Academic literature on the topic 'Zeilenkamera'

ZusammenfassungIm Rahmen dieses Beitrages wird die Weiterentwicklung eines Michelson-Interferometer- Aufbaus [3, 4] zur Messung von Formabweichungen rotierender Messobjekte vorgestellt. Das Interferometer nutzt eine sinusförmige Weglängenmodulation im Referenzarm, um Oberflächen rotierender Messobjekte mithilfe einer Zeilenkamera zu erfassen. Der Sensor wurde um zwei zusätzliche interferometrisch messende Punktsensoren erweitert, welche gegenüber einer bekannten Referenzfläche sowohl stochastische als auch systematische Abweichungen der Rotationsbewegung mit einer minimalen Messunsicherheit von unter 1nm erfassen können [7, 8] und so den Einsatz einer kostengünstigen Rotationsachse ermöglichen. Aus den Messdaten der Punktsensoren werden in Echtzeit relative Abstandswerte errechnet. Diese werden gespeichert und nach der Messung zur Korrektur der ebenfalls in Echtzeit ermittelten Höhenwerte des Liniensensors verwendet. Ergebnisse einer Messung unter Verwendung einer Rotationsachse mit starken stochastischen Höhenabweichung werden sowohl mit als auch ohne Korrektur anhand der Punktsensorergebnisse gezeigt. Ein optimiertes mechanisches Design wird vorgestellt, welches durch eine reduzierte Anzahl mechanischer Komponenten die Empfindlichkeit des Sensors gegen äußere Störeinflüsse reduziert.

Flugzeug- und satellitengestützte Zeilenkameras ermöglichen eine sehr ökonomische Aufnahme von hoch aufgelösten Luftbildern mit großer Schwadbreite. Eine ungleichförmige Bewegung der Kamera kann sich auf die Bildqualität auswirken. Deswegen ist es unerlässlich, schnelle Orientierungsänderungen der Kamera mit angemessener Genauigkeit und Messrate zu erfassen. Deshalb ist es unerlässlich, die Orientierung der Kamera genau zu messen, um sicher zu stellen, dass die resultierenden Bilder in einem Nachbearbeitungsschritt geometrisch korrigiert werden können. Angemessene High-End-Navigationssysteme sind groß und teuer und ihre Genauigkeit und Messrate dennoch für viele denkbare Anwendungen unzureichend. Aus diesen Gründen besteht ein großes Interesse an Methoden zur Unterstützung der Orientierungsmessung durch die Nutzung optischer Informationen vom Hauptobjektiv bzw. Teleskop. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedliche Verfahren vorgestellt, die es erlauben, schnelle Orientierungsänderungen der Kamera auf optischem Wege zu ermitteln. Ersteres basiert auf zusätzlichen Bildsensoren mit kleiner Fläche. Der optische Fluss auf diesen Bildsensoren wird ermittelt und zur Bestimmung von Orientierungsänderungen beliebiger Fernerkundungssysteme verwendet. Das zweite Verfahren beruht ausschließlich auf den Inhalten der Zeilenbilder und der gemessenen Kameratrajektorie. Hierfür macht sich das Verfahren die typische Geometrie multispektraler Zeilenkameras zu Nutze. Zunächst werden homologe Punkte in den möglicherweise stark verzerrten Zeilenbildern unterschiedlicher Spektralbänder extrahiert. Diese Punkte werden dann dazu benutzt, die Orientierungsänderungen der Kamera zu ermitteln. Schließlich wird gezeigt, dass es möglich ist, die absolute Orientierung einer luftgestützten Zeilenkamera anhand der optisch ermittelten Orientierungsänderungen hochgenau zu ermitteln.
Airborne and spaceborne line cameras allow a very economic acquisition of high resolution and wide swath images of the Earth. They generate two-dimensional images while rotating or translating, which causes a non-rigid image geometry. Nonuniform motion of the camera can negatively affect the image quality. Due to this, a key requirement for line cameras is that fast orientation changes have to be measured with a very high rate and precision. Therefore, it is essential to measure the camera’s orientation accurately to ensure that the resulting imagery products can be geometrically corrected in a later processing step. Adequate high-end measurement systems are large and expensive and their angular and temporal resolution can be still too low for many possible applications. Due to these reasons there is great interest in approaches to support the orientation measurement by using optical information received through the main optics or telescope. In this thesis two different approaches are presented that allow the determination of a line camera’s orientation changes optically. One approach to determine fast orientation changes is based on small auxiliary frame image sensors. The optical flow on these sensors is determined and used to derive orientation changes of any remote sensing system. The second approach does not require any additional sensors to determine orientation changes. It relies only on the images of a line camera and a rough estimate of its trajectory by taking advantage of the typical geometry of multi-spectral line cameras. In a first step homologous points are detected within the distorted images of different spectral bands. These points are used to calculate the orientation changes of the camera with a high temporal and angular resolution via bundle adjustment. Finally it is shown how the absolute exterior orientation of an airborne line camera can completely be derived from the optically determined orientation changes.

Kamerabasierte Systeme werden in zunehmenden Maße für messtechnische Aufgaben im industriellen Umfeld eingesetzt. Deren Qualifizierung hinsichtlich der Tauglichkeit für die jeweilige Messaufgabe ist ein anspruchsvolles Feld, welches ein ganzheitliches Verständnis der Kamerasysteme voraussetzt. Im Falle kontinuierlich transportierter Objekte eignen sich zur messtechnischen Erfassung insbesondere Zeilenkameras. Der Grund liegt in der hohen optischen Auflösung und der kontinuierlichen Abtastung des Objektes. In dieser Arbeit werden zwei Zeilenkamerasysteme der Chromasens GmbH wissenschaftlich untersucht und Methoden zu deren messtechnischen Qualifizierung entwickelt. Betrachtet werden die multispektrale Zeilenkamera truePIXA, welche als bildgebendes Farbmessgerät eingesetzt wird, sowie die Stereo-Zeilenkamera 3DPIXA, welche mittels Triangulation die Vermessung von 3D-Oberflächentopografien ermöglicht. Beide Systeme werden durch mehrere Teilkameras realisiert, die Auswertemethoden sind jedoch komplementär. Der in den Kamerasystemen eingesetzte CCD-Zeilensensor wird angelehnt an den EMVA 1288 Standard charakterisiert, um ein messdatengestütztes Simulationsmodell der multispektralen Zeilenkamera entwickeln zu können. Im nächsten Schritt wird ein Verfahren dargestellt, welches die präzise Vermessung der spektralen Empfindlichkeiten der zwölf Kanäle der multispektralen Zeilenkamera erlaubt. Das Simulationsmodell der multispektralen Zeilenkamera wird eingesetzt, um Sensitivitätsanalysen durchzuführen. Durch den Einsatz eines stochastischen Musters wird die relative Änderung der MTF der Stereo-Zeilenkamera über das Messvolumen charakterisiert. Insbesondere wird der Einfluss der optischen Defokussierung, der Größe des zur Korrelation verwendeten Suchfensters und des Rauschens der Bilddaten auf das Rauschen der 3D-Messung untersucht. Zur Betrachtung der Abhängigkeit der Korrelationsfenstergröße und der Defokussierung, wird der Begriff der frequenzabhängigen Schärfentiefe eingeführt. Dieses Vorgehen führte zu dem Ergebnis, dass das Messrauschen stark von dem Verhältnis der Größe des Korrelationsfensters zur auftretenden Wellenlänge der Modulation im Bild abhängt.