Referenzorientierung für Bilddaten aus Mehrkopfkamerasystemen

Kurzfassung

Zusammenfassung: Aufgrund verschiedener Aufgabenstellung im Bereich der Fernerkundung können Luftbildkameras nur selten vollständig den Ansprüchen der Auftraggeber gerecht werden. Gerade in der heutigen Zeit verlangt der Markt nach immer spezielleren Sensoren, welche Daten in hoher Qualität generieren sollen.Insbesondere die genaue Verortung und die Extraktion von Geoinformationen spielen eine große Rolle. Die Einrichtung Optische Informationssysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) hat es sich daher unter anderem zur Aufgabe gemacht, optische Sensorsysteme zu speziellen Anwendungen und Fragestellungen zu konzipieren. Eine große Herausforderung stellt dabei z.B. die photogrammetrische Auswertung von Oblique-Daten, sehr schmalwinkliger Kameras, exzentrischer Sensorflächen aber auch thermaler Sensoren dar.Zur Bestimmung der äußeren Orientierung dieser extremen Kamerakonstellationen dient nun die Referenzorientierung. Sie kennzeichnet die Übertragung der äußeren Orientierung eines photogrammetrisch auswertbaren Sensors auf einen anderen simultan agierenden optischen Sensor und ist abhängig von der Bestimmung konstanter Transformationsparameter. Auf diese Weise können Kamerasysteme genutzt werden, für die nicht jeder Einzelsensor zwangsläufig den photogrammetrischen Minimalanforderungen entsprechen muss.In diesem Beitrag wird die Referenzorientierung auf den Datensatz des Mehrkopfkamerasystems MACS 50/70 angewendet. Dabei wird das Potential der Methode zur genauen Bestimmung der äußeren Orientierung der Einzelsensoren untersucht. Das Sensorsystem MACS 50/70 besteht aus drei Kameramodulen – der GeoCam (50mm Brennweite) und den Kameras DOMCam1 und DOMCam2 (beide 70mm Brennweite). Die objektseitigen Bildfelder der DOMCam1/2, die sich minimal überlappen, bilden dabei den Abbildungsbereich der GeoCam ab. Um das gesamte Bildfeld der GeoCam in den hochauflösenden DOMCam-Modulen zu erfassen und eine Maßstabsänderung durch Verkippung der Sensoren zu umgehen, sind beide Module mit vershifteten Objektiven ausgestattet. Die Aufnahmegeometrie der DOMCam-Module zieht einseitige Bildanschlüsse nach sich. Weiter führen die große Brennweite der DOMCam-Module und ein damit verbundenes hohes Auflösungsvermögen zu einer schleifenden Schnittgeometrie der Strahlenbündel. Beiden genannten Problemstellungen kann photogrammetrisch nur durch eine Ausgleichung unter Zwängen begegnet werden. Eine Zwangsbedingung kann dabei die räumliche Lage der Projektionszentren der DOMCam-Module sein, die bereits hochgenau aus der Triangulation der GeoCam abgeleitet werden können. Daher erfolgt zunächst die Aerotriangulation der Bilddaten der Übersichtskamera (GeoCam). Anschließend findet die Triangulation für die Aufnahmen aus den DOMCam-Modulen statt. Dem Ergebnis der Aerotriangulation unter Zwängen wird nun das Resultat der Referenzorientierung gegenübergestellt. Zu diesem Zweck werden mittels Bündelblockausgleichungen konstante Transformationsparameter zwischen der GeoCam und DOMCam1 sowie zwischen GeoCam und DOMCam2 bestimmt. Diese Transformationsparameter sowie die äußere Orientierung der GeoCam bilden zusammen die äußere Orientierung der DOMCam-Module. Es liegen damit jeweils zwei äußere Orientierungen für die Aufnahmen der schmalwinkligen DOMCam-Module vor: aus Aerotriangulation unter Zwängen und aus Referenzorientierung.Die Restklaffungen in den Parametern der äußeren Orientierung sind mathematisch aufgrund der inneren Messgenauigkeit nicht mehr qualitativ zu unterscheiden.Daher werden aus beiden Orientierungslösungen Oberflächeninformationen (DOMs) extrahiert und anhand von flächendeckend zur Verfügung stehenden Passpunkten untersucht; hierzu werden Höhendifferenzen gebildet. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass im Falle des MACS 50/70 und ähnlicher Mehrkopfkamerasysteme die Orientierung des Referenz-Sensors ausreichend ist, um die äußere Orientierung aller Sensoren zu berechnen. Trotz der Maßstabsänderung in der Bildauflösung einzelner Kamera-Module sowie unterschiedlicher Aufnahmegeometrie lassen sich bei sorgfältiger Berechnung konstanter Transformationsparameter zwischen den Sensoren vergleichbare Genauigkeiten wie in einer AT unter Zwängen ableiten.