Thomas Luhmann

Nahbereichsphotogrammetrie

Grundlagen - Methoden - Beispiele

Wichmann Verlag, 5. Auflage, 2023

Inhaltsverzeichnis

1  Einführung 

1.1  Übersicht 

1.1.1  Inhalt 

1.1.2  Literatur 

1.2  Prinzipielle Methoden 

1.2.1  Der photogrammetrische Prozess 

1.2.2  Einteilungen der Photogrammetrie 

1.2.3  Abbildungsmodell 

1.2.4  Photogrammetrische Systeme und Prozesse 

1.2.4.1  Digitales System 

1.2.4.2  Aufnahme- und Auswerteprozess 

1.2.5  Photogrammetrische Produkte 

1.3  Anwendungsbereiche 

1.4  Geschichtliche Entwicklung 

2  Mathematische Grundlagen 

2.1  Koordinatensysteme 

2.1.1  Pixel- und Sensorkoordinatensystem 

2.1.2  Bildkoordinatensystem 

2.1.3  Modellkoordinatensystem 

2.1.4  Objektkoordinatensystem 

2.2  Koordinatentransformationen 

2.2.1  Ebene Transformationen 

2.2.1.1  Homogene Koordinaten 

2.2.1.2  Ähnlichkeitstransformation 

2.2.1.3  Affintransformation 

2.2.1.4  Polynomtransformation 

2.2.1.5  Bilineare Transformation 

2.2.1.6  Projektivtransformation 

2.2.2  Drehungen im 3D-Raum 

2.2.2.1  Drehmatrix mit trigonometrischen Funktionen 

2.2.2.2  Drehmatrix mit Quaternionen 

2.2.2.3  Drehmatrix nach Rodrigues 

2.2.2.4  Drehmatrix mit Richtungskosinus 

2.2.2.5  Normalisierung von Rotationsmatrizen 

2.2.2.6  Koeffizientenvergleich 

2.2.3  Räumliche Transformationen 

2.2.3.1  Allgemeine Transformationen 

2.2.3.2  Zentralprojektion 

2.2.3.3  Räumliche Affintransformation  

2.2.4  Räumliche Ähnlichkeitstransformation 

2.2.4.1  Mathematisches Modell 

2.2.4.2  Näherungswerte 

2.2.4.3  Berechnung mit Eigenwerten und Quaternionen 

2.2.5  Weitere Koordinatentransformationen 

2.2.5.1  Räumliche Polarkoordinaten 

2.2.5.2  Zylinderkoordinaten 

2.3  Geometrische Elemente 

2.3.1  Analytische Geometrie der Ebene 

2.3.1.1  Gerade 

2.3.1.2  Kreis 

2.3.1.3  Ellipse 

2.3.1.4  Kurvendarstellung 

2.3.2  Analytische Geometrie des Raumes 

2.3.2.1  Gerade 

2.3.2.2  Ebene 

2.3.2.3  Rotationskörper 

2.3.3  Oberflächen 

2.3.3.1  Digitales Oberflächenmodell 

2.3.3.2  Digitales Volumenmodell (Voxel) 

2.3.3.3  Distanzbilder 

2.3.3.4  B-Spline- und Bézier-Flächen 

2.4  Ausgleichungsverfahren 

2.4.1  Problemstellung 

2.4.1.1  Funktionales Modell 

2.4.1.2  Stochastisches Modell 

2.4.2  Methode der kleinsten Quadrate (Gauß-Markov-Modell) 

2.4.2.1  Ausgleichung direkter Beobachtungen 

2.4.2.2  Ausgleichung nach vermittelnden Beobachtungen 

2.4.2.3  Levenberg-Marquardt-Algorithmus 

2.4.2.4  Ausgleichung mit Bedingungen zwischen Unbekannten 

2.4.3  Qualitätsmaße 

2.4.3.1  Genauigkeitsmaße 

2.4.3.2  Vertrauensbereiche 

2.4.3.3  Korrelationen 

2.4.3.4  Zuverlässigkeit 

2.4.3.5  Präzision berechneter Koordinaten 

2.4.4  Erkennung von Ausreißern 

2.4.4.1  Fehlersuche ohne Ausgleichung 

2.4.4.2  Data Snooping 

2.4.4.3  Varianzkomponentenschätzung 

2.4.4.4  Robuste Schätzung durch Gewichtsfunktionen 

2.4.4.5  Robuste Schätzung nach der L1-Norm 

2.4.4.6  RANSAC 

2.4.5  Hinweise zur Rechentechnik 

2.4.5.1  Linearisierung 

2.4.5.2  Normalgleichungssysteme 

2.4.5.3  Profilspeichertechnik und Optimierung 

3  Aufnahmetechnik 

3.1  Physikalische Grundlagen 

3.1.1  Wellenoptik 

3.1.1.1  Elektromagnetisches Spektrum 

3.1.1.2  Strahlungsleistung 

3.1.1.3  Brechung und Reflexion 

3.1.1.4  Beugung 

3.1.1.5  Polarisation 

3.1.2  Optische Abbildung 

3.1.2.1  Konstruktion der optischen Abbildung 

3.1.2.2  Bündelbegrenzung 

3.1.2.3  Scharfabbildung 

3.1.2.4  Scheimpflug-Bedingung 

3.1.3  Abbildungsfehler 

3.1.3.1  Verzeichnung 

3.1.3.2  Chromatische Aberration 

3.1.3.3  Sphärische Aberration 

3.1.3.4  Astigmatismus und Bildfeldwölbung 

3.1.3.5  Lichtabfall und Vignettierung 

3.1.4  Asphärische Linsen 

3.1.5  Auflösungsvermögen 

3.1.5.1  Auflösungsvermögen von Objektiven 

3.1.5.2  Geometrisches Auflösungsvermögen 

3.1.5.3  Kontrast- und Modulationsübertragung 

3.1.6  Grundlagen der Abtasttheorie 

3.1.6.1  Abtasttheorem 

3.1.6.2  Detektoreigenschaften 

3.2  Aufnahmekonzepte 

3.2.1  Offline- und Online-Systeme 

3.2.1.1  Offline-Photogrammetrie 

3.2.1.2  Online-Photogrammetrie 

3.2.2  Aufnahmekonfigurationen 

3.2.2.1  Einzelbildaufnahme 

3.2.2.2  Stereobildaufnahme 

3.2.2.3  Mehrbildaufnahme 

3.3  Geometrische Grundlagen 

3.3.1  Abbildungsmaßstab und Genauigkeit 

3.3.1.1  Bildmaßstab 

3.3.1.2  Genauigkeitsabschätzung 

3.3.2  Innere Orientierung einer Aufnahmekamera 

3.3.2.1  Verkörperung des Bildkoordinatensystems 

3.3.2.2  Projektionszentrum und Verzeichnung 

3.3.2.3  Parameter der inneren Orientierung 

3.3.2.4  Mess- und Teilmesskamera 

3.3.2.5  Bestimmung der inneren Orientierung (Kalibrierung) 

3.3.3  Standardisierte Korrekturfunktionen 

3.3.3.1  Radial-symmetrische Verzeichnung 

3.3.3.2  Radial-asymmetrische und tangentiale Verzeichnung 

3.3.3.3  Affinität und Scherung 

3.3.3.4  Gesamtkorrektur 

3.3.4  Alternative Korrekturansätze 

3.3.4.1  Vereinfachte Ansätze 

3.3.4.2  Erweiterte Funktionen 

3.3.4.3  Entfernungsabhängige Verzeichnungskorrektur 

3.3.4.4  Bildvariante Kalibrierung 

3.3.4.5  Korrektur lokaler Bilddeformationen 

3.3.4.6  Chromatische Aberration 

3.3.5  Iterative Korrektur von Abbildungsfehlern 

3.3.6  Umrechnungen der inneren Orientierung 

3.3.7  Fisheye-Projektionen 

3.4  Komponenten zur Bilderfassung 

3.4.1  Optoelektronische Bildsensoren 

3.4.1.1  CCD-Sensorprinzip 

3.4.1.2  CCD-Flächensensoren 

3.4.1.3  CMOS-Bildsensoren 

3.4.1.4  Sensorformate 

3.4.1.5  Mikrolinsen 

3.4.1.6  Farbsensoren 

3.4.1.7  Gesamtaufbau 

3.4.1.8  Geometrische Eigenschaften 

3.4.1.9  Radiometrische Eigenschaften 

3.4.2  Kameratechnik 

3.4.2.1  Kameratypen 

3.4.2.2  Verschluss 

3.4.2.3  Bildstabilisation 

3.4.2.4  Auflagemaß 

3.4.3  Objektive 

3.4.3.1  Lichtstärke und Blendenzahl 

3.4.3.2  Öffnungswinkel und Formatwinkel 

3.4.3.3  Bildkreis und Sensorformat 

3.4.3.4  Überweitwinkel- und Fisheye-Objektive 

3.4.3.5  Vario-Objektive 

3.4.3.6  Shift-Tilt-Objektive 

3.4.3.7  Telezentrische Objektive 

3.4.3.8  Reflektive Optiken 

3.4.3.9  Stereostrahlteilung 

3.4.4  Filter 

3.5  Aufnahmesysteme 

3.5.1  Industriekameras 

3.5.2  Digitalkameras 

3.5.3  Highspeedkameras 

3.5.4  Stereo- und Multikamerasysteme 

3.5.5  Scanning-Kameras 

3.5.5.1  Micro-Scanning 

3.5.5.2  Macro-Scanning 

3.5.6  Panoramakameras 

3.5.6.1  Zeilenscanner 

3.5.6.2  Panorama-Stitching 

3.5.6.3  Panoramen mit Fisheye-Objektiven 

3.5.7  Endoskope 

3.5.8  Thermographiekameras 

3.5.9  Multi- und Hyperspektralkameras 

3.5.9.1  Multispektralkameras 

3.5.9.2  Hyperspektralkameras 

3.6  Reflexion und Beleuchtung 

3.6.1  Reflexionsmodelle 

3.6.1.1  Reflexionsarten 

3.6.1.2  Retroreflexion  

3.6.2  Photogrammetrische Signalisierung 

3.6.1.1  Retro-reflektierende Zielmarken 

3.6.1.2  Sonstige Materialien  

3.6.3  Beleuchtungs- und Projektionstechniken 

3.6.3.1  Blitzgeräte 

3.6.3.2  Projektoren 

3.6.3.3  Laser 

3.6.3.4  Gerichtete Beleuchtung

3.6.3.5  Reflectance Transformation Imaging 

4  Analytische Auswerteverfahren 

4.1  Übersicht 

4.2  Auswertung von Einzelbildern 

4.2.1  Äußere Orientierung 

4.2.1.1  Standardfall 

4.2.1.2  Spezialfall der terrestrischen Photogrammetrie 

4.2.2  Kollinearitätsgleichungen 

4.2.3  Räumlicher Rückwärtsschnitt 

4.2.3.1  Rückwärtsschnitt bei bekannter innerer Orientierung 

4.2.3.2  Rückwärtsschnitt bei unbekannter innerer Orientierung 

4.2.3.3  Näherungswerte für den Rückwärtsschnitt 

4.2.3.4  Rückwärtsschnitt mit minimaler Objektinformation 

4.2.3.5  Gütekriterien 

4.2.4  Lineare Orientierungsverfahren 

4.2.4.1  Direkte Lineare Transformation (DLT) 

4.2.4.2  Perspektive Projektionsmatrix 

4.2.5  Inverser räumlicher Rückwärtsschnitt 

4.2.5.1  Position und Orientierung eines Objektes relativ zur Kamera 

4.2.5.2  Relative Position und Orientierung von Objekten 

4.2.6  Ebene projektive Transformation 

4.2.6.1  Mathematisches Modell 

4.2.6.2  Einfluss der inneren Orientierung 

4.2.6.3  Einfluss nicht ebener Objektpunkte 

4.2.6.4  Vermessung ebener Objekte 

4.2.7  Monoplotting 

4.2.7.1  Regelkörper 

4.2.7.2  Digitale Oberflächenmodelle 

4.2.8  Entzerrung 

4.2.8.1  Ebene Entzerrung 

4.2.8.2  Differenzielle Entzerrung (Orthophoto) 

4.2.8.3  Bildmosaike 

4.3  Auswertung von Stereobildern 

4.3.1  Stereoskopisches Verfahren 

4.3.1.1  Stereoskopische Zuordnung 

4.3.1.2  Verknüpfungspunkte 

4.3.1.3  Orientierungsverfahren 

4.3.1.4  Stereonormalfall 

4.3.2  Epipolargeometrie 

4.3.3  Relative Orientierung 

4.3.3.1  Koplanaritätsbedingung 

4.3.3.2  Berechnung 

4.3.3.3  Modellkoordinaten 

4.3.3.4  Berechnung der Epipolarlinien 

4.3.3.5  Berechnung von Normalbildern 

4.3.3.6  Qualitätskriterien 

4.3.3.7  Besondere Fälle der relativen Orientierung 

4.3.4  Fundamentalmatrix und Essentielle Matrix 

4.3.5  Absolute Orientierung 

4.3.5.1  Mathematisches Modell 

4.3.5.2  Datumsfestlegung 

4.3.5.3  Berechnung der äußeren Orientierungen 

4.3.5.4  Berechnung der relativen Orientierung aus äußeren Orientierungen 

4.3.6  Stereoskopische Auswertung 

4.3.6.1  Prinzip der Stereobildmessung 

4.3.6.2  Punktbestimmung mit Bildkoordinaten 

4.3.6.3  Punktbestimmung mit räumlicher Messmarke 

4.4  Mehrbildauswertung und Bündeltriangulation 

4.4.1  Allgemeines 

4.4.1.1  Zielsetzung 

4.4.1.2  Entwicklung 

4.4.1.3  Datenfluss 

4.4.2  Mathematisches Modell 

4.4.2.1  Ausgleichungsansatz 

4.4.2.2  Normalgleichungen 

4.4.2.3  Kombinierte Ausgleichung photogrammetrischer und geodätischer Beobachtungen 

4.4.2.4  Ausgleichung zusätzlicher Parameter (Kalibrierung) 

4.4.3  Objektkoordinatensystem (Datumsfestlegung) 

4.4.3.1  Rang- und Datumsdefekt 

4.4.3.2  Passpunkte 

4.4.3.3  Direkte Georefenzierung 

4.4.3.4  Freie Netzausgleichung 

4.4.4  Beschaffung von Näherungswerten 

4.4.4.1  Strategien zur automatischen Berechnung von Näherungswerten 

4.4.4.2  Näherungswertbestimmung mit automatischer Punktmessung 

4.4.4.3  Praktische Aspekte bei der Näherungswertbeschaffung 

4.4.5  Qualitätsmaße und Ergebnisanalyse 

4.4.5.1  Ausgabeprotokoll 

4.4.5.2  Sigma 0 und Rückprojektionsfehler 

4.4.5.3  Genauigkeit der Bildkoordinaten 

4.4.5.4  Genauigkeit der Objektkoordinaten 

4.4.5.5  Genauigkeit der Simultankalibrierung 

4.4.6  Strategien zur Bündelausgleichung 

4.4.6.1  Simulation 

4.4.6.2  Divergenz 

4.4.6.3  Elimination grober Datenfehler 

4.4.7  Mehrbildauswertung 

4.4.7.1  Allgemeiner räumlicher Vorwärtsschnitt 

4.4.7.2  Direkte Bestimmung geometrischer Elemente  

4.5  Panoramaphotogrammetrie 

4.5.1  Abbildungsmodell für zylindrische Panoramabilder 

4.5.2  Orientierung von Panoramabildern 

4.5.2.1  Näherungswerte 

4.5.2.2  Räumlicher Rückwärtsschnitt 

4.5.2.3  Bündelausgleichung 

4.5.3  Epipolargeometrie 

4.5.4  Räumlicher Vorwärtsschnitt 

4.5.5  Entzerrung von Panoramabildern 

4.5.5.1  Orthogonale Bildentzerrung 

4.5.5.2  Tangentialbilder 

4.6  Mehrmedienphotogrammetrie 

4.6.1  Lichtbrechung an Trennflächen 

4.6.1.1  Trennflächen 

4.6.1.2  Parallele ebene Trennflächen 

4.6.1.3  Sphärische Trennflächen 

4.6.1.4  Strahlverfolgung durch beliebige lichtbrechende Flächen 

4.6.2  Erweitertes Modell der Bündeltriangulation 

4.6.2.1  Objektinvariante Trennflächen 

4.6.2.2  Bündelinvariante Trennflächen 

4.6.3  Spezielle Aspekte der Unterwasserphotogrammetrie 

5  Digitale Bildanalyse 

5.1  Grundlagen 

5.1.1  Bildanalyseprozess 

5.1.2  Pixelkoordinatensystem 

5.1.3  Bilddatenverwaltung 

5.1.3.1  Bildpyramiden 

5.1.3.2  Datenformate 

5.1.3.3  Bildkompression 

5.1.3.4  Videoformate 

5.1.3.5  Integralbilder 

5.2  Bildvorverarbeitung 

5.2.1  Punktoperationen 

5.2.1.1  Histogramm 

5.2.1.2  Lookup-Tabellen 

5.2.1.3  Kontrastverarbeitung 

5.2.1.4  Schwellwertoperationen 

5.2.1.5  Verknüpfungen von Bildern 

5.2.2  Farbverarbeitung 

5.2.2.1  Farbräume 

5.2.2.2  Farbtransformationen 

5.2.2.3  Farbkalibrierung 

5.2.2.4  Farbkombinationen 

5.2.3  Filterverfahren 

5.2.3.1  Orts- und Frequenzraum 

5.2.3.2  Glättungsfilter 

5.2.3.3  Morphologische Operationen 

5.2.3.4  Wallis-Filter 

5.2.4  Kantenextraktion 

5.2.4.1  Ableitungsfilter 1. Ordnung 

5.2.4.2  Ableitungsfilter 2. Ordnung 

5.2.4.3  Laplace-of-Gaussian-Filter 

5.2.4.4  Schärfefilter 

5.2.4.5  Hough-Transformation 

5.2.4.6  Erweiterte Kanten-Operatoren 

5.2.4.7  Subpixel-Interpolation 

5.3  Geometrische Umbildung 

5.3.1  Grundlagen der Umbildung 

5.3.2  Grauwertinterpolation 

5.3.3  Texturierte Darstellungen 

5.3.3.1  Texturprojektion 

5.3.3.2  Synthetische Bilder 

5.4  Digitale Einzelbildauswertung 

5.4.1  Näherungswerte für Zielmarken 

5.4.1.1  Möglichkeiten 

5.4.1.2  Segmentierung punktförmiger Muster 

5.4.2  Messung punktförmiger Merkmale 

5.4.2.1  Bildschirmmessung 

5.4.2.2  Schwerpunktverfahren 

5.4.2.3  Korrelationsverfahren 

5.4.2.4  Kleinste-Quadrate-Anpassung 

5.4.2.5  Strukturelle Messverfahren 

5.4.2.6  Genauigkeitsbetrachtungen 

5.4.3  Merkmalsextraktion 

5.4.3.1  Interest-Operatoren 

5.4.3.2  Förstner-Operator 

5.4.3.3  SUSAN-Operator 

5.4.3.4  FAST-Operator 

5.4.3.5  SIFT-Operator 

5.4.3.6  Affine invariant SIFT (ASIFT) 

5.4.3.7  SURF-Operator 

5.4.3.8  ORB-Operator 

5.5  Bildzuordnung und 3D-Objektrekonstruktion 

5.5.1  Übersicht 

5.5.2  Strategien zur Zuordnung nicht orientierter Bilder 

5.5.2.1  Codierte Messmarken 

5.5.2.2  Structure-from-Motion 

5.5.2.3  Maskierung 

5.5.3  Ähnlichkeitsmaße 

5.5.3.1  Summen von Differenzen 

5.5.3.2  Census und Hamming-Distanz 

5.5.3.3  Hashing 

5.5.3.4  Normierte Kreuzkorrelation 

5.5.3.5  Least-squares matching 

5.5.3.6  Euklidische Distanz von Merkmalsvektoren 

5.5.4  Zuordnungsverfahren im Stereobildpaar 

5.5.4.1  Zuordnung mit Epipolarbedingungen 

5.5.4.2  Semi-globales Matching 

5.5.5  Mehrbildzuordnung 

5.5.5.1  Multi-view Stereo 

5.5.5.2  Zuordnung im orientierten Bildtripel 

5.5.5.3  Zuordnung in beliebig vielen Bildern 

5.5.5.4  Mehrbildzuordnung nach kleinsten Quadraten 

5.5.6  Objektraumbasierte Zuordnungsverfahren 

5.5.6.1  Objektgestützte Mehrbildzuordnung 

5.5.6.2  Mehrbildzuordnung mit Oberflächenrastern 

5.5.6.3  Objektbasiertes semi-globales Mehrbildmatching (OSGM) 

5.5.6.4  Weitere objektbasierte Zuordnungsverfahren 

5.5.7  Zuordnung in Bildsequenzen 

5.5.7.1  2D-Objektverfolgung in Einzelbildsequenzen 

5.5.7.2  3D-Objektrekonstruktion aus Einzelbildsequenzen 

5.5.7.3  Objektverfolgung in Mehrkamera-Bildsequenzen 

5.5.7.4  Prädiktion von Folgepunkten (Kalman-Filter) 

5.5.7.5  Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) 

6  Messaufgaben und Messsysteme 

6.1  Übersicht 

6.2  Zielmarken 

6.2.1  Zielmarkentypen 

6.2.1.1  Kreisförmige Zielmarken 

6.2.1.2  Kugelförmige Zielmarken 

6.2.1.3  Linienhafte Zielmarken 

6.2.1.4  Marken mit codierter Punktnummer 

6.2.2  Zielmarkensysteme 

6.2.2.1  Zentrierbare Zielmarken 

6.2.2.2  Signalisierte Handtaster 

6.2.2.3  Messadapter 

6.2.2.4  6DOF-Zielmarken 

6.3  Realisierung von Referenzsystemen 

6.3.1  Bezugssysteme 

6.3.1.1  Maßstabsdefinition 

6.3.1.2  Definition von Referenzkoordinatensystemen 

6.3.2  Messsysteme 

6.2.2.1  Videotachymeter und Multistationen 

6.2.2.2  Lasertracker 

6.4  Interaktive Mess- und Auswertesysteme 

6.4.1  Programme mit CAD-Funktionen 

6.4.2  Structure-from-Motion-Programme 

6.4.3  Industrielle Offline-Auswertesysteme 

6.4.4  E-Learning-Programme  

6.5  Taktil antastende Systeme 

6.5.1  Messprinzip 

6.5.2  Einkamerasysteme 

6.5.2.1  Einkamerasysteme mit Handtaster 

6.5.2.2  Messtaster mit integrierter Kamera 

6.5.3  Zwei- und Mehrkamerasysteme 

6.6  Industrielle Systeme zur Messung punktförmiger Merkmale 

6.6.1  Mobile industrielle Punktmesssysteme 

6.6.1.1  Offline-Photogrammetriesysteme 

6.6.1.2  Online-Photogrammetriesysteme 

6.6.1.3  Stereokamerasysteme 

6.6.2  Stationäre industrielle Online-Messsysteme 

6.6.2.1  System zur Vermessung von Rohrleitungen 

6.6.2.2  Positioniersystem für Stahlplatten 

6.6.2.3  Mehrkamerasystem mit Punktprojektion 

6.7  Systeme zur Oberflächenmessung 

6.7.1  Überblick 

6.7.1.1  Aktive und passive Systeme 

6.7.1.2  Oberflächentexturen 

6.7.2  Lasertriangulation 

6.7.3  Streifenprojektionssysteme 

6.7.3.1  Statische Streifenprojektion 

6.7.3.2  Dynamische Streifenprojektion (Phasen-Schiebe-Verfahren) 

6.7.3.3  Codiertes Lichtschnittverfahren 

6.7.3.4  Aperiodische Streifenprojektion 

6.7.3.5  Einkamerasysteme mit Streifenprojektion 

6.7.3.6  Mehrkamerasysteme mit Streifenprojektion 

6.7.4  Systeme mit punkt- gitterförmigen Mustern 

6.7.4.1  Mehrkamerasysteme mit Rasterprojektion 

6.7.4.2  Mehrkamerasystem mit Gitterprojektion 

6.7.4.3  Mehrkamerasysteme mit Mustergravur 

6.7.5  Systeme mit stochastischen Mustern 

6.6.4.1  Zweikamerasysteme mit Zufallsmusterprojektion 

6.6.4.2  Oberflächenerfassung mit Texturfolien 

6.6.4.3  Messung dynamischer Oberflächenänderungen 

6.7.6  3D-Kameras (Range Cameras) 

6.7.6.1  Kinect 

6.7.6.2  Neue Entwicklungen von 3D-Kameras 

6.7.6.3  Lichtfeldkameras 

6.8  Laserscanning-Systeme 

6.8.1  3D-Laserscanner 

6.8.2  2D- und 1D-Laserscanning 

6.8.3  Panoramasysteme mit Laserdistanzmessung 

6.9  Registrierung und Orientierung von Bildern und Scans 

6.9.1  Mehrbildphotogrammetrie 

6.9.2  Orientierungsmessung mit Objektpunkten 

6.9.2.1  Orientierungsmessung mit unbekannten Objektpunkten 

6.9.2.2  Orientierung mit bekannten Referenzpunkten 

6.9.2.3  Orientierung mit Oberflächenmerkmalen 

6.9.3  Orientierungsmessung mit externem Kamerasystem 

6.9.4  Orientierungsmessung mit mechanischen Systemen 

6.9.5  Orientierungsmessung mit externen Systemen und Passpunkten 

6.9.6  Verknüpfung von Punktwolken (Registrierung) 

6.9.6.1  Registrierung mit signalisierten 3D-Punkten 

6.9.6.2  Iterative Closest Point (ICP) 

6.9.7  ICP-basierte Scanner 

6.10  Systeme zur Messung dynamischer Vorgänge 

6.10.1  Relativbewegungen zwischen Objekt und Aufnahmesystem 

6.10.1.1  Ruhendes Objekt 

6.10.1.2  Bewegtes Objekt 

6.10.2  Aufnahme von kinematischen Vorgängen 

6.10.2.1  Kamerasystem zur Roboterkalibrierung 

6.10.2.2  Highspeed-6DOF-System 

6.10.2.3  Aufnahme mit Highspeedkameras 

6.10.2.4  Particle Image Velocimetry 

6.10.3  Bewegungsanalyse 

6.11  Messsysteme auf mobilen Plattformen 

6.11.1  Mobile-Mapping-Systeme 

6.11.2.1  Mobile Mapping im Außenbereich 

6.11.2.2  Mobile Mapping im Innenbereich 

6.11.2  Luftbildaufnahmen im Nahbereich 

6.11.2.1  Flugsysteme 

6.11.2.2  Sensortechnik 

6.11.2.3  Flugplanung 

6.11.2.4  Photogrammetrische Auswertung 

6.12  Visualisierungssysteme 

6.12.1  Digitale Stereoauswertesysteme 

6.12.2  AR/VR-Systeme 

6.12.2.1  VR-Systeme 

6.12.2.2  AR/MR-Systeme 

6.11.2  Industrielle 3D-Projektionssysteme 

7  Projektplanung und Optimierung 

7.1  Projektplanung 

7.1.1  Planungskriterien 

7.1.2  Genauigkeitsfragen 

7.1.3  Restriktionen der Aufnahmekonfiguration 

7.1.4  Genauigkeitsabschätzung durch Simulation 

7.1.4.1  Varianz-Kovarianz-Fortpflanzung 

7.1.4.2  Monte-Carlo-Simulation 

7.1.4.3  Unscented Transformation 

7.1.4.4  Bootstrap-Simulation 

7.1.5  Design der Aufnahmeanordnung 

7.1.5.1  Netzoptimierung 

7.1.5.2  Maßstab 

7.2  Qualitätskriterien und Genauigkeitsanalyse 

7.2.1  Statistische Kenngrößen 

7.2.1.1  Innere Genauigkeit 

7.2.1.2  Äußere Genauigkeit 

7.2.1.3  Relative Genauigkeit 

7.2.2  Messtechnische Kenngrößen 

7.2.2.1  Messunsicherheit 

7.2.2.2  Messabweichung 

7.2.2.3  Referenzwert, richtiger Wert und wahrer Wert 

7.2.2.4  Genauigkeit 

7.2.2.5  Präzision 

7.2.2.6  Toleranz 

7.2.2.7  Auflösung 

7.2.3  Prüfung optischer 3D-Messsysteme 

7.2.3.1  Begriffsdefinitionen 

7.2.3.2  Abgrenzung zu mechanischen Koordinatenmessgeräten 

7.2.3.3  Prüfkörper 

7.2.3.4  Prüfung punktförmig antastender Systeme 

7.2.3.5  Prüfung flächenhaft antastender Systeme 

7.3  Strategien zur Kamerakalibrierung 

7.3.1  Kalibrierverfahren 

7.3.1.1  Testfeldkalibrierung 

7.3.1.2  Plumbline-Kalibrierung 

7.3.1.3  Simultankalibrierung 

7.3.1.4  Systemkalibrierung 

7.3.2  Aufnahmekonfigurationen 

7.3.2.1  Kalibrierung mit ebenem Punktfeld 

7.3.2.2  Kalibrierung mit räumlichem Punktfeld 

7.3.2.3  Kalibrierung mit bewegtem Maßstab 

7.3.3  Kalibrierung spezieller Aufnahmesysteme 

7.3.3.1  Kalibrierung von Stereo- und Mehrkamerasystemen 

7.3.3.2  Kalibrierung von Fisheye-Kameras 

7.3.3.3  Kalibrierung von Unterwasser-Kameras 

7.3.4  Qualitätskriterien für die Kamerakalibrierung 

7.3.5  Probleme bei der Simultankalibrierung 

8  Anwendungsbeispiele 

8.1  Architektur, Archäologie und Denkmalpflege 

8.1.1  Photogrammetrische Bauaufnahme 

8.1.1.1  Zeichnungen 

8.1.1.2  3D-Gebäudemodelle 

8.1.1.3  Bildpläne und Orthophotos 

8.1.2  Beispiele photogrammetrischer Objektrekonstruktionen 

8.1.2.1  Torhaus Seedorf 

8.1.2.2  Mailänder Dom 

8.1.2.3  Kloster Lurdji 

8.2  Objekte des Kulturerbes 

8.2.1  Kunstgegenstände und Museumsobjekte 

8.2.1.1  Statuen und Skulpturen 

8.2.1.2  Totenmaske des Tutanchamun 

8.2.1.3  Sarkophag der Eheleute 

8.2.1.4  Goethe-Elefantenschädel 

8.2.2  Archäologische Ausgrabungen 

8.2.2.1  3D-Dokumentation von Pompeji 

8.2.2.2  Hadrianstempel 

8.2.2.3  Grabkammer Otzing 

8.2.2.4  Vermessung der Bremer Kogge 

8.2.2.5  Großsteingrab Kleinenkneten 

8.3  3D-Stadt- und Landschaftsmodelle 

8.3.1 Stadtmodelle 

8.3.2 Ableitung von Geländemodellen aus multispektralen Bilddaten 

8.3.3 Landschaftsmodell aus Laserscanning und Photogrammetrie  

8.4  Ingenieurvermessung und Bauwesen 

8.4.1  3D-Erfassung komplexer Objekte 

8.4.1.1  As-Built-Dokumentation 

8.4.1.2  Building Information Modeling 

8.4.1.3  Treppenvermessung 

8.4.2  Deformationsmessungen 

8.4.2.1  Deformationsmessungen an Betonwannen 

8.4.2.2  Erfassung von Rotorblättern an Windenergieanlagen 

8.4.3  Materialprüfung 

8.4.3.1  Oberflächenmessung an Mauerfugen 

8.4.3.2  Bauphysikalische Belastungsversuche 

8.4.4  Dach- und Fassadenvermessung 

8.5  Industrielle Messtechnik 

8.5.1  Kraftwerks- und Anlagenbau 

8.5.1.1  Windkraftanlagen 

8.5.1.2  Teilchenbeschleuniger 

8.5.2  Luft- und Raumfahrtindustrie 

8.5.2.1  Vorrichtungsbau 

8.5.2.2  Fertigungskontrolle 

8.5.2.3  Antennenvermessung 

8.5.3  Automobil- und Fahrzeugbau 

8.5.3.1  Rapid Prototyping und Reverse Engineering 

8.5.3.2  Fahrzeugsicherheitsversuch 

8.5.3.3  Fahrzeugdeformationen 

8.5.4  Schiffbau 

8.6  Unterwasserphotogrammetrie 

8.6.1  Vermessung von Wasseroberflächen 

8.6.2  Unterwasser-Schweißnahtmessung 

8.6.3  Unterwasserphotogrammetrie am Wrack der Costa Concordia 

8.7  Medizin 

8.7.1  Flächenhafte Objekterfassung 

8.7.2  Navigationssysteme 

8.8  Sonstige Anwendungsbereiche 

8.8.1  Forensische Anwendungen 

8.8.1.1  Unfallvermessung 

8.8.1.2  Tatrekonstruktion 

8.8.1.3  Anthropologische Ansätze 

8.8.2  Naturwissenschaftliche Anwendungen 

8.8.2.1  Beobachtung von Gletscherbewegungen 

8.8.2.2  Erdwissenschaften 

8.8.2.3  Entomologie (Insektenkunde) 

8.8.2.4  Vermessung einer Seifenblase 

9  Literaturverzeichnis 

9.0  Lehrbücher und Monographien 

9.0.1  Photogrammetrie 

9.0.2  Optik, Kamera- und Aufnahmetechnik 

9.0.3  Digitale Bildverarbeitung, Computer Vision und Mustererkennung 

9.0.4  Mathematik und 3D-Computergrafik 

.0.5  Ausgleichungsrechnung und Statistik 

9.0.6  Industriemesstechnik, Optische 3D-Messtechnik, Qualitätssicherung 

9.0.7  Anwendungen 

9.1  Kap. 1 Einführung 

9.2  Kap. 2 Mathematische Grundlagen 

9.2.1  Transformationen und Geometrie 

9.2.2  Ausgleichungsrechnung 

9.3  Kap. 3 Aufnahmetechnik 

9.3.1  Optik und Abtastung 

9.3.2  Modellierung und Kalibrierung 

9.3.3  Sensoren und Kameras 

9.3.4  Signalisierung und Beleuchtung 

9.4  Kap. 4 Analytische Auswerteverfahren 

9.4.1  Analytische Photogrammetrie 

9.4.2  Bündelausgleichung 

9.4.3  Mehrmedienphotogrammetrie 

9.4.4  Panoramaphotogrammetrie 

9.5  Kap. 5 Digitale Bildanalyse 

9.5.1  Grundlagen und Bildverarbeitung 

9.5.2  Mustererkennung und Bildzuordnung 

9.6  Kap. 6 Messaufgaben und Messsysteme 

9.6.1  Zielmarken- und Referenzsysteme 

9.6.2  Interaktive Mess- und Auswertesysteme 

9.6.3  Messung von Punkten und Konturen 

9.6.4  Laserbasierte und geodätische Messsysteme 

9.6.5  Messung von Oberflächen 

9.6.6  3D-Kameras 

9.6.7  Registrierung und Orientierung 

9.6.8  Dynamische und mobile Systeme 

9.7  Kap. 7 Projektplanung und Optimierung 

9.7.1  Projektplanung und Simulation 

9.7.2  Qualitätskriterien und Genauigkeitsanalyse 

9.7.3  Kamerakalibrierung 

9.8  Kap. 8 Anwendungsbeispiele 

9.8.1  Architektur, Archäologie, Stadtmodelle 

9.8.2  Ingenieur- und Industrieanwendungen 

9.8.3  Medizin, Forensik, Naturwissenschaften 

9.9  Sonstige Informationsquellen 

9.9.1  Normen und Richtlinien 

9.9.2  Arbeitsgruppen und Konferenzen 

Abkürzungsverzeichnis 

Bildnachweis 

Stichwortverzeichnis