Inhaltsverzeichnis

1  Einordnung des Bildflugs in seinen Kontext  1

2  Planung eines Bildflugs  1

2.1  Das Raum- und Bildkoordinatensystem  2

2.1.1  Die innere Orientierung  2

2.1.2  Das Raumkoordinatensystem  3

2.1.3  Die außere Orientierung  4

2.2  Planung der Trajektorie  4

2.2.1  Nadir- und Schr agbildaufnahme  4

2.2.2  Vom Kartenmaßstab zur Bildwanderung  5

3  Technische Realisierung und Durchf uhrung eines Bildflugs  9

3.1  Das bildflugtaugliche Flugzeug  9

3.2  Die richtige Kamera - Wahl des Objektivs  9

3.2.1  G angige Objektivtypen  9

3.2.2  Vor- und Nachteile der  

Uberweitwinkelkamera   10

3.2.3  Weitere wichtige Objektiveigenschaften  13

3.2.4  Eigenschaften der Kamerabefestigung  13

3.2.5  Der Kamera offnungszyklus und weitere wichtige Merkmale des  

Fotos   14

3.3  Systeme zur Positionsbestimmung  15

3.4  Inertiale Navigationssysteme zur Verfeinerung der GNSS-Daten  15

4  Luftbilder im Alltag  17

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1 Einordnung des Bildflugs in seinen Kontext

Eine der geschichtstr¨ achtigsten Wissenschaften ist die Vermessung der Erde, die Geod¨ asie. Sie versucht die Welt so genau wie m¨ oglich auszumessen und abzubilden. Ein wichtiges Messverfahren dabei ist die Photogrammetrie. Die Photogrammetrie selbst st¨ utzt sich vor allem auf mathematische Beschreibungen wie z.B. die der Zentralperspektive, aus dieser heraus man nun Gegenst¨ ande der ebenen Perspektive des Bildes rekonstruieren kann.

Schon Leonardo da Vinci hat sich mit der Geometrie und Gesetzm¨ aßigkeiten in

Raumabbildungen in der Ebene besch¨ aftigt. Somit gibt es die ” nicht erst seit der Erfindung des ” das neuere, optisch-technische Verfahren ”

heute kennen. Seitdem k¨ onnen Geod¨ aten relativ genau Objekte aus Bildern rekonstruieren und diese vermessen.

Photogrammetrie l¨ asst sich in zwei Arten unterscheiden: terrestrische und Luftphotogrammetrie. Bei der terrestrischen Photogrammetrie werden Bilder von festen Standorten auf der Erdoberfl¨ ache zu Rate gezogen um Objekte aus diesen zu vermessen. Im Gegensatz dazu gibt es die Luftbildphotogrammetrie. Hier werden Fotos aus der Luft zur Vermessung der Erde verwendet. Diese Bilder werden aus speziellen Bildflugzeugen heraus erstellt um Landschaften von oben abzubilden. [Fin68] Im Folgenden wird vor allem Augenmerk auf die Vorbereitung und Durchf¨ uhrung eines Bildflugs gelegt, bei welchem die angesprochenen Luftbilder erzeugt werden. Neben der Planung der wichtigsten Bildgr¨ oßen wird vor allem auch die technische Realisierung des Bildfluges mit Kamera und Flugzeug besprochen. Zum Schluss soll erl¨ autert werden, welche Endprodukte aus dem einfachen Luftfoto hervorgehen und wie sie im Alltag zur Geltung kommen.

2 Planung eines Bildflugs

Bevor man einen Bildflug durchf¨ uhrt, ist es sehr wichtig, nicht nur das rechtlich korrekte Verfahren zu durchlaufen, sondern neben der exakten Routenf¨ uhrung des Flugzeugs, auch die Kameraeinstellung genaustens zu planen. Letztere bestimmt maßgeblich die Genauigkeit und damit die Qualit¨ at des Bildes. Dadurch wird bestimmt, ob Luftaufnahmen nach dem Flug zur geod¨ atischen Auswertung geeignet sind oder nicht. Eine missgl¨ uckte Planung kann einen ganzen Flug abwerten, wenn die erzeugten Bilder nicht den gew¨ unschten Einstellungen des Auftrags entsprechen. Ein Bildflug wird normalerweise von einer Beh¨ orde oder einer Firma in Auftrag gegeben; diese legen vorab fest, welches Gebiet zu welcher Jahreszeit beflogen werden soll. Die richtige Zeit f¨ ur die Befliegung zu w¨ ahlen ist deswegen so wichtig, weil zum Beispiel die unterschiedliche Belaubung f¨ ur den Verwendungszweck der Fotos eine große Rolle spielt. So kann zum Beispiel die Gesundheit von B¨ aumen anhand von Luftbildern am Besten bei vollem Blattwerk festgestellt werden. Dazu muss man aber den richtigen Flugtermin ausw¨ ahlen. Ganz offensichtlich ist ein Bildflug im Sommer im Vergleich zu einem Termin im Winter hier deutlich g¨ unstiger. Nachdem man die Aspekte, Gebiet und Zeitpunkt gekl¨ art hat, kann die Region, die beflogen werden soll, in einzelne Bildfluglose eingeteilt werden. Das sind einzelne Flugabschnitte, die jeweils eine eigene, unabh¨ angige Serie von Bildern liefern. Wird ein Bildflug von einer Beh¨ orde, wie dem Bayerischen Landesamt f¨ ur Vermessung und Geoinformation (LVG) vergeben, so werden diese ” Lose“ europaweit ausgeschrieben und k¨ onnen von s¨ amtlichen Luftbildfirmen nach den genauen technischen und photographischen Anforderungen an die Luftbilder, die in der Ausschreibung des LVG festgehalten sind, beflogen werden. Der wirtschaftlichste Anbieter erh¨ alt den Zuschlag.

Alle Schritte der bisherigen Planung bilden den ¨ außeren Rahmen des Fluges. Der

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n¨ achste Schritt hingegen ist deutlich konkreter und besch¨ aftigt sich mit der Bestimmung der Flugroute, auch Trajektorie genannt.

2.1 Das Raum- und Bildkoordinatensystem

Das Prinzip der zentralperspektivischen Abbildung als Foto, also die Abbildung eines Punktes im Raum durch ein Projektionszentrum auf eine Bildebene, funktioniert wie folgt: Die Grundlage bildet das Modell der Zentralprojektion. Bei der Zentralprojektion werden Punkte einer Ebene durch Projektionsstrahlen, die durch das Projektionszentrum O, das außerhalb dieser Ebene liegt, auf einer weiteren Ebene, der Bildebene, abgebildet.

Der Punkt P liegt auf der Geraden g und wird durch den Punkt O, der außerhalb von g liegt, auf die Gerade h projiziert. Die Gerade P O schneidet h in P .In diesem Fall ist O das Projektionszentrum, P der zu projizierende Punkt und P die Projektion von P .

2.1.1 Die innere Orientierung

Der Abstand OH ist der Abstand des Projektionszentrums O zum Bildhauptpunkt H , der Lotfußpunkt des Lotes von O auf h. Diese sogenannte Bilddistanz d wird als ein Teil der inneren Orientierung der Zentralprojektion verstanden. Im photogrammetrischen Gebrauch setzt man die Bilddistanz d mit der sogenannten Kammerkonstanten c gleich.

Um diese Zentralprojektion nun analytisch beschreiben zu k¨ onnen, muss sowohl der zu beschreibende Raum als auch das Bild in ein Koordinatensystem gebracht werden. Durch diese Koordinaten ist es nun m¨ oglich alle Punkte eindeutig zu lokalisieren. Somit lassen sich also auch die Koordinaten des Bildhauptpunktes H’, dem Bildmittelpunkt,

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angeben, die den zweiten Teil der inneren Orientierung der Zentralprojektion bilden. Diese innere Orientierung gibt also an, wo im Bild ein Objekt ist. Der Vollst¨ andigkeit halber sei zu erw¨ ahnen, dass zur inneren Orientierung auch Angaben zur sogenannten Verzeichnung z¨ ahlen. Die Verzeichnung eines Objektives beschreibt einen Bildfehler, der bestimmte Strahlen gekr¨ ummt abbildet. Heutzutage ist die Verzeichnung eines Objektives vernachl¨ assigbar.

2.1.2 Das Raumkoordinatensystem

Das Raumkoordinatensystem soll ein (rechtwinkliges) Rechtssystem aus X-,Y- und Z-Achse sein. Die X-Y-Ebene liegt horizontal (,tangential) zur Erdoberfl¨ ache, w¨ ahrend die Z-Achse senkrecht dazu steht. Bei Bildfl¨ ugen liegt, wie sp¨ ater noch n¨ aher erl¨ autert, die Bildebene vorzugsweise parallel zur X-Y-Ebene, und bildet eine X’-Y’-Ebene. Auf diese Annahme hin kann man nun auch die Richtungen der X-,Y- und Z-Achse an den Verwendungszweck angepasst beschreiben. Die X-Achse liegt in Flugrichtung, die Y-Achse steht senkrecht zur Flugzeugl¨ angsachse. Die Z-Achse steht senkrecht zur Erdoberfl¨ ache, aber genau entgegengesetzt der Aufnahmerichtung. Die Z-Achse wird unter anderem als Zenit bezeichnet. Das Aufnahmezentrum O liegt nun auf den Koordinaten:

O(X/Y/Z).

Da die Z-Koordinate gleich der Flugh¨ ohe ist, wird die Z-Achse auch h¨ aufig als h-Achse bezeichnet:

O(X/Y/h).

Zu beachten ist, dass die Flugh¨ ohe nicht der H¨ ohe ¨ uber Normalnull h0 entspricht.

Diese erh¨ alt man durch Addition der H¨ ohe des aufgenommenen Gel¨ andes hg mit h: