True- Oblique- Orthomosaik aus Schrägluftbildern zur Extraktion von 3D-Geoinformationen

Kurzfassung

Photogrammetrische Schrägaufnahmen bilden im Gegensatz zu den bisherigen überwiegend nadirblickenden photogrammetrischen Aufnahmen die Welt aus einer Oblique-Perspektive ab, sie erfassen im urbanen Gebiet Fassaden von Gebäuden und in geomorphologisch erhabenen Bereichen Hänge und Steilwände. Vorwiegend werden diese Systeme bisher für die Bereiche der Fassadentexturierung, Denkmaldokumentation, 3D Pointcloud- Extraktion oder auch für Monitoring-Zwecke eingesetzt. Geowissenschaftliche Methoden, diese Aufnahmen vorwiegend automatisch auszuwerten, stellen bis heute ein Problem dar. Zum einen liegt dies an der besonderen Abbildungsgeometrie und zum anderen an der Komplexität der 3D-Datenprodukte wie Pointclouds. Gerade die Bereiche der Computer-Vision und Geoinformatik arbeiten akribisch an diesem Thema und sind durch unterschiedlichste Ansätze bemüht, diese Fragestellung zu lösen. Bei Betrachtung der heutigen Datenprodukte im Bereich der Fernerkundung und Geowissenschaften wird klar, dass die methodische Bearbeitung von zweidimensionalen Rasterdaten, wie Bildmosaike und Oberflächenmodelle, für viele Fragestellungen verschiedene Lösungsmöglichkeiten bereithält. Klassische Verfahren wie Segmentierung, Vektorisierung und Klassifizierung werden erfolgreich im Bereich der Geowissenschaften eingesetzt. Eine Lösung der Problematik der 3D-Segmentierung von Punktwolken stellt somit die Reduktion und Zerlegung einer 3D-Problematik in mehrere 2D-Fragestellungen (Minimierung der Dimensionalität durch Mehrfachabbildungen) dar. Hierzu wird eine dreidimensionale Fragestellung durch mehrere zweidimensionale Abbildungen wie Schrägluftbilder gelöst. Im Bereich der Obliqueaufnahmen wird der dreidimensionale kartesische Objektraum durch mehrere zweidimensionale Projektionsebenen abgebildet. Das bedeutet, dass von einem Objekt aus unterschiedlichen Ansichten orthometrische zweidimensionale Abbildungen berechnet werden, welche den klassischen Datenprodukten, dem digitalen Oberflächenmodell und dem digitalen Orthomosaik, „technisch“ gleich sind. Hierfür wird nicht für jedes Stereomodell eine eigene Tiefenkarte erzeugt, sondern ein lokaler Raum definiert, welcher durch eine Anzahl von Aufnahmen, einem Cluster, optimal abgebildet wird. Um ein digitales Oberflächenmodell aus einem Obliquecluster abzuleiten werden die Hauptausrichtung und der Schwerpunkt des Clusters bestimmt. Die Hauptausrichtung des Schwerpunkts eines Clusters ähnlicher Aufnahmegeometrien bestimmt die Ausrichtung des Lokalen Raums und somit die Transformationsparameter. Nachdem für jeden definierten lokalen Raum die Transformation der Orientierungsparameter durchgeführt wurde, können Tiefeninformationen z.B. mittels SemiGlobalMatching (SGM) extrahiert werden. Diese Datenprodukte haben die gleichen Eigenschafften wie das klassische Orthomosaik und Oberflächenmodell aus Luftbildern. Die Oblique-Tiefenkarten sind Co-registriert zu den Obliquetrueorthobildern und beide Datensätze sind im Lokalen Raum georeferenziert. Aufgrund der definierten Transformationsvorschrift stehen alle extrahierten „Lokalen“ Informationen mit dem Globalen Bezugssystem in Beziehung. Die neuartigen Datenprodukte wurden aufgrund klassischer (2D) Methoden analysiert werden und zeigen erste Ergebnisse für die semantische Rekonstruktion von Gebäudedaten auf. Die Bereitstellung dieser True- Oblique- Orthomosaike stellt somit eine Datengrundlage für die Geowissenschaften bereit, mit der es möglich ist weitere „echte“ 3D Analysen aus Schrägluftbildern durchzuführen.