lba_fe_28102004

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Luftbildanalyse und Fernerkundung 
     4. Einheit - 28. Oktober 2004


    + Beginn pünktlich 14:00 Uhr

    + Folien zur Vorlesung unter
       http://homepage.univie.ac.at/thomas.engleder 

    +  Rückmeldungen, Anregungen, Kritik,                                      
        Verbesserungsvorschläge, ...
           * persönlich nach der LV
            * per e-mail (thomas.engleder@univie.ac.at)
            * auf der Rückseite der Anwesenheitsliste    
Aufgabe:

Suchen Sie ein Luftbild ihres Wohnhauses, des Hauses ihrer 
Eltern oder Bekannten im Internet.

ààà d.h. hochauflösendes Bild ist gefragt!

+  Was finden Sie? 
+  Welche Maßstäbe & Ausschnitte sind möglich?
+  Qualität der gefundenen Daten?
+  Probleme?


Tipp:
www.geoland.at
www.eama.at (nur mit Zugang, Landwirtschaft)
 text      
 text      
           Geometrische Grundlagen von Luftbildern

§ Gegensatz:
   §  LB =======> Zentralprojektion
   §  Karte =====> Paralellprojektion (Orthogonalprojektion)
       
 Das Senkrechtluftbild stellt eine zentralperspektivische Abbildung
 des Geländes dar:
     • Die von den Geländepunkten ausgehende 
       elektromagnetische Strahlung (Lichtstrahlen) geht durch ein 
       Projektionszentrum (= Objektiv).
     • Das Strahlenbündel wird im Bild so wie es war bei der 
       Aufnahme wieder erzeugt und kann daher als geometrische 
       Figur der Bildmessung dienen.
 LB werden häufig als Kartenersatz benutzt (vgl. Bildmosaik)



• Aber nur Strecken im ebenen Gelände werden gleich groß
  abgebildet und zwar unabhängig von ihrer Lage zum 
  Nadirpunkt (à bei senkrechter Aufnahmeachse = 
  Bildmittelpunkt).
• Flächen werden gleich groß dargestellt = Grundrisse sind
  unverzerrt.
  Aber: verkleinert entsprechend ihrem Bildmaßstab.
              Lagefehler im Senkrechtluftbild


• Weist das aufgenommene Gelände eine stärkere Relief-
  energie auf, werden, infolge der zentralperspektivischen 
  Abbildung die einzelnen Geländepunkte über  bzw. unter 
  der Bezugsebene auf dem LB jedoch nicht mehr 
  lagerichtig sondern verlagert abgebildet.


• Man spricht von Lagefehlern bzw. von einem 
  reliefbedingten Versatz von Geländepunkten in der 
  Senkrechtaufnahme
 Reliefbedingter Versatz von Geländepunkten im Senkrechtbild


• Punkte auf der Bezugsebene und im Nadir (N) erfahren keine 
  Verlagerung

• Punkte über der Bezugsebene werden nach außen verlagert

• Punkte unter der Bezugsebene werden nach innen verlagert

• Der Lagefehler (Verlagerung, Versatz) wird um so größer, je
  größer die Reliefenergie (= Höhenunterschiede) und die
  Nadirdistanz und je kleiner die Brennweite (f)
 Wichtig ist die Kenntnis der Parameter und die Lage der 
Aufnahmekammer zur Geländeoberfläche zum Zeitpunkt der 
Aufnahme:

+++ Um die wirklichen Abstände bzw. Dimensionen der Objekte aus
      dem Luftbild berechnen zu können:

à Kenntnis der Kammerdaten (RMK – Reihenmesskamera)

   INNERE ORIENTIERUNG
   + Brennweite
   + Lage des Hauptmittelpunktes (M): 
   = Durchstoßpunkt der Objektachse durch die Bildebene. Er fällt bei gut 
   justierten Kammern zusammen (M= Nadirpunkt N)

à  Kenntnis des Aufnahmeortes der RMK

   ÄUSSERE ORIENTIERUNG
   + Flughöhe (h)
   + Abweichung der Aufnahmerichtung vom Lot (Libelle) 
Technische Daten auf LB (Codeschlüssel)
Luftbild (Senkrechtaufnahme) mit typischen Indizes     
             Beispiele für reliefbedingte Lagefehler


• Bei zunehmender Objekthöhe des Objektes über die 
  Bezugsebene und wachsender Entfernung vom Nadirpunkt 
  wächst die Bildmittelpunktverschiebung in radialer Richtung:
• Besonders an den Bildrändern und bei Vorhandensein von 
  hohen Objekten (mehrstöckigen Häusern) entstehen 
  Lagefehler und sichttote Räume
         Maßstabsänderungen bei Geländestufen



• Bei größeren Höhenunterschieden ändert sich mit der 
  Höhe bzw. Tiefe der Abb.-Maßstab (Mb).



• Der Aufnahmekammer näher gelegene Objekte werden in 
  größerem Maßstab als tiefer gelegene, d.h. der 
  Aufnahmekammer weiter entfernte Gegenstände, 
  abgebildet.
    Maßstabsänderungen bei Geländestufen


 
                      Gleitender Maßstab


• Gleiche Strecken auf verschieden hohen Ebenen (oberhalb 
  und unterhalb der Landstufe) werden verschieden groß 
  abgebildet.



• Ein Rechteck, das eine Geländestufe überlagert, ist bei 
  zentralperspektivischer Abb. kein Rechteck mehr. 



• Die Strecken auf der unteren Landschaftsebene werden 
  wegen ihres größeren Abstandes von der Aufnahmekammer 
  kleiner abgebildet als die auf der oberen Landschaftsebene.
Maßstabsänderungen durch verschiedene Objekthöhen
          höher                                   tiefer      


Beim Überfliegen einer geraden Straße in einem durch Geländestufen 
reliefierten Gelände erscheinen höher gelegene Straßenstrecken vom 
jeweiligen Nadirbildpunkt weggeknickt, tiefere Partien zum Zentrum 
hingeknickt. Nur bei direktem Überfliegen erscheint die Straße gerade!!
 Welche Lagefehler bzw. Höhenunterschiede sind noch zulässig 
 bzw. wann ist in der Bildmessung ein Gelände noch als „eben“ 
                                              anzusprechen?

Faustregel:

Das Gelände kann noch als flach (eben) angesehen werden, wenn die Höhen-
unterschiede nicht größer sind als die Bildmaßstabszahl geteilt durch 500
  Geometrie von Luft- und Satellitenbildern      




Zentralprojektion des Geländes in        senkrechte Parallelprojektion des 
die Bezugsebene eines Luftbildes         Geländes in die Karte      
Zentralprojektion      
Zentral- und
Parallelprojektion

am Beispiel
Luftbild und Karte
Wirkung der Zentralprojektion in Senkrechtbildern      




 Wiedergabe von Gebäuden nahe der Bildmitte (rechtes Bild) und 
 nahe dem Bildrand (linkes Bild      
 text      
Geometrische Eigenschaften von 
Fotos, Scanner- und Radar-Daten 

In der Geofernerkundung treten erfahrungsgemäß drei 
Gruppen von Sensoren mit ihren spezifischen geometrischen 
Abbildungsgesetzen in den Vordergrund: 

+ Fotographische Systeme, 
+ Scanner-Systeme und 
+ Radar-Systeme. 

Bei all diesen Systemen können sich Höhenunterschiede und 
Projektionsart ganz unterschiedlich auf die Bildgeometrie 
auswirken     
 Fotographische Systeme …

bilden die Erdoberfläche in Zentralperspektive ab! Höher gelegene 
Geländepunkte, d.h. Punkte oberhalb einer zu wählenden 
Bezugshöhe, werden dabei in Senkrechtbildern von der Bildmitte 
radial nach außen versetzt wiedergegeben. 
Scanner-Systeme …

ergeben - ideale Flugbahnen vorrausgesetzt - eine Mischprojektion 
aus paralleler (in Flugrichtung) und zentraler Projektion (senkrecht 
zur Ebene). Demnach werden höher gelegene Punkte (im Gegensatz 
zur Photographie) senkrecht zur Flugrichtung nach Außen versetzt. 
Radar-Systeme …

weisen ebenfalls eine gemischte Projektion auf: In der Flugrichtung 
liegt eine Parallelprojektion vor; senkrecht zur Bildebene eine 
Schrägentfernungsprojektion in der höher gelegene Geländepunkte, 
die ja von der ausgesandten Wellenfront zuerst getroffen werden, 
zum Flugweg hin versetzt erscheinen.
 Fotografische Aufnahmen

Nach Art der Aufnahmen unterscheidet man bei fotografisch 
gewonnenen Bilddaten (z.T. auch bei Satelliten!) zwei Typen, 
nämlich 

+ die Schrägaufnahme und 
+ die Senkrechtaufnahme. 

Die Schrägaufnahme weist einen deutlichen Winkel zwischen 
Erdoberfläche und Projektionsebene auf. Sie dient meist 
allgemeinen Übersichtszwecken. 

Die Senkrechtaufnahme ist hingegen von großer Bedeutung für 
die Geofernerkundung, da mit ihr systematisch große Areale 
photographisch zu Kartierzwecken aufgenommen werden. Hier 
ist besonders die Auswertung von Stereo-Luftbildpaaren zu 
erwähnen.   
Die im Bild wiedergegebene Fläche ist etwa quadratisch begrenzt 
und der Bildmaßstab für alle Bilder gleicher Flughöhe und 
Kamerabrennweite identisch. 
Die Aufnahme erfolgt in festgelegten Flugmustern 
(Befliegungsplänen) mit seitlicher Überlappung (ca. 60%), damit 
kontinuierliche Flugbahnen mit Stereoaufnahmen abgedeckt werden 
können.    
Die ideale lotrechte Aufnahme ist im Normalfall nicht möglich, 
da das Flugzeug turbulenten Schwankungen während des 
Fluges ausgesetzt ist. 

Dennoch sind die Abweichungen vom Lot sehr gering, so daß 
man von Senkrechtaufnahmen im weiteren Sinne sprechen 
kann.      
Bildmaßstab


Bildmaßstab ist das Verhältnis von Bildstrecke zu 
Geländestrecke.

Die Aufnahmeneigungen und die Geländehöhenunterschiede 
führen dazu, dass der Maßstab innerhalb eines Bildes 
uneinheitlich ist. Er wird daher stets nur in abgerundeten 
Zahlenwerten angegeben.

Ist der Bildmaßstab nicht bekannt, kann er errechnet werden 
aus dem Verhältnis einer Bildstrecke s’ zur Kartenstrecke s 
oder von Kamerakonstante ck (Brennweite) zu Flughöhe hg.

Mb = 1/mb = s’/s = ck/hg
       
 Zur topographischen Kartierung gilt als Faustregel:

mb = 250 √mk    
(mb = Bildmaßstabszahl, mk = Kartenmaßstabszahl)



Demnach ist bspw. zur Kartierung im Maßstab 1:25.000 
ein Bildmaßstab von ca. 1:40.000 zweckmäßig.
Für folgende Fragestellungen werden beispielsweise gerne 
folgende Bildmaßstäbe gewählt:

+ Geologie, Geowissenschaften: 1:20.000 – 1:30.000, 1:50.000
+ Straßenbau:
    Grobplanung: 1:12.000 – 1:13.000
    Detailplanung: 1:4.000
+ Forstwirtschaft: 1:12.000
    für Großrauminventuren à kleiner Maßstäbe
    für Baumschädenkartierung à größere Maßstäbe

Allgemein ist festzustellen, dass in größeren Bildmaßstäben
die Interpretation von Einzelobjekten leichter ist. Es wird aber
schwieriger Zusammenhänge zu überschauen bzw. zu
erkennen.

Außerdem ist zu bedenken, dass die Anzahl der
aufzunehmenden und zu handhabenden Bilder mit dem
Maßstab wächst.
In einer Karte ist das Gelände senkrecht auf eine horizontale 
Bezugsfläche projiziert. Das Luftbild ist im Gegensatz dazu 
eine Zentralprojektion.  

Dies hat zur Folge, daß Objektpunkte, welche über der 
Bezugsfläche liegen, vom Bildnadirpunkt (Mittelpunkt) radial 
nach außen versetzt werden; darunter liegende nach innen! 

Dieser Effekt ist umso stärker, je größer der Achsenwinkel vom 
Nadirpunkt ist; in der Bildmitte verschwindet er ganz.
Die Kenntnis dieser Zusammenhänge kann dazu dienen, die 
Höhe der Objekte zu bestimmen. Wenn der Objekthochpunkt 
und der darunter befindliche Fußpunkt eines Objektes zu 
sehen ist, kann man aus der radialen Versetzung der Punkte 
(∆r') die Objekthöhe (∆h) ableiten     




     Schematisierte radiale Versetzung durch Höhenunterschiede 
Bei genauen Kartierungen müssen auch die internen 
Verzerrungen korrigiert werden, die aus der Abweichung von 
der Lotlinie der Senkrechtaufnahme abzuleiten sind. 

In einem idealen Nadirbild ist der Bildmaßstab überall gleich; 
bei Abweichungen resultiert eine Verzerrung des Maßstabes 
innerhalb derselben Aufnahme.  

Diese ungünstigen geometrischen Verzerrungen werden durch 
Vergleiche mit topographischen Paßpunkten behoben. 

Streng genommen bleibt jedoch immer ein Restfehler zurück, 
da die Topographie des Geländes zu weiteren 
Projektionsverzerrungen führt. Bei Überschreiten einer 
Fehlertoleranzgrenze sollten dann die aufwendigeren 
Methoden der Photogrammetrie Anwendung finden.  
Verzerrung   
Geometrie von Scanner- und Radarbildern 
... folgt später
Entzerrung
Entzerrung
Entzerrung
Entzerrung

Luftbild 
à Orthofoto      
 Orthofotos

Die negativen Auswirkungen der Zentralprojektion, 
geometrische Verzerrungen bei der Abbildung der 
Landschaftsobjekte, werden durch Umbildung des 
Originalluftbildes in eine genäherte Parallelprojektion unter 
Berücksichtigung der genauen Reliefform, erfasst in einem 
Digitalen Geländehöhenmodell (DEM), beseitigt. 

Das Verfahren wird als Luftbildentzerrung bezeichnet und das 
dabei entstehende Produkt als Orthofoto (griech.: orthós - richtig, 
gerade, aufrecht). 

Das Orthofoto hat über die gesamte Bildfläche einen 
einheitlichen Maßstab und Raumbezug und weist daher die 
gleichen Eigenschaften wie eine Topographische Karte auf. 

Orthofotos gibt es flächendeckend für ganz Österreich.    
Hauptvorteile eines Orthofotos sind … 

+ dass man Distanzen auf ihm messen
+ und daraus Flächen berechnen kann …

+ außerdem können mehrere Fotos zu einer Gesamtübersicht 
zusammengesetzt werden.



  Bsp.:
  Blattschnitt und Verfügbarkeit von 
  Orthofotos
  im Norden Vorarlbergs;

  Vbg. Landesregierung      
 Stereoskopisches Sehen

Dass wir räumlich sehen können, verdanken wir im 
wesentlichen zwei Dingen:

+ Wir besitzen zwei Sehorgane (Augen) mit koordinierter 
Muskelsteuerung 

+ Das Sehzentrum unseres Gehirns verarbeitet die 
gewonnenen Bilder und modelliert sie räumlich 

Um das Konzept des stereoskopischen Sehens zu verstehen, muss
man sich nur die Tatsache bewusst machen, dass jedes Auge beim
Betrachten eines Objektes einen geringfügig anderen Winkel zum
Objekt einnimmt:

Je weiter entfernt wir schauen, desto eher sind unsere Augäpfel
parallel ausgerichtet. Betrachten wir dagegen sehr nahe Objekte,
müssen wir unsere Augäpfel nach innen, zur Nase hin, drehen.
 Stereoskopisches Sehen

Diese naturgegebene Bewegung der Augen nehmen wir 
normalerweise nicht bewusst wahr. Durch frühkindliche Lernprozesse 
und Erfahrung haben wir uns daran gewöhnt, dass unsere Augen 
automatisch den Punkt fokussieren, den wir gerade anschauen. 

Viele optische Täuschungen leben davon, dass unser Gehirn 
erfahrungsbasiert arbeitet und wir dadurch verwirrt werden, dass 
etwas nicht so erscheint, wie wir es gewohnt sind.

Den Automatismus des Gehirns können wir willkürlich außer Kraft 
setzen. Den meisten Menschen dürfte das bewusste Schielen 
bekannt sein, ebenso das entspannte Hindurchschauen durch 
Objekte oder Personen, um die Augen in der imaginären 
Unendlichkeit ausruhen zu lassen.
Genau diese beiden Methoden der bewußten Augensteuerung 
können wir uns zunutze machen, um Stereobilder ohne jedes 
Hilfsmittel zu betrachten  

+ Parallelblick

+ Kreuzblick    
 Stereoskopisches Sehen      




  PD ... Pupillendistanz         x1, x2 ... Konvergenzwinkel
 d ... Tiefenwahrnehmung         * ... Stereoskopische Paralaxe
Hilfsmittel zum künstl. stereoskopischen Sehen      
Stereoskopisches Sehen      
 Anaglyphen  

Bei den Anaglyphenbildern (= ist ein spezielles Stereogramm = eine
Abbildung, bei der bei entsprechender Betrachtung eine räumliche
Tiefenwirkung sichtbar wird) werden die beiden stereoskopischen 
Halbbilder übereinander gedruckt, wobei beide Halbbilder in 
Komplementärfarben eingefärbt werden. 

Mit einer entsprechend gefärbten Brille, wird für jedes Auge 
das richtige Halbbild herausgefiltert. 

Meist werden die Farben Rot und Blau bzw. Rot und Grün 
verwendet. 
    
 Anaglyphenbild, Großglockner-Hochalpenstraße      
 Echtfarbenbild, Großglockner-Hochalpenstraße  
 Anaglypenbild und Echtfarbenbild im Vergleich     
Aufgabe:


à Zusammengefasste Information zu digitalen Farb-Orthofotos 
von OÖ 

à download unter http://www.univie.ac.at/thomas.engleder 

à LESEN    

				
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