Datenaufnahme
Photogrammmetrie
Bei der Photogrammmetrie handelt es sich um ein Bildmessungsverfahren (Lange 2020). Hiermit lassen sich einzelne
Bilder bzw. ganze Bildverbände hinsichtlich ihrer Geometrie analysieren und auswerten (Lange 2020). So können
folgende Eigenschaften von Objekten im Raum bestimmt werden: Lage, Größe und geometrische Gestalt (Lange 2020).
Zum Beispiel lassen sich so Waldbestände exakt vermessen, da sie durch die Photogrammmetrie verzerrungsfrei
dargestellt werden können.
Die Photogrammmetrie lässt sich in verschiedene Unterbereiche eingliedern, in: analog, digital, terrestrisch
oder aero (Kochendörfer et al. 2018). Terrestrisch bedeutet, dass dieses Verfahren vom Boden aus durchgeführt
wird. Im Gegensatz dazu steht das luftgebundene Aero-Verfahren, hier erfolgt die Datenaufnahme luftgestützt,
durch beispielsweise eine Drohne(Borrmann et al. 2021). Die analoge und digitale Photogrammmetrie unterscheidet
sich in der Speicherung der Bilder. Werden diese auf einem Kamerafilm aufgenommen, so handelt es sich um die
Analoge und werden die Bilder auf einem digitalen Speichermedium gespeichert, um die Digitale (Baldenhofer).
Ein weiteres Merkmal anhand dessen sich die Photogrammmetrie einteilen lässt, ist die Bildeingabe. So gibt es
die Einbild-, Mehrbild- und Stereophotogrammmetrie. Diese Verfahren unterscheiden sich in der Aufnahmemethode
voneinander (Borrmann et al. 2021). Die Stereophotogrammmetrie macht Bilder mit zwei Kameras gleichzeitig, was
mit dem menschlichen Blick vergleichbar ist (Borrmann et al. 2021). Das Einbildverfahren hingegen nutz ein
einzelnes Bild für eine photogrammetrischen Visualisierung (Borrmann et al. 2021). Im Unterschied dazu werden
bei der Mehrbildphotogrammmetrie, viele Einzelbilder aufgenommen, aus denen anschlie- ßend die 3D-Visualisierung
erzeugt wird.
Zusammenfassend lässt sich die Photogrammmetrie folgendermaßen definieren:
"Gesamtheit der Verfahren und Geräte zur Gewinnung, Verarbeitung und Speicherung von primär geometrischen
Informationen (Form, Größe, Lage u. a.) über Objekte und Prozesse aus Bildern (Messbilder)" (Kochendörfer et al.
2018, S. 269).
Die Messtechnik lässt sich in die Phasen Bildaufnahme, -speicherung und -auswertung einteilen (Kochendörfer et
al. 2018), welche im Folgenden erklärt werden.
Für die in dieser Arbeit entwickelten 3D-Visualisierungen wurde das Verfahren der Mehrbildphotogrammmetrie
verwendet. Dieses Verfahren wird daher im folgend weiter erläutert.
Bildaufnahme:
Die Bildaufnahme bzw. Datenerfassung und die darauffolgende Datenauswertung lässt sich im Allgemeinem zeitlich
und räumlich vom Erfassungsort gestalten.
Um aus mehreren Einzelbildern im photogrammetrischen Mehrbildverfahren eine dreidimensionale Abbildung zu
erhalten, müssen die genutzten Einzelbilder gewisse Anforderungen aufweisen. So müssen sich die Bilder dermaßen
Überlappen, dass diese einen Bildverband ergeben. Bei diesem müssen die einzelnen, benachbarten Bilder einen
Überlappungsgrad von 30-90 % zueinander aufweisen (Borrmann et al. 2021). Dies bedeutet, dass sich der gleiche
Bildausschnitt auf mehreren einzelnen Bildern befindet. Zusätzlich ist es wichtig, dass das Objekt von
verschiedenen Standorten aus aufgenommen wird; um die Geometrie von verschiedenen Blickwinkeln einzufangen
(Borrmann et al. 2021).
Durch die Auswertung von Einzelbildern kann die Informationsdichte der Photogrammmetrie sehr hoch sein (Donath
2009). Der limitierende Faktor ist hier die Auflösung und der kleinstmögliche Bereich den ein Bild darstellen
kann. Werden die Einzelbilder beispielsweise mit einer Makrolinse aufgenommen, so können viel kleinere Details
scharf dargestellt werden als mit einer „normalen“ Linse. Diese führt zu einer höheren Auflösung in der
Berechnung der 3DVisualisierung. Im Umkehrschluss müssen dabei aber auch mehr Einzelbilder aufgenommen werden,
wodurch eine höhere Speicherauslastung vorliegt.
Bildspeicherung
Wie oben bereit aufgeführt, kann die Photogrammmetrie in analog und digital unterschieden werden.
Bildauswertung
Die Bildauswertung lässt sich in unterschiedliche Schritte einteilen. So rekonstruiert die Software zunächst die
Kamerapositionen der einzelnen Bilder, dieser Schritt wird Bildorientierung genannt. Anschließend erfolgt die
Bildinterpretation. In dieser werden die Bilder vermessen und Zusammengefügt (Borrmann et al. 2021).
Bei der Bildorientierung basiert die Ermittlung der jeweiligen Position der Kamera zum Zeitpunkt der Aufnahme
auf der Mathematik. Zusätzlich zu der Position wird auch die Drehung der Linse berechnet. Über die sogenannte
Bündelausgleichung werden gleichzeitig auch
Kameradaten wie Kamerakonstante, Hauptkoordinaten und Verzeichnungsparameter mitberechnet. (Borrmann et al.
2021)
Nachdem die Software die Bildorientierung abgeschlossen hat, beginnt die visuelle Bildinterpretation (Lange
2020). Das dabei zugrundlegende Prinzip lautet: Prinzip des Vorwärtsschnittes (Borrmann et al. 2021). Dazu wird
über jedes Einzelbild ein Punkteraster gelegt. Jedem Punkt werden anschließend folgende Parameter zugeordnet:
Farbe, Helligkeit, Textur, Muster, Form, Größe, Lage oder Schatten (Lange 2020). Im nächsten Schritt wird nach
Objektpunkten in unterschiedlichen Einzelbildern gesucht, welche die gleichen Parameter aufweisen.
Konnten in unterschiedlichen Einzelbildern mehrere Punkte mit gleichen Werten festgestellt werden, so weiß die
Software das es sich hier um benachbarte, bzw. überlagernde Bilder handelt. Diese Bilder werden in der Folge
überlappt und aneinandergereiht. Diese Zuordnung wird als monoskopische Messmethode beschrieben (Borrmann et al.
2021). Dieser Prozess wird solange durchgeführt, bis aus den Einzelbildern ein räumliches Objekt entsteht
(Borrmann et al. 2021). Das räumliche Objekt entsteht durch die Errechnung der 3D-Koordinate eines jeden
Objektpunktes zueinander (Borrmann et al. 2021).
Mit dem Verfahren der Photogrammmetrie lassen sich somit dreidimensionale Objekte aus zweidimensionalen Bildern
entwickeln und darstellen. Dies bringt einen Zugewinn für die räumliche Darstellung (Taubenböck et al. 2015).