Mit der aktuellen Version von aSPECT3D/ 2012 ist es nun erstmals möglich auf einfache Art Punktewolken aus digitalen Bildsequenzen zu erstellen. Sie benötigen hierzu lediglich eine digitale Kamera und einen leistungsstarken Computer.
Der folgende Text gibt Ihnen wichtige technische Hinweise zum Verfahren.

1.    Zu dokumentierendes Objekte vorbereiten
2.    Hinweise zur Digitalkamera und zu den Objektiven
3.    Erstellung von digitalen Bildern nach Fotografieranweisung (FA)
4.    Projektmanagement
5.    Hinweise zur Computerkonfiguration
6.    aSPECT 3D

Stellen Sie sicher, dass Sie alle zu dokumentierenden Objektteile auch sehen können (ggf. Fahrzeuge vor Fassaden entfernen, Archäologische Objekte müssen geputzt sein etc.). Grundsätzlich wird dazu geraten, das zu dokumentierende Objekt eingehend zu begutachten und darauf basierend eine Strategie der fotografischen Aufnahme zu entwickeln. Besonders wichtig ist dies, bei Objekten, die eine gestaffelte Oberfläche (Vor- und Rücksprünge) besitzen. Dies kann beispielsweise eine Fassade sein, aus der ein Erker herausragt. Hier ist darauf zu achten, dass beispielsweise auch die Seitenflächen des Erkers mit mehreren fotografischen Aufnahmen dokumentiert sein müssen, um eine flächendeckende Punktewolke vom Objekt zu erhalten.

Ungeeignete oder eingeschränkt dokumentierbare Objekte
·    Objekte mit spiegelnden Oberflächen (Spiegelfassaden, poliertes Metall, spiegelnde Lackierungen)
·    Objekte, die einen sehr hohen Helligkeitskontrast aufweisen
·    Objekte mit großflächigen homogenen Bereichen (einfarbig gestrichene Wände etc.)
·    Objekte mit Hinter- und Unterschneidungen, die nicht fotografisch erfasst werden können
·    Objekte, die ein durch Wind bewegtes Schattenspiel aufweisen

Bitte bedenken Sie, dass die Punktewolken, die Sie mit aSPECT 3D erzeugen können zunächst weder skaliert noch georeferenziert sind. Um eine nachträgliche Skalierung unter aSPECT 3D zu realisieren müssen Sie an Ihrem Objekt eine Strecke messen oder eine ausreichende Anzahl von Passmarken anbringen. Sie können auch einen Maßstab bekannter Länge an Ihrem Objekt anbringen und mitfotografieren.
Idealerweise realisieren Sie die Vermessung der Passmarken mit einem Tachymeter. In einem übergeordneten System (Gauß-Krüger, etc.) eingemessene Passmarken ermöglichen es Ihnen zusätzlich die Punktewolke mittels einer Helmert-Transformation geografisch zu referenzieren.
Wählen Sie bitte Form, Farbe und Größe der Passmarken so, dass Sie sie auch gut in der Punktewolke wiedererkennen können. Besonders eignen sich farbige (rot, grün, blau), runde oder quadratische (Durchmesser zw. 1-10 cm, abhängig von der Objektgröße) Passmarken. Nicht geeignet sind reflektierende Passmarken.

Grundsätzlich müssen die von Ihnen erstellten Digitalbilder bestimmte Bedingungen erfüllen:

·    Die Aufnahmen müssen richtig belichtet sein.
·    Die Aufnahmen müssen einen hohen Schärfegrad besitzen.
·    Die Aufnahmen sollten einen hohen Schärfentiefebereich aufweisen, dieser wird über die Blendenöffnung gesteuert. Je kleiner die Blendenöffnung (große Blendenzahl) desto größer der Schärfentiefebereich. Vorteilhaft ist es hier die Blende vorzuwählen und die Kamera die entsprechende Belichtungszeit errechnen zu lassen (Hinweis: notfalls Stativ benutzen).
·    Die Aufnahmen müssen sich mindestens zu 80 % überlappen und aus verschiedenen Blickwinkeln heraus aufgenommen sein.
·    Blitzaufnahmen vermeiden, sie können in der Regel nicht zur Berechnung benutzt werden.
·    Über die Auflösung Ihrer Fotos können Sie die Detailauflösung Ihres Modells steuern. Je höher die Auflösung ihrer Bilder desto größer die Detailauflösung Ihres Modells.
·    ISO-Wert der Kamera möglichst niedrig halten um Rauschen zu verhindern.
·    Korrekten Weißabgleich verwenden, damit korrekte Farben erzeugt werden.
·    Verwenden Sie möglichst qualitativ hochwertige, lichtstarke Objektive.
·    Verwenden Sie möglichst Festbrennweiten und regeln Sie den Ausschnitt indem Sie sich beim Fotografieren zum Objekt hin oder vom Objekt weg bewegen.
·    Verwenden Sie keine extremen Weitwinkelobjektive (Grenzwert liegt bei 20 mm Brennweite).
·    Nehmen Sie nie zwei oder mehrere Bilder von einem identischen Standpunkt aus auf.

Faustregel:
Je mehr digitale Bilder Sie erstellen und zur Berechnung benutzen, desto mehr Features können erkannt und somit Punkte erzeugt werden.

Fotografieranweisung (FA)

Der folgende Text soll Ihnen eine Idee geben, wie Sie ein Objekt möglichst sinnvoll (im Hinblick auf die Generierung von Punktewolken) fotografisch aufnehmen. Die fotografische Aufnahme teilt sich zunächst in zwei große Bereiche:

1.    Erstellung einer Übersichtssequenz
2.    Erstellung einer oder mehrerer Detailsequenz(en)

Jedes Bild einer Sequenz muß von einem leicht veränderten Standpunkt aus erstellt werden.

In der Übersichtssequenz werden von einem entfernten Standpunkt aus zunächst eine Reihe sich überlappender digitaler Bilder erstellt.
Anschließend kann (wenn dies gewünscht wird) ausgehend von markanten Strukturen der Übersichtssequenz eine oder mehrer Detailsequenz fotografiert werden.

Bei Objekten, die umrundet werden können, empfiehlt es sich ein oder mehrere konzentrische Bildsequenzen um das Objekt herum zu fotografieren. Kleinere Objekte können hierzu auch auf einen Drehteller gestellt werden, die Kamera sollte dann auf einem Stativ fixiert sein. Nun kann der Drehteller pro Aufnahme wenige Grad gedreht werden.

Jedes Objekt bedarf einer individuellen Strategie zur Aufnahme der digitalen Bilder. Hier werden mit der Zeit auch Erfahrungswerte eine große Rolle spielen. In vielen Fällen wird man um Tests nicht herumkommen.

Die Erzeugung von Punktewolken aus digitalen Bildsequenzen generiert große Datenmengen in relativ kurzer Zeit. Deshalb sollte Sie sich frühzeitig um ein sinnvolles Datenmanagement und um Datensicherungsstrategien kümmern.
Zunächst sollten Sie einzelne Projektordner anlegen, in denen Sie die Bilder verwalten können. Bei den nachfolgenden Berechnungsprozessen werden automatisch weitere, relevante Ordner und Dateien in einer vorgegebene Struktur angelegt. Dadurch vervielfacht sich die ursprüngliche Ausgangsdatenmenge. Genügend Speicherresourcen sind daher unerlässlich.

Sobald Sie die Bilder überspielt haben, sollten Sie die Bilder bezüglich der oben gennanten Bedingungen (Schärfe, Belichtung, Überlappung, Vollständigkeit etc.) prüfen. Gegebenenfalls müssen Sie nun noch weitere Aufnahmen machen oder Sequenzen wiederholen.

Zur Erstellung von Punktewolken aus digitalen Bildsequenzen benötigen Sie leistungsstarke Computerhardware. Die folgende Aufstellung einer Hardware-Konfiguration soll Ihnen als Anhaltspunkt dienen. 

Mindest-Konfiguration:

Nachdem Sie die Fotos gesichtet und geprüft haben können Sie sie nun mittels aSPECT 3D zu einer Punktewolke berechnen lassen.

Bitte beachten Sie, dass die erzeugte Punktewolke weder skaliert, richtig ausgerichtet noch georeferenziert ist. Skalierung, Ausrichtung und Georeferenzierung kann mit aSPECT 3D in einem nachgängigen Bearbeitungsschritt realisiert werden. Für die Skalierung kann eine am Original gemessenen Strecke zwischen zwei Passpunkten (diskreten Punkten bspw. gut identifizierbare Objektpunkte) benutzt werden. Für die Ausrichtung und Georeferenzierung empfiehlt sich ein orthogonales Messraster, das in einem übergeordneten Vermessungssystem (Gauß-Krüger-System, UTM, usw.) eingehängt ist oder eine tachymetrische Vermesung von Punkten am Objekt.

Wie Sie das mit aSPECT 3D realisieren, können Sie sich in unserem Vimeo-Video-Kanal anschauen, dort sind mehrer Bildschirm-Videos über aSPECT 3D hinterlegt. Wir sind bemüht die Videos ständig zu aktualisieren und das Viedeo-Angebot stetig auszubauen:

vimeopro.com/arctron/aspect/

Weiter Informationen erhalten Sie auch unter:

www.arctron.de/de/produkte/software/aspect_3d/

Dipl. Ing. (FH) Dominik Westermann

Tel.: +49 9408 850118

dwestermann(at)arctron.de