Terrestrisches 3D-Laserscanning


Konventionelle Vermessungmethoden (manuell, laserbasiert, Tachymeter etc.) erfassen immer nur repräsentative Einzelpunkte einer Unfallszene und der beteiligten Objekte. Damit gehen immer Informationen verloren, die retrospektiv oft nicht mehr wiederhergestellt oder nachvermessen werden können. Für komplexe Beweissicherungen arbeitet das Ingenieurbüro Kneifel daher mit einem 3D-Laserscanner. Bei dem terrestrischen Laserscanning handelt es sich um eine berührungslose, automatische 3D-Messmethode, bei der jeder Messpunkt mit seinen x,y,z-Raumkoordinaten erfasst wird. Der Messvorgang ist rasend schnell, der hier zur Anwendung kommende Faro-Scanner speichert fast eine Millionen Punktkoordinaten in der Sekunde (genau: 976.000 Punkte pro Sekunde) und generiert daraus eine 3D-Punktwolke hoher Dichte mit einem Sichtfeld von 360° horizontal und 320° vertikal. In einem Messvorgang wird das vollständige Umfeld in einem Radius bis 120 Meter erfasst, wobei der Hersteller eine Distanzgenauigkeit von ± 2 mm auf 25 Meter garantiert. Damit werden alle sichtbaren Objektoberflächen, Fahrzeuge, Strassen, Gebäude, Hinternisse, Spuren rund um den Scanner im Aufzeichnungsradius dreidimensional gesichert, so dass alle Elemente und Details jederzeit in Bezug auf ihre Längen, Entfernungen und Höhen am PC vermessen werden können.

Jede einzelne Bildkoordinate kann mit der entsprechenden Software zu Polygonnetzflächen vernetzt (Meshing) werden, so dass alle Aufnahmeobjekte detailgetreu reproduzierbar sind. Selbst komplexe Fahrzeugschäden, Deformationen und Spurenbilder werden so vollständig und exakt dargestellt. Aus diesen Daten können durch Reverse Engineering digitale 3D Modelle diskreter Elemente gewonnen werden. Mit der 3D-Laserscanning Vermessungstechnik ist eine dauerhafte und detailgetreue 3D-Archivierung von Tat- und Unfallorten sicher gestellt, was mit keiner anderen Methode mit dieser Datensicherheit gewährleistet ist. Aus den archivierten Datensätzen können zeitlich unbegrenzt neue und abweichende Orthofotos sowie beliebige Ansichten und Schnitte berechnet und visualisiert werden.





Die Einsatzoptionen eines 3D Laserscanner sind selbstverständlich nicht auf die Beweissicherung von Verkehrsunfällen, Spurenbefunden und Fahrzeugschäden beschränkt. Diese Scanner-Generation wird auch zur Gebäudevermessung, für Restaurierungen, wissenschaftliche Analysezwecke, zur Bauwerksicherung oder für virtuelle Präsentationen historischer Stätten eingesetzt. Aufgrund der Daten- und Erfassungstiefe sowie der millimetergenauen Reproduzierbarkeit aller Spurenbefunde werden 3D-Scans auch zur Tatortsicherung bzw. 3D-Dokumentation eingesetzt, so dass auch unter abweichenden Bedingungen immer wieder auf die Tatortrekonstruktion zurück gegriffen werden kann. Das Video links zeigt eine Tatortdokumentation als Animation, welche durch den Scannerhersteller Faro produziert wurde (zum Starten anklicken).




Der Faro 3D Scanner wird terrestrisch (daher auch der Name des Verfahrens) - also auf dem Boden - eingesetzt und weil er im 360 Grad Rundumblick alle Objekte räumlich erfasst, den Panoramascannern zugeordnet. Andere Scannersysteme erfassen die Objektinformationen aus der Luft durch Überfliegen und werden daher als Airbone Laserscanner Systeme bezeichnet.

3D Fahrzeug- , Straßen- und Geländemodelle...

...erstellt aus Digitalfotos einer handelsüblichen Kamera. Manchmal hilft auch ein Laserscanner bei der Umgebungserfassung nicht weiter, z.B. dann, wenn bauliche Veränderungen nach dem Unfall vorgenommen wurden oder das oder die Fahrzeuge nicht mehr zur Verfügung stehen.

Wir erstellen aus geeigneten Digitalfotos handelsüblicher Kameras maßstäbliche 3D-Modelle verunfallter Fahrzeuge, Gelände- und Straßenprofile.

In dem vorstehenden Video wird das Ergebnis einer 3D-Modellerstellung nach der Auswertung der eingereichten Digitalfotos einer normalen 2D-Kamera dargestellt. Auch Handyfotos sind grundsätzlich geeignet. Aus den Lichtbildern erstellen wir Punktwolken und/oder vermeshte Modelle, die in die üblichen Unfallrekonstruktionsprogramme eingelesen und dort weiter verarbeitet werden.

Das unten angezeigte 3D-Fahrzeugmodell wurde mit dieser Technik erstellt. Sie können das Modell mit der Maus und dem Mausrad beliebig drehen und zoomen.

Im Umfeld der Analyse und Rekonstruktion von Straßenverkehrsunfällen sind die Techniken der Photogrammetrie keine unbekannten Größen und werden nach wie vor gerne eingesetzt um Orthofotos, also eine Ansicht aus der Vogelperspektive, zu erstellen oder um z.B. Teilbereiche einer Kontakt- oder Formspur für eine Plausibiltätsanalyse maßstäblich zu entzerren. Dieses Rekonstruktionsverfahren kann -eine ausreichende Anzahl digitaler Fotos einer x-beliebigen Kamera vorausgesetzt- auch für 3D-Darstellungen bzw. Modellbildungen verwendet werden, nachdem aus den Fotomerkmalen die Abbildungseigenschaften der Digitalkamera bestimmt wurden.

Auch wenn mit diesem Verfahren Punktwolken hoher Dichte wie beim Laserscanning erzeugt werden, handelt es sich nicht um einen Scan. Hier werden die Methoden der 3D-Photogrammetrie angewendet, also einem Rekonstruktionsverfahren zur Rückgewinnung geometrischer Objektinformationen anhand von Fotos aus unterschiedlichen Blickwinkeln mittels der SFM-Technik (Structure from Motion). SFM verfolgt markante Punkte (Tracking-Punkte) auf der Objektoberfläche und erkennt diese in den verschiedenen Perspektiven einer Bilderfolge - damit kann (unter Auswertung der EXIF-Daten) auf die Kameraposition zurückgerechnet werden. Es werden die bei der Aufnahme geltenden Abbildungsgesetze rekonstruiert.

Eine grafische Darstellung der gefundenen und zugeordneten Punkte aus zwei ausgewerteten Digitalbildern mit der SFM-Technik innerhalb des GNU lizenzierten Programms ColMap zeigt der nachfolgende Screenshot:


SFM Punktzuordnung

So ist eine Punktorientierung und Berechnung im 3D-Raum möglich. Mit diesem Verfahren sind oft deutlich besser aufgelöste Oberflächendetails als bei einem Scan möglich, weil die Oberfläche bzw. die Textur über die Fotos gleich mitkommt!

Beispiel Punktwolkendichte und Auflösung der Oberfläche (nach Auswertung der Digitalfotos einer handelsüblichen Kamera):



Die 3D-Rekonstruktion aus 2D Digital-Kamerafotos kann mit aufgelegter Textur in geeignete Programme oder als Punktwolke nach PCC importiert und skaliert werden.



3D Rekonstruktion aus Kamerafotos