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Digitale Bildverarbeitung für die automatisierte Auswertung in der Architekturphotogrammetrie
(2015)
Photogrammetrische Verfahren werden immer häufiger für die Objekterfassung und Dokumentation in Archäologie, Bauforschung, Denkmalpflege und Restaurierung eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in der mittlerweile vollständigen Digitalisierung des gesamten photogrammetrischen Prozesses sowie in der Verfügbarkeit hoch auflösender Digitalkameras und der für die Auswertung notwendigen, leistungsfähigen Rechentechnik. Analoge Mess- oder Teilmesskameras wurden fast vollständig durch digitale Amateurkameras verdrängt. Den Anwendern stehen damit flexible und kostengünstige Systeme zur photogrammetrischen Objekterfassung zur Verfügung.
Neben der klassischen Bildentzerrung rückt verstärkt die räumliche Auswertung von Bildern in den Fokus der Anwender. Die Grundlage für die Berechnung von Bildorientierung, Kamerakalibrierung und 3D-Objektgeometrie bilden dabei die bekannten Modelle der analytischen Photogrammetrie, die zunächst kurz vorgestellt werden. Die photogrammetrischen Verfahren werden ergänzt durch ausgewählte Methoden der digitalen Bildverarbeitung und Bildanalyse. Einen Schwerpunkt bildet dabei die automatisierte Zuordnung homologer Punkte. In Kombination mit angepassten Verfahren der Merkmalsextraktion lässt sich damit der Orientierungsvorgang weitgehend automatisieren. Hierfür werden verschiedene Interest-Operatoren sowie Verfahren zur Korrespondenzanalyse auf ihre Eignung für die speziellen Anwendungsgebiete der Nahbereichsphotogrammetrie untersucht und angepasst.
Im Rahmen der photogrammetrischen Auswertung wird die automatisierte Punktzuordnung zur Bestimmung von dichten 3D-Punktwolken eingesetzt. Unstetigkeiten der Objektoberfläche können mit flächenhaften Zuordnungsverfahren jedoch nicht direkt erfasst werden. In der Literatur existieren daher verschiedene Ansätze zur kantenbasierten Auswertung von Bildern, die vorgestellt und diskutiert werden. Darauf aufbauend wird ein angepasstes Verfahren zur subpixelgenauen Kantenextraktion sowie zur automatisierten Zuordnung der extrahierten Kanten in mehreren Bildern entwickelt und anhand praktischer Beispiele untersucht.
Aufbauend auf den Untersuchungsergebnissen und den Erfahrungen aus unterschiedlichen Praxisprojekten wird ein anwendungsorientiertes Vorgehen zur Erfassung und automatisierten Auswertung von Objekten mit Zwei- und Vier-Kamera-Konfigurationen entwickelt. Da hierbei ausschließlich digitale Amateurkameras zum Einsatz kommen, wird ein vereinfachtes Verfahren zur Kamerakalibrierung vorgeschlagen. Für die äußere Orientierung mehrerer Stereo- bzw. Vier-Kameramodelle in einem einheitlichen Objektsystem wird, neben der klassischen Mehrbildorientierung, die aus Anwendersicht sehr anschauliche Referenzierung über die automatisch gemessenen Punktwolken vorgestellt.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Konzept für ein photogrammetrisches Auswertesystem für den Architektur- und Nahbereich entwickelt. Neben der automatisierten Gewinnung räumlicher Objektinformationen aus Bildern sind darin vor allem die zweidimensionalen Umbildungen als wichtige Grundlage für die Erstellung maßstäblicher Planunterlagen berücksichtigt. Anhand ausgewählter Beispiele aus Archäologie und Bauforschung wird schließlich ein Überblick über die Möglichkeiten einer automatisierten Auswertung gegeben.