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Heft 4/1998
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System zur Erzeugung hochauflösender Stereobilder für die Nahbereichs-Objektrekonstruktion
Kurzfassung
Der vorliegende Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Systems zur Erfassung von Oberflächendaten bestehender Objekte anhand von digitalen Präzisionsbildern. Die treibende Anwendung für dieses Projekt war die Rekonstruktion von Kühlwasserkernmodellen und Kanalkernen von Verbrennungsmotoren. Das Meßsystem wurde für Objekte bis zu einer räumlichen Dimensionierung von zu 500x150x150 mm3 vorgesehen. Das System besteht aus einem Aufnahmegerät mit einer digitalen Zeilenkamera, einer mit der Kamera mitgeführten Beleuchtungsanlage, einer Kalibriereinrichtung und einem Objektträger sowie Softwarekomponenten zur Steuerung des Aufnahmevorganges, zur Bildverarbeitung und zur Rückführung der Objektoberfläche. Der Rekonstruktionsvorgang basiert auf dem Prinzip der Stereoskopie und greift auf Bilddaten mit einem Format von bis zu 5000x14000 Bildelementen zu.
Abstract
The following contribution describes a system developed for acquiring surface data from existing objects based on high precision digital images. The propelling application for this work was the reconstruction of water cooling jackets and intake ports from combustion engines. The system is capable to take objects up to a size of 500x150x150 mm3. It is composed of an imaging unit with a digital line-sensor camera, a lighting system carried along with the camera, an object fixation device, and software components for imaging control, image processing, and surface reconstruction. The object reconstruction is based on stereoscopy and uses stereo images with a size up to 5000x14000 pixel each.
Der vorliegende Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Systems zur Erfassung von Oberflächendaten bestehender Objekte anhand von digitalen Präzisionsbildern. Die treibende Anwendung für dieses Projekt war die Rekonstruktion von Kühlwasserkernmodellen und Kanalkernen von Verbrennungsmotoren. Das Meßsystem wurde für Objekte bis zu einer räumlichen Dimensionierung von zu 500x150x150 mm3 vorgesehen. Das System besteht aus einem Aufnahmegerät mit einer digitalen Zeilenkamera, einer mit der Kamera mitgeführten Beleuchtungsanlage, einer Kalibriereinrichtung und einem Objektträger sowie Softwarekomponenten zur Steuerung des Aufnahmevorganges, zur Bildverarbeitung und zur Rückführung der Objektoberfläche. Der Rekonstruktionsvorgang basiert auf dem Prinzip der Stereoskopie und greift auf Bilddaten mit einem Format von bis zu 5000x14000 Bildelementen zu.
Abstract
The following contribution describes a system developed for acquiring surface data from existing objects based on high precision digital images. The propelling application for this work was the reconstruction of water cooling jackets and intake ports from combustion engines. The system is capable to take objects up to a size of 500x150x150 mm3. It is composed of an imaging unit with a digital line-sensor camera, a lighting system carried along with the camera, an object fixation device, and software components for imaging control, image processing, and surface reconstruction. The object reconstruction is based on stereoscopy and uses stereo images with a size up to 5000x14000 pixel each.
3D-Modelle von Landschaften mit Hilfe von SCOP und Lasertechnik
Kurzfassung
Es wird beschrieben, wie mit Hilfe eines Geländemodellprogramms, in diesem Fall SCOP, und einem Laserschneidegerät (WILD WK-LP 1007) 3D-Modelle von Landschaften kostengünstig hergestellt werden können.
Abstract
We describe how 3D models of landscapes can be produced with reasonable costs using a DTM program (SCOP) and a laser cutting device (WILD WK-LP 1007).
Es wird beschrieben, wie mit Hilfe eines Geländemodellprogramms, in diesem Fall SCOP, und einem Laserschneidegerät (WILD WK-LP 1007) 3D-Modelle von Landschaften kostengünstig hergestellt werden können.
Abstract
We describe how 3D models of landscapes can be produced with reasonable costs using a DTM program (SCOP) and a laser cutting device (WILD WK-LP 1007).
Ausgleich von parallelen Geraden
Kurzfassung
Bei der Umbildung bzw. Digitalisierung der Katastralmappe ergibt sich neben der herkömmlichen Helmert Transformation und div. Einrechnungen von Plänen auch fallweise die Notwendigkeit, ein ebenes Linienbündel - parallele Geraden, deren gegenseitige Abstände vorgeschrieben sind - rechnerisch zu erfassen. In der Natur werden vom gegenständlichen Linienbündel einzelne, noch vorhandene, Punkte (Paßpunkte) aufgefunden und koordinativ im Landessystem eingemessen. Laut den vorhandenen numerischen Unterlagen sollen aber diese Punkte auf parallelen Geraden, mit gegenseitig gegebenem Abstand, liegen. Es ist demnach die gegenständliche Figur durch Verschieben und Verdrehen so in die gemessene Punktwolke einzupassen, daß die Quadratsumme der Restfehler ein Minimum wird. Als Restfehler wird der Normalabstand des aufgefundenen Punktes zu der entsprechenden "ausgeglichenen" Geraden bezeichnet. In weiterer Folge wird eine numerische Lösungsmethode vorgestellt. Dieses Erfordernis tritt hauptsächlich bei der koordinativen Erfassung von orthogonalen Lageplänen der Flurbereinigung auf.
Abstract
During the remodeling, i. e., digitizing, of the cadastral map it is sometimes necessary, besides the usual Helmert transformation and inclusions of maps, to arithmetically record a straight bundle of parallel straight lines with a prescribed mutual distance. Single available points of the bundle of lines have to be found in reality and their coordinates have to be surveyed and included in the national geodetic system. According to the numerical guidelines, these points have to lie on parallel straight lines with a prescribed mutual distance. Therefore, the figure has to be fit into the measured points by shift and rotation such that the sum of squares of the remaining errors becomes a minimum. The remaining error is the normal distance of the point in relation to the corresponding adjusted straight line. Further on a numerical solution is presented. Such necessity mainly occurs with the recording of coordinates of orthogonal plane maps at the consolidation of farmland.
Bei der Umbildung bzw. Digitalisierung der Katastralmappe ergibt sich neben der herkömmlichen Helmert Transformation und div. Einrechnungen von Plänen auch fallweise die Notwendigkeit, ein ebenes Linienbündel - parallele Geraden, deren gegenseitige Abstände vorgeschrieben sind - rechnerisch zu erfassen. In der Natur werden vom gegenständlichen Linienbündel einzelne, noch vorhandene, Punkte (Paßpunkte) aufgefunden und koordinativ im Landessystem eingemessen. Laut den vorhandenen numerischen Unterlagen sollen aber diese Punkte auf parallelen Geraden, mit gegenseitig gegebenem Abstand, liegen. Es ist demnach die gegenständliche Figur durch Verschieben und Verdrehen so in die gemessene Punktwolke einzupassen, daß die Quadratsumme der Restfehler ein Minimum wird. Als Restfehler wird der Normalabstand des aufgefundenen Punktes zu der entsprechenden "ausgeglichenen" Geraden bezeichnet. In weiterer Folge wird eine numerische Lösungsmethode vorgestellt. Dieses Erfordernis tritt hauptsächlich bei der koordinativen Erfassung von orthogonalen Lageplänen der Flurbereinigung auf.
Abstract
During the remodeling, i. e., digitizing, of the cadastral map it is sometimes necessary, besides the usual Helmert transformation and inclusions of maps, to arithmetically record a straight bundle of parallel straight lines with a prescribed mutual distance. Single available points of the bundle of lines have to be found in reality and their coordinates have to be surveyed and included in the national geodetic system. According to the numerical guidelines, these points have to lie on parallel straight lines with a prescribed mutual distance. Therefore, the figure has to be fit into the measured points by shift and rotation such that the sum of squares of the remaining errors becomes a minimum. The remaining error is the normal distance of the point in relation to the corresponding adjusted straight line. Further on a numerical solution is presented. Such necessity mainly occurs with the recording of coordinates of orthogonal plane maps at the consolidation of farmland.
Systemunterstützte kartographische Generalisierung flächenhafter Objekte
Kurzfassung
Bei der Anwendung kartographischer Modellbildungsansätze entstehen kartographische Georaummodelle. Sie sind verkleinerte, abstrakte, grundrißliche und graphische Modelle, welche in einem Kartenraum mittels Kartengraphik zeitdefinierte geometrisch-topologische und semantisch-substantielle Relationen des Georaumes visualisieren. Es besteht die Notwendigkeit den kartographischen Modellbildungsprozeß zu automatisieren, nämlich einzelne Schritte der kartopraphischen Generalisierung und Visualisierung als ein prozedurales und regelbasiertes Werkzeug in Kartographische Informationssysteme zu Implementieren. Dieser Prozeß, eine der größten Herausforderungen im Bereich der Kartographie, ist derzeit nur partiell formalisierbar und die erwünschte volle Automatisierung dadurch nicht möglich. Im Beitrag werden Resultate einer systemunterstützten kartographischen Generalisierung am Beispiel einer Überführung der Kartenobjekte aus dem Kartenraum 1:50.000 in einen Kartenraum 1:200.000 dargestellt. Die Prozeßsteuerung muß durch Interaktionen des Kartographen geleitet werden.
Abstract
Applicating cartogrphic approaches by modelling processes, we get cartographic geo-space models. These are reduced, abstract, ground planed an graphical models, which visualize by means of map graphic time defined geometric-topological and semantic-substantial relations, translating it from geo-space to map space. There is a need to automate the cartographic modelling process, namely to implement the single steps of cartographic generalization and geo-data visualization as procedural and rule-based tool of Cartographic Information Systems. This, the most extensive challenge in cartographical domain, presently is only partially formalized and the so desirable fully automation not possible. The article delas with results of system supported cartographic generalization showed by example of translating the cartographic objects from map-space 1:50.000 to the next map-space 1:200.000. The process control like interactions has to be in the cartographers hands.
Bei der Anwendung kartographischer Modellbildungsansätze entstehen kartographische Georaummodelle. Sie sind verkleinerte, abstrakte, grundrißliche und graphische Modelle, welche in einem Kartenraum mittels Kartengraphik zeitdefinierte geometrisch-topologische und semantisch-substantielle Relationen des Georaumes visualisieren. Es besteht die Notwendigkeit den kartographischen Modellbildungsprozeß zu automatisieren, nämlich einzelne Schritte der kartopraphischen Generalisierung und Visualisierung als ein prozedurales und regelbasiertes Werkzeug in Kartographische Informationssysteme zu Implementieren. Dieser Prozeß, eine der größten Herausforderungen im Bereich der Kartographie, ist derzeit nur partiell formalisierbar und die erwünschte volle Automatisierung dadurch nicht möglich. Im Beitrag werden Resultate einer systemunterstützten kartographischen Generalisierung am Beispiel einer Überführung der Kartenobjekte aus dem Kartenraum 1:50.000 in einen Kartenraum 1:200.000 dargestellt. Die Prozeßsteuerung muß durch Interaktionen des Kartographen geleitet werden.
Abstract
Applicating cartogrphic approaches by modelling processes, we get cartographic geo-space models. These are reduced, abstract, ground planed an graphical models, which visualize by means of map graphic time defined geometric-topological and semantic-substantial relations, translating it from geo-space to map space. There is a need to automate the cartographic modelling process, namely to implement the single steps of cartographic generalization and geo-data visualization as procedural and rule-based tool of Cartographic Information Systems. This, the most extensive challenge in cartographical domain, presently is only partially formalized and the so desirable fully automation not possible. The article delas with results of system supported cartographic generalization showed by example of translating the cartographic objects from map-space 1:50.000 to the next map-space 1:200.000. The process control like interactions has to be in the cartographers hands.
Einige interdisziplinäre Aspekte der Interpretation der digitalen Geländemodelle des Neusiedler See-Beckens
Kurzfassung
Die digitalen Geländemodelle des Beckens des Neusiedler Sees beschreiben das Relief eines Gebietes von 321km2, dessen Erscheinungsbild größtenteils durch dichte Schilfbestände und offene Wasserflächen geprägt wird. Die Aufgabe, in größtenteils unzugänglichem Gebiet Meßpunkte in hoher Präzision abzusetzen, erfordert spezielle Methoden der Datenerfassung und -verarbeitung. Nach Aufbau einer digitalen Datenbasis sind hoch auflösende Geländemodelle des Reliefs der Schlammoberfläche und der Oberfläche des festen Untergrundes die Grundlage zur Berechnung von Höhenlinien in Intervallen von 10cm, von Profilen und Perspektivansichten. Zentrale Bedeutung für hydrologische und limnologische Fragestellungen kommt der durch Differenzbildung zweier Geländemodelle mit unterschiedlichen Bezugsflächen möglichen Modellierung und Analyse von Lage und Mächtigkeit der Schlammsedimente zu. Die Simulation von Wasserstandsschwankungen einschließlich der resultierenden Verlandungstendenzen sowie die Kalkulation von Flächen- und Inhaltsdiagrammen in Funktion unterschiedlicher Pegelstände dienen als unentbehrliche Grundlage für Analysen des Wasserhaushaltes. Eine digitale Geländehöhendatenbank des Seebeckens muß zentraler Bestandteil von Konzepten zum Aufbau operationeller geographischer Informationssysteme für Erfassung, Analyse und Modellierung limnischer Ökosysteme sein.
Abstract
The digital terrain models (DTMs) of the bottom of Lake Fertö (Neusiedler See) cover a region of about 321km². Landcover of the region is characterized by open water and a dense reed belt. Research on limnetic ecosystems needs exact informations of the topography of the terrain. DTMs are highly efficient tools for maintaining the data bases needed. Maps of the bottom relief with height contour line intervals of 10cm, profiles and perspective views of the topography can be provided. The spatial dynamics of sedimentation can be analysed by calculating the difference model of sediment and ground surfaces. These specific digital terrain data are of great value for a better understanding of water-sediment interactions in shallow lakes. Multithematic modelling and simulation of flooded/non-flooded areas is done by virtual variation of water levels and by integrating real or simulated dynamics of sedimentation and patterns of human impact. Thus digital terrain data are fundamental for GIS-based approaches of monitoring and modelling limnetic ecosystems.
Die digitalen Geländemodelle des Beckens des Neusiedler Sees beschreiben das Relief eines Gebietes von 321km2, dessen Erscheinungsbild größtenteils durch dichte Schilfbestände und offene Wasserflächen geprägt wird. Die Aufgabe, in größtenteils unzugänglichem Gebiet Meßpunkte in hoher Präzision abzusetzen, erfordert spezielle Methoden der Datenerfassung und -verarbeitung. Nach Aufbau einer digitalen Datenbasis sind hoch auflösende Geländemodelle des Reliefs der Schlammoberfläche und der Oberfläche des festen Untergrundes die Grundlage zur Berechnung von Höhenlinien in Intervallen von 10cm, von Profilen und Perspektivansichten. Zentrale Bedeutung für hydrologische und limnologische Fragestellungen kommt der durch Differenzbildung zweier Geländemodelle mit unterschiedlichen Bezugsflächen möglichen Modellierung und Analyse von Lage und Mächtigkeit der Schlammsedimente zu. Die Simulation von Wasserstandsschwankungen einschließlich der resultierenden Verlandungstendenzen sowie die Kalkulation von Flächen- und Inhaltsdiagrammen in Funktion unterschiedlicher Pegelstände dienen als unentbehrliche Grundlage für Analysen des Wasserhaushaltes. Eine digitale Geländehöhendatenbank des Seebeckens muß zentraler Bestandteil von Konzepten zum Aufbau operationeller geographischer Informationssysteme für Erfassung, Analyse und Modellierung limnischer Ökosysteme sein.
Abstract
The digital terrain models (DTMs) of the bottom of Lake Fertö (Neusiedler See) cover a region of about 321km². Landcover of the region is characterized by open water and a dense reed belt. Research on limnetic ecosystems needs exact informations of the topography of the terrain. DTMs are highly efficient tools for maintaining the data bases needed. Maps of the bottom relief with height contour line intervals of 10cm, profiles and perspective views of the topography can be provided. The spatial dynamics of sedimentation can be analysed by calculating the difference model of sediment and ground surfaces. These specific digital terrain data are of great value for a better understanding of water-sediment interactions in shallow lakes. Multithematic modelling and simulation of flooded/non-flooded areas is done by virtual variation of water levels and by integrating real or simulated dynamics of sedimentation and patterns of human impact. Thus digital terrain data are fundamental for GIS-based approaches of monitoring and modelling limnetic ecosystems.