Die Datenerfassung und -verarbeitung von Wasserflächen mit photogrammetrischen Methoden zeigt sich in der Praxis aus vielfachen Gründen als aufwändig. Abhilfe schaffen soll die bald erscheinende Version 6.0 von Vexcels UltraMap-Softwarelösung.
Das Stadtgebiet von Barcelona in einem 2,5D-Oberflächenmodell auf Basis des Dense Image Matchings: durch neuartige Algorithmen und Werkzeuge konnte die Wasseroberfläche als solche automatisiert erkannt und die Höhe des Wasserspiegels auf einen passenden Wert gesetzt werden. Foto: Vexcel Imaging GmbH
Sie sind bei Unternehmen aus dem Bereich der Datenerfassung und -verarbeitung berüchtigt: Wasserflächen. Nicht nur, weil beinahe jede Stadt, jede Gemeinde und jede Kommune in räumlicher Nähe zu einem Steh- oder Fließgewässer beziehungsweise einem Meer liegt und damit Wasserflächen bei quasi jedem Projekt zur Datenerfassung und -verarbeitung mitberücksichtigt werden müssen, sondern auch, weil die photogrammetrische Vermessung solcher Flächen große Hürden und Herausforderungen mit sich bringen kann.
So kann die Höhe der Wasserkante durch Wellen und Gezeiten beispielsweise in kurzen Zeitintervallen derart stark variieren, dass die Wasserfläche an sich nicht genau erfasst werden kann. In eine ähnliche Kerbe schlagen die unterschiedlich starken Reflexionen des Sonnenlichts auf der Wasseroberfläche sowie die generellen Farbunterschiede von Wasseroberflächen. Diese Unterschiede entstehen beispielsweise durch eine Änderung in der geometrischen Konstellation (Änderung des einfallenden Sonnenlichts durch unterschiedliche Aufnahmepositionen und dadurch geänderte Reflexionen) oder durch dynamische Bedingungen am Wasser durch Wind, Gezeiten oder Boote.
Inhomogenes Mosaik und lange Rechenzeiten
Folglich können Wasserflächen oftmals nicht konsistent in einem Bildverband dargestellt werden. Das wiederum führt zu Problemen und Herausforderungen in der Verarbeitung der aufgenommenen Daten – ein inhomogenes Orthomosaik, unplausible Oberflächen- beziehungsweise Geländemodelle sowie unnötig lange Rechenzeiten bei der automatisierten Verarbeitung der Wasserflächen durch vergebliche Matching-Versuche oder potenzielle Fehl-Matches sind die Folge. „Die Herausforderungen können aus oben genannten Gründen nicht durch einfaches Weglassen der problematischen Wasserflächen gelöst werden, sondern sie erfordern einen Workflow mit intelligenten Werkzeugen, um möglichst effizient zu einem hochqualitativen Ergebnis zu kommen“, berichtet Bernhard Schachinger, Application Specialist beim österreichischen Unternehmen Vexcel Imaging.
In diesem Zusammenhang hat Vexcel angekündigt, bald die neue Version 6.0 der eigenen Softwarelösung UltraMap zu veröffentlichen. Das neue Release soll unter anderem die Datenerfassung und -verarbeitung von Wasserflächen fokussieren. „Unser Ziel ist es, für UltraMap 6.0 einen Workflow zu entwickeln, mit dem automatisiert ein einheitliches Orthomosaik einer Wasserfläche erstellt werden kann – ohne, dass die erfassten Bilder in manueller Arbeit glattgezogen werden müssen“, betont Schachinger.
Auf Grundlage des 2,5D-DOM (links) konnte ein Orthomosaik von Barcelona entwickelt werden, welches durch automatisierte Verarbeitungsschritte die Unterschiede der Eingabebilder ausgleichen und ein homogenes Ergebnis bieten kann. Foto: Vexcel Imaging GmbH
Für die photogrammetrische Erfassung von Wasserflächen kommen dabei üblicherweise Sensoren zum Einsatz, die hochaufgelöste Bildinformationen sowohl in RGB als auch im spektralen Bereich des Nahen Infrarots erfassen. „Die Kombination der vier Kanäle erlaubt dann eine automatisierte Segmentierung der Daten in Wasser- und Landbereiche“, weiß Schachinger. Aufbauend auf diese Klassifizierung können Algorithmen an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Schachinger dazu: „Notwendige Schritte sind beispielsweise eine optimierte, automatisierte Angleichung der radiometrischen Eigenschaften an Land und Wasser, eine angepasste Platzierung und Behandlung von Seamlines im Orthomosaik an Land und im Wasser sowie eine intelligente Steuerung des Dense Image Matchings zur realistischen Darstellung der Wasserhöhen.“ Ebenfalls wichtig seien die Beschleunigung der Prozessierung durch Vermeidung unnötiger Matching-Versuche auf Wasserflächen und die automatisierte Behandlung des Übergangs zwischen Land und Wasser entlang der Uferlinien.
Automatisierter Prozess durch UltraMap
„Die Qualität der Bilder fängt in den Kamerasystemen selbst an. Gerade für 3D-Datenprodukte ist neben der richtigen Befliegungsstrategie auch die Qualität des Bildmaterials von entscheidender Bedeutung“, betont Vexcel-Geschäftsführer Alexander Wiechert. Nennenswert ist dabei die kamerainterne Datenaufarbeitung, insbesondere die A/D-Wandlung der Bildsignale, die einen erheblichen Qualitätsfaktor für die Kamera bildet. Erst dann kommt die nachgelagerte Software zum Tragen. „Die Software hat somit die Aufgabe, die hohe Qualität in der Datenprozessierung automatisiert und komplett durchzureichen“, so Wiechert, der einschränkt: „Nichtsdestotrotz werden natürlich zusätzliche Editoren benötigt, die ein menschliches Eingreifen an verschiedenen Stellen im Workflow sowie eine Reaktion auf unerwartete Ergebnisse unterstützen.“
Vexcel bietet UltraMap in Modulen mit Standardschnittstellen an, sodass Anwender:innen für einzelne Aufgabenbereiche auch mit Drittsystemen arbeiten können. Im Basismodul, UltraMap Essentials, wird die Kamerakalibrierung auf die Bilder angewendet und in einem für die Weiterverarbeitung optimierten Datenformat aufgearbeitet. Weitere Module sind die Aerial Triangulation (AT), der Dense Matcher für die Erstellung der 2,5D-Produkte, die Ortho-Pipeline, in dem die 2,5D-Produkte mithilfe der Luftbilder texturiert werden, sowie das 3D-Modul, das für die weitere Produktion von 3D-Produkten wie etwa 3D-Meshs zuständig ist. (jr)