Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPMDie Bilderfassung spielt eine zentrale Rolle in der optischen Messtechnik. Bildinformationen zu einem Objekt oder einer Szenerie sind die Grundlage für zahlreiche Messtechnik-Anwendungen von der Inspektion von Infrastruktur, über die Planung von Verkehrswegen bis zur Ermittlung der Vitalität von Vegetation – um nur einige Beispiel zu nennen. Kameras spielen die Hauptrolle bei der Bilderfassung in unseren mobilen Messsystemen; darüber hinaus nutzen wir Laserscanner, um über eine Kombination von Intensitäts- und Distanz-Informationen fotorealistische Darstellungen von Oberflächen zu erzeugen.
Das Messsystem erfasst die Abnutzung von Bahnoberleitungen mithilfe einer Kamera. Dank eigener LED-Beleuchtung arbeitet das System unbeeinflusst von Tageslicht.
Das gesamte Spektrum der Kameratechnik
Hochentwickelte Kamerasysteme mit spezieller Beleuchtung und adaptiver Optik bilden die technische Basis für ultraschnelle Bilderfassung. Sie ermöglicht effizientes Infrastruktur-Monitoring .
© Fraunhofer IPM
Die hochaufgelöste Darstellung der Straßenoberfläche wurde mit dem Pavement Profile Scanner PPS von Fraunhofer IPM aufgenommen.
Fotorealistische Darstellung
Bei Laser-Abstandsmessungen liefert die Intensität des rückgestreuten Lichts wertvolle Informationen zusätzlich zu den Abstandswerten. Hochaufgelöste Intensitätsbilder stellen Strukturen im Millimeterbereich fotorealistisch dar.
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Bilderfassung | Intensitätsmessungen
Der Verschleiß der Oberleitung wird allein auf Basis von Bilddaten im Submillimeterbereich bei 250 km/h ermittelt.
Passendes Kamerasystem für unterschiedliche Anforderungen bei der Bilderfassung
In unseren Messsystemen setzen wir unterschiedliche Arten von Kameras ein – vom Smartphone bis zur sehr robusten Industriekamera, vom ultravioletten bis zum mittleren infraroten Spektralbereich. Kameras bilden die Basis unserer Bilderfassungssysteme. Sie stellen Daten für eine Vielzahl an Anwendungen bereit, zum Beispiel zur Geometrieerfassung und -analyse von Objekten, zur Objekterkennung in Bildern oder zur multispektralen Analyse von Vegetation.
Oberflächenstrukturen hochaufgelöst aufnehmen – ganz ohne Kamera
Neben der 3D-Geometrie von Objekten ist oftmals auch deren Oberfläche von Interesse. Die Anforderungen reichen hier bis in den Submillimeterbereich. Von mobilen Plattformen, die sich mit typischen Geschwindigkeiten von 80 km/h bewegen, gelang eine solche Abbildung bisher nur mit speziellen Kamerasystemen und starker, aktiver Beleuchtung. Hierbei sind der Schärfebereich und das Blickfeld stark beschränkt. Die gewonnenen Kamerabilder müssen im Nachgang in einem aufwändigen Prozess konsistent zusammengefügt werden.
Topographie- und Intensitätsmessung einer Straßenoberfläche bei einer Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h. Die Linien zeigen die Querprofile entlang der Bewegungsrichtung.
Die roten 3D-Scanlinien verlaufen in einem Abstand von jeweils 28 mm quer zur Fahrtrichtung. Die grünen Linien des 2D-Intensitätsscans haben einen Abstand jeweils von 1,7 mm. Das Bild unten rechts zeigt die einzelnen Messpunkte und deren Abstand zueinander quer zur Bewegung.
Fotorealistische Darstellung durch 2D-Intensitätsscan plus 3D-Abstandsmessung
Fraunhofer IPM hat eine neuartige laserbasierte Technologie entwickelt und patentieren lassen, die 3D-Aufnahmen und hochaufgelöste 2D-Oberflächenaufnahmen gleichzeitig aufnimmt – ganz ohne Kamera. Für das Konzept wurden ein Intensitäts-Scanner für die 2D-Information und ein Distanz-Scanner für die 3D-Information in einem optischen Aufbau vereint. Die Laserscanner-Einheiten sind zueinander kalibriert und lassen sich in einem kompakten Gehäuse unterbringen. Die Auflösung des 2D-Intensitätsbildes ist um einen Faktor 16 höher als die des 3D-Bildes.
Hohe Tiefenschärfe, unabhängig von Lichtverhältnissen
Die fotorealistische Darstellung auf Basis von Laserscanner-Daten hat drei zentrale Vorteile: Sie ist vollkommen unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung und besitzt eine hohe Tiefenschärfe. Zusätzlich entfällt durch die reine Hardwarekalibration eine aufwändige Nachbearbeitung wie z. B. das Stitching. Mit der Technologie ist u. a. die Detektion von Schäden in Asphalt oder Beton im Submillimeterbereich möglich – bei Bewegungsgeschwindigkeiten der Trägerplattform von über 80 km/h.
Photogrammetrie: Kostengünstig Alternative für die 3D-Oberflächenrekonstruktion
Eine kosteneffiziente Alternative ist die Photogrammetrie. Hierfür verwenden wir Bilder von 3D-Objekten und Umgebungen, die aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen worden. Daraus rekonstruieren wir eine 3D-Punktwolke aus der wiederum eine dichte 3D-Oberflächenrekonstruktion erstellt werden kann.