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Bildregistrierung für den Abgleich der Blickfelder interner und externer Kamerasensoren auf einem mobilen Endnutzergerät zur bauwerksbezogenen Dokumentation

Schertel, Manuel (2016):
Bildregistrierung für den Abgleich der Blickfelder interner und externer Kamerasensoren auf einem mobilen Endnutzergerät zur bauwerksbezogenen Dokumentation.
TU Darmstadt, [Master Thesis]

Abstract

Im Rahmen des Forschungsprojekts "Digitale Branddokumentation" soll ein modellbasierter Ansatz entwickelt werden, der von Brandermittlern erhobenen Daten mit Hilfe des "Building Information Modellings" in ein digitales Gebäudemodell integriert. Bisher werden die vor Ort erhobenen Daten von Hand aufwändig sortiert und archiviert. Bildaufnahmen die angefertigt wurden lassen sich oft nur schwer einer genauen Position zuordnen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen einer digitalen Spiegelreflexkamera (DSLR) Nikon D7200 und einem Next-Generation-Tablet aus dem Projekt Google Tango geschaffen. Hierfür stellt das Tablet als USB-Host eine Datenverbindung mit der Spiegelreflexkamera her. Dabei bedient es sich den Standards des "Picture Transfer Protocols (PTP)". Eine Überwachung des Speichers der DSLR durch den Tabletcomputer erkennt, wenn die Nikon Aufnahmen angefertigt hat und löst in Folge dessen eine Aufnahme durch die Kamera des Tablets aus. Die Aufnahme der D7200 wird anschlieÿend auf das Tablet transferiert und dort gespeichert. Um die durch die Spiegelreflexkamera angefertigten Bilder eindeutig einem digitalen Gebäudemodell zuordnen zu können ist es notwendig, die genaue Lage und Position der DSLR zum Zeitpunkt der Aufnahme zu kennen. Eine Möglichkeit hierfür ist die Errechnung dieser Daten aus den bekannten Lage- und Positionsdaten des mit der Kamera fest verbundenen Tablets mit Hilfe einer Blickfeldauswertung. Um diese Bilder vergleichen zu können müssen zunächst die inneren und äuÿeren Kameraparameter sowie die Distorsion der Aufnahmen ermittelt werden. Dies geschieht mit Hilfe des Verfahrens nach Zhengyou Zhang. Die nun bekannten Kameraparameter fließen in ein Stereokalibrierverfahren ein, dass die Positionsdifferenz der Kameras in Form einer Rotationsmatrix und die Lagedifferenz mit Hilfe eines Translationsvektors ausgibt. Die aus der Kamerakalibrierung gewonnen Daten können nun für die Rektifizierung und so letztendlich zur Bestimmung der unterschiedlichen Blickwinkel der Kameras genutzt werden. Die dargestellten Verfahren werden zum Schluss in einer Java-basierten Android-Applikation umgesetzt.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2016
Creators: Schertel, Manuel
Title: Bildregistrierung für den Abgleich der Blickfelder interner und externer Kamerasensoren auf einem mobilen Endnutzergerät zur bauwerksbezogenen Dokumentation
Language: German
Abstract:

Im Rahmen des Forschungsprojekts "Digitale Branddokumentation" soll ein modellbasierter Ansatz entwickelt werden, der von Brandermittlern erhobenen Daten mit Hilfe des "Building Information Modellings" in ein digitales Gebäudemodell integriert. Bisher werden die vor Ort erhobenen Daten von Hand aufwändig sortiert und archiviert. Bildaufnahmen die angefertigt wurden lassen sich oft nur schwer einer genauen Position zuordnen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen einer digitalen Spiegelreflexkamera (DSLR) Nikon D7200 und einem Next-Generation-Tablet aus dem Projekt Google Tango geschaffen. Hierfür stellt das Tablet als USB-Host eine Datenverbindung mit der Spiegelreflexkamera her. Dabei bedient es sich den Standards des "Picture Transfer Protocols (PTP)". Eine Überwachung des Speichers der DSLR durch den Tabletcomputer erkennt, wenn die Nikon Aufnahmen angefertigt hat und löst in Folge dessen eine Aufnahme durch die Kamera des Tablets aus. Die Aufnahme der D7200 wird anschlieÿend auf das Tablet transferiert und dort gespeichert. Um die durch die Spiegelreflexkamera angefertigten Bilder eindeutig einem digitalen Gebäudemodell zuordnen zu können ist es notwendig, die genaue Lage und Position der DSLR zum Zeitpunkt der Aufnahme zu kennen. Eine Möglichkeit hierfür ist die Errechnung dieser Daten aus den bekannten Lage- und Positionsdaten des mit der Kamera fest verbundenen Tablets mit Hilfe einer Blickfeldauswertung. Um diese Bilder vergleichen zu können müssen zunächst die inneren und äuÿeren Kameraparameter sowie die Distorsion der Aufnahmen ermittelt werden. Dies geschieht mit Hilfe des Verfahrens nach Zhengyou Zhang. Die nun bekannten Kameraparameter fließen in ein Stereokalibrierverfahren ein, dass die Positionsdifferenz der Kameras in Form einer Rotationsmatrix und die Lagedifferenz mit Hilfe eines Translationsvektors ausgibt. Die aus der Kamerakalibrierung gewonnen Daten können nun für die Rektifizierung und so letztendlich zur Bestimmung der unterschiedlichen Blickwinkel der Kameras genutzt werden. Die dargestellten Verfahren werden zum Schluss in einer Java-basierten Android-Applikation umgesetzt.

Uncontrolled Keywords: Bildregistrierung, Dokumentation, Kamerasensoren, mobil
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Numerical Methods and Informatics in Civil Engineering
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
Date Deposited: 27 Sep 2017 15:16
Additional Information:

Betreuer: Steffen Franz

Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 31 January 2017
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
camera sensors, Documentation, Image Registration, mobilEnglish
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
As part of the Research Project "Digital Documentation of Fire Investigation" a model based approach shall be developed which integrates the data determined by the fire analysts into a digital building model by using the "Building Information Modelling". So far, all local information and data are sorted manually and archived. It is difficult to associate taken pictures with the exact position. As part of this thesis a possibility is generated to communicate between a DSLR camera type Nikon D7200 and a Next-Generation Tablet of the Google Project Tango. In this case the Tablet functions as a USB-Host and connects to the DSRL camera by using the standards of the "Picture Transfer Protocols (PTP)". A control of the available storage of the DSRL by the Tablet recognizes if the Nikon has taken a picture and creates subsequently a picture by the camera of the Tablet. The picture of the D7200 is then transferred and stored on the Tablet. In order to associate the picture taken by the DSLR exactly with the Digital Building Model it is necessary to know the exact position of the DSLR at the time of picture taking. For this reason, the relative position and location of the Nikon in respect to the Tablet is monitored whereby the location and position of the Computer is considered to be known. This is done by comparing calibration photos taken by the DSRL and the Tablet. In order to compare the taken pictures it is necessary to determine first the inner and outer camera parameters as well as the distortion of the pictures. This is done by using the process of Zhengyou Zhang. The resulting camera parameters are used by a stereo calibration technique, which compensates the position difference of the cameras thru a Rotation Matrix and the location difference thru a Translation vector. The now known Data can be used to rectify the images and so, finaly, to get the translations and rotations between the cameras. The described procedures will be used at the end in a Java based Android application.English
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