Photogrammetrie bedeutet, die Form und Lage von Objekten aus Fotos zu bestimmen. Das Verfahren ist alt, wurde aber durch Digitalkameras, Drohnen und leistungsfähige Software in den letzten Jahrzehnten grundlegend verändert. Dieser Beitrag erklärt die Grundlagen für alle, die photogrammetrische Ergebnisse beauftragen oder einordnen möchten.
Vom Messbild zur automatischen Auswertung
Schon im 19. Jahrhundert wurden Gebäude aus Fotografien vermessen, und über viele Jahrzehnte war die Photogrammetrie eine Domäne spezialisierter Messkameras und Auswertegeräte, an denen Operateure Punkte manuell in Bildpaaren einstellten. Mit der digitalen Photogrammetrie übernimmt Software diese Arbeit weitgehend automatisch. Heute verbreitet ist das Verfahren Structure from Motion (SfM): Es bestimmt aus vielen ungeordneten, überlappenden Fotos gleichzeitig die Aufnahmepositionen, die Kamerageometrie und die räumliche Lage der abgebildeten Punkte. Anschließend erzeugt ein Dense-Matching-Schritt daraus eine dichte Punktwolke, aus der Netze (Meshes), Orthofotos und Höhenmodelle abgeleitet werden.
Merkmale finden und verknüpfen
Kern der automatischen Auswertung ist das Erkennen gleicher Punkte in verschiedenen Bildern. Die Software sucht charakteristische Bildmerkmale wie Ecken, Kanten und markante Texturdetails und verknüpft sie über mehrere Fotos hinweg. Daraus folgt eine wichtige Eigenschaft des Verfahrens: Es funktioniert umso besser, je strukturierter die Oberfläche ist. Unverputztes Mauerwerk, Natursteinfassaden oder Gelände mit Bewuchsmustern sind gut geeignet. Schwierig sind dagegen einfarbige, glatte Flächen, Glas, spiegelnde Bleche, Wasserflächen und sich bewegende Objekte wie Laub im Wind.
Auch das Licht spielt eine Rolle: Harte Schlagschatten, wechselnde Bewölkung während der Aufnahme oder Gegenlicht verschlechtern das Ergebnis. Gleichmäßiges, diffuses Licht ist ideal.
Kamerakalibrierung
Jedes Objektiv bildet nicht perfekt ab: Brennweite und Bildhauptpunkt weichen von den Nennwerten ab, und Linsenverzeichnungen krümmen gerade Linien. Diese inneren Orientierungsparameter muss die Software kennen oder während der Auswertung mitbestimmen (Selbstkalibrierung). Stabile Kameras mit fester Brennweite und ohne wechselnden Fokus liefern dabei verlässlichere Ergebnisse als Zoomobjektive oder Kameras mit Bildstabilisierung, die die Geometrie zwischen den Aufnahmen verändern. Eine sorgfältige Kalibrierung ist für die Genauigkeit oft wichtiger als ein hoher Kaufpreis der Kamera.
Maßstab und Lage
Ein reines Bildmodell ist in sich stimmig, aber ohne äußeren Bezug weder richtig skaliert noch georeferenziert. Den Maßstab und die Lage im Koordinatensystem erhält es über eingemessene Passpunkte, bekannte Strecken oder präzise bestimmte Kamerapositionen, etwa per RTK bei Drohnen. Unabhängige Kontrollpunkte zeigen anschließend, welche Genauigkeit tatsächlich erreicht wurde. Mehr dazu im Beitrag UAV-Photogrammetrie: Überdeckung, GSD und Passpunkte.
Einsatz in der Bauaufnahme
In der Bestandsaufnahme spielt die Photogrammetrie ihre Stärken bei Dächern, Fassaden, Gelände und überall dort aus, wo fotorealistische Textur gefragt ist, etwa für Schadenskartierungen oder entzerrte Fassadenansichten in der Denkmalpflege. Für Innenräume, texturarme Flächen und hohe Genauigkeitsanforderungen ist der terrestrische Laserscan meist das geeignetere Verfahren. Häufig werden beide kombiniert, siehe Drohne und Laserscanner: Stärken, Grenzen, Kombination.
Photogrammetrie kompakt erklärt
Photogrammetrie berechnet Geometrie aus überlappenden Fotos. Die Qualität hängt von Oberflächenstruktur, Licht, Kamerakalibrierung und Georeferenzierung ab, nicht allein von der Software. Wie wir das Verfahren für Gebäude und Gelände einsetzen, beschreibt die Seite Photogrammetrie.