Hemisphärische Photogrammetrie

Titel des Projekts

Verbesserung der Diagnostik von Waldökosystemen unter besonderer Berücksichtigung strahlungsökologischer Fragen in Verbindung mit digitaler hemisphärischer Photogrammetrie (DFG, abgeschlossen).

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

Die hemisphärische Photographie ist ein etabliertes Instrumentarium zur Bewertung der Strahlungssituation in Waldbeständen. Sie hat einen deutlichen Vorteil gegenüber der Verwendung konventioneller Strahlungssensoren aufgrund der räumlich aufgelösten Erfassung der Kronenstruktur durch eine Momentaufnahme.

Zielstellung

Das Ziel des Projektes war die Ableitung geometrischer Informationen über die Struktur des Kronendaches aus Hemisphärenbildern zur Bestimmung photosynthetisch wirksamer Strahlungswerte. Daraus ergaben sich folgende Aufgaben:

Modellierung der geometrischen Abbildungseigenschaften von Fisheye-Kamerasystemen
Entwicklung eines Kalibrierverfahrens für zur Strahlungsbestimmung eingesetzte Kameras
Entwicklung eines automatischen subpixelgenauen Segmentierungs- bzw. Klassifikationsverfahren zur Bestimmung strahlungsrelevanter Bereiche im Bild

Resultate

Geometrische Modellierung

Der funktionale Zusammenhang zwischen Objektpunkt und zugehörigem Bildpunkt wurde für verschiedene Fisheyemodelle formuliert und in eine Bündelblockausgleichung implementiert. Dies ermöglicht die Kalibrierung der Fisheye-Kamerasysteme mit Hilfe eines dazu eingerichteten Kalibrierraumes. Durch die Bestimmung individueller Verzeichnungsparameter für jeden Kanal des hemisphärischen Bildes können Effekte der chromatischen Aberration korrigiert werden. Es lässt sich ein genauer geometrischer Bezug zwischen dem Bild der Fisheye-Kamera und der Realität herstellen. In die hemisphärischen Kronendachbilder können nun der Stand der Sonne, meteorologische Parameter und Werte aus Strahlungsmodellen übertragen werden.

Kalibrierraum für Fischauge-Kamerasysteme — © IPF

Chromatische Aberration bei hemisphärischen Bildern — © IPF

Resultat der geometrischen Modellierung — © IPF

Klassifikation von Kronendachbildern

Es wurde eine automatische Methode entwickelt mit welcher die Strahlungsdurchlässigkeit einzelner Pixel subpixelgenau quantifiziert werden kann. Sie basiert auf der Grauwertanalyse radialer Profile um reine Pixel von Mischpixeln zu trennen (1). Die Klassifikation der reinen Pixel erfolgt zweistufig. An eine globale grobe Klassifikation (2) schließt sich eine lokale Verfeinerung(3) an. Die Mischpixelklassifikation (4) erfolgt durch Skalierung des Grauwerts auf der Basis lokaler Referenzwerte bereits klassifizierter Pixel. Das Verfahren eignet sich für unterschiedliche Wetterbedingungen, unterschiedliche Arten von Waldbeständen und ist an die speziellen Eigenschaften hemisphärischer Bilder angepasst.

Ablauf des Klassifikationsverfahrens — © IPF

RElevante Publikationen

1 bis 6 von 6 Einträgen

Schwalbe, E.; Maas, H.-G.; Kenter, M.; Wagner, S.: Hemispheric Image Modeling and Analysis Techniques for Solar Radiation Determination in Forest Ecosystems. In: Photogrammetric Engineering and Remote Sensing Vol. 75 (2009)

Schwalbe, E.; Maas, H.-G.; Kenter, M.; Wagner, S.: Profile based sub-pixel-classification of hemispherical image for solar radiation analysis in forest ecosystems. In: Proceedings of ISPRS Vommission VII Symposium (2006)

Schwalbe, E.; Maas, H.-G.: Ein Ansatz zur Elimination der chromatischen Aberration bei der Modellierung und Kalibrierung von Fisheye-Aufnahmesystemen. In: Photogrammetrie-Laserscanning-Optische 3D-Messtechnik, Beiträge Oldenburger 3D-Tage 2006 (2006)

Schwalbe, E.; Schneider, D.: Design and testing of mathematical models for a full-spherical camera on the basis of a rotating linear array sensor and a fisheye lens. In: Optical 3-D Measurement Techniques, Institute of Geodesy and Geophysics, TU Vienna Vol. 1 (2005), S. 245–254

Schwalbe, E.: Geometric modelling and calibration of fisheye lens camera systems. In: International archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatioal Information Sciences (presented at 2nd Panoramic Photogrammetry Workshop) Vol. XXXVI, Part 5/W8 (2005)

Schwalbe, E.; Maas, H.-G.; Wagner, S.; Roscher, M.: Akquisition und Auswertung digitaler Hemisphärenbilder für waldökologische Untersuchungen. In: Publikationen der Deutschen Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation 13 (2004), S. 113–120

Diese Informationen werden vom Vorgängersystem FIS bereitgestellt.

ProjektPartner

Das Projekt wurde in Koorperation mit der Professur für Waldbau des Instituts für Waldbau und Forstschutz der Technischen Universität Dresden durchgeführt.

Prof. Dr. habil. Sven Wagner
M.Sc.Forestry Manuela Kenter

Kontakt

Prof. Dr. habil. Hans-Gerd Maas (Projektleitung)
Dr.-Ing. Ellen Schwalbe (Projektbearbeitung)