Mehrbildtechniken in der digitalen Photogrammetrie - Institute of ...

Als Nicht-Meßkameras sind Stillvideokameras für photogrammetrische Anwendungen unbedingt zu
kalibrieren. Die innere Geometrie der Kameras ist nicht bekannt und kann sich durch Fokussieren
oder Objektivwechsel massiv verändern. Dazu kommen die Objektivverzeichnung, welche bei Weitwinkelobjektiven
in den Bildecken mehr als 10 Pixel ausmachen kann, sowie Effekte des CCD
Sensors und der A/D Wandlung des Bildes. Hier ist insbesondere ein horizontaler Maßstabsfaktor zu
nennen, welcher in Echtzeitsystemen mit CCD Kameras nach Standardvideonormen, analogem
Bilddatentransfer und Framegrabber aufgrund von Unterschieden in der Taktrate von Kamera und
Framegrabber auftritt; bei modernen Stillvideokameras mit interner A/D Wandlung sollte dieser
Effekt prinzipiell nicht mehr auftreten, konnte jedoch verschiedentlich signifikant nachgewiesen
werden (z.B. Keller, 1995). Neben ihren offensichtlichen Vorteilen stellen Kameras dieses Typs
damit auch neue Probleme, welche bei photogrammetrischen Anwendungen spezielle Berücksichtigung
finden müssen.
Da eine geeignete Ausstattung für eine Laborkalibrierung in der Regel weder beim Benutzer noch
beim Anbieter digital-photogrammetrischer Systems zur Verfügung steht - und eine Laborkalibrierung
auch mangels zeitlicher Stabilität der Kameraparameter unpraktikabel wäre - werden Kameras
in der Regel durch Testfeldaufnahmen oder Verfahren der Selbst- oder Simultankalibrierung (häufig
mit geodätischer Zusatzinformation) kalibriert. Die Bestimmbarkeit der Kameraparameter stellt
dabei spezielle Anforderungen an die Netzgeometrie, wobei die Theorie der ‘gefährlichen Flächen’
aus der analogen und analytischen Photogrammetrie deutlich komplexer wird.
3.2.1. Kalibrierverfahren
Während Photogrammeter häufig zwischen Kamerakalibrierung und -orientierung unterscheiden,
verstehen Anwender unter dem Begriff der Kalibrierung eines photogrammetrischen Systems in der
Regel die Bestimmung aller Systemparameter, also sowohl der Parameter der äußeren Orientierung
wie auch der Kameraparameter. Da gerade bei den häufig benutzten Verfahren der Selbstkalibrierung
tatsächlich alle Parameter gemeinsam bestimmt werden, ist diese Sichtweise in einem gewissen
Grade auch berechtigt, wenngleich die Kalibrierungsparameter eines Systems unter geometrischen
und physikalischen Gesichtspunkten in zwei Gruppen getrennt werden können und die gemeinsame
Bestimmung aufgrund hoher Korrelationen teilweise zu Problemen führen kann.
Ein in der Nahbereichsphotogrammetrie sehr häufig verwendetes Sensormodell beinhaltet den
Zusatzparametersatz nach (Brown, 1971), der zusätzlich zu den drei Parametern der inneren Orientierung
drei Koeffizienten eines Polynoms für die radiale Objektivverzeichnung und zwei Koeffizienten
für die Dezentrierverzeichnung enthält:
Für die digitale Nahbereichsphotogrammetrie wurde dieser Parametersatz noch um zwei Parameter
einer Affintransformation erweitert, welche einen horizontalen Maßstabsfaktor und die Nicht-Ortho-
x i
′ = x i
′ + dx i
y i
′ = y i
′ + dy i
mit dx i = x i ′ ⋅ ( k 1 r i ′ 2 + k 2 r i ′ 4 + k 3 r i ′ 6 ) + p 1 ⋅ ( r i ′ 2 + 2x i ′ 2 ) + 2 p 2 x i ′y i ′
dy i = y i ′ ⋅ ( k 1 r i ′ 2 + k 2 r i ′ 4 + k 3 r i ′ 6 ) + 2 p 1 x i ′y i ′ + p 2
⋅ ( r i ′ 2 + 2y i ′ 2 )
und
r i
′ 2 = x i
′ 2 + y i
′ 2
k 1 , k 2 , k 3 : radiale Verzeichnung
p 1 , p 2 : Dezentrierverzeichnung
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