Studierende berichten: Automatische Passpunktdetektion im neuen Kalibrierfeld des IGEO-Photogrammetrielabors

Referenzpunkte sind im Rahmen von photogrammetrischen Aufgaben unerlässlich. Einerseits dienen sie der Lagerung von Bilddaten und Produkten in Landeskoordinaten oder einem lokalen Netz, andererseits eignen sie sich zur unabhängigen Kontrolle von Ergebnissen. Ebenso eine grosse Rolle spielen sie bei der geometrischen Kamerakalibration. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen des Blockkurses Photogrammetrie des 5. Semesters im BSc Geomatik ein eigenes Passpunktfeld entworfen, sowie eine Softwarelösung in Python zur automatischen Detektion von Passpunkten innerhalb des Kalibrierfeldes implementiert.

Das Photogrammetrie-Blockprojektteam des 5. Semesters vor dem neuen Kamerakalibrierfeld

Das neue photogrammetrische Kalibrierfeld des IGEO wurde im Raum 10.M.22 erstellt, und wurde so konzipiert, dass beliebige Kameramodelle und Kamerakonfigurationen zuverlässig kalibriert werden können. Dazu wurden an zwei Wandflächen sowie an der Decke gesamthaft 486 Targets angebracht. Diese Zielmarken bestehen aus einer klebbaren Folie mit einer codierten Signalisierung, die sich auf Aluscheiben anbringen lässt. Um bei jeglicher Visurdistanz eine passend grosse Zielmarke zu haben sind die Targets in drei verschiedene Grössen angebracht.

Passpunktfeldkonzept mit den codierten Targets: Klein (grün), mittel (gelb), gross (rot)

Mit diesen zirkulär codierten photogrammetrischen Targets kann eine automatische Erkennung, Dekodierung und Messung aus Bilddaten stattfinden. Anhand des Kontrasts der Targets und ihrer Form, können über verschiedene Filter und Schwellwertoperationen in einem ersten Schritt die Unterscheidung zwischen Target und Raum gemacht werden. Über ein schwarzweisses Binärbild werden einzelne Zielfenster erzeugt, worin sich angenommene Targets befinden. Darauf folgt eine Kantendetektion innerhalb der Zielfenster, womit die Formen der Targets erkannt werden, worauf weiter geprüft und gefiltert wird. Eine Ellipse wird über den inneren Kreis jedes Targets geformt, womit deren Mittelpunkt ermittelt wird.

Targetelemente, und deren Mittelpunktmessung aus dem Ellipsenfit (Auch eliminierte Elemente sichtbar)

Zuletzt werden die Targets über die Angaben der Zielfenster und Ellipsen entzerrt, sodass eine Dekodierung stattfinden kann. Ein Binärcode wird aus dem entzerrten Bildausschnitt bestimmt, womit eine definitive Identifikation per vordefinierter Codeliste durchgeführt wird. Diese codierten Targets basieren auf dem System von Schneider (1991) und sind in gängigen photogrammetrischen Softwares wie Agisoft Metashape standardmässig verfügbar.

Entzerrung und Binärcode-Bestimmung zur Dekodierung der Targets

Mit diesen automatisch detektierten, eingemessenen und identifizierten Punkten wird somit die Grundlage für die weitere Kamerakalibrierung geschafft und eine erste Software-Implementierung zur Automatisierung der Einmessung umgesetzt. Weiter anstehend sind die effektiven geometrischen Messungen der Passpunkte im Raum mit einem lokalen oder sonstigen Bezug. In einem Erstvergleich zur kommerziell bestehenden Software Agisoft Metashape scheinen die Resultate jedoch vielversprechend und deckungsgleich, wobei noch mehr Robustheit in Bezug auf die Bilddaten sichergestellt werden muss.

Abgeschlossenen Passpunktdetektion innerhalb des neuen Kalibrierfelds im 10.M.22

Mit dem Photogrammetrie-Blockprojekt im Herbstsemester 2022/23 konnte in agilen, teilgetrennten Arbeitsgruppen der Klasse G2020 und mit der ausgezeichneten Betreuung durch wissenschaftliche Mitarbeitende des IGEO ein erstes Produkt und System zur eigenen Kamerakalibrierung auf die Beine gestellt werden. Ebenso verewigt sich das Blockkursteam im Raum 10.M.22 mit dem neuen Kalibrierfeld. Nur die Frage, ob die visuelle Transformation des Raums so überzeugt, wie sie es vermessungstechnisch auch tut? Das G2020 ist auf jeden Fall der Meinung.

Quelle:
Schneider, C. T. 1991. ‘3-D Vermessung von Oberflächen Und Bauteilen Durch Photogrammetrie Und Bildverarbeitung’. 90–93.