Diplomarbeit Robert Blaskow
Titel der Arbeit:
Entwicklung eines Modells zur Korrektur der Distanzabhängigkeit der Intensitätswerte eines terrestrischen Laserscanners.
Betreuer: Dr.-Ing. Danilo Schneider, Dipl.-Ing. Katja Richter
Beschreibung:
Um die primär zur Visualisierung von dreidimensionalen Messpunktwolken existenten Signalintensitäten einer Laserscannermessung als zusätzliche Informationsquelle nutzen zu können, muss eine Korrektur jener Werte erfolgen. Um dies zu realisieren, sind die Signalintensitäten sowohl vom geometrisch bedingten Einfluss des Auftreffwinkels (siehe Bachelorarbeit Peter Busch, 2012) als auch vom physikalisch beziehungsweise systemtechnisch bedingten distanzabhängigen Einfluss zu korrigieren. Die korrigierten Signalintensitäten lassen nun Rückschlüsse auf die Oberflächenbeschaffenheiten der gescannten Objekte zu.
Zur Herausarbeitung des Distanzeinflusses auf die Signalintensitäten des Riegl LMS Z420i wurde eine normale Zieltafel (Holz) und zwei Spectralon®-Tafeln im inkrementell wachsenden Abstand zum Laserscanner gescannt.
Abb. 1: Links: normale Holzzieltafel, Rechts: Spectralon®-Zieltafel
Die generierten Intensitäts- und Distanzwerte wurden anschließend standpunktweise gemittelt und gegeneinander abgetragen. Mit dieser Methode ist es möglich, den auf die Signalintensität einwirkenden Distanzeinfluss im gesamten erfassten Entfernungsbereich darzustellen.
Abb. 2: Signalintensitätsverläufe im Bereich von 2m bis 30m für die normale Zieltafel (blau), das Spectralon®99 (rot) beziehungsweise Spectralon®50 (grün).
Im Bereich von 2m bis 18m zeigt der Verlauf den zu erwartenden und physikalisch belegbaren Abfall in der Stärke der Signalintensitäten auf. Ab einer Distanz von 18m bis zu einer Distanz von 38m steigen die registrierten Intensitätswerte wiederum an. Zur Ausgleichung dieses Verhaltens der Intensitäten ist aus den erarbeiteten Verläufen ein statisch ausgeprägtes Korrekturmodell abgeleitet worden. Dieses beruht auf einem distanzabhängigen Offset, welcher auf die zu korrigierende Signalintensität aufgeschlagen wird.
Abb. 3: Darstellung zum Korrekturkonzept
Aufgrund der ideal diffusen Rückstrahlcharakteristik der Spectralon®-Tafeln diente ein (den Intensitätsverlauf des Spectralon®99) approximierendes Polynom 6.Grades als Grundlage für die Bestimmung des Offsets. Mit diesem Modell sind die Intensitätswerte der Messreihe der normalen Zieltafel korrigiert worden.
Abb. 4: Unkorrigierter (blau) und korrigierter Intensitätsverlauf (gelb) der normalen Zieltafel.
Der Korrektureffekt äußert sich in einer geringeren Differenz zwischen den minimalen und maximalen mittleren Signalintensitäten.
Abb. 5: Vergleich der originalen und korrigierten mittleren Signalintensitäten des Intensitätsverlaufes der normalen Zieltafel.
Zur weiteren Evaluierung des erstellten Korrekturprogramms wurde dieses auf einen bereits um den Auftreffwinkeleinfluss korrigierten Datensatz (siehe Bachelorarbeit Peter Busch, 2012) angewendet. Da der vorliegende Laserscan des abgebildeten Seminarraumes in den farblich hervorgehobenen Bereichen eine untereinander vergleichbare, gleichmäßig raue und eine sehr helle Oberflächenstruktur aufweist, sollten die (nach erfolgter Korrektur) aus den Flächen abgeleiteten mittleren Signalintensitäten eine vergleichbare Stärke aufweisen.
Abb. 6: Links: Laserscannerpunktwolke des Seminarraumes vom IPF TU Dresden mit den zur Evaluierung genutzten Teilflächen (farblich hervorgehoben). Rechts: Signalintensitäten der Einzelflächen vor (farbige Darstellung) und nach der Distanzkorrektur (orangene Darstellung).
Die Differenzen zwischen den mittleren Signalintensitäten der Einzelflächen konnten durch die Korrektur stark verringert werden, so dass die resultierenden mittleren Intensitätswerte die annähernd konstante Oberflächenstruktur der Flächen widerspiegeln.
Abb. 7: Vergleich der mittleren Signalintensitäten der Originalwerte (links), nach der Auftreffwinkelkorrektur (mitte) und nach der Auftreffwinkel- und Distanzkorrektur (rechts).