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Diplomarbeiten am ifp

YANG Zhi

Geometrische Evaluierung des Quattro-DigiCAM Kamerasystems

Dauer der Arbeit: 6 Monate
Abschluss: November 2009
Betreuer: Dr.-Ing. Michael Cramer


Motivation

Ziel der Diplomarbeit ist die geometrische Evaluierung des Quattro-DigiCAM/H39 Kamerasystems. Dazu stehen empirische Flugdaten aus dem Testfeld Vaihingen/Enz zur Verfügung, die im Sommer 2008 im Rahmen des DGPF-Luftbildkameraevaluierungsprojekts erfasst wurden. Bei dem Kamerasystem handelt es sich um eine Mehrkopf-Kamera, die 4 mittelformatige Einzelköpfe verwendet. Die Anordnung der Sensorköpfe ist ähnlich wie bei der DMC (pan-chromatisches Modul), jedoch werden die Bilder nicht zu einem großformatigen virtuellen Bild zusammengerechnet (Stand Sommer 2009). In dieser Diplomarbeit wird das geometrische Potential des Kamerasystems evaluiert und die Auswirkung der Einführung von einer Plattformbedingung zur Bestimmung der relativen Orientierung der einzelnen Kameraköpfe zueinander untersucht.


Ausgangsdaten/Auswertung

Die Testflüge basieren auf Daten, die am 6. August 2008 von der Firma Geoplana, Marbach in zwei verschiedenen Flughöhen (daraus resultierend Bodenauflösungen (GSD) 8cm bzw. 20cm) im vom Institut für Photogrammetrie eingerichtete Testfeld Vaihingen/Enz durchgeführt wurden.

Die Abbildung 1 zeigt die Verteilung der signalisierten Punkte und die Parameter der beiden Flüge.

 

Abbildung 1
Abb.1: Passpunkte- und Bildverteilung der zwei Testflüge

Die beiden Datensätze (GSD 8cm und GSD 20cm) wurden mit unterschiedlichen Varianten für die Aerotriangulation (AT) ausgewertet: Jeweils in einer rein passpunkt-basierten, klassischen AT (mit 2 unterschiedlichen Passpunktverteilungen), GPS-gestützten AT, integrierten Sensororientierung und direkten Georeferenzierung ausgewertet, jeweils mit bzw. ohne Zusatzparameter und Verwendung der Plattformorientierung.  


Ergebnisse & Zusammenfassung

An dieser Stelle werden exemplarisch nur die Resultate der Auswertungen des GSD 8cm Blocks gezeigt (Abb. 2).

Abbildung 2
Abb. 2: Absolute Genauigkeiten (RMS) aller Ausgleichungsvarianten (GSD 8cm) aus Kontrollpunktdifferenzen

Es handelt sich dabei um die Absolutgenauigkeit (RMS) ermittelt aus den Kontrollpunktdifferenzen im Objektraum. Dargestellt sind jeweils die Resultate der passpunktbasierten AT (mit 59 PP (dichte Passpunktbesetzung) und 9 PP (lockere Passpunktbesetzung)), GPS-gestützter AT (4 Passpunkte in Blockecken), Integrierter Sensororientierung (GPS/IMU) ebenfalls mit 4 Passpunkten und die passpunktfreie direkte Georeferenzierung (dir.Geo.). In allen diesen Fällen wurde jeweils 4 Varianten gerechnet: eine Auswertung ohne Zusatzparameter (AT), dann eine AT mit Zusatzparametern (SK). Im 3. Fall wurde die Plattformbedingung eingeführt (PO), die dann in Variante 4 um zusätzliche Parameter ergänzt wurde (PO mit SK).

Die unterschiedlichen Varianten führen zu unterschiedlichen Genauigkeiten – was zu erwarten war.

Die Genauigkeiten von DigiCAM können in der horizontalen Komponente besser als 1/4 Bodenpixel erreichen. Und für vertikale Komponente ist die Genauigkeit besser als 1/2 Bodenpixel.
Für diese Genauigkeit spielen die zusätzlichen Parameter eine wichtige Rolle. Vorhandene systematische Effekte können durch das gewählt Australis-Modell sehr gut modelliert werden.
Die in diese Auswertung eingeführte Plattformbedingung hat keine positive Auswirkung auf die Ergebnisse, sie verschlechtert diese sogar, zumindest solang keine weiteren Zusatzparameter eingeführt werden. Dieses kann einerseits an dem verwendeten Ansatz liegen, der nur die Verdrehung der Kameraköpfe relativ zueinander modelliert, aber keine Translation zwischen den Projektionszentren berücksichtigt. Ggf. ist es aber auch nicht ausreichend nur einen Satz von Plattformorientierungswinkeln zu schätzen, der für alle Bilder des Fluges gilt. Dieses muss in weiteren Tests analysiert werden.
Die Gültigkeit der geschätzten Plattformorientierung könnte auch durch die Berechnung eines großformatigen virtuellen Bildes überprüft werden, denn dafür müssen die relativen Orientierungen der Kameraköpfe zueinander genau bekannt sein.