Download pdf - Panorama-Photogrammetrie und Laserscanning zur 3D ...rcsds627255/instpage/VL_221104.pdf · 1 Panorama-Photogrammetrie und Laserscanning zur 3D-Objekterfassung Dipl.-Ing. Danilo Schneider,

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Panorama-Photogrammetrie und Laserscanningzur 3D-Objekterfassung

Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden

Vorlesung Photogrammetrie II

Panorama-Photogrammetrie und Laserscanningzur 3D-Objekterfassung

Vorlesung Photogrammetrie IIGliederung


22. November 2004

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Gliederung

I Panoramakamera

II Panorama-Photogrammetrie

III Laserscanning

IV Demonstration Laserscanner


Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004

I Panoramakamera



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Panoramakamera


I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie

III Laserscanning


Arten von Aufnahmegeometrien:

Abbildung auf eine EbeneAbbildung auf eine Ebene(Zentralprojektion)(Zentralprojektion)

Abbildung auf Abbildung auf einen Zylindereinen Zylinder

SphSphäärische rische AbbildungenAbbildungen

22. November 2004

Panoramakamera



III Laserscanning


• Luftbildphotogrammetrie (militärische Erkundungsflüge)

• Aufnahme von Mond- und Planetenoberflächen

• terrestrische Anwendungen: Landschaften, Innenräume, Plätze, lange Fassaden

• vollständige Objekterfassung mit wenigen Aufnahmen

• hohe Auflösungen möglich (vgl. Flächensensoren)

Vorteile:

22. November 2004

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Panoramakamera



III Laserscanning


360360°°--ScantechnikScantechnik(analog)(analog)

Def.: Zeilenweise Abbildung auf einen Zylindermantel

22. November 2004

Panoramakamera



III Laserscanning


360360°°--ScantechnikScantechnik(analog)(analog)

HorizonHorizon 202 (GUS)202 (GUS)

NoblexNoblex Pro 150 (Dresden)Pro 150 (Dresden)Seitz (Schweiz)Seitz (Schweiz)

22. November 2004

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Panoramakamera



III Laserscanning

Digital Panoramic Camera EyeScan M3

Hersteller: KST (Kamera & System Technik)


360360°°--ScantechnikScantechnik(digital)(digital)

Panoramakamera



III Laserscanning



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Panoramakamera



III Laserscanning



VorteileVorteile•• hohe Auflhohe Auflöösung (digital)sung (digital)•• ein homogenes Bild (feste Geometrie)ein homogenes Bild (feste Geometrie)•• Belichtungsangleichung bei Gegenlicht mBelichtungsangleichung bei Gegenlicht mööglichglich

NachteileNachteile•• Spezialkamera erforderlichSpezialkamera erforderlich•• Keine Aufnahmen von bewegten Objekten mKeine Aufnahmen von bewegten Objekten mööglichglich

Panoramakamera



III Laserscanning


Image data

Motor control

Optical fiber

Light source(180 W)

Lightning

Camera head

Turntable

Motor

Rotation axis

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Panoramakamera


2.4 min

1.7 GB

90°

300 MPixel

35 mm

3.1 min

2.3 GB

80°

400 MPixel

45 mm

12.4 min6.9 min4.1 min2 minAufnahmedauer(360°, 5 ms /Bildspalte)

9.9 GB5.1 GB3.1 GB1.4 GBDatenvolumen(360°, 48 Bit)

22°40°60°100°Vertikaler Öffungswinkel

1.6 GPixel900 MPixel550 MPixel250 MPixelBildformat (360°)

180 mm100 mm60 mm28 mmObjektiv

EYESCAN M3d metric


III Laserscanning


PanoramakameraI Panoramakamera

II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning



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Panoramakamera



III Laserscanning


Panoramakamera



III Laserscanning


Problem: Beleuchtung

Schloss Weimar - Schillerzimmer

Schloss Goseck bei Naumburg

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Panoramakamera



III Laserscanning


• Aufnahmedauer

• Bilddateigröße Bearbeitungszeiten

Panoramakamera



III Laserscanning


SpiegeltechnikSpiegeltechnikDefinition: Aufnahmen die über eine reflektierende Oberfläche auf einen Sensor projiziert werden.

0-360 Panoramic Optic™

22. November 2004

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Panoramakamera



III Laserscanning


Panoramakamera



III Laserscanning


Panorama vom Mount Everest im Gasometer Leipzig

Informationen: http://www.8848everest.de

„das größte Panorama der Welt“ von Yadegar Asisi

22. November 2004

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Panoramakamera



III Laserscanning


Vorteile : Vorteile :

•• Keine Spezialkamera nKeine Spezialkamera nöötigtig•• EchtzeitaufnahmenEchtzeitaufnahmen

Nachteile :Nachteile :

•• Oft Oft „„schwierigeschwierige““ GeometrieGeometrie•• Geringe AuflGeringe Auflöösungsung•• Schlechte BelichtungsmSchlechte Belichtungsmööglichkeiten (nur glichkeiten (nur

eine Einstellung meine Einstellung mööglich)glich)

22. November 2004

Panoramakamera



III Laserscanning


FisheyeFisheye--PanoramenPanoramen

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Panoramakamera



III Laserscanning


Panorama-Photogrammetrie



III Laserscanning


Panoramen aus Panoramen aus Einzelbildern Einzelbildern ((StitchingStitching))

Projektion auf Zylinder oder Kugel

Stitching automatisch/manuell

Radiometrische Überblendung

Zuschnitt des Panoramas

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Panoramakamera



III Laserscanning


SoftwareSoftware

•• TheThe Panorama Panorama FactoryFactory•• Canon Canon PhotostitchPhotostitch

•• PanotoolsPanotools von Helmut Derschvon Helmut Dersch(auch als Plug(auch als Plug--In fIn füür Photoshop)r Photoshop)

•• QuicktimeVRQuicktimeVR (Apple) (Apple) •• PhotoVistaPhotoVista (MGI)(MGI)

VorteileVorteile

•• Flexible BilderstellungFlexible Bilderstellung•• Kein Stativ erforderlich Kein Stativ erforderlich •• Keine Spezialkamera Keine Spezialkamera

erforderlicherforderlich

NachteileNachteile

•• Keine homogene GeometrieKeine homogene Geometrie

Panoramakamera



III Laserscanning


PanoramafilmPanoramafilm

Panoramafilme 360Panoramafilme 360°°x270x270°°Firma IMC (Firma IMC (ImmersiveImmersive Media Corp)Media Corp)USA Portland, Oregon USA Portland, Oregon

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II Panorama-Photogrammetrie






III Laserscanning


Mathematische Grundlagen Grundmodell Zentralperspektive

ydZZrYYrXXrZZrYYrXXr

cyy

xdZZrYYrXXrZZrYYrXXr

cxx

′+−⋅+−⋅+−⋅−⋅+−⋅+−⋅

⋅−′=′

′+−⋅+−⋅+−⋅−⋅+−⋅+−⋅

⋅−′=′

)()()()()()()()()()()()(

033023013

0320220120

033023013

0310210110

Kollinearitätsgleichungen:

15




III Laserscanning

)()()()()()()()()(

2

arctan1

033023013

032022012

031021011

0

22

0

ZZrYYrXXrzZZrYYrXXryZZrYYrXXrx

dnAyxA

zcNn

dmAx

yA

m

vv

hh

−⋅+−⋅+−⋅=−⋅+−⋅+−⋅=−⋅+−⋅+−⋅=

+++⋅

⋅−=

++

−⋅=

η

ξ




P

O‘ O‘

e1

dn

Rotation axis

γ1

5.63Exzentrizität Projektionszentrum

5.88Kameraausrichtung

0.60Objektivverzeichnung

1.15Neigung der Sensorzeile

0.45Affinität

0.24(1:42,000)Sonstige Parameter

25.20Kameraposition

σ0 [Pixel]Parameter


III Laserscanning


0°

90°

180°

270°ξ 90

ξ 180

ξ 270

|η|

dη

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III Laserscanning


focal distance: 35 mm

1 4 7 10

0.6

0.4

0.2

0.0

Distance from the camera [m]

Pre

cisi

onin

obj

ects

pace

[mm

]

Genauigkeit im Objektraum



Aicon-Zielmarke (∅ 10 mm)

Zielmarke, uncodiert (∅ 20 mm)

Kalibrierraum

- 230 Zielmarken

- Messung: photogrammetrisch

- Standardabweichung: 0,05 – 1 mm


III Laserscanning


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III Laserscanning


Prinzip der Panorama-3D-Auswertung



0.15 mmσZ

0.27 mmσY

0.33 mmσX

0.22 pixel

Free network adjustment

0σ̂

Testraum (7.5 × 5.0 × 2.5 m³):


III Laserscanning


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Panoramas: 5

Passpunkte: 12

Objektpunkte: 350

Mittlere Abweichung:

|∆X| = 0.58 mm

|∆Y| = 0.44 mm

|∆Z| = 0.36 mm


III Laserscanning




P

O‘1 O‘2

P‘1 P‘2

K‘

b

P‘1K‘

Kernliniengeometrie – Suche homologer Bildpunkte


III Laserscanning


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Tangentialprojektion 90° Panorama-ausschnitt

Zentral-perspektive


III Laserscanning




Digitale Entzerrung

Fassadenplan für Architektur

Auflösung: ca. 8000 × 8000 pixel (64 MPixel)


III Laserscanning


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III LaserscanningPanorama-Photogrammetrie



Stereoauswertung

b1

b2





Stereoauswertung

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Turm in Delitzsch

Deckengewölbe (Stadttor Zeitz)

Horizontale Rotationsachse

fokus GmbH Leipzig

fokusGm

bH L

eipzig

Vertikalaufnahmen





III Laserscanning


Courtyard within thecampus of Dresden University

Dimensions:

45 × 45 × 20 m³

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Textur-Projektion in ein 3D-Modell


III Laserscanning




• erbaut 1710-1728 von Pöppelmann

• „Perfektestes Beispiel“ des späten Barock in Deutschland


III Laserscanning


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• Objektgeometrie ausBündelblockausgleichung mit Panoramen

• Projektion von Textur aus Panoramen

• ca. 40 Ebenen („3D Bildpläne“)


III Laserscanning





III Laserscanning


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III Laserscanning



Laserscanning




Airborne Laserscanning


Terrestrisches Laserscanning

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Laserscanning






Laserscanning





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Laserscanning


Neue Photographische Gesellschaft in Sachsen 23. Oktober 2004

III Panorama-PhotogrammetrieIV Laserscanning

V Demonstration Laserscanner


Laserscanning


OBJEKT

X

Y




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Laserscanning





Laserscanning





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Laserscanning


• ca. 6 Millionen 3D-Punkte„Punktwolke“

• zusätzlich Aufnahmen mit Digitalkamera

Einfärben der Punkte




Laserscanning





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Laserscanning





V Demonstration Laserscanner


Neue Photographische Gesellschaft in Sachsen 22. November 2004

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Demonstration Laserscanner




Laserscanner RIEGL LMS-Z420

10.000 Punkte / SekundeMessfrequenz

0 to 80° vertikal0 to 360° horizontal

Scanbereich

Max 0.0025°Scanauflösung

± 7,5 mmMessgenauigkeit

up to 800 m (reflectivity 0.8), up to 200 m (reflectivity 0.2)

Messdistanz

Kamera Nikon D100

80° x 58°Field-of-view

3008 x 2000 pixelsAuflösung

Nikkor 14 mm / 2.8Objektiv


Demonstration Laserscanner


7,5 mmStandardabweichung

215‘029Punktanzahl

Histogramm

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-0,03

-0,02

5-0,

02-0,

015-0,

01-0,

005 00,0

05 0,010,0

15 0,020,0

25 0,03

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31


IV Demonstration LaserscannerDemonstration Laserscanner


RiScan


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