Bachelorarbeit Richard Boerner

Titel der Arbeit:
Implementation einer photogrammetrischen Bildanalyse-Anwendung auf einem Smartphone

Betreuer:
Dr.-Ing. D. Schneider, Dipl.-Ing Marc Schulze

Beschreibung:

Um photogrammetrische Anwendungen und Auswertungen für viele Nutzer zur Verfügung zu stellen eignen sich Smartphones besonders. Sie bieten eine Plattform, um Bilder zu erzeugen und vor Ort auszuwerten. Solche Anwendungen lassen sich bereits auf dem App-Markt in Mengen finden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine App  implementiert, welche die Bestimmung von Bildkoordinaten von Messmarken ermöglicht. Anhand der Beobachtungen lassen sich Aussagen über die mögliche Genauigkeit von photogrammetrischen Apps treffen.

Eine Punktmessung läuft unter Verwendung dieser App wie folgt ab (siehe Abb. 1):

• Binärisierung des Bildes mit geeigneten Schwellenwert. (Bei dem Beispiel wurde ein Schwellwert von 50 verwendet.)
• Filtern von Störeffekten mit einer Verknüpfung von Erosion und Dilatation. Die Größe des Strukturelementes muss dabei geeignet gewählt werden.
• Objektsuche durch Verknüpfung zusammenhängender Bildbereiche.
• Mittelpunktberechnung mit dem Zhou-Operator. Dabei werden die Randpixel jedes Objektes zur Berechnung verwendet.
   

 

Die berechneten Mittelpunkte werden in einer .txt-Datei auf der SD-Karte des Gerätes gespeichert. Auf der SD-Karte findet sich diese Datei dann unter dem Ordner "Objekt Middle points" mit dem Namen "Mittelpunkte_" und nachgestellten Zeitstempel. Da Smartphones nur begrenzte Speicherkapazitäten besitzen, kann die Verwendung einer Morphologie bei hochauflösenden Bildern, den zur Verfügung stehenden Arbeitsspeicher übersteigen. Ob eine Morphologie bei diesen Bildern verwendet werden kann hängt von der eingebauten Hardware des Gerätes ab. Eine Auswertung von Bildern niedriger Auflösung ist aber auf jedem Gerät möglich.

Um die Genauigkeit der Punktmessung zu beurteilen wurde mit den Beobachtungen ein räumlicher Rückwärtsschnitt berechnet und die Varianz der Beobachtungen bestimmt. Es wurden sowohl mit gedruckten, als auch retroreflektierenden Marken Messungen durchgeführt. Anschließend erfolgte ein Vergleich mit Bildern einer Spiegelreflexkamera, die mit Aicon3D in einer Bündelblock-Ausgleichung ausgewertet wurden. Dabei wurde mit dem Smartphone bei gedruckten eine bessere Genauigkeit erzielt, als bei retroreflektierenden Marken. Zwar bieten die retroreflektierenden Marken einen besseren Kontrast zu ihrer Umgebung, allerdings verschmilzt durch die Lichtausbreitung der Punkt-Code mit dem Mittelpunkt. Dadurch besitzt die Marke keine elliptische Form, was sich negativ auf die Arbeitsweise des Zhou-Operators auswirkt.

Die Messungen des Smartphones wurden mit dem Samsung Galaxy SII durchgeführt. Bei diesem ist eine Tonnenförmige Objektivverzeichnung zu erkennen (siehe Abb. 2).
Eine Korrektur dieser Verzeichnung im Rückwärtsschnitt verbesserte die Varianz der Beobachtungen um mehr als ein Pixel.

 

Die Messung mit der Spiegelreflexkamera lieferte eine Genauigkeit von 6 bis 9 µm am Objekt. Die hier erreichten Genauigkeiten des Smartphones liegen im Vergleich dazu bei ca. 0,7 bis 1,5 mm am Objekt. Smartphones können Spiegelreflexkameras und komplexe Auswertungen also nicht ersetzen, liefern  aber eine gute Möglichkeit einfache photogrammetrische Auswertungen vorzunehmen, welche keine hohe Genauigkeitsanforderung haben.


App-Download:

Um die App zu installieren, muss die Installationsdatei auf ein Android-Gerät (Version 2.3 oder höher) gespeichert und dort geöffnet werden. Da es sich um keine App vom Play Store handelt, muss die Verwendung unbekannter Quellen kurzzeitig erlaubt werden. Diese Option findet sich meist unter: Einstellungen -> Anwendungen -> Unbekannte Quellen

Viel Rechenzeit benötigen folgende Operationen:

• Objektsuche bei vielen einzelnen schwarzen Pixel
• Dilatation bei vielen weißen Pixel oder mit großem Strukturelement (>20)
• Erosion bei vielen schwarzen Pixel oder mit großem Strukturelement (>20)

Installationsdatei zum Download (206 KB)