Click here to load reader

Photogrammetrische Auswertung der Aggregatbewegung im · PDF file 2019. 6. 5. · ERKLÄRUNG Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit „Photogrammetrische Auswertung

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Photogrammetrische Auswertung der Aggregatbewegung im · PDF file 2019. 6. 5. ·...

  • VOLKSWAGEN AG LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER INSTITUT FÜR PHOTOGRAMMETRIE UND GEOINFORMATION

    DIPLOMARBEIT

    Photogrammetrische Auswertung der Aggregatbewegung im Sicherheitsversuch aus einer Fotogrube

    vorgelegt von

    Matthias Roland Matr. Nr.: 2175213

    im

    Mai 2007

    ERSTPRÜFER: Prof. Dr.-Ing. Christian Heipke ZWEITPRÜFER: Dr.-Ing. Manfred Wiggenhagen

  • Institut für Photogrammetrie und GeoInformation Leibniz Universität Hannover Nienburger Str. 1

    D-30167 Hannover Tel.: ++49-511/762-3304 Fax.: ++49-511/762-2483

    e-mail: [email protected] http://www.ipi.uni-hannover.de

    Dr.-Ing. Manfred Wiggenhagen

    Prof. Dr.-Ing. Christian Heipke

    Hannover, 21.12.2006

    Diplomaufgabe für Herrn cand. geod. Matthias Roland Thema: Photogrammetrische Auswertung der Aggregatbewegung

    im Sicherheitsversuch aus einer Fotogrube Im Rahmen der Fahrzeugentwicklung spielt die Bewegung des Aggregats in Relation zum Fahrzeug während des Crashversuchs eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Insassen- sicherheit und der Strukturdeformation des Fahrzeugs. Um die dreidimensionale Bewegung des Aggregats zuverlässig messen zu können, sollen photogrammetrische Auswerteverfahren ein- gesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Untersuchungen bzgl. der Kamerakonstellation, des eingesetzten Auswerteverfahrens und der erreichbaren Genauigkeit durchgeführt werden. Die Aufnahmen erfolgen aus einer Fotogrube unterhalb des Fahrzeugs. Diese Grube ist mit einer Plexiglasscheibe abgedeckt, die sich im Strahlengang der Kameras befindet. Die Brechungs- eigenschaften dieser Plexiglasscheibe müssen für eine exakte Positionsbestimmung von Mess- marken am Fahrzeugunterboden und auf dem Aggregat bei der photogrammetrischen Auswertung berücksichtigt werden. Die notwendigen Maßnahmen sollen zunächst theoretisch untersucht werden und im Anschluss in praktischen Versuchen verifiziert werden. Dabei müssen sich die Maßnahmen optimal in den Prozess der Versuchsvorbreitung und Versuchs- durchführung integrieren lassen. Ziele dieser Arbeit:

    - Berücksichtigung der Brechungseigenschaften der Plexiglasscheibe bei der photogrammetrischen Auswertung.

    - Entwicklung von notwendigen Maßnahmen, die sich in den Prozessablauf integrieren lassen.

    - Softwaretechnische Umsetzung der erweiterten Auswertung zur Positionsbestimmung von Messmarken am Fahrzeugboden.

    Ausgabetermin: Dr.-Ing. Manfred Wiggenhagen

  • ERKLÄRUNG Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit „Photogrammetrische Auswertung der Aggregatbewegung im Sicherheitsversuch aus einer Fotogrube“ selbstständig verfasst und die verwendeten Hilfsmittel sowie Referenzen vollständig genannt habe. Die Untersuchungen und Ergebnisse sind zuvor in keine andere Prüfungsarbeit eingegangen. HINWEIS Veröffentlichungen über den Inhalt dieser Arbeit sind nur mit schriftlicher Genehmigung der Volkswagen AG zugelassen. Die Ergebnisse, Meinungen und Schlüsse dieser Diplomarbeit sind nicht notwendigerweise die der Volkswagen AG. Hannover, den 24. Mai 2007 _____________ Matthias Roland

  • INHALTSVERZEICHNIS

    INHALTSVERZEICHNIS _______________________________________________ 6

    1 EINLEITUNG ___________________________________________________ 8 1.1 Zielsetzung der Arbeit ___________________________________________ 8 1.2 Gliederung der Arbeit ___________________________________________ 9

    2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN ____________________________________ 10 2.1 Grundlagen der geometrischen Optik________________________________ 10

    2.1.1 Reflektion und Brechung _____________________________________ 10 2.1.2 Weitere optische Phänomene __________________________________ 11

    2.2 Photogrammetrische Grundlagen __________________________________ 12 2.2.1 Koordinatensysteme ________________________________________ 12 2.2.2 Innere Orientierung einer Kamera_______________________________ 14 2.2.3 Äußere Orientierung einer Kamera ______________________________ 15 2.2.4 Kollinearitätsgleichungen ____________________________________ 16 2.2.5 Räumlicher Rückwärtsschnitt__________________________________ 17 2.2.6 Räumlicher Vorwärtsschnitt___________________________________ 18 2.2.7 Bündelausgleichung ________________________________________ 18

    2.3 Verfahren der Ausgleichungsrechnung _______________________________ 19 2.3.1 Vermittelnde Ausgleichung (GAUSS – MARKOV – Modell)________________ 20 2.3.2 Allgemeinfall der Ausgleichung (GAUSS – HELMERT – Modell) ____________ 21 2.3.3 Beurteilung der Ausgleichungsansätze ____________________________ 22 2.3.4 Qualitätsmaße ____________________________________________ 23

    3 MEHRMEDIENPHOTOGRAMMETRIE_________________________________ 25 3.1 Parallelität zwischen Bild- und Trennebene____________________________ 25 3.2 Parallelität zwischen Bild- und planparalleler Trennebene__________________ 28 3.3 Bildqualität und Abweichungen vom Modell ___________________________ 29

    4 VERFAHRENSENTWICKLUNG ______________________________________ 32 4.1 Problemstellung bei der Auswertung der Fahrzeugunterseite ________________ 32 4.2 Aufbau eines Passpunktfeldes in der Fotogrube _________________________ 36

    4.2.1 Planung ________________________________________________ 36 4.2.2 Passpunktadapter__________________________________________ 37 4.2.3 Fotogrubenkoordinatensystem _________________________________ 37 4.2.4 Auswahl optimaler Kamerastandpunkte___________________________ 39 4.2.5 Umsetzung ______________________________________________ 41 4.2.6 Zusammenfassung _________________________________________ 42

  • 4.3 Allgemeine Modellierung der Abbildungsgeometrie______________________ 43 4.3.1 Erste Untersuchungen ______________________________________ 43 4.3.2 Strategie für die Modellierung der Abbildungsgeometrie _______________ 46 4.3.3 Orientierung der Acrylglasplatte im Strahlengang ____________________ 47 4.3.4 Neuer Bezugspunkt für radiale Verschiebung _______________________ 50 4.3.5 Berechnung relevanter Höhen _________________________________ 53 4.3.6 Auftreffwinkel der Abbildungsstrahlen auf die Brechungsebene __________ 55 4.3.7 Radiale Verschiebung im Objektraum ____________________________ 56 4.3.8 Korrekturwerte für die Bildkoordinaten___________________________ 56 4.3.9 Simulationssoftware und Zusammenfassung _______________________ 58

    4.4 Integration in die Filmauswertung _________________________________ 59 4.4.1 Durchführung einer dreidimensionalen Filmauswertung _______________ 60 4.4.2 Implementierung der Optimierungssoftware KorAS __________________ 62 4.4.3 Iterative Anwendung des Verfahrens_____________________________ 64 4.4.4 Zusammenfassung _________________________________________ 65

    4.5 Modellerweiterung um eine zusätzliche Acrylglasplatte ___________________ 65 4.6 Fehlerhaushalt ______________________________________________ 67

    4.6.1 Stabilität der Passpunkte und Kamerapositionen ____________________ 68 4.6.2 Durchbiegung der Fotogrubenabdeckung __________________________71 4.6.3 Einfluss der Schutzfolie _____________________________________ 72 4.6.4 Neuer Bezugspunkt ________________________________________ 74 4.6.5 Parameter der Acrylglasplatte _________________________________ 75 4.6.6 Zusammenfassung _________________________________________ 76

    4.7 Zusammenfassung _____________________________________________77

    5 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG UND ERGEBNISSE________________________ 78 5.1 Verwendete Hardwaresysteme ____________________________________ 78

    5.1.1 Kameras________________________________________________ 78 5.1.2 Beleuchtung und Zielmarken __________________________________ 80 5.1.3 Eigenschaften der Fotogrubenabdeckungen ________________________ 80

    5.2 Erzielte Ergebnisse____________________________________________ 82 5.2.1 Auswertung direkt im Fahrzeugsystem zum Zeitpunkt t0 _______________ 83 5.2.2 Auswertung im Fotogrubensystem ohne Korrektur ___________________ 84 5.2.3 Auswertung im Fotogrubensystem mit Korrektur einer Scheibe __________ 85 5.2.4 Auswertung im Fotogrubensystem mit Korrektur beider Scheiben_________ 87 5.2.5 Zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse______________________ 88

    5.3 Zusammenfassung _____________________________________________91

    6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK _______________________________ 92

    7 LITERATURVERZEICHNIS ________________________________________ 95

  • 1 EINLEITUNG Im Rahmen der Automobilentwicklung spielt die Fahrzeugsicherheit eine immer größer wer- dende Rolle. Die genaue Analyse durchgeführter Sicherheitsversuche dient der Untersuchung und dem Nachweis der Insassensicherheit und ist eine entscheidende Grundlage für die Verbesserung der eingesetzten Sicherheitssysteme. Darüber hinaus ist es Ziel der Analysen, eine optimale Informationsausbeute dieser Versuche zu erreichen. Hierbei bietet die optische Messtechnik eine immer leistungsstärkere und in den letzten Jahren etablierte Möglichkeit drei- dimensionale Bewegungen des Fahrzeugs durch photogrammetrische Auswerteverfahren hoch- genau zu bestimmen. Mit der Neufassung der ISO 8721 [ISO 8721, 1986] wird eine Norm zur Verfügung stehen, die die relevanten Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der photo- grammetrischen Auswerteergebnisse analysiert und bewertet. Unter Beachtung der für di