Thermal Drone Mapping with Metashape: RGB & IR Workflow
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Wärmebildkartierung mit Drohnen und Metashape: RGB- und IR-Workflow

Veröffentlicht am von admin

Die thermische Kartierung mit Drohnen mithilfe von Agisoft Metashape kann Hunderte oder Tausende von RGB- und Infrarot-Luftbildern in räumlich kohärente Produkte umwandeln: ein RGB-Orthomosaik, ein radiometrisches thermisches Orthomosaik, ein digitales Oberflächenmodell, ein 3D-Modell sowie georeferenzierte Ebenen für Inspektionen oder GIS-Analysen. Die Schwierigkeit besteht nicht lediglich darin, farbenfrohe Thermogramme zusammenzufügen. Ein fundierter Arbeitsablauf muss die Geometrie, die Temperaturinformationen und den physikalischen Kontext, in dem die Bilder aufgenommen wurden, bewahren.

RGB- und Wärmebildkameras erfassen dieselbe Szene auf grundlegend unterschiedliche Weise. RGB-Bilder bieten in der Regel eine höhere räumliche Auflösung und eine ausgeprägtere visuelle Textur für die photogrammetrische Ausrichtung. Eine radiometrische Wärmebildkamera misst Infrarotstrahlung und kann Bildpixel mit scheinbaren Temperaturwerten verknüpfen; ihre Bilder sind jedoch oft kleiner, weisen weniger Textur auf und reagieren empfindlicher auf den Aufnahmebedarf, die Oberflächenemissivität, Reflexionen sowie Umgebungsbedingungen. Durch die korrekte Kombination beider Quellen können RGB-Daten die Geometrie und Interpretation unterstützen, während Infrarotdaten räumliche Temperaturmuster aufzeigen.

Grundprinzip: Verwenden Sie RGB-Bildmaterial, um ein möglichst stabiles geometrisches Gerüst zu schaffen, bewahren Sie die ursprünglichen radiometrischen Wärmewerte bei und überprüfen Sie die räumliche Ausrichtung sowie das Temperaturverhalten unabhängig voneinander. Eine optisch ansprechende Wärmekarte ist nicht automatisch ein metrisch oder radiometrisch zuverlässiges Ergebnis.

Dieser Leitfaden stellt einen vollständigen professionellen Arbeitsablauf für die Bearbeitung von RGB- und Infrarot-Drohnenbildern in Agisoft Metashape Professional vor. Die Menübezeichnungen beziehen sich auf den aktuellen Arbeitsablauf in Metashape Professional 2.3; die genauen Optionen können je nach Version und Kamerasystem geringfügig abweichen.

Inhaltsverzeichnis

Was versteht man unter thermischer Drohnenkartierung?

Bei der thermischen Drohnenkartierung handelt es sich um die Erstellung einer räumlich referenzierten Darstellung von Oberflächentemperaturverläufen anhand überlappender Infrarotbilder, die von einem unbemannten Luftfahrzeug aufgenommen wurden. Je nach Sensor und Arbeitsablauf kann das endgültige Raster kalibrierte oder scheinbare Temperaturwerte, digitale Rohdaten oder lediglich Farben enthalten. Diese Ergebnisse sind nicht untereinander austauschbar.

Ein thermisches Orthomosaik korrigiert die Bildperspektive und projiziert Infrarotdaten auf ein Oberflächenmodell. Dies ermöglicht den Vergleich von Standorten, die Abgrenzung von Anomalien sowie die Integration der Ergebnisse in CAD- oder GIS-Ebenen. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen:

  • Prüfung von Solarmodulen und der elektrischen Infrastruktur;
  • Begutachtungen von Dächern, Fassaden und der Gebäudehülle;
  • Prüfung von Fernwärmenetzen und Rohrleitungen;
  • Inspektion von Industrieanlagen;
  • Begutachtung von Brückendecks und Betonkonstruktionen;
  • Bewässerung, Wasserstress bei Kulturpflanzen und Umweltüberwachung;
  • Untersuchungen im Zusammenhang mit Deponien, Bränden, geothermischen Phänomenen und Wärmeverlusten.

Thermische Anomalien sind Indikatoren, die einer Interpretation bedürfen. Ein warmer oder kalter Bereich kann durch einen Defekt verursacht werden, ist jedoch auch auf Schatten, Feuchtigkeit, unterschiedliche Materialien, Oberflächenverunreinigungen, Reflexionen, wechselnde Wetterbedingungen oder einen anderen Betrachtungswinkel zurückzuführen. So beschreibt beispielsweise die US-amerikanische Federal Highway Administration die Infrarot-Thermografie als zerstörungsfreies Verfahren zur Erkennung von Temperaturmustern, die mit einer Delaminierung der Brückenfahrbahn in Verbindung stehen, betont dabei jedoch auch die Bedeutung der Aufnahmebedingungen und des Oberflächenzustands. Ihr technischer Überblick über die Infrarot-Thermografie zur Brückeninspektion ist eine nützliche Referenz, um sowohl die Möglichkeiten als auch die Grenzen dieser Methode zu verstehen.

RGB-Bilder, Infrarotbilder und radiometrische Daten

In diesem Artikel bezieht sich der Begriff „Infrarot“ auf das thermische Infrarot, in der Regel auf das langwellige Infrarot (LWIR). Es sollte nicht mit dem Nahinfrarotbereich verwechselt werden, der von vielen multispektralen Agrarkameras genutzt wird. Im Nahinfrarotbereich wird die reflektierte Sonnenenergie gemessen; im thermischen Infrarotbereich wird die von der Oberflächentemperatur abhängige Strahlung erfasst.

Eigenschaft RGB-Bilder Radiometrische Wärmebilder
Grundlegende Informationen Sichtbare Farbe und Beschaffenheit Infrarotstrahlung und scheinbare Temperatur
Typische räumliche Auflösung Relativ hoch In der Regel deutlich geringer
Merkmalsabgleich Oft sehr gut geeignet für strukturierte Oberflächen Kann bei Oberflächen mit gleichmäßiger Temperatur Schwächen aufweisen
Hauptfunktion in der Photogrammetrie Ausrichtung, Geometrie, DSM oder Netzmodell, visuelle Auswertung Kartierung von Temperaturverteilungen und Analyse von Anomalien
Wesentliche Messrisiken Unschärfe, Belichtungs-, Kalibrierungs- und Georeferenzierungsfehler Alle geometrischen Risiken sowie Emissionsgrad, Reflexionen, atmosphärische Einflüsse und thermische Drift

Ein thermisches JPEG, das mit einer „Iron“–, „Rainbow“- oder „White Hot“-Palette angezeigt wird, mag informativ wirken, enthält jedoch möglicherweise nur gerenderte Farben. Im Gegensatz dazu bewahrt eine radiometrische Datei Messinformationen pro Pixel, die entsprechend dem Modell des Kameraherstellers konvertiert oder korrigiert werden können. Stellen Sie vor der Verarbeitung stets fest, was die Dateien enthalten. Die Dateiendung allein reicht nicht aus: Zwei Bilder mit den Endungen „ .jpg “ können völlig unterschiedliche radiometrische Metadaten enthalten.

Einsatzplanung für eine zuverlässige thermische Vermessung

Die Qualität einer Wärmebildkarte wird größtenteils bereits vor dem Öffnen von Metashape bestimmt. Ein Verarbeitungsablauf kann keine räumlichen Details rekonstruieren, die der Wärmesensor nie erfasst hat, fehlende Überlappungen wiederherstellen oder alle umgebungsbedingten Unklarheiten beseitigen.

1. Legen Sie zunächst die Prüfungsfrage fest

Notieren Sie die kleinste Abweichung, die erkannt werden muss, die zulässige Positionsunsicherheit, ob die absolute Temperatur erforderlich ist und welche Entscheidung auf Grundlage des Ergebnisses getroffen wird. Die Erfassung relativer Wärme- und Kältemuster ist eine andere Aufgabe als die Angabe einer absoluten Oberflächentemperatur mit einer bestimmten Unsicherheit.

Bei quantitativen Messungen dokumentieren Sie bitte das Sensormodell, den Kalibrierungsstatus, den Temperaturbereich, die Annahme bezüglich des Emissionsgrades, die reflektierte scheinbare Temperatur, die Lufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit, den Abstand zwischen Kamera und Messobjekt, den Wind, die Bewölkung sowie die Aufnahmedauer. Da die relevanten Parameter je nach Kamera und Anwendungsfall variieren, befolgen Sie bitte die radiometrischen Empfehlungen des Herstellers.

2. Berechnen Sie die thermische GSD, nicht nur die RGB-GSD

Die Bodenabtastweite muss für jeden Sensor separat berechnet werden. Für eine nahezu nadirale Aufnahme über annähernd ebenem Gelände:

GSD ≈ (Entfernung zum Ziel × Sensorbreite) ÷ (Brennweite × Bildbreite)

Die entsprechende Formel für den Pixelabstand lautet:

GSD ≈ Entfernung zum Ziel × Pixelabstand ÷ Brennweite

Betrachten Sie eine Wärmebildkamera mit einem Pixelabstand von 12 µm und einer Brennweite von 13,5 mm. In einer Entfernung von 50 m zum Ziel beträgt ihre thermische GSD ungefähr 4,4 cm/Pixel. Bei 100 m beträgt sie etwa 8,9 cm/Pixel. Diese Werte beschreiben die Abtastentfernung, nicht die Positionsgenauigkeit oder die kleinste erkennbare Fehlergröße. Die Zahlen basieren ausschließlich auf den veröffentlichten technischen Daten der radiometrischen Wärmebildkamera DJI Zenmuse H30T und dienen lediglich als Beispiel.

Eine hochauflösende RGB-Kamera auf derselben Nutzlast kann eine wesentlich geringere GSD aufweisen. Der Export des endgültigen thermischen Orthomosaiks in der RGB-Pixelgröße führt nicht zu zusätzlichen thermischen Details; es werden lediglich die Messwerte mit niedrigerer Auflösung neu abgetastet. Eine ausführliche Erläuterung finden Sie in unserem Leitfaden zum Thema „Ground Sampling Distance“ bei der Planung von Drohnenvermessungen.

3. Achten Sie auf eine ausreichende Überlappung und eine robuste Kamerageometrie

Die allgemeinen Richtlinien von Agisoft zur Luftaufnahmenaufnahme legen für herkömmliche Bilddaten eine Überlappung von etwa 80 % in Vorwärtsrichtung und 60 % in seitlicher Richtung als Richtwert fest. Thermische Datensätze profitieren häufig von einer höheren Redundanz, da ihre Auflösung und lokale Textur geringer sind. Ein praktischer Ausgangspunkt für viele thermische Kartierungsmissionen liegt bei etwa 85 % Überlappung in Vorwärtsrichtung und 75–80 % Überlappung in seitlicher Richtung, vorausgesetzt, dass die Fluggeschwindigkeit und das Bildintervall weiterhin scharfe, brauchbare Bilder liefern.

Diese Prozentsätze stellen keine allgemeingültigen Vorgaben dar. Große, einheitliche Dachflächen, Wasser, Vegetation, reflektierende Materialien und Szenen mit sich wiederholenden Mustern können selbst bei hoher Überlappung schwierig zu verarbeiten sein. Ein Kreuzraster kann die Blockgeometrie stabilisieren, während für Fassaden, Brückenelemente und komplexe Industrieanlagen schräge Aufnahmen erforderlich sein können. Lesen Sie bei der Planung Ihres Einsatzes unseren ausführlichen Leitfaden zu Front- und Seitenüberlappung für Agisoft Metashape.

4. Sorgen Sie für stabile Akquisitionsbedingungen

Thermische Bildszenen können sich während des Fluges der Drohne verändern. Vorbeiziehende Wolken, Sonneneinstrahlung, Wind, Feuchtigkeit, HLK-Zyklen und sich bewegende Schatten können die Oberflächentemperatur schneller verändern, als der Einsatz abgeschlossen werden kann. Dies führt zu tatsächlichen Abweichungen zwischen überlappenden Bildern, die kein Algorithmus zur Nahtlinienkorrektur vollständig beseitigen kann.

  • Wählen Sie das Zeitfenster entsprechend dem zu untersuchenden physikalischen Phänomen aus.
  • Vermeiden Sie Regen, nasse Oberflächen und sich rasch ändernde Wolkenbedingungen, es sei denn, das Verhalten bei Feuchtigkeit ist Gegenstand der Untersuchung.
  • Lassen Sie den Temperatursensor gemäß den Anweisungen des Herstellers stabilisieren.
  • Wenden Sie die für die Nutzlast festgelegte Flat-Field-Korrektur an und protokollieren Sie, wann Korrekturen vorgenommen werden.
  • Halten Sie den Kamerabereich, den Verstärkungsmodus und die radiometrischen Einstellungen nach Möglichkeit einheitlich.
  • Verringern Sie gegebenenfalls die Fluggeschwindigkeit, um die Bildschärfe und die Überlappung zu gewährleisten.
  • Erfassen Sie Referenzmessungen vor Ort, wenn die absolute Temperatur von Bedeutung ist.

5. Georeferenzierung beider Spektren

RTK- oder PPK-Kamerapositionen können die Georeferenzierung verbessern, machen jedoch eine unabhängige Validierung nicht überflüssig. Verwenden Sie vermessene Kontrollpunkte, wann immer die Genauigkeit des Projekts von Bedeutung ist. Sind RGB- und Wärmebildkameras räumlich voneinander getrennt, können Ausrichtungs- und Hebelarmversätze zu sichtbaren Verschiebungen führen, insbesondere aus nächster Nähe oder über Oberflächen mit großen Höhenunterschieden.

Standardmäßig lackierte Bodenziele sind in RGB-Bildern zwar deutlich zu erkennen, in Wärmebildaufnahmen jedoch nahezu unsichtbar. Thermische Kontrollziele benötigen zum Zeitpunkt der Aufnahme einen ausreichenden Infrarotkontrast zu ihrer Umgebung. Vergewissern Sie sich vor Beginn der gesamten Mission, dass die Ziele in den Rohbildern beider Sensoren erkennbar sind. Unser Leitfaden zu den Genauigkeitseinstellungen der Kamera für GPS-, RTK-, PPK- und GCP-Workflows erläutert, warum realistische Referenzgenauigkeiten bei der Bündelausgleichung unerlässlich sind.

Vorbereitung und Überprüfung des Datensatzes vor der Verarbeitung

Überschreiben Sie niemals die Originaldateien der Kamera. Legen Sie ein schreibgeschütztes Archiv an und bearbeiten Sie eine geprüfte Arbeitskopie. Eine übersichtliche Ordnerstruktur verhindert Zuordnungsfehler und sorgt dafür, dass das Projekt nachvollziehbar bleibt:

  • 01_RGB_ORIGINAL
  • 02_THERMAL_ORIGINAL
  • 03_RADIOMETRIC_CONVERTED
  • 04_CALIBRATION_AND_REFERENCE
  • 05_GCP_AND_CHECKPOINTS
  • 06_METASHAPE_PROJECT
  • 07_EXPORTS

Bitte überprüfen Sie vor dem Importieren von Bildern Folgendes:

  1. Die Anzahl der Bilder und die Frage, ob jede RGB-Belichtung über die erwartete thermische Entsprechung verfügt.
  2. Erfassen Sie Zeitstempel, die Reihenfolge der Sequenzen und fehlende Bilder.
  3. GNSS-Koordinaten, Höhenbezug und Koordinatensystem.
  4. Bildabmessungen, Bittiefe, Kanalstruktur und Kamerametadaten.
  5. Ob es sich bei den thermischen Werten um radiometrische Werte, digitale Rohdaten oder angezeigte Farben handelt.
  6. Ob bei einem der Konvertierungsprozesse die Temperaturwerte ohne bildbezogene Normalisierung beibehalten wurden.
  7. Unscharfe, übersättigte, fehlerhafte oder zur Flat-Field-Korrektur verwendete Bilder.
  8. Gleichmäßige Temperaturverteilung auf stabilen Referenzflächen.

Konvertieren Sie radiometrische Bilder nicht in gewöhnliche 8-Bit-JPEG-Dateien, nur um deren Öffnen zu vereinfachen. Sollte eine Konvertierung erforderlich sein, verwenden Sie ein vom Hersteller unterstütztes Tool oder SDK und exportieren Sie ein Format, das die quantitativen Werte, den Skalierungsfaktor, den Offset, die „NoData“-Definition sowie die Koordinaten-Metadaten beibehält, die später benötigt werden.

Wählen Sie die richtige Strategie für die RGB- und Infrarot-Verarbeitung

Datensatztyp Empfohlene Struktur Hauptvorteil Hauptrisiko
Synchronisierte RGB- und Wärmebildsensoren in einer starren Nutzlast Ein Multikamerasystem in einem einzigen Baugruppe Gemeinsam genutzte Kamerastationen und abschätzbare Sensorbeziehungen Falsche Zuordnung oder Sensorversatz
RGB- und Wärmebilder, die bei separaten Flügen aufgenommen wurden Separate Datenblöcke, in einem Referenzrahmen ausgerichtet Unabhängige Steuerung jedes einzelnen Datensatzes Szenenwechsel und schwächere spektralübergreifende Registrierung
Einzelmission ausschließlich zur thermischen Messung Ein thermischer Datenblock Einfachere Datenverwaltung Schwache Verbindungspunkte und Geometrie mit geringer Detailgenauigkeit

Das Benutzerhandbuch zu Agisoft Metashape Professional 2.3 bestätigt die Unterstützung von RGB-, Wärmebild- und Multispektralbildern, einschließlich Mehrkamerasystemen. Es dokumentiert zudem Wärmebildformate wie AscTec ARA, WIRIS TIFF und R-JPEG, die FLIR-Daten enthalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die R-JPEG-Varianten aller Hersteller auf identische Weise dekodiert werden. Bitte überprüfen Sie vor Beginn eines Produktionsprojekts die Kompatibilität mit Ihrem konkreten Sensor und der aktuellen Metashape-Version.

Arbeitsablauf A: Synchronisierte RGB- und Wärmebildkameras

Dies ist in der Regel der effizienteste Ansatz, wenn RGB- und Wärmebildsensoren fest montiert sind, gemeinsam ausgelöst werden und für jede Kamerastation gepaarte Dateien liefern.

Schritt 1: Ordnen Sie die Bildpaare richtig an

Legen Sie die Dateien der einzelnen Sensoren in separaten Unterordnern unter einem übergeordneten Ordner ab. Die Ordner sollten jeweils die gleiche Anzahl an Bildern in der entsprechenden Aufnahmereihenfolge enthalten. Vermeiden Sie es, Dateien so umzubenennen oder zu sortieren, dass die Zuordnung zwischen RGB- und Wärmebildaufnahmen verloren geht.

Schritt 2: Als Mehrkamerasystem importieren

  1. Öffnen Sie Metashape Professional und erstellen Sie ein neues Projekt.
  2. Speichern Sie das Projekt vor aufwendigen Bearbeitungsschritten im Format „ .psx “.
  3. Wählen Sie „Workflow“ > „Ordner hinzufügen“.
  4. Wählen Sie den übergeordneten Ordner aus, der die Sensor-Unterordner enthält.
  5. Wählen Sie „Mehrkamerasystem“ aus und erstellen Sie aus jedem Unterordner einen Sensor.
  6. Bitte überprüfen Sie, ob jede Kamerastation das erwartete RGB- und Wärmebild enthält.

Bei unterstützten Multisensor-Kameras, deren Metadaten erkannt werden, kann Metashape die Bänder automatisch organisieren. Der offizielle MicaSense-Workflow zur Verarbeitung von Sensordaten in Agisoft Metashape ist ein anschauliches Beispiel für die metadatengesteuerte Organisation von Mehrfachkameradaten.

Schritt 3: Wählen Sie den Hauptsensor oder den Primärkanal aus

Verwenden Sie den schärfsten und detailreichsten Kanal als Grundlage für die photogrammetrische Verarbeitung. Bei einer herkömmlichen RGB-plus-Wärmebild-Nutzlast ist dies in der Regel der RGB- oder panchromatische Sensor und nicht der LWIR-Kanal mit niedriger Auflösung. Agisoft empfiehlt, einen Primärkanal auszuwählen, der scharf und detailreich ist. MicaSense empfiehlt ebenfalls sein panchromatisches Band als Primärkanal für die Verarbeitung der unterstützten Altum-PT- und RedEdge-P-Sensoren.

Öffnen Sie „Tools“ >, führen Sie die Kamerakalibrierung durch und überprüfen Sie die Ergebnisse:

  • die Anzahl und die Identifikation der Sensoren;
  • Bildabmessungen und Pixelgröße;
  • Brennweiten- und Kalibrierungsgruppen;
  • welcher Sensor als Master konfiguriert ist;
  • Positions- und Drehversätze des Slave-Sensors;
  • ob eine Anpassung der Offsets für den Datensatz angemessen ist.

Sollten werkseitig kalibrierte Hebelarm- oder Boresight-Werte vorliegen, geben Sie diese mit realistischen Genauigkeitsangaben ein. Werden die Offsets während der Ausrichtung geschätzt, überprüfen Sie deren Stabilität nach der Optimierung. Eine physikalisch starre Kamerahalterung sollte keine stark schwankenden relativen Sensorpositionen hervorrufen.

Schritt 4: Richten Sie das Bildmaterial aus

Wählen Sie im Workflow „ > “ die Option „Fotos ausrichten“. Eine hohe Genauigkeit ist für viele Inspektionsprojekte ein sinnvoller Ausgangspunkt, sofern die Hardware und die Größe des Datensatzes dies zulassen. Eine generische Vorauswahl kann den Abgleich beschleunigen; eine Referenz-Vorauswahl kann nützlich sein, wenn die Kamerakoordinaten zuverlässig sind. Verwenden Sie keine übermäßig engen Referenzannahmen, nur weil RTK-Markierungen vorhanden sind.

Überprüfen Sie nach der Ausrichtung Folgendes:

  • die Anzahl und Verteilung der ausgerichteten Kamerastationen;
  • separate oder nur schwach miteinander verbundene Kamerakomponenten;
  • Abdeckung aller Messpunkte auf dem gesamten Gelände;
  • Kamera-Restsignale und systematische Muster;
  • geschätzte Sensorkalibrierung;
  • RGB-zu-Wärme-Verschiebung an erkennbaren Grenzen.

Fahren Sie nicht automatisch fort, da jede Kamera als ausgerichtet markiert ist. Ein intern verzerrter Block kann dennoch ein ansprechendes Orthomosaik ergeben.

Schritt 5: Steuerelemente hinzufügen und Kameras optimieren

Importieren Sie die vermessenen Kontrollpunkte, weisen Sie ihnen das richtige Koordinatensystem zu und markieren Sie jeden Punkt in mehreren, gut verteilten RGB-Bildern. Sofern die Ziele thermisch sichtbar sind, überprüfen Sie deren Positionen auch in den Wärmebildern. Schließen Sie unabhängige Kontrollpunkte von der Optimierung aus, damit diese zur Messung der externen Genauigkeit herangezogen werden können.

Führen Sie die Kameraoptimierung unter Verwendung von Parametern durch, die dem Kameramodell und der Blockgeometrie angemessen sind. Überprüfen Sie die Veränderung des Kontrollpunktfehlers, der Kameraresiduen und der Kalibrierungskoeffizienten. Der geringstmögliche Kontrollpunktfehler ist nicht das einzige Ziel; eine stabile Kalibrierung und zuverlässige, unabhängige Kontrollpunkte sind wichtiger.

Schritt 6: Erstellen Sie die Geometrie anhand der zuverlässigsten Quelle

Erstellen Sie die Punktwolke, das Netz oder das digitale Höhenmodell in erster Linie anhand der aus den RGB-Daten abgeleiteten Ausrichtungs- und Tiefeninformationen. Wärmebilder enthalten in der Regel weniger räumliche Details, und es ist nicht zu erwarten, dass sie eine Geometrie liefern, die der einer hochauflösenden RGB-Kamera entspricht.

  • Verwenden Sie ein DSM für Gelände, Dächer, Brückenfahrbahnen und annähernd horizontale Flächen.
  • Verwenden Sie ein 3D-Netz für Fassaden, Unterseiten, Rohrleitungen, Industrieanlagen und komplexe Strukturen.
  • Vermeiden Sie die Verwendung eines DTM ohne Vegetationsdecke zur Orthorektifizierung von Temperaturmessungen an Gebäuden, Vegetation oder Anlagen.

Schritt 7: Erstellen und Prüfen des thermischen Orthomosaiks

Wählen Sie das entsprechende Wärmeband oder den entsprechenden Sensor aus, legen Sie die richtige Projektionsfläche fest und erstellen Sie das Orthomosaik. Überprüfen Sie die Nahtlinien an kontrastreichen thermischen Grenzen. Temperaturänderungen zwischen den Fluglinien können als Streifen oder Flecken erscheinen; dabei handelt es sich häufig eher um Aufzeichnungseffekte als um geometrische Fehler.

Das Zusammenfügen verbessert die visuelle Kontinuität, kann jedoch extreme Pixelwerte im Bereich der Nahtstellen verändern. Falls die Höchst- oder Mindesttemperatur für den Betrieb von Bedeutung ist, bewahren Sie die ursprünglichen radiometrischen Bilder auf und vergleichen Sie die Hotspot-Werte mit diesen. Ein thermisches Orthomosaik ist eine räumliche Synthese und kein Ersatz für die Informationen aus den Quellbildern.

Arbeitsablauf B: RGB- und Wärmebilder aus getrennten Flügen

Getrennte Flüge sind üblich, wenn unterschiedliche Drohnen oder Nutzlasten zum Einsatz kommen. Sie erfordern ein höheres Maß an Kontrolle, da die Kamerapositionen nicht aufeinander abgestimmt sind und sich die Szenerie zwischen den Einsätzen ändern kann.

Schritt 1: Verarbeiten Sie den RGB-Block separat

Erstellen Sie einen RGB-Block, richten Sie die Bilder aus, fügen Sie Kontrollpunkte hinzu, optimieren Sie die Kameras und erstellen Sie das bestmögliche DSM oder 3D-Modell. Betrachten Sie dieses als geometrische Referenz für das Projekt. Überprüfen Sie es anhand unabhängiger Kontrollpunkte, bevor Sie es zur Unterstützung des thermischen Produkts verwenden.

Schritt 2: Bearbeiten Sie den Kühlblock separat

Erstellen Sie einen separaten Wärmebildblock und importieren Sie die ursprünglichen, unterstützten radiometrischen Dateien oder korrekt konvertierte Bilder. Richten Sie den Wärmebildsatz anhand seiner eigenen Metadaten, einer ausreichenden Überlappung und einer geeigneten Vorauswahl aus. Ein geringer Kontrast kann auf nicht ausgerichtete Kameras oder schwache Bereiche hindeuten; eine Erhöhung der Grenzwerte für Schlüsselpunkte kann eine Szene, die keine stabilen, unterscheidbaren Merkmale enthält, nicht ausgleichen.

Schritt 3: Legen Sie einen gemeinsamen Bezugspunkt fest

Verwenden Sie in beiden Abschnitten dasselbe Koordinatensystem, dieselben vermessenen Marker und dieselben unabhängigen Kontrollpunkte. Sollte die Sichtbarkeit der thermischen Ziele schlecht sein, nutzen Sie Merkmale, die geometrisch stabil und in beiden Spektren identifizierbar sind, oder speziell dafür entwickelte thermische Ziele. Durch die Ausrichtung der Abschnitte anhand von Markern oder Referenzpunkten lassen sich die Datensätze dann in denselben Projektrahmen einbinden.

Der automatische, bildbasierte Abgleich zwischen RGB- und LWIR-Bildern kann fehlschlagen, da dasselbe Objekt in verschiedenen Spektralbereichen völlig unterschiedlich aussehen kann. Erzwingen Sie keine visuell plausible Transformation ohne messbare Kontrolle.

Schritt 4: Verwenden Sie die validierte RGB-Oberfläche

Importieren oder duplizieren Sie gegebenenfalls die validierte, aus RGB-Daten abgeleitete Oberfläche in den Wärmebild-Workflow und verwenden Sie diese zur Orthorektifizierung. Dies kann die räumliche Detailgenauigkeit im Vergleich zu einer Oberfläche verbessern, die ausschließlich aus Wärmebildern mit niedriger Auflösung rekonstruiert wurde. Allerdings müssen die Ausrichtungen der Wärmebildkameras bereits korrekt sein; ein hochwertiges RGB-DSM kann falsch ausgerichtete Wärmebildkameras nicht korrigieren.

Schritt 5: Messung des Fehlers bei der Ko-Registrierung

Überprüfen Sie die Verschiebung zwischen den RGB- und den Wärmebildschichten an mehreren unabhängigen Merkmalen über das gesamte Gelände hinweg, einschließlich unterschiedlicher Höhenlagen und Bildränder. Ein konstanter horizontaler Versatz deutet auf ein Problem mit dem Bezugssystem oder dem Hebelarm hin. Eine Verschiebung, die sich mit der Höhe oder Position ändert, kann auf Fehler bei der Ausrichtung, Kalibrierung, Parallaxe oder im Oberflächenmodell hindeuten.

Radiometrische Werte, Farbpaletten und Temperaturumrechnung

Metashape kann Temperaturwerte mithilfe von Pseudofarbenpaletten anzeigen und mit unterstützten thermischen Dateiformaten arbeiten. Die Palette dient lediglich als Visualisierungsebene. Ein Wechsel von „Iron“ zu „Rainbow“ hat keinen Einfluss auf den zugrunde liegenden Messwert, während beim Exportieren eines gerenderten Screenshots radiometrische Informationen möglicherweise dauerhaft verloren gehen.

Bitte stellen Sie stets Folgendes fest:

  • die im Quellraster oder im konvertierten Raster gespeicherte Einheit;
  • die Skalierung und der Offset, die zur Ermittlung der Temperatur erforderlich sind;
  • ob es sich bei den Werten um kalibrierte Temperaturen, gefühlte Temperaturen oder digitale Zahlen handelt;
  • wie der Emissionsgrad und die atmosphärischen Parameter berücksichtigt wurden;
  • ob „NoData“- und gesättigte Pixel erkannt werden;
  • ob das Mosaikverfahren und die Neuberechnung die beabsichtigte statistische Größe verändern.

Die Temperaturumrechnung ist sensorspezifisch. So gibt MicaSense beispielsweise an, dass die Ausgangswerte des Altum-Wärmebands in Centi-Kelvin gespeichert werden, und liefert folgende Umrechnung:

Temperatur (°C) = (Pixelwert ÷ 100) − 273,15

Diese Formel darf nicht auf andere, nicht damit in Zusammenhang stehende Sensoren übertragen werden. Bitte konsultieren Sie die Dokumentation des jeweiligen Herstellers für jede Kamera. Siehe den offiziellen Leitfaden von MicaSense zur Umrechnung von Altum-Wärmebildwerten in Grad Celsius.

Exportieren Sie für Analysezwecke ein GeoTIFF mit einer geeigneten Bittiefe – häufig 16-Bit-Ganzzahl mit dokumentiertem Maßstab/Offset oder 32-Bit-Gleitkomma – anstelle eines 8-Bit-Farbbildes. Exportieren Sie für Kommunikationszwecke eine separate, stilisierte Karte. Durch die Trennung von Analyse- und Präsentationsprodukten wird verhindert, dass versehentlich Messungen anhand der Palettenfarben vorgenommen werden.

Qualitätskontrolle für ein thermales Orthomosaik

Ein professioneller Bericht zur thermischen Drohnenkartierung sollte drei voneinander unabhängige Qualitätsaspekte bewerten:

  1. Geometrische Qualität: Wie genau das RGB-Modell und das Wärmebildraster positioniert sind.
  2. Qualität der Ko-Registrierung: Wie genau stimmen die thermischen Anomalien mit den entsprechenden RGB-Objekten überein?
  3. Radiometrische Qualität: Wie zuverlässig geben die Pixelwerte die beabsichtigte scheinbare oder korrigierte Temperatur wieder.

Zu den empfohlenen Überprüfungen gehören:

  • RMSE des unabhängigen Kontrollpunkts und einzelne Residuen;
  • Diagramme der Restwerte für Kameraposition und -ausrichtung;
  • Thermal-zu-RGB-Versätze an verteilten Prüfmerkmalen;
  • Überprüfung der Roh-Frames bei jeder kritischen Anomalie;
  • gegebenenfalls Vergleich mit Kontaktmessungen oder kalibrierten Referenzmessungen;
  • Histogramme und Wertebereiche vor und nach dem Export;
  • Prüfung der Naht- und Fluglinienmuster;
  • Überprüfung des Koordinatensystems, des Höhenbezugssystems, der Einheiten, des Maßstabs und des Versatzes;
  • Dokumentation der Wetter- und Oberflächenbedingungen.

Geben Sie die thermische GSD nicht als Kartierungsgenauigkeit an. Geben Sie die GCP-Restabweichungen nicht als eigenständige Genauigkeitsangabe an, wenn dieselben Punkte zur Optimierung der Lösung verwendet wurden. Bezeichnen Sie nicht jede thermische Anomalie als Fehler, ohne dass dafür belegende Beweise vorliegen.

Häufige Probleme und Abhilfemaßnahmen

Problem Mögliche Ursache Empfohlene Maßnahme
Viele Wärmebilder sind nicht richtig ausgerichtet Geringe Textur, unzureichende Überlappung, Unschärfe oder fehlerhafte Metadaten Überprüfen Sie die Rohbilder und deren Zuordnung; verwenden Sie aussagekräftigere Referenzdaten; wiederholen Sie die Aufnahme, falls Blickwinkel fehlen
Die Wärmebildschicht ist gegenüber dem RGB-Bild verschoben Sensorversatz, Zeitstempelabweichung, Parallaxe oder falsches Koordinatensystem Überprüfen Sie die Kopplung, die Kalibrierung der Messvorrichtung, den Hebelarm, die Visierausrichtung und die gemeinsamen Kontrollpunkte
Streifenbildung zwischen den Fluglinien Veränderungen der Sonneneinstrahlung, der Verstärkung, der Flat-Field-Korrektur oder der Wetterbedingungen Überprüfen Sie das Erfassungsprotokoll und die Quellbilder; vermeiden Sie es, radiometrische Schwankungen als rein kosmetisches Problem bei den Übergängen zu betrachten
Die Temperaturwerte sind unplausibel Falsche Einheit, Skalierung, Offset, Emissionsgrad oder Umrechnung Kehren Sie zu den ursprünglichen radiometrischen Dateien zurück und wenden Sie die exakte herstellerspezifische Umrechnung an
Hotspots verschwinden im Mosaik Neuberechnung der Auflösung, Überblendung oder grobe thermische GSD Überprüfen Sie die Originalbilder; bewahren Sie die native Auflösung; ziehen Sie ein analytisches Produkt mit Maximalwert im GIS in Betracht
Falschanzeigen bei Metall, Glas oder Wasser Geringe Emissivität und reflektierte Strahlung Ändern Sie die Betrachtungsgeometrie, erfassen Sie die Materialeigenschaften und bestätigen Sie die Ergebnisse mit einer anderen Methode
Gebäudekanten erscheinen doppelt Falsche Oberfläche, ungeeignete Kameraausrichtung oder Parallaxe Verwenden Sie ein aus RGB-Daten abgeleitetes Netz oder ein verbessertes DSM und überprüfen Sie die Ausrichtung der Wärmebildkamera erneut

Auswahl eines DSM, DTM oder 3D-Netzes für die thermische Projektion

Die Projektionsfläche muss die Oberflächen darstellen, deren Temperaturen gemessen wurden:

  • DSM: geeignet für Dächer, Gelände, Vegetationsdächer und relativ horizontale Infrastruktur.
  • DTM: Nur dann geeignet, wenn sich die thermischen Beobachtungen auf das vom DTM dargestellte unbewachsene Gelände beziehen.
  • 3D-Netz: besonders geeignet für Fassaden, Brückenbauteile, Industrieanlagen und Objekte mit vertikaler oder überhängender Geometrie.

Ein thermisches Orthomosaik, das auf die falsche Oberfläche projiziert wird, kann lokal verschoben sein, selbst wenn die Georeferenzierung insgesamt korrekt erscheint. Verwenden Sie bei komplexen Objekten mehrere Orthoprojektionsebenen oder ein texturiertes 3D-Modell, anstatt jede Oberfläche in eine herkömmliche Karte aus der Vogelperspektive zu zwängen.

Verantwortungsbewusste Interpretation thermischer Anomalien

Bei der thermischen Kartierung werden die Strahlungsverteilungen an der Oberfläche gemessen, nicht jedoch verdeckte Fehler direkt. Die Auswertung erfordert Kenntnisse in den Bereichen Wärmeübertragung, Werkstoffe, Betriebszustand und bisherige Umgebungsbedingungen.

Gebäude und Dächer

Mögliche Anzeichen sind unter anderem Unterbrechungen in der Dämmung, feuchtigkeitsbedingtes thermisches Verhalten, Luftundichtigkeiten oder aktiver Wärmeverlust. Dabei müssen das Dachmaterial, die Sonneneinstrahlung, der Wind sowie die Bedingungen der internen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik berücksichtigt werden. Verschiedene Dachmaterialien können unterschiedliche gefühlte Temperaturen aufweisen, selbst wenn ihre physikalische Temperatur ähnlich ist.

Photovoltaikanlagen

Anhand thermischer Anomalien lassen sich Module oder Zellen identifizieren, die einer genaueren Untersuchung bedürfen. Aussagekräftige Ergebnisse hängen von der elektrischen Belastung, der Sonneneinstrahlung, dem Betrachtungswinkel und der Vermeidung von Sonnenreflexionen ab. Die RGB-Ebene hilft bei der Identifizierung des genauen Moduls und liefert Wartungsteams wichtige Hintergrundinformationen.

Beton und Brückenfahrbahnen

Unterirdische Diskontinuitäten können die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten beeinflussen und unter günstigen Bedingungen Oberflächenkontraste erzeugen. Feuchtigkeit, Deckschichten, Ablagerungen und die Aufnahmedauer können irreführende Muster hervorrufen. Die thermischen Ergebnisse sollten als Grundlage für gezielte Inspektionen dienen und durch geeignete technische oder zerstörungsfreie Prüfverfahren bestätigt werden.

Landwirtschaft und Vegetation

Die Temperatur im Kronendach kann zur Analyse von Wasserstress und Bewässerung beitragen, doch die thermische Reaktion variiert zudem je nach Art, Wachstumsstadium, Sonneneinstrahlung, Wind und Kronenstruktur. Wärmebildaufnahmen können mit multispektralen Indizes kombiniert werden, doch die Reflektanzkalibrierung und die thermische Kalibrierung bleiben unterschiedliche Vorgänge.

Empfohlene Ergebnisse für ein berufliches Projekt

Bei einer vollständigen Übergabe sollten sowohl die Quellmessungen als auch die Auswertungsergebnisse erhalten bleiben:

  • Original-RGB- und radiometrische Wärmebilder;
  • Metashape-Projekt „ .psx “ mit Verarbeitungsprotokoll;
  • RGB-Orthomosaik;
  • DSM, DTM oder Rasterdaten, die für die thermische Orthorektifizierung verwendet werden;
  • analytische thermische GeoTIFF-Datei mit dokumentierten Einheiten, Bittiefe, Maßstab und Versatz;
  • farbige Wärmekarte mit Legende, Farbpalette und festgelegten Temperaturbereichen;
  • Layout zum Vergleich von RGB- und Wärmebilddaten;
  • Hotspot- oder Anomaliepolygone als GIS-Vektoren;
  • GCP- und Checkpoint-Bericht;
  • Erfassungsprotokoll einschließlich Umwelt- und radiometrischer Parameter;
  • Einschränkungen, Unsicherheiten und empfohlene Nachuntersuchung.

Die gestaltete Wärmekarte sollte niemals das einzige Archiv sein. Bewahren Sie das zugrunde liegende numerische Raster auf, damit Schwellenwerte, Farbpaletten und Klassifizierungen geändert werden können, ohne dass eine erneute Verarbeitung erforderlich ist oder Temperaturen anhand der Farben geschätzt werden müssen.

Zusammenfassung des praktischen Arbeitsablaufs

  1. Legen Sie das Prüfziel und die erforderliche thermische Empfindlichkeit fest.
  2. Berechnen Sie die GSD für RGB und thermische Daten unabhängig voneinander.
  3. Planen Sie eine angemessene Überlappung, die Fluggeometrie und den Zeitpunkt der Thermikerkennung ein.
  4. Erfassen Sie radiometrische Originaldaten und Referenzinformationen zur Umgebung.
  5. Archivieren Sie die Quelldateien und überprüfen Sie die Zuordnung der Bilddateien, die Metadaten, die Einheiten und die Bittiefe.
  6. Importieren Sie synchronisierte Sensoren als Mehrkamerasystem oder verarbeiten Sie einzelne Flüge in separaten Abschnitten.
  7. Verwenden Sie gegebenenfalls RGB- oder panchromatische Bilddaten als primäre geometrische Quelle.
  8. Georeferenzierung mit realistischen Kameragenauigkeiten, Kontrollpunkten und unabhängigen Prüfpunkten.
  9. Erstellen Sie ein DSM oder ein Netz, das die vermessenen Oberflächen abbildet.
  10. Erstellen Sie das thermische Orthomosaik unter Beibehaltung der radiometrischen Werte.
  11. Überprüfen Sie die Geometrie, die RGB-zu-Wärmebild-Registerung sowie das Temperaturverhalten jeweils separat.
  12. Exportieren Sie Analyse- und Visualisierungsprodukte als eigenständige Ergebnisse.

Häufig gestellte Fragen

Kann Agisoft Metashape Wärmebilder von Drohnen verarbeiten?

Ja. Metashape Professional unterstützt Wärmebildaufnahmen und Mehrkamerasysteme. Die Kompatibilität mit radiometrischen Metadaten hängt von der jeweiligen Kamera und dem Dateiformat ab. Im aktuellen Handbuch werden AscTec ARA, WIRIS TIFF und R-JPEG in Verbindung mit FLIR-Daten ausdrücklich erwähnt. Bitte überprüfen Sie vor dem produktiven Einsatz die Kompatibilität mit anderen herstellerspezifischen Formaten.

Sollten RGB- und Wärmebilder im selben Chunk verarbeitet werden?

Verwenden Sie einen Multi-Kamera-Block, wenn die Sensoren fest montiert, synchronisiert und korrekt zugeordnet sind. Verwenden Sie separate Blöcke, wenn RGB- und Wärmebilder aus unterschiedlichen Flügen stammen oder nicht zuverlässig zugeordnet werden können; richten Sie anschließend beide Produkte anhand eines gemeinsamen Koordinatensystems und einer gemeinsamen Steuerung aus.

Welcher Kanal sollte in Metashape als primärer Kanal festgelegt werden?

Wählen Sie in der Regel den schärfsten, hochauflösendsten und detailreichsten Kanal – häufig RGB oder panchromatisch – als primäre Quelle für die Ausrichtung und Geometrie. Die Wärmebilder können zur Erstellung und Analyse von Orthomosaiken weiterhin mit dem Kamerasystem verknüpft bleiben.

Können ein RGB-Orthomosaik und ein thermisches Orthomosaik dieselbe Auflösung aufweisen?

Sie können zwar mit derselben Pixelgröße exportiert werden, doch bedeutet dies nicht, dass ihre tatsächlichen räumlichen Informationen identisch sind. Die Detailgenauigkeit der Wärmebilder wird durch den Detektor, das Objektiv, die Flugentfernung, die Fokussierung, die Bewegung und die Bildverarbeitung begrenzt. Durch die Neuberechnung eines Wärmebildrasters auf die RGB-GSD-Auflösung werden zwar mehr Pixel erzeugt, jedoch keine zusätzlichen gemessenen Details.

Enthält ein Wärmebild-JPEG immer Temperaturdaten?

Nein. Die Datei kann radiometrische Messwerte, herstellerspezifische Metadaten oder lediglich gerenderte Farben enthalten. Bitte überprüfen Sie das Format anhand der Kameradokumentation und prüfen Sie die Metadaten vor der Verarbeitung.

Warum weist das thermische Orthomosaik sichtbare Übergänge auf?

Übergänge können durch Wetteränderungen, Sonneneinstrahlung, Kamerastabilisierung, Flat-Field-Korrektur, Verstärkungsänderungen, den Betrachtungswinkel oder tatsächliche Temperaturänderungen in der Szene entstehen. Durch das Zusammenfügen lassen sich einige Übergänge optisch kaschieren, es können jedoch auch Extremwerte verändert werden; prüfen Sie daher zunächst die Ausgangsbilder.

Kann RTK die Notwendigkeit einer thermischen Bodenreferenz überflüssig machen?

RTK verbessert die Kamerapositionierung, überprüft jedoch weder die Kamerakalibrierung noch den Sensor-Offset, den vertikalen Bezugspunkt noch die Registrierung von RGB- zu Wärmebilddaten. Unabhängige Kontrollpunkte sind nach wie vor die beste Methode, um die externe Positionsgenauigkeit zu quantifizieren.

Kann ein thermisches Orthomosaik nachweisen, dass eine Konstruktion mangelhaft ist?

Nicht allein. Es dient zur Erkennung räumlicher thermischer Anomalien. Zur Bestätigung der Ursache können eine technische Begutachtung, wiederholte Messungen, Kontaktmessungen oder ergänzende zerstörungsfreie Prüfverfahren erforderlich sein.

Abschließende Empfehlungen

Ein zuverlässiger RGB- und Infrarot-Workflow in Agisoft Metashape basiert auf drei separaten Fragen:

  1. Ist die Geometrie korrekt?
  2. Sind die RGB- und die Thermoschicht korrekt ausgerichtet?
  3. Haben die thermischen Werte weiterhin eine dokumentierte physikalische Bedeutung?

Sollte eine dieser Fragen nicht beantwortet werden können, sollte das Ergebnis eher als explorativ denn als quantitativ betrachtet werden. Eine solide RGB-Geometrie, eine korrekte Organisation der Mehrkameraaufnahmen, eine realistische Georeferenzierung, erhaltene radiometrische Daten sowie eine unabhängige Validierung machen aus einer Sammlung von Thermogrammen ein fundiertes Produkt zur thermischen Kartierung.

Für technisch anspruchsvollere Arbeitsabläufe besuchen Sie bitte die „Drone Emotions“-Wissensdatenbank zum Thema Photogrammetrie sowie die in Kürze stattfindenden Agisoft Metashape-Webinare. Falls Sie die in diesem Leitfaden beschriebenen Werkzeuge für Georeferenzierung, Multispektralaufnahmen, Orthomosaike und professionelle Vermessungen benötigen, informieren Sie sich bitte über die Agisoft Metashape Professional Edition.

Technischer und sicherheitsrelevanter Hinweis: Dieser Leitfaden beschreibt einen allgemeinen photogrammetrischen Arbeitsablauf. Die Sensorkonfiguration, die Verfahren zur thermografischen Messung, die luftfahrttechnischen Anforderungen sowie die Inspektionsstandards müssen an die jeweilige Ausrüstung, die geltenden Rechtsvorschriften und den jeweiligen Anwendungszweck angepasst werden. Thermische Anomalien sollten von entsprechend qualifizierten Fachkräften ausgewertet werden.