PHOCAD

PHIDIAS - Das Photogrammetrische Interaktive Digitale Auswertesystem

PHIDIAS in MicroStation
Das Orientierungsmodul von PHIDIAS
Spezielle Auswertefunktionen
   Semi-stereoskopische Messfunktionen
   Schnitt mit beliebigen Oberflächen
   Homogenisierungsfunktionen
   Stereomessung
   Automatische Zielzeichenmessung
   Kantenmessung
Bildentzerrung
Kombinierte Auswertung mit Laserscannerdaten
Genauigkeiten
Systemanforderungen

PHIDIAS ist ein digitales photogrammetrisches System, das durch die Integration in das leistungsfähige CAD-System MicroStation die effektive Vermessung und dreidimensionale Auswertung komplexer Objekte und Anlagen ermöglicht.

Hochauflösende digitale Messbilder aus unterschiedlichsten Quellen bilden die Grundlage für vielfältige Vermessungsaufgaben in Industrie, Architektur, Denkmalpflege, Archäologie oder Forensik.

PHIDIAS in MicroStation

PHIDIAS ist eine völlige Neuentwicklung auf dem Gebiet der photogrammetrischen Auswertesysteme und läuft als Applikation unter dem CAD-System MicroStation. Die mittels PHIDIAS gewonnenen Daten werden unmittelbar in MicroStation gespeichert und können dort direkt weiter verarbeitet werden. Sie können PHIDIAS auch mit anderen Bentley Anwednungen wie z.B. Bentley Architecture oder PlantSpace einsetzen.

PHIDIAS arbeitet mit digitalen Bildern, die zum Zwecke der Auswertung in bis zu 8 Ansichtsfenster von MicroStation geladen werden.

Der Anwender nimmt anhand der auf den Bildschirm geladenen Rasterbilder die geometrische Auswertung vor, ohne dass er in den Bedienungsmöglichkeiten von MicroStation eingeschränkt ist. Dies bedeutet, dass sowohl einfache Funktionen wie z.B. das Platzieren von Linienzügen oder Flächen als auch das Verschneiden von komplexen Volumenelementen oder das interaktive Platzieren von Bauteilen aus einer Bibliothek wie gewohnt in MicroStation aktiviert und ausgeführt werden. PHIDIAS fängt die Eingaben bei Vorhandensein von orientierten Bildern ab und trägt Sorge dafür, dass die Zeichnungselemente unter Berücksichtigung der photogrammetrischen Auswertebedingungen platziert werden.

Das so erzielte Auswerteergebnis wird als Zeichnung den Aufnahmen überlagert (Superimposition). Durch die Einlagerung der Photogrammetriekomponente PHIDIAS in MicroStation ergeben sich für den Anwender ein Reihe von Vorteilen, von denen hier nur eine Auswahl dargelegt wird:

• Dem Anwender steht für die photogrammetrische Auswertung die umfangreiche Befehlssammlung von MicroStation für die Erstellung und Bearbeitung von Plänen zur Verfügung. So wird zum Beispiel durch Grundfunktionen wie Kopieren, Spiegeln, parallel Versetzen, Extrudieren usw. die zügige Planerstellung unterstützt. Die intelligente Konstruktionshilfe AccuDraw kann darüber hinaus die 3D-Auswertung durch Messung in nur einem Bild wesentlich beschleunigen.
   
• Durch die Überlagerung der Zeichnung mit den Aufnahmen auf dem Bildschirm kann der Auswerter mit einem Blick beurteilen, ob die Auswertung richtig und vollständig ist. Hierdurch ist man in der Lage, viele Fehler schon bei der Erfassung auszuschalten, was vor allem bei der Vermessung von dreidimensionalen, komplexen Objekten zum Tragen kommt.
   
• MicroStation unterstützt spezielle Tools wie etwa die “Bemaßungsabhängigen Zellen (Dimension Driven Cells)”. Hiermit können geometrische Elemente mit gleicher Grundstruktur (z.B. Fenster) in eigenen Bibliotheken abgelegt werden und während der photogrammetrischen Auswertung - unter Anpassung der jeweiligen Dimensionen - eingefügt werden. Die Vermessungsaufgaben reduzieren sich dann im wesentlichen auf die Positionierung der Objekte.
   
• Im Zuge der Auswertung können unmittelbar Flächen und Volumenelemente erzeugt werden. Gegenüber einer reinen Drahtmodelldarstellung eröffnet dies in Verbindung mit den leistungsfähigen Rendering-Tools von MicroStation vielfältige Visualisierungsmöglichkeiten.
   
• Soweit bei der Auswertung Flächen- und Volumenelemente erstellt worden sind, können anschließend von den vermessenen Objekten automatisch Schnittzeichnungen generiert werden. Die Schnittebene kann hierbei beliebig im Raum vorgegeben werden.
   
• Zum Zwecke der Verknüpfung von alphanumerischen Sachinformationen mit den geometrischen Zeichnungsdaten kann auf eine Schnittstelle zu externen Datenbanken zurückgegriffen werden. Somit können während der photogrammetrischen Auswertung simultan Fachdaten (wie beispielsweise Angaben zu Oberflächenbeschaffenheit, Werkstoff etc.) erfasst und in einer relationalen Datenbank gespeichert werden.

Im allgemeinen hat ein mit MicroStation vertrauter Anwender keine Schwierigkeiten, photogrammetrische Auswertungen mit PHIDIAS durchzuführen. Die Bedienungsweise ist eng an die Arbeit mit MicroStation angelehnt. 

Photogrammetrische Auswertung mit PHIDIAS - Die digitalisierten Aufnahmen werden in die Ansichtsfenster von MicroStation geladen. Der Auswerter "zeichnet" gewissermaßen auf den Rasterbildern und hat den momentanen Stand der Auswertung jederzeit im Blick. Per Mausklick kann eine beliebig skalierbare Lupe geöffnet und so der jeweilige Bildausschnitt vergrößert werden. Hierdurch werden präzise Punktlokalisierungen möglich.

Das Orientierungsmodul von PHIDIAS

Als Voraussetzung für eine photogrammetrische Auswertung muss die Aufnahmesituation zunächst mathematisch rekonstruiert werden (Bildorientierung). PHIDIAS verfügt über die entsprechenden Algorithmen und Hilfestellungen zur Durchführung von Zweibild- oder Mehrbildorientierungen.

Das Orientierungsmodul von PHIDIAS ist insbesondere auf Bedienungsfreundlichkeit ausgelegt. In jeder Teilstufe des Orientierungsvorganges sind statistische Verfahren zur Überprüfung des Datenmaterials auf grobe Fehler und Plausibilitätskontrollen eingebaut, wodurch im Einzelfall Misserfolge bei der Orientierung vermieden werden können.
 

Über Dialogfenster wie in diesem Beispiel werden in PHIDIAS die spezifischen Eingaben zur gezielten Steuerung der Orientierung bewerkstelligt. Während der Berechnung wird der Anwender laufend über den Fortgang der Orientierung informiert.

Für die Bildorientierung muss der Anwender MicroStation nicht verlassen und die dialogbezogene Bedienung stellt auf das bekannte `look and feel´ von MicroStation ab (Dialogboxen, Auswahl in Listenfeldern per Mausklick etc.), damit auch Anwender ohne tiefergehende Photogrammetriekenntnisse schnell damit klar kommen. Das integrierte Orientierungsprogramm führt eine vollständige Bündelausgleichung aller Beobachtungen durch und verfügt über alle notwendigen Module zur Beschaffung von Näherungswerten.

In vielen Fällen kann die Orientierung ohne manuelle Eingriffe vollständig im Automatik-Modus ablaufen. Die erforderlichen Näherungswerte werden mit größtmöglicher Zuverlässigkeit bestimmt, und alle groben Fehler im Datenmaterial werden selbsttätig aufgedeckt und eliminiert. Hierdurch reduzieren sich die Tätigkeiten des Anwenders einzig auf den Start der Orientierungsberechnung und die Übernahme der Ergebnisse für die Auswertung.

Unabhängig hiervon kann jeder Einzelschritt der Orientierung (Relative Orientierung, Absolute Orientierung etc.) auch unter interaktiver Kontrolle des Anwenders ausgeführt werden. Hierbei werden Teilergebnisse sowie etwa Genauigkeiten oder das Ausmaß von groben Fehlern angezeigt. Auch in den Einzelschritten besteht jeweils die Möglichkeit, den jeweiligen Berechnungsteil automatisch durchlaufen zu lassen.

Weitere Besonderheiten des Orientierungsmoduls sind:

• Keine Beschränkung der Bildanzahl
• Gleichberechtigte Verwendung von Linien- und Punktbeobachtungen
• Qualifizierte Berechnung von Genauigkeitsmaßen (Standardabweichungen der Messwerte und Orientierungsergebnisse)
• Abschätzung der Auswertegenauigkeit anhand der Orientierungsdaten
• Fehlersuche nach L2- und L1-Norm
• Verarbeitung von nicht-photogrammetrischen Beobachtungen (Strecken, Koordinaten etc.)
• Formulierung von zusätzlichen Bedingungen
• Simultane Kamerakalibrierung mit verschiedenen Verzeichnungsansätzen
• Orientierung von Bildern ohne Passpunkte (Orientierung im Freien Netz)
• Varianzkomponentenschätzung zur qualifizierten Abschätzung der erzielten Messgenauigkeit
• Hochpräzise Punktbestimmung durch Bündelausgleichung

Die Bedienung des PHIDIAS-Orientierungsmoduls sowie weitere allgemeine Hintergrundinformationen zur photogrammetrischen Bildorientierung werden in einem umfangreichen Handbuch beschrieben.

Spezielle Auswertefunktionen

Semi-stereoskopische Messfunktionen

Der photogrammetrische Messvorgang mit PHIDIAS beruht prinzipiell auf der monoskopischen Lokalisierung von homologen Punkten. Dies bedeutet im Unterschied zum stereoskopischen Messprinzip, dass die geometriegebenden Objektpunkte in den Aufnahmen sequentiell angemessen werden und damit im Allgemeinfall eindeutig lokalisierbar sein müssen (Homologieprinzip). Durch die Möglichkeit, diese Punkte in bis zu 8 Bildern gleichzeitig zu messen, können bei der Auswertung hohe Messgenauigkeiten erreicht werden.

In PHIDIAS sind darüber hinaus spezielle Messfunktionen implementiert, die im weitesten Sinne ein semi-stereoskopisches Messverfahren ermöglichen. Hiermit ist gemeint, dass bei der photogrammetrischen Vermessung von bestimmten geometrischen Strukturen auf die strenge Einhaltung des Homologieprinzips verzichtet werden kann. So muss der Auswerter zum Beispiel bei der Erfassung einer Objektkante nicht gezwungenermaßen die homologen Anfangs- und Endpunkte dieser Kante anmessen, sondern es genügt, wenn die Messpunkte irgendwo auf der Linie liegen. Somit ist man in der Lage, auch Objektbereiche zu erfassen, die in den Aufnahmen nur partiell sichtbar sind.

Die angesprochenen Messfunktionen erstrecken sich im einzelnen auf folgende Anwendungsbereiche:

• Vermessung von geradlinigen Objektkanten
• Vermessung von Kreisbögen und Kreisen
• Erfassung von zylindrischen Körpern (z.B. Rohren)
• Erfassung von Kegeln bzw. Kegelstümpfen
• Erfassung von kugelförmigen Körpern

Diese PHIDIAS-spezifischen Messfunktionen lassen sich beispielsweise hervorragend bei der photogrammetrischen Vermessung von Industrieanlagen einsetzen, weil man es gerade dort überwiegend mit den genannten Geometriestrukturen zu tun hat.

Wie der konkrete Messvorgang im einzelnen aussieht, kann anhand der Erfassung von zylindrischen Rohren ("place pipe") beispielhaft erläutert werden.

Bei der Auswertung von Aufnahmen, die die Vermessung von Rohranlagen zum Ziel haben, steht man immer wieder vor der Schwierigkeit, die diskreten Punkte zu lokalisieren, die die Geometrie eines Rohrstranges in geeigneter Weise definieren. Die Achse des Rohres ist zumeist aufgrund des mehr oder weniger großen Durchmessers nur ungenau zu bestimmen und ohne vorherige Anbringung von Signalmarken lassen sich nur schwer identische Punkte am Objekt ausmachen. Allerdings können sehr wohl einzelne Punkte auf den seitlichen Begrenzungskonturen - also gewissermaßen Tangentenpunkte - bestimmt werden, wenn auch ohne Korrespondenz zwischen den Bildern.

In PHIDIAS würden die zylindrischen Abschnitte eines Rohrstranges folgendermaßen erfasst:

Der Auswerter muss in jedem Bild jeweils 4 Punkte auf den Begrenzungslinien lokalisieren (siehe auch die nebenstehende Abbildung). Es werden hierbei also je zwei Punkte auf jeder Seite angemessen. Jedes Rohr ist durch je vier Tangentenpunkte zu definieren, wobei zwischen den Bildern keine homologe Zuordnung eingehalten werden muss.

Nachdem diese Messungen in zwei oder mehr Aufnahmen durchgeführt worden sind, können Lage und Dimensionen des zylindrischen Körpers berechnet werden. Als Ergebnis liegen schließlich die Mittelachse und der Durchmesser des Rohrabschnittes vor, der in der Zeichnung als dreidimensionales Volumenmodell dargestellt wird.

Das vorstehend beschriebene Beispiel gibt einen Eindruck davon, wie die speziellen Messfunktionen bei der Auswertung in PHIDIAS eingesetzt werden können. Der Auswerter wird so in die Lage versetzt, die zylindrischen Abschnitte eines Rohrleitungssystems bequem zu erfassen. Weitere Spezialfunktionen zielen in ähnlicher Weise auf die effektive Vermessung von geradlinigen oder kreisförmigen Strukturen ab, wobei jeweils trotz monoskopischer Messmethode auf die Homologie zwischen den Bildpunkten verzichtet werden kann.
 

Schnitt mit beliebigen Oberflächen

Ist die Geometrie einer Oberfläche einmal als Flächenelement erfasst, kann dieses Element als Schnittfläche ausgewählt werden. Messungen auf dieser Oberfläche können dann monoskopisch ausgeführt werden. So können z.B. sehr einfach Fensteröffnungen und Verzierungen in Kuppeldächern platziert werden oder auch Stutzen auf zylindrischen Tankoberflächen platziert werden.
 

Homogenisierungsfunktionen

Die angesprochenen Spezial-Messfunktionen werden in PHIDIAS durch sogenannte Homogenisierungsfunktionen ergänzt. Unter Homogenisierung versteht man die zeichnerische Aufbereitung der photogrammetrischen Rohauswertung hin zu einem darstellerisch exakten Plan. Sie umfasst zum Beispiel die Herstellung von Orthogonalitäten, Parallelitäten und Planaritäten zwischen benachbarten Linienelementen, die in der Regel nicht unmittelbar als Ergebnis der Auswertung vorliegen, weil jeder Messvorgang nur mit einer begrenzten Genauigkeit durchführbar ist.

PHIDIAS verfügt über entsprechende Funktionen zur interaktiven Homogenisierung der photogrammetrischen Auswertung. Alle Aktionen finden in der CAD-Umgebung von MicroStation statt, wobei der Auswerter in gewohnter Weise die Manipulationen kontrolliert. Die Homogenisierungsfunktionen verhalten sich also hinsichtlich Bedienung und Steuerungsmöglichkeiten ähnlich wie andere Zeichenfunktionen (z.B. Kopieren, Verschieben etc.) in MicroStation.

Als Beispiel soll die photogrammetrische Erfassung von Rohrleitungsanlagen noch einmal aufgegriffen werden. Die diesbezügliche Homogenisierungsfunktion umfasst hierbei u. a. folgende Möglichkeiten:

• Der Auswerter kann die Bogenstücke, die die Verbindung zwischen den geradlinigen Abschnitten herstellen, automatisch konstruieren lassen. Er muss hierzu nur alle Zylinderstücke eines Stranges interaktiv mit der Maus markieren; die Bogenstücke werden daraufhin ergänzt, so dass eine unterbrechungsfreie Rohrleitung entsteht.
   
• Hierbei können zusätzlich feste Durchmesser durch entsprechende Zahlenvorgaben eingehalten werden.
• Der Auswerter kann im Zuge der Homogenisierung festlegen, ob exakte Orthogonalitäten zwischen benachbarten Rohrpartien hergestellt werden sollen. Hierbei können Toleranzen angegeben werden, nach denen in PHIDIAS automatisch entschieden wird, ob tatsächlich ein rechter Winkel vorliegt oder ob ein anderer Wert angehalten werden muss.
• Desweiteren besteht die Option zur Anordnung der Knotenpunkte eines Rohrleitungsstranges in einer Ebene. Diese Ebene kann eine bestimmte Koordinatenebene des lokalen Koordinatensystems, aber auch eine beliebige Ebene im Raum sein. Mit dieser Option werden die entsprechende Rohrabschnitte durch die Homogenisierung exakt in einer Ebene ausgerichtet, was in der Praxis durch die baulichen Gegebenheiten in der Regel auch begründet ist.
• Außerdem kann bestimmt werden, ob die Anfangs- und Endpunkte eines Leitungsstranges bei der Homogenisierung festgehalten werden sollen oder ob sie frei beweglich sind. Dies findet Bedeutung bei der fortgesetzten Aufbereitung von zusammenhängenden Rohrleitungsabschnitten.

Die vorstehend beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten im Rahmen der Homogenisierung von Rohrleitungen sollen einen Eindruck von den Homogenisierungstools in PHIDIAS geben. Für andere Geometriestrukturen stehen ähnliche Funktionen zur Verfügung, die auf den jeweiligen Homogenisierungszweck ausgerichtet sind.
 

Stereomessung

Stereoaufnahmen können in Kombination mit einer LCD-Shutter-Brille räumlich ausgewertet werden. Die Steuerung der Messmarke geschieht mit dem Tastenrad der Maus oder mit den Funktionstasten. Die Stereomessung kann sowohl in einer Einschirm- als auch in einer Zweischirmkonfiguration eingesetzt werden. Zwei Ansichten werden für das linke und rechte Stereobild verwendet und automatisch in Normalbilder transformiert, so dass auch bei konvergenten Aufnahmen eine parallaxenfreie Betrachtung möglich ist. Eine Grafikkarte, kompatibel zu Stereo-OpenGL ist Voraussetzung.
 

Automatische Zielzeichenmessung

Die Datengrundlage für die Arbeit mit PHIDIAS sind digitale Bilder. Der Umstand, dass die Aufnahmen anstatt analog nunmehr digital vorliegen, eröffnet die Möglichkeit, durch den Einsatz von Methoden der digitalen Bildverarbeitung einzelne Messvorgänge zu automatisieren. Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit können so erheblich gesteigert werden, wenn mit signalisierten Punkten gearbeitet wird. Als Voraussetzung wird das Objekt vor Erstellung der Aufnahmen mit geeigneten Zielzeichen präpariert, die hinsichtlich Größe, Anzahl und Verteilung gemäß der Messaufgabe ausgewählt werden. Im Allgemeinfall setzen sich die Zielmarken aus einem kreisrunden Zentrum (schwarz oder weiß) sowie einem entsprechenden Außenring zusammen. Das Zielzeichen kann aber auch aus mehreren - abwechselnd hellen und dunklen - Ringen bestehen.

In PHIDIAS sind leistungsfähige Algorithmen implementiert, die das Zentrum der Zielzeichen mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ermitteln. Die Mitte der Marken ergibt sich hierbei als Zentrum der Konturellipsen bzw. -kreise, die die hellen und dunklen Bereiche voneinander trennen. Das Programm bestimmt zunächst möglichst viele Punkte an den Schwarz-Weiß-Übergängen und approximiert die so gefundene Punktreihe durch eine Ellipse oder einen Kreis. Die Genauigkeit, die hierbei erreichbar ist, beträgt etwa 1/30 bis 1/10 der jeweiligen Pixelgröße. Für Kameras mit Vollformatsenser, z.B. Nikon D700 mit einer Pixelgröße von 8,5 µm, bedeutet dies, dass die durch Zielzeichen signalisierten Punkte im Bild auf 0,3 bis 0,8 µm genau gemessen werden können.

Werden codierte Marken verwendet, bei denen die Punktbezeichnung durch den Ringcode vorgegeben ist, kann die komplette Messung vollautomatisch ablaufen. PHIDIAS ist dann in der Lage, die einzelnen Zielmarken automatisch zu lokalisieren und die genaue Position zu bestimmen. Begleitet wird die Messfunktion durch entsprechende Dialogfelder, in denen Ablauf und Umfang der vollautomatischen Messung bequem verwaltet werden können. Auf diese Art und Weise können mehrere hundert Punkte in nur wenigen Sekunden gemessen werden.

Ein typischer Anwendungsbereich für die automatische Zielzeichenmessung stellt die photogrammetrische Deformationsvermessung dar. Hierbei gilt es, die geometrischen Verformungszustände eines Körpers zu bestimmen. Die Veränderungen werden durch die Verschiebungen einzelner Objektpunkte repräsentiert, die sich auf einen vordefinierten Ausgangszustand beziehen. Diese Objektpunkte werden für die photogrammetrische Vermessung mit entsprechenden Zielmarken signalisiert, deren Koordinaten schließlich in den Bildern mit den Bildverarbeitungsalgorithmen von PHIDIAS hochpräzise bestimmt werden.

Kantenmessung

Gerade bei Anwendungen im Nahbereich sind die Objektstrukturen typischerweise oftmals durch gerade, kreisförmige oder beliebig geformte Linien gekennzeichnet, die sich in den Aufnahmen in Gestalt von Grauwertkanten bemerkbar machen. In PHIDIAS können diese Kanten automatisch gemessen werden. Bildverarbeitungstechnisch wird hierbei von dem gleichen Algorithmus wie bei der Zielzeichenmessung Gebrauch gemacht, d.h. die Position der Kanten wird mit hoher Subpixelgenauigkeit ermittelt. Prinzipiell erfolgen die Messungen entweder unter der interaktiven Kontrolle des Anwenders, z. B. wenn etwa ausgesuchte Linien als Beobachtungen für die Bildorientierung gemessen werden sollen. Oder der Inhalt eines Bildes kann als Ganzes einer Kantendetektion unterzogen werden. Sofern die Bilder hierfür geeignet sind und der Nachbearbeitungsaufwand in Grenzen bleibt, kann dieses die Auswertung erheblich beschleunigen.

Bildentzerrung

In vielen Fällen ist die maßstäbliche Darstellung sämtlicher Objektdetails einschließlich der Oberflächenstruktur wichtiger als ein geometrisch exaktes, generalisiertes und abstrahiertes 3D-Modell. Für Schadenskartierungen von Gebäudefassaden oder zur Erstellung von virtuellen photorealistischen Stadtmodellen bietet PHIDIAS deshalb verschiedene Funktionen zur Entzerrung digitaler Bilder:

• Projektive Einzelbildentzerrung
  Eine Entzerrung ebener Flächen ist möglich, wenn im Bild mindestens 4 Passpunkte gemessen wurden. Eine Orientierungsberechnung ist nicht nötig. Auch die Kameradaten müssen nicht bekannt sein. Nur bei der Verwendung von Objektiven mit starker Verzeichnung ist die Kenntnis der Kameraparameter für die Verzeichnungskorrektur erforderlich. Die Passpunktkoordinaten können in PHIDIAS anhand einfacher Streckenmessungen (Streckennetz) berechnet werden. Sind mehr als 4 Passpunkte gemessen, können die eventuell auftretenden Differenzen durch eine multiquadratische Restklaffenverteilung gleichmäßig verteilt werden. Große Fassaden werden in mehrere Einzelbildentzerrungen aufgeteilt und als Rasterreferenzen zusammen in einer Ansicht dargestellt oder als maßstäblicher Bildplan augegeben.
  
• Entzerrung ebener Polygonflächen
  Ist ein Bild bereits orientiert, kann eine beliebige Polygonfläche im Raum ausgewählt und entzerrt werden. Das entzerrte Bild wird der Polygonfläche in der Materialdefinition als Muster zugewiesen. So entsteht für ein aus wenigen ebenen Flächen zusammengesetztes Objekt sehr schnell ein photorealistische virtuelles 3D-Modell.
• Wandabwicklung
  Beliebig gekrümmte Wände, z.B. mit kreisförmigem oder auch aus Splines geformtem Grundriss können linear abgewickelt werden. So entstehen mit PHIDIAS z.B. maßstäbliche Abwicklungen zylinderförmiger Objekte.
• Orthophoto durch Projektion auf 3D-Punktwolke
  Liegt eine 3D-Punktwolke vor, wie sie z.B. von Laserscannern erfass wird, kann ein bereits orientiertes Bild auf ein Dreiecksnetz projiziert werden, das automatisch aus den Scannerdaten generiert wird.
• Orthophoto durch Projektion auf 3D-Flächen- oder Volumemodell
  Ein 3D-Flächen- bzw. Volumenmodell kann ebenfalls für die Berechnung eines Orthophotos herangezogen werden. Sind in einem Bild aufgrund der Perspektive einige Bereiche verdeckt, werden einfach mehrere Orthophotos erstellt und anschließend kombiniert.

Kombinierte Auswertung mit Laserscannerdaten

3D-Punktwolken, wie sie z.B. von Laserscannern erzeugt werden, können zusammen mit photogrammetrischen Aufnahmen ausgewertet werden. Unter der Voraussetzung, dass die Punktwolke und die Orientierungsparameter im selben Koordinatensystem vorliegen, können die Punkte die in den Bildern fehlende Tiefeninformation ersetzen. Dadurch ist eine Einzelbildauswertung auf beliebigen Oberflächen möglich.

Durch die Kombination der beiden Messverfahren Laserscanning und Photogrammetrie ergeben sich mehrere Vorteile:

• Detailinformationen, die in den reinen Punktdaten mit begrenzter Auflösung untergehen, sind in den hochauflösenden photogrammetrischen Aufnahmen sichtbar. Fehlinterpretationen werden so vermieden.
• Die aufwendige Stereomessung kann durch Monobildauswertung ersetzt werden. Die Auswertezeit wird reduziert.
• Photogrammetrische Aufnahmen können ohne Rücksicht auf den Konvergenzwinkel zu anderen Aufnahmen einzeln orientiert werden.
• Orthophotos können direkt erzeugt werden. Das Oberflächenmodell liegt schon vor.

Genauigkeiten

Allgemeingültige Genauigkeitsangaben ergeben bei photogrammetrischen Nahbereichsanwendungen, für die PHIDIAS in erster Linie konzipiert ist, selten einen Sinn, weil die erzielbare Messgenauigkeit von sehr vielen Faktoren abhängt, die von Projekt zu Projekt schwanken.

Zu unterscheiden ist grundsätzlich zwischen der Auswertegenauigkeit bei der zeichnerischen Bestimmung der Objektkonturen am Bildschirm und der Genauigkeit, die im Wege der Einzelpunktmessung und anschließenden Bündelausgleichung im PHIDIAS-Orientierungsmodul erzielbar ist, wobei letztere regelmäßig deutlich höher liegt.

Auswertegenauigkeit

Die wichtigsten Einflußfaktoren stellen die Sensorauflösung und der Bildmaßstab der Aufnahmen dar. Anhand dieser beiden Parameter kann für die photogrammetrische Auswertegenauigkeit folgende, abschlägige Rechnung aufgestellt werden:

Ein Objekt, das photogrammetrisch zu vermessen ist, habe eine Ausdehnung von etwa 20 m. Die Aufnahmen seien mit einer Auflösung von 4000 Bildpunkten pro Zeile aufgenommen worden. Wenn man vereinfachend unterstellt, dass ein Punkt in den Bildern mit dieser Genauigkeit lokalisiert werden kann, dann entspricht dies am Objekt etwa 20 m / 4000, also ca. 5 mm. Dieser Wert ist jedoch erfahrungsgemäß mit dem Faktor 2-3 zu multiplizieren, da weitere Einflüsse wie beispielsweise der Lokalisierfehler und die Aufnahmekonfiguration die Genauigkeit beeinträchtigen.

Vor allem die geometrische Anordnung der Aufnahmen nimmt großen Einfluss auf die erzielbare Genauigkeit. Für eine präzise Abschätzung der Auswertegenauigkeit können mit PHIDIAS entsprechende Simulationsrechnungen durchgeführt werden, die auch die Aufnahmekonfiguration berücksichtigen.  

Genauigkeit der Einzelpunktmessung in Kombination mit der Bündelausgleichung

Hochgenaue photogrammetrische Vermessungsaufgaben (z.B. Deformationsmessungen) können mit PHIDIAS ebenfalls durchgeführt werden, wobei relative Messgenauigkeiten einzelner Objektpunkte - bezogen auf die Objektausdehnung - von 1:25.000 bis 1:30.000 realisierbar sind. Als Voraussetzung sind die Objektpunkte vor Durchführung der Aufnahmen mit geeigneten Zielmarken zu signalisieren und eine ausreichende Anzahl an Messbildern mit guter geometrischer Konstellation zu erstellen. Nach Ausmessen der Einzelpunkte werden die dreidimensionalen Koordinaten der Objektpunkte durch die PHIDIAS-Bündelausgleichung berechnet. Hierbei kann dann anhand von statistisch fundierten Größen (Standardabweichungen etc.) die tatsächlich erreichte Genauigkeit objektiv beurteilt werden.

Systemanforderungen

PHIDIAS ist lauffähig auf allen Windows-Betriebssystemen (Windows 2000 / XP / Vista / 7) mit allen MicroStation-Versionen ab 08.01.

Ein Arbeitsplatz mit zwei Bildschirmen ist zu empfehlen, wenn mit einer Vielzahl an Bildern, Zeichnungsansichten gearbeitet wird. Die Übersicht kann damit deutlich verbessert werden.

Für die Stereomessung ist eine OpenGL-Stereografikkarte erforderlich.

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