Photogrammetrie

Photogrammetrie ist ein Messverfahren, das Form, Abmessungen und Lage eines Objekts aus Fotos bestimmt, die aus verschiedenen Richtungen aufgenommen wurden. Die Lage eines Punktes, der auf mindestens zwei Bildern zu sehen ist, ergibt sich aus dem Schnitt der Sehstrahlen der einzelnen Aufnahmen, ähnlich wie bei einer Triangulation. Die Software berechnet dabei gleichzeitig Position und Ausrichtung der Kamera für jedes Bild (Bündelblockausgleichung, englisch bundle adjustment).

Die Messphotogrammetrie (Industriephotogrammetrie) arbeitet mit codierten und uncodierten retroreflektierenden Messmarken, die auf das Objekt geklebt werden, mit einer kalibrierten Kamera und mit Maßstäben bekannter Länge. Ihr Ergebnis sind keine Flächen, sondern sehr genaue Koordinaten der Messmarken. Die Genauigkeit liegt je nach System in der Größenordnung von Hundertstelmillimetern pro Meter Objektgröße, sodass sich auch ein mehrere Meter langes Bauteil mit einem Fehler im Bereich von Zehntelmillimetern oder darunter vermessen lässt. Dasselbe Prinzip nutzen optische Systeme, die Verschiebungen und Verformungen bei Belastungsversuchen messen.

Die bildbasierte Photogrammetrie (Structure from Motion) erzeugt dagegen aus Dutzenden bis Hunderten gewöhnlicher Fotos eine dichte Punktwolke oder ein Polygonnetz mit Farbtextur. Messmarken braucht sie nicht, wohl aber eine Oberfläche mit ausgeprägter Struktur. Die Genauigkeit hängt von Bildauflösung, Aufnahmeabstand und Aufnahmegeometrie ab und ist deutlich geringer als bei industriellen 3D-Scannern: bei Gegenständen meist Zehntelmillimeter bis Millimeter, bei Gebäuden und Gelände, die per Drohne aufgenommen werden, Zentimeter.

Beim 3D-Scannen großer Objekte wird die Photogrammetrie häufig mit dem Scanner kombiniert. Zuerst werden die Referenzmarken auf dem gesamten Objekt photogrammetrisch eingemessen, anschließend ordnet der Scanner die einzelnen Aufnahmen in diesen festen Rahmen ein. So summieren sich beim Aneinanderfügen der Scans weniger Fehler auf, die bei großen Bauteilen die Hauptquelle der Ungenauigkeit sind.

Die Messphotogrammetrie lohnt sich bei großen Objekten, bei denen es auf die Gesamtabmessungen und die Lage der Punkte zueinander ankommt: Schweißrahmen, Karosserieteile, Formen, Vorrichtungen, Stahlkonstruktionen und große Maschinenbaugruppen. Sie dient zur Kontrolle der Lage von Aufnahme- und Montagepunkten, zur Messung von Verformungen und als Referenzrahmen für das 3D-Scannen von Bauteilen im Meterbereich.

Die bildbasierte Photogrammetrie eignet sich zur Dokumentation von Gebäuden, Hallen, Gelände, Skulpturen und historischen Objekten, bei denen Vollständigkeit und Farbtextur wichtiger sind als Hundertstelmillimeter. Die Ausrüstung ist einfach, Aufnahme und Auswertung der Bilder erfordern jedoch Erfahrung und Zeit.

Ohne Maßstab hat ein photogrammetrisches Modell nicht die richtige Größe. Für Messaufgaben sind kalibrierte Maßstäbe nötig, in der Regel mindestens zwei in unterschiedlichen Richtungen. Schnelle Modelle aus Smartphone-Apps haben keine gesicherte Genauigkeit und eignen sich zur Visualisierung, nicht als Grundlage für die Fertigung.

Die bildbasierte Photogrammetrie versagt bei einfarbigen, glänzenden, transparenten und sehr dunklen Flächen sowie bei dünnen Elementen. Solche Oberflächen müssen besprüht oder mit einem Muster versehen werden. Unscharfe Bilder, zu geringe Überlappung der Aufnahmen, wechselnde Beleuchtung oder eine Bewegung des Objekts führen zu Rauschen und Löchern in den Daten.

Unterscheiden Sie in der Anfrage, ob Sie Punktkoordinaten mit ausgewiesener Genauigkeit oder ein texturiertes Modell für die Präsentation benötigen. Fragen Sie, welche Genauigkeit der Dienstleister für die jeweilige Objektgröße zusichert und wie er sie nachweist. Klären Sie außerdem, ob Messmarken auf die Oberfläche geklebt werden dürfen und ob Spuren nach dem Entfernen stören.