4.1 Formate und Referenzen
Die Bildkoordinaten sollten auf den Symmetriepunkt bezogen sein. Falls dieser nicht bekannt ist – wie z.B. oft bei digitalen Bildern – wird die Bildmitte als Referenzempfohlen. Ihre Eingabe der Bildmessungen erfolgt vom IMAGE COORDINATE File. Als Maßeinheit für die Bildmessung wird dringend [mm] empfohlen. Ist die Einheit [mikron], so ist ein entsprechender Parameter in der Benutzeroberfläche zu setzen. Die Datei muss bildweise geordnet sein und folgende Daten pro Bild enthalten:
Die Kopfzeile enthält den Bild- und den Kameranamen. Fehlt der Kameraname, so wird der Kameraname des vorherigen Bildes eingesetzt. Startwert für den Kameranamen des ersten Bildes ist Eins, wenn nichts angegeben ist. Optional können weiter zwei blinde Koordinatenwerte zwischen Bild- und Kameranamen enthalten sein. Das Ende der Daten eines Bildes wird durch ein Minuszeichen vor dem letzten Punkt (z.B. -99) angezeigt. Danach folgt das nächste Bild.
Ein Bildname darf in einem Datensatz mehrfach vorkommen, die neuen Daten werden dann an die vorherigen Daten des Bildes angefügt. Ein Punktname darf im Datensatz eines Bildes ebenfalls mehrfach vorkommen. Die Mittelbildung erfolgt automatisch.
Die Eingabe der Bildmessungen erfolgt formatfrei. Es wird dringend jedoch empfohlen, am Anfang einer jeden Zeile mindestens ein Leerzeichen zu haben, um spätere Probleme mit einem ″S″ in Spalte eins zu vermeiden. Als Datenende gelten das Fileende oder ein END-Statement.
Kopfzeile : | Bildname | Kameraname |
| P1 C1 |
nächstes Bild: | Bildname | Kameraname |
| P2 |
Prinzipieller Aufbau des Bilddatenfiles. |
| Beispiel mit zwei Bildern. | ||
Es gilt folgender Aufbau (die eckigen Klammern [] zeigen eine optionale Eingabe an):
Photo_Name [ x' y' ] [ Kamera_Name ]
Die nachfolgenden Bildmessungen müssen den Punktnamen und zwei Koordinatenwerte enthalten.
Punkt_Name x' y' [ Kommentar ]
Dieser File kann neben den Bildkoordinaten der Objektpunkte auch die Bildkoordinaten der Rahmenmarken bzw. der Reseaupunkte enthalten. Es wird empfohlen, diese Punkte grundsätzlich von 1 bis n zu nummerieren, wobei n die Anzahl der Rahmenmarken ist. Dann können diese Punkte leicht durch die Definition eines für die Ausgleichungspunkte im Objektraum gültigen Punktnummernbereiches von den Programmen eliminiert werden.
Abb. 4-1 Koordinatensystem eines Bildes
Für ein korrektes Ergebnis ist es notwendig, die Bildmessungen aller Bilder in einem einheitlichen Bezugssystem zu definieren. Für analoge Filmkameras ist eine Transformation der Bildmessungen auf die Sollkoordinaten der Rahmenmarken bzw. des Reseaus zweckmäßig. Der Ursprung dieses Koordinatensystems soll dabei im Symmetriepunkt PPS liegen. Liegen keine Sollkoordinaten vor, so ist zu empfehlen, die Bildkoordinaten des ersten Bildes auf den Schnittpunkt der Rahmenmarkenverbindungslinien zu reduzieren und so einzudrehen, dass die y'-Koordinaten für die Punkte 1 und 5 Null werden (Abb. 4-1). Die nachfolgenden Bilder transformiert man dann auf die Rahmenmarken des ersten Bildes (Programm TRABI).
Für digitale Kameras sollte der Bezugspunkt der Bildkoordinaten die Bildmitte sein.
Liegt nicht für alle Bildmessungen ein einheitliches Bezugssystem vor, so ist bei der Anwendung zusätzlicher Parameter mit falschen Ergebnissen zu rechnen. Außerdem sind dann Schwierigkeiten bei GPS/IMU-Anwendungen und bei Standpunktzentrierungen und Stereoaufnahmebedingungen zu erwarten.
Für die praktische Bildmessung wird empfohlen, bei der Nummerierung und Messung der Rahmenmarken in den einzelnen Bildern äußerst sorgfältig vorzugehen, da hier erfahrungsgemäß leicht Fehler auftreten. Diese Fehler sind schwer aufdeckbar. Die richtige Nummerierung sollte daher während der Bildmessung überprüft werden, z.B. mit Hilfe der Position des einbelichteten Bildnamens.
Es wird daher empfohlen, eine (n+1)te also z.B. eine neunte Rahmenmarke zu definieren. Der Koordinatenwert gibt die Position des einbelichteten Bildname an. Es ist in jedem Falle eine solche Position zu wählen, die unsymmetrisch zu den eigentlichen Rahmenmarken liegt. Beim Messen der inneren Orientierung wird dann automatisch zum Schluss der Messungen auf diese Koordinate vorpositioniert. Wird an dieser Stelle der Bildname nicht gefunden, so ist die ganze innere Orientierung neu zu beginnen, da entweder das Bild falsch eingelegt wurde oder die Zuordnung der Rahmenmarken nicht stimmt. Wird der Bildname an dieser Stelle gefunden, so ist das Bild richtig eingelegt. Der Bildname kann jetzt noch einmal verglichen werden. Die Koordinate an dieser Stelle wird dann nicht gemessen, sondern ausgelassen (geskippt). Anschließend kann mit der Messung der Verknüpfungspunkte begonnen werden. Eine solche Vorgehensweise stellt eine gute Absicherung gegen Fehler dar.
Auch sollten alle Bilder stets in gleicher Lage in das Messgerät oder einen Photoscanner eingelegt werden (Bildname immer in gleicher Position), um unterschiedliche Einflüsse aus den Restfehlern des Messgerätes zu vermeiden.
Korrektur der Bildmessungen:
Es wird generell dringend empfohlen, vorab keinerlei Korrekturen für Erdkrümmung, Refraktion oder Verzeichnung an den Bildkoordinaten anzubringen! Diese Korrekturen werden – wenn erforderlich – in BINGO durchgeführt.
Lage des Bildhauptpunktes:
Für höchste Genauigkeitsansprüche sind eventuelle Unterschiede zwischen PPS und PPA zu beachten. In BINGO ist PPS als Nullpunkt des Bildkoordinatensystems definiert. Daraus ergeben sich für die praktische Arbeit Konsequenzen, die insgesamt eine bessere Übersichtlichkeit bringen und Erleichterungen bei der Handhabung bedeuten. Folgende Vorgehensweise wird empfohlen:
- Die Rahmenmarkensollkoordinaten aller Kameras sind so umzurechnen, dass PPS die Koordinaten (0.0, 0.0) erhält. Bei neueren Kalibrierungen ist PPS bei den meisten Kameras bereits als Bezugspunkt gewählt. (Außer bei der Kamerakalibrierung durch den USGS.)
- Messprogramme, die Bildkoordinaten ausgeben, sollen weder eine eventuell vorhandene Verzeichnung korrigieren noch die Koordinaten auf PPA umrechnen (d.h., die Sollkoordinaten der Rahmenmarken werden immer als Soll beibehalten und haben nach der Transformation - bis auf die Messunsicherheit - auch tatsächlich diese Werte.).
- PPA in Bezug auf PPS wird in BINGO im CAPA-Statement als Hauptpunkt definiert und die Verzeichnung im RADI-Statement eingegeben. Vergleich Kap. 5.1.
Wird jetzt mit BINGO die Hauptpunktslage mit ausgeglichen, so erhält man als Resultat stets die Lage von PPA (in Bezug auf PPS).
Bei gleichzeitiger Verwendung einer vorgegebenen Verzeichnung (RADI-Statement) und zusätzlicher Parameter listet BINGO nach den Werten der zusätzlichen Parameter
- die radialsymmetrischen Anteile der Verzeichnung aufgrund der zusätzlichen Parameter und
- die Summenkurve aus vorgegebener Verzeichnung und zusätzlichen Parametern.
Dabei wird der im RADI-Statement vorgegebene Stützpunktabstand beibehalten.
Begriffserklärungen
- Symmetriepunkt (Principle Point of Symmetry PPS):
Dieser Punkt wird bei der Kalibrierung so ausgewählt, dass die Verzeichnungskurve in allen Diagonalrichtungen möglichst gleich ist. Er ist daher der Nullpunkt der Verzeichnungskurve.
- Autokollimationspunkt (Principle Point of Autocollimation PPA):
Dieser Punkt ist der Nullpunkt der zentralperspektiven Abbildung. Er repräsentiert bildseitig die Aufnahmerichtung und ist stets Bezugspunkt in der Kollinearitätsgleichung.
- Schnittpunkt der Rahmenmarkenverbindungslinie (Fiducial Center FC):
Dieser Punkt war zum zentrischen Einlegen der Bilder in Analoggeräten von Bedeutung. In der analytischen und digitalen Photogrammetrie wird er teilweise aus historischen Gründen noch benutzt, hat dort aber keine Bedeutung mehr.
Wichtiger Hinweis:
Oft sind die Kameradaten nicht auf PPS bezogen, oder das photogrammetrische System enthält keine Angaben, ob mit ″Hauptpunkt″ PPS oder PPA gemeint ist. Es sollte unbedingt darauf geachtet werden, dass der Bezugspunkt der Bildmessungen immer PPS ist, da PPS nicht durch den Benutzer verändert werden kann – wohl aber PPA.
PPA ist werkseitig mit einer Genauigkeit von etwa ± 20 µm bestimmt. Bei Anwendung von DGPS Daten entsprechen diese 20 µm bei einem Bildmaßstab von z.B. 1:8000 bereits einer Lageänderung von 16 cm im Objektraum. Da die GPS-Messungen durchaus genauer sind, muss PPA bei Benutzung von GPS-Daten mit kalibriert werden.
Wird nun ein großer Block mit z.B. 5000 Bildern in Teilblöcken von je 1000 Bildern bearbeitet, kann es leicht zu folgender Situation kommen: Der erste Teilblock ist gemessen, die Bündelausgleichung wird mit Selbstkalibrierung gerechnet und PPA erhält neue Koordinaten. Diese neuen Koordinaten werden in das photogrammetrische System übernommen. Wenn nun PPA die Referenz war, ist das Chaos perfekt: Alle weiteren Messungen haben eine andere Referenz.