Heft 54

Schriftenreihe des Studiengangs Geodäsie und Geoinformation
der Universität der Bundeswehr München

 


 

  • Inhalt
  • Zusammenfassung
  • Bestellung

 


 

Heft 54

Ein hybrides photogrammetrisches Industriemeßsystem höchster Genauigkeit und seine Überprüfung
Dissertation

Autor: J. Dold

Universität der Bundeswehr München, Neubiberg, 1997
140 Seiten

Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen der Universität der Bundeswehr München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigten Dissertation.

Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. D. Könke
1. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. E. Dorrer
2. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. W. Welsch
3. Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. F. Wäldele

Die Dissertation wurde am 13.09.1996 bei der Universität der Bundeswehr München,
D-8014 Neubiberg, Werner-Heisenberg-Weg 39, eingereicht.

Tag der mündlichen Prüfung: 17.03.1997

 


 

Inhalt

Einführung und Zielsetzung

  • Wichtige Verfahrens- und Geräteentwicklungen für die Industriephotogrammetrie
  • Entwicklungstendenzen
  • Zielsetzung dieser Arbeit

Photogrammetrische Punktbestimmung (Begriffe)

  • Signalisierung diskreter Meßstellen
  • Bildaufnahme und Réseau
  • Bildauswertung
  • Mehrbildtriangulation
    • Modell der Objektabbildung
    • Orientierung der Meßbilder
    • Lösung der Mehrbildtriangulation durch Ausgleichung
  • Verfahren zur Näherungswertbestimmung

Systemkonzept

  • Konzept der konsequent angewendeten Réseautechnik
  • Bildaufnahme und Bildauswertung klassischer photogrammetrischer Systeme
  • Vorteil der konsequent angewendeten Réseautechnik

Objektsignalisierung

  • Eigenschaften retroreflektierender Zielmarken
    • Retroreflektion
    • Einfluß retroreflektierender Zielmarken auf die Mehrbildtriangulation
  • Eigenschaften kreisförmiger Zielmarken
    • Maximaler und minimaler Zielmarkendurchmesser
    • Einfluß von zu großen Zielmarken auf die Mehrbildtriangulation
  • Vor- und Nachteile der Objektsignalisierung

Bildaufnahme und Abbildungseigenschaften

  • Large Format Camera
    • Objektive und Verschluß
    • Andruckplatte und Filmmagazine
    • Belichtungstechnik
    • Bewegung des Filmes während der Belichtung
    • Filmunebenheit
    • Filmverzug
  • Réseau
    • Temperaturverhalten des Réseauträgers
    • Homogenität der Dichte des Réseauträgers
    • Ebenheit des Réseauträgers
    • Teilungsgenauigkeit des Réseauträgers
    • Réseaubelichtung durch Dioden
  • Kameraparameter und ihre Bestimmung
    • Kamerakalibrierung mit oder ohne Beobachtungen im Objektraum
    • Vorab- oder Simultankalibrierung
    • Kameraparameter der Large Format Camera
    • Experimentelle Untersuchung zur entfernungsabhängigen Verzeichnung
      • Verbesserung der inneren Genauigkeit
      • Verbesserung der äußeren Genauigkeit
      • Radialsymmetrische Verzeichnung einiger Objektive
    • Simultane Selbstkalibrierung der Large Format Camera
    • Vorabkalibrierung eines Mehrkamerasystems

Bildauswertung

  • Gezielte Teilbilderfassung durch Näherungswertbestimmung
    • Strategien ohne Objektinformation
    • Strategien mit Objektinformation
    • Automatische Punktidentifikation
    • Fahrwegoptimierung
  • Digitale Bildverarbeitung für die Teilbildauswertung
    • Näherungswerte für die Strukturorte
    • Näherungswert für den Ellipsenmittelpunkt
    • Näherungswert für den Schnittpunkt der Kreuzbalken
  • Genaue Ortsbestimmung der Strukturen
    • Präzise Linien- und Kantensuche
    • Präzise Bestimmung des Ellipsenmittelpunktes
    • Präszise Bestimmung des Schnittpunktes der Kreuzbalken
  • Vergleich von zwei opto-elektronischen Kameras für die Teilbilderfassung
    • Vergleich der Synchronisation
    • Genauigkeitsvergleich der Sensorsysteme
      • Aufnahmekonfiguration, Bildauswertung, Triangulation
      • Bildverband mit Valvo-Sensor
      • Bildverband mit Megaplus-Sensor
    • Schlußfolgerungen aus dem Vergleich
  • Zuordnung des Teilbildes zum Gesamtbild (Sensororientierung)
    • Alternative Verfahren der Sensororientierung
      • Mechanische Sensororientierung
      • Optisch-numerische Sensororientierung über dem Abtastréseau
    • Optisch-numerische Sensororientierung über projiziertem Kameraréseau
      • Prinzip
      • Transformation vom Sensor- in das Bildkoordinatensystem
      • Nachträgliche Korrektur globaler Réseauteilungsfehler
  • Experimenteller Nachweis der Kompensation stärksten Filmverzugs

Überprüfung der Meßgenauigkeit

  • Vorbemerkung
  • Prüfverfahren in der traditionellen Koordinatenmeßtechnik
    • Überwachung
    • Abnahme
    • Kalibrierung
    • Anforderungen an ein Prüfverfahren
    • Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Koordinatenmeßgeräten
  • Vorbereitende Untersuchungen zur Prüfung photogrammetrischer Systeme
    • Prüfkörper
    • Testfeld
    • Aufnahmekonfiguration
    • Ergebnisse
  • Vorschlag für die Prüfung photogrammetrischer Systeme
    • Einführung
    • Prinzip
    • Prüfkörper für die Prüfung der Antastabweichung
    • Durchführung der Prüfung der Antastabweichung
    • Auswertung und Darstellung der Antastabweichung
    • Prüfkörper für die Prüfung der Längenmeßabweichungen
    • Durchführung der Prüfung der Längenmeßabweichungen
    • Auswertung und Darstellung der Längenmeßabweichungen

Anwendungen des Systems

  • Anwendungen im Flugzeugbau
  • Anwendungen im Schiffbau
  • Anwendungen im Bauwesen

Zusammenfassung und Ausblick

  • Zusammenfassung
  • Ausblick

Literatur

Dank

Lebenslauf

 


 

Zusammenfassung

Durch die konsequente Ausnutzung der Réseautechnik konnte ein großformtaiges photographisches Industriemeßsystem mit mechanisch geringem Aufwand realisiert werden. Waren bei vergleichbaren Meßsystemen bisher mindestens vier Meßnormale an der Bestimmung von Bildkoordinaten beteiligt, so werden bei dem realisierten Meßsystem nur zwei benötigt.

Eine elementare Komponente des Meßsystems bildet die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte großformatige photographische Kamera, deren Elemente eingehend untersucht wurden. Es konnte gezeigt werden, daß sich die entfernungsabhängige radialsymmetrische Verzeichnung im Rahmen der simultanen Selbstkalibrierung bestimmen läßt. Durch diese Methode wurde bei kurzen Aufnahmeentfernungen und starken Variationen des Bildmaßstabes die Genauigkeit im Obejektraum um etwa 70% verbessert. Bei größeren Aufnahmeentfernungen erfolgte eine Genauigkeitssteigerung von rund 10%.

Die zweite elementare Komponente des Systems bildet das digitale Bildauswertegerät und die damit verbundene Auswertesoftware. Die entwickelte Bildverarbeitungssoftware verbindet die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte "optisch numerische Sensororientierung übder dem projizierten Kameraréseau" mit den bekannten Methoden der digitalen Bildverarbeitung. Ergebnisse des Vergleiches zweier opto-elektronischer Sensoren hinsichtlich ihrer Nutzung für die Bildauswertung werden ebenso vorgestellt wie die Fahrwegoptimierung zur schnelleren Bearbeitung der Meßbilder.

Da die Genauigkeit eines Meßsystems nicht nur von der Bildaufnahme und der Bildauswertung abhängig ist, sondern auch die Zielmarken einen nicht zu vernachlässigenden Einfluß auf das Meßergebnis haben können, erfolgt im Rahmen dieser Arbeit eine Untersuchung der verwendeten Zielmarken. Es werden verschiedene Zielmarken im Rahmen einer photogrammetrischen Testmessung geprüft und es wird aufgezeigt, welchen Einfluß die Maskendicke, die Retrofolie und die Abbildungsexzentrizität auf das Meßergebnis haben kann.

Die Überprüfung photogrammetrischer Systeme bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Die in der Photogrammetrie übliche Beschreibung der Meßgenauigkeit mit Hilfe von Standardabweichungen werden in der Industrie als Genauigkeitsaussage meist nicht akzeptiert. Dies liegt erstens daran, daß die Berechnung der Standardabweichung im Rahmen der Mehrbildtriangulation für Nicht-Photogrammeter kaum nachvollziehbar ist, und zweitens, daß in der industriellen Meßtechnik andere, in nationalen und internationalen Richtlinien definierte Genauigkeitsangaben üblich sind. Es wird deshalb ein Verfahren zur Überwachung und Abnahme photogrammetrischer Systeme in Anlehnung an die DIN ISO 10360 (Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Koordinatenmeßgeräten) vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist sowohl für photogrammetrische Systeme als auch für digitale Systeme einsetzbar.

 


 

Schriftenreihe