<p><span class="field-content">Im Jahresbericht werden die Projekte und Aktivitäten des i3mainz in komprimierter Form vorgestellt.</span></p>

<p>In the domain of computer vision, object recognition aims at detecting and classifying objects in data sets. Model-driven approaches are typically constrained through their focus on either a specific type of data, a context (indoor, outdoor) or a set of objects. Machine learning-based approaches are more flexible but also constrained as they need annotated data sets to train the learning process. That leads to problems when this data is not available through the specialty of the application field, like archaeology, for example. In order to overcome such constraints, we present a fully semantic-guided approach. The role of semantics is to express all relevant knowledge of the representation of the objects inside the data sets and of the algorithms which address this representation. In addition, the approach contains a learning stage since it adapts the processing according to the diversity of the objects and data characteristics. The semantic is expressed via an ontological model and uses standard web technology like SPARQL queries, providing great flexibility. The ontological model describes the object, the data and the algorithms. It allows the selection and execution of algorithms adapted to the data and objects dynamically. Similarly, processing results are dynamically classified and allow for enriching the ontological model using SPARQL construct queries. The semantic formulated through SPARQL also acts as a bridge between the knowledge contained within the ontological model and the processing branch, which executes algorithms. It provides the capability to adapt the sequence of algorithms to an individual state of the processing chain and makes the solution robust and flexible. The comparison of this approach with others on the same use case shows the efficiency and improvement this approach brings.</p>

<p><span style="color: rgb(73, 72, 72); font-family: Roboto, Roboto, &quot;Helvetica Neue&quot;, sans-serif; font-size: 14px; text-align: justify;">Experts&rsquo; knowledge about optical technologies for spatial and spectral recording is logically structured and stored in an ontology-based knowledge representation with the aim to provide objective recommendations for recording strategies. Besides operational functionalities and technical parameters such as measurement principles, instruments, and setups further factors such as the targeted application, data, physical characteristics of the object, and external influences are considered creating a holistic view on spectral and spatial recording strategies. Through this approach impacting factors on the technologies and generated data are identified. Semantic technologies allow to flexibly store this knowledge in a hierarchical class structure with dependencies, interrelations and description logic statements. Through an inference system the knowledge can be retrieved adapted to individual needs.</span></p>

<p>Accuracy, Artefact, Feature, Precision, Reconstruction, Resolution, Texture, Uncertainty are words central to many discussions of the documentation of CH. This chapter charts the interdisciplinary discussion towards a common understanding of terminologies used in CH. It is a discussion that recognizes critical differences or common misuse, and aims to contribute to a shared understanding that may be useful for all knowledge domains in the field.</p>

<p>Dieser Beitrag beschreibt die a priori Abschätzung erreichbarer Genauigkeiten der Bündelblockausgleichung. Dies geschieht mit Hilfe des EMVA1288 Standards. Durch numerische Simulationen wird hierzu zunächst die Zentrumsunsicherheit der Zielmarken mit der daraus folgenden Objektraum-Unsicherheit verknüpft. Der nächste Schritt ist eine Verknüpfung der EMVA1288-Kennzahlen und der daraus resultierenden Unsicherheit eines Grauwertes mit Algorithmen zur Ellipsendetektion. Abschließend wird ein stochastisches Modell vorgeschlagen und an einer real durchgeführten Kamerakalibrierung untersucht.</p>

<p>Das Vorhaben will einen Innovationsschub für die Anwendung vermessungstechnischer<br />Tachymeter (auch Totalstationen, mobile Polarmesssysteme großer Reichweite)<br />auslösen.<br />Ermöglicht wird dieser Innovationsschub durch die Integration bildgebender Sensoren<br />mit einem konsequent modularen Lösungsansatz an Stelle der bislang mit nur<br />mäßigem Erfolg unternommenen monolithischen Lösungsansätze. Durch unser Konzept<br />werden die stark unterschiedlichen Entwicklungszyklen der zentralen Systemkomponenten<br />entkoppelt. Dadurch werden mittelfristig insbesondere KMU, Entwicklungseinrichtungen<br />und Hochschulen in die Lage versetzt, anwendungsspezifische<br />Lösungen für den expandierenden Markt von Geoinformationen und den steigenden<br />Bedarf an räumlichen Geometriedaten zu entwickeln und in der Folge auch eigenständig<br />zu vermarkten.</p>

<p>Traditionally stone inscriptions or drawings are documented through pictures or rubbings. The latter ones represent an analogue copy of the stone&rsquo;s surface and its features which are reproduced on paper. The disadvantage of this technique is the physical impact to the stone and the contained elements. Images reproduce the surface without contact. However, they might be affected by geometrical distortions and need appropriate lighting conditions to show the signs properly.</p><p>These problems will be avoided by means of non-contact 3D measuring techniques, like fringe projection. Such high resolution 3D techniques provide an exact geometrical copy of the original petroglyph, offering better results in legibility compared to traditional techniques. Moreover, it gives a more objective base for analysis and has less impact on the sometimes sensitive and eroded surfaces. Furthermore 3D data allows more extensive and further possibilities in processing and gives better preconditions for the interpretation.</p><p>However, depending on factors like resolution, scanned surface and degree of overlap between individual scans original 3D datasets may represent large up to really massive volumes of data. An effective use of such datasets can only be realised if they are condensed and prepared in a suitable way. This means reduction of the data volume, minimising any disturbing influence emerging from the spatial shape of the surface and emphasizing relevant information. The corresponding preparation of the data will then be a good base for a interpretation performed by the human science specialist through an adapted visualization. In addition the data should be prepared for high performance presentation to a wider community via the internet.</p><p>Processed digital copies of the Petroglyphs are visualised in order to enable the user to inspect the processed scans of the objects. By inspecting the scans the application provides a mass of functionality for achieving different views into the Petroglyphs and their appearance. This comprises on the one hand a simple 2D viewer for the processed data, and on the other hand a 3D viewer with interactive changeable light positions and water levels as well as a viewer for applying various lookup tables (colour), predefined image filters (convolution) and template matching (matching) regarding individual characters.</p><p>Provided functionality of the 3D viewer is based on features of 3D computer graphics. Surface normal vectors from the grey values of the processed scans and a light direction vector from an interactively changeable light source are computed. In addition shading is complemented by water filling, whereby the gray values are limited by the water level selected. Individual modifications are possible to improve the subjective impression by the user, trying to support him in his process of interpretation. Interactive changes of the light source directly affect the shading of the surface and provide a better idea of the 3D surface of the inscription board. Dynamic virtual water filling enables the user to obtain an even better impression of the depth of the individual characters and emphasise weathered characters.</p><p>The paper will explain the developed techniques and document its potential at selected data sets.</p>

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

<p><span class="Abstract" id="scm6MainContent_rptSections_lblSection_0">Modern instruments like laser scanner and 3D cameras or image based techniques like structure from motion produce huge point clouds as base for further object analysis. This has considerably changed the way of data compilation away from selective manually guided processes towards automatic and computer supported strategies. However it&rsquo;s still a long way to achieve the quality and robustness of manual processes as data sets are mostly very complex. Looking at existing strategies 3D data processing for object detections and reconstruction rely heavily on either data driven or model driven approaches. These approaches come with their limitation on depending highly on the nature of data and inability to handle any deviation. Furthermore, the lack of capabilities to integrate other data or information in between the processing steps further exposes their limitations. This restricts the approaches to be executed with strict predefined strategy and does not allow deviations when and if new unexpected situations arise. We propose a solution that induces intelligence in the processing activities through the usage of semantics. The solution binds the objects along with other related knowledge domains to the numerical processing to facilitate the detection of geometries and then uses experts&rsquo; inference rules to annotate them. The solution was tested within the prototypical application of the research project &ldquo;Wissensbasierte Detektion von Objekten in Punktwolken für Anwendungen im Ingenieurbereich (WiDOP)&rdquo;. The flexibility of the solution is demonstrated through two entirely different USE Case scenarios: Deutsche Bahn (German Railway System) for the outdoor scenarios and Fraport (Frankfort Airport) for the indoor scenarios. Apart from the difference in their environments, they provide different conditions, which the solution needs to consider. While locations of the objects in Fraport were previously known, that of DB were not known at the beginning. &copy; (2015) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.</span></p>

<p>Constant technological progress results in new possibilities to produce reliable and rich spatial data of cultural heritage objects. In order to make optimal use of these capabilities, it is important to identify and name the information required to best serve the reasoning processes in these application fields. Correspondingly it is necessary to know about the characteristics of digitization techniques producing the content adapted to the needs of the applications. Due to the considerable complexity of instruments and processes producing the data, it is helpful to have a clear structure which relates the capabilities of the instruments to the requirements of the applications. This paper addresses this topic and shows a way of structuring spatial techniques as well as how this structure can be related to applications in the field of cultural heritage.</p>

<p>This paper documents the formulation of an international, interdisciplinary study, on a concerted European level, to prepare an innovative, reliable, independent and global knowledge base facilitating the use of today&rsquo;s and future optical measuring techniques for the documentation of&nbsp; cultural heritage. Cultural heritage professionals, color engineers and scientists share similar goals for the documentation, curation, long-term preservation and representation of cultural heritage artifacts. Their focus is on accuracy in the digital capture and remediation of artefacts through a range of temporal, spatial and technical constraints. A shared vocabulary to interrogate these shared concerns will transform mutual understanding and facilitate an agreed movement forward in cultural heritage documentation here proposed in the work of the COST Action Color and Space in Cultural Heritage (COSCH). The goal is a model that captures the shared concerns of professionals for a standards-based solution with an organic Linked Data model. The knowledge representation proposed here invokes a GUI interface for non-expert users of capture technologies, facilitates, and formulates their engagement with key questions for the field.</p>

<p>Results from two sample projects will be presented, showing possibilities to improve quality and precision of data capture and evaluation.</p><p>One example explains the potential to improve the absolute positional accuracy of a robot guided effector when applying photogrammetric strategies. Need and aims of such a tracking process are explained, followed by a description of actual solutions and their restrictions. Then the potential of photogrammetric solutions for such purposes are outlined, followed by a detailed description of the system developed. Finally, practical tests are shown, underlining that the design and realization are able to hold the challenging aims and improve the absolute accuracy of a robot by a factor of 20.</p><p>In an second example possibilities to evaluate huge data sets are presented. Due to the increasing availability of large unstructured point clouds obtained from laser scanning and/or photogrammetric data, there is a growing demand for automatic processing methods. Given the complexity of the underlying problems, several new methods resort to using semantic knowledge in particular for supporting object detection and classification. A novel approach making use of advanced algorithms is shown, in order to benefit from intelligent knowledge management strategies for the processing of 3D point clouds along with object classification in scanned scenes. In particular, these method extends the use of semantic knowledge to all stages of the processing, including the guidance of the 3D processing algorithms. The complete solution consists in a multi-stage iterative concept based on three factors: the modeled knowledge, the package of algorithms, and the classification engine.</p>

<p><strong>Motivation</strong><br />Tesat Spacecom realisiert laserbasierte Systeme für die optische Kommunikation zwischen Erdsatelliten, sog. Laser Terminals LCT. Eine besondere technische<br />Herausforderung ist es hierbei, den Laserstrahl vom sendenden Satelliten präzise auf den empfangenden Satelliten zu richten, der sich in einer Entfernung<br />von mehreren tausend Kilometern befindet und sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 25.000 km/h bewegt. Für das i3mainz ist die Lösung der zugehörigen anspruchsvollen messtechnischen Aufgaben an der Grenze der heute erreichbaren Genauigkeit von großem Interesse, da sich daraus zahlreiche Impulse<br />für messtechnische Lösungen auf der Erde ergeben, insbesondere für Objekte &bdquo;in Bewegung&ldquo;: Zukünftige Einsatzfelder könnten durchaus in der automatisierten Baumaschinensteuerung oder in der Schwingungserfassung und Vibrationsanalyse für die Instandhaltung von technischen Bauwerken liegen. Mit der Unterzeichnung des Rahmenvertrags über die Lieferung von Laserkommunikations-Terminals für EDRS zwischen Tesat und der europäischen Weltraumbehörde ESA gewinnt die kommerzielle Nutzung von Laserterminals deutliche Konturen: Das European Data Relay Satellite System EDRS ist ein System von geostationären Kommunikationssatelliten, die eine kontinuierliche Datenübertragung zwischen Satelliten, unbemannten Flugkörpern (UAVs) und Bodenstationen ermöglicht. Das System soll Vollzeitkommunikation auch mit Satelliten in erdnaher Umlaufbahn erlauben, die derzeit immer nur während des kurzen Zeitfensters eines direkten Überflugs mit der Bodenstation Daten austauschen können. EDRS wird hochaktuelle Geoinformationen am richtigen Ort und zur richtigen Zeit verfügbar machen und damit zum Beispiel Rettungskräfte mit Nahe-Echtzeit-Satellitendaten und Informationen der Krisenregion versorgen, in der sie tätig sind. Die ersten Terminals werden in die beiden niedrig fliegenden LEO-Satelliten Sentinel 1a und Sentinel 2a und den geostationären Satelliten Alphasat montiert.<br /><br /><strong>Aktivitäten</strong><br />Aus Sicht des i3mainz gab die neue Konzeption zur hochgenauen Laborkalibrierung von Laserterminals seitens Prof. Dr. Martin Schlüter Anfang 2006 den<br />Startschuss. Noch in 2006 folgte die Kalibrierung des Laserterminals für den deutschen Erdbeobachtungssatelliten TerraSAR-X. In 2007 schloss sich die Einrechnung des Laserterminals für den amerikanischen Technologiesatelliten NFIRE an. Zwischen diesen beiden Satelliten gelingt bis heute der erfolgreiche Datentransfer zwischen Laserterminals im Orbit um die Erde. In den Jahren 2007 bis 2008 wurde seitens des i3mainz das Kinematische Tracking mit zwei motorisierten Digitalkameratheodoliten auf der Basis von motorisierten Präzisionstheodoliten Leica TM5100 mittels automatisierter Bildverarbeitung realisiert. Diese neuartigen Messsysteme bewährten sich 2009 bei der Einrechnung des Laserterminals MLT. Zukunftsweisend ist die Untersuchung des i3mainz zur Eignung des Lasertrackers Leica AT401 für Autokollimationszielungen auf Referenzwürfel in 2012, mit freundlicher Unterstützung der Hexagon Metrology GmbH. Zur Einrechnung des Laserterminals für Alphasat erweisen sich die i3mainz-Digitalkameratheodolite bereits als bewährte Arbeitspferde.</p>

<p>Bis zu 62 500 Zielungen pro Sekunde werden derzeit mit einer USB 3.0 Industriekamera am geodätischen Tachymeter erreicht. Exemplarisch betrachten wir die Einsatzmöglichkeiten solcher Systeme für die Erfassung hochfrequenter Schwingungen, stellen aktuelle Grenzen dar und schlagen einen pragmatischen Weg für eine präzise zeitliche Zuordnung der Beobachtungen mithilfe eines GPS-Zeitempfängers vor.</p><p>Neben hochfrequenten Zielungen erlaubt das am Institut für raumbezogene Informations- und Messtechnik i3mainz entwickelte Konzept MoDiTa &ndash; Modulare DigitalkameraTachymeter &ndash; ein hochgenaues Monitoring über lange Zeiträume. Mithilfe der modularen Okularkameras und einem Kollimator als Ziel werden die bekannten Verfahren zur automatischen Zielerfassung und Zielverfolgung von Punkten im Raum (wie z.B. ATR) mit der hochgenauen Erfassung absoluter Ausrichtungen im Raum ergänzt.</p>

<p>Autokollimationszielungen ergänzen die hochgenaue 3D-Koordinatenmesstechnik und ermöglichen die präzise Festlegung von Richtungen im Raum auch unter beengten räumlichen Verhältnissen. Exemplarisch untersuchen wir die Durchführung von Autokollimationzielungen mit einem Lasertracker. Um die neuartige Vorgehensweise mit dem Leica Absolute Tracker AT401 dem klassischen Prozedere mit Industrietheodolit und Autokollimationsokular vergleichend gegenüber stellen zu können, vermessen wir einen verspiegelten Prüfkörper dreimal unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Gerätesystemen.</p>

<p>Autokollimationszielungen ergänzen die hochgenaue 3D-Koordinatenmesstechnik und ermöglichen die präzise Festlegung von Richtungen im Raum auch unter beengten räumlichen Verhältnissen. Exemplarisch untersuchen wir die Durchführung von Autokollimationzielungen mit einem Lasertracker.</p><p>Um die neuartige Vorgehensweise mit dem Leica Absolute Tracker AT401 dem klassischen Prozedere mit Industrietheodolit und Autokollimationsokular vergleichend gegenüber stellen zu können, vermessen wir einen verspiegelten Prüfkörper dreimal unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Gerätesystemen.</p>

<p>Aufgrund der komplementären Eigenschaften von Bild- und Scandaten werden zunehmend<br />digitale Photogrammetrie und terrestrisches Laserscanning simultan für die Erfassung und<br />Dokumentation dreidimensionaler Objekte verwendet. Ihre gemeinsame Nutzung erfordert<br />die Korrespondenzherstellung zwischen den unterschiedlichen, heterogenen Datentypen und<br />die Verknüpfung gleicher Datentypen verschiedener Aufnahmestandpunkte.<br />Das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren nutzt spezielle Passobjekte, um bessere Bedingungen<br />für eine Korrespondenzherstellung zu schaffen. Der Schwerpunkt liegt dabei in der<br />Verknüpfung der Scandaten.<br />Die Eckpunkte von Würfeln werden als Passpunkte zur Bestimmung der Transformationsparameter<br />verwendet. Die Zerlegung des Würfels in seine Einzelelemente (Ebenen, Kanten,<br />Eckpunkte) und die Extraktion der Würfeleckpunkte erfolgt mittels eines RANSAC-Algorithmus<br />sowie der Ausgleichung und Verschneidung der Würfelebenen auf Basis eines<br />topologischen Modells. Dieses erlaubt durch seine Eindeutigkeit die Bestimmung der räumlichen<br />Ausrichtung des Würfels.<br />Die Genauigkeit der berechneten Würfelgeometrie hängt in erster Linie von der Aufnahmeentfernung<br />ab. Für eine Distanz &lt;10m werden maximale Längenabweichungen der Raum- und<br />Flächendiagonalen der Würfel von  4mm erhalten. Die berechneten Werte für die<br />Transformationsparameter bei der Verknüpfung der Scandaten sind vergleichbar mit den Resultaten<br />bestehender Verfahren zur Registrierung von Scandaten. In Abhängigkeit von der<br />Aufnahmekonguration betragen die Restklaffungen der Passpunkte bis zu 5mm. Im Gegensatz<br />zu bestehenden Verfahren werden mit nur einem Würfel bereits gute Näherungswerte<br />für die Transformationsparameter erhalten. Die Bestimmung der Würfeleckpunkte aus den<br />Scandaten schafft zugleich gute Voraussetzungen für eine Verknüpfung mit den Bilddaten, die<br />unabhängig von der Position des Scannerstandpunktes aufgenommen werden können.</p>

<p>In this paper we present a novel approach for 3D point cloud processing with the aim of annotating objects in a scanned scene. Our method is based on human cognition to guide the 3D processing algorithms and uses semantic knowledge to manage data and identify immediate situation-dependent objectives. In particular, we have built a system that allows an automatic and flexible selection of algorithms. The selection strategy exploits knowledge to identify the geometrical features to be detected as well as the objects to be annotated at each stage of the 3D processing of the point cloud.</p>