Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Aufnahme und Auswertung von Luftbildern
1. Definitionen
2. Grundlagen der Geometrie des LuftbildesZentralperspektive und orthogonale KartenprojektionAufnahmerichtungMaßstabsbestimmung im LuftbildUrsache von Verzerrungen im LuftbildDefinition von Meßbildern
3. Beschaffung und Bildflugplanung
4. Grundlagen der Zweibildauswertung
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Definitionen
Luftbild = aus einem Flugkörper aufgenommene Photographie.• analog: Silberhalogen-Filmemulsionen.• digital: a) digitalisierte Filmemulsionen .
b) digitiale Bilder von Flächen- oder Zeilensensoren aus ladungsgekoppelten Halbleiterelementen(CCD = charge coupled device).
Photointerpretation = Gewinnen nichtmetrischer Informationen aus PhotosDeutung des Bildinhaltes, thematische Auswertung.
Photogrammetrie = Rekonstruktion von Lage , Größe und Form von Objekten aus Photographien; Messtechnik, die die Modellierung eines 3D-Raumes aus 2D-Bildern erlaubt.Teilbereiche:•Aerophotogrammetrie (Luftbildmessung)•Terrestrische Photogrammetrie (Erdbildmessung)•Laserscanning (flugzeuggetragen, terrestrisch)
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•Karten (Lage- und Höhenauswertung)
•Entzerrte photographische Bilder(Orthophotokarte, Luftbildkarte)
•Digitale Geländemodelle (DGM)
•3D-Koordinaten von Einzelpunkten
Produkte der photogrammetrischen Luftbildauswertung
TK 25 alt
TK 25 neu
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Zentralperspektive und orthogonale Kartenprojektion
Grundlagen der Geometrie des Luftbildes
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Nadiraufnahme: (ν = 0°): v = 0° lotrechte Aufnahme
Aufnahmerichtung
Senkrechtaufnahme (ν > 0 ≤ 3°): stereoskopische Auswertung noch möglich,
Schrägaufnahme (ν > 3°): keine stereoskopische Auswertung möglich
Horizontalaufnahme
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Maßstabsbestimmung im Luftbild
t
b
gbb
ss
hc
mM ===
1
Mb = Bildmaßstabmb = Bildmaßstabszahl
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Bildmaßstab
t
b
gbb
ss
hc
mM ===
1
großmaßstäblich: >= 1:5.000 mittelmaßstäblich: < 1 : 5.000 bis 1 : 20.000kleinmaßstäblich < 1 : 20.000 bis 1 : 60.000ultrakleinmaßstäblich < 1 : 60.000
Zusammenhang zwischen Kartenmaßstab und Bildmaßstab aus praktischen Erfahrungen:
kb mkm ⋅=Beispiel:1: mk mb1: 1.000 6300 - 95001:25.000 32.000 - 47.000
K = Konstante,die zwischen 200 und 300 schwankt
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Ursachen von Verzerrungen im Luftbild
1. Reliefbedingte radiale Punktversetzung Δr‘
Δ 'r = Δh oh
r ' =Δh cm
rb •
'
Δr’ = radiale Punktverschiebung im Gelände Δh = Höhe des Punktes im Vergleich zur
Bezugsebene 'r = Abstand des Punktes vom Bildnadir
c = Kammerkonstante mb = Maßstabszahl ho = Flughöhe über Grund
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Radiale Punktversetzungen Beispiel: Aufnahme Manhattan, New York.
•Geländeobjekte, die sich vertikal über ihre Nachbarschaft erheben kippen nach außen. Sichttote Bereiche.
•Bei Geländehöhenunterschieden werden gleichlange Strecken in der Karte ungleichlang im Luftbild abgebildet.
•Flächen- und Winkel--verzerrungen im Luftbild.
•Höherliegende Geländeorte werden in größerem Maßstab abgebildet als Tieferliegende.
Reliefbedingte radiale Punktversetzung
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Radiale Punktversetzungen in Abhängigkeit der Brennweite
Je kürzer die Brennweite, desto weiter entfernt wird die Spitze eines Baumes von seinem Stammfuß dargestellt.
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Projektive VerzerrungenAuswirkung der Nadirdistanz v bei Senkrecht- und Schrägaufnahmen auf die Bildgeometrie
Der Bildmaßstab nimmt (bei ebenem Gelände) kontinuierlich von P‘1 bis P‘8 ab. Sichttote Fläche hinter Erhebungen nehmen zu
2. Projektive Verzerrungen bei Schrägaufnahmen
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Weitere Ursachen für Verzeichnungen:
•Objektivverzeichnung
• Erdkrümmung und Atmosphärische Refraktion
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Hilfsabbildungen auf einem Meßbild
1 Rahmenmarken3 Bildnummer4 Uhr zur Dokumentation der Aufnahmezeit
5 Barometrischer Höhenmesser 6 Dosenlibelle zur Überwachung der
Horizontierung des Flugzeuges7 Datum und Projekt8 Kameranummer10 Kammerkonstante
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Definition eines analogen Meßbildes
H = BildhauptpunktM = Bildmittelpunkt
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Definition eines digitalen Meßbildes
H = Bildhauptpunkt
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Zusammenhang zwischen Bild und Objektkoordinaten
Zusammenhang zwischen 2D-Bildkoordinaten und 3D-Objektkoordinaten(Kollinearitätsbeziehung)
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3. Beschaffung und Bildflugplanung
Luftbildarchive in Deutschland:
•Landesvermessungsämter•Landesarchive•Bundesarchive•Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt•Dienststellen der Forstverwaltung•Landkreis•Stadtvermessungsamt•Bildflugfirmen
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Bildflugdesign
Reihenmesskammer (Leica RC-30)
Vermessungsflugzeug
DMCDigitale Modulare Camera (Zeiss)
Längs- und Querüberdeckung
Flächendeckende Erfassung
Digitale MatrixkameraUltraCamD (Vexcel Imaging)
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Digital Flight Equipment
Camera mount Camera control
Digital SensorHead
Laserscanner LaserscannerControl (GPS and IMU)
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Kameratyp und Bildformat
Reihenmeßkammer Nicht-Meßkammer (Amateurkamera)
Kalibrierung: Lage des BildhauptpunktesKammerkonstante (Brennweite)Objektivverzeichnung
Bildformate: großformatig: 23 x 23 cm, 30 x 30 cm, 18 x 18 cmmittelformatig: 56 x 56 mmkleinformatig: 24 x 36 mm
Beispiel:Bildformat Geländefläche eines Bildes im
Bildmaßstab 1 : 10.000Kleinbild 24 x 36 mm 8,64 haRMK 23 x 23 cm 529 ha
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Kameratyp
Reihenmeßkammer 23 x 23 cm
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Objektiv und Brennweite
Objektiv Brennweite Öffnungswinkel
Normalwinkelobjektiv (c1) 305 mm 50 - 75°Weitwinkelkammer (c2) 153 mm 75 - 100°Überweitwinkelkammer 85 mm 119°
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und FernerkundungPhD Colloqium Forest Inventory and Forest Growth 27.4.2006
Dr. H. Fuchs
Operationale Digitale Luftbildkameras:
1. Matrix-Kamera
UltraCamD (Vexcel Imaging)
DMC (Intergraph)
2. Zeilen-Scanner
ADS40 (Leica)
HRSC (DLR)
Stand der Technik
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und FernerkundungPhD Colloqium Forest Inventory and Forest Growth 27.4.2006
Dr. H. Fuchs
Prinzip der opto-elektronischen Sensoren
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Line-Scanner Concept Matrix-Scanner Concept
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und FernerkundungPhD Colloqium Forest Inventory and Forest Growth 27.4.2006
Dr. H. Fuchs
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Line-Scanner ADS40
UltraCamD(Vexcel Imaging,Austria)
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Line-Scanner ADS40
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Spektrale Sensibilität von Luftbildfilmen
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State of Technology
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Flugzeitpunkt und -bedingungen
Kriterien für die Wahl des Befliegungstermines:
•Aufnahmezweck (z.B. phänologische Aspekte z.B. Baumarten, Bodenvegetation, Waldschäden)
Sonnenhöhe: (abhängig von Tages- und Jahreszeit > 45°)
Bewölkungsgrad: (unter Flughöhe 0, über Flughöhe < 3/8 Cirrus,< 1/8 Cumulus)
Lufttrübung: (Bodensichtweite > 10 km)
Windgeschwindigkeit: < 10 km/h
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Datenqualität Digitale Luftbilder
Sommersemester 2009, Bsc. Fernerkundung I, Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Datenqualität Digitale Luftbilder
Sommersemester 2009, Bsc. Fernerkundung I, Abteilung
Waldinventur und Fernerkundung
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Datenqualität Digitale Luftbilder
Sommersemester 2009, Bsc. Fernerkundung I, Abteilung
Waldinventur und Fernerkundung
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Datenqualität Digitale Luftbilder
Sommersemester 2009, Bsc. Fernerkundung I, Abteilung
Waldinventur und Fernerkundung
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Datenqualität Digitale Luftbilder
Sommersemester 2009, Bsc. Fernerkundung I, Abteilung
Waldinventur und Fernerkundung
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Stereoskopisches Sehen: Definition
Gesichtsfelder von jagendenund gejagten Tieren
Stereoskopisches, 3-dimensionales oder räumliches Sehen ist die Betrachtung des Raumes und der in ihm befindlichen Dinge mit zwei Augen.
Jagende Tiere brauchen zum Ergreifen der Beute eine hohe Präzision beim Einschätzen von Entfernungen.
Gejagte Tiere müssen Jäger beizeiten bemerken und benötigen ein möglichst großes Gesichtsfeld.
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Natürliches Stereoskopisches Sehen
Grundprinzip des natürlichen räumlichen Sehens
Horizontalparallaxe: Abweichung der einzelnen Punkte in den beiden aufgenommenen Bildern
Vertikalparallaxe: beim natürlichen Sehen nicht möglich
Konvergenz: automatische Ausrichtung derAugenachsen auf den betrachteten Gegenstand
Akkomodation: Fokussierung der Augenlinsenauf die gleiche Entfernung
Be = Augenbasis
Konvergenz-winkel
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Künstliches Stereoskopisches Sehen
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Künstliches Stereoskopisches Sehen
Voraussetzungen zur Erzeugung von künstlichen Raumbildern:1. Zentralperspektivische Bilder von verschiedenen Aufnahmeorten (2 Bilder von 2 Standpunkten Stereobildpaar)
2. Orientierung beider Bilder
3. Jedem Auge wird gleichzeitig und getrennt eines von diesen Bildern dargeboten (Bildtrennung):
•Linsen- oder Taschenstereoskop•Spiegelstereoskop•Anaglyphenverfahren•Polarisationstechnik•Flüssigkeitskristall-Verschlüsse (Wechselblenden)
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Künstliches Stereoskopisches SehenOrientierung eines Luftbildbildpaares
Zuordnungsmöglichkeiten der Bilder eines Stereobildpaares und dadurch hervorgerufene Seheffekte
Schematische Darstellung zur Orientierung eines Luftbildpaares nach Kernstrahlen
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Linsen- oder Taschenstereoskop
Bildtrennung
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Spiegelstereoskop
Stereomikrometer
Bildtrennung
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Anaglyphenbild einer hügeligen Moränenlandschaft am nördlichen Bodensee
Sommersemester 2009, Bsc. Fernerkundung I, Abteilung
Waldinventur und Fernerkundung
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Polarisationstechnik:
Filter, die die Projektionsstrahlen der beiden Teilbilder senkrecht zueineinander polarisieren
Bildtrennung
Flüssigkeitskristall-Verschlüsse:
die Bilder werden abwechselndprojeziert und der Sehvorgang von den Augen sychron mit einer Wechselfrequenz von 120 Hz blockiert
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Baumhöhenmessung mit einfacher Parallaxenmessung
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Probleme bei der photogrammetrischen Baumhöhenmessung
•Keine Berücksichtigung von Geländehöhenunterschieden:Bei bewegtem Relief muss zusätzlich eine Bezugsebene bestimmt werden, welche im Regelfall vom Fußpunkt des zu messenden Objektes abweicht
•Modelldeformation durch Abweichung vom Normalfall der Stereoauswertung•(Keine Nadiraufnahme, Höhenunterschiede)
•Keine Bodensicht in dicht bestockten Waldbeständen, störende Bodenvegetationoder Baumfußpunkt zu weit entfernt
•Begrenztes räumliches Auflösungsvermögen in Abhängigkeit von Objektiv,Bildmaßstab und Filmemulsion.
•Einstellungsfehler der Meßmarke
•Windbewegung
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Methods: Preprocessing
Die Differenz zwischen Digitalem Oberflächenmodell (DSM) und Digitalem Geländemodel (DTM) ergibt ein normalisiertes digitales Oberflächenmodell (nDSM). Dieses kann für die automatisierte Baumhöhenmessung benutzt werden.
DTM DSM Orthophoto
Sommersemester 2009; B.Sc.: Fernerkundung Abteilung Waldinventur und Fernerkundung
Automatische Interpretation von Einzelbäumen
Segmentierung KlassifizierungTrainingsgebiete