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The task of this diploma thesis is technical solution for deformation measuring of motorcycle components. By reason of the technical discretion, technology of measurement was changed to another, using image processing. Retrieval which describes fundamental principle of method named photogrammetry and the main conditions of measuring. For a practical testing the carbon composite tube of main motorbike fork was used. It was loaded a with a bending moment. Due to measuring technology was changed, so the design of loading bench was change too. In the end of diploma thesis is appreciation of practical experience discovered in writing of this thesis.

This work presents an effective methodology for measuring the depth-resolved 3D full-field deformation of semitransparent, light scattering soft tissues such as vertebrate eye cornea. This was obtained by performing digital volume correlation on optical coherence tomography volume reconstructions of silicone rubber phantoms and porcine cornea samples. Both the strip tensile tests and the posterior inflation tests have been studied. Prior to these tests, noise effect and strain induced speckle decorrelation were first studied using experimental and simulation methods. The interpolation bias in the strain results has also been analyzed. Two effective approaches have been introduced to reduce the interpolation bias. To extract material constitutive parameters from the 3D full-field deformation measurements, the virtual fields method has been extended into 3D. Both manually defined virtual fields and the optimized piecewise virtual fields have been developed and compared with each other. Efforts have also been made in developing a method to correct the refraction induced distortions in the optical coherence tomography reconstructions. Tilt tests of different silicone rubber phantoms have been implemented to evaluate the performance of the refraction correction method in correcting the distorted reconstructions.

One of the key measurement devices used in characterization of microelectromechanical systems (MEMS) is the interferometric microscope. This device allows remote, noninvasive measurements of the surface shape and deformations of MEMS in full-field-of-view with high spatial resolution and nanometer accuracy in near real-time. As MEMS are becoming more prevalent in the areas of consumer products and national defense, the demand for a versatile and easy to use characterization system is very high. This Thesis describes the design, implementation, and use of an interferometric system that is based on modular components which allow for many loading and measurement capabilities, depending on a specific application. The system has modules for subjecting MEMS to vacuum and dry gas environments, mechanical vibration excitation, thermal loads (both heating and cooling), and electrical loads. Three interferometric measurement modules can be interchanged to spatially measure shape and deformation of micro- and/or meso-scale objects, and temporally measure vibrations of these objects. Representative examples of the measurement and loading capabilities of the system are demonstrated with microcantilevers and a microgyroscope.

The Ground-Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) is a relatively new technique, which in the last ten years has gained interest as deformation measurement and monitoring tool. The GB-SAR technique is based on an imaging radar-based sensor, which o ers high sensitivity to small displacements, in the region of sub-millimetres to millimetres, long-range measurements, which can work up to some kilometres, and massive deformation measurement capability. These features confer to the GB-SAR technique interesting advantages with respect to other point-wise deformation measurement techniques. The process of estimating deformation from the GB-SAR data is not straightforward: it requires complex data processing and analysis tools. This dissertation is focused on these tools, covering the whole deformation estimation process. This thesis collects the main research results achieved on this topic during my work at the Active Remote Sensing Unit of the Institute of Geomatics. Two di erent approaches for measuring deformation with GB-SAR data are described and discussed. The irst one is the interferometric approach, based on the exploitation of the phase component of the GB-SAR data, which is the commonly used GB-SAR method. The second one is a non-interferometric approach, which exploits the amplitude component of the GB-SAR data, o ering an interesting alternative way to exploit the GB-SAR data. This dissertation has two main objectives. The first one is presenting, step by step, a complete interferometric GB-SAR procedure for deformation measuring and monitoring. The second one is presenting two new algorithms, which represent the most innovative part of this thesis. The first algorithm faces the phase unwrapping problem, providing an automatic solution for detecting and correcting unwrapping errors, which is called 2+1D phase unwrapping. The second algorithm is the base of the above mentioned non- interferometric approach, which overcomes some of the most critical limitation of GB-SAR interferometry, at the expense of getting less precise deformation estimates. The dissertation is divided in 6 chapters. The first one is the introduction, while the second one provides an overview of GB-SAR interferometry, introducing the main aspects that are the basics of the subsequent chapters. Chapter 3 describes a complete GB-SAR processing chain. Chapters 4 and 5 contain the most original part of the dissertation, i.e. the 2D+1 phase unwrapping algorithm, and the non-interferometric approach. Finally, in Chapter 6 the conclusions are discussed and further research is proposed. / El radar terrestre d’obertura sintètica (GB-SAR) és una tècnica relativament nova que, en els últims deu anys, ha guanyat interès com a eina per a mesurar i monitorar deformacions. La tècnica GB-SAR es basa en un sistema radar amb capacitat per proporcionar imatges, que ofereix una alta sensibilitat a petits desplaçaments, d’ordre mil·limètric o submil·limètric, que és capaç de mesurar a llargues distàncies (alguns km) i que té una alta capacitat per fer mesures massives. Aquestes característiques donen a la tècnica interessants avantatges respecte a altres tècniques clàssiques de mesura de deformacions, típicament basades en mesures puntuals. Derivar mesures de deformació a partir de dades GB-SAR no és un procés senzill, ja que requereix uns procediments complexos de processat i anàlisi de dades. Aquesta tesi es centra en aquests processos. Aquesta tesi recull alguns dels resultats més destacats de la investigació que he desenvolupat sobre aquest tema a la unitat de Teledetecció Activa de l'Institut de Geomàtica. Al llarg del document es descriuen dues aproximacions diferents per mesurar deformacions amb GB-SAR. Una es basa en la explotació de la tècnica de la interferometria, és a dir explotant la component de la fase de les imatges GB-SAR: és la tècnica GB-SAR usada habitualment. La segona, anomenada tècnica no-interferomètrica, es basa en la component de l’amplitud de les dades GB-SAR i ofereix una interessant alternativa a la primera. La tesi acompleix dos objectius principals. En primer lloc presenta un procediment complet per la mesura i monitoratge de deformacions mitjançant interferometria GB-SAR. En segon lloc, descriu dos nous algorismes que resolen problemes específics de la interferometria clàssica aplicada al GB-SAR i que representen la part més innovadora d’aquesta tesi. El primer algorisme aborda un dels problemes oberts de la interferometria, el phase unwrapping, proposant un mètode automàtic per detectar-ne i corregir-ne els errors. El segon algorisme proposa un nou mètode per a l'explotació de les dades GB-SAR per mesurar deformacions sense utilitzar la interferometria. La estructura de la tesi consisteix en sis capítols. Després de la introducció, el Capítol 2 proporciona una visió general de la interferometria GB-SAR, introduint els conceptes principals utilitzats en la tesi. En el tercer capítol es descriu una cadena de processament basada en GB-SAR interferomètric. Els capítols quart i cinquè contenen la part més original de la tesi: l'algorisme de phase unwrapping i el mètode no-interferomètric per la mesura de deformacions. Finalment, es discuteixen les conclusions principals i es proposen futures línies d’investigació.

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Global Navigation Satellite System (GNSS) är ett samlingsbegrepp för ett antal satellitsystem som möjliggör världsomspännande navigering, deformationsövervakning och satellitpositionering. GNSS innefattar de fyra globala operativa satellitsystem BeiDou, Global Positioning System (GPS), Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema (GLONASS) och det europeiska Galileo. Satellitsystemet Galileo utökas successivt och erbjuder i nuläget 22 aktiva satelliter, men ska innefatta totalt 30 satelliter när det beräknas vara fullbordat år 2020. Syftet med föreliggande studie är att utvärdera Galileo under simulerad deformationsmätning, enskilt och i kombination med GPS och GLONASS, samt att jämföra dessa satellitsystem. Att även studera systemens avvikelser med olika metoder statisk mätning i lokalt nätverk, statisk mätning med anslutning mot en extern referensstation och efterberäkning av enkelfrekvenser i lokalt nätverk. Ett GNSS-nätverk upprättades och data beräknades i Leica Infinity. Statiska mätningar med tre GNSS-mottagare utfördes under en dag med sessionstid på nio timmar. Mätningarna delades upp i tre sessioner med aktuella förflyttningar av en mottagare mellan sessionerna. Resultatet från studien visar att för samtliga satellitsystem enskilt och i de olika kombinationerna erhölls avvikelser på millimeternivå för den statiska mätningen i lokalt nätverk. För efterberäkning med enbart enkelfrekvenser för respektive system erhölls generellt avvikelser på millimeternivå. För databearbetning med anslutning mot MAR700SWE som är en SWEPOS referensstation och är belägen 17 km från det upprättade nätverket visade resultatet på högre och mer spridda värden där avvikelserna erhölls på millimeter- till centimeternivå. Generellt visade resultatet att Galileo jämfört med GPS och GLONASS erhåller avvikelser likt de två andra systemen för samtliga metoder. För systemen i kombination visade avvikelserna att med alla tre systemen tillsammans uppnåddes bäst resultat. Slutsatserna från studien är att Galileo konstateras ha en liknande prestanda som de andra GNSS-systemen fast Galileo inte är fullt utvecklat. Studien har analyserat nätverket i 2D och visar att med alla tre systemen erhålls regelbundet stabila resultat. Galileo bidrar till en förbättring när systemet används i kombination. För deformationsmätning är Galileo acceptabelt att använda i plan. Som tidigare föreslaget, visar studien också att de statiska mätningarna ger mm noggrannhet. De metoder som rekommenderas för deformationsmätning är statisk mätning i lokalt nätverk och efterberäkning av enkelfrekvenser fast den sist nämnda inte är att föredra. Anslutning av ett lokalt nätverk mot en extern referensstation rekommenderas inte. / Global Navigation Satellite System (GNSS) is a generic term for a number of satellite system which makes it possible for worldwide navigation, deformation monitoring and satellite positioning. GNSS includes four global operational satellite systems BeiDou, Global Positioning System (GPS), Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya Sistema (GLONASS) and the European Galileo. The Galileo satellite system is gradually expanding and currently offers 22 active satellites but will include a total of 30 satellites when it is completed 2020. The purpose of the study was to evaluate Galileo during simulated deformation measurements, individually and in combination with GPS and GLONASS, and to compare these satellite systems. Also, to see these systems deviations with different methods static measurement in a local network, static measurement linked to an external reference station and post processing of single- frequencies in the local network. A local network was established, and data was processed in Leica Infinity. Static measurements with three GNSS receivers was carried out over one day with a session time of nine hours. The measurements were divided into three sessions with movements of one receiver between the sessions. The results from the study shows that for all satellite systems individually and in the different combinations, deviations on millimeter level were obtained for the static measurements in a local network. Generally, deviations on millimeter level were obtained for post-processing calculations with only single frequencies for each system. For post-processing with the local network linked to MAR700SWE; which is a SWEPOS reference station located about 17 km from the established network, the result showed higher and more scattered values where the deviations were generally obtained at millimeter- to centimeter level. Generally, the results showed that Galileo compared with GPS and GLONASS receives deviations similar to the other two systems for all methods. The deviations showed with all three systems combined the best results were achieved. The conclusion from the study is that Galileo is found to have a similar performance as the other GNSS systems in static measurements, though Galileo is not yet fully developed. The results shows that with all three systems, low deviations are regularly obtained. With this Galileo contributes to an improvement when the system is combined with GPS and GLONASS. For deformation monitoring, Galileo is acceptable to use in plane. The methods recommended for deformation measurement are static measurement in a local network and post processing with single frequency measurement, although the latter is not preferred. Connecting a local network to an external reference station is not recommended.

Verfahren der digitalen Nahbereichsphotogrammetrie ermöglichen eine dreidimensionale Erfassung von Objekten und stellen damit interessante Lösungsansätze für Messaufgaben im Bautechnischen Mess- und Versuchswesen dar. Ihr Einsatz bietet bei einer Vielzahl baumechanischer Untersuchungen die Voraussetzung für eine kontinuierliche, zeitsynchrone Objektoberflächenerfassung bei kurz- und langzeitigen Belastungsversuchen im Labor und in situ. Die daraus resultierenden Möglichkeiten der kontinuierlichen Erfassung von Verformungs-, Riss- und Schädigungsentwicklungen an Objektoberflächen stellen für viele experimentelle Untersuchungen im Bauingenieurwesen eine signifikante Qualitätssteigerung dar, die mit klassischen Messtechniken – wie z. B. Dehnmessstreifen oder induktiven Wegaufnehmern – nur bedingt bzw. nicht realisiert werden kann. Um das Potential der digitalen Nahbereichsphotogrammetrie zur kontinuierlichen Erfassung der Verformungs-, Riss- und Schädigungsentwicklung an Objektoberflächen bei baumechanischen Untersuchungen erfassen zu können, wurden – aufbauend auf den bekannten Grundlagen und Lösungsansätzen – systematische Untersuchungen durchgeführt. Diese bildeten den Ausgangspunkt für den Einsatz photogrammetrischer Verfahren bei experimentellen Untersuchungen in den verschiedenen Teildisziplinen des Bauingenieurwesens, z. B. im Holz-, Massiv-, Mauerwerks-, Stahl- und Straßenbau. Die photogrammetrisch zu erfassenden Versuchsobjekte – einschließlich ihrer Veränderungen bei den Belastungsversuchen – waren dabei u. a. kleinformatige Prüfkörper und Baukonstruktionen aus den verschiedensten Materialien bzw. Verbundmaterialien. Bei den anwendungsorientierten Untersuchungen musste beachtet werden, dass aufgrund der z. T. sehr heterogenen Anforderungen und der zahlreichen Möglichkeiten, die beim Einsatz photogrammetrischer Verfahren denkbar waren, die Notwendigkeit der Auswahl und ggf. einer Weiter- bzw. Neuentwicklung geeigneter Systeme, effizienter Verfahren und optimaler Auswertealgorithmen der digitalen Nahbereichsphotogrammetrie bestand. In diesem Zusammenhang wurde mit der systematischen Zusammenstellung und Untersuchung relevanter Einflussgrößen begonnen. Diese waren oftmals durch die jeweiligen photogrammetrischen Messprozesse und Messaufgaben beeinflusst. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die digitale Nahbereichsphotogrammetrie ein flexibel anwendbares Werkzeug für die Erfassung der Verformungs-, Riss- und Schädigungsentwicklung bei baumechanischen Untersuchungen darstellt. Spezielle Messaufgaben stellen im Bautechnischen Mess- und Versuchswesen oftmals sehr hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit, die Robustheit und das Messvolumen. Sie erfordern optimierte Verfahren und führten im Zusammenhang mit der vorliegenden Arbeit zu einer Reihe von Lösungen, wie beispielsweise der 2.5D-Objekterfassung auf Basis der Dynamischen Projektiven Transformation oder der Objekterfassung mittels Spiegelphotogrammetrie. Im Hinblick auf die Objektsignalisierung wurde eine intensitätsbasierte Messmarke entwickelt. Diese ermöglicht besonders bei sehr hochgenauen Deformations- bzw. Dehnungsmessungen ein großes Genauigkeitspotential im Sub-Pixelbereich, das im 1/100 eines Pixels liegt. In Bezug auf die photogrammetrischen Auswerteprozesse wurden optimierte Bildzuordnungsverfahren implementiert, die beispielsweise eine Punkteinmessung von bis zu 60.000 Punkten pro Sekunde ermöglichen und eine Grundlage für die flächenhafte Rissanalyse darstellen. In Bezug auf die qualitative und quantitative Risserfassung wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Diese ermöglichen z. B. die lastabhängige Erfassung der Rissposition und -breite in Messprofilen. In einem Messbereich von 100 mm x 100 mm konnten beispielsweise Verformungen mit einer Genauigkeit bis 1 µm und Rissbreiten ab 3 µm erfasst werden. Im Zusammenhang mit den zahlreichen anwendungsbezogenen Untersuchungen entstanden immer wieder Fragen hinsichtlich der Faktoren, die einen Einfluss auf den photogrammetrischen Messprozess im Bautechnischen Mess- und Versuchswesen ausüben. Aufgrund der zahlreichen Einflussgrößen, die als Steuer- bzw. Störgrößen eine mögliche Wirkung auf bauspezifische photogrammetrische Messprozesse ausüben können, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit deren systematischer Zusammenstellung relevanter Einflussgrößen begonnen. Die Relevanz einzelner Einflussgrößen konnte durch Untersuchungen bereits bestätigt werden. Um eine ganzheitliche Bewertung aller relevanten Einflussgrößen aufgabenabhängig vornehmen zu können, wurde ein spezieller Versuchsstand entwickelt. Dieser ermöglicht eine vollautomatisierte systematische Untersuchung bauspezifischer photogrammetrischer Messprozesse unter definierten Versuchsbedingungen und dient dem systematischen Einsatz photogrammetrischer Verfahren im Bautechnischen Mess- und Versuchswesen hinsichtlich der Absicherung bestehender Messaufgaben, kann aber auch zu weiteren neuen und optimierten Messprozessen führen. / Methods of digital close range photogrammetry are a useful tool for the measurement of three-dimensional objects in civil engineering material testing. They are generally suitable for automatic measurements with chronological synchronism of object-surfaces during short and long time load tests in laboratories and in situ. The methods provide an opportunity for measuring deformations, cracks and damages at the object-surfaces during load tests in civil engineering material testing. These possibilities can present new results for a lot of applications in civil engineering material testing. Displacement and deformation measurements still rely on wire strain gauges or inductive displacement transducers. However, they are not suitable for a large number of measurement points or the detection of cracks during load tests. First of all, a number of systematic investigations was conducted. This was necessary to identify capable methods of the digital photogrammetry for the measuring of deformations, cracks and damages at object-surfaces during load tests in civil engineering material testing. These investigations laid the foundation for practical measurements during short and long time load tests of samples and constructions from different parts of the civil engineering (e.g. timber construction, solid structure, stell and road construction). The application-oriented research in civil engineering material testing demonstrates the wide range of demands on systems and methods of digital close range photogrammetry have to meet. Often the methods and systems of digital close range photogrammetry had to be modified or developed. In this context the systematic analysis of relevant determining factors was started.The results demonstrate that the methods and systems of digital close range photogrammetry are a suitable and flexible tool for the measurement of deformations, cracks and damages at the object-surfaces in civil engineering material testing. In addition, the special experiments in civil engineering material testing demonstrate the high requirements laid upon methods and systems of the digital closed range photogrammetry, for instance regarding with the measurement resolution/range and robustness processes. This was the motivation to optimize and to develop methods and systems for the special measurement tasks in civil engineering material testing, for instance a 2.5D measurement technique based on the Dynamic Projective Transformation (DPT) or the use of mirrors. Also a special measurement target was developed. This type of measurement target modifies intensities and is ideal for high deformation measurements (1/100 pixel). The large number of points in conjunction with area-based measurements require time-optimized methods for the analysis process. The modified and developed methods/programs enable fast analysis-processes, e.g. in conjunction with point-matching process 60.000 points per second.The developed crack-detection-methods allow area- and profile-based to analyze the load-dependent position and width of cracks, e.g. cracks > 3 µm (100 mm x 100 mm). A main target of this work was to compile all relevant determining factors regarding the application of the digital close range photogrammetry during load tests in civil engineering material testing. To a large extent, this target was reached. However, the compilation of all relevant determining factors requires a special experimental set-up. This experimental set-up was developed. In the future, it may enable the automatic research of all significant determining factors. The results can be used to qualify or optimize the established methods and processes. Also it's possible that the results generates new measurement processes.

Photogrammetrische Methoden gewinnen zunehmend an Bedeutung im bau­tech­nischen Versuchswesen. Die Auswertung von Bildsequenzen ermöglicht eine kontakt­lose, flächenhafte, hochaufgelöste und hochgenaue Veränderungs­detek­tion von Ober­flächen in der Materialprüfung und Bauwerksüberwachung. Diese Arbeit behan­delt einige Aspekte der Deformationsanalyse auf Basis von Bild­sequenzen mit Hilfe triangulierter Verschiebungsfelder. Zunächst wird auf Unter­suchungen zu Defor­ma­tionen ebener Objektoberflächen, die mit mono­kularen Bild­sequenzen beo­bachtet wurden, eingegangen. Im weiteren Verlauf wird auf Stereobildsequenzen über­ge­gangen, die Deformations­mes­sungen für beliebige Ober­flächen erlauben. Im ersten Teil der Arbeit wird gezeigt, wie Verschiebungsfelder in monokularen Bild­sequenzen bestimmt werden können. Die Bildpunkte, an welche die Verschie­bungen geknüpft sind, werden zu einem Dreiecksnetz trianguliert. Jedes einzelne Dreieck wird auf Änderungen zu der Referenzepoche, die als die erste Epoche ohne jegliche Defor­mation definiert ist, untersucht. Ein gängiges Verfahren zur Analyse solcher Verän­derungen ist die Berechnung von Haupt­dehnungen für jedes Dreieck. Schwell­werte können zur Erkennung deformierter Bereiche und die farbkodierte Darstellung der Hauptdehnungen für eine visuelle Betrachtung genutzt werden. In den räumlich verteilten Hauptdehnungen sowie im zeitlichen Ablauf treten Rausch­effekte auf. Deshalb werden verschiedene Filtermethoden zur Rausch­unter­drückung untersucht. Dabei kommt ein Filter zum Einsatz, der gleichzeitig in der räumlichen sowie der zeitlichen Dimension filtert. Es werden aber auch Filter unter­sucht, die in beiden Dimensionen getrennt filtern. Aus den Hauptdehnungen können nicht direkt Rissbreiten abgeleitet werden. Diese spielen für die Materialprüfung im Bauwesen allerdings eine wichtige Rolle, wes­wegen sich diese Arbeit auch mit der Berechnung von Riss­breiten in Dreiecks­netzen befasst. Als deformierte Dreiecke werden diejenigen detektiert, deren Hauptdehnung einen Schwellwert überschreiten. Für diese Kandidaten werden im Folgenden Rissbreiten bestimmt. Drei verschiedene Verfahren für die Ermittlung von Rissbreiten werden vorgestellt und verglichen. Die Dehnbarkeit faserbewehrter Komposite, die unter anderem zur Verstärkung von Mauern und anderen Bauwerken verwendet werden, wird bei Belastung durch die Bildung multipler Rissstrukturen gewährleistet. Auf Grund dessen widmet sich ein weiterer Teil der Dissertation der Auswertung multipler Riss­strukturen. Hierzu werden dichte Verschiebungsfelder berechnet. Dann wird zunächst eine Auswahl der verfolgten Punkte genutzt, um ein grobes Dreiecks­netz zu generieren. Deformierte Dreiecke der ausgedünnten triangu­lierten Punktmenge werden mit dem Betrag des relativen Trans­lations­vektors, der als Deformations­maß eingeführt wird, detektiert. Eine iterative Verdichtung des Dreiecknetzes in defor­mierten Bereichen ermöglicht die Auswertung enger Riss­muster. Zudem erlaubt eine Ausgleichung, dass nicht-triangulierte Punkte des dichten Verschie­bungs­feldes in die Rissbreiten­berechnung einbe­zogen werden können. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Betrachtung unebener Oberflächen, die mit Stereokamerasystemen beobachtet werden. Dazu werden die Algorithmen für die zweidimensionale Auswertung entsprechend übertragen und erweitert. Auf Basis von Verschiebungsfeldern dreidimensionaler Punkte wird auch hier ein Dreiecksnetz zur Änderungsdetektion genutzt. So wird am Beispiel von dynamischen Dehnungstests an zylindrischen Probe­körpern ein Algorithmus zur Rissbreitenmessung auf nicht ebenen Ober­flächen vorge­stellt. Dabei wird angenommen, dass die Defor­mationen ausschließlich tangential zur Oberfläche auftreten. Dies erlaubt die Transformation (Kongruenz­abbildung) der Dreiecke in einen zwei­dimen­sionalen Raum und auch eine zwei­dimensionale Auswertung. Außerdem wird eine Methode zur Berechnung des dreidimensionalen Riss­öffnungs­vektors präsentiert. Dieses Verfahren ist eine Erweiterung zum vorher­gehenden Algorithmus und erlaubt zudem die Vermessung vertikaler Defor­ma­tionen. Defor­mierte Dreiecke im trian­gulierten dreidimensionalen Verschie­bungs­feld werden mit Hilfe des zwei­dimen­sionalen Relativ­translations­vektor­betrags der in den zwei­dimen­sionalen Raum transformierten Dreiecke detek­tiert. Anschließend folgt für alle defor­mierten Dreiecke durch Hinzunahme min­des­tens eines undeformierten Nachbar­dreiecks die Berechnung eines drei­dimen­sionalen relativen Trans­lations­vektors, mit Hilfe dessen die Komponenten des Riss­öffnungsvektors ermittelt werden.:Kurzfassung iii Abstract v 1. Einführung 1 1.1. Struktur der Arbeit 1 1.2. Motivation 2 1.3. Verwandte Arbeiten 4 1.4. Ziele der Arbeit 7 2. Photogrammetrische Deformationsmessung in monokularen Bildsequenzen 8 2.1. Filtermethoden in Dreiecksnetzen 9 2.2. Rissbreitenberechnung mit Hilfe von Dreiecksnetzen 19 2.3. Strategie zur Rissbreitenmessung für multiple Rissstrukturen 29 3. Photogrammetrische Deformationsmessung in Stereobildsequenzen 50 3.1. Rissbreitenberechnung für tangentiale Deformationen auf nicht ebenen Oberflächen mit gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 51 3.2. Berechnung des dreidimensionalen Rissöffnungsvektors bei gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 59 4. Diskussion 70 5. Ausblick 77 5.1. Bestimmung der Anzahl der Risse 77 5.2. Rissspitzenbestimmung und -verfolgung 78 5.3. Anwendung der entwickelten Algorithmen auf Voxeldaten 78 5.4. Modellerweiterung durch Relativrotation 82 5.5. Genauigkeitssteigerungen für die Rissposition 82 5.6 Verbesserung der Rissnormalenschätzung 82 Literaturverzeichnis 83 Abkürzungsverzeichnis 89 Tabellenverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 90 / Photogrammetric methods are gaining importance in civil engineering material testing and structural health monitoring. The analysis of image sequences ensures an extensive change detection of surfaces with a high spatial resolution and a high accuracy. This thesis deals with some aspects of deformation analysis based on image sequences and triangulated displacement fields. At the beginning, the examination of planar surfaces of specimens observed with monocular image sequences is considered. Later, a transition to stereo image sequences is given because they allow a deformation measurement of arbitrary surfaces. The first part of the thesis shows how to derive displacement fields from monocular image sequences. The matching points corresponding to the displace­ments are triangulated into a mesh. Each triangle is compared to the reference epoch which is defined as the first time epoch under zero load without any deformation. As a current method, principal strains are used to detect deformations. Thresholds can be used to find deformed areas. In addition, color-coded maps of the principal strains are helpful for a visual detection. In the field of the principal strains, noise effects appear in the spatial as well as in the temporal domain. Therefore, different filter methods are applied to reduce noise. In addition to filter techniques that are applied independently in the time and the spatial domain, a combined spatio-temporal filter is tested. Crack widths cannot be derived directly from principal strains but crack widths are an important issue in civil engineering material testing. For this reason, this thesis also gives attention to the computation of crack widths in triangle meshes. The principal strains of the triangles are tested for exceeding a threshold to detect deformed triangles. For the deformed triangles, crack widths are computed. Three different methods for the crack width determination are presented and compared. Multiple cracking ensures the ductility of loaded fiber-reinforced composites used to strengthen walls among other things. Therefore, another part of the dissertation deals with the photogrammetric analysis of multiple crack patterns. Herein, dense displacement fields are computed. Then, a thinned-out set of points is triangulated into a mesh. For each triangle, the norm of the relative translations vector defined as a new quantity to detect deformations is deter­mined and used to find cracked triangles. The mesh is densified iteratively in deformed areas to ensure an analysis of narrow crack structures. In addition, a least squares algorithm is presented which allows that points of the displace­ment field, that are not part of the mesh, can be included in the crack width computation. A further part of the dissertation deals with non-planar surfaces observed with stereo camera systems. The algorithms of the two dimensional analysis are adapted and extended to use them for these applications. These methods are based on three dimensional displacement fields and also use triangle meshes to detect deformed areas. One algorithm concentrates on the crack width measurement of non-planar surfaces with deformations that are only tangential to the surface. The method is applied on a cylindrical specimen in a dynamic tension test. The assumption that deformations are tangential to the surface allows the transformation of the triangles in the two dimensional space and also a two dimensional analysis. In addition, an algorithm for the computation of the three dimensional crack opening vectors is presented. This method is an extension to the foregoing algorithm and is capable of measuring vertical deformations. To find deformed triangles in the triangulated three dimensional displacement field, the triangles are transformed in the two dimensional space in a first step. In a second step, the norm of the two dimensional relative translation vector is determined and tested if it exceeds a threshold. In the following, for each deformed triangle, the three dimensional relative translation vector is computed using a undeformed neighbor triangle. At the end, the three dimensional relative translation vectors can be transformed to the crack opening vectors.:Kurzfassung iii Abstract v 1. Einführung 1 1.1. Struktur der Arbeit 1 1.2. Motivation 2 1.3. Verwandte Arbeiten 4 1.4. Ziele der Arbeit 7 2. Photogrammetrische Deformationsmessung in monokularen Bildsequenzen 8 2.1. Filtermethoden in Dreiecksnetzen 9 2.2. Rissbreitenberechnung mit Hilfe von Dreiecksnetzen 19 2.3. Strategie zur Rissbreitenmessung für multiple Rissstrukturen 29 3. Photogrammetrische Deformationsmessung in Stereobildsequenzen 50 3.1. Rissbreitenberechnung für tangentiale Deformationen auf nicht ebenen Oberflächen mit gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 51 3.2. Berechnung des dreidimensionalen Rissöffnungsvektors bei gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 59 4. Diskussion 70 5. Ausblick 77 5.1. Bestimmung der Anzahl der Risse 77 5.2. Rissspitzenbestimmung und -verfolgung 78 5.3. Anwendung der entwickelten Algorithmen auf Voxeldaten 78 5.4. Modellerweiterung durch Relativrotation 82 5.5. Genauigkeitssteigerungen für die Rissposition 82 5.6 Verbesserung der Rissnormalenschätzung 82 Literaturverzeichnis 83 Abkürzungsverzeichnis 89 Tabellenverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 90