Wie Sie Smartphone-LiDAR und Photogrammetrie in Agisoft Metashape gemeinsam verarbeiten

In den letzten Jahren haben sich moderne Smartphones von einfachen Fotogeräten zu leistungsstarken 3D-Scan-Tools entwickelt. Mehrere High-End-Mobilgeräte, darunter die iPhone Pro-Modelle von Apple und einige moderne Tablets, verfügen jetzt über integrierte LiDAR-Sensoren, die Tiefeninformationen in Echtzeit erfassen können.

Mit Smartphone-LiDAR-Scans allein lassen sich zwar schnelle 3D-Modelle erstellen, aber ihre geometrische Genauigkeit und Texturqualität sind im Vergleich zur traditionellen Photogrammetrie oft begrenzt. Durch die Kombination von LiDAR-Daten mit hochauflösenden Bildern, die in Agisoft Metashape verarbeitet werden, können Fachleute jedoch detaillierte und genaue 3D-Modelle erstellen, die sich für die Visualisierung, Dokumentation und sogar bestimmte Messabläufe eignen.

Dieser hybride Arbeitsablauf – eine Kombination aus LiDAR-Scanning und Photogrammetrie – bietet einen leistungsstarken Ansatz für die Erfassung komplexer Umgebungen wie Innenräume, historische Stätten, Baugebiete und Industrieanlagen.

Die Smartphone-LiDAR-Technologie verstehen

LiDAR, die Abkürzung für Light Detection and Ranging, ist eine Fernerkundungstechnologie, die Entfernungen misst, indem sie Laserimpulse aussendet und die Zeit berechnet, die das reflektierte Licht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren.

In Smartphones dienen LiDAR-Sensoren in erster Linie dazu, Augmented-Reality-Anwendungen und die Tiefenwahrnehmung für die Fotografie zu verbessern. Sie senden Infrarotlicht aus und messen die Entfernung zu den umgebenden Oberflächen, um eine Tiefenkarte der Umgebung zu erstellen.

Obwohl die LiDAR-Sensoren in Smartphones kleiner und weniger leistungsfähig sind als professionelle LiDAR-Scanner, sind sie dennoch in der Lage, erstaunlich nützliche räumliche Daten zu erfassen.

Typische Smartphone-LiDAR-Funktionen umfassen:

• Tiefenerfassung bis zu etwa 5 Metern
• Scannen der Umgebung in Echtzeit
• Generierung einfacher Punktwolken oder Netze
• Integration mit AR- und Scan-Anwendungen

Viele mobile Anwendungen wie Polycam, SiteScape und Scaniverse ermöglichen es dem Benutzer, LiDAR-Scans als Punktwolken oder Netzmodelle zu exportieren, die in professioneller Software weiterverarbeitet werden können.

Warum LiDAR und Photogrammetrie kombinieren?

Sowohl die Photogrammetrie als auch das LiDAR-Scannen haben einzigartige Stärken und Grenzen.

Die Photogrammetrie eignet sich hervorragend für die Erfassung von hochauflösenden Texturen und feinen Oberflächendetails anhand von Fotos. In Bereichen mit geringem visuellen Kontrast, reflektierenden Oberflächen oder sich wiederholenden Mustern kann sie jedoch Schwierigkeiten haben.

LiDAR hingegen misst direkt geometrische Distanzen und kann räumliche Strukturen auch in Bereichen erfassen, in denen die Photogrammetrie versagen könnte.

Durch die Kombination dieser beiden Techniken ist es möglich, von den Vorteilen beider Technologien zu profitieren.

Zu den wichtigsten Vorteilen eines hybriden Arbeitsablaufs gehören:

• Verbesserte geometrische Stabilität
• Bessere Rekonstruktion von komplexen Strukturen
• Hochwertige Texturen aus Fotos
• Schnelleres Ausrichten von Bilddatensätzen
• Bessere Abdeckung von Oberflächen mit geringer Textur

Das macht den kombinierten Ansatz besonders nützlich für Innenräume, architektonische Dokumentationen und die schnelle Erstellung digitaler Zwillinge.

Überblick über den typischen Arbeitsablauf

Der hybride LiDAR- und Photogrammetrie-Workflow umfasst in der Regel drei Hauptphasen.

1. Erfassen Sie LiDAR-Daten mit einer Smartphone-Scan-Anwendung
2. Nehmen Sie hochauflösende Fotos von der Umgebung auf
3. Kombinieren und verarbeiten Sie die Datensätze in Agisoft Metashape

Der LiDAR-Scan liefert eine erste geometrische Referenz, während die Fotos zur Rekonstruktion der detaillierten Geometrie und Texturen verwendet werden.

Erfassen von LiDAR-Daten mit einem Smartphone

Der erste Schritt in diesem Arbeitsablauf ist die Erfassung von LiDAR-Daten mit einem kompatiblen Smartphone.

Mehrere Anwendungen sind in der Lage, LiDAR-Scans als 3D-Datensätze zu exportieren. Zu den beliebten Möglichkeiten gehören:

• Polycam
• Scaniverse
• SiteScape
• 3D Scanner App

Bei der Erfassung von LiDAR-Daten ist es wichtig, dass Sie sich langsam in der Umgebung bewegen und sicherstellen, dass alle relevanten Oberflächen gescannt werden.

Zu den guten Scanpraktiken gehören:

• Beibehaltung einer gleichmäßigen Kamerabewegung
• Sicherstellen einer ausreichenden Überlappung zwischen den Scanbereichen
• Vermeiden Sie plötzliche Bewegungen
• Scannen aus mehreren Blickwinkeln

Nach dem Scannen exportieren Sie den Datensatz entweder als:

• Punktwolke (LAS oder PLY)
• Mesh-Modell (OBJ oder GLB)

Diese Formate können später in Metashape importiert werden.

Erfassen von Photogrammetriebildern

Nach der Erfassung der LiDAR-Daten ist der nächste Schritt die Aufnahme von Fotos für die photogrammetrische Verarbeitung.

Die besten Ergebnisse erzielen Sie, wenn Sie eine Kamera verwenden, die hochauflösende Bilder erzeugen kann. Sogar Smartphone-Kameras können gut funktionieren, wenn die Lichtverhältnisse gut sind.

Zu den empfohlenen Praktiken für die Bilderfassung gehören:

• Hohe Bildüberlappung (70-80%)
• Konsistente Belichtungseinstellungen
• Vermeiden von Bewegungsunschärfe
• Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen

Diese Bilder werden später in Metashape verarbeitet, um die endgültige 3D-Rekonstruktion zu erstellen.

Daten in Agisoft Metashape importieren

Sobald beide Datensätze erfasst sind, besteht der nächste Schritt darin, sie in Agisoft Metashape zu importieren.

Der typische Arbeitsablauf besteht darin, zunächst die Photogrammetrie-Bilder zu importieren.

1. Erstellen Sie ein neues Metashape-Projekt
2. Fügen Sie die aufgenommenen Fotos hinzu
3. Fotoausrichtung ausführen

Metashape erkennt automatisch gemeinsame Merkmale in den Bildern und schätzt die Kamerapositionen.

Sobald die Ausrichtung abgeschlossen ist, kann der LiDAR-Datensatz als zusätzliche Referenz importiert werden.

Verwenden Sie die Funktion Punktwolke importieren, um die LiDAR-Punktwolke in das Projekt zu laden.

Abgleich von LiDAR-Daten mit Photogrammetrie

Um die Datensätze effektiv zu kombinieren, muss die LiDAR-Punktwolke mit dem Photogrammetriemodell abgeglichen werden.

Dieser Vorgang kann mit Hilfe von Kontrollpunkten oder manuellen Ausrichtungswerkzeugen durchgeführt werden.

Ein gängiger Ansatz besteht darin, mehrere erkennbare Merkmale zu identifizieren, die in beiden Datensätzen vorhanden sind. Dazu können Ecken, Strukturelemente oder markante Objekte gehören.

Sobald diese Punkte übereinstimmen, kann der LiDAR-Scan an der photogrammetrischen Rekonstruktion ausgerichtet werden.

Nach der Ausrichtung können die LiDAR-Daten als geometrische Referenz für die weitere Verarbeitung dienen.

Erzeugen der dichten Punktwolke

Nach der Bildausrichtung und der LiDAR-Integration ist der nächste Schritt die Erstellung der dichten Punktwolke.

In dieser Phase wird die detaillierte Geometrie rekonstruiert, indem übereinstimmende Pixel im gesamten Bildsatz trianguliert werden.

Empfohlene Einstellungen sind:

• Qualität: Hoch
• Tiefenfilterung: Mild

Die daraus resultierende dichte Wolke wird die endgültige rekonstruierte Geometrie darstellen.

In vielen Fällen können die LiDAR-Daten dazu beitragen, die Stabilität der Rekonstruktion zu verbessern und das Rauschen in strukturarmen Gebieten zu reduzieren.

Erstellen des endgültigen 3D-Modells

Sobald die dichte Wolke erzeugt wurde, ist der nächste Schritt die Erstellung des Netzmodells.

Das Netz wandelt die Punktwolke in eine kontinuierliche 3D-Oberfläche um.

Typische Einstellungen für die Netzgenerierung sind:

• Oberflächenart: Arbiträr
• Quelldaten: Dichte Wolke
• Anzahl der Gesichter: Hoch

Schließlich werden Texturen erzeugt, indem die Originalfotos auf die Oberfläche des Netzes projiziert werden.

Dieser Schritt erzeugt ein äußerst realistisches 3D-Modell mit detailliertem Erscheinungsbild.

Anwendungen von hybriden LiDAR- und Photogrammetrie-Workflows

Die Integration von Smartphone-LiDAR und Photogrammetrie eröffnet neue Möglichkeiten für die schnelle 3D-Erfassung.

Dieser Arbeitsablauf ist besonders nützlich für:

• Digitale Zwillinge im Haus
• Architektonische Dokumentation
• Bauüberwachung
• Erhaltung des kulturellen Erbes
• Gebäudemanagement
• Industrielle Inspektionen

Da das LiDAR-Scannen mit dem Smartphone schnell und tragbar ist, ermöglicht es eine schnelle Datenerfassung auch in komplexen Umgebungen.

Zu berücksichtigende Beschränkungen

Trotz ihrer Vorteile hat die Smartphone-LiDAR-Technologie noch einige Einschränkungen.

Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:

• Geringere Reichweite im Vergleich zu professionellen LiDAR-Scannern
• Begrenzte Punktwolkendichte
• Potenzielles Rauschen in den Tiefendaten
• Geringere Genauigkeit in großen Umgebungen

Für hochpräzise Vermessungsaufgaben sind professionelle LiDAR-Systeme oder spezielle Photogrammetrie-Kameras nach wie vor die bevorzugten Werkzeuge.

Für die schnelle Erfassung der Umgebung und die digitale Dokumentation kann der hybride Ansatz von LiDAR und Photogrammetrie jedoch hervorragende Ergebnisse liefern.

Fazit

Die Kombination von Smartphone-LiDAR-Scans und Photogrammetrie stellt eine aufregende neue Richtung bei der Erfassung der 3D-Realität dar.

Durch die Integration von LiDAR-Geometrien mit hochauflösenden fotografischen Texturen in Agisoft Metashape können Fachleute detaillierte 3D-Modelle effizient und mit minimaler Ausrüstung erstellen.

Mit der weiteren Verbesserung der Smartphone-Sensoren wird dieser hybride Arbeitsablauf wahrscheinlich zu einem immer wertvolleren Werkzeug für Architekten, Vermessungsingenieure, Forscher und Experten für digitales Kulturerbe.

Für Anwender, die mit innovativen Photogrammetrie-Workflows experimentieren möchten, bietet die Kombination von Smartphone-LiDAR mit Agisoft Metashape eine leistungsstarke und zugängliche Lösung.