Laserscanning Europe & GeoSLAM

Automatisierte Einfärbung von grauen Punktwolken

GeoSLAM hat eine Lösung entwickelt, mit der herkömmliche, graue Punktwolken automatisiert eingefärbt werden können, um den Ist-Zustand noch besser darzustellen. Vertriebspartner ist Laserscanning Europe.

Punktwolke der Atlas-Universität in Istanbul mit Intensitätsdaten (links) und RGB-Daten (rechts) im Vergleich. Der Scan erfolgte mittels ZEB Horizon. Foto: GeoSLAM Ltd.

Das Einfärben von Punktwolken ist für die Baubranche und das Gebäudemanagement ein entscheidender Schritt, um die vorhandenen Daten realistischer darstellen und den Ist-Zustand exakter visualisieren zu können. Eric Bergholz, Geschäftsführer der Laserscanning Europe GmbH, einem Systemhaus für 3D-Laserscanning, welches neben dem Hard- und Softwarevertrieb auch Dienstleistungen anbietet, erklärt: „Die besten und belastbarsten Ergebnisse werden zwar mit traditionellen Methoden wie etwa dem Terrestrischen Laserscanning (TLS) oder durch Rucksacklösungen erzielt. Doch jüngste Entwicklungen haben die Einfärbung auch zu einer Option für handgeführte Scanner gemacht und damit die Möglichkeiten für noch mehr Branchen erweitert, SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)-Systeme als Geschäftslösung zu nutzen.“

Scan des Afrikanischen Museums in Belgien mit RGB-Werten in GeoSLAM Connect. Foto: GeoSLAM Ltd.

Was ist eine eingefärbte Punktwolke?

Doch was ist eine eingefärbte Punktwolke? Tomas Blaha, Channel Manager für Nord- und Osteuropa bei GeoSLAM, kennt die Antwort: „Eine Punktwolke mit RGB-Farbwerten liefert fotorealistische 3D-Scans, obwohl Punktwolken von Haus aus keinen solchen RGB-Wert haben. Sie haben maximal Grauwerte, welche aus der Intensität der Messwerte stammen.“ Werden beim Scan-Prozess simultan Fotos aufgenommen, kann den Grauwert-Scans in einer späteren Verarbeitungsphase der Farbwert aus den Fotos hinzugewiesen werden. „Dieser Prozess kann entweder ein manueller oder ein automatischer sein“, so Blaha. Aus der Kombination von Scan und Farbfoto entstehe so eine farbige Punktwolke.

Der ZEB Horizon-Laserscanner von GeoSLAM im Einsatz. Foto: Laserscanning Europe

Zwar wird diese Methode zum Einfärben von Punktwolken bereits seit vielen Jahren beim statischen Scannen mittels TLS angewandt, „doch das Einfärben der Scandaten von mobilen Scannern ist deutlich komplexer“, berichtet Bergholz und führt aus: „Die ersten Lösungen zum Einfärben waren technisch im Vergleich zum TLS noch ausbaufähig. Mit der zunehmenden Entwicklung des handgeführten SLAM-Laserscannings hat sich jedoch die Qualität der Einfärbungen deutlich verbessert.“ Ein Paradebeispiel dafür, was bei der Einfärbung einer Punktwolke mit einem tragbaren LiDAR-Scanner erreicht werden kann, finde sich beim britischen Unternehmen GeoSLAM und seinem Vertriebspartner Laserscanning Europe.

Dabei wird GeoSLAMs ZEB Horizon-Laserscanner mit der ZEB Vision-Panoramakamera von GeoSLAM, die als Add-on auf den Scanner angebracht werden kann, kombiniert. Während der ZEB Horizon dann das Projektgebiet scannt und im Zusammenspiel mit der Prozessierungssoftware GeoSLAM Connect eine Punktwolke errechnet, nimmt ZEB Vision kontinuierlich 360°-Panoramabilder in 4K-Auflösung auf, ohne dass für die Fotoaufnahme angehalten werden muss. „Darüber hinaus erfolgt die genaue zeitliche Abstimmung zwischen der Punktwolke und den RGB-Werten im Hundertstelsekundenbereich, wodurch die Einfärbung extrem genau wird“, führt Blaha aus.

Ein aktuelles Beispiel dafür findet sich in Istanbul, wo über 3.000 Quadratmeter der Atlas-Universität von Lukas Loula, einem Anwendungsingenieur von GeoSLAM, in nur 15 Minuten, während eines einzigen Scan-Vorgangs kartiert werden konnten. Dabei wurde das Gelände sowohl im Intensitäts- als auch im RGB-Farbmodus aufgenommen, um die Unterschiede zwischen beiden Verfahren und ihren Ergebnissen herauszuarbeiten.

Wie funktioniert das Verfahren?

„Die gleichzeitige Aufnahme von 360°-Panoramabildern mit einer auf einem LiDAR-Scanner kalibrierten Kamera ist wahrscheinlich die schnellste und einfachste Methode zur Einfärbung einer Punktwolke“, erklärt Bergholz. Sofern Kamera und Scanner dabei identische Zeitstempel erfassen, ist es möglich, RGB-Werte zu erstellen, die in der Nachbearbeitungsphase automatisch den einzelnen Scanpunkten zugewiesen und auf diese projiziert werden können. „Insbesondere mit Kameras, die Bilder in 4K-Auflösung aufnehmen – wie etwa die ZEB Vision von GeoSLAM – lassen sich hervorragende Ergebnisse erzielen“, so der Laserscanning Europe-Geschäftsführer. Zudem könnten die RGB-Werte auch manuell hinzugefügt werden, allerdings „ist dies wesentlich zeitaufwändiger und die Genauigkeit der Überlagerung, das sogenannte color-mapping, nimmt ab.“

GeoSLAMS ZEB Horizon kann sowohl als tragbarer SLAM-Scanner als auch als Rucksackvariante verwendet werden. Foto: GeoSLAM Ltd.

Ein anderer Weg zur Einfärbung von Punktwolken findet sich in der Photogrammetrie, bei der Punktwolken nicht auf Grundlage von LiDAR-Scans, sondern auf Basis von Fotografien erstellt werden. Dafür wird eine große Menge sich überlappender Fotos benötigt, die jeden Winkel des zu kartierenden Objekts oder Bereichs abdecken. Aus diesem Bilderband kann dann mittels Softwarelösungen ein 3D-Punktwolken-Modell berechnet werden. „Diese Methode eignet sich hervorragend für die Erfassung qualitativ hochwertiger, kolorierter Modelle“, betont Blaha, schränkt jedoch ein: „Allerdings sind die Punktwolken auf Photogrammetriebasis nicht sehr genau und die Verarbeitung so vieler Bilder ist sehr rechenintensiv.“ Daher beschränke sich diese Vorgehensweise meist auf eher kleine Objekte.

Warum ist das Einfärben wichtig?

„Herkömmliche Grauwert-Punktwolken sind eine nützliche Grundlage für die Erstellung von BIM-Modellen und Grundrissen, für die Verwaltung von Gebäuden oder die Überwachung von Veränderungen an einem Gebäude im Laufe der Zeit“, berichtet Experte Bergholz. Dabei liefert der Scanner eine Höhencodierung in der Software sowie zusätzlich die auf den Reflektivitätswerten des zurückgesendeten Messstrahles basierenden Intensitätswerte. „Mit der Möglichkeit, Punktwolken durch Fotos einfärben zu können, entsteht eine weitere Option, die reale Situation besser zu visualisieren. Die Einfärbung erhöht damit die Benutzerfreundlichkeit durch die fotorealistische Darstellung. Außerdem sind eingefärbte Daten für viele Branchen wie Bauwesen, Ingenieurwesen, Architektur oder Facility Management nützlich, da an Projekten oftmals mehrere Fachgebiete beteiligt sind und RGB-Punktwolken ein höheres Maß an Realismus in der Entscheidungsfindung bieten“, resümiert Bergholz. (jr)

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