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Photogrammetrie-Workflows stützen sich traditionell auf DSLR-Kameras, spiegellose Kameras oder Drohnenbilder, die mit Nadir- und Schrägblicken aufgenommen wurden. Unter Fachleuten, die im Bereich der digitalen Dokumentation, der Innenraumkartierung und der Erstellung digitaler Zwillinge tätig sind, gewinnt jedoch ein neuer Ansatz an Aufmerksamkeit: die Verwendung von 360°-Kameras für die Photogrammetrie.
Moderne sphärische Kameras wie die Insta360-Serie, die GoPro Max oder die Ricoh Theta können eine komplette Panorama-Umgebung in einer einzigen Aufnahme einfangen. Anstatt Dutzende von sich überschneidenden Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln zu machen, enthält ein einziges Bild die gesamte umgebende Szene.
Diese Kameras wurden ursprünglich für immersive Medien und virtuelle Touren entwickelt, können aber auch zur Erstellung von 3D-Modellen mit Photogrammetrie-Software verwendet werden. Agisoft Metashape unterstützt sphärische Kameraprojektionen und kann die Geometrie von Panoramabildern rekonstruieren, wenn der richtige Workflow angewendet wird.
Diese Technik eröffnet neue Möglichkeiten für die schnelle Erfassung der Umgebung, die Kartierung von Innenräumen, die Dokumentation des kulturellen Erbes, forstwirtschaftliche Untersuchungen und die Erstellung digitaler Zwillinge.
360°-Kameras in der Photogrammetrie verstehen
Eine herkömmliche Kamera nimmt ein perspektivisches Bild mit einer Standardobjektivprojektion auf. Im Gegensatz dazu nimmt eine 360°-Kamera die gesamte Umgebung um die Kameraposition herum auf.
Die meisten sphärischen Verbraucherkameras erreichen dies durch die Kombination von zwei Ultraweitwinkel-Fischaugenobjektiven. Die Kamerasoftware fügt die beiden Bilder automatisch zu einem einzigen Panoramabild zusammen, das als gleichwinklige Projektion bezeichnet wird.
Diese Art von Bild hat normalerweise ein Seitenverhältnis von 2:1. Zum Beispiel:
- 6000 × 3000 Pixel
- 8000 × 4000 Pixel
- 12000 × 6000 Pixel
Anders als bei perspektivischen Bildern repräsentiert jedes Pixel eine Richtung im 3D-Raum und nicht eine einfache Projektionsebene. Photogrammetrie-Software muss diese Geometrie korrekt interpretieren, um Merkmale zu extrahieren und räumliche Beziehungen zwischen Bildern zu rekonstruieren.
Agisoft Metashape unterstützt sphärische Kameramodelle, so dass die Software erkennt, dass die Bilder vollständige Panoramaprojektionen darstellen.
Vorteile der Verwendung von 360°-Kameras für die 3D-Rekonstruktion
Die Verwendung von sphärischen Kameras in der Photogrammetrie ist nicht als Ersatz für herkömmliche Mapping-Workflows gedacht. In bestimmten Szenarien bietet sie jedoch mehrere Vorteile.
Der wichtigste Vorteil ist die Effizienz der Aufnahme. Da jedes Bild die gesamte Umgebung erfasst, sind deutlich weniger Bilder erforderlich, um eine vollständige Abdeckung zu erreichen.
Die wichtigsten Vorteile sind:
- Schnellere Bildaufnahme
- Reduzierte Anzahl von Fangpositionen
- Vollständige Abdeckung der Umgebung von jeder Position aus
- Ideal für Innenräume oder beengte Verhältnisse
- Effektiv für schnelle Dokumentation
Zum Beispiel kann die Dokumentation eines Gebäudeinneren mit einer herkömmlichen Kamera Hunderte von Fotos erfordern. Mit einer 360°-Kamera lässt sich die gleiche Umgebung oft mit nur ein paar Dutzend Panoramabildern einfangen.
Dieser Ansatz reduziert die Zeit vor Ort drastisch und vereinfacht den Erfassungsworkflow.
Beste Anwendungen für 360° Photogrammetrie
Obwohl sphärische Kameras im Vergleich zu professionellen Photogrammetrie-Kameras eine geringere geometrische Genauigkeit aufweisen, sind sie für viele reale Anwendungen äußerst nützlich.
Einige der vielversprechendsten Anwendungsfälle sind:
- Gebäudedokumentation für Innenräume
- Digitale Zwillinge für das Gebäudemanagement
- Erhaltung des kulturellen Erbes
- Virtuelle Museen und historische Archive
- Dokumentation der Baustelle
- Forstwirtschaft und Umweltüberwachung
- Kartierung der unterirdischen Infrastruktur
Insbesondere kann die 360°-Fotogrammetrie in Umgebungen, in denen die Aufnahme einer großen Anzahl herkömmlicher Fotos schwierig oder zeitaufwändig wäre, äußerst effektiv sein.
360°-Bilder für die Verarbeitung vorbereiten
Bevor Sie Bilder in Metashape importieren, müssen Sie sicherstellen, dass die Panoramafotos korrekt vorbereitet sind.
Die meisten 360°-Kameras exportieren automatisch zusammengesetzte Bilder. Die Qualität des Zusammenfügens kann jedoch die endgültige Rekonstruktion beeinflussen.
Zu den bewährten Praktiken gehören:
- Exportieren Sie Bilder in der höchsten verfügbaren Auflösung
- EXIF-Metadaten bewahren
- Vermeiden Sie aggressive Bildkomprimierung
- Sicherstellen, dass die Bilder richtig zusammengefügt sind
- Konsistente Belichtungseinstellungen beibehalten
Eine hohe Auflösung ist besonders wichtig, da die effektive Pixeldichte von sphärischen Bildern geringer ist als bei herkömmlichen perspektivischen Bildern.
Für professionelle Arbeitsabläufe empfiehlt es sich, Bilder mit einer Auflösung von mindestens 8K aufzunehmen, wann immer dies möglich ist.
Importieren von Panoramen in Agisoft Metashape
Sobald die Bilder vorbereitet sind, importieren Sie sie zunächst in ein neues Metashape-Projekt.
Dies kann über den Standard-Workflow erfolgen:
- Erstellen Sie ein neues Metashape-Projekt
- Wählen Sie Fotos hinzufügen
- Alle Panoramabilder importieren
Nach dem Importieren der Bilder muss das Kameramodell richtig konfiguriert werden.
Öffnen Sie die Einstellungen der Kamerakalibrierung und ändern Sie den Kameratyp in Sphärisch. Dieser Schritt ist wichtig, da er Metashape mitteilt, dass die Bilder eine vollständige Panoramaprojektion und keine perspektivische Kamera darstellen.
Ohne diese Einstellung kann es sein, dass die Software die Bilder nicht richtig ausrichtet.
Fotoausrichtung mit sphärischen Bildern
Der nächste Schritt im Arbeitsablauf der Photogrammetrie ist die Fotoausrichtung.
Metashape erkennt gemeinsame Merkmalspunkte in allen Bildern und schätzt die Kamerapositionen im 3D-Raum.
Bei der Arbeit mit 360°-Bildern kann die Ausrichtung oft sehr robust sein, da jedes Bild eine große Menge an visuellen Informationen enthält.
Empfohlene Ausrichtungseinstellungen sind:
- Genauigkeit: Hoch
- Generische Vorauswahl: Aktiviert
- Referenzvorwahl: Deaktiviert (sofern keine GPS-Daten verfügbar sind)
- Key Point Limit: 40.000 oder höher
- Limit für Gleichstandspunkte: 10.000
Nach der Ausrichtung sollte die spärliche Punktwolke die ungefähre Geometrie der erfassten Umgebung darstellen.
Aufbau der dichten Punktwolke
Sobald die Kameraausrichtung abgeschlossen ist, besteht der nächste Schritt darin, eine dichte Punktwolke zu erstellen.
In dieser Phase wird die detaillierte Geometrie der Szene rekonstruiert, indem Pixel über Bilder hinweg abgeglichen und ihre Positionen im 3D-Raum trianguliert werden.
Die empfohlenen Einstellungen sind:
- Qualität: Hoch oder Mittel
- Tiefenfilterung: Mild oder Moderat
Die daraus resultierende dichte Wolke stellt die physischen Oberflächen in der Umgebung dar.
Aufgrund der geringeren effektiven Auflösung von sphärischen Bildern kann die Punktdichte jedoch geringer sein als bei DSLR-Bildern.
Mesh und Textur generieren
Nach der Erstellung der dichten Punktwolke ist der nächste Schritt die Erstellung eines 3D-Netzes.
Das Netz wandelt die Punktwolke in ein kontinuierliches Oberflächenmodell um.
Empfohlene Netzeinstellungen sind:
- Quelldaten: Dichte Wolke
- Oberflächenart: Arbiträr
- Anzahl der Gesichter: Hoch
Sobald das Netz generiert wurde, ist der letzte Schritt die Erstellung der Textur.
Metashape projiziert die Originalbilder auf das Netz, um ein realistisches texturiertes Modell zu erstellen.
Trotz der geringeren geometrischen Präzision von sphärischen Kameras können die resultierenden Texturen immer noch sehr beeindruckend sein, da jedes Panorama die gesamte Umgebung enthält.
Genauigkeit und Beschränkungen
Die 360°-Fotogrammetrie ist zwar eine leistungsstarke Technik, aber es ist wichtig, ihre Grenzen zu kennen.
Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:
- Geringere geometrische Präzision im Vergleich zu DSLR-Kameras
- Artefakte beim Nähen mit dem Objektiv
- Geringere effektive Pixeldichte
- Potenzielles Rauschen in schwach beleuchteten Umgebungen
Für hochpräzise Vermessungen oder technische Messungen sind traditionelle Photogrammetrie-Workflows mit kalibrierten Kameras nach wie vor der bevorzugte Ansatz.
Für die schnelle Dokumentation, Visualisierung und Erstellung digitaler Zwillinge können sphärische Kameras jedoch hervorragende Ergebnisse bei minimalem Aufwand vor Ort liefern.
Die Zukunft der 360°-Fotogrammetrie
Die Qualität von 360°-Kameras für Privatanwender verbessert sich weiterhin rasant. Moderne Sensoren bieten eine höhere Auflösung, einen besseren Dynamikbereich und verbesserte Stitching-Algorithmen.
Mit der Weiterentwicklung dieser Technologien werden die Arbeitsabläufe der sphärischen Photogrammetrie in Bereichen wie z.B:
- Digitale Zwillinge für intelligente Städte
- Gebäudemanagement
- Inspektion der Infrastruktur
- Immersive virtuelle Umgebungen
- Schnelle Umweltdokumentation
In Kombination mit leistungsstarker Software wie Agisoft Metashape bieten 360°-Kameras eine schnelle und effiziente Methode zur Erfassung komplexer Umgebungen und deren Umwandlung in interaktive 3D-Modelle.
Für Fachleute, die mit neuen Photogrammetrie-Workflows experimentieren möchten, stellt die sphärische Bildgebung eine spannende und innovative Richtung dar.
