Waldmonitoring unter besonderer Berücksichtigung der aus Stereoluftbildern abgeleiteten 3. Dimension

Results of the investigation has been presented to derive digital elevation models of forest areas for the determination of the parallax measuring accuracy from AATE (Adaptive Automatic Terrian Extraction) with the PCI software Geomatica. It has been used the informations from the threefold overlaps of aerial stereoscopic pairs. The parallax measuring errors on forest areas are three times larger than on the arable and pasturelands. It has been shown that the third dimension can be used for the derivative of crown of tree profiles and their roughness and the rates of timber growth can be derived with sufficiently high accuracy from the repeatability flying

Selbstkalibrierung mobiler Multisensorsysteme mittels geometrischer 3D-Merkmale

Ein mobiles Multisensorsystem ermöglicht die effiziente, räumliche Erfassung von Objekten und der Umgebung. Die Kalibrierung des mobilen Multisensorsystems ist ein notwendiger Vorverarbeitungsschritt für die Sensordatenfusion und für genaue räumliche Erfassungen. Bei herkömmlichen Verfahren kalibrieren Experten das mobile Multisensorsystem in aufwändigen Prozeduren vor Verwendung durch Aufnahmen eines Kalibrierobjektes mit bekannter Form. Im Gegensatz zu solchen objektbasierten Kalibrierungen ist eine Selbstkalibrierung praktikabler, zeitsparender und bestimmt die gesuchten Parameter mit höherer Aktualität. Diese Arbeit stellt eine neue Methode zur Selbstkalibrierung mobiler Multisensorsysteme vor, die als Merkmalsbasierte Selbstkalibrierung bezeichnet wird. Die Merkmalsbasierte Selbstkalibrierung ist ein datenbasiertes, universelles Verfahren, das für eine beliebige Kombination aus einem Posenbestimmungssensor und einem Tiefensensor geeignet ist. Die fundamentale Annahme der Merkmalsbasierten Selbstkalibrierung ist, dass die gesuchten Parameter am besten bestimmt sind, wenn die erfasste Punktwolke die höchstmögliche Qualität hat. Die Kostenfunktion, die zur Bewertung der Qualität verwendet wird, basiert auf Geometrischen 3D-Merkmalen, die wiederum auf den lokalen Nachbarschaften jedes Punktes basieren. Neben der detaillierten Analyse unterschiedlicher Aspekte der Selbstkalibrierung, wie dem Einfluss der Systemposen auf das Ergebnis, der Eignung verschiedener Geometrischer 3D-Merkmale für die Selbstkalibrierung und dem Konvergenzradius des Verfahrens, wird die Merkmalsbasierte Selbstkalibrierung anhand eines synthethischen und dreier realer Datensätze evaluiert. Diese Datensätze wurden dabei mit unterschiedlichen Sensoren und in unterschiedlichen Umgebungen aufgezeichnet. Die Experimente zeigen die vielseitige Einsetzbarkeit der Merkmalsbasierten Selbstkalibrierung hinsichtlich der Sensoren und der Umgebungen. Die Ergebnisse werden stets mit einer geeigneten objektbasierten Kalibrierung aus der Literatur und einer weiteren, nachimplementierten Selbstkalibrierung verglichen. Verglichen mit diesen Verfahren erzielt die Merkmalsbasierte Selbstkalibrierung bessere oder zumindest vergleichbare Genauigkeiten für alle Datensätze. Die Genauigkeit und Präzision der Merkmalsbasierten Selbstkalibrierung entspricht dem aktuellen Stand der Forschung. Für den Datensatz, der die höchsten Sensorgenauigkeiten aufweist, werden beispielsweise die Parameter der relativen Translation zwischen dem Rigid Body eines Motion Capture Systems und einem Laserscanner mit einer Genauigkeit von ca. $1\,\mathrm{cm}$ bestimmt, obwohl die Distanzmessgenauigkeit dieses Laserscanners nur $3\,\mathrm{cm}$ beträgt

Gerhard Lehmann: Nachruf

Vorgetragen in der Plenarversammlung am 13. November 198

Ein gebrauchstaugliches Augmented Reality-System für geometrische Analysen in der Produktentstehung

Augmented Reality beschreibt die Erweiterung der menschlichen Wahrnehmung der Realität durch virtuelle Zusatzinformationen. Die Technologie kann in der Produktentstehung für die gemeinsame geometrische Analyse physischer und virtueller Modelle eingesetzt werden. Sie verspricht damit großes Potenzial für eine engere Verzahnung physischer und virtueller Entwicklungsaktivitäten. Trotzdem werden Augmented Reality-Systeme heute kaum produktiv in der Produktentstehung eingesetzt. Eine genauere Betrachtung der bekannten Anwendungen bestätigt die Potenziale von Augmented Reality für geometrische Analysen in Bezug auf Qualität, Kosten und Zeit der Produktentstehung. Für die Durchführung von Augmented Reality-Analysen sind in der Literatur verschiedene Systemlösungen beschrieben, welche sich hauptsächlich durch die eingesetzten Komponenten zur Lagebestimmung unterscheiden. Die einzelnen Augmented Reality-Systemkomponenten scheinen für sich betrachtet zwar technisch weitestgehend ausgereift, die Systeme bieten allerdings selten einen für den Anwender durchgängigen Gesamtprozess. Die Bedienung ist in der Regel sehr komplex und erfordert viel spezifisches Fachwissen. Um Augmented Reality für geometrische Analysen in der Produktentstehung umfassend nutzbar zu machen, wird die Gebrauchstauglichkeit in den Mittelpunkt der folgenden Systementwicklung gestellt. Auf Basis einer ausführlichen Beschreibung des Nutzungskontextes werden die grundlegenden Anforderungen an ein gebrauchstaugliches Augmented Reality-System formuliert. Die möglichen Systemkomponenten werden bezüglich dieser Anforderungen bewertet und ausgewählt, die zugehörigen Prozesse werden aus Benutzersicht ausgestaltet und im Sinne einer möglichst hohen Gebrauchstauglichkeit strukturiert. Mit diesem Wissen wird eine Benutzerführung entwickelt, welche den Anwender durch den gesamten Untersuchungsprozess führt. Die Gebrauchstauglichkeit des so entwickelten Augmented Reality-Systems wird schließlich im Rahmen einer Probandenstudie evaluiert

Bildbasierte Frischbetonprüfung zur digitalen Qualitätsregelung

Massivbauwerke gehören mit einer Lebensdauer von zumeist weit über 50 Jahren zu extrem langlebigen Investitionsgütern. Insbesondere bei Betonbauwerken werden die Qualitätsmerkmale, wie z. B. die sichere Gewährleistung der Tragfähigkeit oder der Dauerhaftigkeit, in hohem Maße durch Prozesse bestimmt, die in einem im Vergleich zur Nutzungsdauer des Bauwerks extrem kurzen Zeitraum von wenigen Stunden ablaufen. Dementsprechend kommt der präzisen Prüfung und Bewertung der Eigenschaften bei der Herstellung und Verarbeitung des Frischbetons eine besondere Bedeutung zu. Auf der Baustelle ist die Ermittlung der (Frisch-)Betoneigenschaften gegenwärtig noch immer rein empirisch geprägt. Zur Prüfung der Eigenschaften bei der Identitätsprüfung wird zumeist allein das Ausbreitmaß in Verbindung mit einer subjektiven Augenscheinprüfung eingesetzt. Eine mögliche Integration digitaler Methoden zur Qualitätsprüfung scheitert gegenwärtig an entsprechenden Sensorsystemen und Auswertemethoden. Zur Einführung solcher digitalen Methoden in der Betontechnologie muss es gelingen, die bisher rein subjektiv wahrgenommenen Eigenschaften des Frischbetons, im speziellen der Augenscheinprüfung bei der Identitätsprüfung, z. B. mit bildbasierten Methoden zu erfassen und in digitale Kennwerte zu überführen. Zur Überwindung der Grenzen der subjektiven Augenscheinprüfung wurde im Rahmen dieser Arbeit eine bildbasierte Messmethodik entwickelt und validiert, die es gestattet maßgebende (Frisch-)Betoneigenschaften im Rahmen der Konsistenzprüfung (Ausbreitmaß) digital zu erfassen und zu bewerten. Durch Anwendung photogrammetrischer Messprinzipien und digitaler Bildanalyseverfahren sowie Methoden der künstlichen Intelligenz können maßgebende (Frisch-)Betoneigenschaften aus Bilddaten prädiziert werden und somit die Identitätsprüfung des Frischbetons durch eine Vielzahl zusätzlicher Parameter erweitert werden. Darauf aufbauend können die ermittelten Daten in einen digitalen Regelkreislauf integriert werden, der eine unmittelbare Anpassung der Eigenschaften bei der weiteren Produktion ermöglicht. Die Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen zeigen deutlich, dass eine zielsichere digitale Erfassung und Bewertung von (Frisch-)Betoneigenschaften mit der entwickelten bildbasierten Methodik im Rahmen der Konsistenzprüfung möglich ist. Als zu bewertende Oberflächeneigenschaften des ausgebreiteten Frischbetons eignen sich sowohl 3D-Kennwerte der Oberflächengestalt sowie geometrische 2D-Eigenschaften als auch die Oberflächenreflexion. Darauf aufbauend bietet das Konzept der digitalen Qualitätsregelung die Möglichkeit, den Betonproduktionszyklus direkt mit den Qualitätsmerkmalen des Frischbetons zu verknüpfen und so Industrie 4.0-Standards im Betonbau zu etablieren