Koordinatenentzerrung

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Koordinatenentzerrung ist eine Funktion von metigo® MAP. Dazu müssen Kontrollpunkte 3-dimensional entweder mit der Totalstation eingemessen oder auf einem Referenzbild oder einem Riß in 2-Dimensionen bestimmt werden.

Merke Merke: Da metigo® MAP vor allem für Nicht-Geodäten programmiert wurde, benutzt es die mathematische Konvention zur Benennung der Koordinaten. Dies bedeutet, das die Koordinaten der Punkte in einem Koordinatensystem entsprechend der Rechte-Hand-Regel definiert sind:
  • X für RW (Rechtswert),
  • Y für HW (Hochwert),
  • Z für Höhe.
Alle Winkel werden gegen den Uhrzeigersinn gemessen.

Neben den Koordinaten benötigen Sie natürlich noch photographische Aufnahmen in ausreichender photographischer Qualität.

Objektkoordinaten

In der Photogrammetrie werden zwei unterschiedliche Typen von Koordinaten verwendet: Objektkoordinaten sind Punkte, die direkt auf dem Objekt in einem kartesischen Koordinatensystem gemessen werden. 3D-Objektkoordinaten werden entweder in einem lokalen oder übergeordneten System im örtlichen Koordinatensystem per Tachymeter gemessenen. Für die Entzerrung werden nur der Rechtswert (RW) und der Hochwert (HW) verwendet. Die Höhe dient ausschließlich dazu die Lage eines Punkts auf der Entzerrungsebene zu kontrollieren und um somit Fehler besser zu interpretieren können. Für vertikale oder schräge Ebenen, müssen diese 3D-Koordinaten in ein benutzerdefiniertes Koordinatensystem (BKS) mit einer XY-Ebene, die parallel zur Entzerrungsebene liegt. Es gibt drei unterschiedliche Vorgehensweisen:

  • transformieren der Punkte mit einer gängigen Vermessungssoftware vor dem Laden der Objektkoordinaten in das Projekt,
  • laden der 3D-Objektkoordinaten und transformieren während des Ladevorgangs, indem ein BKS gewählt wird,
  • laden der 3D-Objektkoordinaten, danach erfolgt die Auswahl des BKS und die Koordinatentransformation.

Bildkoordinaten sind 2D-Koordinaten von Objekten auf einem photographischen Medium. Wenn Sie einen CCD-Sensor nutzen; resultieren die Bildkoordinaten aus den Pixeln des Rasters durch Reihen und Spalten. Der Ursprung des Bildkoordinatensystems liegt in der oberen linken Ecke des Rasters.

Koordinatenformateditor

Koordinaten laden

Bilder laden

Nachdem Sie eine Messdatenebene im Projektbaum erstellt und ihr ein Koordinatensystem (WKS oder irgendein BKS) zugewiesen haben, fahren sie mit dem Laden der Bilder, die sie entzerren wollen, fort.

  1. Öffnen hierzu das Register Entzerrungen auf der linken Seite des Bildschirms. Gehen Sie zu Koordinatenentzerrung und öffnen das Kontextmenü mit einem rechten Mausklick:
    • Bild laden...
    • mehrere Bilder laden...
    • Bildspeicher freigeben
    • alle Bilder entzerren...
    • alle Bilder in Kartierung übernehmen...
    • Passpunktbilder extrahieren
    • Passpunktbilder matchen
    • Bilder sortieren
      • nach Namen
      • nach Bildkoordinatenbereich
  2. An dieser Stelle sind nur die beiden oberen Punkte von Interesse. Wählen Sie Bild laden..., um ein einzelnes Bild zu laden.
  3. Wenn Sie mehrere Bilder laden... wählen, wird ein neues dreiteiliges Fenster geöffnet. Es ist vertikal unterteilt:
    Laden von Bildern für die Koordinatenentzerrung
    1. Auf der linken Seite befindet sich der Verzeichnisbaum Ihres PC; wählen Sie hier den Ordner aus in dem Ihre Dateien gespeichert sind.
    2. In der Mitte sehen Sie Vorschaubilder aller Dateien, in diesem Ordner; wählen Sie hier die Bilder aus, die Sie in Ihr metigo® MAP-Projekt laden wollen; Sie können diese Dateien nach Dateierweiterung filtern oder Dateien, die in Unterverzeichnissen gespeichert sind, einschließen. Die ausgewählten Datei werden blass angezeigt.
    3. Auf der rechten Seite werden die Vorschaubilder der Bilddateien angezeigt, die Sie in Ihr metigo® MAP-Projekt laden wollen. Dazu wählen Sie diese Bilder im mittleren Teil des Fensters aus und ziehen Sie mit Hilfe von Drag'n'Drop in das rechte Teilfenster.
  4. Klicken Sie auf Übernehmen, um die Auswahl zu bestätigen und laden Sie die Bilder.
    Jetzt werden die ausge­wählten Bilder im Entzer­rungsbaum angezeigt.

Bildkoordinaten messen

Für die Berechnung der Transformationsparameter müssen die Bildkoordinaten (der Objekt-Passpunkte) gemessen werden. Wählen Sie dazu das Register Bildkoordinaten im Werkzeugfenster Entzerrung mit einer Tabelle, die die folgenden Spalten beinhaltet:

Punktnr.: die Nummer der geladenen Punkte der 2D-Objektkoordinatendatei [tac];
Spalte, Zeile [Pixel]: die gemessenen Bildkoordinaten in Pixel [px];
RW, HW, Höhe/Tiefe [m]: die geladenen Objektkoordinaten in [m].

Merke Merke: Für die Entzerrung werden nur RW und HW verwendet. Die Tiefe dient ausschließlich der Interpretation der Lage eines Punktes auf der Entzerrungsebene.

Verschiedene Kästchen kennzeichnen den Status der Punkte in der ersten Spalte der Tabelle folgendermaßen:

ControlBox GCP red-cross.png (rot): Bildkoordinaten nicht gemessen, Objektkoordinaten vorhanden;
ControlBox GCP tick.png / ControlBox GCP untick.png : Bildkoordinaten gemessen, Objektkoordinaten vorhanden, der Punkt ist für die Berechnung der Transformationsparameter aktiviert / deaktiviert;
ControlBox GCP magenta-cross.png (lila): Bildkoordinaten gemessen, Objektkoordinaten nicht vorhanden.

Für die Entzerrung müssen Sie die Bildkoordinaten von mindestens 4 Punkten messen. Ab 5 Punkten erfolgt in metigo® MAP die ausgleichende Berechnung der Transformationsparameter mit Fehlerberechnung. Wir empfehlen, 6–8 Punkte im Bild zu messen.

Diese Punkte müssen auf der Entzerrungsebene liegen und sollen die zu ent­zerrende Fläche möglichst umfassend beschreiben. Dazu ordnen Sie die Punkte den zu entzerrenden Bereich wie die Sechs auf einem Würfel umschreibend an. Beziehen sich die Punkte nur auf einen Teilbereich der Bildebene, dann skaliert sich der Fehler aus diesem Teilbereich proportional nach außen.

Merke Merke: Achten Sie bei der Auswahl der natürlichen Passpunkte am Objekt darauf, dass sich die Passpunkte sowohl am Objekt als auch im digitalen Bild (hoher Kontrast, markante Punkte) gut messen lassen.

Sie können nun die Bildkoordinaten messen.

  1. Wählen Sie anhand Ihrer Passpunkt-Skizze 6 bis 8 Punkte für das Messen der Bildkoordinaten aus:
  2. Messen Sie zuerst die Punkte links und rechts unten. Dazu vergrößern Sie im Bild den Bereich um den jeweiligen Punkt.
  3. Halten Sie die Umschalttaste gedrückt und dabei verwandelt sich der Cursor in eine grüne oder blaue Messmarke. Nutzen Sie eine der folgenden Methoden zum Messen der Bild­koordinaten:
Datei:NatPoint.png natürlicher Punkt IconRect NatPoint.png: Klicken Sie mit der grünen Messmarke FiducalMark NatPoint.png auf genau die Position, an der Sie die die Bildkoordinate messen möchten. Benutzen Sie dieses Werkzeug, wenn Sie beispielsweise Ecken von Steinquadern eingemessen haben.
Fokus.png Fokus Passpunkt IconRect Fokus.png: Ziehen Sie mit der blauen Messmarke FiducalMark Fokus.png ein Fenster über einen weiß-schwarzen photogrammetrischen Passpunkt auf. Die Software schlägt Ihnen automatisch die Lage der Bildkoordinate vor und markiert sie mit einem roten Kreuz.
Centroid.png Schwerpunktoperator IconRect Centroid.png: Ziehen Sie mit der blauen Messmarke FiducalMark Centroid.png ein Fenster über irgendeinen nicht-linearen Flecken auf. Die Software schlägt Ihnen automatisch die Lage der Bildkoordinate vor und markiert sie mit einem roten Kreuz. Merke Merke: Um einen hohe Messgenauigkeit zu erzielen, sollten bei der Vermessung vor Ort nur kleine Formen als Referenzpunkte ausgewählt werden.
  1. Das Fenster Punkt hinzufügen öffnet sich, geben Sie hier die Punktnr. ein. Bestätigen Sie, indem Sie die Schalter Übernehmen oder Übernehmen & Weiter.
  2. Sobald Sie 2 Punkte gemessen haben, führt metigo® MAP eine Helmert Transformation durch und schlägt die Position weiterer Bildkoordinaten vor und markiert sie mit einem gelben Kreuz.
Der Dialog Punkt hinzufügen.

Der Dialog Punkt hinzufügen öffnet sich:

  1. Geben Sie bei Punkt-Nr. die Nummer des gemessenen Punktes ein.
  2. In den Feldern Spalte und Zeile werden die gemessenen Bildkoordinaten des (Objekt-)-Pass­punktes in Pixel angezeigt. Diese Werte können Sie händisch ändern.
  3. Sie können in die Felder Code1 und Code2 Punktcodes entsprechend der Definitionen von metigo®s tac-Format eingeben. Standardmäßig ist für Code1 14 und für Code2 0 gesetzt.
  4. Mit dem Schalter Übernehmen wird der gemessene Punkt im Ausgangsbild mit einer grünen Messmarke und im Register Bildkoordinaten mit einem schwarzen Häkchen angezeigt.

Merke Merke: Die gemessenen Bildkoordinate wurde in das Register Bildkoordinaten über­nommen (Spalte, Zeile in [Pixel]).

Haben Sie die ersten 2 Punkte auf gegenüberliegenden Seiten gemessen, berechnet metigo® MAP für alle Punkte mit vorhandenen Objektkoordinaten die Bildkoordinaten und zeigt sie im Auswertefenster mit gelber Messmarke an. Bei 2 gemessenen Punkten erfolgt die Berechnung dieser Bildkoordinaten über die Helmert Transformation. Mit dem dritten gemessenen Punkt (links oder rechts oben) erfolgt die Berechnung über die Affine Transformation. Ab dem vierten gemessenen Punkt (links o. rechts oben) erfolgt die Berechnung mit den Transformations­parametern der projektiven Transformation.

Die Messpunkte im Auswertefenster werden wie folgt gekennzeichnet:

GreenCross.png grüner Messpunkt Bildkoordinaten gemessen, für die Berechnung der Transformationsparameter verwendet (aktiviert).
YellowCross.png gelber Messpunkt Bildkoordinaten noch nicht gemessen, jedoch wurde mit aktuellen Transformationsparametern die Lage des Objekt-Passpunktes im Bild berechnet.
BlueCross.png blauer Messpunkt Bildkoordinaten gemessen, nicht für die Berechnung der Transformationsparameter verwendet (deaktiviert).
GreenCross.png roter Messpunkt immer in Kombination mit einem grünen und blauen Messpunkt, Sollkoordinaten nach Berechnung der Transformationsparameter.
Merke Merke: Sobald die Vorberechnung der Objekt-Passpunkte im Auswertefenster angezeigt werden, können Sie im Register Bildkoordinaten einen Punkt mit Doppelklick mit der linken Maustaste aktivieren: Im Auswertefenster wird dann der vergrößerte Bereich des Punktes angezeigt.
Es ist am effizientesten, wenn Sie zuerst zwei Punkte auf den gegenüberliegenden Seiten des Bildes messen, um eine möglichst genaue Schätzung der Position der anderen Punkte durch die Software zu erhalten.

Bildkoordinaten können Sie umbenennen, löschen sowie aus- und anschalten, indem Sie das Kontextmenü der jeweiligen Punktzeile öffnen.

Die gemessene Bildkoordinaten wird in der Bildkoordinaten-Datei (*.bko). Die Datei können Sie in folgendem Ordner finden ..\PROJEKTORDNER\RECTIFY\KOORDINATENENTZERRUNG\AUSGANGSBILDNAME\C_[1..N].

Transformationparameter berechnen, Punktfehler

Mit den gemessenen Bildkoordinaten und den 2D-Objektkoordinaten berechnet metigo MAP die Transformationsparameter für die Bildentzerrung. Im Register Optionen wählen sie den Transformationstyp und die Resamplingmethode aus. Setzen Sie ein Kontrollhäkchen vor Gitter, damit ein metrisches Gitter mit definierter Abständen über das Bild gelegt wird. Die folgenen Transformationtypen benötigen eine minimale Anzahl an Punkten:

  • Helmert Transformation: 2 gemessene Bildkoordinaten,
  • Affine Transformation: 3 gemessene Bildkoordinaten,
  • Projektive Transformation (image rectification): 4 gemessene Bildkoordinaten.

Mit diesen Bildkoordinaten berechnet metigo® MAP die Transformationsparameter für die Entzerrung:

  1. Wählen Sie dazu das Register Optionen und setzen Sie die Transformations- und Resamplingmethode.
  2. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Vorschaubild für Entzerrung erstellen, damit eine Vorschau des entzerrten Bildes angezeigt wird.
  3. Klicken Sie im Werkzeugfenster Entzerrung direkt unterhalb der Trennlinie zum oberen Teil den Schalter Berechnung.

Das Fenster Vorschau öffnet sich und das Vorschaubild des entzerrten Bildes wird angezeigt. Im Vorschaubild kontrollieren Sie Geometrien (Rechwinkligkeit), es ist jedoch nicht maßstabsgerecht. Grobe Fehler (z.B. falsche Punkt-Nr., falsche Steinreihe) erkennen Sie im Vorschaubild.

  1. Kontrollieren Sie, ob einer der gemessenen Punkte einen groben Fehler aufweist (z.B. im Bild vermessen oder falsche Punkt-Nr. vergeben).
  2. Wählen Sie das Register Bildkoordinaten.
  3. Deaktivieren Sie den fehlerhaften Punkt bei Punkt-Nr. oder messen Sie dessen Bildkoordinaten neu.

Die Fehler der Bildkoordinaten kontrollieren Sie im Register Punktfehler. Hier prüfen Sie die verschiedenen Fehlergrößen. Die Fehlergrößen der Punkte werden jeweils in 2 Zeilen angezeigt, eine Zeile für X (RW) und eine Zeile für Y (HW).
Sie finden folgende Werte in der Tabelle:

R Die Fehler jedes Punkts werden in zwei Reihen angezeigt, eine für die X-Koordinate und eine weitere für die Y-Koordinate.
RMS [m] mittlerer Punktlagefehler bzgl. Objektkoordinaten, vergleichen Sie ihn mit der am Objekt erreichten Passpunkt-Messgenauigkeit;
Tiefe [m] Abweichung des Passpunktes von der Entzerrungsebene;
V [Pix] Verbesserung der Bildkoordinate, vergleichen Sie diese mit der im digitalen

Bild möglichen Messgenauigkeit (Unschärfe des Bildes, schlechte natürliche Passpunkte);

R [%] Redundanz, statistische Fehlergröße für den Einfluss des Punktes auf die Berechnung;
NV normierte Verbesserung, ist eine statistische Fehlergröße (sollte kleiner 3,5 sein);
gr.F. möglicher grober Fehler;

Klicken Sie auf den Schalter Protokoll anzeigen. Die Fehlerprotokoll-Datei (*.PRT) wird im Texteditor angezeigt und die Fehlerprotokoll-Dateien (*.PRT, *.ERG) werden bei der Berechnung des entzerrten Bildes angelegt und im Unterorder für die Bild­entzerrung abgespeichert, ..\PROJEKTORDNER\RECTIFY\KOORDINATENENTZERRUNG\AUS-GANGSBILD­NAME\ C_[1..N].

In diesen Protokolldateien finden sich weitere Informationen zu:

BEOB die verbesserten Bildkoordinaten der Beobachtungen;
MFV mittlerer Fehler für die Berechnung der Transformationsparameter vor der Ausgleichung;
Mittlerer Fehler [m0] mittlerer Fehler für die Berechnung der Transformationsparameter vor und nach der Ausgleichung;
verwendete Punkte die Referenzkoordinaten, der für die Entzerrung verwendeten Punkten von allen Punkten, deren Bildkoordinaten gemessen wurden;
Iterationen tatsächlich durchgeführte Iterationen (Schritte) bei der ausgleichenden Berechnung der Transformationsparameter und ihre jeweils größte Verbesserung.

Bildentzerrung

Nachdem die Transformationsparameter berechnet wurden und Sie die Auflösung und Bildgröße überprüft haben, für metigo® MAP die Koordinatenentzerrung für ihr Bild durch:

  1. Klicken Sie den Schalter Entzerrung, um das Bild zu entzerren. Das maßstäblich entzerrte Bild wird im Projektunterordner ..\SIGN gespeichert. Haken Sie das Kontrollkästchen Auswertebereich an, wenn Sie nicht das gesamte Bild entzerren wollen.
  2. Klicken Sie den Schalter Ergebnis anzeigen, um das maßstäblich entzerrte Bild im Auswertefenster anzusehen. Unter Einbeziehung von Koordinatenursprung, Auflösung und Maßstab werden die Bildkoordinaten der Referenzpunkte berechnet, überprüfen Sie diese. Diejenige Punkte, die für die Transformation herangezogen werden, werden grün und die nicht verwendeten blau dargestellt.
  3. Klicken Sie den Schalter in Kartierung übernehmen, um das entzerrte Bild in Ihrem Kartierungsprojekt zu verwenden.