Photogrammetrie

In der Photogrammetrie (Bildmessung) rekonstruiert man aus Abbildungen (z.B. der perspektivischen Abbildung einer Fotografie) eines Objektes seine räumliche Lage bzw. dreidimensionale Form. Außerdem können auch Einzelbilder entzerrt werden, wenn zusätzliche Informationen vorliegen.

Die Photogrammetrie ist ein passives Fernerkundungs- und Vermessungsverfahren, da sie die berührungslose Informationsgewinnung von räumlichen Objekten ermöglicht. Im Gegensatz zu anderen Fernerkundungsmethoden wird dazu allerdings nur das photographisch erfassbare Lichtspektrum und nicht das gesamte elektromagnetische Spektrum verwendet.

Man unterscheidet zwischen zwei Hauptanwendungsgebieten:

• Luftbildphotogrammetrie und
• terrestrischer bzw. Nahbereichsphotogrammetrie

Luftbildphotogrammetrie

Bei der Luftbildphotogrammetrie werden die photographischen Aufnahmen durch eine flugzeuggetragene (digitale oder analoge) Messbildkamera erzeugt. Es entstehen in der Regel regelmäßige, streifenweise angeordnete Bildreihen, in denen sich benachbarte Bilder in der Regel um ca. 60% überlappen (Lehrbuch: Karl Kraus: Photogrammetrie).

Anwendungsgebiete

• Erstellung und Fortführung topographischer Karten und Orthophotos
• großmaßstäbige Punktbestimmung in Liegenschaftskataster und Flurbereinigung
• Erstellung von digitalen Geländemodellen (DGM)
• Landnutzungserhebung, Umwelt- und Leitungskataster

Nahbereichsphotogrammetrie

In der Nahbereichsphotogrammetrie gibt es keine Einschränkungen bei der Aufnahmeanordnung. Es können beliebige, z.B. frei gehaltene Aufnahmen verwendet werden, so dass ein Objekt aus möglichst allen Richtungen aufgenommen wird. In der Regel werden dazu heute höher auflösende Digitalkameras verwendet (Lehrbuch: Thomas Luhmann: Nahbereichsphotogrammetrie).

In jüngster Zeit hat auch die moderne Kinematographie Techniken aus der Photogrammetrie übernommen. Beispiele dafür sind die Bullet Time und die Burly Brawl - Technologie aus den Filmen Matrix und Matrix Reloaded (siehe hierzu), im Film Fight Club wurden mit dieser Technik interessante Kamerafahrten ermöglicht.

Anwendungsgebiete

• Architektur und Archäologie (Bauaufnahme, Restauration und Denkmalpflege)
• Industriemesstechnik
• Medizin
• Filmindustrie
• Unfallphotogrammetrie

Einzelbildauswertung

Eine Entzerrung von einzelnen fotografischen Aufnahmen ist möglich, wenn sich das abzubildende Objekt in einer Ebene befindet (z.B. Hausfassade oder Straßenoberfläche) und zusätzliche Angaben über die Größenverhältnisse vorliegen (Maßstäbe in unterschiedlichen Bildbereichen, Passpunkte).

Anwendungsgebiete

• Architektur: wenig strukturierte Hausfassaden
• Unfallphotogrammetrie

Datenerhebung und Auswertemethoden

Man unterscheidet folgende Arten photogrammetrische Daten zu gewinnen und auszuwerten:

• analoge Photogrammetrie (optisch-mechanische Photographie und Auswertung)
• analytische Photogrammetrie (optisch-mechanische Photographie und rechnergestützte Auswertung)
• digitale Photogrammetrie (digitale Photographie und rechnergestützte Auswertung)

Bei der digitalen Photogrammetrie wird die digitale Bildverarbeitung und immer häufiger auch die Mustererkennung als Auswerteinstrument eingesetzt.

Einige mathematische Grundlagen der Photogrammetrie

Eine photographische Abbildung unterliegt den mathematischen Gesetzen der Zentralprojektion.

Zur Rekonstruktion räumlicher Objekte aus perspektivischen Bildern sind mindestens zwei Aufnahmen des selben Objekts notwendig. Dabei vereinfacht sich die Auswertung, wenn beide Aufnahmezentren eine Basis bilden, welche parallel zur Objektebene verläuft (vergleichbar mit dem menschlichen Auge und dem räumlichen Sehen (Stereoskopie)). Durch die unterschiedlichen Aufnahmestandorte ergeben sich leicht unterschiedliche Bilder. Den Unterschied zwischen den gemessenen Koordinaten in beiden Bildern für einen Punkt nennt man Parallaxe.

In der Regel werden aber Bündel von mehreren Aufnahmen gebildet die in einer so genannten Bündelblockausgleichung ausgewertet werden.

Historische Entwicklung

Die Photogrammetrie wurde theoretisch schon vor Erfindung der Photographie entwickelt.

Praktisch wurde sie seit Beginn des 20. Jahrhunderts als analoges Verfahren immer stärker eingesetzt und weiterentwickelt. Seit Aufkommen der EDV wurde die analoge Photogrammetrie mehr und mehr durch digitale Auswerteverfahren ersetzt.

Vor- und Nachteile der Photogrammetrie gegenüber anderen Vermessungsverfahren

Vorteile

• berührungslose Messung
• sehr geringer Zeitbedarf für die Aufnahme (Messung) vor Ort
• flächenhafte optische Erfassung des Objekts
• hohe Flexibilität bezüglich Aufnahme, Genauigkeit, Qualität und Ergebnissen

Nachteile

• Objekt muss abbildbar ("sichtbar", "farblich variierend") sein
• indirekte Beleuchtung erforderlich
• für dreidimensionale Erfassung sind mind. zwei Aufnahmen von unterschiedlichen Standorten mit korrespondierndem Bildinhalt notwendig
• Aufnahme und Auswertung erfolgen örtlich und zeitlich getrennt

Weblinks

• Stereobildarchiv Prof.Schuhr
• Bildflugplanung - Karsten Jacobsen, Institut für Photogrammetrie und GeoInformation, Universität Hannover (pdf)
• Photogrammetrie II - IV (Lehrveranstaltung Universität Hannover
• Institut für Photogrammetrie Bonn
• Fachgebiet für Photogrammetrie und Kartographie an der TU Berlin
• Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung Karlsruhe
• Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik Oldenburg
• Deutsche Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation
  

Siehe auch: Fernerkundung, Geodäsie, Vermessung, Stereoskopie, Bildverarbeitung, Mustererkennung, Augmented Reality, Computer Vision