How we build reality

High Dynamic RangeCase Study

Zoller + Fröhlich zählt zu den weltweit führenden Unternehmen im Bereich der berührungslosen Lasermesstechnik und verfügt aufgrund langjähriger Tätigkeit sowie einer Vielzahl durchge-führter Projekte über einen enormen Erfahrungsschatz.

Innovative Gedanken werden von jeher gefördert und in zukunfts-weisende Produkte umgesetzt. Aufgrund des Supports, den wir unseren Kunden entgegenbringen, können wir auf langjährige, treue Kunden bauen, die unseren Service sehr schätzen.

Unternehmensübersicht

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Jeder kennt das Problem: man macht ein Bild mit einer Kamera von einer sehr kontrastreichen Szene (siehe Bild 1a). Es gibt in dieser Aufnahme sehr hel-le und sehr dunkle Bereiche und es gilt bei der Aufnahme genau zu über-legen, welchen der Bereiche man korrekt belichten möchte. Der Grund liegt darin, dass Kameras nicht genügend Dynamikumfang aufweisen,um alle Zwischenstufen zwischen dem hellsten und dunkelsten Punkt der Szeneabbilden zu können. Wenn später die entsprechenden Bereiche per Bildbe-arbeitung aufgehellt oder abgedunkelt werden, bekommt man keine guten Ergebnisse.

High Dynamic Range

1c) stark überbelichtete Bereiche in rot

1b) stark unterbelichtete Bereiche in pink

Z+F HDR Punktwolke mit Z+F IMAGER® 5010C

Für eine HDR-Aufnahme werden mehrere Einzelbilder mit unterschiedlichen Belichtungen erstellt und kombiniert (siehe oben)

3D-Scan ohne HDR Farbe3D-Scan mit HDR Farbe

1a) einfaches Foto einer kontrastreichen Szene

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HDR Punktwolke des Z+F IMAGER® 5010C

Was ist HDR?

Vergleich zwischen Z+F HDR und Standardfotografi e

Hierfür werden vom gleichen Aus-schnitt mehrere Bilder mit verschiedenen Belichtungszeiten aufgenommen, gezielt auch unterbelichtete und überbelichtete Bilder, damit jeder Kontrastbereich einmal richtig erfasst wird (siehe Bild 1b, S. 2). Auch die Details der ansonsten unzureichend belichteten Bereiche werden dadurch erfasst. Danach werden alle Bilder zu einem einzigen Bild mit sehr hohem Dynamik-Umfang vereint, zu einem best-möglichen Resultat (siehe Bild 1c, S. 2).

HDR ist keine neue Technik, aber als ers-ter Hersteller hat Z+F diese Aufnahme-technik benutzerfreundlich in einen Laserscanner integriert. Bis dato war der HDR-Workfl ow jedoch sehr aufwendig. Meist wird dafür eine Spiegelrefl exka-mera mit einem extremen Weitwinkel-objektiv benutzt. Diese wird auf einen Nodalpunkt-Adapter montiert und an die Stelle des Laserscanners gesetzt.

Dieser Prozess kostet wertvolle Zeit und kann fehlerbehaftet sein, z.B. durch un-genaue Registrierung.

Der Z+F IMAGER® 5010C erledigt al-le Arbeitsschritte vollkommen automa-tisch. Einfach nur die integrierte Kamera am Scanner aktivieren und alle nötigen Einzelbilder werden nach dem Scan in wenigen Minuten aufgenommen. Das HDR Bild wird danach vollautomatisch in der Z+F LaserControl® Software erstellt und mit den Punktdaten vereint. Im Ge-gensatz zur manuellen Methode setzt das von Z+F entwickelte Verfahren kei-nerlei photographische Kenntnisse vo-raus, z.B. bezüglich Wahl der Blende sowie Belichtungszeit und ermöglicht ei-ne einfache und schnelle 3D Dokumenta-tion der Umgebung.

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IndustrieBestehende Fabrikhallen und Anlagen kön-nen mit Laserscanning in allen Einzelheiten dreidimensional und millimetergenau erfasst werden.

Aus den 3D-Scandaten werden CAD- Modelle des Ist-Zustandes einer Fabrik oder einer Anlage generiert (z.B. Rohre, Stahl-träger etc.).

Mit diesen Modellen können Erweiterungender Anlage geplant sowie Kollisions- prüfungen in realen 3D Räumen durch-geführt werden.

2D Konstruktionspläne können einfach auf Grundlage der millimetergenauen Raum-koordinaten der Scans erstellt werden. Die Farbgebung macht die Unterscheidung von Leitungen und Rohren und deren Zuord-nung möglich. Im Anlagenbau wird z.B. oft folgende Farbkombination verwendet:

• Rot=warm• Blau=kalt• Gelb=Gase

Auch lässt sich durch die HDR Farbe der Zustand der Rohre dokumentieren (z.B. Rost etc.)

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HDR Punktwolke des Z+F IMAGER® 5010C im Hafen von Kapstadt, Südafrika. Die Farbe der Rohre lässt Rückschlüsse auf deren Inhalt und Zustand zu. Quelle: Satmap Solutions/ HORTS Solutions, Südafrika

Punktwolke einer Anlage in starkem Sonnenlicht. Quelle: Satmap Solutions/ HORTS Solutions, Südafrika

Anlage mit überlagertem CAD-Modell, Zeche-Zollverein, EssenScan des Zeppelin NT-Hangars

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Die Dokumentation von denkmalge-schützten Bauwerken (Schlösser, etc.) stellt, aufgrund der zu erfassenden De-tails, eine sehr komplexe Aufgabe dar.

Für nötige Sanierungen, muss die geometrische Planungsgrundlage meist neu erstellt werden.

Durch die 3D-Dokumentation wird eine ideale Voraussetzung zur Rekonstruk-tion der gestalterischen Gegebenheiten oder feiner Stuckarbeiten gebildet. Durch das Festhalten in einer Datenbank können Rekonstruktionen zu jedem späteren Zeitpunkt realisiert werden.

Die Farbgebung der Scans ist im Denkmalschutz sehr hilfreich, um den plastischen dekorativen Aufbau besser zu dokumentieren. Zudem ist eine bessere Beurteilung der Bausubstanz gegeben sowie deren Beschaffenheit (Moos-, Schimmel- oder Pilzbefall) erkennbar.

DenkmalschutzDurch die HDR Einstellung werden die Objekte unabhängig von der Sonnenein-strahlung optimal belichtet dargestellt. Dies erleichtert die Materialunterschei-dung und lässt einen realistischen Ein-druck entstehen.

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Z+F HDR Punktwolke von „Fort St. Jago“, Ghana durch das Zamani Project, Südafrika

HDR Punktwolke der St. Martins Kirche, Wangen im Allgäu, Deutschland

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ArchitekturAus den 3D-Messdaten lassen sich 2D-Pläne wie Grundrisse, Frontansichten, Höhenschnitte sowie gesamte 3D-Modelle erstellen.

Die digitalen 3D-Daten bilden daher eine ide-ale Planungsgrundlage. Durch die Bestand-saufnahme mit einem Laserscanner werden unter anderem Simulationen und Varianten zur Erstellung neuer Studien des Objektes unterstützt.

Der Z+F IMAGER® 5010C generiert ein ex-aktes räumliches Punktemodell komplex-er Bauwerke und deren Umgebung. Die Abbildung von Fassaden mit minimalen Schatteneffekten unter Dachvorsprüngen und Gesimsen wird detailgetreu möglich.

Selbst Farbaufnahmen in Szenen mit sehr hohen Kontrasten in Gebäuden mit großen Glasfassaden sind mit HDR erfassbar.

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Z+F HDR Punktwolke in den Straßen von Amsterdam, Niederlande

Z+F HDR Punktwolke in den Straßen von Valparaíso, Chile

Die Z+F HDR-Technik erlaubt einfaches Arbeiten auch in Szenen mit sehr hohen Kontrasten

Hotel „The Broadmoor“, Colorado Springs, USA

HDR-Orthophoto einer Wand, erstellt aus dem oben abgebildeten Scan

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ForensikIn nur wenigen Minuten liefert der Z+F Laser-scanner genaue Messdaten von Tatorten und Unfallszenen, sowohl in der freien Natur als auch in Innenräumen. Diese Daten dienen den Sachbearbeitern zur schnellen Ermittlungsunterstützung, um den jeweils vermessenen Ort “messtech-nisch einzufrieren” und zu dokumentieren.

Die Messverfahren und die Auswertun-gen auf Basis von Laserscannerdaten sind mittlerweile gerichtlich anerkannt und werden von LKA, BKA, Schweizer Polizei und vom FBI eingesetzt.

Die detailgetreue Beweissicherung zur ob-jektiven Dokumentation von Tatorten und Unfallszenen ist mit HDR auch bei starkem Sonnenlicht möglich.

Die Z+F HDR Lösung ermöglicht eine objektive Dokumentation auf einfachste Art und Weise.

HDR-Punktwolke mit Z+F IMAGER® 5010C eines nachgestellten Tatorts.

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HDR Punktwolke ermöglichen die Dokumentation auch von dunklen Stellen. Auch schwarze Objekte auf dem dunklen Untergrund sind gut zu erkennen

3D Modell einer Unfallszeneobige HDR Punktwolke in 3D

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Z+F HDR-Scans Around the World

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Chile

Hawaii

Deutschland Tunesien

Österreich

Hauptsitz – Deutschland

Zoller + Fröhlich GmbH Simoniusstrasse 2288239 Wangen im AllgäuDeutschland

Tel.: +49 7522 9308-0 Fax: +49 7522 9308-252

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Niederlassung – UK ZF UK Laser Limited9 Avocado CourtCommerce WayTrafford ParkManchester M17 1HWGroßbritannien

Tel.: +44 161 8717 050 Fax: +44 161 3125 063

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