Rückwärtsschnitt

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Der Rückwärtsschnitt ist eine der Hauptaufgaben in der Vermessung. Es ist das Verfahren zum Bestimmen einer unbekannten Position durch Messen von Winkeln in Bezug auf mindestens drei bekannte Punkte.

Diese Aufgabe wird in der Photogrammetrie verwendet, um die Kameraposition (Äußere Orientierung) aus drei bekannten Punkten zu bestimmen. Wenn zusätzlich zur äußeren Orientierung auch die innere Orientierung unbekannt ist, werden mindestens sechs bekannte Punkte für eine erfolgreiche Orientierung benötigt. Mit ausreichender Objektinformation können dann auch die Parameter der inneren Orientierung eines einzelnen Bildes bestimmt werden. Die Qualität des Rückwärtsschnitts hängt von der Anzahl und Verteilung der gemessenen Passpunkte ab.

Um ein Rückwärtsschnittprojekt in metigo® 3D zu erstellen, müssen Sie zuerst die folgende Prozßkette ausführen:

  1. Messen Sie eine ausreichende Anzahl von Passpunkten vor Ort.
  2. Nehmen Sie Bilder mit ausreichender Überlappung vor Ort auf.
  3. Erstellen Sie ein metigo® 3D-Projekt.
  4. Definieren Sie eine Kamera. Dies könnte auch eine neue Kamera sein, für die Sie die Parameter der inneren Orientierung berechnen möchten.
  5. Laden Sie die Ausgangsbilder.

Nachdem die Ausgangsbilder geladen wurden, können Sie ein neues Rückwärtsschnittprojekt erstellen, indem Sie mit der rechten Maustaste auf die Knoten Rückwärtsschnittprojekte klicken. Wählen Sie im Kontextmenü den Befehl Rückwärtsschnittprojekt anlegen ... und benennen Sie es im Dialogfeld.

Sobald das Projekt erstellt wurde, gehen Sie zum Knoten Ausgangsbilder und wählen die Bilder aus, die Sie verwenden möchten, indem Sie sie per Drag & Drop in Ihr Rückwärtsschnittprojekt ziehen.

Sie haben aber auch die Möglichkeit über die Agisoft-Schnittstelle Daten aus einem bereits bestehenden Orientierungsprojekt zu importieren.

Der Knoten Rückwärtsschnittprojekte und seine Kontextmenüs

Unter dem Knoten Orientierungsprojekte finden Sie den Knoten erster Ordnung Rückwärtsschnittprojekte. Wenn Sie mit der rechten Maustaste das Kontextmenü öffnen, haben Sie zwei Möglichkeiten entweder

  • über Rückwärtsschnittprojekt anlegen... ein neues Rückwärtsschnittprojekt anzulegen, oder
  • über Import AgiSoft Photoscan.. die Daten der inneren und äußeren Orientierung der verwendeten Kamera eines bestehenden Orientierungsprojekt aus einer anderen Software zu importieren.

Das Kontextmenü eines einzelnen Rückwärtsschnittprojekts

  • Objektkoordinaten laden
Fordert den Dialog zum Laden zusätzlicher Objektkoordinatendateien in das Projekt auf. Hier geladene Punkte werden nicht unter den Knoten Passppunkte angezeigt.
  • Lot erstellen...
Erstellt ein Lot, das auch unter den Knoten Lote angezeigt wird.
  • Rückwärtsschnittprojekt entfernen...
Öffnet den Dialog Orientierungsprojekt entfernen, in dem Sie entscheiden können, ob Sie das Rückwärtsschnittprojekt nur aus dem Projekt entfernen oder es in der Objekthierarchie sowie auf der Festplatte löschen möchten.
  • Rückwärtsschnittprojekt umbenennen...

Hier können Sie Ihr Projekt umbenennen.

  • mehrere Bilder öffnen...
Öffnet einen Auswahl-Dialog, in dem Sie die Bilder, die Sie laden wollen, auswählen können.
  • Bildspeicher freigeben ...

Öffnet einen Auswahl-Dialog, in dem Sie die Bilder, die Sie aus dem Arbeitsspeicher entfernen wollen, auswählen können.

  • Verknüpfungspunkte suchen
Öffnet den Dialog automatische Punktsuche, in dem Sie die Bilder auswählen können, die Sie in die automatische Punktsuche einschlie´ßen wollen. Die gefunden Punkte werden orange angezeigt.

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  • Verknüpfungspunkte übernehmen...
Wenn Sie mit dem Ergebnis der Punktsuche zufrieden sind, wählen Sie die Option aus. Es öffnet einen Dialog, in dem Sie eine Startpunktnummer für die gefundenen Verknüpfungspunkte eingeben können und Sie speichern können.
  • Verknüpfungspunkte laden
Lädt die gefundenen Verknüpfungspunkte Ihrer letzten automatischen Punktsuche erneut. Diese werden als schwaze Kreuze in Ihrem Auswerteprojekt erscheinen. Wenn Sie die Option Verknüpfungspunkte übernehmen... wählen, werden Sie in Ihrem Prokjekt gespeichert.
  • Verknüpfungspunkte freigeben
  • Orientierungsanalyse
  • orientierte Bilder speichern
Speichert die orientierten Einzelbilder unter dem Knoten orientierte Einzelbilder des Verzeichnisbaums Modelle.
  • orientierte Stereomodelle speichern

Bündel- und Rückwärtsschnittprojekte teilen sich dieses Kontextmenü. Dieser Teil wird nicht vom Rückwärtsschnitt angewendet, sonder ist auf Bündelblockausgleichsprojekte.

  • mit Oberflächenmodell verknüpfen...
Verknüpft das Rückwärtsschnittprojekt mit einem digitalem Oberflächenmodel (DOM).
  • Oberflächenmodell aktivieren...
Wählen Sie diesen Punkt aus, um das verknüpfte DOM zu aktivieren.
  • Oberflächenmodell trennen...

Trennt das verknüpfte DOM.

  • Clic-Parameters...
CLIC ist kein Bestandteil der ausgelieferten Softwareversion.
  • AxOri-Parameters...
Öffnet einen Dialog, in dem Sie die AxOri-Parameter definieren können.

Das Kontextmenü eines Einzelbildes

  • Bild öffnen...
Öffnet das ausgewählte Bild im Auswertefenster. Die Miniaturansicht des ausgewählten Bildes wird jetzt von einer gestrichelten Linie umgeben. Alternativ dazu kann das Bild über einen Doppelklick auf seinen Knoten geöffnet werden.
  • Bild schließen...
Schließt das gewählte Bild.
  • Bild entfernen...

Entfernt das Bild ohen weitere Bestätigung aus dem Rückwärtsschnittprojekt.

  • Anzeigequalität ändern...
Öffnet einen Dialog, in dem Sie einstellen können, mit welchem Prozentsatz der ursprünglichen Auflösung Sie das Bild öffnen wollen. Die Änderung der Anzeigequalität verringert den benötigten Arbeitsspeicher exponential.
  • max. Kegeltiefe...
Hier geben Sie die neue maximale Tiefe des Bildkegel ein.
  • Anzeige der Bildebene im 3D-Fenster
Hier können Sie entscheiden, ob Sie sich als Grundfläche des Bildkegels im 3D Fenster die Bildebene angezeigen lassen wollen.
  • Dateipfad zuweisen

Das Werkzeugfenster Rückwärtsschnitt

Das Werkzeugfenster für den Rückwärtsschnitt.
  1. Der Name des aktuell aktiven Bildes wird in der oberen Zeile des Werkzeugfensters angezeigt.
  2. Unterhalb der sechs Registerkarten werden verschiedene Tabellen angezeigt:
  3. Sigma0 der Objektkoordinaten [m]:
  4. Anzeige der Objektkoordinaten: Wählen Sie eine der drei folgenden Optionen aus, um festzulegen, wie die Objektkoordinaten (gelbes und rotes Kreuz) angezeigt werden sollen:
    • Affin: Die Objektpunkte werden als auf das Bild projizierte 2D-Objektkoordinaten angezeigt.
    • Näherungswerte: Nachdem die DLT durchgeführt wurde, wird die Lage der Objektpunkte genähert angezeigt.
    • Rückwärtsschnitt: Die Objektpunkte werden an der Position angezeigt, die durch den Rückwärtsschnitt in Abhängigkeit des zuletzt berechneten Ansatz (CLIC oder AxOri) berechnet wurde.
  5. Anzeige der Bildkoordinaten: Durch Aktivieren eines oder mehrerer Kontrollkästchen können Sie entscheiden, für welche Punkte Bildkoordinaten angezeigt werden.
    • Nur vorhandene Koordinatenpaare: Es werden nur die Punkte angezeigt, für die im Bild Bildkoordinaten gemessen wurden.
    • Nur die innerhalb des Bildkegels: Es werden nur Punkte innerhalb des Bildkegels angezeigt, die beim Einrichten des neuen Projekts definiert wurden.
    • Ausschalten der Verknüpfungskoordinaten: Alle in den Bildern gemessenen Verknüpfungspunkte werden deaktiviert.
  6. Es gibt verschiedene Ansätze, um die Ausrichtung von Bildern durch Rückwärtsschnitt zu berechnen:
    • Vor der Berechnung des Rückwärtsschnittt muss eine Näherung mittels direkter linearer Transformation ermittelt werden.
      • Direkte Lineare Transformation (DLT): Durch Drücken dieser Taste werden die Koordinaten angenähert. Da die Näherung keine Anpassungen vornimmt. Die Tabelle für Punktfehler wird nicht gefüllt.
      • Auto DLT: Drücken Sie diese Taste, um nach dem besten DLT-Ergebnis zu suchen. Andere Punkte werden ausgeschaltet.
      • Parameter (DLT): In diesem Dialog werden die Parameter für AutoDLT eingestellt.
    • CLIC ist eine Funktionsbibliothek zur photogrammetrischen Bündelausgleichung, die vom Lehrstuhl für Photogrammetrie und Fernerkundung der Technischen Universität München zur Berechnung von Orientierungsdaten entwickelt wurde. Es wird nur für interne Berechnungen von Fokus verwendet und ist nicht Bestandteil der gelieferten Software. Die folgenden Funktionen sind ausgegraut:

CLIC is a function library for photogrammetric bundle adjustment developed by the Chair for Photogrammetry and Remote Sensing of the Technical University of Munich which calculates orientation data. It is only used for internal Fokus calculations and not part of the delivered software. The following functions are greyed out:

      • Berechnen (CLIC)
      • Parameter (CLIC)
      • Protokoll (CLIC)
    • AxOri ist eine von AXIOS 3D® entwickelte Funktionsbibliothek zur photogrammetrischen Bündelblockanpassung, die alle Orientierungsdaten berechnet.
      • Berechnen (AxOri): Bevor diese Methode angewendet werden kann, muss eine Näherung durch DLT berechnet werden.
      • Parameter (AxOri)
      • Protokoll (AxOri)
    • Anwenden von Kameraparametern

Der Registerkarte Bildkoordinaten

Klicken Sie auf den ersten Reiter, um eine Tabelle mit den im Bild gemessenen Bildkoordinaten anzuzeigen. Jede Zeile enthält die folgenden Informationen:

  • die Verwendung des durch ein Symbol gekennzeichneten Punktes,
  • die Punktnummer,
  • die Bildkoordinate im Pixelkoordinatensystem (Spalte und Zeile [px]),
  • der entsprechende Objektpunkt mit x-, y- und z-Koordinate.

Der vollständige Pfad der Pixelkoordinatendatei wird in das Eingabefeld Bildkoordinaten oben auf der Registerkarte angegeben. Durch Drücken der Taste ... können Sie die Pixelkoordinaten aus einem anderen bereits vorhandenen Projekt laden.

Das Kontextmenü einer Bildkoordinate

  • Bildkoordinate umbenennen ...

Es öffnet sich ein Dialog, in dem Sie die Bildkoordinaten umbenennen können.

  • Bildkoordinate löschen ...
  • Bildkoordinate in allen Bildern löschen ...

Diese Funktion löscht entweder die Bildkoordinaten im aktuell ausgewählten Bild oder in allen geöffneten Bildern. Achtung Achtung: Sie werden weder um Bestätigung gebeten, noch kann diese Aktion rückgängig gemacht werden.

  • Objektkoordinate löschen ...

Diese Funktion löscht entweder die Objektkoordinaten im aktuell ausgewählten Bild oder in allen geöffneten Bildern. Achtung Achtung: Sie werden weder um Bestätigung gebeten, noch kann diese Aktion rückgängig gemacht werden.

Kennzeichnung der Bildkoordinaten

Die Bildkoordinaten der automatisch gemessenen Verknüpfungspunkte unterscheiden sich von den manuell in einem Bild gemessenen, z. B. Passpunkten oder anderen homologen Punkten, durch ein C-Präfix. Die Punkte werden in der Spalte Nr. unterschiedlich gekennzeichnet: The points are marked in manifold ways in the column no.

ControlBox GCP red-cross.png (rot) Objektkoordinate geladen, aber Bildkoordinaten nicht gemessen;
ControlBox GCP magenta-cross.png (magenta) gemessene Bildkoordinaten, aber keine Objektkoordinaten geladen;
ControlBox GCP tick.png / ControlBox GCP untick.png Bildkoordinate gemessen und zum Rechnen ein- / ausgeschaltet.

Sie können alle Bildkoordinaten wählen / abwählen, indem Sie die Taste Alle Punkte an/aus unterhalb der Tabelle drücken.

Der Registerkarte 'Punktfehler

Nach Drücken der Schaltfläche Berechnen (CLIC) oder der SchaltflächeBerechnen (AxOri) wird die Tabellen Punktfehler gefüllt. Sie zeigt den Punktfehler jeder gemessenen Bildkoordinate als Richtungsvektor für die Translation Δx (rx[mm]), Δy (ry[mm]) und ihre Länge (Länge [px]) an. Abhängig vom gewählten mathematischen Ansatz CLIC oder AxORI variieren die berechneten Punktfehler.

Überprüfen Sie die Fehler der einzelnen Punkte. Wenn sie zu groß sind, deaktivieren Sie entweder den Punkt oder suchen Sie nach Fehlern, und messen Sie diese erneut.

Merke Merke: Bei der Berechnung der Näherungswerte mit DLT (Näherung (DLT)) werden keine Einträge auf der Registerkarte Punktfehler erstellt.

Durch Klicken mit der rechten Maustaste wird das selbe Kontextmenü geöffnet, das Sie bereits von der Registerkarte Bildkoordinate kennen.

Die Registerkarte Parameter

Nach der Berechnung können Sie den Orientierungsparameter in der Tabelle für das Bild anzeigen. Diese sind in drei Abschnitten angeordnet, die durch eine Leerzeile voneinander getrennt sind:

    • Die ersten sechs Zeilen enthalten den Parameter der äußeren Ausrichtung.
      • die drei Koordinaten für den Ursprung des Bildkoordinatensystems,
      • die drei Drehwinkel (φ (phi), ω (omega) und κ kappa);
    • der nächste Abschnitt enthält die Parameter der inneren Orientierung;
      • die Kamerakonstante (ck) und
      • die zwei Koordinaten des Hauptpunktes (xh, yh);
    • schließlich die von Luhmann [1]. beschriebenen Verzeichnungsparameter.

Die Registerkarte Lote

Die Registerkarte Lote ist in drei Bereiche unterteilt:

  • oben zeigt eine Tabelle alle Lotlinien, die zuvor über den Knoten Lote des Baums Orientierungen definiert wurden;
  • in der Mitte werden alle Lote angezeigt, die im Bild verwendet werden, um neue Bildkoordinaten zu erstellen;.
  • unten wird das hervorgehobene Lot mit allen darauf erstellten Bildkoordinaten angezeigt.

Mit den Pfeiltasten rechts neben den beiden Tabellen können Sie markierte Lotlinien von der oberen zur unteren Tabelle und umgekehrt verschieben.

Die Registerkarte Horizonte

Die Registerkarte Horizonte ist in die gleiche bereiche wie die Lote-Karte unterteilt. To use a horizon move the horizon from the table Not used in the Image to the table Used in the image. As the horizon has been fully defined at the node horizons of the orientations tree no further measurements have to be executed.

Die Registerkarte Neupunkte

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Der Dialog Parameter AxOri

AxOri ist eien Funktionsbibliothek für photogrammterische Bündelblockausgleichung, die alle Orientierungsparameter berechnet. Sie wurde von der Firma AXIOS 3D® entwickelt.


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Reference

  1. Thomas Luhmann, Stuart Robson, Stephen Kyle, Jan Boehm: Close-Range Photogrammetry and 3D Imaging. Walter de Gruyter, Berlin / Boston 2014 - 702 pages. - Compare here: 3.3.3. Standardised correction functions, pp. 152-158.