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  • Ruben Ebersold

LiDAR: Was es ist und wie es für die Photogrammetrie genutzt werden kann

Die LiDAR-Technologie konkurriert mit der Photogrammetrie, ergänzt sie aber auch.

Laser sind eine der präzisesten Möglichkeiten, Entfernungen zu messen. Dazu gehört auch LiDAR, welches auch in Consumer-Geräten immer weitere Verbreitung findet. Hier erfahren Sie, wie sich LiDAR von der Photogrammetrie unterscheidet, aber auch, wie sie gemeinsam genutzt werden können.

In diesem Artikel erfahren Sie:

Was ist LiDAR?

Was ist Photogrammetrie?

Was ist der Unterschied zwischen LiDAR und Luftbildphotogrammetrie?

Wie können Photogrammetrie und LiDAR gemeinsam genutzt werden?

Photogrammetrie und LiDAR in der Praxis

Was kommt als Nächstes?

Was ist LiDAR?

LiDAR ist ein Akronym für Light Detection and Ranging, das auch als 3D-Laserscanning bekannt ist. LiDAR wurde erstmals in den 1960er Jahren eingesetzt und dient zur Messung von Entfernungen auf der Basis von Laserlicht. Es funktioniert, indem ein Zielobjekt oder ein Raum mit einem Laserlicht beleuchtet wird und die Zeit aufgezeichnet wird, die das Laserlicht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren, um Entfernungen mit hoher Genauigkeit zu messen.

Eine detaillierte LiDAR-Punktwolke


3D-Laserscanning wird bereits in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, wobei die Anwendungen von mobilen bis hin zu terrestrischen und luftgestützten Datenerfassungsprojekten reichen. Da das Laserscanning Entfernungen genau misst, ist es sehr effektiv für die Erstellung digitaler 3D-Nachbildungen von Räumen, Objekten und Landschaften. In diesem Aspekt konkurriert es mit der Photogrammetrie als Werkzeug zur Digitalisierung der Realität. LiDAR-Methoden erzeugen eine georeferenzierte und ungefärbte 3D-Punktwolke. Diese dichte Punktwolke ist sehr detailliert und enthält oft kleine Objekte wie Kabel oder Drähte, welche die Photogrammetrie nicht so leicht erkennen kann. Die Durchführung von LiDAR kann jedoch teuer sein, und es ist oft notwendig, ein spezialisiertes Laserscan-Unternehmen mit der Datenerfassung zu beauftragen.



Was ist Photogrammetrie?

Photogrammetrie ist der Prozess der Vermessung aus Bildern. Die in der Aufnahme sich überlappenden Bilder werden verarbeitet, um präzise Modelle des Raums zu erzeugen. Ihr Hauptzweck ist die Digitalisierung der Realität für Vermessungen und Kartierungen. Die frühe Photogrammetrie stützte sich auf hohe Aussichtspunkte oder Heißluftballons, um Daten aus der Luft zu sammeln. Heutzutage werden neben bodennahen Bilderfassungen vermehrt Drohnen zur Erfassung von Vermessungsdaten eingesetzt. Die Photogrammetrie wird in einer Vielzahl von Branchen mit einer riesigen Bandbreite von Anwendungen eingesetzt, von der forensischen Tatortkartierung bis hin zum Einsatz in der Präzisionslandwirtschaft.


Was ist der Unterschied zwischen LiDAR und Photogrammetrie?

Zunächst einmal hat LiDAR einen großen Vorteil gegenüber der Photogrammetrie: Es erzeugt sein eigenes Licht. Das bedeutet, dass es nicht von Wetterbedingungen wie Bewölkung und wechselnden Lichtverhältnissen beeinflusst wird, die die Datenerfassung aus der Luft für die Photogrammetrie stark stören können. Davon profitieren sowohl das terrestrische als auch das 3D-Laserscanning aus der Luft, während die Photogrammetrie mit Drohnen oder Handkameras bei schlechten Lichtverhältnissen schwierig bis unmöglich ist.


Zweitens kann LiDAR in die Zwischenräume zwischen Blättern eindringen und kleine Details erfassen. Der Laserimpuls sieht zwischen den Blättern hindurch und liefert eine Messung direkt auf den Baumstamm oder den Boden unter dem Baum, während die Photogrammetrie auf Fotos angewiesen ist und nur das rekonstruiert, was an der Oberfläche sichtbar ist.


LiDAR schafft es, mehr Punkte im Bereich der dichten Vegetation sowie schmale Kabel zu erfassen, welche für die Photogrammetrie eine Herausforderung darstellen.


Allerdings ist LiDAR oft teuer. Die Photogrammetrie kann mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden mit einer Vielzahl von Kameras durchgeführt werden, auch mit Verbraucherkameras und nicht mit exklusiven, hochspezialisierten professionellen Geräten.


Außerdem bietet die Photogrammetrie eine Reihe von Ausgabemöglichkeiten, einschließlich eingefärbter Punktwolken, texturierter Netze und Orthomosaike, während LiDAR nur eine Punktwolke erzeugt.



Wie können Photogrammetrie und LiDAR gemeinsam genutzt werden?

LiDAR kann zur Durchführung ähnlicher Aufgaben wie die Photogrammetrie verwendet werden und kann deren Ergebnisse verstärken. Die Verwendung beider Techniken in Kombination bedeutet, dass LiDAR, insbesondere terrestrisches Laserscanning, Details hinzufügen kann, die den Luftbilddaten der Photogrammetrie möglicherweise entgangen sind. Wenn also LiDAR und Photogrammetrie kombiniert werden, bringen sie mehr Details in ein Projekt ein, die durch eine der beiden Techniken allein vielleicht nicht erreicht worden wären.


Die Daten werden in spezialisierter Vektorisierungssoftware, welche die Lücke zwischen Photogrammetrie und CAD schließt, zusammengeführt. Sie ermöglicht es Anwendern, photogrammetrische Punktwolken mit Punktwolkendaten zusammenzuführen, die mit anderen Technologien, einschließlich LiDAR, erfasst wurden. Durch den Zugriff sowohl auf die Originalbilder als auch auf die Punktwolke wird die Vektorisierung und Extraktion von Punkten, Polylinien, Polygonen und Oberleitungen genauer und schneller als je zuvor. Bei komplizierten Projekten, z. B. mit schmalen Objekten wie Stromleitungen, kann LiDAR helfen, die Lücken zu füllen, die bei photogrammetrischen Datenerfassungsmethoden möglicherweise übersehen werden. Die Software ist in der Lage, Photogrammetrie-Daten in Kombination mit terrestrischem Laserscanning zu verwenden.

Eine Punktwolke, die sowohl LiDAR- als auch Photogrammetriedaten kombiniert


Bei der Vektorisierung wird ein Gebiet in Polylinien und Polygone zerlegt, um Punkte der Geometrie zu definieren. Als Ergebnis sind die endgültigen Vektordateien, die aus großen Punktwolkendaten aus der Photogrammetrie und LiDAR abgeleitet werden, ingenieurstauglich.


Photogrammetrie und LiDAR in der Praxis

LiDAR- und Photogrammetrie-Punktwolken sind oft massive Dateien, die aus Milliarden von Punkten bestehen. Diese Daten zu manipulieren und nahtlos zu navigieren ist eine Herausforderung, die ebenfalls spezialisierte Software benötigt um den Anwendern die praktische Handhabung zu ermöglichen.


Im folgenden Beispiel wurde eine Drohne eingesetzt, um Luftbilder von einer Bahnstrecke zu sammeln. Die Punktwolke, die mit Hilfe der Photogrammetrie erzeugt wurde, erfasste viele Details der Szene, aber nicht die Besonderheiten der Kabel auf dem Gleis oder der Metallpfosten, die sie tragen.

Die LiDAR-Daten (grün überlagert) erkennen Details, welche das Photogrammetrische Verfahren nicht erfasst hat.


Die LiDAR-Daten zeichneten diese Details auf und füllten die Lücken, die die Drohnenbilder übersehen hatten. Als Ergebnis wurde ein vollständigeres Modell der Szene erstellt, das mehr Informationen enthielt.


Was kommt als nächstes?

Mit LiDAR ausgestattete Endgeräte finden immer weitere Verbreitung und machen die Technologie so für viele verfügbar. Beliebte Verbraucherprodukte werden in Geräte verwandelt, die für eine genaue 3D-Modellierung geeignet sind. Dies ist insbesondere beim iPad Pro 2020 und dem iPhone 12 Pro der Fall, die über einen entsprechenden LiDAR-Sensor verfügen.


Der Arbeitsablauf für das terrestrische 3D-Scannen mit bspw. Pix4Dcatch ist einfach: Halten Sie das iOS-Mobilgerät hoch und gehen Sie herum, um Bilder des gewünschten Bereichs zu erfassen. Das Scannen erfolgt mit Echtzeit-3D-Meshing und gibt ein Live-Feedback über die Fertigstellung der Szene. Pix4Dcatch zeichnet die GPS- und IMU-Daten auf und ermöglicht es, skalierte und georeferenzierte 3D-Ausgaben mit Pix4Dmapper oder Pix4Dcloud zu erzeugen.

Pix4Dcatch ermöglicht die Erzeugung präziser 3D-Modelle mit einem Handheld-Gerät


Der Übergang von LiDAR auf den Verbrauchermarkt ist eine spannende Entwicklung für die 3D-Modellierung. Die punktgenaue Genauigkeit des 3D-Laserscannings in Kombination mit der Flexibilität und den vielfältigen Anwendungen und Ausgaben der Photogrammetrie ist Teil der fortlaufenden Revolution in der Vermessungs- und Kartierungsbranche und gewährleistet einen einfacheren Zugang zu wichtigen Informationen, genauer als je zuvor.

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