Grundlagen

Was ist Photogrammetrie?

Photogrammetrie klingt kompliziert, ist im Kern aber einfach: Es ist das Messen mit Fotos. Aus vielen Bildern wird ein präzises 3D-Abbild. Dieser Artikel erklärt das Verfahren und die wichtigsten Begriffe, ohne Vorwissen vorauszusetzen.

Das Grundprinzip

Unser räumliches Sehen beruht darauf, dass wir ein Objekt mit zwei Augen aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten. Aus dem Unterschied der beiden Bilder berechnet unser Gehirn Tiefe. Photogrammetrie macht genau das, nur mit sehr vielen Fotos und einer Software statt zwei Augen und einem Gehirn.

Nimmt man ein Objekt aus vielen überlappenden Blickwinkeln auf, taucht jeder Punkt der Oberfläche in mehreren Bildern auf. Die Software erkennt diese gemeinsamen Punkte und berechnet aus ihrer Lage in den Bildern die exakte Position im Raum. Aus Millionen solcher Punkte entsteht ein dreidimensionales Abbild.

Vom Foto zum Modell

Der Weg von der Aufnahme zum fertigen Ergebnis verläuft in vier Schritten:

1. Befliegung. Eine Drohne fliegt das Objekt systematisch ab und nimmt hunderte Bilder mit hoher Überlappung auf, typischerweise 70 bis 80 Prozent, damit jeder Punkt mehrfach erfasst wird.

2. Bildausrichtung. Die Software findet identische Punkte in den Bildern und rekonstruiert daraus, von wo jedes Bild aufgenommen wurde. So entsteht zunächst eine grobe Punktwolke.

3. Verdichtung. Aus der groben Struktur wird eine dichte Punktwolke mit Millionen von Punkten berechnet, das eigentliche Messergebnis.

4. Ableitung der Produkte. Aus der Punktwolke entstehen Orthofoto, Geländemodell, 3D-Modell und auf Wunsch Volumenberechnungen.

Wichtige Begriffe

Punktwolke: Die Gesamtheit aller gemessenen 3D-Punkte. Jeder Punkt hat eine Koordinate und meist eine Farbe. Sie ist die Rohform aller weiteren Auswertungen.

Orthofoto: Ein aus vielen Bildern zusammengesetztes Luftbild, das von Verzerrungen befreit und maßstabsgetreu ist. Man kann darin direkt Strecken messen wie in einer Karte.

Georeferenzierung: Das Einpassen der Daten in ein echtes Koordinatensystem, sodass jeder Punkt eine reale Position auf der Erde hat. Dafür sorgt die RTK-Technik oder Bodenkontrollpunkte.

GSD (Ground Sample Distance): Der Abstand, den ein Bildpixel am Boden abdeckt. Eine GSD von zwei Zentimetern bedeutet, dass ein Pixel zwei Zentimeter Realität zeigt. Je kleiner die GSD, desto höher die Detailauflösung.

DGM und DOM: Digitales Geländemodell (nur der Boden) und digitales Oberflächenmodell (mit allem darauf, etwa Gebäuden und Bewuchs).

Was die Genauigkeit bestimmt

Die Genauigkeit einer photogrammetrischen Vermessung hängt vor allem von vier Dingen ab: der Flughöhe und damit der GSD, der Bildüberlappung, der Kamera- und Objektivqualität sowie der Georeferenzierung. Mit Drohnen und RTK sind ein bis drei Zentimeter realistisch. Wo höchste Sicherheit gefragt ist, ergänzen Bodenkontrollpunkte einen unabhängigen Nachweis.

Typische Anwendungen

Photogrammetrie ist die Grundlage fast jeder Drohnenvermessung. Sie kommt zum Einsatz bei der Baudokumentation und Massenermittlung, in der Architektur und Stadtplanung, bei der Dachvermessung für Photovoltaik, in der Industrie zur Anlagendokumentation und überall, wo aus der Realität präzise digitale Daten werden sollen.