Open Access

Frank Henze

• Photogrammetrische Verfahren werden immer häufiger für die Objekterfassung und Dokumentation in Archäologie, Bauforschung, Denkmalpflege und Restaurierung eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in der mittlerweile vollständigen Digitalisierung des gesamten photogrammetrischen Prozesses sowie in der Verfügbarkeit hoch auflösender Digitalkameras und der für die Auswertung notwendigen, leistungsfähigen Rechentechnik. Analoge Mess- oder Teilmesskameras wurden fast vollständig durch digitale Amateurkameras verdrängt. Den Anwendern stehen damit flexible und kostengünstige Systeme zur photogrammetrischen Objekterfassung zur Verfügung. Neben der klassischen Bildentzerrung rückt verstärkt die räumliche Auswertung von Bildern in den Fokus der Anwender. Die Grundlage für die Berechnung von Bildorientierung, Kamerakalibrierung und 3D-Objektgeometrie bilden dabei die bekannten Modelle der analytischen Photogrammetrie, die zunächst kurz vorgestellt werden. Die photogrammetrischen Verfahren werden ergänzt durch ausgewählte Methoden der digitalenPhotogrammetrische Verfahren werden immer häufiger für die Objekterfassung und Dokumentation in Archäologie, Bauforschung, Denkmalpflege und Restaurierung eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in der mittlerweile vollständigen Digitalisierung des gesamten photogrammetrischen Prozesses sowie in der Verfügbarkeit hoch auflösender Digitalkameras und der für die Auswertung notwendigen, leistungsfähigen Rechentechnik. Analoge Mess- oder Teilmesskameras wurden fast vollständig durch digitale Amateurkameras verdrängt. Den Anwendern stehen damit flexible und kostengünstige Systeme zur photogrammetrischen Objekterfassung zur Verfügung. Neben der klassischen Bildentzerrung rückt verstärkt die räumliche Auswertung von Bildern in den Fokus der Anwender. Die Grundlage für die Berechnung von Bildorientierung, Kamerakalibrierung und 3D-Objektgeometrie bilden dabei die bekannten Modelle der analytischen Photogrammetrie, die zunächst kurz vorgestellt werden. Die photogrammetrischen Verfahren werden ergänzt durch ausgewählte Methoden der digitalen Bildverarbeitung und Bildanalyse. Einen Schwerpunkt bildet dabei die automatisierte Zuordnung homologer Punkte. In Kombination mit angepassten Verfahren der Merkmalsextraktion lässt sich damit der Orientierungsvorgang weitgehend automatisieren. Hierfür werden verschiedene Interest-Operatoren sowie Verfahren zur Korrespondenzanalyse auf ihre Eignung für die speziellen Anwendungsgebiete der Nahbereichsphotogrammetrie untersucht und angepasst. Im Rahmen der photogrammetrischen Auswertung wird die automatisierte Punktzuordnung zur Bestimmung von dichten 3D-Punktwolken eingesetzt. Unstetigkeiten der Objektoberfläche können mit flächenhaften Zuordnungsverfahren jedoch nicht direkt erfasst werden. In der Literatur existieren daher verschiedene Ansätze zur kantenbasierten Auswertung von Bildern, die vorgestellt und diskutiert werden. Darauf aufbauend wird ein angepasstes Verfahren zur subpixelgenauen Kantenextraktion sowie zur automatisierten Zuordnung der extrahierten Kanten in mehreren Bildern entwickelt und anhand praktischer Beispiele untersucht. Aufbauend auf den Untersuchungsergebnissen und den Erfahrungen aus unterschiedlichen Praxisprojekten wird ein anwendungsorientiertes Vorgehen zur Erfassung und automatisierten Auswertung von Objekten mit Zwei- und Vier-Kamera-Konfigurationen entwickelt. Da hierbei ausschließlich digitale Amateurkameras zum Einsatz kommen, wird ein vereinfachtes Verfahren zur Kamerakalibrierung vorgeschlagen. Für die äußere Orientierung mehrerer Stereo- bzw. Vier-Kameramodelle in einem einheitlichen Objektsystem wird, neben der klassischen Mehrbildorientierung, die aus Anwendersicht sehr anschauliche Referenzierung über die automatisch gemessenen Punktwolken vorgestellt. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Konzept für ein photogrammetrisches Auswertesystem für den Architektur- und Nahbereich entwickelt. Neben der automatisierten Gewinnung räumlicher Objektinformationen aus Bildern sind darin vor allem die zweidimensionalen Umbildungen als wichtige Grundlage für die Erstellung maßstäblicher Planunterlagen berücksichtigt. Anhand ausgewählter Beispiele aus Archäologie und Bauforschung wird schließlich ein Überblick über die Möglichkeiten einer automatisierten Auswertung gegeben.…
• Photogrammetric methods are increasingly used for object recording and documentation in archaeology, building archaeology, heritage conservation and restoration. The reasons for this are the complete digitization of the photogrammetric process and the availability of high-resolution digital cameras and powerful computing technology. Analogue metric or semi-metric cameras were almost completely replaced by digital amateur cameras. This provides end-user with flexible and cost-efficient systems for photogrammetric object recording. As a result of these developments advanced methods for three-dimensional image evaluation get into the focus of the users on top of conventional image rectification. The basis for the calculation of image orientation, camera calibration and 3D object geometry are established methods of analytical photogrammetry, which are introduced briefly. Photogrammetric methods are complemented by selected methods of digital image processing and image analysis. One main focus of the analyses is the automatedPhotogrammetric methods are increasingly used for object recording and documentation in archaeology, building archaeology, heritage conservation and restoration. The reasons for this are the complete digitization of the photogrammetric process and the availability of high-resolution digital cameras and powerful computing technology. Analogue metric or semi-metric cameras were almost completely replaced by digital amateur cameras. This provides end-user with flexible and cost-efficient systems for photogrammetric object recording. As a result of these developments advanced methods for three-dimensional image evaluation get into the focus of the users on top of conventional image rectification. The basis for the calculation of image orientation, camera calibration and 3D object geometry are established methods of analytical photogrammetry, which are introduced briefly. Photogrammetric methods are complemented by selected methods of digital image processing and image analysis. One main focus of the analyses is the automated correlation of homologous image points. In combination with adapted methods of feature extraction the process of image orientation can be automated to a large extent. Known methods of feature extraction and correspondence analysis are tested for their suitability and adapted for close range applications. As part of the photogrammetric evaluation image correlation is used for automated determination of dense 3D point clouds. However, discontinuities of the object surface cannot be detected with area-based matching techniques directly. Specialist literature describes various approaches for edge-based image analysis that are presented and discussed. A procedure for edge-based image processing is developed and investigated with practical examples. The basis for this are customized methods for subpixel edge detection and automated matching of edges in multiple images. Based on the test results and experiences from different field projects an application-oriented approach for automated object recording with stereo and four-camera models is developed. As only digital amateur cameras are used for image acquisition, an adapted procedure for camera calibration is proposed. In addition to the established multi-image orientation for the calculation of exterior orientation of multiple stereo or four-camera models the semi-automatic registration of automatically measured point clouds is presented as an illustrative method. Finally a concept for an application-based photogrammetric evaluation system is developed especially for architectural and close range application. In addition to the automated extraction of three-dimensional object information from images the two-dimensional image mapping is considered as an important basis for the generation of scaled plan documentations. Selected examples from archaeology and building research give an overview of the possibilities of automated image evaluation.…