Fassadenrekonstruktion : Vergleich von automatisierter Auswertung aus TLS und manueller Auswertung aus Bilddaten

Abstract

Oft ist es notwendig, Fassaden von Häusern zu erfassen und diese zum Beispiel in Form von Strichplänen zu digitalisieren. Diese können zur Dokumentation oder Restaurierung denkmalgeschützter Gebäude, Einbindung auf Internetseiten, für Tourismus oder ähnliches verwendet werden. So unterschiedlich das Ergebnis sein kann, sind auch die Methoden die zur Anwendung kommen. Im einfachsten Fall wird die Fassade mit Maßbändern vermessen. Mit moderneren Vermessungsmethoden wie etwa einem Tachymeter, der Photogrammetie oder einem terrestrischen Laserscanner, ist jedoch eine schnellere, zuverlässigere und vollständigere Fassadenerfassung möglich. Diese Messmethoden sind berührungslose Verfahren, die es ermöglichen, unterschiedliche Modelle der Fassaden in verschiedener Genauigkeit zu erstellen. Wesentlich beeinflusst wird das Ergebnis dabei einerseits von der Qualität der Geräte und ihrer Positionierung bei der Aufnahme, andererseits von der zur Auswertung der Daten angewandten Methode. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden drei Auswertungsmethoden vorgestellt, mit denen die Ostfassade von Schloß Schönbrunn in Wien rekonstruiert werden soll: (1) Auswertung mit photogrammetrischen Mitteln, ebene Entzerrung: Bei dieser Methode werden zuerst die von der Fassade aufgenommenen Photos entzerrt. Bei der ebenen Entzerrung von Photos wird immer nur eine Referenzebene verwendet, weswegen keine Höhenunterschiede innerhalb der Fassade berücksichtigt werden können. Anschließend werden die einzelnen entzerrten Photos zu einem Gesamtbild der Fassade zusammengefügt, und daraus händisch ein Strichplan erstellt. (2) Auswertung aus Laserscandaten: Laserscanner erstellen Punktwolken, welche eine Vielzahl an gemessenen Punkten des aufgenommenen Objektes repräsentieren. Spezieller Augenmerk dieser Diplomarbeit liegt auf der Erstellung eines Algorithmus, welcher automatisch aus der Punktwolke der Fassade von Schloß Schönbrunn Punkte detektiert und zusammenfasst, welche einer gemeinsamen Ebene der Fassade angehören, und somit die Extraktion von Gebäudekanten ermöglicht. (3) Kombination der ersten beiden Methoden, True Orthophoto: Dieses Verfahren bedient sich einerseits Photos der Fassade und andererseits eines Fassadenmodells, welches aus der Laserscanpunktwolke gewonnen wird. Dadurch wird eine lagerichtige Abbildung der Fassade unter Berücksichtigung von Höhenunterschieden möglich, welche auch True Orthophoto genannt wird. Aus diesem wird, auf gleichem Weg wie bei der ebenen Entzerrung, ein händischer Strichplan erzeugt. Diese Verfahren mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad und Aufwand zur Erstellung eines Strichplanes der Ostfassade von Schloß Schönbrunn werden in dieser Diplomarbeit näher erläutert und die gewonnenen Ergebnisse im Anschluss miteinander verglichen. Bei öffentlichen Ausschreibungen zur Erhaltung bzw. Darstellung von Gebäuden gelten die in Österreich gebräuchlichen ÖNORMen. Im letzten Teil der Diplomarbeit werden übliche Genauigkeitsanforderungen bei diesen Ausschreibungen beschrieben und beurteilt, ob diese mit den vorgestellten Auswertemethoden realistisch erreichbar sind.

Sometimes it is necessary to capture facades of houses and to digitize them for example as a line plan. This can be used for the documentation or restoration of cultural heritage, visualisation on websites in the internet or for applications in the tourism industry. As different the output can be, as different are the methods for processing and analyzing the data. Using measuring tapes and pencil is the simplest way to capture a facade. Modern methods like tachymetric or photogrammetric recording however allow faster, more precise and complete registration of facades. These measuring techniques are contactless methods, which allow creating facade models with different levels of accuracy. The result heavily depends on the quality of the measuring devices and their position for acquisition as well as on the methods for analyzing and processing the data. In this thesis, three analysing methods are presented for the reconstruction of the eastern facade of Schloß Schönbrunn in Vienna, Austria: (1) Analysis based only on photogrammetric data, plane rectification: Using this method, all photos taken from the facade are rectified first. In case of plane rectification there can be only one reference plane, and thus no differences in elevation can be considered. In a second step, all the individual rectified photos are assembled to an overall picture of the facade. Based on this picture a line plan is plotted manually. (2) based on 3D laser scanning scatterplot: Laserscanners generate large scatterplots, representing individual points of an object. In this thesis special emphasis is put on developing an algorithm for automatically detecting and combining points of the scatterplot, which belong to the same plane of the facade, and thus allow the extraction of edges of the facade. (3) a combination of both methods, true orthophoto: This method uses photos of the facade and combines them with a model of the facade extracted from the scatterplot of the laserscanner. With those two sources it is possible to calculate a true orthophoto, which is a correctly rectified and positioned image of the facade that also considers elevation differences. Based on this true orthophoto a line plan is generated manually in the same way as with method (1). These methods with their different degree of automation and effort for creating a line plan of the east facade of Schloß Schönbrunn in Vienna, are explained and compared in detail in this thesis. Public tenders for conservation and presentation of buildings and cultural heritage have to follow the official Austrian guidelines called ÖNORM in respect of detail and accuracy. In the last part of the thesis an example for accuracies specified in public tender announcements is presented and it is evaluated whether they can realistically be achieved with the evaluation methods presented in this thesis.