Nahbereichsphotogrammetrie: Grundlagen, Methoden und Anwendungen
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|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin
Wichmann
2010
|
| Edition: | 3., völlig neu bearb. und erw. Aufl. |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Literaturverz. S. [615] - 644 |
| Physical Description: | XVIII, 668 S. Ill., graph. Darst. 25 cm |
| ISBN: | 9783879074792 |
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINFUEHRUNG 1
1.1 UEBERSICHT 1
1.1.1 INHALT 1
1.1.2 LITERATUR 2
1.2 PRINZIPIELLE METHODEN 2
1.2.1 DER PHOTOGRAMMETRISCHE PROZESS 2
1.2.2 EINTEILUNGEN DER PHOTOGRAMMETRIE 4
1.2.3 ABBILDUNGSMODELL 7
1.2.4 PHOTOGRAMMETRISCHE PROZESSE 9
1.2.4.1 DIGITALES SYSTEM 9
1.2.4.2 AUFNAHME- UND AUSWERTEPROZESS 11
1.2.5 PHOTOGRAMMETRISCHE PRODUKTE 12
1.3 ANWENDUNGSBEREICHE 13
1.4 GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 16
2 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 24
2.1 KOORDINATENSYSTEME 24
2.1.1 PIXELKOORDINATENSYSTEM 24
2.1.2 BILDKOORDINATENSYSTEM 24
2.1.3 MODELLKOORDINATENSYSTEM 25
2.1.4 OBJEKTKOORDINATENSYSTEM 26
2.2 KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 27
2.2.1 EBENE TRANSFORMATIONEN 27
2.2.1.1 AEHNLICHKEITSTRANSFORMATION 27
2.2.1.2 AFFINTRANSFORMATION 29
2.2.1.3 POLYNOMTRANSFORMATION 30
2.2.1.4 BILINEARE TRANSFORMATION 31
2.2.1.5 PROJEKTIVTRANSFORMATION 32
2.2.2 RAEUMLICHE TRANSFORMATIONEN 35
2.2.2.1 RAEUMLICHE DREHUNGEN 35
2.2.2.2 RAEUMLICHE AEHNLICHKEITSTRANSFORMATION 42
2.2.3 GRAFISCHE TRANSFORMATIONEN 46
2.2.3.1 HOMOGENE KOORDINATEN 46
2.2.3.2 ALLGEMEINE TRANSFORMATIONEN 47
2.2.3.3 PROJEKTIONEN 49
2.3 GEOMETRISCHE ELEMENTE 51
2.3.1 ANALYTISCHE GEOMETRIE DER EBENE 52
2.3.1.1 GERADE 52
2.3.1.2 KREIS 56
2.3.1.3 ELLIPSE 57
2.3.1.4 KURVENDARSTELLUNG 59
2.3.2 ANALYTISCHE GEOMETRIE DES RAUMES 63
2.3.2.1 GERADE 63
2.3.2.2 EBENE 67
2.3.2.3 ROTATIONSKOERPER 69
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1006754024
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VILI
2.3.3 OBERFLAECHEN 74
2.3.3.1 DIGITALES OBERFLAECHENMODELL 75
2.3.3.2 B-SPLINE- UND BEZIER-FLAECHEN 77
2.3.4 FUNKTIONSGERECHTE ELEMENTE 77
2.4 AUSGLEICHUNGSVERFAHREN 78
2.4.1 PROBLEMSTELLUNG 78
2.4.1.1 FUNKTIONALES MODELL 79
2.4.1.2 STOCHASTISCHES MODELL 80
2.4.2 METHODE DER KLEINSTEN QUADRATE (GAUSS-MARKOV-MODELL) 82 2.4.2.1
AUSGLEICHUNG DIREKTER BEOBACHTUNGEN 82
2.4.2.2 AUSGLEICHUNG NACH VERMITTELNDEN BEOBACHTUNGEN 83
2.4.2.3 AUSGLEICHUNG MIT BEDINGUNGEN ZWISCHEN UNBEKANNTEN 85 2.4.3
QUALITAETSMASSE 87
2.4.3.1 GENAUIGKEITSMASSE 87
2.4.3.2 VERTRAUENSBEREICHE 89
2.4.3.3 KORRELATIONEN 92
2.4.3.4 ZUVERLAESSIGKEIT 92
2.4.4 ERKENNUNG VON AUSREISSERN 96
2.4.4.1 FEHLERSUCHE OHNE AUSGLEICHUNG 97
2.4.4.2 DATA SNOOPING 97
2.4.4.3 VARIANZKOMPONENTENSCHAETZUNG 97
2.4.4.4 ROBUSTE SCHAETZUNG DURCH GEWICHTSFUNKTIONEN 98
2.4.4.5 ROBUSTE SCHAETZUNG NACH DER LL-NORM 99
2.4.5 HINWEISE ZUR RECHENTECHNIK 100
2.4.5.1 LINEARISIERUNG 100
2.4.5.2 NORMALGLEICHUNGSSYSTEME 101
2.4.5.3 PROFILSPEICHERTECHNIK UND OPTIMIERUNG 102
3 AUFNAHMETECHNIK 103
3.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 103
3.1.1 WELLENOPTIK 103
3.1.1.1 ELEKTROMAGNETISCHES SPEKTRUM 103
3.1.1.2 STRAHLUNGSLEISTUNG 104
3.1.1.3 BRECHUNG UND REFLEXION 105
3.1.1.4 BEUGUNG 107
3.1.2 OPTISCHE ABBILDUNG 108
3.1.2.1 KONSTRUKTION DER OPTISCHEN ABBILDUNG 108
3.1.2.2 BUENDELBEGRENZUNG 110
3.1.2.3 SCHARFABBILDUNG 111
3.1.2.4 SCHEIMPFLUG-BEDINGUNG 114
3.1.3 ABBILDUNGSFEHLER 115
3.1.3.1 VERZEICHNUNG 115
3.1.3.2 CHROMATISCHE ABERRATION 117
3.1.3.3 SPHAERISCHE ABERRATION 118
3.1.3.4 ASTIGMATISMUS UND BILDFELDWOELBUNG 118
3.1.3.5 KOMA 119
3.1.3.6 LICHTABFALL UND VIGNETTIERUNG 120
IMAGE 3
IX
3.1.4 AUFLOESUNGSVERMOEGEN 121
3.1.4.1 AUFLOESUNGSVERMOEGEN VON OBJEKTIVEN 121
3.1.4.2 GEOMETRISCHES AUFLOESUNGSVERMOEGEN 122
3.1.4.3 KONTRAST-UND MODULATIONSUEBERTRAGUNG 124
3.1.5 GRUNDLAGEN DER ABTASTTHEORIE 126
3.1.5.1 ABTASTTHEOREM 126
3.1.5.2 DETEKTOREIGENSCHAFTEN 128
3.2 AUFNAHMEKONZEPTE 130
3.2.1 OFFLINE- UND ONLINE-SYSTEME 130
3.2.1.1 OFFLINE-PHOTOGRAMMETRIE 130
3.2.1.2 ONLINE-PHOTOGRAMMETRIE 131
3.2.2 AUFNAHMEKONFIGURATIONEN 131
3.2.2.1 EINZELBILDAUFHAHME 131
3.2.2.2 STEREOBILDAUFNAHME 132
3.2.2.3 MEHRBILDAUFNAHME 133
3.3 GEOMETRISCHE GRUNDLAGEN 134
3.3.1 ABBILDUNGSMASSSTAB UND GENAUIGKEIT 134
3.3.1.1 BILDMASSSTAB 134
3.3.1.2 GENAUIGKEITSABSCHAETZUNG 136
3.3.2 INNERE ORIENTIERUNG EINER AUFNAHMEKAMERA 138
3.3.2.1 VERKOERPERUNG DES BILDKOORDINATENSYSTEMS 139
3.3.2.2 PROJEKTIONSZENTRUM UND VERZEICHNUNG 141
3.3.2.3 PARAMETER DER INNEREN ORIENTIERUNG 143
3.3.2.4 MESS- UND TEILMESSKAMERA 145
3.3.2.5 BESTIMMUNG DER INNEREN ORIENTIERUNG (KALIBRIERUNG) 146 3.3.3
STANDARDISIERTE KORREKTURFUNKTIONEN 147
3.3.3.1 RADIAL-SYMMETRISCHE VERZEICHNUNG 148
3.3.3.2 RADIAL-ASYMMETRISCHE UND TANGENTIALE VERZEICHNUNG 153 3.3.3.3
AFFINITAET UND SCHERUNG 153
3.3.3.4 GESAMTKORREKTUR 153
3.3.4 ALTERNATIVE KORREKTURANSAETZE 154
3.3.4.1 VEREINFACHTE ANSAETZE 154
3.3.4.2 ERWEITERTE FUNKTIONEN 155
3.3.4.3 ENTFERNUNGSABHAENGIGE VERZEICHNUNGSKORREKTUR 157
3.3.4.4 BILDVARIANTE KALIBRIERUNG 158
3.3.4.5 KORREKTUR LOKALER BILDDEFORMATIONEN 159
3.3.5 ITERATIVE KORREKTUR VON ABBILDUNGSFEHLERN 162
3.4 KOMPONENTEN ZUR BILDERFASSUNG 164
3.4.1 OPTOELEKTRONISCHE BILDSENSOREN 166
3.4.1.1 CCD-SENSORPRINZIP 166
3.4.1.2 CCD-FLAECHENSENSOREN 168
3.4.1.3 CMOS-BILDSENSOREN 171
3.4.1.4 FARBSENSOREN 173
3.4.1.5 GEOMETRISCHE EIGENSCHAFTEN 175
3.4.1.6 RADIOMETRISCHE EIGENSCHAFTEN 178
IMAGE 4
X
3.4.2 KAMERATECHNIK 180
3.4.2.1 KAMERATYPEN 180
3.4.2.2 VERSCHLUSS 182
3.4.2.3 BILDSTABILISATION 182
3.4.3 OBJEKTIVE 183
3.4.3.1 LICHTSTAERKE UND BLENDENZAHL 183
3.4.3.2 OEFFNUNGSWINKEL UND FORMATWINKEL 184
3.4.3.3 UEBERWEITWINKEL- UND FISHEYE-OBJEKTIVE 185
3.4.3.4 VARIO-OBJEKTIVE 186
3.4.3.5 SHIFT-TILT-OBJEKTIVE 187
3.4.3.6 TELEZENTRISCHE OBJEKTIVE 188
3.4.3.7 STEREOSTRAHLTEILUNG 189
3.4.4 FILTER 190
3.5 AUFNAHMESYSTEME 191
3.5.1 VIDEOKAMERAS 191
3.5.1.1 VIDEONORMEN 191
3.5.1.2 KOMPONENTEN EINER CCD-VIDEOKAMERA 194
3.5.1.3 DIGITALISIERUNG ANALOGER VIDEOSIGNALE 196
3.5.2 DIGITALKAMERAS 199
3.5.3 HOCHFREQUENZKAMERAS 202
3.5.4 STEREO- UND MULTIKAMERASYSTEME 206
3.5.5 SCANNING-KAMERAS 207
3.5.5.1 MICRO-SCANNING 207
3.5.5.2 MACRO-SCANNING 208
3.5.6 PANORAMAKAMERAS 209
3.5.6.1 ZEILENSCANNER 209
3.5.6.2 PANORAMA-STITCHING 210
3.5.6.3 PANORAMEN MIT FISHEYE-OBJEKTIVEN 212
3.5.6.4 VIDEOTHEODOLIT UND -TACHYMETER 213
3.5.7 THERMOGRAPHIEKAMERAS 214
3.6 SIGNALISIERUNG UND BELEUCHTUNG 216
3.6.1 OBJEKTSIGNALISIERUNG 216
3.6.1.1 SIGNALISIERUNGSMATERIAL 216
3.6.1.2 KREISFOERMIGE ZIELMARKEN 219
3.6.1.3 KUGELFOERMIGE ZIELMARKEN 222
3.6.1.4 LINIENHAFTE ZIELMARKEN 224
3.6.1.5 MARKEN MIT CODIERTER PUNKTNUMMER 224
3.6.1.6 EXZENTRISCHE SIGNALISIERUNGSMITTEL 225
3.6.2 BELEUCHRUNGS- UND PROJEKTIONSTECHNIKEN 228
3.6.2.1 BLITZGERAETE 228
3.6.2.2 PROJEKTOREN 229
3.6.2.3 LASER 231
3.6.2.4 GERICHTETE BELEUCHTUNG 232
ANALYTISCHE AUSWERTEVERFAHREN 234
4.1 UEBERSICHT 234
4.2 AUSWERTUNG VON EINZELBILDERN 236
IMAGE 5
XI
4.2.1 AEUSSERE ORIENTIERUNG 236
4.2.1.1 STANDARDFALL 236
4.2.1.2 SPEZIALFALL DER TERRESTRISCHEN PHOTOGRAMMETRIE 238
4.2.2 KOLLINEARITAETSGLEICHUNGEN 239
4.2.3 RAEUMLICHER RUECKWAERTSSCHNITT 242
4.2.3.1 RUECKWAERTSSCHNITT BEI BEKANNTER INNERER ORIENTIERUNG 243 4.2.3.2
RUECKWAERTSSCHNITT BEI UNBEKANNTER INNERER ORIENTIERUNG 245 4.2.3.3
NAEHERUNGSWERTE FUER DEN RUECKWAERTSSCHNITT 246
4.2.3.4 RUECKWAERTSSCHNITT MIT MINIMALER OBJEKTINFORMATION 246 4.2.3.5
GUETEKRITERIEN 250
4.2.4 LINEARE ORIENTIERUNGSVERFAHREN 250
4.2.4.1 DIREKTE LINEARE TRANSFORMATION (DLT) 250
4.2.4.2 PERSPEKTIVE PROJEKTIONSMATRIX 253
4.2.5 INVERSER RAEUMLICHER RUECKWAERTSSCHNITT 254
4.2.5.1 POSITION UND ORIENTIERUNG EINES OBJEKTES RELATIV ZUR KAMERA 254
4.2.5.2 RELATIVE POSITION UND ORIENTIERUNG VON OBJEKTEN 255
4.2.6 EBENE PROJEKTIVE TRANSFORMATION 258
4.2.6.1 MATHEMATISCHES MODELL 258
4.2.6.2 EINFLUSS DER INNEREN ORIENTIERUNG 260
4.2.6.3 EINFLUSS NICHT EBENER OBJEKTPUNKTE 261
4.2.6.4 EBENE ENTZERRUNG 262
4.2.6.5 VERMESSUNG EBENER OBJEKTE 263
4.2.7 AUSWERTUNG MIT DREIDIMENSIONALEN OBJEKTMODELLEN 263
4.2.7.1 OBJEKTEBENEN 264
4.2.7.2 DIGITALE OBERFLAECHENMODELLE 264
4.2.7.3 DIFFERENZIELLE ENTZERRUNG 266
4.3 AUSWERTUNG VON STEREOBILDERN 269
4.3.1 STEREOSKOPISCHES VERFAHREN 269
4.3.1.1 STEREOSKOPISCHE ZUORDNUNG 269
4.3.1.2 VERKNUEPFUNGSPUNKTE 271
4.3.1.3 ORIENTIERUNGSVERFAHREN 272
4.3.1.4 STEREONORMALFALL 273
4.3.2 KERN- ODER EPIPOLARGEOMETRIE 273
4.3.3 RELATIVE ORIENTIERUNG 275
4.3.3.1 KOPLANARITAETSBEDINGUNG 277
4.3.3.2 BERECHNUNG 279
4.3.3.3 MODELLKOORDINATEN 280
4.3.3.4 BERECHNUNG DER EPIPOLARLINIEN 281
4.3.3.5 BERECHNUNG VON NORMALBILDERN 282
4.3.3.6 QUALITAETSKRITERIEN 283
4.3.3.7 BESONDERE FAELLE DER RELATIVEN ORIENTIERUNG 285
4.3.4 FUNDAMENTALMATRIX UND ESSENTIELLE MATRIX 287
4.3.5 ABSOLUTE ORIENTIERUNG 289
4.3.5.1 MATHEMATISCHES MODELL 289
4.3.5.2 DATUMSFESTLEGUNG 290
4.3.5.3 BERECHNUNG DER AEUSSEREN ORIENTIERUNGEN 291
4.3.5.4 BERECHNUNG DER RELATIVEN ORIENTIERUNG AUS AEUSSEREN
ORIENTIERUNGEN.. 291
IMAGE 6
XII
4.3.6 STEREOSKOPISCHE AUSWERTUNG 292
4.3.6.1 PRINZIP DER STEREOBILDMESSUNG 292
4.3.6.2 PUNKTBESTIMMUNG MIT BILDKOORDINATEN 294
4.3.6.3 PUNKTBESTIMMUNG MIT RAEUMLICHER MESSMARKE 300
4.4 MEHRBILDAUSWERTUNG UND BUENDELTRIANGULATION 301
4.4.1 ALLGEMEINES 301
4.4.1.1 ZIELSETZUNG 301
4.4.1.2 ENTWICKLUNG 303
4.4.1.3 DATENFLUSS 305
4.4.2 MATHEMATISCHES MODELL 307
4.4.2.1 AUSGLEICHUNGSANSATZ 307
4.4.2.2 NORMALGLEICHUNGEN 309
4.4.2.3 KOMBINIERTE AUSGLEICHUNG PHOTOGRAMMETRISCHER UND GEODAETISCHER
BEOBACHTUNGEN 312
4.4.2.4 AUSGLEICHUNG ZUSAETZLICHER PARAMETER 317
4.4.3 OBJEKTKOORDINATENSYSTEM (DATUMSFESTLEGUNG) 319
4.4.3.1 RANG-UND DATUMSDEFEKT 319
4.4.3.2 PASSPUNKTE 320
4.4.3.3 FREIE NETZAUSGLEICHUNG 323
4.4.4 BESCHAFFUNG VON NAEHERUNGSWERTEN 327
4.4.4.1 STRATEGIEN ZUR AUTOMATISCHEN BERECHNUNG VON NAEHERUNGSWERTEN 329
4.4.4.2 NAEHERUNGSWERTBESTIMMUNG MIT AUTOMATISCHER PUNKTMESSUNG 333
4.4.4.3 PRAKTISCHE ASPEKTE BEI DER NAEHERUNGSWERTBESCHAFFUNG 335 4.4.5
QUALITAETSMASSE UND ERGEBNISANALYSE 337
4.4.5.1 AUSGABEPROTOKOLL 337
4.4.5.2 GENAUIGKEIT DER BILDKOORDINATEN 337
4.4.5.3 GENAUIGKEIT DER OBJEKTKOORDINATEN 338
4.4.5.4 GENAUIGKEIT DER SIMULTANKALIBRIERUNG 340
4.4.6 STRATEGIEN ZUR BUENDELAUSGLEICHUNG 341
4.4.6.1 SIMULATION 341
4.4.6.2 DIVERGENZ 342
4.4.6.3 ELIMINATION GROBER DATENFEHLER 343
4.4.7 MEHRBILDAUSWERTUNG 344
4.4.7.1 ALLGEMEINER RAEUMLICHER VORWAERTSSCHNITT 344
4.4.7.2 DIREKTE BESTIMMUNG GEOMETRISCHER ELEMENTE 346
4.4.7.3 BESTIMMUNG RAEUMLICHER KURVEN (SNAKES) 354
4.5 PANORAMAPHOTOGRAMMETRIE 356
4.5.1 ABBILDUNGSMODELL FUER ZYLINDRISCHE PANORAMABILDER 356
4.5.2 ORIENTIERUNG VON PANORAMABILDERN 358
4.5.2.1 NAEHERUNGSWERTE 358
4.5.2.2 RAEUMLICHER RUECKWAERTSSCHNITT 359
4.5.2.3 BUENDELAUSGLEICHUNG 360
4.5.3 EPIPOLARGEOMETRIE 361
4.5.4 RAEUMLICHER VORWAERTSSCHNITT 362
4.5.5 ENTZERRUNG VON PANORAMABILDERN 363
4.5.5.1 ORTHOGONALE BILDENTZERRUNG 363
4.5.5.2 TANGENTIALBILDER 364
IMAGE 7
XIII
4.6 MEHRMEDIENPHOTOGRAMMETRIE 364
4.6.1 LICHTBRECHUNG AN TRENNFLAECHEN 364
4.6.1.1 TRENNFLAECHEN 364
4.6.1.2 PARALLELE EBENE TRENNFLAECHEN 365
4.6.1.3 STRAHLVERFOLGUNG DURCH LICHTBRECHENDE FLAECHEN 368
4.6.2 ERWEITERTES MODELL DER BUENDELTRIANGULATION 370
4.6.2.1 OBJEKTINVARIANTE TRENNFLAECHEN 370
4.6.2.2 BUENDELINVARIANTE TRENNFLAECHEN 371
4.7 PHASENBASIERTE MESSVERFAHREN 372
4.7.1 STATISCHE STREIFENPROJEKTION 372
4.7.2 DYNAMISCHE STREIFENPROJEKTION (PHASEN-SCHIEBE-VERFAHREN) 373 4.7.3
CODIERTES LICHTSCHNITTVERFAHREN 374
4.7.4 PHASOGRAMMETRIE 375
5 DIGITALE BILDVERARBEITUNG 377
5.1 GRUNDLAGEN 377
5.1.1 BILDVERARBEITUNGSPROZESS 377
5.1.2 PIXELKOORDINATENSYSTEM 379
5.1.3 BILDDATENVERWALTUNG 380
5.1.3.1 BILDPYRAMIDEN 380
5.1.3.2 DATENFORMATE 381
5.1.3.3 BILDKOMPRESSION 383
5.2 BILDVORVERARBEITUNG 386
5.2.1 PUNKTOPERATIONEN 386
5.2.1.1 HISTOGRAMM 386
5.2.1.2 LOOKUP-TABELLEN 387
5.2.1.3 KONTRASTVERARBEITUNG 388
5.2.1.4 SCHWELLWERTOPERATIONEN 391
5.2.1.5 VERKNUEPFUNGEN VON BILDERN 392
5.2.2 FARBVERARBEITUNG 393
5.2.2.1 FARBRAEUME 393
5.2.2.2 FARBTRANSFORMATIONEN 396
5.2.2.3 FARBKOMBINATIONEN 398
5.2.3 FILTERVERFAHREN 400
5.2.3.1 ORTS- UND FREQUENZRAUM 400
5.2.3.2 GLAETTUNGSFILTER 403
5.2.3.3 MORPHOLOGISCHE OPERATIONEN 405
5.2.3.4 WALLIS-FILTER 407
5.2.4 KANTENEXTRAKTION 408
5.2.4.1 ABLEITUNGSFILTER 1. ORDNUNG 409
5.2.4.2 ABLEITUNGSFILTER 2. ORDNUNG 411
5.2.4.3 LAPLACE-OF-GAUSSIAN-FILTER 413
5.2.4.4 SCHAERFEFILTER 414
5.2.4.5 HOUGH-TRANSFORMATION 415
5.2.4.6 ERWEITERTE KANTEN-OPERATOREN 416
5.2.4.7 SUBPIXEL-INTERPOLATION 418
5.3 GEOMETRISCHE UMBILDUNG 421
5.3.1 GRUNDLAGEN DER UMBILDUNG 422
IMAGE 8
XIV
5.3.2 GRAUWERTINTERPOLATION 423
5.3.3 3D-VISUALISIERUNG 425
5.3.3.1 UEBERSICHT 425
5.3.3.2 REFLEXION UND BELEUCHTUNG 427
5.3.3.3 TEXTURPROJEKTION 431
5.4 DIGITALE EINZELBILDAUSWERTUNG 433
5.4.1 NAEHERUNGSWERTE 434
5.4.1.1 MOEGLICHKEITEN 434
5.4.1.2 SEGMENTIERUNG PUNKTFOERMIGER MUSTER 434
5.4.2 MESSUNG PUNKTFOERMIGER MERKMALE 436
5.4.2.1 BILDSCHIRMMESSUNG 437
5.4.2.2 SCHWERPUNKTVERFAHREN 437
5.4.2.3 KORRELATIONSVERFAHREN 438
5.4.2.4 KLEINSTE-QUADRATE-ANPASSUNG 440
5.4.2.5 STRUKTURELLE MESSVERFAHREN 445
5.4.2.6 GENAUIGKEITSBETRACHTUNGEN 448
5.4.3 KONTURVERFOLGUNG 450
5.4.3.1 PROFILGESTEUERTE KONTURVERFOLGUNG 451
5A3.2 KONTURVERFOLGUNG MIT GRADIENTENANALYSE 451
5.5 BILDZUORDNUNG UND 3D-OBJEKTREKONSTRUKTION 453
5.5.1 UEBERSICHT 453
5.5.2 MERKMALBASIERTE ZUORDNUNGSVERFAHREN 455
5.5.2.1 INTEREST-OPERATOREN 455
5.5.2.2 KORRESPONDENZANALYSE 461
5.5.3 KORRESPONDENZANALYSE MIT EPIPOLARGEOMETRIE 463
5.5.3.1 ZUORDNUNG IM BILDPAAR 463
5.5.3.2 ZUORDNUNG IM BILDTRIPEL 464
5.5.3.3 ZUORDNUNG IN BELIEBIG VIELEN BILDERN 465
5.5.4 FLAECHENBASIERTE MEHRBILDZUORDNUNG 466
5.5.4.1 MEHRBILDZUORDNUNG 466
5.5.4.2 GEOMETRISCHE BEDINGUNGEN 467
5.5.5 ZUORDNUNGSVERFAHREN MIT OBJEKTMODELLEN 471
5.5.5.1 OBJEKTGESTUETZTE MEHRBILDZUORDNUNG 472
5.5.5.2 MEHRBILDZUORDNUNG MIT OBERFLAECHENRASTERN 475
6 MESSAUFGABEN UND MESSSYSTEME 478
6.1 UEBERSICHT 478
6.2 EINKAMERASYSTEME 478
6.2.1 EINKAMERASYSTEME MIT HANDTASTER 478
6.2.2 SELBSTORIENTIERENDES EINKAMERA-MESSSYSTEM 479
6.2.3 KAMERASYSTEM ZUR ROBOTERKALIBRIERUNG 480
6.3 STEREOSKOPISCHE MESSSYSTEME 481
6.3.1 ANALYTISCHE STEREOAUSWERTEGERAETE 481
6.3.1.1 PRINZIP DES ANALYTISCHEN PLOTTERS 481
6.3.1.2 ORIENTIERUNGSVORGAENGE 483
6.3.1.3 OBJEKTAUSWERTUNG 483
6.3.2 DIGITALE STEREOAUSWERTESYSTEME 484
6.3.3 STEREOKAMERASYSTEME 486
IMAGE 9
XV
6.4 MEHRBILDMESSSYSTEME 488
6.4.1 INTERAKTIVE AUSWERTESYSTEME 488
6.4.2 MOBILE INDUSTRIELLE PUNKTMESSSYSTEME 490
6.4.2 A OFFLINE-PHOTOGRAMMETRIESYSTEME 491
6.4.2.2 ONLINE-PHOTOGRAMMETRIESYSTEME 493
6.4.3 STATIONAERE INDUSTRIELLE ONLINE-MESSSYSTEME 496
6.4.3.1 SYSTEM ZUR VERMESSUNG VON BREMSLEITUNGEN 496
6.4.3.2 POSITIONIERSYSTEM FUER STAHLPLATTEN 498
6.4.3.3 MEHRBILDSYSTEM MIT RUNDTISCH 498
6.5 SYSTEME ZUR OBERFLAECHENMESSUNG 500
6.5.1 STREIFENPROJEKTIONSSYSTEME 500
6.5.1.1 EINKAMERASYSTEME MIT STREIFENPROJEKTION 500
6.5.1.2 MEHRKAMERASYSTEME MIT STREIFENPROJEKTION 501
6.5.1.3 PHASOGRAMMETRISCHE SYSTEME 503
6.5.2 SYSTEME MIT PROJEKTION VON PUNKTFOERMIGEN MUSTERN 504
6.5.2.1 MEHRKAMERASYSTEM MIT PUNKTPROJEKTION 504
6.5.2.2 MEHRKAMERASYSTEME MIT RASTERPROJEKTION 505
6.5.2.3 MEHRKAMERASYSTEM MIT GITTERPROJEKTION 505
6.5.3 SYSTEME MIT STOCHASTISCHEN MUSTERN 506
6.5.3.1 MEHRKAMERASYSTEME MIT ZUFALLSMUSTERPROJEKTION 506 6.5.3.2
OBERFLAECHENERFASSUNG MIT TEXTURFOLIEN 507
6.5.4 ERFASSUNG KOMPLEXER OBERFLAECHEN 507
6.5.4.1 ORIENTIERUNGSMESSUNG MIT OBJEKTPUNKTEN 507
6.5.4.2 ORIENTIERUNGSMESSUNG MIT NAVIGATIONSSYSTEM 508
6.5.4.3 ORIENTIERUNGSMESSUNG MIT MECHANISCHEN SYSTEMEN 509 6.5.4.4
VERKNUEPFUNG VON PUNKTWOLKEN 510
6.6 SYSTEME ZUR MESSUNG DYNAMISCHER VORGAENGE 511
6.6.1 RELATIVBEWEGUNGEN ZWISCHEN OBJEKT UND AUFNAHMESYSTEM 511 6.6.1.1
RUHENDES OBJEKT 511
6.6.1.2 BEWEGTES OBJEKT 513
6.6.2 AUFNAHME VON KINEMATISCHEN VORGAENGEN 514
6.6.3 BEWEGUNGSANALYSE 516
6.6.4 DYNAMISCHE OBERFLAECHENERFASSUNG 517
6.7 MESSSYSTEME AUF MOBILEN PLATTFORMEN 519
6.7.1 MOBILE-MAPPING-SYSTEME 519
6.7.2 LUFTBILDAUFNAHMEN IM NAHBEREICH 520
6.8 LASERMESSSYSTEME 523
6.8.1 SD-LASERSCANNER 523
6.8.2 LASERTRACKER 527
PROJEKTPLANUNG UND OPTIMIERUNG 529
7.1 PROJEKTPLANUNG 529
7.1.1 PLANUNGSKRITERIEN 529
7.1.2 GENAUIGKEITSFRAGEN 530
7.1.3 RESTRIKTIONEN DER AUFNAHMEKONFIGURATION 531
7.2 QUALITAETSKRITERIEN 534
7.2.1 STATISTISCHE KENNGROESSEN 534
7.2.1.1 INNERE GENAUIGKEIT 534
IMAGE 10
XVI
7.2.1.2 AEUSSERE GENAUIGKEIT 535
7.2.1.3 RELATIVE GENAUIGKEIT 536
7.2.2 MESSTECHNISCHE KENNGROESSEN 537
7.2.2.1 MESSUNSICHERHEIT 537
7.2.2.2 MESSABWEICHUNG 537
7.2.2.3 REFERENZWERT, RICHTIGER WERT UND WAHRER WERT 538
7.2.2.4 GENAUIGKEIT 538
7.2.2.5 PRAEZISION 538
7.2.2.6 TOLERANZ 539
7.2.2.7 AUFLOESUNG 539
7.2.3 PRUEFUNG OPTISCHER 3D-MESSSYSTEME 540
7.2.3.1 BEGRIFFSDEFINITIONEN 540
7.2.3.2 ABGRENZUNG ZU MECHANISCHEN KOORDINATENMESSGERAETEN 542 7.2.3.3
PRUEFKOERPER 543
7.2.3.4 PRUEFUNG PUNKTFOERMIG ANTASTENDER SYSTEME 545
7.2.3.5 PRUEFUNG FLAECHENHAFT ANTASTENDER SYSTEME 547
7.3 OPTIMIERUNG DER AUFNAHMEKONFIGURATION 549
7.3.1 MONTE-CARLO-SIMULATION 549
7.3.2 OPTIMIERUNG DER BUENDELAUSGLEICHUNG 551
7.4 STRATEGIEN ZUR KAMERAKALIBRIERUNG 554
7.4.1 KALIBRIERVERFAHREN 555
7.4.1.1 LABORKALIBRIERUNG 555
7.4.1.2 TESTFELDKALIBRIERUNG 555
7.4.1.3 PLUMBLINE-KALIBRIERUNG 558
IAA A SIMULTANKALIBRIERUNG 558
7.4.1.5 SYSTEMKALIBRIERUNG 559
7.4.2 AUFNAHMEKONFIGURATIONEN 560
7.4.2.1 KALIBRIERUNG MIT EBENEM PUNKTFELD 560
7.4.2.2 KALIBRIERUNG MIT RAEUMLICHEM PUNKTFELD 561
7.4.2.3 KALIBRIERUNG MIT BEWEGTEM MASSSTAB 562
7.4.3 PROBLEME BEI DER SIMULTANKALIBRIERUNG 562
8 ANWENDUNGSBEISPIELE 566
8. 1 ARCHITEKTUR, ARCHAEOLOGIE UND DENKMALPFLEGE 566
8.1.1 PHOTOGRAMMETRISCHE BAUAUFNAHME 566
8.1.1.1 DOM VON SIENA 567
8.1.1.2 PULVERTURM OLDENBURG 569
8.1.1.3 HADERBURG 570
8.1.2 3D-STADT- UND LANDSCHAFTSMODELLE 571
8.1.2.1 VISUALISIERUNG VON GEBAEUDEN 571
8.1.2.2 STADTMODELLE 572
8.1.2.3 3D-DOKUMENTATION VON POMPEJI 573
8.1.3 FREIFORMFLAECHEN 575
8.1.3.1 STATUEN UND SKULPTUREN 575
8.1.3.2 GROSSE FREIFORMFLAECHEN 577
8.1.3.3 VERMESSUNG DER BREMER HANSE-KOGGE 578
IMAGE 11
XVII
8.1.4 BILDMOSAIKE 579
8.1.4.1 BILDMOSAIKE ZUR KARTIERUNG VON DINOSAURIERSPUREN 579 8.1.4.2
ZENTRALPERSPEKTIVE BILDMOSAIKE 580
8.2 INGENIEURVERMESSUNG UND BAUWESEN 582
8.2.1 3D-ERFASSUNG KOMPLEXER OBJEKTE 582
8.2.1.1 AS-BUILT-DOKUMENTATION 582
8.2.1.2 TREPPENVERMESSUNG 583
8.2.2 DEFORMATIONSMESSUNGEN 584
8.2.2.1 FORMERFASSUNG GROSSER STAHLKONVERTER 584
8.2.2.2 DEFORMATIONSMESSUNGEN AN BETONWANNEN 585
8.2.3 MATERIALPRUEFUNG 587
8.2.3.1 OBERFLAECHENMESSUNG AN MAUERFUGEN 587
8.2.3.2 BAUPHYSIKALISCHE BELASTUNGSVERSUCHE 588
8.2.4 DACH- UND FASSADENVERMESSUNG 589
8.3 INDUSTRIELLE MESSTECHNIK 590
8.3.1 KRAFTWERKS- UND ANLAGENBAU 590
8.3.1.1 WINDKRAFTANLAGEN 590
8.3.1.2 TEILCHENBESCHLEUNIGER 592
8.3.2 LUFT- UND RAUMFAHRTINDUSTRIE 593
8.3.2.1 VORRICHTUNGSBAU 593
8.3.2.2 FERTIGUNGSKONTROLLE 594
8.3.2.3 ANTENNENVERMESSUNG 595
8.3.3 AUTOMOBIL- UND FAHRZEUGBAU 597
8.3.3.1 RAPID PROTOTYPING UND REVERSE ENGINEERING 598
8.3.3.2 FAHRZEUGSICHERHEITSVERSUCH 599
8.3.3.3 FAHRZEUGDEFORMATIONEN 601
8.3.4 SCHIFFBAU 602
8.4 MEDIZIN 603
8.4.1 FLAECHENHAFTE OBJEKTERFASSUNG 604
8.4.2 NAVIGATIONSSYSTEME 605
8.5 SONSTIGE ANWENDUNGSBEREICHE 607
8.5.1 FORENSISCHE ANWENDUNGEN 607
8.5.1.1 UNFALLVERMESSUNG 607
8.5.1.2 TATREKONSTRUKTION 609
8.5.2 NATURWISSENSCHAFTLICHE ANWENDUNGEN 609
8.5.2.1 3D-REKONSTRUKTION VON SPINNENNETZEN 610
8.5.2.2 BEOBACHTUNG VON GLETSCHERBEWEGUNGEN 611
8.5.2.3 ERDWISSENSCHAFTEN 613
9 LITERATURVERZEICHNIS 615
9.1 LEHRBUECHER UND MONOGRAPHIEN 615
9.1.1 PHOTOGRAMMETRIE 615
9.1.2 OPTIK, KAMERA-UND AUFNAHMETECHNIK 616
9.1.3 DIGITALE BILDVERARBEITUNG, COMPUTER VISION UND MUSTERERKENNUNG 616
9.1.4 MATHEMATIK UND 3D-COMPUTERGRAFIK 617
9.1.5 AUSGLEICHUNGSRECHNUNG UND STATISTIK 618
9.1.6 INDUSTRIEMESSTECHNIK, OPTISCHE 3D-MESSTECHNIK,
QUALITAETSSICHERUNG... 618 9.2 EINFUEHRUNG UND GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG
619
IMAGE 12
XVIII
9.3 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 621
9.3.1 TRANSFORMATIONEN UND GEOMETRIE 621
9.3.2 AUSGLEICHUNGSRECHNUNG 622
9.4 AUFNAHMETECHNIK 622
9.4.1 OPTIK UND ABTASTUNG 622
9.4.2 MODELLIERUNG UND KALIBRIERUNG 623
9.4.3 SENSOREN UND KAMERAS 625
9.4.4 SIGNALISIERUNG UND BELEUCHTUNG 627
9.5 ANALYTISCHE AUSWERTEVERFAHREN 627
9.5.1 ANALYTISCHE PHOTOGRAMMETRIE 627
9.5.2 BUENDELAUSGLEICHUNG 629
9.5.3 MEHRMEDIENPHOTOGRAMMETRIE 630
9.5.4 PANORAMAPHOTOGRAMMETRIE 631
9.5.5 PHASENBASIERTE MESSVERFAHREN 631
9.6 DIGITALE BILDVERARBEITUNG 632
9.6.1 GRUNDLAGEN UND BILDVERARBEITUNG 632
9.6.2 MUSTERERKENNUNG UND BILDZUORDNUNG 632
9.7 MESSAUFGABEN UND MESSSYSTEME 634
9.7.1 UEBERSICHTEN 634
9.7.2 MESSUNG VON PUNKTEN UND KONTUREN 635
9.7.3 MESSUNG VON OBERFLAECHEN 635
9.7.4 DYNAMISCHE UND MOBILE SYSTEME 637
9.7.5 LASER 637
9.8 PROJEKTPLANUNG UND OPTIMIERUNG 638
9.8.1 PROJEKTPLANUNG UND SIMULATION 638
9.8.2 QUALITAETSKRITERIEN 639
9.8.3 KAMERAKALIBRIERUNG 639
9.9 ANWENDUNGSBEISPIELE 640
9.9.1 ARCHITEKTUR, ARCHAEOLOGIE, STADTMODELLE 640
9.9.2 INGENIEUR- UND INDUSTRIEANWENDUNGEN 641
9.9.3 MEDIZIN, FORENSIK, NATURWISSENSCHAFTEN 643
9.10 SONSTIGE INFORMATIONSQUELLEN 644
9.10.1 NORMEN UND RICHTLINIEN 644
9.10.2 ARBEITSGRUPPEN UND KONFERENZEN 645
ABKUERZUNGEN 646
BILDNACHWEIS 649
STICHWORTVERZEICHNIS 653
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