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Diploma and Master Theses (authored and supervised):

M. Wieser:
"Direkte Georeferenzierung von Photograhpien anhand von freier Hardware und quelloffener Software";
Supervisor: C. Briese, N. Pfeifer; Department für Geodäsie und Geoinformation, 2013; final examination: 2013-11-14.



English abstract:
The direct georeferencing allows to determine the exterior orientation (position and orientation angles) of photographs without the need of pass points measured in the photos. The main objective of this work was the development of a system for direct georeferencing of photos, which are taken by hand or where the camera is mounted on an UAV (unmanned aerial vehicle). Therefore (1) a solution should be developed, which is cost effective and from small scale format. For this purpose a system of free hardware and open source software has been developed. (2) A process chain should be implemented for the automatic evaluation of the direct georeferencing. (3) Accuracies of about 1░ should be reached for the orientation angles. The developed system is based on the open source autopilot project ┐ArduPilot APM2.0┐. The APM2.0 is an autopilot for UAVs and is equipped with a MEMS-IMU, a GNSS receiver and a magnetometer. The APM2.0 code was adapted for the needs of direct georeferencing and the synchronisation was implemented for the Single-lens reflex camera Nikon D300 and the Ricoh GR Digital IV compact camera. A camera calibration (interior orientation and distortion) was performed for the Ricoh GR Digital IV. The calculation of the orientation angles is done by a Strapdown-Algorithm while the position is given by the GNSS receiver. In addition, sensor fusion is done for the combination of several observations to support the Strapdown-Algorithm. All calibration methods are based exclusively on the measurements of the sensors. The results can be saved in different ways. Either directly in the digital photos or additional files are created. Two test have been carried out to verify the hardware solution based on the APM2.0 and the process chain. The analysis is straitened to the orientation angles and the obtained accuracies for roll and pitch angle are 0.5░ and for the yaw angle 1░.

German abstract:
Die direkte Georeferenzierung ermöglicht die Bestimmung der äußeren Orientierung (Position und Orientierungswinkel) für Photographien, ohne Passpunkte in den Bildern messen zu müssen. Das Hauptziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines Systems, zur direkten Georeferenzierung von Photos welche mit der Hand aufgenommen werden oder bei der die Kamera an einem UAV (engl. unmanned aerial vehicle) montiert ist. Dazu sollte (1) ein Lösung entwickelt werden die kostengünstig ist. Weiters sollte das Gerät von möglichst kleiner Größe sein, um es einfach an einer Kamera montieren zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde dazu eine System aus freier Hardware und quelloffener Software entwickelt. Für die Auswertung wurde (2) eine Prozesskette zu realisiert die eine möglichst automatische Berechnung der direkten Georeferenzierung erlaubt. (3) Mit der entwickelten Lösung sollen Genauigkeiten der Orientierungswinkel im Bereich von 1░ erreicht werden. Das entwickelte System basiert auf dem Open Source Autopilot-Projekt ┐ArduPilot, APM2.0┐. Der APM2.0 ist ein Autopilot für UAVs und ist mit einer MEMS-IMU, einem GNSS Empfänger und einem Magnetometer ausgestattet. Die Software des APM2.0 wurde für die Zwecke der direkten Georeferenzierung angepasst und es wurde eine Synchronisation der Sensoren mit zwei Kameras realisiert. Zum Einsatz kam einerseits die Spiegelreflex Kamera Nikon D300 und andererseits die Kompaktkamera Ricoh GR Digital IV. Für letztere wurde auch eine Kamerakalibrierung (Bestimmung der inneren Orientierung und Verzeichnung) durchgeführt. Die Berechnung der Orientierungswinkel der direkte Georeferenzierung wird anhand einer Strapdown-Rechnung realisiert, während die Position rein aus den GNSS-Beobachtungen übernommen wird. Darüber hinaus werden im Rahmen einer Sensorfusion mehrere Beobachtungen kombiniert um die Strapdown-Rechnung zu stützen. Es werden Kalibrierungsmethoden verwendet die ausschließlich auf den Messungen der verwendeten Sensoren beruhen. Als Ergebnis stehen die Elemente der äußeren Orientierung (Position und Orientierungswinkel) zur Verfügung. Für die Verspeicherung der Resultate wurden verschiedenen Lösungen (direkt in den digitalen Photos oder in Zusatzdateien) entwickelt. Die praktische Untersuchung derentwickelten Hard- und Software wurde anhand zweier Testdatensätzen untersucht. Die Analyse der Testdaten beschränkt sich rein auf die Orientierungswinkel. Es wurden Genauigkeiten für Pitch- und Roll-Winkel von 0.5░ und für den Yaw-Winkel von 1░ erreicht. Die Genauigkeit der GNSS-Positionsbestimmung liegt bei 2-3m mit den verwendeten Empfänger.


Electronic version of the publication:
http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_227506.pdf


Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.