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Demo als Diareihe

Photogrammetrie, ‹berblick

Ein Programm zur Entzerrung von Fassadenfotos

oder

zur Erstellung von Bauzeichnungen aus Digitalfotos eines Renovierungsobjektes.

Meine Erfahrungen beim Experimentieren mit Fotografien von Hausfassaden zeigten mir bald, dass die Abfolge der einzelnen Schritte trotz einiger Übung immer wieder zum Nachdenken zwang. Ich konnte mir leider nicht zuverlässig genug merken, welche Aktionen aufeinander folgten. Das brachte gelegentlich Probleme, wenn ich erst zu Hause bemerkte, dass ich bei der Messung vor Ort etwas vergessen hatte.

Da ich mit gewisser Freude meinen Laptop nutze, lag es nahe, diesen sowohl für die Gewinnung der Messdaten vor Ort als auch danach zur Auswertung einzusetzen. Leider kenne ich aber kein geeignetes Programm für mein Vorhaben und war daher gezwungen, mir selbst eines zu schreiben.

Mein Ziel war es, Fotografien von Hausfassaden so von den meist unvermeidlichen perspektivischen Verzerrungen zu befreien, dass eine maßstabsgetreue Abbildung entsteht, die zum Beispiel für die Erstellung eines Bauplanes bei Renovierungsvorhaben oder zur Erfassung von Flächenaufmaßen genutzt werden kann. Das angestrebte Orthofoto könnte dann etwa schnell mal das eine oder andere Maß liefern, ohne dass man sich jeweils erneut zum Objekt begeben müsste.

Das Programm kann auch mit einem Zeiss-Tachymeter (Rec Elta 15) kommunizieren und der Ablauf im ersten Teil gestaltet sich folgendermaßen :

Das vorher erstellte Digitalfoto (mit seinen perspektivischen Verzerrungen) wird in den Laptop transferiert. Der Theodolit ist ca. 10 bis 30 m vor der fotografierten Fassade aufgestellt - nicht unbedingt an der gleichen Stelle von der das Foto aufgenommen wurde - und mit dem Laptop über die serielle Schnittstelle verbunden. An der Wand werden mindestens 2 Reflektorfolien derart angeklebt, dass sie den Verlauf der Fassadenebene gut charakterisieren. Sie sollten also nicht zu nahe beisammen angebracht sein.

Im Laptop wird nun das Programm aufgerufen und damit das Digitalfoto der Fassade in einem Fenster angezeigt. Jetzt wird zunächst die Position der ersten Reflektorfolie mit dem Theodolit angepeilt und auf dem Bild im Programm die entsprechende Stelle mit der Maus durch Anklicken markiert. Dies muss nicht genau sein, zumal ja auch die Folie zur Zeit der Aufnahme in der Regel noch gar nicht an die Wand geklebt war. Jetzt wird am Theodolit die Messung ausgelöst und die resultierenden Werte - die Schrägdistanz (D) zur Folie, der horizontale Richtungswinkel (Hz) und der Zenitwinkel (V1) - über das Kabel an den Rechner geschickt und dort vom Programm registriert. In gleicher Weise wird danach auch die zweite Reflektorfolie angemessen.

Die weiteren Punkte (mindestens 4, möglichst aber mehr) sollten sich einigermaßen gleichmäßig über die Fläche der Wand verteilen und sowohl auf dem Foto wie auch mit dem Theodolit eindeutig bestimmbar sein. Der erste dieser Punkte muss möglichst weit links unten liegen, damit er dort den Koordinatenursprung für die anderen Wandpunkte bilden kann. So werden die X-Werte und auch die Y-Werte aller anderen Punkte positiv sein, weil sie ausnahmslos weiter rechts und weiter oben liegen. Da sich an den weiteren Punkte im Allgemeinen keine Reflektorfolien befinden, werden als Messwerte nur jeweils der Winkel Hz und der Winkel V1 anfallen und im Rechner registriert werden. Es wird bei diesen Punkten immer so verfahren, dass die Position erst mit der Maus auf dem Bildschirm markiert und dann der Punkt an der Wand mit dem Theodolit angemessen wird.

Nach Abschluss der Messungen werden auf dem Bildschirm noch vier geeignete Eckpunkte markiert und dann das jetzt markierte Foto auf dem Rechner abgespeichert. Gleichzeitig werden in 2 Textdateien die ermittelten Messwerte und Pixelkoordinaten mit abgespeichert. Die weiteren Programmteile können entweder vor Ort oder später am Arbeitsplatz ablaufen.

Im zweiten Teil werden aus den Daten Transformationsparameter berechnet, die im dritten Teil schließlich zur Erzeugung des entzerrten Bildes benutzt werden.

Falls Sie nach dieser Beschreibung den Programmablauf noch etwas näher ansehen wollen, habe ich hier eine kleine Diafolge hinterlegt.

Eine zweite Variante des Programms ist neuerdings in der Lage auch Fotos von schiefen Ebenen zu entzerren. Hier kann auf Reflektoren verzichtet werden, weil die Aufnahme der Passpunkte auf der Fläche durch räumliches Einschneiden von zwei verschiedenen Positionen aus erfolgt.

Angesichts der zum Teil inkompatiblen Kommunikations-Protokolle bei unterschiedlichen Gerätetypen habe ich mich bei dieser Variante entschieden, auf die Kommunikation über die serielle Schnittstelle zwischen Messgerät und Programm bei der Messung ganz zu verzichten. Es hatte sich nach meinem Eindruck bei der Arbeit vor Ort auch erwiesen, dass gelegentliche und kaum vermeidbare Bedienungspannen (z.B. vorzeitiges Anklicken während der Messung) die ganze Messreihe verdarben und einen Neubeginn erforderlich machten. Daher wird jetzt so verfahren, dass die Messwerte nicht mehr vom Programm bei der Aufnahme mitprotokolliert werden. Es werden vielmehr zuerst von beiden Positionen aus die Punkte eingemessen und anschließend mit der entsprechenden Firmware in den Rechner überspielt. Die Dateien (im ASCII-Format) können danach bei Bedarf noch editiert werden, ohne dass die ganze Messreihe wiederholt werden muss. Erst jetzt liest das Programm die ASCII-Datei mit den Messdaten ein und verarbeitet sie weiter.

Es ist natürlich so auch einfacher, das Programm bei Bedarf an gerätespezifische Dateiformate anzupassen. Solche Textdateien können für eine anstehende Anpassung des Programms an das jeweilige Dateiformat leicht mit einer E-Mail übermittelt werden. Im anderen Fall bedürfte es eines Testgerätes und wahrscheinlich aufwendigerer Anpassungsarbeiten.

Nach wie vor hat es sich aber bewährt, das Digitalfoto bei der Arbeit am Tachymeter auf dem Laptop vom Programm darstellen zu lassen während man die Punktaufnahmen ausführt, und sei es nur, um die Messpunkte auf dem Bildschirm zu markieren oder sich noch mal über die genaue Lage eines Punktes auf der Fläche zu vergewissern.

Diese Seite wurde erstellt am : 9.10.2002

Letzte Aktualisierung : 2.04.2003