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IAPG: Projekte

Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung dynamischer Oberflächenveränderungen durch Mehrbildmatching mit geometrischen und zeitlichen Bedingungen (DynaSurf)

Projekt von Thomas Luhmann, Julia Ohm und Folkmar Bethmann

Ausgangssituation

Die dreidimensionale Erfassung von Oberflächen mit Hilfe zweier räumlich verschiedener Bilder ist eine Standardaufgabe der Photogrammetrie. Zur Rekonstruktion einer Oberfläche muss das Objekt über eine hinreichende Oberflächenstruktur oder Textur verfügen. Unstrukturierte Oberflächen können mit Hilfe von aktiven Messverfahren (z.B. Laserscanning, Radar, Ultraschall) gemessen werden, oder das Objekt wird mit einem künstlich aufgebrachten Muster versehen. Hier kommen vor allem Streifenprojektionsverfahren zum Einsatz, diese können allerdings nur eingesetzt werden, wenn eine konstante Aufnahmesituation eingehalten wird. Bewegen sich Aufnahmesystem und Objekt zueinander oder verändert sich die Objektoberfläche so schnell, dass eine sequentielle Musterprojektion nicht mehr möglich ist, können Streifenprojektionsverfahren nicht mehr eingesetzt werden. Diese Bedingungen treten z.B. bei der Materialprüfung oder im Fahrzeugsicherheitsversuch auf.
Zunehmend interessieren sich Automobilhersteller wie sich ganze Objektbereiche flächenhaft dynamisch verhalten, um somit besseren Einfluss auf die Fahrzeugkonstruktion zu nehmen und Rückschlüsse auf Materialeigenschaften und dynamische Prozesse zu bekommen.

Für die genannte Problematik sind Verfahren der digitalen Bildzuordnung vorstellbar, die seit vielen Jahren in der Entwicklung sind. Allerdings existieren nur wenige kommerziell erhältliche Produkte, die einen Teil der zuvor beschriebenen Aufgaben lösen können. Zum einen sind dies Programme zur Erfassung von digitalen Geländemodellen durch Stereokorrelation, zum anderen industrielle Messsysteme auf Basis von zwei parallel angeordneten Kameras. Systeme und Verfahren zur dynamischen optischen Flächenerfassung sind nicht verfügbar. Methoden wie die Kreuzkorrelation oder die Kleinste-Quadrate-Zuordnung arbeiten bei ausreichender Bildstruktur, geringen perspektiven Abbildungsunterschieden und ungestörter Objektbereiche zufrieden stellend. Verfahren zur Auswertung ganzer Bildsequenzen sind nur ansatzweise bekannt. Es sind keine Entwicklungen bekannt, in denen Mehrbildkorrelation mit Methoden der dynamischen Filterung (Kalman-Filter) oder vergleichbare Ansätze mit Berücksichtigung von Störobjekten kombiniert werden.

Infolgedessen ist die Entwicklung entsprechender neuer Algorithmen, die auf der Zusammenführung verschiedener Matchingverfahren und dynamischer Filtermethoden basieren sollen, Schwerpunkt für dieses Forschungsprojekt.

Ziel des Vorhabens

Im Laufe dieses Forschungsprojektes soll ein photogrammetrisches Verfahren zur Bestimmung von Freiformoberflächen mit folgenden Eigenschaften entwickelt werden:

  • simultane Verarbeitung von zwei oder mehr Bildern pro Aufnahmeepoche
  • Verarbeitung beliebig langer Bildsequenzen
  • beliebige Wahl der Punktdichte im Objektraum
  • Berücksichtigung photogrammetrischer Bedingungen (Epipolargeometrie)
  • hierarchisches Zuordnungsmodell (Bildpyramiden)
  • subpixel-genaue Bildzuordnung
  • Kleinste-Quadrate-Zuordnung in oberer Auflösungsstufe
  • Berücksichtigung lokaler Nachbarschaftsbeziehungen
  • Integration von geometrischen Bedingungen zum Verlauf von Trajektorien
  • Überbrückung partieller texturarmer Bereiche
  • Erkennung von partiellen Verdeckungen (Störobjekte)
  • Verfolgung physischer Oberflächenpunkte
  • festes oder variables Objektpunktraster
  • Beschränkung auf 2,5D-Oberflächen

 

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