Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

3D-Messtechnik

3D-Messtechnik liefert präzise geometrische Beschreibungen und ermöglicht das hochgenaue Positionieren, Ausrichten und Orientieren im dreidimensionalen Raum und in der Zeit.

Für Anwendungen der mobilen 3D-Messtechnik setzen wir modernste Lasertracker, Präzisionstachymeter, Motortheodolite, 3D-Laserscanner, 3D-Messgelenkarme und Industriekameras in Verbindung mit Eigenentwicklungen in Hard- und Software ein.

Unser Anwendungsspektrum reicht von sehr kleinen Objekten wie z.B. Prüfkörpern für die Nanotomographie über komplexe technische Bauteile hin zu größeren technischen Anlagen wie z.B. Großteleskopen, Antennen oder Teilchenbeschleunigern und Messkampagnen mit Bezug zu den globalen Referenzsystemenen wie z.B. bei der Einrichtung von Laserkommunikationseinheiten zu tieffliegenden Erdsatelliten.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Tel.: +49 6131-628-1432
Fax.: +49 6131-628-91432

Prof. Dr.-Ing. Jörg Klonowski

Tel.: +49 6131-628-1436
Fax.: +49 6131-628-91436

Prof. Dr.-Ing. Martin SchlĂĽter

Tel.: +49 6131-628-1440
Fax.: +49 6131-628-91440

Prof. Dr. Ing. Renate Czommer

Tel.: +49 6131-628-1439
Fax.: +49 6131-628-91439

Projekte

Ziel des Projekts DikoS ist es, ein Digitalisierungskonzept für unterirdische Bergwerke und obertägige Steinbrüche zu erstellen. Die angestrebten Digitalisate sollen der wissenscha…
Das i3mainz unterstützt das Heliopolis-Projekt im Kairener Stadtteil Mataryia mit dem Ziel, das Forschungsdatenmanagement der Grabung zu erarbeiten und umzusetzen. Die Ergebnisse d…

Publikationen

Analyse von Bildresiduen mit Machine-Learning im Rahmen von Kamera-Kalibrierungen

2017

W. Kisser; F. BOOCHS; D. PAULUS

RTF

n.A.

Photogrammetrie ermöglicht es, Objekte mithilfe von Digitalbildern zu vermessen. Bei optimalen Messbedingungen sind Qualitätsunterschiede der abgeleiteten Maße vor allem auf die mathematische Modellierung des verwendeten Sensors und des Objektivs zurückzuführen. Photogrammetrische Kalibrierungen erfolgen meist mittels Bündelblockausgleichung. Diese gestattet es, vielerlei statistische Kennzahlen abzuleiten. Eine tiefer gehende Analyse der berechneten Parameter, Standardabweichungen, Korrelationen und deren Verteilungen kann Aufschluss darüber geben, ob das verwendete Kalibriermodell Schwächen aufweist. Solche Defizite können sich durch systematische Restfehler im Bild- oder Objektraum äußern. Da solche Restfehler auch zu Ungenauigkeiten in den daraus abgeleiteten Informationen führen können, ist deren mathematischer Nachweis und anschließende Kompensation zur Erzielung höchster Genauigkeiten unausweichlich. Neueste Ansätze nutzen Korrekturterme, um Residuensystematiken schon während der Bündelblockausgleichung zu modellieren. Dieser Beitrag beschreibt, wie auch Machine-Learning-
Techniken dabei helfen können, verbliebene systematische Abweichungen in Bildresiduen nachzuweisen, ohne dass hierzu ein Eingriff in die Bündelblockausgleichung notwendig ist. Dies wird im ersten Schritt anhand von Beispieldaten erläutert. Im zweiten Schritt wird die Wirkung dieser Vorgehensweise an einer realen Kamerakalibrierung verdeutlicht. Abschließend erfolgt eine Diskussion der im Zuge dieser Arbeit erzielten Resultate und möglicher Eignung dieses Verfahrens in der Praxis.


COSCH - Vier Jahre interdisziplinärer Dialog zum Nutzen des kulturellen Erbes.

2017

S. Wefers

RTF

KulturBetrieb - Magazin für innovative und wirtschaftliche Lösungen in Museen, Bibliotheken und Archiven








3D-Scanning und virtuelle 3D-Modelle zur UnterstĂĽtzung der Untersuchung und virtuellen Rekonstruktionen des Grabmals von Frankfurt am Main - Zeilsheim

2016

A. Cramer; G. Heinz; C. Justus; T. Reich

RTF

P. Fasold, A. Hampel, M. Scholz, M. Tabaczek, Der römische Bestattungsplatz von Frankfurt am Main - Zeilsheim. Grabbau und Gräber der provinzialen Oberschicht








3D Survey and Documentation of an Early Iron Age Burial from Otzing, near Deggendorf in Lower Bavaria

2016

T. Reich; R. Schumann

RTF

COSCH e-Bulletin 3-2016








UAV photogrammetry and 3D analyses of CH sites. The millstone quarry district of Mayen (DE) as a case study

2016

S. Wefers

RTF

W. Börner, S. Uhlirz (eds), Proceedings of the 20th International Conference on Cultural Heritage and New Technologies 2015 (CHNT 20, 2015)

Application and analysis capabilities of 3D data sets generated through UAV photogrammetry are presented on the basis of an exemplary millstone quarry of the so-called Mayen quarry district (Germany). In general, millstone quarries are technical cultural heritage sites which give evidence for economic interpretations as they are of interest for the reconstruction of ancient procurement patterns. Particularly those quarries which had a high economic impact cover large areas with often arduous accessibility. Therefore, photogrammetric recording using a UAV is the best approach for fast and inexpensive high-quality documentation. The images are used to create a 3D data set and orthophoto. For analysis and interpretation the Spatial Image analysis and Visualisation Tool (SIVT) of i3mainz is used allowing a variety of interactive visualization functionalities. The 3D data are transformed into 2.5D data enabling segmentation of spatial information and volume calculations. Both functionalities support the cultural heritage expert's research: On the one hand the interactive segmentation allows producing a map of the quarry displaying only those parts associated with the extraction. On the other hand the output of the quarry including debris and millstone blanks can be calculated easily. All in all, the entire workflow beginning with data capture using a UAV followed by data processing, (2.5D / 3D) data analyses and visualisation of the results is presented.


Development of a platform recommending 3D and spectral digitisation strategies.

2016

S. Wefers

RTF

Virtual Archaeology Review

Spatial and spectral recording of cultural heritage objects is a complex task including data acquisition, processing and analysis involving different technical disciplines. Additionally, the development of a suitable digitisation strategy satisfying the expectations of the humanities experts needs an interdisciplinary dialogue often suffering from misunderstanding and knowledge gaps on both the technical and humanities sides. Through a concerted discussion, experts from the cultural heritage and technical domains currently develop a so-called COSCH KR (Colour and Space in Cultural Heritage Knowledge Representation) platform that will give recommendations for spatial and spectral recording strategies adapted to the needs of the cultural heritage application. The platform will make use of an ontology through which the relevant parameters of the different domains involved in the recording, processing, analysis, and dissemination of cultural heritage objects are hierarchically structured and related through rule-based dependencies. Background and basis for this ontology is the fact that a deterministic relation exists between (1) the requirements of a cultural heritage application on spatial, spectral, as well as visual digital information of a cultural heritage object which itself has concrete physical characteristics and (2) the technical possibilities of the spectral and spatial recording devices. Through a case study which deals with the deformation analysis of wooden samples of cultural heritage artefacts, this deterministic relationship is illustrated explaining the overall structure and development of the ontology. The aim of the COSCH KR platform is to support cultural heritage experts finding the best suitable recording strategy for their often unique physical cultural heritage object and research question. The platform will support them and will make them aware of the relevant parameters and limitations of the recording strategy with respect to the characteristics of the cultural heritage object, external influences, application, recording devices, and data.


Korrektur der Ellipsen-Exzentrizität im Kontext von Kamerakalibrierungen

2015

W. MORDWINZEW; B. Tietz; F. BOOCHS; D. PAULUS

RTF

Photogrammetrie, Laserscanning, Optische 3D-Messtechnik. Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2015

Dieser Beitrag befasst sich mit dem Einfluss der Zielmarkenexzentrizität während der Kamera-
Kalibrierung in Kombination mit verschiedenen Kalibrierkörpern. Zunächst wird
deren Einfluss auf die Resultate anhand numerischer Simulationen nachgewiesen. In diesen
Simulationen wird eine Erfassung des Einflusses der Exzentrizität auf Bildmessung, Objekt-
und Kamerageometrie angestrebt. Im zweiten Schritt wird eine Realkalibrierung mit
vergleichbarer Aufnahmekonfiguration durchgefĂĽhrt. Dabei werden Gemeinsamkeiten bzw.
Unterschiede der erreichten Ergebnisse diskutiert sowie eine mögliche Kompensation des
Einflusses in der Praxis erörtert.


Relevance of ellipse eccentricity for camera calibration

2015

W. MORDWINZEW; B. Tietz; F. BOOCHS; D. PAULUS

RTF

Proc. SPIE 9528, Videometrics, Range Imaging, and Applications XIII, 95280D

Plane circular targets are widely used within calibrations of optical sensors through photogrammetric set-ups. Due to this popularity, their advantages and disadvantages are also well studied in the scientific community. One main disadvantage occurs when the projected target is not parallel to the image plane. In this geometric constellation, the target has an elliptic geometry with an offset between its geometric and its projected center. This difference is referred to as ellipse eccentricity and is a systematic error which, if not treated accordingly, has a negative impact on the overall achievable accuracy. The magnitude and direction of eccentricity errors are dependent on various factors. The most important one is the target size. The bigger an ellipse in the image is, the bigger the error will be. Although correction models dealing with eccentricity have been available for decades, it is mostly seen as a planning task in which the aim is to choose the target size small enough so that the resulting eccentricity error remains negligible. Besides the fact that advanced mathematical models are available and that the influence of this error on camera calibration results is still not completely investigated, there are various additional reasons why bigger targets can or should not be avoided. One of them is the growing image resolution as a by-product from advancements in the sensor development. Here, smaller pixels have a lower S/N ratio, necessitating more pixels to assure geometric quality. Another scenario might need bigger targets due to larger scale differences whereas distant targets should still contain enough information in the image. In general, bigger ellipses contain more contour pixels and therefore more information. This supports the target-detection algorithms to perform better even at non-optimal conditions such as data from sensors with a high noise level.

In contrast to rather simple measuring situations in a stereo or multi-image mode, the impact of ellipse eccentricity on image blocks cannot be modeled in a straight forward fashion. Instead, simulations can help make the impact visible, and to distinguish critical or less critical situations. In particular, this might be of importance for calibrations, as undetected influence on the results will affect further projects where the same camera will be used. This paper therefore aims to point out the influence of ellipse eccentricities on camera calibrations, by using two typical calibration bodies: planar and cube shaped calibration. In the first step, their relevance and influence on the image measurements, object- and camera geometry is shown with numeric examples. Differences and similarities between both calibration bodies are identified and discussed. In the second step, practical relevance of a correction is proven in a real calibration. Finally, a conclusion is drawn followed by recommendations to handle ellipse eccentricity in the practice.