Terrestrisches Laserscanning und Streifenprojektionsmethode am Beispiel des Romanischen Schottenportals Regensburg

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

1.1 Ziel der Arbeit

1.2 Aufbau der Arbeit

2. Terrestrisches Laserscanning

2.1 Einordnung und Anwendungen

2.2 Aspekte der Lasertechnologie

2.3 Reflektorlose Entfernungsmessung

2.3.1 Triangulationsverfahren

2.3.2 Phasenvergleichsverfahren

2.3.3 Impulslaufzeitmessung

2.3.4 Einflüsse auf die reflektorlose Entfernungsmessung

2.4 Systemkriterien Terrestrischer Laserscanner

2.5 Terrestrischer Laserscanner Riegl LMS-Z-360

2.5.1 Messsensor

2.5.2 Digitalkamera Nikon D100

2.6 Software RiSCAN PRO

2.6.1 Allgemeines

2.6.2 Koordinatensysteme und Transformation

2.6.3 Messung

2.6.4 Referenzierung

2.6.5 Datenfilterung und Segmentierung

2.6.6 Verarbeitung digitaler Bilder

3. Streifenprojektionsmethode

3.1 Oberflächenbestimmung in der Messtechnik

3.2 Messprinzip

3.2.1 Triangulationsverfahren

3.2.2 Gray-Code-Verfahren – Binär-kodiertes Licht

3.2.3 Phasenverschiebungsverfahren

3.2.4 Parameter und Aufnahmekonfiguration

3.3 QT Sculptor

3.3.1 Allgemeines

3.3.2 Gestell, Projektor und Kamera

3.3.3 Genauigkeit und Messbereich

3.3.4 Kalibrierung des Messbereichs

3.4 Verarbeitung der Tiefenbilder mit der Software QT Sculptor

3.4.1 Messung

3.4.2 Segmentierung und Registrierung

3.4.3 Objektmodellierung

3.4.4 Texturierung

4. Das Romanische Schottenportal und die Baudenkmalpflege

4.1 Baudenkmalpflege und Vermessung

4.2 Klosterkirche St. Jakob und Schottenportal

4.2.1 Historie

4.2.2 Das Schottenportal

5. Messung

5.1 Projektbetrachtung

5.2 Terrestrischer Laserscanner LMS Z-360

5.3 Digitalkamera Nikon D 100

5.4 Streifenprojektionssystem QT Sculptor

5.4.1 Aufnahmeparameter und Kalibrierung des Messbereichs

5.4.2 Aufnahme von Tiefenbildern

5.5 Bewertung des Messprozesses

5.5.1 Bemerkungen zum Messprozess

5.5.2 Wichtige Aufnahmebedingungen

6. Auswertung

6.1 Vorbetrachtung

6.2 Verarbeitungskonzept

6.3 Software

6.3.1 Konvertierung

6.3.2 Polyworks

6.4 Verarbeitung der Laserscanner-Daten mit RiSCAN PRO

6.4.1 Datenauswahl

6.4.2 Referenzierung der Einzelaufnahmen

6.4.3 Datenfilterung und Visualisierung

6.4.4 Konvertierung in Tiefenbilder

6.5 Modellierung mit QT Sculptor

6.5.1 Vorbetrachtungen

6.5.2 Segmentierung und Registrierung

6.5.3 Oberflächenmodellierung und Optimierung des Dreiecksnetzes

6.5.4 Ergebnisse

6.6 Datenfusion aus Laserscanner- und Streifenlichtdaten

6.6.1 Segmentierung und Registrierung

6.6.2 Oberflächenmodellierung und Optimierung des Netzes

6.6.3 Ergebnisse

6.7 PolyWorks/Modeler und PolyWorks/Inspector

6.7.1 Netzbearbeitung und Datenreduktion

6.7.2 Vergleich zwischen Laserscanner- und Streifenlichtmodell

6.8 Texturierung von Oberflächenmodellen mit QT Sculptor

6.9 Visualisierung und Anwendungen

7. Zusammenfassung

7.1 Zusammenfassung der Ergebnisse

7.2 Zusammenfassung des Verfahrens

8. Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht den Einsatz von terrestrischem Laserscanning und der Streifenprojektionstechnik zur 3D-Erfassung komplexer historischer Bauwerke, wobei das Romanische Schottenportal in Regensburg als Fallbeispiel dient. Ziel ist die vergleichende Analyse der Messmethoden sowie die Entwicklung eines kombinierten Workflows zur Datenvereinigung und Modellierung für die Baudenkmalpflege.

• Vergleichende Untersuchung des terrestrischen Laserscannings und der Streifenprojektionsmethode.
• Prozessierung von 3D-Daten zur Erstellung hochpräziser Oberflächenmodelle.
• Datenfusion unterschiedlicher Messsysteme zur Optimierung der geometrischen Genauigkeit.
• Anwendung der Ergebnisse in der Baudenkmalpflege und Bauanalyse.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Diese Einleitung definiert das Ziel der Arbeit, nämlich die Evaluierung von terrestrischem Laserscanning und Streifenprojektion als moderne Messmethoden für die Baudenkmalpflege am Beispiel des Schottenportals.

2. Terrestrisches Laserscanning: In diesem Kapitel werden die theoretischen Grundlagen, Funktionsweisen sowie die spezifische Hardware (Riegl LMS-Z-360) und Software (RiSCAN PRO) für das Laserscanning erläutert.

3. Streifenprojektionsmethode: Hier erfolgt die Einführung in die Technologie des strukturierten Lichts, das Messprinzip, die Kalibrierung und die Verarbeitung von Tiefenbildern mittels der Software QT Sculptor.

4. Das Romanische Schottenportal und die Baudenkmalpflege: Dieses Kapitel verknüpft die theoretischen technischen Ansätze mit den praktischen Anforderungen der Baudenkmalpflege und gibt einen historischen Kontext zur Klosterkirche St. Jakob.

5. Messung: Hier werden die praktische Durchführung der Vermessungskampagne, die Projektplanung sowie die Vor-Ort-Erfahrungen und Aufnahmebedingungen detailliert dargestellt.

6. Auswertung: Dieses umfangreiche Kapitel behandelt den gesamten Prozess der Datenverarbeitung, von der Datenselektion über die Modellierung bis zur Datenfusion und dem abschließenden Qualitätsvergleich der Modelle.

7. Zusammenfassung: Die Arbeit schließt mit einer Bewertung der erzielten Ergebnisse und einer Zusammenfassung der Vor- und Nachteile der eingesetzten Messsysteme für denkmalpflegerische Anwendungen.

8. Ausblick: Der Ausblick diskutiert das Zukunftspotenzial der beschriebenen 3D-Messtechnologien für verschiedene Anwendungsgebiete und die wachsende Nachfrage nach vollständigen 3D-Visualisierungen.

Schlüsselwörter

Terrestrisches Laserscanning, Streifenprojektion, Baudenkmalpflege, 3D-Modellierung, Triangulationsverfahren, Datenaustausch, Punktewolke, Oberflächenrekonstruktion, Messgenauigkeit, Schottenportal Regensburg, QT Sculptor, RiSCAN PRO, Polyworks, Vermessungswesen, CAD.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?

Die Arbeit befasst sich mit dem praktischen Einsatz von terrestrischem Laserscanning und der Streifenprojektionsmethode zur 3D-Erfassung komplexer Bauwerke, exemplifiziert an dem Romanischen Schottenportal in Regensburg.

Welche zentralen Themenfelder stehen im Mittelpunkt?

Zentrale Themen sind die instrumententechnischen Realisierungen, die jeweilige Datenverarbeitungs- und Modellierungs-Methodik sowie die Anwendung dieser Technologien in der Baudenkmalpflege.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das primäre Ziel ist die vergleichende Analyse der beiden Messverfahren bezüglich ihrer Anwendbarkeit und Modellierungsqualität, um daraus Schlüsse für deren Einsatz in der Bauaufnahme zu ziehen.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?

Es werden mathematische Verfahren wie die Triangulation (physisch und theoretisch), verschiedene Transformations- und Ausgleichungsrechnungen sowie Algorithmen wie das Gray-Code-Verfahren und der ICP-Algorithmus zur Registrierung von Datensätzen eingesetzt.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen, die spezifische Vermessungskampagne am Schottenportal sowie den komplexen Auswerteprozess, inklusive der Datenfusion und Modelloptimierung mit verschiedenen Software-Lösungen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wesentlichen Begriffe sind Terrestrisches Laserscanning, Streifenprojektion, 3D-Modellierung, Baudenkmalpflege, Punktewolken-Registrierung und Oberflächenrekonstruktion.

Warum spielt die Datenfusion in dieser Arbeit eine Rolle?

Die Datenfusion ist entscheidend, um die großräumige, aber grob aufgelöste Erfassung durch den Laserscanner mit der hochaufgelösten, aber kleinräumigen Erfassung der Streifenprojektion zu einem vollständigen, hochpräzisen Modell zu vereinen.

Welches Fazit zieht der Autor zur Stabilität des Systems für Außenaufnahmen?

Der Autor stellt fest, dass während der Laserscanner robust für den Außeneinsatz geeignet ist, das Streifenprojektionssystem (QT Sculptor) aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber Erschütterungen und Umgebungslicht in der aktuellen Konstruktion noch erhebliches Verbesserungspotenzial für Außeneinsätze aufweist.