Messbildkamera

Datei:UMK 201318 (5989).jpg

Messkamera von Carl Zeiss Jena UMK 20/1318 (Einführung 1980)

Als Messkamera wird ein photogrammetrischer Fotoapparat bezeichnet, dessen innere Orientierung oder geometrisches Kameramodell mittels Kalibrierung hinreichend genau bestimmt und für eine lange Zeit als konstant angesehen werden kann. Jede Kamera kann daher als Messkamera angesehen werden, wenn diese Voraussetzungen für die angestrebte Genauigkeit der Messergebnisse erfüllt werden.

Ist die innere Orientierung nur teilweise bekannt und ist mindestens ein kamerafestes Bildkoordinatensystem vorhanden, hat man dies in der Vergangenheit als Teilmesskamera bezeichnet. Heute sind die Begriffe Messkamera und Teilmesskamera weitgehend aus dem wissenschaftlich-technischen Sprachschatz verschwunden.<ref>Thomas Luhmann: Dissertation bei Deutsche Geodätische Kommission 2010</ref>

Geschichte

Datei:Meydenbauerkamera.jpg

Analoge Messbildkamera von Albrecht Meydenbauer (1834–1921)

Die erste Messbildkamera konstruierte der Bauingenieur Albrecht Meydenbauer zusammen mit dem Optiker Emil Busch der das Objektiv berechnete und lieferte.

Einsatzgebiete

Sie wird hauptsächlich in der Photogrammetrie<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20061112023322

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       }}
  }}</ref> und Fernerkundung eingesetzt, um

die Form von Objekten zu rekonstruieren – z. B. für Medizin, Archäologie oder Denkmalschutz
Architekturfassaden, Gebäude oder Steinbrüche einzumessen und die Koordinaten ihrer wichtigsten Punkte zu bestimmen
Reihenfotos vom Flugzeug aus aufzunehmen und diese später in der Geodäsie<ref>Nutzung von GIS in der Vermessung und Geodäsie. In: GIS für das Vermessungswesen. Auf esri.de, abgerufen am 11. September 2020.</ref> bzw. Kartografie zur Herstellung von Karten zu nutzen.
In der Raumfahrt Details von Planeten zu vermessen.

Typen

Datei:Wild RC8 in a NOAA de Havilland Buffalo.jpg

Ein Luftbildfotograf der NOAA mit einer RC-8 Kamera der Firma Wild. Er trägt eine Atemmaske, weil das Flugzeug (eine de Havilland Buffalo) keine Druckkabine besitzt. Diese Kameras waren bei der NOAA von 1956 bis 1990 im Einsatz.

Analoge Messbildkamera

Für analoge (= filmbasierte) Messbildkameras sind Formate von 23 cm und die Rahmenmarken typisch, die auf jedes Bild des Filmes belichtet werden. Sie helfen, die innere Orientierung der Kamera festzulegen (Hauptpunkt des Bildes und Brennweite). Letztere liegt je nach Objektiv zwischen 8 und 60 cm und wird jedes Mal auf 0,001 mm berechnet bzw. kalibriert, weil sie unter anderem von der Temperatur und Luftdruck abhängt. Die Auswertung erfolgt mit speziellen, etwa schreibtischgroßen Auswertegeräten, die Genauigkeiten von 0,002 bis 0,01 mm im Bildmaßstab erlauben.

Mit terrestrisch eingemessenen Passpunkten wird die äußere Orientierung hergestellt. Darunter versteht man die Parameter Aufnahmeort (Koordinaten x, y, z) und Aufnahmerichtung (Drehwinkel ω, φ, κ) für die Transformation der Bildkoordinaten in das Landes-Koordinatensystem (z. B. in Deutschland und Österreich: Gauß-Krüger-Koordinaten).

Digitale Messbildkamera

Bei Digitalkameras werden statt fotografischer Filme ein oder mehrere CCD-Sensoren verwendet. Ein Standard-Analogfilm für Luftbildkameras hat eine Negativgröße von 23 cm × 23 cm bei bis zu 152 m Filmlänge. Digitale Sensoren in dieser Größe sind derzeit nicht realisierbar. Daher werden häufig mehrere Sensoren verwendet, die zu einem großen Bild zusammengerechnet werden. Beispielsweise verwenden Kameras von Intergraph Z/I Imaging (DMC) und Microsoft/Vexcel (UltraCam) diese Technik. Demgegenüber gibt es noch den Ansatz mit Zeilensensoren, beispielsweise von Jena-Optronik (JAS) oder Leica Geosystems (ADS40). Dadurch ist es möglich, mit kleineren Sensoren eine nahezu gleiche Bildabdeckung wie bei Analogkameras zu erreichen. Die Messgenauigkeit der digitalen Luftbildkameras ist dabei etwas besser.

Die Vorteile der Digitalen Luftbildfotografie sind:

wesentlich weniger Rauschen als bei gescannten Negativen
Einsparungen bei Film- und Entwicklungskosten
Besser abgestufte Belichtungsbereiche
Teilweise Multispektralaufnahmen möglich (etwa Infrarot-Bilder und Farbbilder gleichzeitig)
Schnellere Weiterverarbeitung
Dank dem Einsatz von Inertialnavigationssystemen kann sowohl die innere als auch die äußere Orientierung der Bilddaten mit sehr viel geringerem Aufwand bestimmt werden. Selbst ohne Passpunkte sind Positionsgenauigkeiten unter 5 cm erreichbar.

Ein Nachteil ist, dass entsprechend leistungsfähige Computer benötigt werden, welche besonders in Entwicklungs- und Schwellenländern noch wenig verbreitet sind. Im Jahr 2025 können die modernsten Systeme mehr als ein Gigabyte an Daten pro Sekunde generieren. Die neue Technik ist mit hohen Investitionen verbunden, sowohl für die Sensoren selbst als auch für die Infrastruktur zur Weiterverarbeitung. Außerdem müssen die Verarbeitungsprozesse umgestellt werden und die Mitarbeiter mit der neuen Technologie vertraut gemacht werden. Analoge Kammern werden seit etwa 2007 nicht mehr produziert.

Hersteller

Die bekanntesten Hersteller von Messbildkameras sind die Firmen Leica Geosystems (früher Wild und Kern, zusammen mit der mittlerweile auch zum Mutterkonzern Hexagon AB gehörenden Kamerasparte von Intergraph, früher Z/I Imaging), Jena-Optronik GmbH (früher Kombinat Carl Zeiss Jena), Carl Zeiss, Vexcel-Imaging GmbH (früher Microsoft Vexcel Imaging) und Kodak. Ein weiterer Hersteller mit hochpräzisen Kameras in diesem Segment ist ALPA (ALPA Capaul & Weber AG) aus der Schweiz.

Einzelnachweise