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Modellierung von photogrammetrischen Bildsensoren und Überprüfung von optischen 3D-Messsystemen |
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AGIP-Projekt von W. Tecklenburg, Th. Luhmann und H. Hastedt |
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In Zusammenarbeit mit CERN, Schweiz und AICON, Braunschweig |
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Hochgenaue Messungen im Bereich der Photogrammetrie werden heutzutage im Allgemeinen mit marktüblichen hochwertigen Digitalkameras durchgeführt. Wichtig für die Bestimmung von Punkten ist vor allem die Geometrie der verwendeten Kamera. Standarmäßig werden hierbei Kamerakonstante (ck) und Hauptpunktlage (xh, yh), radial-symmetrische Objektivverzeichung (a1, a2, a3), Linsendezentrierungen und tangential-asymmetrische Verzeichnung (b1, b2) sowie Affinität und Scherung (c1, c2) erfasst. Dass die Kameraparameter für einen gesamten Messzeitraum stabil bleiben ist unwahrscheinlich. Die Umgebungsbedingungen und Handhabung sowie Schwerkrafteinfluss auf Objektive in unterschiedlichen Aufnahmerichtungen verursachen Veränderungen in der Geometrie. Bildvariante Parameter, welche Änderung der Kamerakonstanten sowie die Änderung des Bildhauptpunktes beschreiben, werden in einem neuen funktionalen Ansatz als zusätzliche Parameter in einer Bündelausgleichung eingeführt. Sie beschreiben mögliche Veränderungen des Objektivs gegenüber des Sensors. |
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Zur Beschreibung der übrigen Parameter wird ein stützpunktbezogenes, rasterförmiges Korrekturgitter auf Basis der Finite-Elemente-Methode berücksichtigt, wobei die Gitterschnittpunkte die Korrekturwerte als ebene Vektoren aufnehmen. | |||||||||||
Während des Projektes wurden sinifikante Genauigkeitssteigerungen erzielt (s.u.).
Durch die bildvariante Modellierung können Kamerainstabilitäten im Prozess der Bündelausgleichung
modelliert und ein starker Einfluss der Kameraparameter auf das photogrammetrische Ausgleichungsergebnis
aufgezeigt werden. Verschiedene Untersuchungen (siehe hierzu die Veröffentlichungen) verdeutlichen
Gravitationseinflüsse, die sich über die Messreihen verfolgen lassen. Sie zeigen deutlich die
Problematik heutiger moderner marktüblicher Technik, bei der eine Komponentenstabilität nicht gewährleistet werden
kann. Stark variierende Sensor-Objektiv-Beziehungen können mit dem entwickelten erweiterten Kameramodell bestimmt werden.
Durch die Modellierung der Sensoreigenschaften in einem Korrekturgitter auf der Grundlage der Finite-Elemente-Methode
war es möglich auch starke Sensordeformationen u.a. durch Einfluss von Wärme aufzuzeigen.
Das integrierte Finite-Elemente Korrekturmodell verdeutlicht die Resteinflüsse, die auf das photogrammetrische Bündel wirken.
Hierbei ist die Reproduzierbarkeit eines Korrekturgitters für eine Kamera-Objektiv-Kombination unabhängig von dessen
Bestimmung gezeigt worden.
Hochgenaue Systemprüfungen unterliegen zur Zeit noch dem Mangel an hochgenau und konstant vorliegenden Testumgebungen. Hohes Entwicklungspotential liegt in dem Bereich der Bereitstellung entsprechender Prüfmittel für die Optische 3D-Messtechnik und wird in weiterführenden Untersuchungen näher betrachtet.
Die Projektergebnisse sind im Wesentlichen in den bereitgestellten Veröffentlichungen ausführlich dargelegt. |
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Abstract:Camera Modelling and Verification of optical 3D measuring systems
Veröffentlichungen/Publications:Luhmann, T., Tecklenburg, W. (2000): "Kameramodellierung mit bildvarianten Parametern und finiten Elementen"; Publikationen der DGPF, Band 9. [pdf-484 KB] Luhmann, T., Tecklenburg, W., Hastedt, H. (2001): "Camera modelling with Image-variant Parameters and finite Elements"; Optical 3-D Measurement Techniques V, Wien. [pdf-91 KB] Hastedt, H., Luhmann, T., Tecklenburg, W. (2002): "Image-variant interior Orientation and sensor modelling of high-quality digital cameras"; ISPRS, Comm. V, Corfu. [pdf-188 KB] Kurzbeschreibung des Projektes [pdf-512KB] |
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