Digitale Photogrammetrie und CAAD

Beschreibung

Mit der rasanten Entwicklung der Halbleiter- und Mikrochip-Technologie innerhalb der letzten Jahre ist auch für die Photogrammetrie ein neues Zeitalter angebrochen. Entwicklungen in der CCD-Sensor Technologie und im Kamera-Design, im Computerbereich und in der Bildverarbeitung haben eine Umgebung geschaffen, die zu neuen Anwendungen und Möglichkeiten dessen, was man heute Digitale Photogrammetrie nennt, führen. Nachbardisziplinen,wie etwa Computer Graphics, Computer Vision, Künstliche Intelligenz, Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Architectural Design (CAAD) oder Informationssysteme stellenweitere Technologien zur Verfügung, die unmittelbaren Einfluss auf die Methoden und Verfahren der Photogrammetrie haben. Während die Verfahren und Systeme der Machine Vision und Videogrammetrie bereits eine grosse Verbreitung in der Industriemesstechnik (Qualitätskontrolle, Inspektion), im Ingenieurtechnischen Versuchswesen, in der Medizinischen Messtechnik und anderswo gefunden haben und obwohl die Vermessung und Dokumentation von Architekturen, Skulpturen und anderen Kultur- und Kunstgegenständen auch heutzutage weltweit eine bedeutende Rolle spielt, werden hier moderne Aufnahme- und Verarbeitungsverfahren bisher nur sporadisch eingesetzt. Eine ähnliche Aussage lässt sich im Zusammenhang mit CAD-Systemen machen. So hat sich in der heutigen Praxis der Dokumentation von gebauter Architektur zwar die Speicherung und graphische Darstellung von photogrammetrisch gewonnenen Resultaten in CAD-Systemen bereits durchgesetzt, andererseits macht noch kein photogrammetrisches System in einem nenneswerten Umfang Gebrauch von den Möglichkeiten der CAD-Systeme für die Unterstützung der Messprozesse. Im Rahmen dieser Arbeit konnte mit DIPAD (digital system for photogrammetry and architectural design) ein erster Prototyp eines digitalen Systems zur Architekturphotogrammetrie realisiert werden, in dessen gesamtem Auswerteprozess vollständig auf manuelle Messungen verzichtet wird. Das System verfügt über die Möglichkeiten der Selbstdiagnose und Qualitätskontrolle, besitzt das Potential für eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit durch redundante Sensordaten und die konsequente Anwendung der Gesetze der Fehlerfortpflanzung. Es gewährleistet eine hohe Flexibilität bezüglich der dreidimensionalen Rekonstruktion von Objekten oder Objektteilen und eine objektorientierte Vorgehensweise in einer CAAD-kontrollierten Umgebung. Dabei werden CAD-Modelle nicht nur zur graphischen Darstellung der gewonnenen Resultate benutzt, sondern eine vollständige Integration zwischen CAAD-Umgebung und photogrammetrischen Messroutinen wird realisiert. Das Resultat ist ein präzises dreidimensionales CAD-Modell der real gebauten Architektur. Die Problematik der Objekterkennung und -messung wird gelöst, indem die Bildinterpretation durch die Anwenderinnen vorgenommen wird und die CAD-geführte automatische Messmethode die exakte Geometrie des Objekts aus beliebig vielen Bildern bestimmt. Dabei nutzt der Mensch unbewusst beim Betrachten des Bildes seine gesamten Erfahrungswerte über die reale Welt und ist somit in der Lage, die im Hinblick auf die entsprechende Zielsetzung wichtigen Informationen herauszufiltern, bzw. fehlende Informationen in der Vorstellung zu ergänzen. Durch die Wahl einer kombinierten Top-Down und Bottom-Up Strategie wird ein grob vorgegebenes CAD-Modell iterativ verfeinert, bis der gewünschte Detaillierungsgrad erreicht ist. Die Möglichkeiten und Grenzen dieser Methode, die im Rahmen der Arbeit entwickelt und mit HICOM("human for Interpretation and Computerfor measurement") benannt wurde, werden in der Arbeit dargestellt. Der grossen Bedeutung von Datenstrukturen für architektonische Auswertungen wurde in dem System durch die Generierung einer für diese Zwecke geeigneten Datenstruktur Rechnung getragen. Das realisierte Kontrollsystem, bestehend aus den extrahierten Bildkanten, die mit der Annahmevon Geraden verglichen werden und den Anwenderinnen,die rein optisch die Lage der gefundenen Lösung bestätigen oder verwerfen können, hat sich bewährt. Typische Problemfälle für die automatische Auswertung, die in Aussenaufnahmen immer wieder auftreten und wohl auch in Zukunft nicht zu vermeiden sein werden, wie etwa Verdeckungen des Objekts durch sich selbst oder durch andere Objekte (Menschen, Vegetation etc.), Schattenwurf und Reflexionen, lassen sich bei dieser Methode erfolgreich erkennen und in den weiteren Berechnungen korrekt behandeln. Die Methode wurde in drei teilweise sehr unterschiedlichen Projekten der Nahbereichsphotogrammetrie, hinsichtlich der aufzunehmenden Architekturobjekte als auch der benutzten Aufnahmesysteme, in ihrer Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Praktikabilität, kritisch untersucht. Des weiteren wurde dieser Prototyp im Bereich der Luftbildphotogrammetrie zur Generierung von 3D Stadtmodellen angewendet. Es konnten jeweils Ergebnisse im Genauigkeitsbereich von klassischen photogrammetrischen Auswertemethoden erzielt werden. Das semiautomatische HICOM-Prinzip ist in der Lage, den Auswerteprozess in der Architekturphotogrammetrie zu vereinfachen,ohne dass die Genauigkeit und Zuverlässigkeitder erzielten Ergebnisse darunter leiden. Die Strategie,bei der ein grob vorgegebenes CAD-Modell iterativ verfeinert wird bis der gewünschte Detaillierungsgrad erreicht ist, sollte sich dazu eigenen, die Anwendung der Photogrammetrie zur Rekonstruktion von gebauter Architektur auf dem Gebiet des Kulturgüterschutzes und der Denkmalpflege zu fördern.

Autor*in

André Streilein

Themen in »Digitale Photogrammetrie und CAAD«

Architektur Computeranwendungen Digitale Nachrichtentechnik Photogrammetrie

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