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Photogrammetrie für die Erstellung von 3D-Modellen

Photogrammetrie für die Erstellung von 3D-Modellen

Um ein Objekt ohne Berührung erfassen und vermessen zu können, werden vorab Fotos des Objekts benötigt. Dazu dienen die Fernerkundung und die Photogrammetrie. Letztere behandelt alle geometrischen Fragen und Messungen, die über die reine Bildinterpretation gesammelt werden können. Das ermöglicht zum Beispiel die Erfassung von topographischen Daten für GIS oder von Umweltparametern. Die 3D-Vermessung der Objekte über die Photogrammetrie ist auch in der Architektur, Medizin, Industrie oder Archäologie von Bedeutung.

Was ist Photogrammetrie?

Die Photogrammetrie ist eine Messmethode und Auswertung der Fernerkundung, die durch Fotografie ermöglicht, die räumliche Lage eines Objekts einzuschätzen und die dreidimensionale Form zu berechnen. Die Aufnahme der Bilder erfolgt mit Messkameras, die nur sehr geringe Abbildungsfehler verursachen, da eine direkte Kalibrierung möglich ist. Mittels der Photogrammetrie werden mehrere Fotos von ein und demselben Objekt geschossen, wobei der Aufnahmewinkel, der Abstand und andere Faktoren variieren. Diese Technik erlaubt dann die Erzeugung der 3D-Darstellung nach der Zusammensetzung aller Bilder.

Wie wird die Fernerkundung ausgewertet?

Ziel der Photogrammetrie in der Fernerkundung ist es, eine Berechnung und Auswertung der räumlichen Lage aller Bilder von einem Objekt zu erhalten. Dadurch ist über die zweidimensionale Darstellung von allen Seiten eine Wiederherstellung des tatsächlichen Objekts möglich. Das erfolgt nach den Gesetzen der Zentralprojektion. Die Berechnung der Photogrammetrie geschieht in getrennten Schritten. Die Messergebnisse werden danach kombiniert. Unterschieden wird zwischen:

  • der absoluten Orientierung aus den Gegebenheiten der relativen Orientierung, während der Massstab noch unbekannt ist
  • der äusseren Orientierung als die Wiederherstellung der räumlichen Lage von zwei Bildern
  • der inneren Orientierung als Messungen innerhalb eines Bildes, wobei der Bildhauptpunkt schon bekannt sein muss
  • der relativen Orientierung als Wiederherstellung der relativen Position beider Bilder im Raum für die Berechnung des Modells

Wann kommt Photogrammetrie zum Einsatz und wie funktioniert sie?

Die Photogrammetrie ist in vielen Bereichen notwendig und erleichtert die Berechnung und Erfassung von Daten und Objekten. Spezialaufgaben hat sie in:

  • der Architektur
  • der Geodäsie
  • der Medizin
  • der Erdbilderfassung
  • der Umweltmessung, zum Beispiel Bodenerosion oder Wasserverschmutzung
  • der Industrie
  • der Archäologie
  • der Kartierung und Vermessung
  • der Landwirtschaft

Die wichtigsten Anwendungsbereiche für die Photogrammetrie und die Fernerkundung betreffen die Aktualisierung und Erfassung von Daten und Parametern. Daher kommt sie verstärkt in der Entwicklung, Forschung und Praxis zum Einsatz, um über die Technik und Fotografie eine Auswertung der Daten zu gestatten. Das Verfahren dient der Vermessung und Orientierung, wobei die Kamera in der Lage ist, das Objekt aus allen Positionen detailgenau abzubilden. Das Objekt kann so wieder hergestellt werden, ohne zur Hand zu sein.

Die Photogrammetrie ermöglicht die Extrahierung der geometrischen Informationen des zweidimensionalen Bildes. Um daraus ein 3D-Modell zu erstellen, sind mehrere Bilder notwendig, die mit einer Kamera aufgenommen und dann zusammengefasst werden. Durch die Photogrammetrie kann daraus ein 3D-Scan erstellt werden, wodurch das Objekt aus den einzelnen Bildern und Blickwinkeln wiederhergestellt und in vollständiger Darstellung erschlossen werden kann.

Welche Vorteile ermöglicht die Fotografie der Objekte für die Photogrammetrie?

Die Photogrammetrie ermöglicht durch ihre genaue Objektdarstellung eine bessere Visualisierung, die räumliche Darstellung des Objekts im dreidimensionalen Bereich, die Langzeitdokumentation, die ständige Aktualisierung der Daten, die direkte Vermessung und Kartierung und die Baustandsüberwachung. Die aus den gewonnenen Fotos und Daten mögliche 3D-Modellierung aller Objekte bildet die Grundlage für die Projektplanung, zum Beispiel innerhalb des Bauwesens oder der Architektur.

Wann kommt bei der Photogrammetrie eine Drohne zum Einsatz?

Durch eine Drohne sind heute bei der Fernerkundung und Photogrammetrie ganz neue Möglichkeiten gegeben, die auch die ständige Aktualisierung der Landschaft und Geo-Erfassung ermöglichen. Über hochauflösende Bilder und Videos durch die Drohne aus geringer Höhe über dem Gebiet können die Bildkoordinaten von Grundstücken, Häusern, freiem Gelände, Bauprojekten und Nutzflächen besser erfasst werden, was wiederum die Projektplanung vereinfacht. Die Drohne nimmt dabei qualitativ hochwertige Bilder auf, die dennoch kostensparender sind als die Nutzung von Satellitenbildern oder der Einsatz von Flugzeugen und Hubschraubern. Die Drohne kann ferngesteuert und mit der Kamera viel näher an das Objekt herangeführt werden, wobei eine gute Orientierung möglich ist. Die Bearbeitung der Daten erfolgt dann über eine spezielle Software.

Welche Software ist für die Photogrammetrie empfehlenswert?

Es gibt hervorragende Computerprogramme für die 3D-Modellierung und die wichtigsten Grundlagen, aber auch geeignete Software für die Photogrammetrie und professionelle Design- und Projektanalyse. Das Verfahren, Messungen durch das Fotografieren durchführen zu können, erfordert die Verwendung einer Parallaxe, die zwischen verschiedenen Bildern und Blickwinkeln des Objekts erhalten bleibt. Das ermöglicht, komplexe Bewegungsfelder innerhalb der zwei- und dreidimensionalen Sicht aufzuzeichnen und über die Software auszuwerten.

Aus dem 3D-Scan kannst du über die Software ein 3D-Modell kreieren. Auch gibt es Programme, die Luftaufnahmen auswerten. Empfehlenswerte Softwares für die Photogrammetrie sind:

  • 3DF Zephyr, Photogrammetrie-Software für Einsteiger mit vielen Werkzeugen
  • Visual SFM, Anwendungssoftware für die 3D-Rekonstruktion
  • AutoDesk 123D Catch, Anwendungssoftware für die Umwandlung von Bildern in 3D-Modelle
  • Agisoft PhotoScan, Software für die photogrammetrische Triangulation und Distanzmessung

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