Integrierte Georeferenzierung für bildgebende Systeme mit sequentieller Datenakquisition
Final Report Abstract
Im Rahmen des Vorhabens wurde eine integrierte Bündelblockausgleichung mit dem Ziel der Bestimmung einer zeitaufgelösten Trajektorie eines bewegten Laserscanners entwickelt und implementiert, in der die Resultate der Triangulation einer Bildsequenz sowie Korrespondenzen zwischen Bild- und Laserscannerdaten eingehen. Dazu wurde das funktionale geometrische Modell der Bündelblockausgleichung durch die Einbeziehung von Trajektorienparametern in Form eines Polynomansatzes als Unbekannte in der Bündelblockausgleichung erweitert. Zudem wurden Messdaten des Laserscanners als zusätzliche Beobachtungen in die Bündelblockausgleichung eingeführt. Dies bedingte auch die Entwicklung bzw. Adaption von Verfahren zur Herstellung von Korrespondenzen zwischen Bild- und Laserscannerdaten. Zudem war das stochastische Modell der Bündelblockausgleichung hinsichtlich der adaptiven Balancierung der Gewichte der zusätzlichen Beobachtungsklasse zu erweitern. Die Resultate der praktischen Validierung der entwickelten und implementierten Ansätze erwiesen sich letztlich als im Kern unbefriedigend: Aufgrund hoch-komplexer Korrelationsmuster konvergierte die integrierte Bündelblockausgleichung zu häufig nicht. Als Kernresultat ist somit festzuhalten, dass eine zuverlässige Bestimmung einer zeitaufgelösten Laserscannertrajektorie auf Basis des vorgeschlagenen Ansatzes mit einer für die praktische Anwendung hinreichenden Zuverlässigkeit sich als nicht möglich erwies. Das bedeutet, dass ein kompletter Ersatz einer GNSS/IMU-Lösung zur Bestimmung von Orientierungsparametern eines bewegten Laserscanners durch eine bildsequenzbasierte Triangulation zur Bestimmung einer zeitaufgelöst parametrisierten Trajektorie keine allgemein gangbare Lösung darstellt. Brauchbare Resultate wurden hier nur dann erzielt, wenn die verwendete Kamera eine so hohe zeitliche Auflösung aufwies, dass zwischen den Aufnahmezeitpunkten eine lineare Interpolation der Trajektorienparameter angesetzt werden konnte. Da dies mit einem höheren gerätetechnischen Aufwand und i. d. R. auch mit einem Verlust an Sensorgröße und damit an Genauigkeitspotential verbunden sein wird, kann auch eine solche Lösung – u. a. auch angesichts aktueller Entwicklungen im Bereich kompakter und preiswerter IMUs - nicht als Ersatz einer IMU-basierten Trajektorienbestimmung verallgemeinert werden. Zukünftige Arbeiten sollten daher nicht auf den Ersatz einer IMU-basierten Bahnkurvenbestimmung durch bildsequenzbasierte Trajektorienbestimmung abzielen, sondern auf deren Integration in Datenakquisitionssystemen, die angesichts der teilweise komplementären Eigenschaften von Kameras und Laserscannern ohnehin mit beiden Sensoren ausgestattet sind.
Publications
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(2014): An Integrated Flexible Self-calibration Approach for 2D Laser Scanning Range Finders Applied to the Hokuyo UTM-30LX-EW. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XL-5, 385-393
Mader, D., Westfeld, P., Maas, H.-G.
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(2014): Integrated Georeferencing of LiDAR and Camera Data Acquired from a Moving Platform. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XL-3, 191-196
Liebold, F., Maas, H.-G.
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Untersuchungen zum Potential der Trajektorienbestimmung eines bewegten Laserscanners durch die Triangulation von Bildsequenzen, Photogrammetrie – Laserscanning – Optische 3D-Messtechnik (Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2017, Hrsg. Luhmann/Müller)
Liebold, F., Maas, H.-G.
