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Geometrische und stochastische Modelle für die integrierte Auswertung terrestrischer Laserscannerdaten und photogrammetrischer Bilddaten: Geometrische und stochastische Modelle für die integrierte Auswertung terrestrischer Laserscannerdaten und photogrammetrischer BilddatenSchneider, Danilo 13 November 2008 (has links)
Terrestrische Laserscanner finden seit einigen Jahren immer stärkere Anwendung in der Praxis und ersetzen
bzw. ergänzen bisherige Messverfahren, oder es werden neue Anwendungsgebiete erschlossen. Werden
die Daten eines terrestrischen Laserscanners mit photogrammetrischen Bilddaten kombiniert, ergeben sich
viel versprechende Möglichkeiten, weil die Eigenschaften beider Datentypen als weitestgehend komplementär
angesehen werden können: Terrestrische Laserscanner erzeugen schnell und zuverlässig dreidimensionale Repräsentationen
von Objektoberflächen von einem einzigen Aufnahmestandpunkt aus, während sich zweidimensionale
photogrammetrische Bilddaten durch eine sehr gute visuelle Qualität mit hohem Interpretationsgehalt
und hoher lateraler Genauigkeit auszeichnen. Infolgedessen existieren bereits zahlreiche Ansätze, sowohl
software- als auch hardwareseitig, in denen diese Kombination realisiert wird. Allerdings haben die
Bildinformationen bisher meist nur ergänzenden Charakter, beispielsweise bei der Kolorierung von Punktwolken
oder der Texturierung von aus Laserscannerdaten erzeugten Oberflächenmodellen. Die konsequente Nutzung
der komplementären Eigenschaften beider Sensortypen bietet jedoch ein weitaus größeres Potenzial.
Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Berechnungsmethode – die integrierte Bündelblockausgleichung
– entwickelt, bei dem die aus terrestrischen Laserscannerdaten und photogrammetrischen
Bilddaten abgeleiteten Beobachtungen diskreter Objektpunkte gleichberechtigt Verwendung finden können.
Diese Vorgehensweise hat mehrere Vorteile: durch die Nutzung der individuellen Eigenschaften beider Datentypen
unterstützen sie sich gegenseitig bei der Bestimmung von 3D-Objektkoordinaten, wodurch eine höhere
Genauigkeit erreicht werden kann. Alle am Ausgleichungsprozess beteiligten Daten werden optimal zueinander
referenziert und die verwendeten Aufnahmegeräte können simultan kalibriert werden.
Wegen des (sphärischen) Gesichtsfeldes der meisten terrestrischen Laserscanner von 360° in horizontaler
und bis zu 180° in vertikaler Richtung bietet sich die Kombination mit Rotationszeilen-Panoramakameras
oder Kameras mit Fisheye-Objektiv an, weil diese im Vergleich zu zentralperspektiven Kameras deutlich größere
Winkelbereiche in einer Aufnahme abbilden können. Grundlage für die gemeinsame Auswertung terrestrischer
Laserscanner- und photogrammetrischer Bilddaten ist die strenge geometrische Modellierung der Aufnahmegeräte.
Deshalb wurde für terrestrische Laserscanner und verschiedene Kameratypen ein geometrisches
Modell, bestehend aus einem Grundmodell und Zusatzparametern zur Kompensation von Restsystematiken,
entwickelt und verifiziert. Insbesondere bei der Entwicklung des geometrischen Modells für Laserscanner
wurden verschiedene in der Literatur beschriebene Ansätze berücksichtigt. Dabei wurde auch auf von Theodoliten
und Tachymetern bekannte Korrekturmodelle zurückgegriffen.
Besondere Bedeutung innerhalb der gemeinsamen Auswertung hat die Festlegung des stochastischen Modells.
Weil verschiedene Typen von Beobachtungen mit unterschiedlichen zugrunde liegenden geometrischen
Modellen und unterschiedlichen stochastischen Eigenschaften gemeinsam ausgeglichen werden, muss den
Daten ein entsprechendes Gewicht zugeordnet werden. Bei ungünstiger Gewichtung der Beobachtungen können
die Ausgleichungsergebnisse negativ beeinflusst werden. Deshalb wurde die integrierte Bündelblockausgleichung
um das Verfahren der Varianzkomponentenschätzung erweitert, mit dem optimale Beobachtungsgewichte
automatisch bestimmt werden können. Erst dadurch wird es möglich, das Potenzial der Kombination
terrestrischer Laserscanner- und photogrammetrischer Bilddaten vollständig auszuschöpfen.
Zur Berechnung der integrierten Bündelblockausgleichung wurde eine Software entwickelt, mit der vielfältige
Varianten der algorithmischen Kombination der Datentypen realisiert werden können. Es wurden zahlreiche
Laserscannerdaten, Panoramabilddaten, Fisheye-Bilddaten und zentralperspektive Bilddaten in mehreren
Testumgebungen aufgenommen und unter Anwendung der entwickelten Software prozessiert. Dabei wurden
verschiedene Berechnungsvarianten detailliert analysiert und damit die Vorteile und Einschränkungen der
vorgestellten Methode demonstriert. Ein Anwendungsbeispiel aus dem Bereich der Geologie veranschaulicht
das Potenzial des Algorithmus in der Praxis. / The use of terrestrial laser scanning has grown in popularity in recent years, and replaces and complements
previous measuring methods, as well as opening new fields of application. If data from terrestrial laser
scanners are combined with photogrammetric image data, this yields promising possibilities, as the properties
of both types of data can be considered mainly complementary: terrestrial laser scanners produce fast and reliable
three-dimensional representations of object surfaces from only one position, while two-dimensional
photogrammetric image data are characterised by a high visual quality, ease of interpretation, and high lateral
accuracy. Consequently there are numerous approaches existing, both hardware- and software-based, where
this combination is realised. However, in most approaches, the image data are only used to add additional
characteristics, such as colouring point clouds or texturing object surfaces generated from laser scanner data.
A thorough exploitation of the complementary characteristics of both types of sensors provides much more
potential.
For this reason a calculation method – the integrated bundle adjustment – was developed within this thesis,
where the observations of discrete object points derived from terrestrial laser scanner data and photogrammetric
image data are utilised equally. This approach has several advantages: using the individual characteristics
of both types of data they mutually strengthen each other in terms of 3D object coordinate determination,
so that a higher accuracy can be achieved; all involved data sets are optimally co-registered; and
each instrument is simultaneously calibrated.
Due to the (spherical) field of view of most terrestrial laser scanners of 360° in the horizontal direction
and up to 180° in the vertical direction, the integration with rotating line panoramic cameras or cameras with
fisheye lenses is very appropriate, as they have a wider field of view compared to central perspective cameras.
The basis for the combined processing of terrestrial laser scanner and photogrammetric image data is the
strict geometric modelling of the recording instruments. Therefore geometric models, consisting of a basic
model and additional parameters for the compensation of systematic errors, was developed and verified for
terrestrial laser scanners and different types of cameras. Regarding the geometric laser scanner model, different
approaches described in the literature were considered, as well as applying correction models known
from theodolites and total stations.
A particular consideration within the combined processing is the definition of the stochastic model. Since
different types of observations with different underlying geometric models and different stochastic properties
have to be adjusted simultaneously, adequate weights have to be assigned to the measurements. An unfavourable
weighting can have a negative influence on the adjustment results. Therefore a variance component estimation
procedure was implemented in the integrated bundle adjustment, which allows for an automatic determination
of optimal observation weights. Hence, it becomes possible to exploit the potential of the combination
of terrestrial laser scanner and photogrammetric image data completely.
For the calculation of the integrated bundle adjustment, software was developed allowing various algorithmic
configurations of the different data types to be applied. Numerous laser scanner, panoramic image, fisheye
image and central perspective image data were recorded in different test fields and processed using the
developed software. Several calculation alternatives were analysed, demonstrating the advantages and limitations
of the presented method. An application example from the field of geology illustrates the potential of the
algorithm in practice.
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Evaluating the performance of multi-rotor UAV-Sfm imagery in assessing simple and complex forest structures: comparison to advanced remote sensing sensorsOnwudinjo, Kenechukwu Chukwudubem 08 March 2022 (has links)
The implementation of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Structure‐from‐Motion (SfM) photogrammetry in assessing forest structures for forest inventory and biomass estimations has shown great promise in reducing costs and labour intensity while providing relative accuracy. Tree Height (TH) and Diameter at Breast Height (DBH) are two major variables in biomass assessment. UAV-based TH estimations depend on reliable Digital Terrain Models (DTMs), while UAV-based DBH estimations depend on reliable dense photogrammetric point cloud. The main aim of this study was to evaluate the performance of multirotor UAV photogrammetric point cloud in estimating homogeneous and heterogeneous forest structures, and their comparison to more accurate LiDAR data obtained from Aerial Laser Scanners (ALS), Terrestrial Laser Scanners (TLS), and more conventional means like manual field measurements. TH was assessed using UAVSfM and LiDAR point cloud derived DTMs, while DBH was assessed by comparing UAVSfM photogrammetric point cloud to LiDAR point cloud, as well as to manual measurements. The results obtained in the study indicated that there was a high correlation between UAVSfM TH and ALSLiDAR TH (R2 = 0.9258) for homogeneous forest structures, while a lower correlation between UAVSfM TH and TLSLiDAR TH (R2 = 0.8614) and UAVSfM TH and ALSLiDAR TH (R2 = 0.8850) was achieved for heterogeneous forest structures. A moderate correlation was obtained between UAVSfM DBH and field measurements (R2 = 0.5955) for homogenous forest structures, as well as between UAVSfM DBH and TLSLiDAR DBH (R2 = 0.5237), but a low correlation between UAVSfM DBH and UAVLiDAR DBH (R2 = 0.1114). This research has demonstrated that UAVSfM can be adequately used as a cheaper alternative in forestry management compared to more highcost and accurate LiDAR, as well as traditional technologies, depending on accuracy requirements.
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Quantifying the impact of forest management intensity and tree species diversity on individual tree shape and three-dimensional stand structureJuchheim, Julia 18 September 2020 (has links)
No description available.
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Utvärdering av fotobaserad skanning vid avbildandet av runskriftBjörkhammar, Anna, Gottfridsson, Erika January 2020 (has links)
Runstenar dokumenteras idag både för att skapa en visuell avbildning och medsyftet att användas vid forskning. Om avbildningen ska användas vid forskningfinns krav på en låg mätosäkerhet. Vid de studier som funnits har terresterlaserskanning (TLS) varit den valda dokumentationsmetoden. Fotobaseradskanning vilken är en billigare dokumentationsmetod har utvecklats mycketunder senare tid i och med utvecklingen av högupplösta kameror ochanvändarvänliga mjukvaror för bildbehandling.Denna studie syftar till att finna svar på om fotobaserad skanning är en lämpligmetod vid avbildandet av runor och ornament då en 3D-modell med lågmätosäkerhet ska skapas. För att avgöra detta jämförs tre fotogrammetriskapunktmoln och modeller mot punktmoln och modeller från en TLS av märketHexagon Romer Absolute Arm. Punktmolnen och modellerna från HexagonRomer Absolute Armen bildar i denna studie referensmodellen. Endigitalkamera och en smartphonekamera används i studien. Fotografier tasmed båda kamerorna på ett avstånd av 40 cm från runorna. Medsmartphonekameran tas även fotografier på 10–20 cm för att utvärderaavståndets betydelse för resultatet.Jämförelser mellan de sammanlagda RMS-värdena för fotogrammetriskamodellernas och referensmodellens ytor visar på den lägsta avvikelsen fördigitalkamerans modell. Detta då RMS-värdet för avvikelsen motreferensmodellen endast är 0,30 mm för digitalkameran. RMS-värdena föravvikelserna för smartphonekamerans modell är 0,63 mm då fotograferingenutfördes på 10–20 cm och 2,59 mm om avståndet var 40 cm. Alla modellerhar avvikelser på mm-nivå vilket jämfört med tidigare studier får anses somsmå skillnader. Resultatet visar även på avståndets betydelse för punkttäthetenoch den skapade modellens mätosäkerhet. De punktmoln som skapades avsmartphonekamerans fotografier uppvisar en ungefärlig dubblering avpunkttätheten i det täta punktmolnet då avståndet minskas från 40 cm till 10–20 cm mellan kamera och objekt. Till viss del kan kortare avstånd med andraord kompensera för en kamera med sämre upplösning. Detta gör att även ensmartphonekamera kan vara ett alternativ vid dokumentation av runskrift omingen bättre kamera finns att tillgå. Studien antyder att en högupplöstdigitalkamera kan vara ett fullgott alternativ till TLS vid dokumentation avrunskrift med låg mätosäkerhet. Detta skulle underlätta för forskare vidinsamlandet av material vid studier av runskrift.
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Insights into tree morphology and canopy space occupation under the influence of local neighbourhood interactions in mature temperate forests using laser scanning technologyGeorgi, Karl Louis 10 October 2023 (has links)
Mounting evidence suggests that tree species richness promotes ecosystem functioning in forests. However, the mechanisms driving positive biodiversity ecosystem functioning relationships remain largely unclear. This also holds for the previously proposed key mechanisms of resource partitioning in canopy space. Until recently, surveying and hence the study of crown space was very time-consuming and the images low resolution. The application of high-resolution laser scanning, however, now enables a fast and precise recording of entire forests. This thesis presents how the abandonment of management strongly alters the individual tree structure from the wood distribution along the trunk to the crown, a tree species-rich neighbourhood can increase the wood volume and crown dimension of individual trees as well as the productivity of large-sized trees, mobile laser scanning in forests is suitable for the acquisition of high-quality point clouds and determination of relevant management parameters, and the direction and strength of the relationship between tree species richness and canopy occupation depends on the definition of both canopy and species richness.
These results reinforce the influence of species richness on ecosystem functions in oldgrowth forests and underline the importance of laser scanning for forest ecology research. The findings of the comparative analyses further highlight the importance of underlying definitions for the results obtained.
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Visualising change in the Tamar Valley : participatory processes for generating 3D visual tools to communicate sea-level riseNettley, Amy Jessica January 2013 (has links)
This thesis introduces and analyses a unique approach which involved iteratively engaging with stakeholders to generate a film about sea-level rise at a heritage site. The project used fine-scale remote sensing techniques, including airborne and terrestrial laser scanning (TLS), to produce spatially accurate and realistic 3D digital visualisations of projected sea level rise at Cotehele Quay, a site on the River Tamar in Cornwall which is owned and managed by the National Trust. Area residents and stakeholders were involved in a series of focus groups which provided guidance on the integration of the spatial models into a short film. This thesis makes an original contribution to knowledge about how non-scientific audiences understand and interpret visual realism and spatial accuracy when engaged with the process of developing such a tool. Ultimately, the thesis proposes a new kind of visual realism based on this knowledge, known as ‘participatory realism’. The main output of this research was a film, ‘Changing Tides at Cotehele Quay’, which is presently being used by the National Trust as part of their wider communication toolkit. In addition to reflecting on the production of the film, the thesis makes the argument that at present TLS is not being proactively used to engage wider audiences. The research explored how TLS and other spatial data can be used in settings which are more public-facing; the thesis analyses the results of this innovative practice and interrogates the way in which people interacted and responded in the course of their participation.
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Structure from Motion, a Cheaper Alternative for Three-Dimensional Modeling in Earth Science / Structure from Motion, ett billigare alternativ för tredimensionell modellering inom geovetenskapFagerström, Viktor January 2018 (has links)
In this report, two methods for three-dimensional modeling are evaluated against each other. The first method is terrestrial laser scanning (LiDAR) that uses a laser beam to record the surrounding environment, and the second one is called Structure from Motion (SfM). The SfM technique works on the same bases as photogrammetry, which is that an object of interest is photographed from multiple angles with overlapping images and mutual points are identified and used to create a three- dimensional model. Since both the equipment and the software used to produce LiDAR models are very expensive the main thought of this project was to produce the SfM model using a cellphone camera and free open source software. The study was carried out in such a way that a “before and after” -model was generated of a small snowy mound to see how well the SfM method performed compared to the LiDAR method. The final result revealed that SfM method deviated with approximately 8mm from the LiDAR method. One of the main difficulties during this project was to correctly reference the models against exact coordinate, which also could have been one reason to why the two models differed the way they did. Taking into consideration the user-friendliness and the low cost of the SfM method, it is a very promising tool for earth science related field research. / I denna rapport så kommer två metoder för att framställa tredimensionella modeller att jämföras mot varandra. Den ena metoden är markbunden laserscanning (LiDAR), vilket använder sig av en scanner som skickar ut en laserstråle som scannar av omgivningen. Den andra metoden använder en teknik som kallas för ”Structure-from- Motion” (SfM). SfMs grunder bygger på samma teknik som används inom fotogrammetri, vilket är att objektet av intresse fotograferas, med en vanlig kamera, med ett flertal överlappande bilder och gemensamma punkter i dessa bilder används för att producera en tredimensionell modell. Då både utrustning och programvaran för att producera laserscanningar är mycket kostsamma så är grundtanken med denna undersökning att endast använda en mobiltelefonkamera och gratis öppen källkod programvara för att producera SfM modellen. Själva undersökningen gick till på så sätt att en ”före och efter” modell skapades av en snöhög med båda teknikerna för att se hur bra SfM förhöll sig mot LiDAR metoden. Resultatet visade sig att SfM metoden avvek från LiDAR-resultatet med ungefär 8mm. En av de största svårigheterna med detta projekt var att korrekt referera modellerna till exakta koordinater, vilket även kan vara en av orsakerna till att modellerna inte korrelerade med varandra helt och hållet. Med tanke på användarvänligheten och kostnaden för SfM metoden så är detta ett mycket lovande verktyg för användning inom geovetenskap.
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Consolidation de relevés laser d'intérieurs construits : pour une approche probabiliste initialisée par géolocalisation / Registration of indoor TLS data : in favor of a probabilistic approach initialized by geolocationHullo, Jean-Francois 10 January 2013 (has links)
La préparation d'interventions de maintenance dans les installations industrielles a dorénavant recours à des outils d'étude, de modélisation et de simulation basés sur l'exploitation de modèles virtuels 3D des installations. L'acquisition de ces modèles tridimensionnels s'effectue à partir de nuages de points mesurés, depuis plusieurs points de vue, par balayage angulaire horizontal et vertical d'un faisceau laser par scanner laser terrestre. L'expression dans un repère commun de l'ensemble des données acquises est appelée consolidation, au cours de laquelle les paramètres de changement de repères entre les stations sont calculés. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la méthode d'acquisition de données laser en environnements industriels. Celle-ci doit, au final, garantir la précision et l'exactitude nécessaires des données tout en optimisant le temps et les protocoles d'acquisition sur site, en libérant l'opérateur d'un certain nombre de contraintes inhérentes au relevé topographique classique. Nous examinons, dans un premier temps, l'état de l'art des moyens et méthodes mis en œuvre lors de l'acquisition de nuages de points denses de scènes d'intérieurs complexes (Partie I). Dans un deuxième temps, nous étudions et évaluons les données utilisables pour la consolidation: données laser terrestres, algorithmes de reconstruction de primitives et systèmes de géolocalisation d'intérieur (Partie II). Dans une troisième partie, nous formalisons et expérimentons ensuite un algorithme de recalage basé sur l'utilisation de primitives appariées, reconstruites dans les nuages de points (Partie~III). Nous proposons finalement une approche probabiliste de l'appariement de primitives permettant l'intégration des informations et incertitudes a priori dans le système de contraintes utilisé pour le calcul des poses (Partie IV). / Many pre-maintenance operations of industrial facilities currently resort on to three-dimensional CAD models. The acquisition of these models is performed from point clouds measured by Terrestrial Laser Scanning (TLS). When the scenes are complex, several viewpoints for scanning, also known as stations, are necessary to ensure the completeness and the density of the survey data. The generation of a global point cloud, i.e. the expression of all the acquired data in a common reference frame, is a crucial step called registration. During this process, the pose parameters are estimated. If the GNSS systems are now a solution for many outdoor scenes, the registration of indoor TLS data still remains a challenge. The objective of this thesis is to improve the acquisition process of TLS data in industrial environments. The aim is to guarantee the precision and accuracy of acquired data, while optimizing on-site acquisition time and protocols by, as often as possible, freeing the operator from the constraints inherent to conventional topographic surveys. In a first part, we consider the state of the art of the means and methods used during the acquisition of dense point clouds of complex interior scenes (Part I). In a second part, we study and evaluate the data available for the registration: terrestrial laser scanner data, primitive reconstruction algorithms in point clouds and indoor geolocation systems (Part II). In the third part, we then formalize and experiment a registration algorithm based on the use of matched primitives, reconstructed from per station point clouds (Part III). We finally propose a probabilistic approach for matching primitives, allowing the integration of a priori information and uncertainty in the constraints system used for calculating poses (Part IV).
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Pozemní laserové skenování / Terrestrial laser scanningEndlicherová, Lucie January 2015 (has links)
This diploma thesis is focused on determine the characteristics of accuracy of the terrestrial laser scanner FARO Focus 3D S120. It is validated the recommended distance between the objects (targets and spheres) and the terrestrial scanner. Next it is tested accuracy of the Cartesian coordinates X, Y, Z measured by laser scanning with resolution 1/2. At the end it is investigated the accuracy of the area determination in X coordinate gained by the scanning of a smooth slightly curved surface.
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Automatic Retrieval of Skeletal Structures of Trees from Terrestrial Laser Scanner DataSchilling, Anita 10 October 2014 (has links)
Research on forest ecosystems receives high attention, especially nowadays with regard to sustainable management of renewable resources and the climate change. In particular, accurate information on the 3D structure of a tree is important for forest science and bioclimatology, but also in the scope of commercial applications.
Conventional methods to measure geometric plant features are labor- and time-intensive. For detailed analysis, trees have to be cut down, which is often undesirable. Here, Terrestrial Laser Scanning (TLS) provides a particularly attractive tool because of its contactless measurement technique. The object geometry is reproduced as a 3D point cloud. The objective of this thesis is the automatic retrieval of the spatial structure of trees from TLS data. We focus on forest scenes with comparably high stand density and with many occlusions resulting from it. The varying level of detail of TLS data poses a big challenge.
We present two fully automatic methods to obtain skeletal structures from scanned trees that have complementary properties. First, we explain a method that retrieves the entire tree skeleton from 3D data of co-registered scans. The branching structure is obtained from a voxel space representation by searching paths from branch tips to the trunk. The trunk is determined in advance from the 3D points. The skeleton of a tree is generated as a 3D line graph.
Besides 3D coordinates and range, a scan provides 2D indices from the intensity image for each measurement. This is exploited in the second method that processes individual scans. Furthermore, we introduce a novel concept to manage TLS data that facilitated the researchwork. Initially, the range image is segmented into connected components. We describe a procedure to retrieve the boundary of a component that is capable of tracing inner depth discontinuities. A 2D skeleton is generated from the boundary information and used to decompose the component into sub components. A Principal Curve is computed from the 3D point set that is associated with a sub component. The skeletal structure of a connected component is summarized as a set of polylines.
Objective evaluation of the results remains an open problem because the task itself is ill-defined: There exists no clear definition of what the true skeleton should be w.r.t. a given point set. Consequently, we are not able to assess the correctness of the methods quantitatively, but have to rely on visual assessment of results and provide a thorough discussion of the particularities of both methods.
We present experiment results of both methods. The first method efficiently retrieves full skeletons of trees, which approximate the branching structure. The level of detail is mainly governed by the voxel space and therefore, smaller branches are reproduced inadequately. The second method retrieves partial skeletons of a tree with high reproduction accuracy. The method is sensitive to noise in the boundary, but the results are very promising. There are plenty of possibilities to enhance the method’s robustness. The combination of the strengths of both presented methods needs to be investigated further and may lead to a robust way to obtain complete tree skeletons from TLS data automatically. / Die Erforschung des ÖkosystemsWald spielt gerade heutzutage im Hinblick auf den nachhaltigen Umgang mit nachwachsenden Rohstoffen und den Klimawandel eine große Rolle. Insbesondere die exakte Beschreibung der dreidimensionalen Struktur eines Baumes ist wichtig für die Forstwissenschaften und Bioklimatologie, aber auch im Rahmen kommerzieller Anwendungen.
Die konventionellen Methoden um geometrische Pflanzenmerkmale zu messen sind arbeitsintensiv und zeitaufwändig. Für eine genaue Analyse müssen Bäume gefällt werden, was oft unerwünscht ist. Hierbei bietet sich das Terrestrische Laserscanning (TLS) als besonders attraktives Werkzeug aufgrund seines kontaktlosen Messprinzips an. Die Objektgeometrie wird als 3D-Punktwolke wiedergegeben. Basierend darauf ist das Ziel der Arbeit die automatische Bestimmung der räumlichen Baumstruktur aus TLS-Daten. Der Fokus liegt dabei auf Waldszenen mit vergleichsweise hoher Bestandesdichte und mit zahlreichen daraus resultierenden Verdeckungen. Die Auswertung dieser TLS-Daten, die einen unterschiedlichen Grad an Detailreichtum aufweisen, stellt eine große Herausforderung dar.
Zwei vollautomatische Methoden zur Generierung von Skelettstrukturen von gescannten Bäumen, welche komplementäre Eigenschaften besitzen, werden vorgestellt. Bei der ersten Methode wird das Gesamtskelett eines Baumes aus 3D-Daten von registrierten Scans bestimmt. Die Aststruktur wird von einer Voxelraum-Repräsentation abgeleitet indem Pfade von Astspitzen zum Stamm gesucht werden. Der Stamm wird im Voraus aus den 3D-Punkten rekonstruiert. Das Baumskelett wird als 3D-Liniengraph erzeugt.
Für jeden gemessenen Punkt stellt ein Scan neben 3D-Koordinaten und Distanzwerten auch 2D-Indizes zur Verfügung, die sich aus dem Intensitätsbild ergeben. Bei der zweiten Methode, die auf Einzelscans arbeitet, wird dies ausgenutzt. Außerdem wird ein neuartiges Konzept zum Management von TLS-Daten beschrieben, welches die Forschungsarbeit erleichtert hat. Zunächst wird das Tiefenbild in Komponenten aufgeteilt. Es wird eine Prozedur zur Bestimmung von Komponentenkonturen vorgestellt, die in der Lage ist innere Tiefendiskontinuitäten zu verfolgen. Von der Konturinformation wird ein 2D-Skelett generiert, welches benutzt wird um die Komponente in Teilkomponenten zu zerlegen. Von der 3D-Punktmenge, die mit einer Teilkomponente assoziiert ist, wird eine Principal Curve berechnet. Die Skelettstruktur einer Komponente im Tiefenbild wird als Menge von Polylinien zusammengefasst.
Die objektive Evaluation der Resultate stellt weiterhin ein ungelöstes Problem dar, weil die Aufgabe selbst nicht klar erfassbar ist: Es existiert keine eindeutige Definition davon was das wahre Skelett in Bezug auf eine gegebene Punktmenge sein sollte. Die Korrektheit der Methoden kann daher nicht quantitativ beschrieben werden. Aus diesem Grund, können die Ergebnisse nur visuell beurteiltwerden. Weiterhinwerden die Charakteristiken beider Methoden eingehend diskutiert.
Es werden Experimentresultate beider Methoden vorgestellt. Die erste Methode bestimmt effizient das Skelett eines Baumes, welches die Aststruktur approximiert. Der Detaillierungsgrad wird hauptsächlich durch den Voxelraum bestimmt, weshalb kleinere Äste nicht angemessen reproduziert werden. Die zweite Methode rekonstruiert Teilskelette eines Baums mit hoher Detailtreue. Die Methode reagiert sensibel auf Rauschen in der Kontur, dennoch sind die Ergebnisse vielversprechend. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten die Robustheit der Methode zu verbessern. Die Kombination der Stärken von beiden präsentierten Methoden sollte weiter untersucht werden und kann zu einem robusteren Ansatz führen um vollständige Baumskelette automatisch aus TLS-Daten zu generieren.
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