Prüfingenieur 31 - BVPI - Bundesvereinigung der Prüfingenieure ...

jektives, der Gegenstandsweite, den Belichtungsverhältnissen
(Störlicht), den Linsenfehlern des optischen
Systems und der Fertigungsqualität des CCD-
Rasters. Als Ergebnis erhält man ein zweidimensionales
Raster von Messpunkten (Abb. 5), die Pixel genannt
werden und die die Ausgangsbasis für jede
weitere Untersuchung bilden [6, 7, 8].
Abb. 5: Links: Prinzip der zentralperspektivischen Abbildung
eines Risses auf den CCD-Sensor einer Digitalkamera.
Dargestellt sind auch die Kontrollpunkte zur Überprüfung
der Kamerakalibrierung.
Rechts: DRS- Hardware bestehend aus Kamera und Tubus.
Grundsätzlich beruht die Auswertung von
Messbildern in analoger beziehungsweise digitaler
Form auf dem Prinzip der Mehrbildphotogrammetrie
um dreidimensionale Objektkoordinaten abzuleiten.
Hierbei wird der Sehprozess des Menschen, die Abbildung
eines Objektes auf mindestens zwei Bilder
über physikalische und geometrische Abbildungen,
rekonstruiert. Durch zwei oder mehr Aufnahmen des
gleichen Objektes können gemeinsame Strahlenbündel
zusammengeführt werden. Die homologen Strahlen
von einem Objektpunkt können über die Parameter
der inneren Orientierung der Kamera (Brennweite,
Bildkoordinatensystem) und die äußere Orientierung,
die Positionen der Bilder zum Zeitpunkt der
Aufnahme in einem Weltkoordinatensystem, über die
Kollinearitätsglei-chungen für die Bildkoordinaten
zusammengeführt werden. Diese klassische Vorgehensweise
ist in den photogrammetrischen Lehrbüchern
beschrieben [8, 9].
Da aber in dem hier vorliegenden Anwendungsfall
der Rissbreitenbestimmung nur der planare Abstand
zwischen den Rissufern bestimmt werden soll
und nicht die Tiefe des Risses, können Vereinfachungen
im Aufnahme- und Auswertemodell durchgeführt
werden. Dies bedeutet, dass die dreidimensionale
Mehrbildphotogrammetrie durch die Einbildaufnahme
bei fixem Aufnahmeabstand und bekannter innerer
Orientierung der Kamera ersetzt wird. Ein Ausschnitt
der Betonoberfläche mit Riss wird zentralperspekti-
QUALITÄTSSICHERUNG
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Der Prüfingenieur Oktober 2007
visch über das Projektionszentrum (Objektiv) auf eine
gewisse Anzahl Pixel des CCD-Arrays abgebildet. Der
Abstand des Projektionszentrums vom Riss in Relation
zur kalibrierten Kamerabrennweite des Objektives definieren
den Abbildungsmaßstab, das heißt, die Abbildung
des Risses beziehungsweise der Rissbreite auf eine
bestimmte Anzahl von Pixeln (Abb. 5 links). Für
einen festen Kameraaufbau wird somit ein eindeutiger
Skalierungsfaktor ermittelt, der die Umrechnung von
Pixelwerten in metrische Abstände ermöglicht.
5 Das Digitale Rissmess-
System (DRS)
5.1 Die Digitale Rissmess Kamera
Die derzeitige hardwaremäßige Realisierung
des DRS-Systems (Abb. 5 rechts), erfolgte auf der
Basis umfangreicher Tests mit verschiedenen Prototypen
[3, 4, 10]. Zur Zeit wird eine Standard Canon
A610 Digital Camera mit 5 Megapixel, 5µm Pixelgröße
im Makromodus mit festen Einstellwerten genutzt,
die auf einem zylindrischen Tubus fixiert ist,
wodurch man einen festen Aufnahmeabstand erreicht.
Durch integrierte, ringförmig angeordnete
LEDs wird zusätzlich eine gleichmäßige, konstante
Ausleuchtung der zu untersuchenden Oberfläche mit
einer Abschirmung gegen externes Streulicht gewährleistet.
Die Speicherung der digitalen Bilder erfolgt
auf handelsüblichen Speicherkarten und die
Stromversorgung von Kamera und Beleuchtung über
wiederaufladbare NiMH-Akkus.
Der Tubus wird auf der Auflageseite zum Beton
hin von einer kreisförmigen Fläche/Deckel mit einer
ringförmigen Öffnung abgeschlossen. Auf der
dem Objektiv zugewandten Seite befinden sich um
die ringförmige Öffnung vier Kontrollpunkte, deren
Abstand im Labor im Sub-Millimeter bestimmt wurde
und die in jeder digitalen Aufnahme mit abgebildet
werden (Abb. 5 links und Abb. 6).
Diese Referenzkoordinaten werden in einem
Kalibrierfile mit den Kameraparametern abgelegt und
bei jeder Auswertung abgefragt. Diese bekannten
Punktabstände werden am Ende der Auswertung für
die Skalierung vom Pixelsystem zum metrischen System
genutzt und dienen zusätzlich der Kontrolle der
Parallelität zwischen der Sensorebene und der Aufnahmeoberfläche.
5.2 Auswertung mittels Polyline-Fly-Fisher-
Algorithmus
Die automatische und robuste Erkennung des
Risses stellt hohe Anforderungen an die Algorithmik