tigen k nnen Ergebnisse in der N he von Rissen verf lscht werden Speziell die Kleinste Quadrate Anpassung wird in diesem Zusammenhang diskutiert 1 Einleitung Beton ist ein komplexer Verbundwerkstoff dessen Hauptanteile eine spr de Betonmatrix und eine dehnbare duktile Bewehrung Stahl oder Textilfasern sind Wird bei Belastung die verh ltnism ig geringe Zugfesti
419. rarbeit geeignet zu sein Hier ergeben sich je nach Anwendungsfeld unterschiedliche Schwerpunkte die l ngst nicht immer nur auf der messtechnischen Genauigkeit liegen Die existierenden Anforderungsprofile sind h ufig sehr stark auf 2D Ergebnisse ausgerichtet die Qualit ten die das 3D Laserscanning bieten kann m ssen erst noch definiert werden 1 Anwendungsfelder in der Architekturvermessung Grunds tzlich ist das terrestrische Laserscanning in allen Feldern der Architekturvermes sung eine hilfreiche Erg nzung der bisherigen Aufma verfahren Vier Haupteinsatzfelder k nnen benannt werden Bestandsaufnahme f r Planungsaufgaben f r denkmalgerechte Dokumentation und f r Managementaufgaben FM sowie die baubegleitende Dokumenta tion 1 1 Anwendungsfeld Bestandsaufnahme f r Planungsaufgaben Bei der Bestandsaufnahme f r Planungsaufgaben geht es um die Rekonstruktion der Bau werksgeometrien f r die Weiterverarbeitung in CAD Systemen Das bergabeformat ist meistens das DWG oder DXF Format Das Hauptaugenmerk liegt auf einer guten Struktu rierung und der problemlosen Weiterverwendung in den Zielapplikationen Weiterhin muss das Aufma schnell und preiswert erfolgen Die Wiedergabe findet zurzeit meist noch in Form von 2D Pl nen statt Abb 1 Beispiel f r die sorgf ltige Strukturierung eines Architek turaufma es Bauteile werden von einer geschlossenen Polyli nie umrissen die zur automati sierten Mengen Fl chenerm
420. rden Zur passgenauen Vorfertigung von Flanschblechen war die Positionsbestimmung des Stirnfl chenzentrums von 240 Flanschbolzen mit einer Genauigkeit von besser als 3 mm gefordert Abb 4 V I n r Laserscanner im Tunnel farbkodierte Punktwolken Halbkugel Adap ter und automatisch eingepasste Kugeln Spheres Es wurde untersucht ob der terrestrische Laserscanner Mensi GS100 die geforderte Genau igkeit liefern kann Dazu war es notwendig das Messrauschen durch eine gen gende An zahl von Mehrfachmessungen und eine optimale Reflektivit t der Objektoberfl che zu minimieren Au erdem stand in der n chtlichen Betriebspause von 1 bis 4 Uhr eine Mess zeit von drei Stunden zur Verf gung Um diese vorgegebenen Kriterien einhalten zu k n nen wurden die Bolzen mit speziell angefertigten Halbkugeln halbierte Tischtennisb lle auf Magnetadapter s Abb 4 signalisiert die eine halb automatische Koordinatenberech nung des Kugelzentrums bereits in der Scanningsoftware PointScape durch die Sphere Extraction Funktion erm glichten Das Halbkugelzentrum stellt das Zentrum der Stirnfl che des Bolzens und damit den gesuchten Punkt dar Um den gesamten Flansch in einer Aufstellung erfassen zu k nnen wurde der Scanner in der an der HCU entwickelten Spezi Bauwerksuntersuchungen durch terrestrisches Laserscanning mit dem Mensi GS100 313 alhalterung s Abb 1 und Abb 4 links mit horizontaler Drehachse aufgestellt Die signali sierten Bolz
421. rden bei einem Gro brand der gesamte n rdliche Stadtbereich und somit auch der Westerturm vernichtet Wenige Wochen sp ter wurde der Turm als Steinbau wieder errichtet wobei erst 1505 die Dachkonstruktion vollendet wurde welche durch ihre sp tere und gleichm ige Drehung den Turm zum Wahrzeichen der Stadt machte Die Drehung erfolgte vermutlich wegen fehlender Versteifungen der Turmspitze Durch den Bau der weit vor den Mauern liegenden Wallanlage und den damit neu entstandenen vier Walltoren verloren die vier inneren Stadttore ihre Bedeutung Seit 1538 wurden dann auch Wohnr u me im Turm vermietet Im Jahre 1580 erbaute Valentin Seling ein Haus direkt am Wester turm welches nach Um und Neubauten zum sp teren Bachmann schen Haus wurde Am 28 08 1989 erwarb die Stadt Duderstadt das Geb ude mit dem Gedanken den Westerturm der Allgemeinheit zug nglich zu machen berraschend wurde bei den anschlie end durchgef hrten bautechnischen Untersuchungen festgestellt dass sich im Geb ude das einzige in urspr nglicher H he erhaltene St ck der Stadtmauer befindet Im Jahre 1999 wurden bei der Erstellung eines Nutzungskonzepts gravierende Sch den an der Holzkonstruktion des Daches aufgedeckt welche zu einer grundlegenden Sanierung des Turmes im Jahre 2002 f hrten Im Zuge dieser Sanierung wurde auch die Stadtmauer im alten Bachmann schen Haus freigelegt und die Struktur der alten Hausfassade durch eine Glaskonstruktion ersetzt Das so resta
422. rden zu lassen Als bisher einzigen Nachteil stellen sich die hohen Investitionskosten dar differenzierte Leasing und Leihm glichkei ten k nnen das wirtschaftliche Risiko jedoch verringern 1 Aufgabenstellung Bei dem hier behandelten Objekt handelt es sich um die Geb ude der Elly H lterhoff B cking Stiftung in Bad Honnef 1906 gebaut als Heim f r zw lf evangelische h her gestellte Damen mit angegliederter Haushaltsschule f r M dchen aus dem Volk wie es damals hie Seit 30 Jahren werden die Geb ude von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft als Tagungszentrum mit Hotelbetrieb genutzt Die Geb ude stehen unter Denkmalschutz Eigner ist die Universit t Bonn Umfangreiche Voruntersuchungen waren Streifenlicht und Laserscanner eine sinnvolle Erg nzung 301 notwendig da die Geb ude durch die gro enteils noch vorhandene historische Ausstattung u erst sensibel zu behandeln sind Dies liegt auch m Interesse von Eigner und Betreiber denn gerade das historische Ambiente wird von den Tagungsteilnehmern als ausgesprochen angenehm empfunden Die Pl ne aus der Erbauungszeit und auch teilweise von sp teren Umbauten sind zwar vorhanden es wurde jedoch schnell festgestellt dass diese mit dem tats chlichen Baubestand nur ansatzweise bereinstimmen was nach unseren Erfahrungen bei lteren aber auch viel j ngeren Geb uden die Regel ist Es erfolgte also eine vollst ndige Neuvermessung mit der Erfassung der Installationen
423. reht sich der Scanner um einen vordefinierten Azimutwinkel a um die Stehachse k3 so dreht sich das Kamerakoordinatensystem ebenfalls um diesen Winkel a um k Bezeichne diese Drehung mit Z so gilt f r dieses Koordinatensystem KY Z w ZW Z W Z w3 5 Es hei t Kamerakoordinatensystem gedreht um den Azimutwinkel a Ist also die Transfor mation A zwischen Scannerkoordinatensystem K und Kamerakoordinatensystem in Ausgangsstellung KO bekannt so ergibt sich die Transformation in ein beliebiges um den Winkel a gedrehtes Koordinatensystem aus AO Z a Ebenso definiert sich abschlie Bend das Pixelkoordinatensystem gedreht um den Azimutwinkel a durch Ky Zago Zaidi ZG 6 Die Beschreibung der funktionalen Beziehung zwischen Scanner und Kamera erfordert die berf hrung beider realen Sensoren in ein mathematisches Modell Das f r den Scanner verwendete Modell basiert auf dem aus der Vermessungstechnik bekannten Korrekturmo dell f r Tachymeter Das hier vorgestellte Sensormodell ist nicht das von Z F verwendete Sensormodell sondern wird hier nur zur exemplarischen Darstellung verwendet 350 T Abmayr F H rtl M Breitner M Ehm und C Fr hlich 3 Sensormodellierung 3 1 Modellierung des Scanners Bezeichne d gv rg l h eine Einzelmessung des Scanners Dabei sei gv der Reflektivi t tswert rg der Distanzwert und bzw h der gemessene Az mut bzw Elevationsencoder wert Die Abbildung 0 27
424. reitner M Ehm und C Fr hlich Definiere darauf ein G tebild zwischen Reflektivit tsbild Rf des Scans und Bild durch DV n i m j V i j falls n i m jyeS Om 4 jes 18 0 sonst Dann ist maxl i p die Position maximaler bereinstimmung Setze u 2 u u max min To V4 Dann ist das gesuchte max min u und v 27 v Tupel definiert durch d d und p 5 rel lg 5 Ergebnisse und Diskussion In unserem Versuchsaufbau wurde die Kamera in 4quidistanten Abst nden von horizontal 20 Grad ausgel st wie in Kapitel 2 2 beschrieben Dann wurden mit der in Kapitel 4 darge stellten Methode elf gut verteilte markante Punkte im Scan manuell gew hlt Da aufgrund der berlappung der Bilder einige markante Punkte Korrespondenzen in zwei Bildern hat ten ergab dies eine Ausgangsbasis von 17 Punktkorrespondenzen Die Ergebnisse nach der Registrierung sind in Abbildung 4 als eine berlagerung von Scan und gemappten Farbbild bzw als farbige Punktwolke dargestellt Mit diesen Ergebnissen konnte gezeigt werden dass die Fusion mit den verwendeten Sen soren dies gilt insbesondere f r die off the shelf Kamera bei exakter Wahl der Punkt korrespondenzen genau und pr zise ist Abb 4 Das Ergebnis nach der Registrierung Im linken Bild wurden die Farbdaten in das Scannerkoordinatensystem projiziert und dann schachbrettartig 1m Wechsel mit den Scandaten dargestellt Das recht
425. ren mit dem 3D Laserscanning System Mensi GS100 In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 224 231 Kersten T 2005 Digitale Architekturphotogrammetrie als ein Beispiel f r die praxisori entierte Ausbildung an der HAW Hamburg HAW Hamburg Fachbereich Geomatik Festschrift zur Verabschiedung von Prof Dr h c J rgen Zastrau 8 Juli 2005 Kersten T amp C Acevedo Pardo 2002 3 D Objektaufnahme von historischen Geb uden durch digitale Architekturphotogrammetrie f r Visualisierungsaufgaben und f r Facili ty Management In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie und Laserscanning Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 42 56 Kersten T Eilmus B Lindstaedt M amp C Acevedo Pardo 2003 3D Erfassung und Visualisierung des Celler Schlosses durch digitale Architekturphotogrammetrie In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2003 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 213 222 Kersten T Acevedo Pardo C amp M Lindstaedt 2004 3D Acquisition Modelling and Visualization of north German Castles by Digital Architectural Photogrammetry The International Archives of Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences Vol XXXV Commission V Part B2 126 132 Mensi 2004 GS 100 3D laser scanner www mensi com website20
426. rende Punkte erscheinen hell stark absorbierende Punkte werden dunkel abgebildet Diese Information erm glicht eine Interpretation des Messobjektes In Abbildung 3 ist zu erkennen dass das Messobjekt ohne Intensit tswerte rechts in Bezug auf die Objektoberfl che und ihre Geometrie nicht zu deuten ist pua J 7 Mn in S 2 Abb 3 Darstellung mit Intensit tswerte links ohne Intensit tswerte rechts Aus der Punktwolke lassen sich noch weitere Informationen herleiten indem die Daten in Abh ngigkeit der Entfernung oder der H he dargestellt werden Abb 4 Die Entfernungs bilder geben die geometrischen Verh ltnisse der Umgebungsobjekte wieder wohingegen die Intensit tsbilder zur Identifikation und Extraktion von Objekten der visuellen Inspekti on aber auch zur Klassifizierung der Objektoberfl che und zur Dokumentation verwendet werden Dokumentation und Visualisierung einer Tempelanlage auf Basis von Laserscanning 319 Abb 4 Entfernungsabh ngige links h henabh ngige rechts Darstellung Eine ideale Grundlage zur Objektvisualisierung bildet die Kombination von Laserscanning und Photogrammetrie Eine berlagerung der Punktwolke mit Bildinformationen f hrt zu einer deutlich besseren Interpretationsm glichkeit Abb 5 Objekte k nnen anhand ihrer visuellen Darstellung besser erkannt und analysiert werden als aufgrund rein geometrischer Merkmale Zudem besitzen die Farbinformationen einen dokumentarischen
427. rf hrenden Diplom arbeit in der Deformationsanalyse des Antennenk rpers HOLST 2005 24 I Jahn Die zu justierenden Reflektorpaneele stellen kleine Abschnitte der paraboloidischen Anten nenoberfl che dar Diese sind an der Unterseite auf insgesamt 84 Stellschrauben gelagert Zur Justage werden auf der Antennenoberseite gegen ber den Stellschrauben Messmarken angebracht Alle erforderlichen Messungen werden in der Regel aus einem Hubwagen durchgef hrt um einen geschlossenen Rundumverband zu erhalten Aufgrund des st ren den Reflektionsgrades bei Sonnenlicht lassen sich die Bildaufnahmen optimal bei Dunkel heit durchf hren Die Justage der Antennenoberfl che erfolgt dabei in einem iterativen Prozess Nach jeder Messung wird die erzeugte Punktwolke auf die Sollform transformiert Hieraus ergeben sich Korrekturwerte f r die einzelnen Stellschrauben Der Stellprozess wurde in diesem Beispiel so lange wiederholt bis sich f r die Antennenoberfl che ein RMS Wert von unter 0 1 mm einstellte 4 6 Kalibrierung von Bildstabilisatoren am Projekt SOFIA Eine besondere Beobachtungsplattform findet sich am Beispiel des SOFIA Projektes Stra tospheric Observatory For Infrared Astronomy Um Beobachtungen mit infraroten Wellen l ngen die vom Erdboden aus nicht durchf hrbar sind zu erm glichen wird ein Teleskop in eine Boeing 747 mit aufklappbarem Dachsegement eingebaut Abb 6 Da das Teleskop hierbei nicht mehr ruht sondern den Flugzeugbe
428. rfasst werden Die Sensorfl che wird dabei optimal ausgenutzt und die Kamera muss gar nicht oder nur leicht gekippt werden W hrend diese Vorteile jedem Anwender einer terrestrischen Aufnahmekammer bekannt sind existieren nur analo ge Modelle solcher Kameras Da heutzutage meist mit digitalen Kameras gearbeitet wird die quas ausschlie lich eine zentrierte Hauptpunktlage besitzen wird das Wissen aus der Zeit der terrestrischen Kammern kaum noch angewendet 3 Digitale Kamera mit versetzter Hauptpunktlage Um Aufnahmen mit dem Leaf Aptus Digitalr ckteil Tabelle 1 zu machen muss ein Ob jektiv einen Bildkreis von 60 mm abdecken Es muss zudem ein gen gend hohes Aufl sungsverm gen besitzen damit auch bei 7 um Pixelabstand ein optimales Bildergebnis garantiert ist Nur wenige Objektive erf llen diese Kriterien Soll ein Objektiv zudem mit versetzter Hauptpunktlage an eine Kamera angesetzt werden so muss der Bildkreis des Objektivs gr er sein als der des Sensors Das Schneider Apo Digitar 5 6 47 mm Abb 4 besitzt einen maximalen Bildkreis von 113 mm und bietet damit gen gend Spielraum um es f r Aufnahmen mit einem Sensor mit 60 mm Bildkreis auch mit versetzter Hauptpunktlage zu benutzen Selbst bei einer Dezentrierung um 31 mm w rde der Sensor noch voll abgedeckt Der Hauptpunkt l ge in diesem Fall au erhalb des Sensors Die Aufl sung des Objektivs entspricht den Anforde rungen welche digitale Sensoren an ein Objektiv s
429. rglichen werden Die besondere Anforderung an die Messung bestand hier in der Verkn pfung von innerer und u erer Satellitenstruktur So entstand ein relativ inhomogener Bildverband mit ca 200 Aufnahmen Dennoch wurde nach der B ndelausgleichung ein RMS Wert von 0 03 mm 20 erreicht Somit konnten alle Abweichungen hinreichend genau angegeben werden Besonders wertvoll f r die Analyse der einzelnen Testl ufe erwies sich die Darstel lung im 3D Viewer der V STARS Software Dies erlaubte die visuelle Pr fung der tabellari schen Werte mit dem Auftraggeber direkt vor Ort 4 5 7 m Parabolantenne Paneeljustage und Deformationstest Ein Beispiel ganz anderer Art soll im n chsten Abschnitt dargestellt werden An exponier ter Lage auf der Erdoberfl che stationierte Parabolantennen werden f r vielf ltige Welt raumbeobachtungen eingesetzt Auch hier ist eine pr zise Fertigung unerl sslich Mit dem V STARS System konnten in der Vergangenheit bereits eine Reihe solcher Parabolantennen unterschiedlichster Gr en auf Baustellen rund um den Globus justiert oder berpr ft wer den Ein Beispiel hierf r ist die 7 m Parabolantenne in Abbildung 5 rechts Abb 5 7 m Parabolantenne BUNDESNETZAGENTUR 2006 Die Messaufgabe bestand dabei neben der Justage der Reflektorpaneele und dem Einmes sen des Subreflektors Feedbox in der Bestimmung der Achslagen in den geod tischen Koordinatensystemen WGS84 und ED50 sowie im Rahmen einer weite
430. rkierungen sowie der Einlaufsch chte und Kanaldeckel aus der Objektpunktwolke und der Export der extra hierten Daten in das Weiterverarbeitungsprogramm AutoCAD waren die zweite Aufgabe Zur ersten Aufgabe standen zw lf Punkte aus vorherigen Vermessungsaufgaben die in der Objektpunktwolke eindeutig zu identifizieren waren zur Verf gung Es handelte sich hier bei um Ampel und Verkehrsschildmasten die mit einem reflektorlosen Tachymeter ein gemessen worden waren Im Modul IMInspect kann der Nutzer eine Vielzahl von geometrischen Primitiven wie Kugeln Kreise Kegel Fl chen Punkten und Zylinder direkt in der Punktwolke erzeugen Zur Erzeugung dieser Primitive muss die entsprechende Teilpunktwolke selektiert werden Aufgrund der hohen Punktdichte bei terrestrischen Laserscannermessungen kommt es zu berbestimmungen bei der Primitivbildung sodass Ausgleichsprozesse zur Anwendung kommen Es k nnen zwei verschiedene Prozesse gew hlt werden Das so genannte Stan dard Best Fit bietet eine Ausgleichung nach der Methode der kleinsten Quadrate bei der alle selektierten Punkte ber cksichtigt werden Bei dem so genannten Intelligent Best Fit ist zus tzlich ein Ausrei ertest implementiert Terrestrisches Laserscanning Messung und Auswertung im Alltag 337 2 Ubpekteigenschaften Abb 5 Geometrisches Primitiv Kugel Aus den Teilpunktwolken der oben genannten Masten wurden Zylinder gerechnet und deren Mittellinien dann mit der Erdo
431. rlag Heidelberg 280 287 B rger T amp T Tellkamp 1998 Ein Beitrag zur photogrammetrischen Orientierung von Bildverb nden in verfahrenstechnischen Anlagen In Zeitschrift f r Photogrammetrie und Fernerkundung Nr 5 6 1998 165 172 DIN 18710 Ingenieurvermessung Teil 1 4 DIN 18201 18202 18203 Toleranzen im Hochbau Eckstein G 1999 Empfehlungen f r Baudokumentationen Arbeitshefte des Landes denkmalamtes Baden Wiirttemberg Nr 7 Stuttgart Gro W amp S Wagner Hrsg 2002 Arbeitsmaterialien zur Denkmalpflege in Branden burg Nr 1 Anforderungen an eine Bestandsdokumentation in der Baudenkmalpflege Erarbeitet von der Abteilung Bestandsforschung Referat Bauforschung m Branden burgischen Landesamt f r Denkmalpflege und Arch ologischen Landesmuseum Fulda Niemeier W 2005 Unfallforschung bei Fahrzeugen mit terrestrischen Laserscannern Hamburger Anwenderforum Terrestrisches Laserscanning 2005 Vortrag www haw hamburg de geo tls2005 tls_ 2005 progr htm Przybilla H J 1999 Sensorvermessung im Industrie und Anlagenbau VDI Berichte Nr 1454 Moderne Sensorik f r die Bauvermessung VDI Verlag D sseldorf 173 183 Semmler A 2002 Nidaros Dom in Trondheim Dokumentation am Oktogon mit Einsatz digitaler Systeme f r die Bauforschung TU Berlin Fakult t Architektur Fachgebiet Bau und Stadtbaugeschichte Laserscanning Modellierung Direkte Bestimmung von Zylindern aus 3D Punkt
432. rn ist Abb 1 Hemisph rische Kronendachaufnahme Im Folgenden wird zun chst in Kapitel 2 das Grundmodell der qui angularen Abbildung gezeigt welches dann in Analogie zur Zentralperspektive in der konventionellen Nahbe reichsphotogrammetrie um Zusatzparameter zur Anpassung des mathematischen Grund modells an die physikalische Realit t erweitert wird In Kapitel 3 werden die Resultate der Anwendung dieses Modells in einer Testfeldkalibrierung verschiedener Fisheye Objektive gezeigt In Aufnahmen aller im Rahmen der Untersuchungen getesteter Fisheye Objektive waren Effekte der chromatischen Aberration mit blo em Auge sichtbar Diese st ren nicht nur den visuellen Eindruck der Bilder sondern beeinflussen auch die Resultate der Seg mentierung hemisph rischer Kronendachaufnahmen mit dem Ziel der Extraktion strah lungsrelevanter Bereiche auf Basis einer multispektralen Klassifikation Aus diesem Grun de wurde eine getrennte Kal brierung der drei Spektralkan le hemisph rischer Aufnahmen durchgef hrt mit dem Ziel einer Bildkorrektur durch Resampling auf Basis der unterschied lichen Modellparameter der einzelnen Spektralkan le Kap 4 2 Mathematisches Modell f r Fisheye Aufnahmen Fisheye Aufnahmen weichen schon visuell erkennbar vom herk mmlichen zentralper spektiven Modell welches die Grundlage der Kollinearit tsbedingung darstellt ab Nahe liegend ist stattdessen eine Modellierung der Abbildungsgeometrie von
433. rolle dieser Arbeitsschritte k nnen die verbleibenden Differenzen farbcodiert dargestellt werden Abb 4 Zusammengesetzte Scans und Qualit tskontrolle 336 M Fluch Als unterst tzende Ma nahme bei der Zusammensetzung der Einzelscans k nnen bekannte Scannerstandortkoordinaten eingegeben und oder Richtungs und Inklinationswinkeldiffe renzen zwischen benachbarten Scans mit ber cksichtigt werden Auf fast allen Scannerstandpunkten wurde bei diesem Projekt der Scanner zwischen den Scans um die Vertikalachse gedreht Daher wurde bei der Zusammensetzung der Scans standpunktweise vorgegangen Anschlie end wurden die Teilpunktwolken wiederum ber berlappende Bereiche zusammengesetzt Da bei diesem Projekt eine Dreh und Kippvorrichtung nicht benutzt wurde keine Signali sierungen vorhanden und die Standortkoordinaten nicht bekannt waren wurde ausschlie lich mit dem Fl chenmatching gearbeitet und eine durchschnittliche Zusammensetzungsge nauigkeit von 2 5 cm erreicht Weitere Details ber einzelne Arbeitsschritte k nnen dem Softwarehandbuch entnommen werden INNOVMETRIC 2004 3 4 Auswertung der Objektpunktwolke Die erste Aufgabe der Auswertung war die Transformation der Objektpunktwolke von einem lokalen Koordinatensystem in das niederl ndische Lage und H hensystem Die Extraktion der Ampelanlagen und der Einrichtungen ihrer Stromversorgung aller Ver kehrs und Hinweisschilder Leitplanken Stra enbegrenzungen und Ma
434. rphotogrammetrie das auch in anderen Projekten erreicht wurde KERSTEN amp ACEVEDO PARDO 2002 KERSTEN et al 2003 2004 KERSTEN 2005 5 3 Objektrekonstruktion durch kombinierte Auswertung Die Objektrekonstruktion wurde mit dem photogrammetrischen Auswertesystem PHIDIAS das als eine Anwendung auf das CAD System MicroStation aufgesetzt ist durchgef hrt Durch die Kombination dieser Programme k nnen die ermittelten Daten aus PHIDIAS direkt in MicroStation angezeigt und weiter bearbeitet werden Zur photogrammetrischen Auswertung stehen acht Ansichtsfenster zur Verf gung wobei hier aber maximal drei Bil der geladen wurden und dabei nur ein Bild zum Zeichnen im Vollbildmodus dargestellt wurde F r eine pr zise Punktmessung kann eine skalierbare Lupe ge ffnet und der so ausgew hlte Bereich vergr ert dargestellt werden Die im ASCII Format eingelesenen Punktwolken werden in ein internes Bin rformat umgewandelt um jedes weitere Einlesen dieser Daten zu beschleunigen und die Dateigr e zu verkleinern Abb 4 Darstellung der Punktwolke in Kombination mit Bilddaten links Monoplotting der Steine im Bild und in der Punktwolke rechts Das Monoplotting in PHIDIAS wird durch die Kombination von Bild und Laserscanning daten m glich Dazu werden die Punktwolke und das dazugeh rige Bild gleichzeitig am Bildschirm dargestellt s Abb 4 rechts In einem ersten Schritt wird die Zeichnungsebene festgelegt wobei darauf zu achten ist
435. rstellen Sie sind mit einem Kniegelenk verbunden Die Um h llung dieser Kerne besteht aus einer Schicht aus elastischem Schaum die mit einer Ne oprenhaut berzogen ist Damit die Winkel w hrend der gesamten Versuchsdauer zuverl s sig bestimmt werden k nnen ist es erforderlich dass die Punkte am Beinimpaktor fest miteinander verbunden sind d h ihre Position zueinander w hrend des gesamten Versu ches starr ist Aus diesem Grund konnten keine Punkte auf der Au enhaut des Impaktors genutzt werden da sich die Haut und somit auch die angebrachten Punkte w hrend des Versuches zueinander bewegen k nnen Die in Abbildung 3 gekennzeichneten f nf Ziel marken sind fest mit dem Stahlkern im Inneren des Impaktors verbunden Die Stabilit t der Marken zueinander wurde in verschiedenen Testversuchen berpr ft und nachgewiesen Einsatz der dynamischen Photogrammetrie bei Fu g ngerschutzversuchen 13 Damit die zul ssigen Winkeltoleranzen exakt bestimmt werden k nnen muss eine Messge nauigkeit erreicht werden die etwa um den Faktor 5 10 besser ist als die zul ssige Tole ranz f r die Winkel Aus dieser Anforderung an die Winkelmessgenauigkeit und der Vertei lung der Messmarken auf dem Impaktor lassen sich die geforderten Winkelgenauigkeiten ber die Bogenformel in Punktmessgenauigkeiten umrechnen Somit ergibt sich eine erfor derliche Punktmessgenauigkeit von 1 mm in der Longitudinal Ebene und 5 mm senkrecht zu dieser Ebene Speziell b
436. rt 160 S Scheller und D Schneider Durch die Definition der acht Quadranten ist es m glich die sekund ren und prim ren Suchpositionen festzulegen die als m gliche Mittelpunkte eines neuen Suchquaders die nen Damit ist es m glich r umlich getrennte Punkte verschiedenen Objekten zuzuweisen Mit dem Ziel ein Objekt vollst ndig aus der Punktwolke zu separieren sind alle durch den Algorithmus entstanden Suchpositionen abzuarbeiten at 1 FL r 1 iy r E ze prim re Suchpositionen i i y Abb 5 Suchquader mit der Aufteilung in einzelne Quadranten links Ergebnis der Separierung von Punktclustern im dreidimensionalen Raum rechts 3 Extraktionen von Primitiven 3 1 Geradenextraktion in separierten Objekten Im folgenden Kapitel wird eine Geometrieextraktion anhand eines zuvor erstellten zweidi mensionalen Objekts n her erl utert Theoretisch kann jede Kurve Parabel Gerade oder jeder Kreis als Modellierungsgrundlage dienen Problematischer ist es eine N herungsl sung Lage und Orientierung f r eine Geometrie zu finden wenn mehrere Geometrien in einem Objekt enthalten sind Mit zunehmender Komplexit t einer Geometrie n mmt der Aufwand zur Bestimmung einer N herungsl sung zu In der Regel besteht ein Dachstuhl aus einer Vielzahl an Balken Sparren und Dachlatten Die Oberfl chen der einzelnen Bestandteile k nnen durch approximierende Fl chen oder durch kombinierte Regelk rper beschrieben werden
437. rt Die Standard abweichung der Winkeleinstellung der Position des RKs im Raum betr gt 2 168 M Zame nikova und T Weber 4 Der berpr fte TLS Die TLS Tests wurden mit dem camera view TLS HDS2500 des Lehrstuhls f r Geod sie der TU M nchen im Rahmen einer Kooperation durchgef hrt Der TLS der Firma Leica Geosystems hat laut Herstellerangaben eine Einzelpunktgenauigkeit von 6 mm in der Ent fernungsmessung bei einer Reichweite bis 50 m und eine angegebene Genauigkeit fiir mo dellierte Flache von 2 mm LEICA GEOSYSTEMS 2005 Alle Testmessungen wurden im Labor des Lehrstuhls f r Geod sie der Slowakischen TU in Bratislava durchgef hrt 5 Testmessungen Zur Erfassung der Eigenschaften der mit dem TLS gescannten Szenerie wurden folgende Versuchsanordnungen entworfen und realisiert e die RK wurden gemessen in verschiedenen r umlichen Lagen sog POSITIONEN e die RK wurden gemessen in verschiedenen Entfernungen von dem TLS sog ENT FERNUNGEN e die RK wurden gemessen in verschiedenen Teilen des Gesichtsfeldes sog HOMO GENIT T e die aus Messungen mit dem TLS bestimmten und gemessenen mit tachymetrisch mo dellierten Punkten und Passpunkten sog MODELLIERTE PUNKTE Das Ziel der Testmessungen ist die Bestimmung des Einflusses der ver nderlichen Lage und Entfernung des gescannten Objektes vom TLS Mit dem Scannen der RK durch ver schiedene Teile des Scanner Gesichtsfeldes wird die homogene unver nderliche
438. rtung von Punktwol ken bei beiden Systemen und die Scangeschwindigkeit des Mensi GS100 bewertet Alle anderen Kriterien werden entweder mit durchschnittlich oder gut beurteilt Insgesamt wird der IMAGER 5003 f r diese Projektbearbeitung aufgrund seiner besseren Leistung beim Scannen von Innenr umen gegen ber dem GS100 mit 205 zu 180 Punkten etwas besser beurteilt 6 Fazit und Ausblick Die beiden eingesetzten terrestrischen Laserscanning Systeme haben sich bei der Datener fassung im Hamburger Rathaus und bei der Auswertung der Punktwolken f r Anwen dungsgebiete in Innenr umen bew hrt Trotz der nicht idealen Bedingungen beim Scannen konnten mit beiden Systemen gute Resultate in Form von 2D Schnitten Grundriss und 3D Modell erzielt werden Es zeigte sich aber auch deutlich dass die hohe Datenmenge vom IMAGER 5003 zwar bei der Datenaufbereitung mehr Aufwand bereitete als die GS100 Punktwolken doch durch die hohe Punktdichte und die geringeren Abschattungen konnte wesentlich detaillierter ausgewertet werden Die Datenerfassung ist mit beiden Scannern recht einfach doch die Auswertung der Punktwolken ist sehr komplex und zeitaufw ndig bis zu einem Verh ltnis von 1 30 f r Aufnahme Auswertung Daher ist es sehr wichtig bei einem Laserscanning System sowohl die Hardware als auch die Software f r bevorste hende Anwendungen in Betracht zu ziehen Somit zeigte sich auch in diesem Projekt dass es keinen Scanner f r alle Anwendungen gibt s
439. rule memory Der Arbeitsspeicher ist eine Samm lung von einzelnen Typen sowie deren Instanzen Die eigentlichen Elemente des Arbeits speichers working memory elements sind dann konkrete Instanziierungen Der zweite Teil eines regelbasierten Systems ist die Regelbasis Eine Regel ist grunds tzlich in zwei Teile unterteilt n mlich in den Bedingungsteil lefthand side LHS und den Aktionsteil righthand side RHS Im Bedingungsteil stehen die so genannten Vorbedingungen welche f r das Ausf hren der Regel erf llt sein m ssen Erst wenn alle Vorbedingungen erf llt sind wird der Aktionsteil der Regel ausf hrbar Beispiel einer solchen Regel defrule NAME Vorbedingung 1 Vorbedingung 2 Vorbedingung n gt Aktion Wissensbasierte Systeme lassen sich in der Bildverarbeitung unter anderem sehr gut f r diverse Konfigurationsaufgaben einsetzen Beispiele hierf r sind die Konfiguration von Bildvorverarbeitung s Kap 3 1 und die Konfiguration von Punktfindungsalgorithmen REITERER et al 2004 152 A Reiterer 2 3 Evolution re Algorithmen genetische Algorithmen Evolution re Algorithmen orientieren sich direkt am Evolutionsmodell der Natur Darwins Hypothese war dass die Selektion die treibende Kraft f r die Evolution und f r Weiterent wicklung bzw Differenzierung der Individuen verantwortlich ist Aber erst die molekular biologische Sichtweise hat uns die Details f r diesen Prozess gezeigt Demnach codiert d
440. rungswerte f r das Offset lassen sich abgreifen F r den Einheitsvek tor k nnen sie bei bekannter Lage des Lokatorkoordinatensystems gesch tzt werden Synchron zur Ausl sung einer Streckenmessung wird die Orientierung des Lokators regis triert und die 3D Koordinate des Messpunktes durch polares Anh ngen an den Lokator 58 V Sahrhage R Riede und T Luhmann nullpunkt bestimmt Die Messung wird per Knopfdruck am Distometer oder durch das User Interface ausgel st Der Datentransfer erfolgt per Bluetooth 4 Messung und Genauigkeit Aufgrund der gro en Aufnahmedistanzen birgt diese Anwendung allerdings weiteres Un genauigkeitspotenzial Die Rotationsmatrix des Lokators im Navigatorkoordinatensystem erh lt man aus der Messung der Lokatorgeometrie mit dem Navigator Da die jeweiligen Messwerte des Sensors polar an den Lokatornullpunkt angeh ngt werden ist die Neu punktgenauigkeit stark von der exakten Bestimmung der Rotationsmatrix abh ngig Kleins te Verdrehungen der senkrecht zur Messrichtung liegenden Koordinatenachsen bewirken einen Versatz des Messpunktes Der Einfluss Axp einer fehlerhaften Orientierung auf den Neupunkt l sst sich absch tzen mit Ax tang s 3 mit a Winkel der Verdrehung s Messstrecke Da die Aufnahmeentfernung bei unterschiedlichen Sensoren variiert muss die Basisl nge b auch f r gr ere Aufnahmeentfernungen wie in diesem Anwendungsbeispiel optimiert werden Mit der Aufnahmeentfernung s und
441. s Die realisierten Testmessungen tragen zu einem neuen Verfahren im Bereich der berpr fung von Laserscannern bei Sie sind ein Bestandteil eines neuen Verfahrens f r Laserscan ner berpr fung mittels Referenzk rper die an der Slowakischen TU in Bratislava entwi ckelt wird Die Aufforderung in Zukunft ist die Realisierung der Tests mit Referenzk rpern anderer Geometrie und unter natiirlicheren Bedingungen Ebenso ist die Erweiterung der Untersuchungen fiir andere Scannertypen angedacht Literatur Leica Geosystems 2005 Spezifikationen des Laserscanners HDS2500 www leica geosystems com hds Zamecnikova M 2006 Genauigkeitstiberpriifung terrestrischer Laserscanner Disserta tion Lehrstuhl f r Geod sie Fakult t f r Bauwesen STU in Bratislava Gemeinsame Bestimmung von Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse am Beispiel des Laserscanners Zoller Fr hlich Imager 5003 Frank NEITZEL Zusammenfassung Es wird gezeigt wie sich Ziel Kippachsenfehler und Exzentrizit t der Zielachse f r ein polares Messsystem mit dem eine Messung in zwei Lagen m glich ist gemeinsam aus einer berbestimmten Konfiguration mithilfe einer Ausgleichung nach kleinsten Quadraten bestimmen lassen Die Veranschaulichung der Achsenfehler und die Anwendung der neuen Formeln erfolgt am Beispiel des Laserscanners Zoller Fr hlich Imager 5003 1 Einf hrung Ist ein polares Messsystem z B Tachymeter Laserscanner mit Achse
442. s Futuro an der sowohl private Personen als auch einige Museen interessiert sind Das Futuro Modell k nnte dem Museumsbesucher in Zukunft eine genaue Vorstellung der futuristi schen Wohnung geben da alles von der Au enwand bis hin zur Inneneinrichtung bis ins kleinste Detail modelliert wurde Es besteht eine M glichkeit in Allplan einen Kameraflug um und durch das Geb ude zu berechnen Das entstandene Futuro Modell k nnte auch mit einer Datenbank verbunden werden wel che die Ergebnisse der parallel zu den Vermessungsarbeiten durchgef hrten Schadenskar tierung enth lt Eine weitere bis jetzt noch offen gelassene M glichkeit ist aus den mit der Digitalkamera Nikon D1x gesammelten digitalen Futuro Daten Orthophotos zu berechnen Des Weiteren kann das Matlab Programm zur Parametrisierung und Klassifikation der Fl chen 2 Ordnung in allgemeiner Lage in Zukunft noch ausgebaut werden sodass die Analyse aller Fl chen 2 Ordnung m glich wird Dann k nnten beliebige Punktwolken eingelesen werden deren Fl chentyp vom Programm automatisch klassifiziert und deren Parameter bestimmt w rden Die Parameter k nnten dann zur Modellierung in einem CAD Programm wie z B Allplan verwendet werden Literatur Bronstein I N amp K A Semendjajew 1991 Taschenbuch der Mathematik Harri Deutsch Verlag Frankfurt Main 231 236 Merziger G amp T Wirth 1991 Repetitorium der H heren Mathematik Feldmann Verlag Hannover 219 240
443. s Objekts bestm glich approximieren z B Ebenen Kugeln Zylinder Durch mathematisch exakte Formen lassen sich diese ber die vier Attribute Lage Form Orientierung und Gr e naturgetreu nachbilden In der Auswertesoftware Cyclone 5 2 der Firma Leica Geosystems wird das Objekt so wei testgehend durch Regelgeometrien beschrieben Die modellierten Geometrien bilden das Grundger st f r die Weiterverarbeitung in einem CAD System Daf r muss vorab in Cy clone aus den extrahierten Objekten ein COE File erzeugt werden der ber eine MDL Applikation im CAD System MicroStation geladen werden kann Die geladenen Geomet rien werden als Polygonfl chen Modell dargestellt MicroStation bietet unfassendes Kons truktionswerkzeug an mit dem die Polygonfl chen entweder ver ndert da z B die Eck punkte sich nicht in einem Punkt schneiden oder nachkonstruiert werden wenn sie nicht ber die richtige Ausrichtung verf gen Um einen photorealistischen Eindruck zu erhalten werden den Polygonfl chen photogrammetrisches Bildmaterial zugewiesen In diesem Fall muss eine Polygonfl che unten links beginnen und entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen Als Ergebnis wird ein texturiertes 3D Modell des Sanktuars pr sentiert w hrend angren zende Bereiche mit in MicroStation vordefinierten Farben dargestellt werden k nnen F r die Grabungswissenschaftler sind Detailerkennbarkeit Farberkennung und Ma stabstreue von Bedeutung 6 3D Triangulation
444. s der Verbleib von acht Zielpunkten einen guten Kompromiss aus Wirtschaftlichkeit und Kontrolliertheit der Beobachtungen darstellt Als Minimum sollten wie im Beispiel in Kapitel 4 3 sechs Zielpunkte verwendet werden die Gesamtredundanz des Ausgleichungsproblems betr gt in diesem Fall r 3 Die Frage nach der g nstigsten Anordnung der Punkte l sst sich nicht allgemein g ltig beantworten da das Ergebnis von den Zielweiten abh ngig ist Umfangreiche numerische Untersuchungen haben jedoch gezeigt dass die Zielpunkte derart angeordnet sein sollten dass m glichst steile Visuren nach oben und nach unten auftreten 6 Anbringung der Achsenfehler Die Anbringung des Einflusses der Achsenfehler erfolgt derart dass die kartesischen Koor dinaten der gesamten Punktwolke aus einem Scan in Lage 1 zun chst in Polarkoordinaten umgerechnet werden Dann kann der Einfluss der Achsenfehler f r jede Drehkreisrichtung jeweils mit 4 berechnet werden Die gesuchten Kugelkoordinaten A ergeben sich zu A a Bley 26 die Kugelkoordinaten 4 erh lt man nach STAHLBERG 1997 aus cos 4 cosicosccosg sinisinc 27 danach erfolgt die Umrechnung in kartesische Koordinaten Ob die berechneten Achsenfehler und die Achsexzentrizit t an die Messungen angebracht werden m ssen h ngt von den Genauigkeitsanforderungen des Projektes ab Die Lageab weichungen die aufgrund der Fehler entstehen k nnen numerisch abgesch tzt werden Unter Verw
445. sammenf hrung und Bearbeitung von La ser Scandaten und hochaufl senden digitalen Bildern eines hybriden 3D Laser Sensor Systems In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg Ullrich A amp N Studnicka 2005 Zusammenf hrung boden und luftgest tzter Laser scanner und Kameradaten In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wich mann Verlag Heidelberg Ullrich A Studnicka N Riegl J amp S Orlandini 2002 Long range high performance time of flight based 3D imaging sensors In International Symposium on 3D Data Proc essing Visualization and Transmission Wagner W Ullrich A Melzer T Briese C amp K Kraus 2004 From single pulse to full waveform airborne laser scanners potential and practical challenges Proceedings of XXth Congress of ISPRS 2004 Commission 3 Volume XXXV Part B Istanbul 201 206 Autorenverzeichnis ABMAYR Thomas Zoller Fr hlich GmbH Wangen A info zofre de ADOLF Stephanie Forte Wegmann OhG Iserlohn s adolf forte wegmann de ASCHOFF Tobias Institut fiir Waldwachstum Albert Ludwigs Universitat Freiburg tobias aschoff 1iww uni freiburg de BARNES Michael Fa Littmann amp Barnes Bad Nauheim info littmann barnes de BECKER Ralf Vermessungsbiiro ObVI D
446. sbesondere der innere Bereich wird mit einem sehr dichten Punktraster versehen sodass eine anschlie ende Volumenberechnung zuverl ssig erfolgen kann Die eigentliche Digitalisierung aller Messpunkte wird dabei in zwei Abschnitte geteilt innere und u ere Struktur werden in getrennten Bildverb nden erfasst Um hieraus eine einheitliche Punktwolke zu generieren werden beide Bildverb nde ber eine Vielzahl iden tischer Punkte in ein einheitliches Koordinatensystem transformiert Insgesamt sind hier 100 bis 150 Aufnahmen je Messung erforderlich die mit einer Genauigkeit von unter 0 1 mm miteinander verkn pft werden In der einmal erzeugten Punktwolke lassen sich nun alle erforderlichen Auswerteschritte automatisiert berechnen 4 2 Geometrische berpr fung der Ariane 5 ELS Ringe Die so genannten ELS Ringe trennen den Nutzlastbereich von der oberen Antriebsstufe der Rakete Auch hier sind Messungen nach Form und Lage gefordert Aufgrund der Dimensi Einsatz des Photogrammetriesystems V STARS in der Luft und Raumfahrtindustrie 21 onen w re eine Vermessung auf einer Koordinatenmessmaschine nicht m glich Mit dem Einsatz des V STARS Systems kommt die mobile Messmaschine zum Pr fling In einem ersten Schritt wird das rtliche Referenzsystem auf codierte Zielmarken bertra gen Diese werden von der V STARS Software automatisch erkannt und dienen der Refe renzierung der folgenden Messungen Hier kommt der kabellose Messtaster zum Einsa
447. sch mit der grafisch alphanumerischen Darstellung der bereits gemessenen Situation berlagern Denk bar ist auch die Kombination von bereits erstelltem texturiertem 3D Modell und Projektion des Bildes in dieses Modell mit der Absicht Anpassungen und Modellierungen im zweidi mensionalen Bild anhand der bereits vorhandenen dreidimensionalen virtuellen Realit t zu erleichtern und zu vereinfachen Es ist generell vorab zu kl ren wie mit Spannungen zwischen Bild und Geometrie umge gangen wird Denn insbesondere bei der Aufnahme mit besseren Amateurkameras treten Abweichungen z B durch Restverzeichnung auf Sofern diese und andere s Kap 3 nicht beseitigt werden k nnen ist ber hre Verteilung zu entscheiden Bez glich Nutzung und Beseitigung der Redundanz des hohen Informationsgehaltes von Bild und Geometrie sind in Abbildung 7 zwei gegens tzliche Verfahrensweisen aufgezeigt wobei links die Geometrie dem Bild angepasst wird wohingegen im rechten Teil des Schemas umgekehrt verfahren ist Auch Zwischenl sungen s nd denkbar Leitet man Koor dinaten ber die Bildrichtung her Schnitt mit der tachymetrisch bestimmten Regelfl che so hat man ein widerspruchsfreies 3D Modell mit photorealistischer Textur wobei die Geometrie aber nicht allen Anspr chen gen gen mag Das Verfahren ist einfach und schnell handhabbar Wird hingegen auf exakte Geometrie Wert gelegt s Abb 7 rechts dann ist eventuell das Bild zu verformen damit es keine
448. sches Laserscanning mit dem Mensi GS100 311 Im n chsten Bearbeitungsschritt wurden mit AutoCAD anhand der Planungsunterlagen die Turmachse sowie die Sollgeometrie in Form eines Zylinders auf dieser Achse erzeugt Der Radius des Zylinders wurde der Planung entnommen Dieser K rper wurde in das Pro gramm RealWorks Survey importiert und in der Punktwolke gelagert Mithilfe des Surface Inspection Tools der Software wurde die Punktwolke nun auf Kollisionen mit der Sollgeo metrie untersucht wobei nur Punkte in H he der jeweiligen Geschossdecken ber cksichtigt wurden Im oberen Turmbereich konnten Kollisionen von bis zu 60 mm an Teilfl chen festgestellt werden Kollisionsfl chen konnten in einer Abwicklung des Zylinders farbko diert sowie in einem Diagramm dargestellt werden Die Diagrammdarstellung in Abbil dung 3 zeigt die abgewickelte Sollgeometrie als rote Linie Null Linie und die als radiale Strecken gerechneten Differenzen zwischen Sollgeometrie und Punktwolke als gr ne Linie An den Stellen an denen die gr ne die rote Linie unterschreitet treten Kollisionen auf Nachteilig an der Darstellung ist dass die Nullstelle der Abwicklung vom Programm fest gelegt wird Kritische Stellen lassen sich so nur schwer auf das Objekt bertragen 2 eee x a 2 F rise Pee Tee a he ne eT nC en en L Abb 3 Kollisionsdetektion mit dem Surface Inspection Tool in RealWorks Survey In einem weiteren Bearbeitungsschritt wurden in Hohe der je
449. schritt Bearbeitungszeit h Mensi GS100 IMAGER 5003 Scannen 32 2 6 3D Netzausgleichung 4 0 4 0 Registrierung Georeferenzierung 2 0 2 0 Datenaufbereitung konvertierung 0 5 2 0 Erstellung 2D Schnitte 44 5 39 0 Erstellung 2D Plan 3D Modell 53 0 41 5 Zeit insgesamt h 107 2 91 1 Der Einsatz beider Laserscanning Systeme Hardware und Software wurde nach der Pro jektbearbeitung anhand verschiedener Beurteilungskriterien im Vergleich bewertet Die Beurteilungskriterien f r die Bewertung sind in Tabelle 5 aufgef hrt wobei f r jedes Krite rium eine Gewichtung und eine Benotung in Form von Punkten 1 negativ 2 Durch schnitt und 3 gut vergeben wurde Der erstellte Kriterienkatalog soll dabei auch die An forderungen an eine Aufnahme und Auswertung von historischen Innenr umen ber cksich tigen Tabelle 5 _Beurteilungskriterien f r den Einsatz der Systeme Mensi GS100 und IMAGER 5003 Beurteilungskriterien Bewertung a 1 a wen Sichtfeld des Scanners 10 2 3 Scanreichweite 10 3 2 Scangeschwindigkeit 10 l 3 Anzahl gescannter Punkte 10 2 3 Datenvolumen 5 3 2 Flexibilit t des Systems in Innenr umen 5 2 3 Registrierung Georeferenzierung 5 3 2 Automation in der Datenauswertung 30 l l Genauigkeit 5 2 2 Resultate Produkte 10 2 2 Punktzahl gesamt 100 180 205 Punktbedeutung 1 negativ 2 Durchschnitt 3 gut 194 T Kersten H Sternberg und E Stiemer Negativ werden hier in erster Linie der Automationsgrad in der Auswe
450. sentransformati on durchgef hrt um die Normalform der Fl che zu erhalten und sie so in ihrer Mittel punkts bzw Scheitellage darzustellen Die Bestimmung der Halbachsen der Fl che wird m glich Das in Matlab entstandene Programmpaket arbeitet also mit den Methoden des Reverse Engineerings d h aus einer Punktwolke wird die ihr zugrunde liegende analyti sche Fl che bestimmt Das Ergebnis der Untersuchung der st rpunktfreien Futuro Punktwolke ergab dass sie ein Rotationsellipsoid Abb 9 mit den Halbachsen a b 3 925m 1mm_ und c 1 891 m 1mm beschreibt Die gr ten Koordinatenverbesserungen nach der Ausglei chung betragen in X Richtung 1 8 cm in Y Richung 1 4 cm und in Z Richtung 2 3 cm Die L nge des gr ten Verbesserungsvektors betr gt 2 5 cm Der mittlere Gewichtseinheitsfeh ler a posteriori on liegt bei 0 98 vor der Ausgleichung oo 1 Die kartesischen Koordi naten der Punkwolke k nnen in krummlienige ellipsoidische Koordinaten Abb 10 um gewandelt werden Die Transformation erfolgt in iterativer Vorgehensweise HECK 1995 Die ellipsoidische H he ist die H he ber einem bestimmten Ellipsoid und erlaubt somit eine Analyse der Futuro Oberfl che Die Variation der H hen l sst z B die Nahtstellen zwischen den 16 Futuro Segmenten sehr gut erkennen Die dunkle gebogene Struktur die im Bereich zwischen 0 und 20 L nge und 40 und 50 Breite zu sehen ist deutet auf eine Deformation der Futuro Schale hin
451. serscanning Technologie gebildeten Modells 7 1 Die Auswertung der Versuchsanordnung POSITIONEN Die RK Modelle gewannen wir durch die aus der zugeh rigen Punktwolke berechneten ausgeglichenen Ebenen Die Messpunkte weisen die Residuen gegen ber der ausgegliche nen Fl che auf und sind mit einer Standardabweichung der Residuen Ges charakterisiert Die Residuen o geben Auskunft ber die Streuung der mit dem TLS gemessenen Punkte Durch die Auswertung der Positionen der RQ und der RZ gelangten wir zu Folgendem Je gr er der Einfallswinkel des Laserstrahlenb ndels auf die gegebene Fl che ist desto kleiner ist die Punkteanzahl auf ihr und o erreichen deshalb kleinere Werte Aus dieser Erkenntnis ergibt sich dass bei gr erem Auffallswinkel des Laserstrahlenb ndels auf die Fl che eine kleinere Streuung der Messungen des TLS gegen ber der ausgeglichenen Fl che vorhanden ist Genauigkeits berpr fung terrestrischer Laserscanner mittels Referenzk rper 171 Die Werte o der ausgeglichenen Fl chen auf die das Laserstrahlenb ndel unter demsel ben Eintreffswinkel dieselbe Orientierung der Fl chen im Raum einf llt differieren im Zehntel oder Hunderstel mm Bereich Die erste untersuchte Dimension ist die L nge zwischen den Ecken der RQ Die L nge ist von zwei Punkten der RQ bestimmt die als Schnittpunkte der drei ausgeglichenen Fl chen entstanden sind Anhand der logischen Erw gung und der grafischen Darstellung der Ab
452. sichtbaren Abweichungen gibt Zuvor muss allerdings die Geometrie an verschiedenen Stellen berpr ft werden was au tomatisch oder halbautomatisch dadurch geschehen kann dass das Resultat einer Kantenex traktion aus dem Bild verglichen wird mit einer Kantenbestimmung durch direkte Messung oder durch automatisch schrittweises Scannen quer zur Kante Im Anschluss an die Erstel Phototachymetrie eine Methode zur Bauwerksmodellierung 51 lung der genauen Geometrie ist die Bildtextur in den jeweiligen polynomialen Umfang einzupassen also zu stretchen Untersuchungen dar ber wie die Schritte bei Beibehaltung exakter Geometrie praxisnah realisiert werden k nnen liegen noch nicht vor Der Ablauf kann aber automatisch erfolgen Beseitigung der Redundanz des Informationsgehaltes von Bild und Geometrie Beispiel Anpassung des Bildes auf die Geometrie Anpassung der Geometrie auf das Bild Herleitung der Geometrie ausschlie lich ber Klick ins Bild widerspruchsfreies 3D aus Polarmessung Quer Kante aus scannen Bild extrahiert Bildausschnitt Stretchen geometrisch genaues Modell Kante Ecke direkte Messung auch halbautomatisch Modell mit photo realistischer Textur extrem schnelle Methode 1 hierzu w re eine schnellere Kantenermittlung w nschenswert Abb 7 Zum Umgang mit der redundanten Information Einige Anwende
453. sm glichkeiten in Denkmalpflege Restaurierung Arch ologie und im gesamten musealen Bereich gen gend vorhanden Nachteilig wirken sich bei allen Scannersystemen die hohen Investitionskosten aus Welches Museum kann sich schon eine solche Technik zus tzlich leisten und das Personal zur Bedienung und Auswertung kommt noch hinzu Hier sollte von allen Beteiligten noch intensiv nachgedacht werden Literatur Auf Literaurangaben m chte ich hier bewusst verzichten Zum einen ist ber diesen relativ jungen Bereich des Vermessungswesens in den letzten Jahren derma en viel ver ffentlicht worden dass der zur Verf gung stehende Platz f r eine Auflistung auch nur der wesent lichsten Literatur bei weitem nicht ausreicht zum anderen ist mir keine Ver ffentlichung bekannt welche das Thema dieses Artikels hnlich behandelt Bauwerksuntersuchungen durch terrestrisches Laserscanning mit dem Mensi GS100 Klaus MECHELKE Harald STERNBERG und Thomas KERSTEN Zusammenfassung Das terrestrische Laserscanning System Mensi GS100 wurde in zwei Projekten zur Unter suchung von Bauwerken eingesetzt Anhand der mit dem Laserscanner gewonnenen Daten konnten Bauwerksplanungen mit dem Ist Bestand hinsichtlich Abweichungen und Kollisi onen berpr ft werden Die Ergebnisse zeigen dass aus Laserscanningdaten abgeleitete Werte sehr umfangreiche Pr fungen zulassen dass jedoch bei erh hten Genauigkeitsanfor derungen besser als 2 mm das System an seine Grenze
454. stance of Focus Theorie besagt dass frequenzmodulierende Flederm use durch die Wahl ihrer Rufparameter ihre fluginduzierte Ortungsfehler so w hlen dass Objekte in einer bestimmten Distanz optimal wahrgenom men werden k nnen BOONMAN et al 2003 Diese akustische Fokussierung ist vergleich bar mit dem optischen Fokussieren des Menschen Die ermittelten Abstandsdaten werden zur berpr fung dieser Theorie verwendet Die Reduzierung der gescannten Informationen auf die Schnitte l sst einen Gro teil der urspr nglichen Informationen der Laserscans unber cksichtigt Weiterhin kann in den Schnitten keine Aussage dazu erfolgen ob alle Objekte darin abgebildet sind Es wurde versucht durch die geeignete Wahl der Scanneraufbauten Verdeckungen und Abschattun gen gering zu halten und alle relevanten Objekte zu erfassen In den h her gelegenen Berei chen der Baumkronen ist dies jedoch nicht immer m glich Aus diesem Grund wird die Auswertung auf die Erstellung eines Raummodells erweitert Das Raummodell wird durch den Voxel Raum mit den bereits beschriebenen Parametern definiert Ziel ist die Differen zierung in unbeobachtete Bereiche in Bereiche des offenen Luftraums und in Bereiche mit Objekten Als Ausgangspunkt f r die Berechnung wird der komplett unbeobachtete Raum Terrestrische Laserscanner zur Untersuchung von Jagdlebensr umen von Flederm usen 285 angenommen Die Reflexionswahrscheinlichkeit aller W rfel wird somit als Startwert au
455. stoph VON KOPYLOW und Werner J PTNER 1 Vorwort Die Streifenreflexion ist eine robuste da schwingungsunempfindliche und nicht koh rente Messtechnik die die Charakterisierung spiegelnder bzw gl nzender Oberfl chen erm g licht Mit dieser Technik k nnen eine Vielzahl von Objekten untersucht werden die mit herk mmlichen optischen und taktilen Messmethoden nur unzureichend beschrieben wer den k nnen Aus den Messdaten der Streifenreflexion die die Oberfl chenwinkel Gradien ten beinhalten lassen sich durch eine weitere Auswertung die lokale Kr mmung sowie f r stetige Oberfl chen eine H henkarte des Objektes berechnen Die Aufl sung reicht dabei bis in den nm Bereich hinein Die Streifenreflexionstechnik liefert eine Oberfl chen und Strukturbeschreibung die neben einer Defekterkennung auch eine Qualifizierung erlaubt In diesem Beitrag wird in den Grundlagen kurz auf das Messprinzip der Streifenreflexion und das dazugeh rige Geometriemodell eingegangen welches schon im Tagungsband der vierten Oldenburger 3D Tage LUHMANN 2005 ausf hrlich beschrieben wurde Hiernach werden am BIAS entwickelte Systeme vorgestellt insbesondere ein kompaktes und mobil einsetzbares Streifenreflexionssystem das per Vakuum an eine Objektoberfl che hier am Beispiel der Flugzeugau enhaut des Airbus A380 gezeigt angesaugt werden kann Ab schlie end sind Messbeispiele angef hrt die u a Hauptstrukturgr en unterschiedlicher Lackoberfl chen b
456. t dem Hauptzugang wird dabei mit a bezeichnet die brigen W nde schlie en sich im Uhrzeigersinn an Eine m glichst vollst ndige Fotodokumentati on wird durch eine tabellar sche Auflistung der einzelnen Ausbauteile mit genauer Positi onierung und Bewertung unter restauratorischen Gesichtspunkten erg nzt En ee eng Aa Ted ie Baal En ee eng aig Dd i Denna Raa Ni del Fea i Ep 7 a B dagl vad ee et eet a Drag E ii 20nd Salt deta J Pr et ee rg Os 1 ced Erik Ja Objekt Gehllwle der Elly Hikterhoff D cking Stiftung Bwl Honnef Kaum Nr 2 028 Kaumlkt Maschinen Pos Bestand H Anmerkungen a B Feuerschuazr r T 30 HN rechts 1310 A i Rechts von T r diverse Leangen umi Kabel aufputz l Veruizi b H Tur ffnung Laibungen kussenier Kiefer P Ehemals DIN rechts drei Fitschenkineler Ab h IA diverse Leitungen aulpulz E Yeru P Promene SockelleiseefHolz e Traiger Holz im Deckenanschlus Verpara c d W Verana Fh g Zementsesrischplanen WF seitpendssisch 11 tx Yena Holzgerahmte CHfTnung D Wasernchalen Hewerlung i siber engeren Nutzhar ohne Beeinmr chtigung der Ausstattung Aufsuganlage miclichst auf il beschr nken Hearbeiier Felbinger Retteranh Erstellungsdanum 02 11 3005 Seite 3 won 4 2 his MRF in Verbindlang mil 2 02 cin Kaum zeilgenissische Aufzuganlag Abb 2 Bestandserfassung in einem Raumbuch Streifenlicht und Laserscanner eine sinnvolle Erg nzung 303 4 Ampelp
457. t der Zielachse 177 4 Bestimmung der Achsenfehler F r die Verf lschung der Drehkreisrichtungen die abh ngig ist von den Achsenfehlern c und 7 sowie vom Kippwinkel wird in STAHLBERG 1997 i an 2 cositanc N sini s nd tand angegeben Die Verf lschung fp im Bogenma der Drehkreisrichtungen aufgrund der Exzentrizit t der Zielachse betr gt nach DEUMLICH amp STAIGER 2002 S 212 3 S wobei mit s die Strecke zum Zielpunkt bezeichnet ist Fasst man die Fehlereinfl sse f und fa zu einem Gesamteinfluss zusammen erh lt man F h h arctan S cositanc sini e 4 sind tand Da fund aus Messungen in beiden Fernrohrlagen mit 1 bestimmt werden k nnen ent h lt die obige Gleichung drei Unbekannte n ml ch c i und e Zur Bestimmung dieser Un bekannten sind also mindestens drei solcher Gleichungen also Messungen zu drei Punkten in beiden Fernrohrlagen erforderlich Werden mehr als drei Punkte verwendet liegt eine berbestimmte Konfiguration vor und die Achsenfehler und die Exzentrizit t k nnen mit hilfe einer Ausgleichung nach kleinsten Quadraten bestimmt werden 4 1 Nichtlineares funktionales Modell Aus den Ergebnissen der Messungen von Drehkreisrichtungen und Kippwinkeln zu n gt 3 Zielpunkten in Lage 1 und 2 lassen sich ausgehend von 4 die nichtlinearen Gleichungen J ia cositanc sini e sind tang s 5 J rt cositanc sini FR sind tan
458. t hier denkbar Photogrammetrie zur Deformations und Rissanalyse bei textilbewehrten Betonbauteilen 45 a a a Einh llende Extritener Riss LSM Fenster Abb 6 Qualit tsdarstellung des LSM Ermittlung der Breite des Korridors 4 Allgemeines und Dank Der Sonderforschungsbereich 532 Textilbewehrter Beton sowie das Teilprojekt Photo grammetrische Deformationsmessung werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert Literatur Ackermann F 1983 High precision digital image correlation 39 Photogrammetrische Woche Stuttgart Benning W amp R Schwermann 1997 PHIDIAS MS Eine digitale Photogrammetrie applikation unter MicroStation f r Nahbereichsanwendungen In Allgemeine Vermes sungsnachrichten AVN Heft 1 Deuflhard P 2004 Newton Methods for Nonlinear Problems Affine Invariance and Adaptive Algorithms Springer Series in Computational Mathematics Springer F rstner W 1985 Prinzip und Leistungsf higkeit der Korrelation und Zuordnung digita ler Bilder 40 Photogrammetrische Woche Stuttgart Gr n A 1985 Adaptive least squares correlation a powerful image matching tech nique In South African journal of Photogrammetry Remote Sensing and Cartography 14 3 175 187 Lange J Benning W amp R Schwermann 2004 Photogrammetrische Deformationsmes sung zur Rissanalyse bei Betonbauteilen In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Opt
459. t in dem f r den Erfassungs zweck ausreichenden Ma e modellieren Die Parametrisierung der Primitiven im Raum setzt sich aus Lage und Formparameter zusammen Die Bestimmung der Lageparameter war und ist eine der Grundaufgaben der Geod sie Formparameter werden durch lineare oder nichtlineare Ans tze der Ausgleichungsrechnung automatisch gefunden Abb 4 Automatische Extrahierung der Lage und Formparameter Physiker Neurobiologen Wahrnehmungspsychologen und Spezialisten des Computer sehens haben dem menschlichen Sehen in den letzten Jahrzehnten viele seiner Geheimnisse abgetrotzt Gleichwohl sind wir noch nicht in der Lage den Vorgang des dreidimensionalen Sehens mathematisch nachzubilden Unter anderem wurde eine These entwickelt nach der wir unsere visuellen 3D Welten aus den zweidimensionalen und damit mehrdeutigen Bildern auf der Netzhaut mithilfe visueller Regeln gestalten visuelle Intelligenz Bisher wurden einige hundert solcher Regeln identifiziert Sie k nnten Grundlage sein f r eine effektive unserem Sehen angepasste 3D Modellierung von Messergebnissen geod tischer Sensoren Bevor wir jedoch die visuelle Intelligenz durch Algorithmen nachvollziehen k nnen m ssen wir praktikable L sungen einsetzen Zur automatischen Verkn pfung und Orientie rung von Punktwolken mehrere Scannerstandpunkte zu einem einheitlichen Mess und Referenzsystem k nnen wir Methoden der Photogrammetrie mit der automatischen Identifikati
460. t ist ein Profil des Volumens in der Schnitth he W hlt man den Abstand der Schnitte so dass er der Dicke einer Druck schicht entspricht so k nnen die Schnittbilder nacheinander zum Drucker gesendet werden Aus diesen Schnittprofilen baut er dann Schicht f r Schicht das Modell auf 5 Anwendungsbeispiel aus der Pal ontologie 5 1 Gegebenheiten und Aufgabenstellung Ein pal ontologischer Fund enth lt als Einschluss in Sandstein einen Reptiliensch del Der Sch del kann nur teilweise freigelegt werden W rde mehr freigelegt best nde die Gefahr dass das Fundst ck zerbricht Die verdeckten Teile m ssen durch Untersuchung in einem Computertomographen der Betrachtung zug nglich gemacht werden Abb 1 In Sandstein eingeschlossenes Saurier Fossil Als Messergebnis erh lt man eine Matrix aus Voxeln mit den zugeh rigen Absorptionswer ten Es wird dann das Skelett freigestellt Man l scht dazu alle nicht zum Skelett geh ren den Voxel Als L schkriterium dienen der Absorptionswert und die r umliche Lage Nun k nnen die auf der Oberfl che liegenden Voxel zu einer geschlossenen Fl che verbunden werden Vermaschung Ist die Fl che in sich geschlossen und fehlerfrei so umschlie t sie ein Volumen Aus diesem l sst sich ein 3D Modell erstellen Fehler in der Oberfl che k nnen L cher verkehrte Orientierung von Teilen der Fl che Verzweigungen oder Fl chenber hrungen sein Der K rper ist erst dann eindeutig wenn alle diese
461. t vorgenommen werden Als Beispiel ist in Abb 2a die Spiegelung des Streifenmusters in einer Glasscheibe zu erken nen Die eindeutig sichtbare Verzerrung tritt durch die Welligkeit am Rand der Glasscheibe auf die im Bereich von etwa 10 bis 15 um liegt Aus der Messung lassen sich direkt die Oberflachenwinkel bzw die Gradienten in x und y Richtung Abb 2b bestimmen Durch Integration und Differentiation l sst sich die Form mm Abb 2c bzw die Kr mmung Dioptrie 1 m Abb 2d der Objektfl che gewinnen Am Messbeispiel l sst sich im Kr mmungsbild sehr gut die Welligkeit im Randbereich der Glasscheibe erkennen die bei Betrachtung der Formdaten Abb 2c aufgrund des hohen Dynamikbereiches nicht zu er kennen sind Streifen Gradienten Form Kr mmung Wertebereich positiv 2 02 02 2 iz 1 43 D negati d e Abb 2 Messergebnisse Glasscheibe a Streifen auf Glasoberfl che b Oberfl chenwin kel in x y Richtung c Formdaten d Kr mmung e Wertebereich c 66 R Klattenhoff T Bothe A Gesierich W Li C v Kopylow und W J ptner 2 3 Anwendungsgebiete und Systementwicklung Die Streifenreflexionstechnik wurde bereits auf nachfolgend aufgef hrte zumindest teil weise spiegelnde Materialien angewendet e Metall Spiegel Formen Rohblech e Glas Freiformlinsen Scheiben Head Up Displays e Plastik Freiform Augenoptiken Spritzguss e Lack Orangenhaut Effekt Lackfehler e Fl ssigkeiten reflektive Gr
462. tation und eine Digitalkamera Abb 1 links Phototachymetrie eine Methode zur Bauwerksmodellierung 47 Die folgenden Eigenschaften charakterisieren die Phototachymetrie e Weitgehend automatischer Ablauf e Alle Schritte vor Ort m glich e Ergebnisse erh lt man sofort e Die Handhabung ist sehr einfach e Genauigkeit st ndig berpr fbar e Vollstandigkeitskontrolle e Vorz gliche Anpassung an wechselnde Erfordernisse z B an unterschiedliche Bau werkseigenschaften oder entsprechende W nsche an die Resultate e Das Instrumentarium ist vergleichsweise preiswert Phototachymetrie wird hier aber auch mit dem Blick auf den Wandel und die Erweiterung in der Instrumententechnik bei den Totalstationen vorgestellt Die Totalstation mit integ rierter Bilderfassung ist nicht mehr nur Prototyp SCHERER 2004 sondern in bescheide nen Ans tzen bereits kommerziell erh ltlich Abb 1 rechts Dieser Ger tetyp wird weiter perfektioniert den Einsatz der Phototachymetrie voranbringen Arbeit mit externer Kamera und oder Intelligente Totalstation mit integrierten Kameras Weitwinkelkameras 1 Intelligente Totalstation d h motorisiert und reflektor los messend 2 Notebook 3 Okularkamera und Servofokus Topcon GTP7000 Digitalkamera o Abb 1 Hardware f r die Phototachymetrie Prototyp Ruhr Universit t Bochum Erstes kommerzielles Ger t 2 Phototachymetrie 2 1 Funktionsprinzip Durc
463. tellen Die Weitwinkeltauglichkeit eines Digitalsensors ist von besonderer Bedeutung wenn man die Hauptpunktlage eines Objektivs verschiebt W hrend sich der effektive Aufnahmewin 38 D H Rieke Zapp kel einer Bildseite verkleinert vergr ert sich der Bildwinkel der anderen Seite Abb 2 Gerade bei Weitwinkelobjektiven kann diese Vergr erung des Bildwinkels zu einer Ab nahme der Bildqualit t f hren Deshalb ist es besonders wichtig eine Sensor Objektiv Kombination zu finden bei der eine optimale Bildqualit t auch bei extremen Aufnahme winkeln gegeben ist Tests mit dem Schneider Apo Digitar 5 6 47 mm haben gezeigt dass die Bildqualit t auch bei einem Verschieben der Hauptpunktlage um 14 mm an einer ALPA 12 SWA sehr gut mit dem Leaf Aptus Sensor harmoniert Abb 4 Schneider Apo Digitar 5 6 47 mm montiert auf einer ALPA Objektivplatte mit einer um 8 mm versetzten Hauptpunktlage links ALPA 12 WA mit Leaf Aptus 75 Apo Digitar und Verschlusssteuerger t rechts Das Objektiv wird von der Firma ALPA of Switzerland mit einem festen Versatz der Hauptpunktlage von 8 mm angeboten Die feste Verschiebung der Hauptpunktlage hat gegen ber einer kontinuierlichen Verstellung der Hauptpunktlage ber einen Feintrieb Shiftkamera Shiftobjektiv den Vorteil dass sie mechanisch stabiler ist Ein Versatz von 8 mm f hrt bei digitalen Sensoren mit Seitenl ngen von 36 x 48 mm bereits zu beachtli chen Ergebnissen Das Objektiv kann da
464. telligenz Oldenbourg Wissenschaftsverlag Miinchen Gottlob G Fr wirt T amp W Horn 1990 Expertensysteme Springer Verlag Wien New York Holland J H 1975 Adaptation in Natural and Artificial Systems The University of Michigan Press Ann Arbor Michigan ILOG White Paper 2006 http www ilog com Polheim H 2000 Evolutiondre Algorithmen Springer Verlag Wien New York Reiterer A 2004 A Knowledge Based Decision System for an On line Videotheodolite based Multisensor System Dissertation Technische Universitat Wien Reiterer A Kahmen H Egly U amp T Eiter 2003 Knowledge Based Image Preprocess ing for a Theodolite Measurement System In Optical 3 D Measurement Techniques VI Vol I Griin amp Kahmen Eds Ziirich 183 190 Stefik M 1998 Introduction to Knowledge Systems Morgan Kaufmann San Francisco Verbmobil 2006 http verbmobil dfki de Walser B 2004 Development and Calibration of an Image Assisted Total Station Dis sertation ETH Z rich Zell A 1994 Simulation neuronaler Netze Addison Wesley Longman Verlag Olden burg Extraktion von Primitiven aus Laserscannerpunktwolken zur Rekonstruktion von Tragwerken Steffen SCHELLER und Danilo SCHNEIDER Zusammenfassung In diesem Beitrag wird die Entwicklung von Algorithmen f r eine zwei und dreidimensi onale Modellierung von geometrischen Primitiven aus Laserscannerdaten in extrahierten Schnittprofilen vorgestellt A
465. tellt werden 4 2 Korrektur der Intensit ten Die Intensit t des ausgesendeten Laserlichtes nimmt in Abh ngigkeit zur zur ckgelegten Strecke ab Des Weiteren ist sie abh ngig von der Oberfl chenbeschaffenheit und des Auf treffwinkels auf das Objekt Einige dieser Eigenschaften sind durchaus erw nscht Da sie dem sp teren Betrachter die M glichkeit geben die resultierenden Bilder zu interpretieren m ssen andere Effekte korrigiert werden um ein homogenes Orthophoto zu bekommen In LupoScan wird an der Intensit t eine streckenabh ngige Korrektur angebracht Diese Kor rektur ist nicht linear von der Entfernung abh ngig und muss den spezifischen Eigenschaf ten verschiedener Laserscanner angepasst werden Ferner kann eine Korrektur aufgrund des Auftreffwinkels des Laserlichts auf die Projektionsfl che angebracht werden Nat rlich ist es aufgrund der Informationsdichte durchaus m glich die Intensit t hinsichtlich des Auftreffwinkels am Objekt zu korrigieren Dies h tte aber den unerw nschten Nebeneffekt dass das abgebildete Objekt nicht mehr r umlich wirkt Einfarbiger Stuck w rde so im Bildplan nicht mehr s chtbar sein In LupoScan besteht daher die M glichkeit eine Korrek tur in Abh ngigkeit des Auftreffwinkels auf die Projektionsfl che anzubringen Damit wird eine globale Homogenit t der Bilder erreicht ohne visuelle Informationen ber das Ob jekt zu verlieren 4 3 Z Buffer Sobald mehrere Messwerte n ein Bil
466. temanalyse an der einkristallinen Hochtem peraturlegierung SC16 bei mittlerer Orientierung der Zugachse Dissertation an der TU Berlin Berlin Groot P de Lega X C de Kramer J amp M Turzhitsky 2002 Determination of fringe order in white light interference microscopy Applied Optics Vol 41 No 22 4517 4578 Groot P de amp X C de Lega 2004 Signal modelling for low coherence height scanning interference microscopy Applied Optics Vol 43 No 25 4821 4830 Harasaki A amp J C Wyant 2000 Fringe modulation skewing effect in white light vertical scanning interferometry Applied Optics Vol 39 No 13 2101 2106 Hecht E 2001 Optik 3 Auflage Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH Miinchen Koch A W Ruprecht M W Toedter O amp G H usler 1998 Optische Messtechnik an technischen Oberfl chen Expert Verlag Renningen Malmsheim Niehues J 2004 Messtechnische Untersuchung der Einsatzm glichkeiten und des Opti mierungspotenzials eines kompakten Weiflichtinterferometers zur 3D Erfassung von Oberfl chentopografien Diplomarbeit an der Fachhochschule HHG G ttingen Entwicklung des Streifenprojektionssystems 3D Kamera von der Idee ber das Produkt zum industriellen Einsatz Achim GESIERICH Thorsten BOTHE und Wansong LI Einleitung Am Bremer Institut f r angewandte Strahltechnik BIAS wurde ein neuartiges System zur 3D Formerfassung auf Basis der Streifenprojektion entwickelt BOTHE 20
467. ten die effiziente Erfassung von vertikalen Objektteilen mittels TLS mit hoher Datendichten die hochgenaue Datener fassung fl chiger Objekte aus Laserscanning und die genaue Kantenermittlung vorwiegend ber die registrierten Bilddaten mit den hinterlegten Scandaten 3 Dank Ausdr cklich wollen wir der Milan Flug GmbH www milan flug de Sven Jany Dirk Hannusch G nther Jahnel und der TU Dresden www tu dresden de ipf photo Prof Hans Gerd Maas Danilo Schneider Anne Bienert f r ihre gro z gige und spontane Unterst t zung bei der Datenerfassung danken Literatur Jansa J Studnicka N Forkert G Haring A amp H Kager 2004 Terrestrial Laserscan ning and Photogrammetry Acquisition Techniques Complementing One Another XXth ISPRS Congress 12 23 July 2004 Istanbul Turkey Neubauer W Doneus M Studnicka N amp J Riegl 2005 Combined High Resolution Laser Scanning and Photogrammetrical Documentation of the Pyramids at Giza Turin CIPA 2005 RIEGL Laser Measurement Systems GmbH 2006 Waveform Processing Airborne Laser Scanner LMS Q560 www riegl com RIEGL Laser Measurement Systems GmbH 2006 High Accuracy amp Long Range 3D Imaging Sensor LMS Z420i www riegl com Riegl J Studnicka N amp A Ullrich 2003 Merging and processing of laser scan data and high resolution digital images acquired with a hybrid 3D laser sensor In CIPA Studnicka N Riegl J amp A Ullrich 2004 Zu
468. ten sind in Abbil dung 2 visualisiert und im Folgenden zusammengefasst Zul ssige Abweichungen der Orientierung des Beinimpaktors zum Auftreffzeitpunkt e 2 in der Lateral und der Longitudinal Ebene e 5 um die vertikale Achse des Impaktors 12 K Raguse und T Luhmann Zul ssige Abweichung der Flugbahn des Beinimpaktors zum Auftreffzeitpunkt e 2 in der Horizontal und der Longitudinal Ebene Geschwindigkeit mit zul ssiger Abweichung e 11 1 m s 0 02 m s Zul ssige Abweichung von der vorher festgelegten Trefferlage e 10mm Die Geschwindigkeit wie auch die Trefferlage werden ber fest installierte Messsysteme am Pr fstand berwacht Die berpr fung der Winkel war in der Vergangenheit jedoch noch nicht ausreichend und zuverl ssig realisiert F r diese Anwendung wurde ein neues operationell einsetzbares optisches Messsystem entwickelt Abb 2 Anforderungen an die Orientierung und die Flugbahn des Beinimpaktors zum Auftreffzeitpunkt EU RICHTLINIE 2003 102 EG 2004 Die messtechnischen Anforderungen sind durch zul ssige Winkeltoleranzen in den ver schiedenen Ebenen definiert ber die Photogrammetrie werden jedoch nicht direkt Win kel sondern nur Punkte gemessen aus denen im Anschluss die Winkel abgeleitet werden m ssen F r diese Auswertungen wurden am Beinimpaktor spezielle signalisierte Mess marken angebracht vgl Abb 3 Der Beinimpaktor besteht aus zwei Stahlkernen welche Ober und Unterschenkel da
469. teren Viertel der vorgegeben Genauigkeit von 1 2 cm f r das Geb udeinnenaufma 234 W Becker R Dietrich und M Leopold ha ALEEA BEE j Tia A ij He rer Pe Abb 2 Gesamtpunktwolke der Umspannanlage in Echtfarben Um Aussagen ber die Qualit t des Laserscannings und der Modellierung sowie die Wirt schaftlichkeit des Verfahrens treffen zu k nnen wurden tachymetrische Vergleichsmessun gen durchgef hrt 4 3D Modellierung Ein 3D Modell erm glicht dem Betrachter sich die rtlichkeit leichter vorzustellen Mit tels Echtfarbentexturen kann diese Vorstellung noch verst rkt werden Das erstellte Modell gestattet verschiedene Interaktionen sowie viele verschiedene Visualisierungs und Pr sen tationsm glichkeiten Problemstellen komplexer Konstruktionen lassen sich besser darstel len und erm glichen eine ingenieurm ige Analyse Die Modellierung der Umspannanlage wurde im CAD Programm MicroStation V8 1 mit der Applikation TerraScan durchgef hrt TerraScan bietet eine komfortable M glichkeit Laserdaten einzulesen Hierbei werden die Punkte nicht in die Zeichnungsdatei geschrieben sondern zun chst im Arbeitsspeicher vorgehalten 3D Aufbau und Nutzung virtueller Welten im Anlagenbau 235 Nach der Verkn pfung der Einzelpunktwolken lag eine Gesamtpunktwolke mit fast 26 Millionen Punkten vor F r die weiteren Arbeiten war es notwendig die Punktwolke in Bl cke zu unterteilen Die Einteilung der Bl cke erfolgte nach
470. teten Verkn pfungen verbun den s Abb 1 Solche Programme agieren vollst ndig autonom und passen sich selbst ndig den W nschen und Bed rfnissen eines menschlichen Nutzers an Verbunde solcher Agenten werden Multi Agenten Systeme genannt In einem Netz mit einer Zwischenschicht ist die Anzahl der Verkn pfungen proportional zu der Anzahl der Neuronen in der Zwischenschicht 150 A Reiterer Eingabeschichh Zesscherschh Ausgabeschichi ET ee en T E E E Y E j a 1 P u he ai i i T An Sa Abb 1 Vollst ndig verbundenes KNN 3x3 1x4 1x2 F r jede Verkn pfung innerhalb des Netzes muss ein Gewicht berechnet werden F r diese Berechnung braucht man eine ausreichend gro e Anzahl von Trainingsdaten und einen geeigneten Trainingsalgorithmus Der bekannteste und am weitesten verbreitete Trainings algor thmus ist der Backpropagation Algorithmus Er arbeitet als iteratives Verfahren und ermittelt die Konfiguration der Gewichte im Netz indem er die Fehlersumme ber alle Trainingsmuster minimiert Weitere bekannte Trainingsalgorithmen sind das Kohonen oder das Monte Carlo Verfahren Auf die vollst ndige Beschreibung der Trainingsalgorithmen soll hier verzichtet werden es sei auf die einschl gige Literatur verwiesen ZELL 1994 G RZ et al 2000 In der Praxis besteht oft das Problem dass die Eingangsdaten redundante Informationen enthalten und diese auch nicht durch geeignete Codierung aufgehoben werden k nnen Um dies
471. trum sowie Spektral komponenten W Wp We Wa mit vergr ertem Ausschnitt 74 R Klattenhoff T Bothe A Gesierich W Li C v Kopylow und W J ptner Das analysierte Spektrum der KTL Oberfl che Abb 13 bringt die beiden beobachteten Hauptfrequenzen bei 0 18 mm im Intervall W und bei 0 65 mm wie auch den Defekt in W zum Vorschein 0 140 0 120 0 100 0 080 Rohblech 1 Rohblech 2 F ller 1 F ller 2 os3 R cksd SAL N 1 Rohblech haube2_grok m Phosphatschicht haube fein _ rhaub KT L BC CC_ Ba o1_Haube o1_Haube Strukturamplitude 0 060 7 Fuller 0 040 Basislack 0 020 Ann IN Soa ee TE nn U m a nn 0 1 Wa Wb 1 See Wc Wd 10 Klarlack Strukturperiode mm Abb 14 Spektrum von Lackkriimmungen Rohblech KTL F ller und Basislack Unterschiedliche Schichten im Lackierprozess wurden mit der Streifenreflexion gemessen und anschlie end wie beschrieben analysiert Abb 14 Es zeigt sich dass die Spektralana lyse sehr selektiv ist und somit Strukturvariationen leicht sichtbar macht Zus tzlich ist eine hohe Wiederholbarkeit gegeben Messungen am gleichen Material ergeben identische Er gebnisse Die Bestimmung der Hauptstrukturgr en kann sehr hilfreich bei der Wahl der Materialparameter der n chsten Schicht sein sodass am Ende des Lackierprozesses sehr glatte bzw definierte Oberfl chen en
472. tscanner zeigt seine St rke im Detailbereich insbesondere bei der Erfassung von Freiformfl chen Abb 8 Ausschnitt der Stuckdecke Orthophoto mit Eintragung der Schnittlinie Ansicht und Schnitt der Punktwolke des Laserscanners Ansicht und Schnitt entwickelt aus der Aufnahme des Streifenlichtscanners Streifenlicht und Laserscanner eine sinnvolle Erg nzung 307 6 Fazit Bei diesem ersten Test hinterlie en die beiden Systeme einen ausgesprochen positiven Eindruck Sie konkurrieren nicht miteinander sondern bieten bei entsprechender Aufgaben stellung eine u erst sinnvolle Erg nzung Die Aufnahme mit dem terrestrischen Scanner ist f r jede Form der Architekturvermessung empfehlenswert Beeindruckt haben hier be sonders die hohe Aufnahmegeschwindigkeit und die fast komplette dreidimensionale Erfas sung welche die fast beliebige Erstellung zweidimensionaler Pl ne erm glicht die ja in der Praxis der Bauausf hrung weiterhin blich sind Kostspielige Nachmessungen k nnen so stark reduziert werden Insbesondere die Verbindung von Punktwolke und Digitalfoto l sst zu den schon vorhandenen M glichkeiten noch weiteres Entwicklungspotenzial erhoffen wie bei der Arch ologie und der Erfassung von Kunstobjekten wo es ja oft auf geringe Farbnuancen ankommt Der Streifenlichtscanner kommt f r alle eher kleinteiligen Objekte in Betracht In der Industrie z B bei der Fertigungskontrolle schon l nger im Gebrauch sind ebenso Anwendung
473. tstehen und eine Vergleichbarkeit objektiv gegeben ist 5 Zusammenfassung In diesem Beitrag wurde ein flexibel einsetzbares Streifenreflexionssystem vorgestellt das per Vakuum an eine Objektoberfl che angesaugt werden kann Durch die mechanische und optische Justiereinheit bietet das System die M glichkeit Wiederholungsmessungen durch zuf hren Neben der Entwicklung dieses Messsystems wurde gezeigt dass die Streifenre flexion eine sehr robuste Technik darstellt mit der die Form unterschiedlich spiegelnder Oberfl chen bis in den nm Bereich vermessen werden kann Beispielhaft wurde aus der Vielzahl m glicher Anwendungen der Streifenreflexionstechnik die Vermessung und Be schreibung von Lackoberfl chen demonstriert ber die Berechnung der Kr mmung aus den Oberfl chengradienten und anschlie ender Frequenzanalyse k nnen Aussagen ber die Flexibles Streifenreflexionssystem zur topologischen Pr fung der Flugzeugau enhaut 75 Hauptstrukturgr en von Lackschichten gewonnen werden Diese k nnen direkt in den Produktionsprozess einflie en sodass die Auswahl der verwendeten Materialien aufeinan der abgestimmt werden kann um zum Beispiel den Orangenhauteffekt zu minimieren 6 Danksagung Vielen Dank an die Vereinigten Elektronikwerkst tten in Bremen VEW f r die Unterst t zung der Entwicklung und Konstruktion des flexibel einsetzbaren Streifenreflexionssystems sowie vielen Dank an die Firma Airbus speziell Sascha M ller f
474. tung werden Signale mit einer deutlich erkennbaren Modulation be n tigt Diese Modulationstiefe ist nur bei Signalen mit einem gro en Signal Rausch Abstand gegeben Typische Messobjekte sind Spiegel Linsen oder strukturierte Halbleiter also alle Objekte mit optisch glatten Oberfl chen In Abbildung 9 ist ein Signal abgebildet das an einer solchen Oberfl che aufgenommen wurde Das linke Diagramm zeigt das Er gebnis eines kompletten Tiefenscans Es st deutlich zu erkennen dass die Modulation sehr viel ausgepr gter ist als im Fall von Abbildung 7 Im rechten Diagramm ist wieder der Bereich in dem die Interferenzen auftreten vergr ert dargestellt Bei solchen Signalen wird zuerst eine H llkurvenauswertung vorgenommen Unter Ber cksichtigung der Phase l sst sich das Maximum abh ngig von dem Messobjekt um ca zwei Zehnerpotenzen ge nauer bestimmen woraus eine h here Aufl sung resultiert 1 T i J fo Ho stpunkt as ee l n Abb 9 Signal mit gro em Signal Rausch Abstand Abbildung 10 zeigt eine konvexe Glaslinse die ein typisches Beispiel f r ein Objekt ist das mit Phasenauswertung gemessen werden kann Das obere Diagramm auf der rechten Seite des Bildes zeigt einen Schnitt durch die Oberfl che der Linse Zieht man nun die konvexe Form ab so bleibt wie im darunter liegenden Diagramm zu sehen die Rauheit brig Bei Mittelung ber mehrere Messungen liegt die Standardabweichung im Subnanometerbe reich 8
475. tz dessen Tastspitze zuvor ber ein definiertes Muster aus retroreflektierenden Messmarken kalibriert worden ist Somit lassen sich Konturen direkt am Bauteil taktil vermessen Die Bildaufnahmen werden von zwei Kameras simultan durchgef hrt Alle 3D Koordinaten stehen unmittelbar nach Ausl sung der Messung am Bildschirm zur Verf gung Die voll st ndige Auswertung erfolgt nach Abschluss aller Aufnahmen in vorgefertigten Tabellen 4 3 Deformationsmessungen unter simulierten Weltraumbedingungen Thermal Vakuumtest Nach Betrachtung des Ariane 5 Tr gersystems soll im Folgenden auf die Deformations messung von potenziellen Nutzlasten eingegangen werden Objekte wie Satelliten oder Antennen die in den Orbit gelangen m ssen h chsten Quali t tsanforderungen gen gen Die Strukturen sollen m glichst leicht sein um die vorhande nen Nutzlastkapazit ten einzuhalten Zus tzlich wird ein hohes Ma an Formstabilit t ge fordert Sollte erst im Orbit ein Fehler an einer Satellitenstruktur festgestellt werden so ist dieses Objekt nicht mehr reparabel da Weltraumarbeiten schlichtweg zu teuer sind So sind umfangreiche Tests unter Weltraumbedingungen in geeigneten Testzentren unerl sslich Die Belastung der Oberfl chenstruktur von Parabolantennen wird u a im Thermal Vakuumtest simuliert Hierbei muss der Pr fling verschiedene Testzyklen unter Hoch und Tieftemperaturen AT bis ca 300 C in einer Thermal Vakuumkammer Abb 3 ber
476. tzen sind die beiden aufgenommenen Sequenzen exakt synchron Des Weiteren hat das System eine stabile relative Orientierung zwischen den beiden virtuellen Kameras Diese wird in einer Vorab kalibrierung zusammen mit den Parametern der inneren Orientierung bestimmt HASTEDT 14 K Raguse und T Luhmann et al 2005 Das Messsystem kann also ohne Informationen aus dem Versuchsumfeld di rekt eine hochgenaue dreidimensionale dynamische Messung durchf hren Die Ergebnisse der Messung werden im Koordinatensystem des Stereospiegelvorsatzes bestimmt Abb 4 Stereospiegelvorsatz Ein Nachteil des Messsystems liegt in der Einschr nkung des nutzbaren Bildformates Bei dem hier eingesetzten System kann nur die H lfte der horizontalen Sensorfl che der digita len Highspeed Kamera f r jede virtuelle Kamera genutzt werden Des Weiteren ist die Aufnahmegeometrie durch die Spiegeloptik vorgeben und kann nicht beliebig variiert wer den F r diese Messaufgabe wurde der Stereospiegelvorsatz passend konstruiert sodass die Nachteile nicht relevant sind 4 Praktische Versuchsreihe 4 1 Versuchsaufbau 1 Vergleichsbock EI i j us r p j F ge 4 Abschussanlage Auffangseile mit Beinimpaktor Abb 5 Versuchsaufbau Einsatz der dynamischen Photogrammetrie bei Fu g ngerschutzversuchen 15 Auf der rechten Seite von Abbildung 5 ist die Abschussanlage mit dem eingespannten Bei nimpaktor dargestellt Links ist der Vergleichsbock auf den der
477. u und praktische Umsetzung in Abbildung 5 dargestellt sind 3D Topographieerfassung mittels Wei lichtinterferometrie 79 Wei licht LED j Kondensor Tubuslinse CCD Sensor _ _ Mirau Objektiv h henverstellbar Messobjekt Abb 5 Aufbau und realisierter Messkopf des Messsystems MarSurf WS1 Das von einer Wei licht LED emittierte divergente Strahlenb ndel wird im Kondensor parallelisiert und durchl uft anschlie end den Strahlteiler der lediglich zur Strahlf hrung eingesetzt wird Die Aufspaltung in Referenz und Messstrahl erfolgt im Mikroskopobjek tiv Mirau Objektiv ber eine Strahlteilerplatte Der eine Teilstrahl wird an einem Plan spiegel reflektiert wohingegen der transmittierte Strahl an der zu vermessenden Objekt oberfl che reflektiert wird Die Intensit t an einem Kamerapixel entsteht aus der berlage rung der entsprechenden Teilstrahlen Der Tiefenscan erfolgt durch die schrittweise H hen verstellung des Objektivs mithilfe eines Piezoaktors wobei an jeder Position ein Bild auf genommen wird Der so gewonnene Bilderstapel enth lt die an jedem Pixel entstandenen Interferenzsignale NIEHUES 2004 3 Signalauswertung Die Auswertung der Signale ist bei technischen Oberfl chen eine Herausforderung da die Signale nicht immer so gut moduliert sind wie in der Theorie beschrieben DE GROOT 2002 Unabh ngig von der Modulationstiefe des Interferenzsignals wird immer zuerst die H llkurve gesucht un
478. ublikationen der Hochschule f r Angewandte Wissenschaften Hamburg seit 1 01 2006 geh rt das Department Geomatik zur neu gegr ndeten HafenCity Universit t Hamburg beschrieben KERSTEN amp ACEVEDO PARDO 2002 KERSTEN et al 2003 2004 KERSTEN 2005 Eine Software L sung f r die kombinierte Auswertung von Laserscanner und Bilddaten mit dem Programm PHIDIAS der Firma PHOCAD Aachen wird in den folgenden Publikationen vorgestellt SCHWERMANN amp EFFKEMANN 2002 EFFKEMANN 2003 BENNING et al 2004 BECKER amp SCHWERMANN 2005 In diesem Beitrag werden die Aufnahme des Westerturmensembles in Duderstadt durch digitale Architekturphotogrammetrie und durch terrestrisches 3D Laserscanning sowie die kombinierte Auswertung dieser Daten mit PHIDIAS beschrieben Die fiir die Auswertung und Modellierung notwendigen Arbeitschritte werden mit Angaben ber die Genauigkeit aufgezeigt und die Ergebnisse des virtuellen Westerturms pr sentiert 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles 255 2 Das Aufnahmeobjekt Duderst dter Westerturmensemble Der Westerturm ist das Wahrzeichen der Stadt Duderstadt Landkreis G ttingen im s dli chen Niedersachsen Der Duderst dter Westerturm ca 35 x 8 x 52 m s Abb 1 ist der letzte vollst ndig erhaltene Turm der mittelalterlichen Stadtbefestigung der bereits am 16 Oktober 1343 als Niedertor valva inferior erstmals urkundlich erw hnt wurde Im Friih jahr 1424 wu
479. ude e Geringe Texturlast bei der Visualisierung F r die Kommunen ergeben sich daraus folgende Folgerungen e Die Konsistenz von Navigationsdaten und ALK kann nicht vorausgesetzt werden Anpassungen sind erforderlich e Fl chendeckende Texturen hoher Qualit t und mit niedrigem Datenvolumen sind zwingend erforderlich e Eine f r Navigation optimierte Geometrie muss aus den vorhandenen Daten abgeleitet werden Deduktion relevanter Geometrieelemente zur Verringerung von Datenvolu men e Wichtige Geb ude m ssen in detailliertem LOD2 vorliegen e Eine Datenbasis die sich vollst ndig auf implizite Geometrie beschr nkt ist nicht ausreichend Abschlie end l sst sich sagen e Kommunale 3D Daten sind grunds tzlich geeignet um an die Navigationsindustrie abgegeben zu werden e Die kommunalen Tr ger ben tigen ein Gesch ftsmodell f r die Nachnutzung ihrer Daten zentrale Koordinationsstellen als Ansprechpartner f r die Firmen sind w n schenswert e Fachfirmen mit enger Verbindung zur Navigationsindustrie stehen bereit um kommu nale Daten dem Bedarf der Navigationsindustrie anzupassen Literatur Altmaier A amp T H Kolbe 2003 Applications and Solutions for Interoperable 3d Geo Visualization Photogrammetric Week 2003 1 5 09 2003 Stuttgart Germany Coors V Elting C Kray C amp K Laakso 2005 Presenting Route Instructions on Mo bile Devices From Textual Directions to 3D Visualization In Dy
480. und der koaxialen Beleuchtung und Beobachtung gibt es keine Abschattung wie bei spielsweise bei konventionellen Triangulationsmessungen sodass auch in tiefen Strukturen exakt gemessen werden kann Durch das Abtasten des Objekts entlang der optischen Achse Tiefenscan tr tt kein Sch rfentiefeproblem auf sodass prinzipiell ein beliebiger longitudi naler Messbereich erfasst werden kann 1 Messverfahren 1 1 Koh rente Beleuchtung Das Messverfahren nutzt grunds tzlich die Interferenz elektromagnetischer Strahlung aus Es basiert auf einem Michelson Interferometer bei dem das einfallende Licht mithilfe eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird Einer der beiden Strahlen wird zu dem feststehenden Referenzspiegel geleitet w hrend der andere Strahl in Richtung des Mess spiegels abgelenkt wird Beide Teilstrahlen werden reflektiert und anschlie end im Strahl teiler zur berlagerung gebracht wodurch es sofern der optische Wegunterschied inner halb der Koh renzl nge des verwendeten Lichts liegt zur Interferenz kommt Bei der Messung von L ngen nderungen oder daraus abgeleiteten Gr en wird wegen seiner gro Ben Koh renzl nge ca 60 m 1 Allg ein Helium Neon Laser verwendet Abbildung 1 zeigt den Aufbau eines Michelson Interferometers wobei S den Referenzspiegel und S den beweglichen Messspiegel darstellt Die Intensit tsmodulation als Folge der Interferenz kann an dem Schirm F beobachtet werden HECHT 2001
481. ungen durch geeignete Zusatzbe dingungen im Objektraum ist eine signifikante Genauigkeitssteigerung von ca Faktor 1 7 erzielbar Vereinfacht ausgedr ckt werden pro Aufnahmestandort drei Bilder eingef hrt die theoretisch und praktisch zu einer Steigerung der inneren Genauigkeit f hren FRASER 1996 FRASER et al 2005 Der vorgestellte Ansatz ist anwenderfreundlich da keine weiteren Softwaremodule z B Resampling f r Aberrationskorrektur integriert werden m ssen Die Verarbeitungszeiten verl ngern sich um den Betrag der f r Bildmessungen in zwei zus tzlichen Kan len erfor derlich ist Dies sind in der Praxis nur wenige Sekunden f r einen gesamten Bildverband Die zuk nftigen Arbeiten werden sich auf die Untersuchung der u eren Genauigkeit L n genmessabweichung nach VDI 2634 konzentrieren Es muss weiterhin untersucht werden warum die verschiedenen Kamera Objektiv Kombinationen zu stark unterschiedlichen Ergebnissen f hren Zur Nutzung von RGB Farbkan len f r die hochgenaue 3D Punktbestimmung 121 Literatur Cronk S Fraser C S amp H Hanley 2006 Automatic calibration of colour digital came ras The Photogrammetric Record erscheint 2006 Fraser C S 1996 Network design In Atkinson K B Ed Close Range Photogram metry and Machine Vision Whittles Publishing 256 281 Fraser C S Woods A amp D Brizzi 2005 Hyper redundancy for accuracy enhancement in automated close range photogrammetry
482. ungsgremien so lange verschoben wer den bis es den optimalen Platz erhielt Abb 16 Abb 16 St Gereon K ln Merheim Punktwolke Simulation in Bild und Modell Weitere Anwendungsgebiete liegen in der Modellierung von Tatorten von Verbrechen und von Unfallorten zur Beweissicherung Abb 17 Abb 17 Beweissicherung an Verbrechenstatorten bzw bei Verkehrsunf llen F r ein Gro ger t im Tagebau Garzweiler im rheinischen Braunkohlerevier sollte f r Um bauma nahmen die r umliche Lage einzelner Teile des Ger tes bestimmt werden Das Laserscanning und Photogrammetrie die Vielfalt der Auswertem glichkeiten 253 Gro ger t wurde hierzu vermessen die ben tigten Teile modelliert Abb 18 Weitere Teile k nnen bei Bedarf aus den bereits vorhandenen Messdaten modelliert werden Abb 18 Vermessung von Gro ger ten Punktwolke und Modell 6 Zusammenfassung Die Kombination von Laserscanning und Photogrammetrie liefert eine Datenbasis f r die Modellierung der realen Welt die die Nutzung der Vorteile beider Messverfahren erm g licht Mit PHIDIAS steht ein System zur Verf gung das durch die superimpositive Darstel lung den st ndigen Wechsel zwischen den Auswertemethoden gew hrleistet und zudem kombinierte Auswertem glichkeiten er ffnet Die Anwendungsbeispiele zeigen dass die Palette der Anwendungsgebiete von der Ver messung historischer und moderner Bauwerke bis hin zu industriellen Anlagen und dar ber hinaus
483. unk ten der Halbkugeln bestand musste die Punktwolke nicht weiter selektiert werden Dabei wurde der Radius nicht vorgegeben sondern wurde zus tzlich bestimmt Als Berechnungs funktion wurde der Kreis im Raum gew hlt Als Ergebnisse des Fittings wurden der Radius der Flanschmittelpunkt und der Abstand der einzelnen Bolzen vom Idealkreis aus der Funktion Distance to Entity ermittelt Zur berpr fung wurden die berechneten Ko ordinaten in AutoCAD geladen und dort der Abstand der Bolzenk pfe vom Mittelpunkte und der Abstand zweier benachbarter Bolzenk pfe dargestellt Abb 5 Des Weiteren wurde untersucht inwieweit alle Bolzenpunkte von einer in 3Dipsos einge passten Ebene abweichen F r die Beurteilung der Einpassung k nnen die Eigenschaften des neuen eingepassten Objektes z B Standardabweichung und Normalenvektor der Ebene angezeigt werden Durch Vorgabe eines Schwellwertes f r die Standardabweichung kann der Fitting Algorithmus eine verbesserte Einpassung durchf hren Neben diesen numerischen Qualit tsangaben bietet die Software die M glichkeit einer visuellen Interpre tation der Ergebnisse was insbesondere bei der berpr fung von Werkst cken oder ande ren Objekten gut genutzt werden kann Uber die Funktion Distance to Entity werden die Abst nde der einzelnen Punkte zum Objekt farblich dargestellt und in einem Verteilungs diagramm erl utert Abb 5 Dies gibt auch die maximalen Abst nde in beiden
484. unkten Es ist so definiert dass es die gleiche Ausrichtung besitzt wie das Koordinatensystem Mit der Gr e des Patches wird die Entfernung angegeben mit der zwei Objekte voneinander getrennt werden sollen An hand des Patches wird die gesamte Punktwolke durchsucht Der Algorithmus startet bei einem beliebigen Punkt der Punktwolke der als Mittelpunkt f r das Suchpatch dient Im Extraktion von Primitiven aus Laserscannerpunktwolken 159 Folgenden werden alle Punkte des Datensatzes heraus gesucht die innerhalb der definierten Fl che liegen Durch die Aufteilung des Patches in Quadranten k nnen vier prim re Suchpunkte definiert werden Wenn hingegen ein Quadrant keine Datenpunkte enth lt werden an benachbarten Quadranten die Punkte enthalten sekund re Suchpunkte gesetzt Es sind vier sekund re Suchpunktpositionen m glich Diese befinden sich am Schnittpunkt einer Quadrantenab grenzung und einer Au enkante des Patches Die sekund ren Suchpunkte sind f r eine exakte Objekttrennung erforderlich Alle gefundenen Datenpunkte innerhalb des Patches werden in einer Objektstruktur gespeichert und aus dem Originaldatensatz entfernt Die zuvor ermittelten prim ren und sekund ren Suchpunkte sind neue Mittelpunkte f r die weitere Patchsuche Der Algorithmus wird so lange wiederholt bis alle Suchpunkte abge arbeitet sind und keine neuen Suchpunkte ber ein Patch gesetzt werden k nnen Das Prin zip ist in Abbildung 4 verdeutlicht Mit diese
485. unktkoor dinaten nur mit einer Standardabweichung von besser als 3 cm bestimmt werden Das Er gebnis der Turmspitzenrekonstruktion ist in der Abbildung 5 dargestellt Eine detaillierte Beschreibung der Rekonstruktion des Westerturmensembles ist in BIEBERMANN amp SCHNEIDER 2005 zusammengefasst l Abb 5 Rekonstruktion der Turmspitze aus photogrammetrischen Bildpunktmessungen links Darstellung als Drahtmodell 2 v 1 als schattiertes Modell in AutoCAD und als gerendertes Modell in Highlight Pro rechts 5 4 Visualisierung F r die Visualisierung des Westerturms wurde die umgebende Topographie Stra en We ge Pflaster berg nge Schilder Laternen Abfalleimer und Wasserlauf und die angrenzen den Geb ude generalisiert durch eine tachymetrische Aufnahme mit dem Leica TCRP 1105 aufgenommen Die Bearbeitung dieser Daten erfolgte mit der Software Geo7 Er g nzt wurden diese Aufnahmen durch ein detailliertes Handaufma von einigen Objekten wie Laternen und Schildern Die Visualisierung des Westerturmensembles erfolgte mit verschiedenen Programmen AutoCAD AECViz von TORNADO Technologies Inc Kanada 3D Studio VIZ und High light Pro In AutoCAD wurde das 3D Volumenmodell mit entsprechenden Texturen f r die jeweiligen Objektteile gerendert um so eine Qualit tskontrolle der modellierten Daten zu erhalten und um daraus perspektivische Ansichten im BMP Format zu erstellen Abb 6 oben Eine interakti
486. urierte Ensemble wurde am 12 08 2004 feierlich ein geweiht und der ffentlichkeit zug nglich gemacht Abb 1 Duderst dter Westerturmensemble Mitte Front links Hinteransicht rechts 256 T Kersten M Biebermann und M Schneider 3 Die Aufnahmesysteme Die Aufnahme des Duderst dter Westerturmensembles erfolgte mit der handels blichen digitalen Spiegelreflexkamera Fujifilm FinePix S2 Pro und dem terrestrischen Laserscan ning System Mensi GS100 Die wesentlichen technischen Daten der digitalen Kamera sind in Tabelle 1 zusammengefasst Tabelle 1 Technische Daten der Kamera Fujifilm FinePix S2 Pro Das Trimble 3D Laserscanning System GS100 wird von Mensi S A in Frankreich herge stellt und besteht aus Messinstrument mit Zubeh r und entsprechender Erfassungs und Auswertesoftware Die Streckenmessung erfolgt nach dem Impulslaufzeitverfahren mit einem gr nen Laser mit 532 nm Wellenl nge Die Genauigkeit der Einzelstrecke betr gt 6 mm Die optimale Messentfernung des GS100 wird mit 2 100 m angegeben Durch die bestm gliche Winkelaufl sung von 0 0018 l sst sich in 100 m Entfernung eine Gitterweite von 3 x 3 mm realisieren Der Panorama View Scanner 360 horizontal 60 vertikal kann bis zu 5000 Punkte in der Sekunde messen wobei ein Laserpunkt in 50 m Entfernung 3 mm gro abgebildet wird Weitere technische Angaben und Abbildungen vom System sind in H NNIGER amp KERSTEN 2005 aufgef hrt Die vollst ndigen te
487. urmensembles wurde mit insgesamt 137 Bildern 5 GB Bilddaten aufge nommen davon wurden f r die sp tere dreidimensionale Auswertung und Kamerakalibrie rung lediglich 58 Bilder verwendet Mit dem Laserscanner GS100 wurde das Objekt von zehn Scannerstandpunkten in einer Rasterweite von 93 mm auf 10 m gescannt Objektdetails wie Fenster oder Turmfigur wur den mit einer h heren Aufl sung von 5 mm auf 10 m gescannt Die Steuerung des Scanners erfolgte mit der Software PointScape wobei die Selektion der Scanbereiche durch das Video Framing erfolgte Die jeweils sichtbaren Targets und Kugeln angebracht an Turm wand und auf Tachymeterstandpunkten wurden f r die sp tere Verkn pfung und Georefe renzierung der Scans separat von jedem Standpunkt gescannt und durch die Software als Passpunkte erkannt Beim Scannen der Turmspitze stellte sich heraus dass das schwarze Schieferdach das gr ne Laserlicht kaum reflektierte sodass dieser Geb udeteil sp ter allein durch die Photogrammetrie rekonstruiert werden musste Abb 2 Drehleitereinsatz f r Passpunktsignalisierung links und photogrammetrische Aufnahme Mitte Laserscannerstandpunkt rechts 5 Datenauswertung 5 1 Registrierung und Geo Referenzierung der Punktwolken Scans F r eine manuelle Registrierung und Geo Referenzierung der Scans kam die Software RealWorks Survey 4 2 der Firma Mensi zum Einsatz Jede Scannerstation wurde ber drei bis sieben Targets und Kugeln mit den andere
488. ve Animation wurde mit AECViz erstellt in dem das gesamte DWG File 132 MB in ein 5 MB gro es ausf hrbares Programm EXE File umgewandelt wur de das der Betrachter interaktiv aus allen Perspektiven anschauen und auch begehen kann Abb 6 rechts oben In Highlight Pro wurde eine Videosequenz mit einer L nge von 3D Erfassung und Modellierung des Duderst dter Westerturmensembles 261 2 41 min in einer Aufl sung von 640 x 480 Pixel als kodiertes MPEG File 57 MB erstellt s Abb 6 unten w hrend mit 3D Studio ein virtueller Rundgang durch und im Turm als Film 3 31 min AVI 727 MB erstellt wurde Alle Visualisierungsdaten stehen dem Inte ressierten in Zukunft an einem Computer Terminal in der Turmb ckerei zur Verf gung Abb 6 Visualisierungen des Westerturms mit AutoCAD oben links und oben Mitte mit AECViz oben rechts und mit Highlight Pro unten 6 Zeit und Kostenmanagement Alle Bearbeitungen mit PHIDIAS konnten mit einem Standard Notebook mit 512 MB RAM einem 1 5 GHz Intel Centrino Prozessor und einer nVIDIA Geoforce Graphic Card mit 64 MB durchgef hrt werden Der Arbeitsaufwand f r die gesamte Projektbearbeitung betrug 623 Arbeitsstunden die je nach T tigkeit mit entsprechenden aktuellen Stundenan s tzen f r Messgehilfe Techniker und Ingenieur verrechnet wurden Rechnet man zu die sen Kosten die Instrumentenkosten und Spesen sowie einen Projektgewinn von 10 und die 16 ige Mehrwertsteuer hinzu so ergeben si
489. verarbeitung und Messtechnik eingesetzt werden Wir m chten uns hier auf die drei bekanntesten Gruppen beschr nken k nstliche neuronale Netze wissensbasierte Systeme und evolution re Algorithmen bzw genetische Algorithmen 2 1 K nstliche neuronale Netze Unter einem k nstlichen neuronalen Netz KNN versteht man die Kombination einer nichtlinearen Funktion mit einem Lern Algorithmus Der Lern Algorithmus dient dazu aus vorhandenen Eingangs und gew nschten Ausgangswerten alle Parameter der Funktion zu bestimmen ZELL 1994 Ein KNN besteht aus einer Vielzahl von gleichen Einzelteilen den sog k nstlichen Neuronen und stellt somit eine Realisierung des konnektionistischen Pa rad gmas dar Jedes KNN besteht in seiner minimalen Form aus einer Eingabeschicht input layer und einer Ausgabeschicht output layer meist ist noch eine sog Zwischenschicht hidden layer vorhanden Die Zwischenschicht determiniert die F higkeit des Netzes zur Verall gemeinerung Die Anzahl der Neuronen in der Zwischenschicht muss gro genug sein um die gestellte Aufgabe zu erf llen sie muss aber gleichzeitig klein genug sein um eine sinn volle Verallgemeinerung durch das Netz zu erm glichen ZELL 1994 Die Anzahl der Neuronen in der Zwischenschicht bestimmt die Verkn pfungen innerhalb des Netzes und damit die Komplexit t des Netzes Die Neuronen der Eingabeschicht sind mit den Neuro nen der Ausgabeschicht ber die Zwischenschicht mit gewich
490. verwendet werden Mit einer solchen Dokumentation sind Ferti gungsprozesse optimierbar und f hren insgesamt zu einer Mehrwertsch pfung da die Dau er einer Schiffsreparatur verk rzt und somit die kostenintensive Ausfallzeit des Schiffes verringert wird 1 Einleitung Die Dr Ing Wesemann Gesellschaft f r Ingenieurgeod sie mbH erfasste im Mai 2004 bei der Blohm Voss Repair GmbH in Hamburg den Achterrumpf eines F hrschiffes mit einem Laserscanner in der Weise dass die Rumpfform ber eine Verkn pfung aller Scans model liert werden konnte Aus dem so erhaltenen 3D Modell wurden in ausgew hlten Spanten ebenen Profile abgeleitet und als zweidimensionale Spantenrisse bereitgestellt Abb 1 Eingedocktes F hrschiff Abb 2 Modelliertes Achterschiff Konzept f r eine As Built Aufnahme von Schiffsr mpfen 239 Da am Achterschiff jedoch kein Objektkoordinatensystem definiert und ber Passpunkte tachymetrisch bestimmt wurde konnten die Ma angaben in den hergestellten Spantenrissen nicht ins Schiffskoordinatensystem berf hrt werden Es zeigte sich dass die Daten einer As Built Aufnahme des Rumpfes im Schiffskoordinatensystem vorliegen m ssen um eine Grundlage f r weitere Entscheidungsfindungen in Fertigungsprozessen bilden zu k nnen 2 Messverfahren und Messanordnungen 2 1 Tachymetrische Passpunktbestimmung Zur berpr fung des Aufwandes im Hinblick auf tachymetrische Passpunktbestimmungen an Schiffsr mpfen und den
491. von 0 7 Die in Kapitel 3 2 vorgestellte Vorkorrektur der Farbbilder mit PhotoShop CS2 wurde mit Daten der Nikon D2X und der Sigma SD10 durchgef hrt Es ergab sich keine Verbesse rung gegentiber der Auswertung mit den korrespondierenden Graustufenbildern Dieses aufw ndige Verfahren erzielt damit keine Vorteile f r die messtechnische Auswertung und kann daher verworfen werden 5 Zusammenfassung und Ausblick Grundlage dieser Untersuchung war die Annahme dass die typ sche Genauigkeit von pro fessionellen Farbdigitalkameras von ca 1 100 000 innere Genauigkeit bei signalisierten Bildverb nden siehe z B PEIPE 2005 das vorhandene Potenzial noch nicht aussch pft Bildvariante Kalibrierungen sind in der Lage w hrend einer Aufnahmeserie auftretende Anderungen der Kamerageometrie zu erfassen HASTEDT et al 2004 Die genauere Model lierung der Farbeigenschaften von Kamera und Objektiv lag daher nahe um die Auswir kungen durch Farbfehler im Objektiv Farbmasken auf dem Sensor oder kamerainterne Prozessierung genauer zu verstehen Die objektivabh ngige chromatische Aberration erzeugt signifikant unterschiedliche Bilder in den einzelnen RGB Kan len Der Effekt muss aber nicht als negativer Einfluss interpre tiert werden sondern zeigt dass alle Farbkan le zusammen ber mehr Informationsgehalt verf gen als ein einziger Kanal F hrt man daher in allen einzelnen Kan len unabh ngige Bildmessungen durch und kombiniert man diese Beobacht
492. von Spezialaufgaben m glich Der besondere Vorteil liegt in der hohen Mobilit t und Flexibilit t des Systems So k nnen offline Aufgaben der klassischen Nahbereichsphotogrammetrie ebenso ausgef hrt werden wie taktile onli ne Messungen von statischen und dynamischen Objekten Dabei lassen sich alle Messun gen auch unter instabilen Umgebungsbedingungen erfolgreich durchf hren Das vorgestell te Aufgabenspektrum umfasst exemplarische Beispiele die auch auf vielf ltige weitere Anwendungen geometrischer Pr f und Kontrollmessungen bertragen werden k nnen Gerade mit ihren hohen Anforderungen an Genauigkeit und Zuverl ssigkeit dreidimensi onaler Messungen ist das vorgestellte Spektrum der Luft und Raumfahrtindustrie gut ge eignet die Vielf ltigkeit des V STARS Photogrammetriesystems zu erl utern und im ber tragenden Sinn den Blick in die Sterne zu erm glichen Literatur Bundesnetzagentur 2006 Bundesnetzagentur f r Elektrizit t Gas Telekommunikation Post und Eisenbahnen Mainz www bundesnetzagentur de 09 02 2006 Contraves 2006 Contraves Space AG Z rich Schweiz www contraves com 09 02 2006 GDV 2006 GDV Ingenieurgesellschaft Holst mbH Bad Schwartau www gdv systems de 09 02 2006 GSI 2006 Geodetic Systems Inc Melbourne Florida U S A www geodetic com 09 02 2006 Holst C 2005 Deformationsanalyse der Parabolantenne 7m XY MBA Unver ffentlichte Diplomarbeit Institut f r
493. wegungen ausgesetzt ist wird es in einer kardanischen Aufh ngung montiert W hrend des Fluges erfassen spezielle Sensoren kleinste Lagever nderungen Digitale Antriebe gleichen die resultierende Zielabweichung durch Gegenbewegung direkt aus Somit bleiben beobachtete Sterne jederzeit fokussiert Abb 6 Boeing 747 mit ffnung f r das SOFIA Teleskop SOFIA 2006 Zur Kalibrierung der Sensorik war die Erstellung einer nichtlinearen 3D Korrekturmatrix erforderlich Diese war notwendig um die nichtmetrischen Signale der Bewegungssensoren an die Kompensationsantriebe weiterzugeben Zur Ermittlung dieser Daten wurden Mess marken am sp ter im Flugzeug montierten unbeweglichen Teil und am kompensierbaren beweglichen Teil der Anlage angebracht Der Messplan sah im Einzelnen zun chst eine Nullmessung zur Referenzierung ber vor handene Passbohrungen vor Anschlie end wurde eine definierte Anzahl Messpunkte auf dem beweglichen Element gegen die Referenzpunkte auf dem unbeweglichen Element in Einsatz des Photogrammetriesystems V STARS in der Luft und Raumfahrtindustrie 25 3 Schritten verdreht und gemessen Die gew nschte Korrekturmatrix konnte aus den Dif ferenzen der Messwerte und der Steuerwerte ermittelt werden S Fazit Die Anwendungen digitaler Photogrammetrie in der Luft und Raumfahrtindustrie sind weit gef chert Mithilfe des vorgestellten V STARS Systems ist sowohl die Durchf hrung von Routinearbeiten als auch die L sung
494. weiligen Geschossebenen 05 bis 17 horizontale Scheiben in Geschossdeckenst rke aus der Punktwolke ausgeschnitten und in Polylinien umgewandelt Die Erzeugung der Polylinien erfolgt automatisch wobei jedoch teilweise noch eine Nachbearbeitung erforderlich war Die Polylinien wurden dem Bautr ger im DXF Format zur berpr fung der Planung der Geschossfertigdecken berge ben 312 K Mechelke H Sternberg und T Kersten Nach Rohbaufertigstellung der Geschossebenen 00 bis 08 wurde eine tachymetrische Kon trollmessung mit dem Leica TCRP1201 in den Ebenen 07 und 08 durchgef hrt Die Stre ckenmessung erfolgte reflektorlos Ermittelt wurde hierbei der Innendurchmesser des Turms zwischen Punkten die auch in der Punktwolke identifizierbar waren Ein Vergleich der tachymetrisch ermittelten Strecken mit den entsprechenden aus der Punktwolke abgelei teten Strecken zeigte im Mittel Differenzen von 2 mm Standardabweichung 4 mm Die Datenerfassung am Wasserturm betrug insgesamt acht Stunden wobei das Laserscan ning sechs und die geod tische Passpunktbestimmung zwei Stunden dauerte Die Auswer tung Referenzierung Achsbestimmung Kollisionspr fung Polylinienerzeugung konnte dagegen in sieben Stunden durchgef hrt werden 4 Positionsbestimmung von Bauteilen im U Bahntunnel G nsemarkt Hamburg Eine Flanschverbindung in einem U Bahntunnel der Hamburger Hochbahn musste wegen Undichtigkeiten und dadurch eindringendem Grundwasser neu abgedichtet we
495. wender f r eine effiziente Projektbearbei tung da die Auswertetools des Laserscanning Systems nicht alle gew nschten Bearbeitun gen bzw Ausgaben erm glichen Es kann empfohlen werden terrestrische Laserscanning Systeme in Zukunft f r Bauwerks untersuchungen einzusetzen da die Akzeptanz der gelieferten Ergebnisse beim Kunden sehr hoch ist und weitere sp tere Auswertungen auf Kundenwunsch jederzeit m glich sind Bauwerksuntersuchungen durch terrestrisches Laserscanning mit dem Mensi GS100 315 Literatur Hesse C amp H Stramm 2004 Deformation Measurements with Laser Scanners Possi bilities and Challenges Int Symposium on Modern Technologies Education and Pro fessional Practice in Geodesy and Related Fields November 4 5 Sofia Bulgaria H nniger C amp T Kersten 2005 Topographische Aufnahme der s chsischen Ringwallan lage Willenscharen mit dem 3D Laserscanning System Mensi GS100 In Luhmann T Hrsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 224 231 Jahn I Kersten T amp R Kinzel 2004 Erfahrungen mit einem 3D Laserscanning System bei der Erfassung einer Industrieanlage und des L becker Holstentores In Luhmann T Arsg Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D Messtechnik Beitr ge der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 222 229 Kersten T Sternberg H
496. werden Gerade die Verkn pfung von Oberfl chenmessungen w re mit diesem System ohne weitere Verkn pfungspunkte oder Matching denkbar Aber auch die Orientierung einer Kamera zur Aufnahme eines Bildverbandes ist m glich Zusammen mit dem Messbild liegen in diesem Fall nach der Messung bereits die u eren Orientierungen vor Unabh ngig vom Sensor soll auch das Aufnahmesystem des Navigators erweitert werden Hier soll die Navigation durch ein Ein Kamera System umgesetzt werden um im An schluss eine Vergr erung des Sichtfeldes durch ein verteiltes Mehrkamera System z B bei Kombination aus Stereosystem und Einzelkamera zu erreichen Die Umsetzung bein haltet die L sung von dabei auftretenden Kal brierungs und Orientierungsproblemen In diesem Rahmen soll auch ein Verfolgungskonzept erarbeitet werden Dazu ist die Pr diktion der Bahn eines mobilen Sensors notwendig HENNING et al 2006 um im An schluss nur den relevanten Bildbereich auszuwerten Durch die n herungsweise bekannte Optische 3D Navigation von Sensoren 61 Position des Sensors k nnen ggf auch nur einzelne Aufnahmesysteme eines Mehrkamera systems angesprochen werden Je nach Position des Sensors im Messvolumen ist so die optimale Aufnahmegeometrie bei gleichzeitig nur geringen Datenaufkommen w hlbar Ebenso ist mit diesem Prinzip die Verfolgung des Sensors ber miteinander verbundene R ume oder Messbereiche denkbar Literatur AXIOS 3D Services GmbH 2005
497. werden sollen 3 Qualitats Standards f r die Architekturvermessung 3 1 Existierende Standards Bauen im Bestand Denkmalpflege Schwerpunkt Detaillierung Wesentliche Literatur und allgemein verwendeter Standard zur Vereinheitlichung der Er gebnisse von Dokumentationen in diesem Feld der Architekturvermessung ist ECKSTEIN 1999 Empfehlungen f r Baudokumentationen Eckstein nimmt die Definition von Genauigkeitsstufen f r die Architekturvermessung Stufen I bis IV vor Hierbei ist zu beachten dass neben tolerierten Abweichungen bez glich der Geometrie zwischen 10 cm und 2 cm insbesondere auch zahlreiche Anforderungen an die semantische Tiefe der Be standsaufnahme gestellt werden GRO et al 2002 Anforderungen an eine Bestandsdo kumentation in der Baudenkmalpflege Erg nzt die Genauigkeitsstufen von Eckstein 1999 im Hinblick auf die inhaltliche Dimension und hierbei speziell die weiteren Produkte einer denkmalgerechten Dokumentation neben der geometrischen Erfassung durch die Einf h rung von Bestandsaufnahme Kategorien Diese national eingef hrten Quasistandards k nnen auch f r die Vermessung f r die Bau planung Anwendung finden wenngleich sie hierbei Schw chen aufweisen Daher sind Qualit tsstandards in der Architekturvermessung 201 unverbindliche Beibl tter zur HOAI entstanden die das sog Architektenaufma Son derleistung in der Leistungsphase Vorermittlung genauer zu fassen suchen und sogar
498. winkel und die Strecken s als feste Parameter ein und verwendet I unter der Annahme kleiner Winkel die N herung tanf f gt 14 erh lt man mit den Substitutionen a cositanc und b sini 15 ein lineares funktionales Modell l l l Ies ae b e sind tang sS 16 l l a b e sind tang s und daraus die Beobachtungsgleichungen l l htv a b e sing tang s 17 f v i eae sing tang s 180 F Neitzel Fasst man die unbekannten Parameter zum Vektor x a b ef 18 zusammen lautet die Funktionalmatrix l l 1 sing tand s A ls 19 l l 1 sind tand s der Beobachtungsvektor ergibt sich zu T 1 a f 20 Mit der Gewichtsmatrix P der Beobachtungen f ergibt sich mit dem Varianzfaktor o das l lineare Modell zu Ax I mit D 1 of o P 21 Die Sch tzwerte f r die Unbekannten a b und erh lt man direkt ohne Iteration aus den Normalgleichungen A PAx A PI 22 N die Sch tzwerte f r den Kippachsenfehler i und den Zielachsenfehler ergeben sich aus 15 zu a x a i arcsinb und rer z 23 COSI A Die Standardabweichung der ausgeglichenen Parametera b und kann mithilfe der Kofaktorenmatrix der Unbekannten Qa N 24 und dem Sch tzwert f r den Varianzfaktor 6 berechnet werden die Standardabweichun gen o und o k nnen mithilfe der Varianz Kovarianz Fortpflanzung unter Verwendung der
499. y panes Im Abb 3 Gescannte Fl chen 304 J M Broser 5 1 Laserscanner Mit dem Laserscanner wurden insgesamt sieben Panoramascans an der Hauptfassade durchgef hrt Da es sich hierbei um einen Test handelte und nur eine begrenzte Zeit zur Verf gung stand wurden gewisse Verschattungen in Kauf genommen Einige zus tzliche Scans und der Einsatz eines Hubsteigers h tten die Ansicht vervollst ndigt Das Zusam menf gen der einzelnen Scans erfolgte durch mit dem Tachymeter eingemessene Passpunk te Eine versuchsweise Montage ohne Passpunkte brachte aber ebenfalls hervorragende Ergebnisse r E i i Fur F ag 3 Eh Hp i Th Ur a 1 a a ae ES hy TO BE RE L ds ar Abb 4 Foto erster Panoramascan und Punktwolke aller sieben Panoramascans in un terschiedlichen Graustufen Zur weiteren Untersuchung w hlten wir einen kleineren Bereich der Hauptfassade und zwar das reich detaillierte Sandsteinportal Beim bereinanderlegen von Orthophoto und Punktwolke l sst sich sehr gut der Vorteil des Laserscanners erkennen Zeigt das Orthopho to messbare Gr en lediglich in der Entzerrungsebene so stellt der Scanner das gesamte Objekt in wahrer Gr e dar Die Software PHIDIAS verbindet die Vorteile aus Punktwolke und Orthophoto und f hrt zu 3D Zeichnungen lediglich Freiformfl chen wie die Statuen sollten gesondert betrachtet werden Die Ergebnisse der Messung der Stuckdecke werden im Abschnitt ber den Ver
500. ypischen Interaktionen Hat man wie in diesem einfachen Beispiel Abb 3 ein Bauwerk mit ebenen Oberfl chen so l sst sich die Ebenen gleichung ber drei Punkte bestimmen Zu deren tachymetrischer Messung werden im orientierten Bild nacheinander drei Punkte mit dem Cursor bezeichnet Nach dem ersten Klick ins Bild bewegt sich die Totalstation so dass in wenigen vollautomatisch ablaufen den Schritten der Messfleck von seiner momentanen Position rechts zu der im Bild be zeichneten Stelle am Objekt gef hrt wird Die Ebenenbestimmung l uft also automatisch ab Anschlie end werden Abgrenzungen oder Ausschnitte innerhalb dieser Ebene alle n durch den Klick auf die entsprechenden Ecken im Bild ermittelt Aus dem orientierten Bild wird die entsprechende Richtung mit der tachymetrisch bestimmten Ebene zum Schnitt gebracht Als Resultat hat man die Koordinaten der Ecke und wenn die Fl che sukzessive polygonal umfahren wird auch die entsprechende Fl chentextur Abb 4 Zur Fortf hrung der Arbeiten nutzt man alle bereits vorliegenden Kenntnisse bertragung der Parameter auf parallele und senkrechte Ebenen Nutzung von Punkten die bereits als Eckpunkte von Fl chen bestimmt sind als Umgrenzungspolygonpunkte f r angrenzende Fl chen ebenso wie entsprechend schneller Aufbau einer Dreiecksvermaschung Phototachymetrie eine Methode zur Bauwerksmodellierung 49 E Klick ins Bild zur Bestimmung von Koordinaten und zum Ausschneiden vonT
501. zeigten Beispiele verdeutlichen die Leistungsf higkeit des Pro duktes Eine der n chsten Schritte wird die Anbindung der 3D Kamera an kommerzielle Software l sungen mit weiterf hrenden Bearbeitungsm glichkeiten f r die gewonnenen 3D Daten sein Die 1m Zusammenhang mit der 3D Kamera entwickelte Sichtstrahlkalibrierung SCHULTE 2006 soll in Zukunft optional der 3D Kamera beigestellt werden sodass eine Kalibrierung beim Kunden m glich wird und spezielle Anpassungen vor Ort durchgef hrt werden k nnen 5 Danksagung Vielen Dank f r die Hilfe bei den Messungen an Michael Schulte sowie Steffen Neumann f r die gute Zusammenarbeit bei der Durchf hrung der Schwei experimente Literatur Bothe T Gesierich A Kopylow C von amp W J ptner 2004 3D Kamera ein miniatu risiertes Streifenprojektionssystem zur Formerfassung In Photogrammetrie Lasers canning Optische 3D Messtechnik Tagungsband der Oldenburger 3D Tage 2004 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 38 47 Bothe T Osten W Gesierich A amp W J ptner 2002 Compact 3D Camera Proc SPIE Vol 4778 48 59 Bothe T Li W Osten W amp W J ptner 2002 Generation and evaluation of object adapted inverse fringe patterns International Symposium on Photonics in Measure ment VDI Berichte 1694 299 304 Bothe T Li W amp W J ptner 2004 Object Adapted Pattern Projection part II appli cations OLE prep for 2004 Bothe T Li
502. zstrecke zugeordnet die Datenbank ist also in der Lage auch weitere Referenzstrecken aufzunehmen Jeder Analysefahrt sind die Sensorereignisse zugeordnet hierbei ist jeder Sensor in einer eigenen Tabelle abgelegt 3 2 Partitionierung und Tablespace Layout Eine einfache Speicherung der Daten insb der Sensordaten ohne Verwendung der Tech niken wie in Kapitel 2 in einer relationalen Datenbank f hrt zu enormen Performance problemen die mit der Anzahl der durchgef hrten und gespeicherten Analysefahrten Speicherung von zeitkontinuierlichen Sensordaten am Beispiel Fahrerleistungsdatenbank 145 w chst Dies erschwert zumindest die Auswertungen und die Administration der Daten wenn sie diese nicht sogar unm glich macht Es gilt also die Daten gem der Divide And Conquer Methode in handhabbare Daten portionen aufzuteilen Die Aufteilung der Daten in eigene Tablespaces f r Referenzstreckendaten und Analyse fahrtdaten ist offensichtlich und auch richtig Sie bringt aber f r das angestrebte Ergebnis nur bedingt eine L sung Die gro en Datenmengen die durch Analysefahrten anfallen sind nach wie vor nicht aufgeteilt Fahrerleistungsdatenbank Sensor 1 i i ere al Tablespace Tablespace Tablespace Tablespace Tablespace Referenz Index Analyse Analyse Analyse strecke fahrt 1 fahrt 2 fahrt n Daten Daten Daten Daten Daten datei datei date

Photogrammetrie Laserscanning Optische 3D

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