Aufnahmekamera Fuji S2 Pro und Objektiv

Die photogrammetrischen Aufnahmen der Stereoauswertung der archäologischen architektonischen Objekte wurden mit der handelsüblichen digitalen Spiegelreflexkamera Fujifilm FinePixS2 Pro durchgeführt. Derartig moderne Kameras bieten sich heute bei photogrammetrischen Bauaufnahmen für Zwecke der Bauwerkserhaltung und Restauration, der kunstgeschichtlichen Analyse und Dokumentation sowie Visualisierungen aufgrund der hohen Auflösung und der einfachen Hand- habung an. Die Kamera besitzt einen CCD- Chip mit einer Aufnahmefläche von 23,3 mm x 15,6 mm, der physikalisch eine Auflösung von 6,17 Megapixel und interpoliert von 12,2 Megapixel liefert. Eine Speicherkarte mit ein Gigabyte Kapazität kann max. 80 farbige Bilder mit voller Auflösung im unkomprim-ierten RAF/RAW- Format (13 MB) speichern. Die relativ leichte und handliche Kamera kann mit allen handelsüblichen AF Nikkor Objektiven verwendet, daher musste die Kamera auch mit dieser Brennweite (35 mm) kalibriert werden. Das Öffnungsverhältnis der Blende beträgt 1:2. Je kleiner diese Zahl ist, desto lichtstärker ist das Objektiv.


Das Testfeld

Da im Zuge des Auswerteprozesses eine CCD – Amateurkamera kalibriert werden soll und eine ebene Kalibrierplatte an der Hochschule Anhalt zur Verfügung steht, bietet es sich an diese zu nutzen und eine Testfeldkalibrierung durchzuführen.

Das Testfeld besteht aus einer ebenen Platte auf der ein Raster aus 105 signalisierten und codierten Passpunktmarken, welche die einzelnen Passpunkte markieren, befestigt ist. Der Rasterabstand zwischen den einzelnen Passpunktmarken beträgt durchschnittlich 13 cm. Die Koordinaten der einzelnen Passpunkte auf der Kalibrierplatte wurden im Rahmen einer Semesterübung von Studenten der Hochschule Anhalt mit Hilfe eines geodätischen Theodolitensystems hochgenau bestimmt.


Kalibrierung der Aufnahmekamera

Bei einer Kamerakalibrierung werden die richtige Lage des Bild- hauptpunktes, die Kamerakonstante und die einzelnen Bildfehler einer Kamera bestimmt und somit die innere Orientierung hergestellt. Als Folge der Kalibrierung kann die ausgewählte Fuji S2 pro für vermessungs- technische Aufgaben genutzt werden. Das heißt, die Kalibrierung ist Grundlage der anschließenden Stereoauswertung ausgewählter Objekte.

Um ein möglichst aussagekräftiges Ergebnis erzielen zu können, ist auf eine gute räumliche und formatfüllende Verteilung der Passpunkte in den Aufnahmen zu achten. Des Weiteren muss eine bestimmte Aufnahme- konfiguration verwendet werden, da aus diesen Aufnahmen mittels der Software Pictran, über eine Bündelblockausgleichung, die innere Orientierung der verwendeten Kamera ermittelt wird. Diese Konfiguration sieht vor, dass unterschiedliche gewälzte und geneigte Aufnahmen von verschiedenen Standpunkten verwendet werden.

Da die Ergebnisse der Kalibrierung durch einen Wechsel der Objektive, thermischen (Temperaturschwankungen) und/oder mechanischen (Trans- port) Einflüssen und speziell durch Umfokussierungen beeinflusst werden, sollte eine Kalibrierung (digitale Amateurkamera) vor jeden größeren Messeinsatz durchgeführt werden. In diesem Fall sind die Messobjekte aus verschiedenen Entfernungen erfasst worden und es mußte die Kamera auf drei unterschiedliche Fokussiereinstellungen kalibriert werden.


Digitale Stereoauswertung

Beispiel - Kratèr:

Eines der Messobjekte, das nach diesem Verfahren ausgewertet wurde, ist ein antiker Kratèr. Er ist mit acht Stereo- aufnahmen (Abb. rechts) erfasst wurden, wobei die Orientierungsdaten der einzel- nen Bilder über eine Mehrbildorien- tierung, die auf der Bündelausgleichung basiert, ermittelt worden (Phidias, Rollei).
   
Nach den Stereobildorientierungen er- folgte eine Bildtrennung über die unter- schiedliche Einfärbung der beiden Bilder (Anaglyphenverfahren) eines Modells und es konnte das Objekt mit Hilfe einer Farbbrille 3D betrachtet werden (Abb. rechts).
   
Aus dieser Stereoansicht wurden mit der Stereoauswertesoftware der fokus GmbH Leipzig (metigo Stereo) Punktewolken in einem Rasterabstand von 3 mm generiert und zu einer Gesamtpunktewolke des Kratèrs zusammengefasst (Abb. rechts).
   
Die Punktewolke wurde trianguliert und das Ergebnis stellt ein genaues Abbild der realen Objektoberfläche dar (Abb. rechts).
   
Für ein photorealistisches Oberflächen- modell wurde die Triangulierung mit den Farbinformationen der orientierten Stereo- aufnahmen relativ verzerrungsfrei texturiert (Abb. rechts).

Beispiel - Kapitelle:

Da bei der Bearbeitung der einzelnen Kapitelle lediglich die Front ausgewertet werden sollte, wurde hier jeweils nur ein Stereobildpaar für jedes Objekt benötigt. Das heißt, es müssen nur die Stereobilder zueinander orientiert werden. Mit dem Softwarepaket metigo PAN ist eine relativ schnelle, bequeme und einfache Orientierung von digitalen Stereobildpaaren realisierbar. In ihr wird auf die kombinierte relative und absolute Orientierung zurückgegriffen. Wobei die Messung von Verknüpfungspunkten für die relative Orientierung, durch integrierte Matching Funktionen erleichtert und präzisiert wird. Die absolute Orientierung ist für alle erdenklichen Fälle, angefangen durch Passpunkte über die Aufnahmebasis bis hin zu bekannten Strecken im Bildraum, durchführbar.

Nach der Orientierung der Stereobildpaare erfolgte die Auswertung nach dem gleichen Prinzip wie im Fall des Kratèrs.


Beispiel - Tonscherben:

Damit die archäologischen Kleinfunde beidseitig in einem System stereographisch ausgewertet werden konnten, hat die fokus GmbH Leipzig in Zusammenarbeit mit der BTU Cottbus eine Vorrichtung, für die Arretierung von Tonscherben, entwickelt. Diese Vorrichtung ermöglicht es Tonscherben einzuspannen. Das Gitter hat eine Größe von etwa 20 cm x 10 cm x 15 cm. Um bei der absoluten Orientierung des Stereobildpaares einen Maß- stabsbezug herstellen zu können wurden auf dem Rahmen Passmarken angebracht und eingemessen.

Zur Aufnahme der einzelnen Scherben wurden zwei unterschiedliche Kameras vom Typ Fuji S2 Pro verwendet die auf einem Stereostativ befästigt waren (siehe Abbildung).

Die Orientierung und Auswertung der einzelnen Stereobildpaare erfolgte über die Softwarepackete metigo PAN und metigo STEREO und ist angelehnt an der Kapitellauswertung.