Historische Luftbilder in Metashape: Scans und Referenzmarken

Historische Luftbilder können Aufschlüsse über eine Landschaft geben, wie sie vor dem Bau eines Staudamms, einer Straße oder einer Stadterweiterung aussah. Durch das Scannen des Films erhalten Sie digitale Bilder, doch ein Scan entspricht nicht einem modernen Kamerabild mit einwandfreien EXIF-Metadaten. Agisoft Metashape Professional kann gescannte analoge Fotos anhand ihrer Referenzmarken verarbeiten, um die für die Photogrammetrie erforderliche interne Bildgeometrie wiederherzustellen.

Was macht Filmbilder zu einem Sonderfall?

Jeder Luftbildrahmen enthält ein fotografisches Bild sowie Markierungen, die an das Koordinatensystem der Originalkamera gebunden sind. Beim Scannen können einzelne Kopien gedreht, skaliert oder leicht verzerrt werden. Mithilfe von Referenzmarken lässt sich das digitale Bild auf die Geometrie der Filmkamera beziehen. Der Arbeitsablauf ist besonders relevant für Vermessungen, die aus Daten mehrerer Jahre, verschiedener Kameras oder unterschiedlicher Scanauflösungen zusammengestellt werden. Behalten Sie diese Quellen getrennt bei, bis Sie verstanden haben, wie sie entstanden sind.

Im Tutorial von Agisoft zum Scannen von Bildern wird erläutert, dass Bilder von verschiedenen analogen Kameras unterschiedlichen Kalibrierungsgruppen zugeordnet werden sollten. Das Benutzerhandbuch „Professional“ dokumentiert die Einstellungen für Filmkameras sowie die Kalibrierung anhand von Referenzmarken ausführlich.

Sammeln Sie zunächst das passende Archivmaterial

• Originalscans mit einheitlicher, dokumentierter Auflösung, wobei der Filmrahmen und die Passmarken intakt sind.
• Kameridentifikations- und Kalibrierungszertifikat, sofern vorhanden, einschließlich der Koordinaten der Referenzpunkte und der Einheiten.
• Flugindex, ungefähre Aufnahmedaten, Nennmaßstab sowie etwaige verfügbare Bodenvermessungen oder identifizierbare, beständige Merkmale.
• Eine Aufzeichnung der Scanausrichtung, des Zuschnitts, der Retusche sowie etwaiger vorangegangener geometrischer Korrekturen. Bewahren Sie die unbearbeiteten Master-Scans auf.

Entfernen Sie keine Randmarkierungen vom Archivvorlage. Randvermerke können während der Bearbeitung ausgeblendet werden, falls sie den Bildabgleich beeinträchtigen. Die Bearbeitung eines kleinen, repräsentativen Stereoblocks vor der Digitalisierung des gesamten Archivs kann Aufschluss darüber geben, ob die Scanqualität und -kontrolle ausreichend sind.

Arbeitsablauf mit Referenzpunkten in Metashape

1. Fügen Sie die gescannten Bilder hinzu und überprüfen Sie die Kalibrierungsgruppen auf Übereinstimmung hinsichtlich Kameramodell und Scanauflösung.
2. Aktivieren Sie unter „Extras“ > „Kamerakalibrierung“ für die entsprechende Gruppe die Option „Filmkamera mit Referenzmarken “.
3. Verwenden Sie „Tools“ (Werkzeuge) > Marker > Erkennen Sie Referenzpunkte, wenn die Markierungen einem unterstützten Typ entsprechen. Agisoft listet „Generic“ (Generisch), „Right angle“ (Rechtwinklig), „45 degrees cut“ (45-Grad-Schnitt) und „Frame“ (Rahmen) als Erkennungsoptionen auf. Überprüfen Sie jede erkannte Stelle.
4. Geben Sie die Koordinaten der Referenzpunkte aus dem Kamerazertifikat in der angegebenen Bildkoordinatensystemkonvention ein oder befolgen Sie das Kalibrierungsverfahren von Agisoft, falls dieses Zertifikat nicht verfügbar ist. Platzieren Sie nicht standardmäßige Markierungen bei Bedarf manuell.
5. Blenden Sie gegebenenfalls die Ränder des Hilfsrahmens aus, richten Sie eine Testauswahl aus und überprüfen Sie anschließend die Kalibrierung, die Bildkontinuität und die Kontrollrestwerte, bevor Sie ein vollständiges Orthomosaik oder ein Höhenprodukt erstellen.

Die Analyse historischer Veränderungen erfordert besondere Zurückhaltung

Differenzkarten können überzeugend sein, doch ein Vergleich zweier Epochen birgt auch Unsicherheiten, die auf die Scantechnik, die Kamerakalibrierung, sich verändernde Bodenreferenzpunkte, die Vegetation und die Wahl eines gemeinsamen Koordinatensystems zurückzuführen sind. Verwenden Sie zur Validierung beständige Merkmale und führen Sie, wo immer möglich, unabhängige Überprüfungen durch. Geben Sie die Fläche und die Epoche an, für die die Belege stichhaltig sind; leiten Sie keine kleinräumigen Veränderungen allein aus einem ansprechenden Bild ab. Unser Leitfaden zum Koordinatensystem und unser Leitfaden zur Auswertung von Berichten decken zwei Aspekte dieser Bewertung ab.

Die Scanqualität bestimmt, was wiederhergestellt werden kann

Ein hoher Nennwert für die Punktdichte pro Zoll kann ein unscharfes Originalnegativ oder eine ungleichmäßige Fokussierung des Scanners nicht ausgleichen. Prüfen Sie, ob alle Passmarken und der gesamte nutzbare Bildbereich vorhanden sind, ob Staub oder Kratzer die Passpunkte verdecken und ob bei verschiedenen Chargen die Bildgröße geändert oder das Bild gedreht wurde. Wenn Sie sich zwischen einer optisch bereinigten Version und einem originalgetreuen Archivscan entscheiden müssen, behalten Sie beide bei und bearbeiten Sie die Version mit nachvollziehbarer Geometrie.

Führen Sie Bildmaterial verschiedener analoger Kameras nicht allein deshalb zusammen, weil die Fotos dieselbe digitale Pixelgröße aufweisen. Die ursprünglichen Kameraeinstellungen, die Filmbild- und die Scannereinstellungen können unabhängig voneinander variieren. Anhand eines kurzen Testblocks können Sie die Bildanpassung und die Abweichungen der Passmarken beurteilen, bevor Sie Zeit für Tausende von Einzelbildern aufwenden.

Ein Beispiel für eine Validierung über zwei Epochen hinweg

Bei einer historischen Küstenlinie sollten Sie die ältere und die neuere Vermessung unabhängig voneinander rekonstruieren. Verwenden Sie ein gemeinsames, dokumentiertes Referenzsystem und identifizieren Sie stabile, feste Merkmale, die beide Zeitpunkte überstanden haben. Vergleichen Sie jede Epoche, sofern verfügbar, mit unabhängigen Referenzdaten; erst danach sollten Sie die Küstenlinien- oder Höhenprofile miteinander vergleichen. Wasserstand, Vegetation und saisonale Freilegung können scheinbare „Veränderungen“ hervorrufen, die nicht mit Bodenbewegungen zusammenhängen. Kennzeichnen Sie solche Bereiche als „unverifiziert“, anstatt sie auszufüllen, um eine durchgehende Veränderungskarte zu erstellen.

Der Methodenbericht des USGS zu historischen Luftbildern liefert zusätzliche Hintergrundinformationen zu gescannten Fotografien, Kameraberichten und modernen „Structure-from-Motion“-Verarbeitungsverfahren. Es handelt sich um ein Nachschlagewerk zu den Methoden und nicht um eine Garantie dafür, dass jedes Archiv eine moderne Genauigkeitsklasse erfüllen kann.

Wählen Sie den Referenzpunkt-Workflow aus dem eigentlichen Film aus

Falls das Kamerazertifikat Referenzkoordinaten enthält, übertragen Sie diese bitte einschließlich ihrer Einheiten und Koordinatenkonvention, anstatt sie anhand der Bildschirmanzeige zu schätzen. Die Anweisungen von Agisoft geben Millimeterkoordinaten relativ zur Sensor-Mitte an, wobei die Bildachsen gemäß der Dokumentation im Tutorial ausgerichtet sind. Eine vertauschte Koordinate oder ein falsches Vorzeichen kann die Innengeometrie eines gesamten Blocks beeinträchtigen. Notieren Sie die Zertifikats-ID und bewahren Sie eine Kopie zusammen mit dem Projekt auf.

Wenn die Markierungen nicht dem Standard entsprechen, beschreibt Agisoft die manuelle Platzierung sowie eine Kalibrierungsoption für Archive ohne zertifizierte Koordinaten. Überprüfen Sie eine Stichprobe von Bildern aus jedem Scan-Stapel; die automatische Erkennung auf der ersten Rolle garantiert nicht, dass dieselben Markierungen auch auf späteren, beschnittenen oder beschädigten Bildern sichtbar sind. Behalten Sie die Überprüfung der erkannten Markierungen als Teil der Qualitätssicherung bei, insbesondere wenn die Ausgabe für messbare Veränderungen verwendet wird.

Häufig gestellte Fragen

Kann Metashape alle Referenzmarken-Designs auf Röntgenfilmen automatisch erkennen?

Nein. Unterstützte Designs können automatisch erkannt werden; bei anderen Designs sind möglicherweise eine manuelle Platzierung und Kameradaten erforderlich. Vergleichen Sie die Erkennungsergebnisse mit dem tatsächlichen Scan.

Kann ich Scans aus mehreren Jahrzehnten in einem Projekt zusammenfassen?

Dies mag zwar möglich sein, doch sollten Sie zunächst die Kamerazustände und Vermessungsepochen voneinander trennen, Überschneidungen und einen gemeinsamen Bezugspunkt festlegen und anschließend jede Epoche unabhängig voneinander auswerten, bevor Sie von einer Veränderung sprechen.

Technische Grundlage: Agisoft-Tutorial zu Filmaufnahmen und Agisoft Professional-Handbuch.