Upload
vantuyen
View
230
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
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
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
22. November 2004
2
Gliederung
I Panoramakamera
II Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
I Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
3
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
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
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
• 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
4
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
360360°°--ScantechnikScantechnik(analog)(analog)
Def.: Zeilenweise Abbildung auf einen Zylindermantel
22. November 2004
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
360360°°--ScantechnikScantechnik(analog)(analog)
HorizonHorizon 202 (GUS)202 (GUS)
NoblexNoblex Pro 150 (Dresden)Pro 150 (Dresden)Seitz (Schweiz)Seitz (Schweiz)
22. November 2004
5
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Digital Panoramic Camera EyeScan M3
Hersteller: KST (Kamera & System Technik)
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
360360°°--ScantechnikScantechnik(digital)(digital)
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
360360°°--ScantechnikScantechnik(digital)(digital)
6
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
360360°°--ScantechnikScantechnik(digital)(digital)
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
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Image data
Motor control
Optical fiber
Light source(180 W)
Lightning
Camera head
Turntable
Motor
Rotation axis
7
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
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
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
PanoramakameraI Panoramakamera
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
8
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Problem: Beleuchtung
Schloss Weimar - Schillerzimmer
Schloss Goseck bei Naumburg
9
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
• Aufnahmedauer
• Bilddateigröße Bearbeitungszeiten
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
SpiegeltechnikSpiegeltechnikDefinition: Aufnahmen die über eine reflektierende Oberfläche auf einen Sensor projiziert werden.
0-360 Panoramic Optic™
22. November 2004
10
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
Panorama vom Mount Everest im Gasometer Leipzig
Informationen: http://www.8848everest.de
„das größte Panorama der Welt“ von Yadegar Asisi
22. November 2004
11
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
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
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II
FisheyeFisheye--PanoramenPanoramen
22. November 2004
12
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panoramen aus Panoramen aus Einzelbildern Einzelbildern ((StitchingStitching))
Projektion auf Zylinder oder Kugel
Stitching automatisch/manuell
Radiometrische Überblendung
Zuschnitt des Panoramas
13
Panoramakamera
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
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
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
PanoramafilmPanoramafilm
Panoramafilme 360Panoramafilme 360°°x270x270°°Firma IMC (Firma IMC (ImmersiveImmersive Media Corp)Media Corp)USA Portland, Oregon USA Portland, Oregon
14
II Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Mathematische Grundlagen Grundmodell Zentralperspektive
ydZZrYYrXXrZZrYYrXXr
cyy
xdZZrYYrXXrZZrYYrXXr
cxx
′+−⋅+−⋅+−⋅−⋅+−⋅+−⋅
⋅−′=′
′+−⋅+−⋅+−⋅−⋅+−⋅+−⋅
⋅−′=′
)()()()()()()()()()()()(
033023013
0320220120
033023013
0310210110
Kollinearitätsgleichungen:
15
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
)()()()()()()()()(
2
arctan1
033023013
032022012
031021011
0
22
0
ZZrYYrXXrzZZrYYrXXryZZrYYrXXrx
dnAyxA
zcNn
dmAx
yA
m
vv
hh
−⋅+−⋅+−⋅=−⋅+−⋅+−⋅=−⋅+−⋅+−⋅=
+++⋅
⋅−=
++
−⋅=
η
ξ
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
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
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
0°
90°
180°
270°ξ 90
ξ 180
ξ 270
|η|
dη
16
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
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
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Aicon-Zielmarke (∅ 10 mm)
Zielmarke, uncodiert (∅ 20 mm)
Kalibrierraum
- 230 Zielmarken
- Messung: photogrammetrisch
- Standardabweichung: 0,05 – 1 mm
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
17
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Prinzip der Panorama-3D-Auswertung
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
0.15 mmσZ
0.27 mmσY
0.33 mmσX
0.22 pixel
Free network adjustment
0σ̂
Testraum (7.5 × 5.0 × 2.5 m³):
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
18
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Panoramas: 5
Passpunkte: 12
Objektpunkte: 350
Mittlere Abweichung:
|∆X| = 0.58 mm
|∆Y| = 0.44 mm
|∆Z| = 0.36 mm
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
P
O‘1 O‘2
P‘1 P‘2
K‘
b
P‘1K‘
Kernliniengeometrie – Suche homologer Bildpunkte
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
19
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Tangentialprojektion 90° Panorama-ausschnitt
Zentral-perspektive
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Digitale Entzerrung
Fassadenplan für Architektur
Auflösung: ca. 8000 × 8000 pixel (64 MPixel)
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
20
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III LaserscanningPanorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Stereoauswertung
b1
b2
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III LaserscanningPanorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Stereoauswertung
21
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III LaserscanningPanorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Turm in Delitzsch
Deckengewölbe (Stadttor Zeitz)
Horizontale Rotationsachse
fokus GmbH Leipzig
fokusGm
bH L
eipzig
Vertikalaufnahmen
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Courtyard within thecampus of Dresden University
Dimensions:
45 × 45 × 20 m³
22
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Textur-Projektion in ein 3D-Modell
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
• erbaut 1710-1728 von Pöppelmann
• „Perfektestes Beispiel“ des späten Barock in Deutschland
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
23
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
• Objektgeometrie ausBündelblockausgleichung mit Panoramen
• Projektion von Textur aus Panoramen
• ca. 40 Ebenen („3D Bildpläne“)
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Panorama-Photogrammetrie
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
I PanoramakameraII Panorama-Photogrammetrie
III Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
24
III Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Airborne Laserscanning
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Terrestrisches Laserscanning
25
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Terrestrisches Laserscanning
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
26
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Neue Photographische Gesellschaft in Sachsen 23. Oktober 2004
III Panorama-PhotogrammetrieIV Laserscanning
V Demonstration Laserscanner
Terrestrisches Laserscanning
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
OBJEKT
X
Y
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
27
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
28
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
• ca. 6 Millionen 3D-Punkte„Punktwolke“
• zusätzlich Aufnahmen mit Digitalkamera
Einfärben der Punkte
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
29
Laserscanning
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
V Demonstration Laserscanner
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Neue Photographische Gesellschaft in Sachsen 22. November 2004
30
Demonstration Laserscanner
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV 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
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Demonstration Laserscanner
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
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
class
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration Laserscanner
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
31
II Panorama-PhotogrammetrieIII Laserscanning
IV Demonstration LaserscannerDemonstration Laserscanner
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
RiScan
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dipl.-Ing. Danilo Schneider, Technische Universität Dresden
Kontakt: [email protected]
Vorlesung Photogrammetrie II 22. November 2004