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Optimieren der inneren Orientierung mit Rahmenmarken

Mit der Advanced-Lizenz verfügbar.

Die innere Orientierung wird benötigt, um ein Modell aus der Luftbildmessung zu berechnen und damit eine Orthorektifizierung von Fernerkundungsdaten durchzuführen. Die innere Orientierung stellt die Beziehung zwischen der Bildebene und dem Projektionsmittelpunkt einer Kamera her. Sie kann gemeinsam mit anderen Messwerten, die mit der Brennebene und dem Linsensystem einer metrischen Kamera zusammenhängen, mit den sichtbaren Rahmenmarken auf gescannten Luftaufnahmen berechnet und optimiert werden.

Bei der Erstellung eines Ortho-Mapping-Workspace wird die innere Orientierung des Bildes basierend auf der ganzen gescannten Luftaufnahme initialisiert, ohne die in Rahmenmarken definierten gültigen Bereiche zu berücksichtigen. Darüber hinaus werden durch die Orientierung der Fotografie während des Scannens möglicherweise systematische Anomalien verursacht, die im Verarbeitungs-Workflow ausgeglichen werden können. Die innere Orientierung eines Bildes kann durch die Ermittlung von Bildrahmenmarken mit einer Rahmenmarken-Vorlage ermittelt werden. Aus berechneten Rahmenmarken-Bildkoordinaten und bekannten Rahmenmarken-Filmkoordinaten wird eine affine Transformation konstruiert.

Eine Rahmenmarken-Vorlage ist ein Bild einer Rahmenmarke mit erforderlichen Eigenschaften wie Kamera-ID, Größe der gescannten Pixel und Rahmenmarkenposition. Die Rahmenmarken-Vorlagen werden in einer Rahmenmarken-Vorlagentabelle gespeichert. Über den Bereich Innere Orientierung optimieren können Rahmenmarken-Vorlagen definiert, Rahmenmarken berechnet und die innere Orientierung optimiert werden. Weitere Informationen zu den unterstützten Rahmenmarken und Tipps zum Definieren von Rahmenmarken-Vorlagen finden Sie im Abschnitt "Rahmenmarken-Vorlage" unten.

Verwenden Sie die Geoverarbeitungswerkzeuge Rahmenmarken berechnen und Innere Ausrichtung aktualisieren, um den Workflow für die Berechnung von Rahmenmarken zu automatisieren. Im Bereich Innere Orientierung optimieren kann eine Rahmenmarken-Vorlagentabelle definiert und danach von Geoverarbeitungswerkzeugen verwendet werden.

Rahmenmarken-Vorlage

Gescannte Luftbilddaten enthalten zwei Typen von Rahmenmarken: Eckrahmenmarken und Kantenrahmenmarken. Einige Bilder enthalten möglicherweise nur Eckrahmenmarken und andere nur Kantenrahmenmarken, es gibt jedoch auch Bilder mit beiden Typen.

Wenn ein Bild identische Eckrahmenmarken und Kantenrahmenmarken hat, können Sie zwei Vorlagen definieren, jeweils eine für jeden Rahmenmarkentyp.

Gescannte Luftaufnahme mit gekennzeichneten Rahmenmarken

Eck- und Kantenrahmenmarken

Wenn die Rahmenmarken nicht identisch sind, können Sie sie generisch machen, indem Sie nur den identischen Teil erfassen. Beispielsweise sollte die Ziffer neben der Rahmenmarke im Beispiel unten nicht mit erfasst werden.

Nur die Rahmenmarke selbst ohne die Ziffer erfassen, wie durch den grünen Rahmen angegeben.

Die Rahmenmarken in den folgenden Beispielen werden nicht unterstützt, da die Rahmenmarken-Mittelpunkte nicht identifiziert werden können und die Rahmenmarken Boden-Features enthalten:

Nicht unterstützte Rahmenmarken

Film-Koordinatensysteme

Es kann vorkommen, dass Bilder während des Scannens gedreht werden. Das Filmkoordinatensystem (Film Coordinate System; FCS) wird verwendet, um die Scan-Ausrichtung zu beschreiben und die Rahmenmarken sowie die innere Orientierung von Bildern zu berechnen. Der positive X-Wert des FCS zeigt immer in die Flugrichtung. Wenn beispielsweise das Bild auf der linken Seite die Flugrichtung darstellt und Sie das Bild beim Scannen um 90 Grad im Uhrzeigersinn drehen (Bild rechts), lautet das FCS für das gedrehte Bild "X_DOWN_Y_Right".

Orientierung von gescannten Luftaufnahmen

Schema von Rahmenmarken-Vorlagentabellen

In der Rahmenmarken-Vorlage werden alle erforderlichen Informationen im Zusammenhang mit dem Messen und Verwalten von Rahmenmarken gespeichert. In der Rahmenmarken-Vorlagentabelle werden Rahmenmarken-Vorlagen verwaltet und die Werkzeuge für die Optimierung der inneren Orientierung mit den gespeicherten Vorlagen in den Rahmenmarken-Vorlagen und der Rahmenmarken-Tabelle unterstützt.

ParameterBeschreibungDatentyp

CameraID

Die ID ist mit der Kameradefinition verknüpft, die Rahmenmarken-Koordinaten enthält.

Zeichenfolge, erforderlich

FiducialPosition

Die Position von Rahmenmarken mit den Werten LL(1), UR(2), UL(3), LR(4), LM(5), RM(6), UM(7) und BM(8). Im folgenden Diagramm werden die Positionen der Rahmenmarken dargestellt:

Diagramm mit der Position der Rahmenmarken in einer Luftaufnahme

Zeichenfolge, erforderlich

FiducialPhoto

Speichert den Pfad zum Rahmenmarken-Foto. Bei dem Rahmenmarken-Foto kann es sich um ein eigenständiges Foto im TIFF-, PNG- oder JPEG-Format handeln. Das Rahmenmarken-Foto kann ein Teil des Rahmenmarken-Bildes sein, das durch die Größe (Breite und Höhe) und Mittelpunktposition (CenterRow und CenterColumn) im Bild definiert wird. Wenn das Bild ein Element in einem Mosaik-Dataset ist, lautet die Pfadsyntax MosaicDataPath\objectid=id, wobei die ID der ObjectID-Wert dieses Bildes ist. Z. B. c\data\fgdb.gdb\md\objectid=1.

Relative Pfade werden unterstützt. Wenn nur der Bilddateiname angegeben wird oder kein Pfad vorhanden ist, wird im Ordner mit der Rahmenmarken-Vorlagendatei nach dem Bild gesucht.

Zeichenfolge, erforderlich

ScanPixelSize

Die im Rahmenmarken-Foto verwendete Pixelgröße, bei der es sich in der Regel um die Pixelgröße beim Scannen handelt. Die Einheit ist Mikrometer.

Numerisch, erforderlich

Width

Die Breite der Rahmenmarken-Vorlage in Pixeleinheiten.

Diese wird nur benötigt, wenn die Rahmenmarken-Vorlage durch einen Teil des Bildes definiert ist.

Der Wert liegt im Bildraum, und der Ursprung befindet sich oben links.

Numerisch, optional

Height

Die Höhe der Rahmenmarken-Vorlage in Pixeleinheiten.

Diese wird nur benötigt, wenn die Rahmenmarken-Vorlage durch einen Teil des Bildes definiert ist.

Der Wert liegt im Bildraum, und der Ursprung befindet sich oben links.

Numerisch, optional

CenterRow

Die Zeile für den Mittelpunkt der Rahmenmarken-Vorlage des gesamten Bildes.

Diese wird nur benötigt, wenn die Rahmenmarken-Vorlage durch einen Teil des Bildes definiert ist.

Der Wert liegt im Bildraum, und der Ursprung befindet sich oben links.

Numerisch, optional

CenterColumn

Die Spalte für den Mittelpunkt der Rahmenmarken-Vorlage des gesamten Bildes.

Diese wird nur benötigt, wenn die Rahmenmarken-Vorlage durch einen Teil des Bildes definiert ist.

Der Wert liegt im Bildraum, und der Ursprung befindet sich oben links.

Numerisch, optional

Bereich "Innere Orientierung optimieren"

Der Bereich Innere Orientierung optimieren enthält die Registerkarten Berechnen und Bearbeiten. Auf der Registerkarte Berechnen können Sie Rahmenmarken-Vorlagen definieren und Rahmenmarken berechnen. Auf der Registerkarte Bearbeiten können Sie Rahmenmarken überprüfen, Rahmenmarken manuell bearbeiten und mithilfe der Rahmenmarken eine affine Transformation auf die gescannten Bilder anwenden, um die innere Orientierung der Bilder zu optimieren. Außerdem lässt sich auf der Registerkarte Bearbeiten das FCS eines gescannten Bildes korrigieren.

Um den Bereich Innere Orientierung optimieren zu aktivieren, müssen die Filmkoordinaten von Rahmenmarken der Kamera beim Erstellen des gescannten Ortho-Mapping-Workspace angegeben werden. Da gescannte Bilder aus historischen Luftaufnahmen generiert werden und es für viele Bilder keinen Kamerakalibrierungsbericht mit detaillierten Rahmenmarken-Filmkoordinaten gibt, können Sie diesen Workflow durch Schätzen der Filmrahmenmarken mit der unter Schätzen von Filmrahmenmarken vorgeschlagenen Methode aktivieren.

Registerkarte "Berechnen"

In der folgenden Grafik und Tabelle wird die Funktionalität der Registerkarte Berechnen im Bereich Innere Orientierung optimieren zusammengefasst:

Funktionalität der Registerkarte "Berechnen" im Bereich "Innere Orientierung optimieren"

IndikatorBeschreibung

1

Der Name im Textfeld entspricht dem Bildnamen, dem die zugehörige ObjectID aus der Footprint-Tabelle vorangestellt wird. Klicken Sie auf den Pfeil, um das nächste Bild anzuzeigen, oder wählen Sie ein Bild aus dem Dropdown-Feld aus.

2

Die Gesamtzahl von Bildern, definiert durch den Filter oder die Kamera- oder Kartenauswahl.

3

Im Pop-up-Fenster wird ein Bild der aktuellen Vorlage angezeigt.

4

Klicken Sie auf den Pfeil, um auf die nächste Rahmenmarken-Position im aktuellen Bild und dem Anzeigenmaßstab zu schwenken.

5

Ein blaues Häkchen gibt an, dass das Bild im Pop-up für die aktuelle Vorlage definiert ist.

6

Wählen Sie eine bestimmte Zeile zur Anzeige in der Vorlage und ein Pop-up-Bild für die entsprechende Rahmenmarken-Position aus.

Registerkarte "Bearbeiten"

In der folgenden Grafik und Tabelle wird die Funktionalität der Registerkarte Bearbeiten im Bereich Innere Orientierung optimieren zusammengefasst:

Funktionalität der Registerkarte "Bearbeiten" im Bereich "Innere Orientierung optimieren"

IndikatorBeschreibung

1

Ein rotes X kennzeichnet die Position des Rahmenmarkenpunkts, der bearbeitet wird.

2

Das FCS des aktuellen Bildes.

3

Suchen Sie über das Dropdown-Feld Filter nach Bildern, die nicht oder mit nur drei Abgleichpunkten aufgelöst sind.

4

Verwenden Sie das Werkzeug Editieren, um einen Rahmenmarkenpunkt hinzuzufügen oder zu bearbeiten. Klicken Sie auf das Werkzeug Editieren und dann auf den Mittelpunkt der entsprechenden Rahmenmarke im Vorschaufenster.

5

Wählen Sie eine Zeile aus, um eine Ansicht oder einen bestimmten Rahmenmarkenpunkt zu bearbeiten oder anzuzeigen.

Optimieren der inneren Orientierung eines Bildes

Der Workflow zum Optimieren der inneren Orientierung von gescannten Luftaufnahmen wird im Folgenden beschrieben. Zu diesem Workflow zählen die Definition und das Ausfüllen von Rahmenmarken-Vorlagen, Erstellung und Bearbeitung der Rahmenmarken-Vorlagentabelle, Berechnung der Rahmenmarken und Optimierung der inneren Orientierung.

Definieren der Rahmenmarken-Vorlage

Gehen Sie folgendermaßen vor, um die Rahmenmarken-Vorlage zu definieren:

  1. Öffnen Sie den Bereich Innere Orientierung optimieren, und klicken Sie auf die Registerkarte Berechnen.

    In der Rahmenmarken-Vorlagentabelle wird die Mindestzahl der Vorlagen angezeigt, die Sie definieren müssen.

  2. Definieren Sie die Rahmenmarken-Vorlagen, indem Sie ein Rahmenmarken-Bild für die vorhandenen Vorlagen erfassen, der Vorlagentabelle eine Vorlage hinzufügen oder eine vordefinierte Rahmenmarken-Vorlagentabelle importieren.

Erfassen von Rahmenmarken-Bildern

  1. Klicken Sie auf die Vorlage in der Rahmenmarken-Vorlagentabelle, für die Sie ein Bild erfassen möchten.
    1. Verwenden Sie optional die Schaltfläche "Weiter" Nächstes Teilelement, um die nächste Rahmenmarke desselben Rahmenmarken-Typs im aktuellen Bild anzuzeigen.
    2. Drücken Sie STRG+C, und bewegen Sie ggf. den Zeiger, um das Bild zu zoomen oder zu schwenken.
    3. Verwenden Sie das Kombinationsfeld, um ein anderes Bild auszuwählen, wenn im aktuellen Bild keine guten Rahmenmarken gefunden werden können.

    Die Bildanzeige im Vorschaufenster greift auf einen Standard-Renderer zurück, der unter Optionen > Bilddaten und Raster > Aussehen definiert ist, und kann ggf. neu definiert werden.

  2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Rahmenmarke erfassen Rahmenmarken erfassen, um ein Rechteck um die Rahmenmarke zu zeichnen. Klicken Sie dazu zuerst auf den Mittelpunkt und dann auf eine Ecke des Rechtecks.

    Um das Bild einer Vorlage zu ändern, nehmen Sie es neu auf.

    Um das Vorlagenbild zu entfernen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Vorlage, und wählen Sie im Kontextmenü Vorlage löschen aus.

Das aufgenommene Bild wird automatisch in die Rahmenmarken-Vorlagentabelle im Ortho-Mapping-Workspace geschrieben.

Hinzufügen und Löschen von Rahmenmarken-Vorlagen

Möglicherweise müssen Sie Vorlagen hinzufügen oder löschen, um Probleme mit der Bildqualität oder unsymmetrischen Rahmenmarken zu lösen. Vom Algorithmus wird die erste Vorlage für dieselbe Kamera und denselben Rahmenmarken-Typ verwendet. Wenn keine Übereinstimmung gefunden wird, wird die nächste Vorlage verwendet.

  1. Wählen Sie in der Vorlagentabelle eine Vorlage mit der Kamera und dem Vorlagentyp aus, die bzw. der verwendet werden soll, und klicken Sie auf die Schaltfläche Zu Projekt hinzufügen Zum Projekt hinzufügen.

    Der Tabelle wird eine Vorlage für denselben Kameratyp hinzugefügt.

  2. Wählen Sie die neu hinzugefügte Vorlage aus, und klicken Sie auf die Schaltfläche Rahmenmarke erfassen Rahmenmarken erfassen, um ein Bild davon zu erfassen.
  3. Um eine Vorlage zu löschen, wählen Sie sie in der Tabelle aus, und klicken Sie auf die Schaltfläche Löschen Löschen.

    Jede Kamera verfügt über eine Mindestzahl von Vorlagen. Sie können nicht alle Vorlagen löschen.

Importieren oder Exportieren von Rahmenmarken-Vorlagen aus der Vorlagentabelle

Sie können eine vordefinierte Rahmenmarken-Vorlage aus einer Rahmenmarken-Vorlagendatei importieren. Beim Export der Vorlagen wird ein Ordner mit der Vorlagendatei und den referenzierten Bildern der Rahmenmarken ausgegeben.

Berechnen von Rahmenmarken

Nachdem Sie die Vorlage definiert haben, können Sie die Rahmenmarken berechnen.

  1. Klicken Sie auf Rahmenmarke berechnen Rahmenmarken berechnen, um Rahmenmarken für alle in der Bildliste definierten Bilder zu berechnen.
    • Wenn Sie Rahmenmarken für Bilder von allen Kameras berechnen möchten, klicken Sie auf Auswahl aufheben Auswahl aufheben, um den Filter zu entfernen.
    • Die Bildliste wird mit der Auswahl in der Karte aktualisiert. Sie können Bilder in der Footprint-Tabelle auswählen und Rahmenmarken für die ausgewählten Bilder berechnen.
    • Um Rahmenmarken für das aktuelle Bild zu berechnen, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Nur aktuelles Bild.

Bearbeiten von Rahmenmarken-Bildkoordinaten

Sie können Rahmenmarken-Punkte auf der Registerkarte Bearbeiten überprüfen und bearbeiten, wenn die Berechnung der Rahmenmarken für ein Bild nicht erfolgreich war. In der Rahmenmarken-Punkttabelle stellen Werte in den Feldern ImageX und ImageY berechnete Bildrahmenmarken und Werte in den Feldern FilmX und FilmY Filmkoordinaten von Rahmenmarken der Kamera dar, die bei der Erstellung des Workspace bereitgestellt werden. Das Feld Score enthält einen Wert zwischen 0 und 100, der die Ähnlichkeit von Pixelwerten in der Vorlage mit dem Bild an der Rahmenmarkenposition beschreibt, wobei 100 eine perfekte Übereinstimmung darstellt. Das Feld Residual stellt den Transformationsfehler an dieser Rahmenmarkenposition dar.

Verwenden Sie den vordefinierten Filter Nicht gelöst, wenn die Zuordnung von Rahmenmarken nicht möglich war und keine Bildrahmenmarken-Punkte erkannt werden. Verwenden Sie den Filter Mit nur 3 Abgleichpunkten aufgelöst, um Bilder zu suchen, die überprüft und bearbeitet werden müssen.

  1. Wählen Sie eine Rahmenmarken-Punktzeile in der Tabelle aus, und untersuchen Sie die entsprechenden Werte in der Tabelle.
  2. Überprüfen Sie die Vorschau. Der entsprechende Punkt-Rahmenmarkenpunkt sollte mit dem Rahmenmarken-Mittelpunkt übereinstimmen.
  3. Drücken Sie STRG+C, um zu schwenken oder zu zoomen.

Manuelles Bearbeiten von Rahmenmarkenpunkten

  1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Rahmenmarke messen Rahmenmarken messen, um das Werkzeug "Rahmenmarke messen" zum Bearbeiten von Rahmenmarken-Koordinaten zu aktivieren, und danach auf den Mittelpunkt der Rahmenmarke im Vorschaufenster.

    Die Bildkoordinaten für diese Position werden in der Tabelle aktualisiert.

  2. Wählen Sie eine andere Zeile in der Tabelle aus, und wiederholen Sie diese Schritte, um weitere Rahmenmarken zu messen.

    Sie können Vorlagen auch überprüfen und neu definieren und die ausgewählten Bilder neu berechnen.

Optimieren der inneren Orientierung mit "Übernehmen"

Das Werkzeug "Übernehmen" gehört zu den Bildern, die in der Bildliste definiert sind. Die Auswahl in einer Karte oder einem Filter, der von der ausgewählten Vorlage definiert wurde, wirkt sich auf die Bildliste aus. Sie können das Werkzeug "Übernehmen" nach einer Überprüfung und der Durchführung von Änderungen verwenden.

  1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Übernehmen Rahmenmarken anwenden, um die innere Orientierung des Bildes mit der affinen Transformation zu aktualisieren, die aus dem Rahmenmarkenbild und den Filmkoordinaten berechnet wurden.
  2. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Nur aktuelles Bild, um nur das aktuelle Bild zu aktualisieren.

    Wenn die Bilder auf der Karte gedreht werden, stimmt das Filmkoordinatensystem nicht mit der gescannten Ausrichtung überein. Wählen Sie in diesem Fall die betroffenen Bilder aus, und korrigieren Sie das Filmkoordinatensystem mit dem Werkzeug FCS aktualisieren.

Schätzen von Filmrahmenmarken

Wenn kein Kamerakalibrierungsbericht verfügbar ist und Sie Bildrahmenmarken berechnen möchten, um die innere Orientierung zu verbessern, müssen Sie die Filmrahmenmarken unter Berücksichtigung der Rahmengröße und Scanpixelgröße schätzen.

Ist die Scanpixelgröße nicht bekannt, kann sie mithilfe der folgenden Beziehung geschätzt werden:

Camera frame size (um) / image width (pixels)

Die Brennebene von traditionellen analogen metrischen Kameras beträgt entweder 32 x 32 cm bzw. 16 x 16 cm bei älteren Kameras. Entfernen Sie beim Messen der Bildbreite den schwarzen Rahmen, und messen Sie die Größe der gültigen Fläche als Pixelabstand. Die Scannerpixelgröße wird in Mikrometerintervallen oder Vierteln von zehn entworfen (z. B. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 17,5, 18, 19 usw.) Runden Sie deshalb die geschätzte Scanpixelgröße auf einen dieser Werte.

Beispiel: Die geschätzte Einzelbild-Größe beträgt 23.000 um, die linke Bildgrenze besteht aus 232 Pixeln und die rechte Grenze aus 16.609 Pixeln. Entsprechend beträgt das geschätzte gescannte Pixel 230.000/(16.609 - 232) = 14,04 um. Das Ergebnis wird auf 14,0 um gerundet.

Gehen Sie folgendermaßen vor, um die Filmrahmenmarken zu schätzen:

  1. Messen Sie die Rahmenmarken in Pixelkoordinaten (Zeilen und Spalten).

    Gescannte Luftaufnahme mit gekennzeichneten geschätzten Rahmenmarken

  2. Berechnen Sie den Mittelpunkt der gemessenen Rahmenmarken als Position des Hauptpunkts, und transformieren Sie den Startpunkt in den Mittelpunkt.

    Rahmenmarken berechnen und in den Mittelpunkt transformieren

  3. Skalieren Sie diese Koordinaten mit der Scanpixelgröße (Startpunkt ist die Ecke oben links) auf das Filmkoordinatensystem, wobei der Startpunkt der Mittelpunkt mit dem positiven X-Wert rechts und dem positiven Y-Wert oben ist.

    Rahmenmarken-Koordinaten skalieren

Sie haben die Rahmenmarken-Vorlage mit den Informationen ausgefüllt, die zum Berechnen der Rahmenmarken benötigt werden, und die innere Orientierung optimiert. Mit diesen Informationen wird das Modell aus der Luftbildmessung berechnet, um Ortho-Mapping-Produkte zu erzeugen.

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