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Laserscanning

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Photogrammetrie und Fernerkundung

Zusammenfassung

Laserscanning ist eine polare Messmethode, die Daten flächenhaft aufnimmt und auswertet, also eine „polare Photogrammetrie“. Laserscanning liefert Punktwolken für die Modellierung unserer Umgebung, z. B. die topographische Situation oder Kulturgüter. Die aktive Messmethode einschließlich der Laser-Bathymetrie zur Flussgrundvermessung werden beschrieben und die Aufnahmegeometrie im terrestrischen und luftgestützten Fall diskutiert. Die Orientierung und Kalibrierung der Sensoren wird sowohl auf Basis markanter Punkte als auch unter Ausnützung der gesamten vermessenen Flächen vorgestellt. Im letzten Abschnitt werden die Eigenschaften von Laserscanning-Punktwolken beschrieben und Methoden zur Gewinnung digitaler Geländemodelle aus Laserscanning erläutert.

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Notes

  1. 1.

    Hier wird die Terminologie von Signal und Echo verwendet. Das Signal wird im Laserscanner erzeugt und gesendet, das Echo des Signals, bzw. die Echos zu einem Signal, im Sensor detektiert. Der Begriff Puls ist auch gebräuchlich, aber sowohl für das ausgesendete Signal als auch für die empfangenen Echos (erster Puls, letzter Puls). Um sicherzustellen, dass keine Verwechslungen auftreten, wird daher hier die Signal-Echo-Terminologie verwendet.

  2. 2.

    Dies ist nicht notwendiger Weise das einzige Konstruktionsprinzip. Auch zwei unabhängig drehende Spiegel können zur Strahlablenkung genutzt werden.

  3. 3.

    Eine noch stärkere Bündelung des Lasersignals ist bei der verwendeten kurzen Wellenlänge (532 nm) zwar technisch möglich, wird allerdings durch die erforderliche Einhaltung der Augensicherheit begrenzt. Die Hersteller geben diesbezüglich in den Sensorspezifikationen die Entfernungen an, ab denen das System mit dem freiem Auge oder bewaffnetem Auge ungefährlich ist (engl. Nominal Occular Hazard Distance, NOHD bzw. extended Nominal Occular Hazard Distance, eNOHD).

  4. 4.

    Die Datenerfassung erfolgt im ALS i. d. R. durch parallele, einander teilweise überlappende Längsstreifen. Querstreifen sind zur Stabilisierung des Flugblockes empfehlenswert und für hohe Genauigkeitsansprüche erforderlich.

Literatur

  1. Abdallah, H., Baghdadi, N., Bailly, J.-S., Pastol, Y., Fabre, F.: Wa-LiD: a new lidar simulator for waters. IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. 9(4), 744–748 (2012)

    Article  Google Scholar 

  2. Akca, D.: Full Automatic Registration of Laser Scanner Point Clouds. Optical 3-D Measurement Techniques VI, Zurich, Switzerland, S. 330–337, 22–25 September 2003

    Google Scholar 

  3. Axelsson, P.: DEM generation from laser scanner data using adaptive TIN models. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. XXXIII, Teil 3, 111–118 (2000)

    Google Scholar 

  4. Barnea, S., Filin, S.: Registration of terrestrial laser scans via image based features. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. 36(3/W52), 26–31 (2007)

    Google Scholar 

  5. Besl, P., McKay, N.: A method for registration of 3-D shapes. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 14(1): 239–256 (1992). doi:10.1109/34.121791

    Article  Google Scholar 

  6. Böhm, J., Becker, S.: Automatic marker-free registration of terrestrial laser scans using reflectance features. In: Proceedings of 8th Conference on Optical 3D Measurment Techniques, Zurich, S. 338–344, 9–12 July 2007

    Google Scholar 

  7. Brenner, C., Dold, C.: Automatic relative orientation of terrestrial laser scans using planar structures and angle constraints. In: ISPRS Workshop on Laser Scanning 2007 and SilviLaser 2007, Espoo (2007)

    Google Scholar 

  8. Briese, C., Höfle, B., Lehner, H., Wagner, W., Pfennigbauer, M., Ullrich, A.: Calibration of full-waveform airborne laser scanning data for object classification. In: Proceedings of SPIE 6950, Laser Radar Technology and Applications XIII (April 16, 2008); doi:10.1117/12.781086

    Google Scholar 

  9. Cahalane, C., McElhinney, C., Lewis, P., McCarthy, T.: MIMIC: an innovative methodology for determining mobile laser scanning system point density. Remote Sens. 6(3), 7857–7877 (2014). doi:10.3390/rs6097857

    Google Scholar 

  10. Chen, Y., Medioni, G.: Object modelling by registration of multiple range images. Image Vis. Comput. 145–155 (1991). doi:10.1016/0262-8856(92)90066-C

    Google Scholar 

  11. Cook, R.L., Torrance, K.E.: A reflectance model for computer graphics. ACM Trans. Graph. 1(1), 7–24 (1982)

    Article  Google Scholar 

  12. Elseberg, J., Borrmann, D., Nüchter, A.: A study of scan patterns for mobile mapping. In: International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, ISPRS2013-SSG, Antalya, vol. XL-7/W2, 11–17 Nov 2013

    Google Scholar 

  13. Eysn, L., Hollaus, M., Lindberg, E., Berger, F., Monnet, J., Dalponte, M., Kobal, M., Pellegrini, M., Lingua, E., Mongus, D., Pfeifer, N.: A benchmark of lidar-based single tree detection methods using heterogeneous forest data from the Alpine space. Forests 6, 1721–1747 (2015)

    Article  Google Scholar 

  14. Glira, P., Pfeifer, N., Briese, C., Ressl, C.: A correspondence framework for ALS strip adjustment based on variants of the ICP algorithm. PFG, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation 2015(4), 275–289 (2015a)

    Article  Google Scholar 

  15. Glira, P., Pfeifer, N., Briese, C., Ressl, C.: Rigorous strip adjustment of airborne laserscanning data based on the ICP algorithm. in: ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume II-3/W5 (2015), S. 73–80, ISSN: 2194-9042

    Google Scholar 

  16. Grewal, M.S., Andrews, A.P., Bartone, C.G.: Global Navigation Satellite Systems, Inertial Navigation, and Integration. Wiley, Hoboken (2013)

    Google Scholar 

  17. Guenther, G.C.: Airborne laser hydrography: system design and performance factors, NOAA Professional Paper Series, National Ocean Service 1, National Oceanic and Atmospheric Administration, Rockville, S. 385 (1985)

    Google Scholar 

  18. Guenther, G.C., Cunningham, A.G., Laroque, P.E., Reid, D.J.: Meeting the accuracy challenge in airborne Lidar bathymetry. In: Proceedings of the 20th EARSeL Symposium: Workshop on Lidar Remote Sensing of Land and Sea, Dresden, 16–17 June 2000

    Google Scholar 

  19. Habib, A., Rens, J.: Quality assurance and quality control of lidar systems and derived data. In: Advanced Lidar Workshop, University of Northern Iowa (2007)

    Google Scholar 

  20. Haring, A.: Die Orientierung von Laserscanner- und Bilddaten bei der fahrzeuggestützten Objekterfassung. Dissertation, Technische Universität Wien (2007)

    Google Scholar 

  21. Hickman, G.D., Hogg, J.E.: Application of an airborne pulsed laser for near shore bathymetric measurements. Remote Sens. Environ. 1(1), 47–58 (1969)

    Article  Google Scholar 

  22. Höfle, B., Vetter, M., Pfeifer, N., Mandlburger, G., Stötter, J.: Water surface mapping from airborne laser scanning using signal intensity and elevation data. Earth Surf. Process. Landf. 34(12), 1635–1649 (2009)

    Article  Google Scholar 

  23. Hollaus, M., Wagner, W., Maier, B., Schadauer, K.: Airborne laser scanning of forest stem volume in a mountainous environment. Sensors 7(2), 1559–1577 (2007)

    Article  Google Scholar 

  24. Horn, B.: Closed-form solution of absolute orientation using unit quaternions. J. Opt. Soc. Am. A 4(4), 629–642 (1987)

    Article  Google Scholar 

  25. Hyyppä, J., Hyyppä, H., Leckie, D., Gougeon, F., Yu, X., Maltamo, M.: Review of methods of small-footprint airborne laser scanning for extracting forest inventory data in boreal forests. Int. J. Remote Sens. 29(5), 1339–1366 (2008)

    Article  Google Scholar 

  26. Jutzi, B., Stilla, U.: Range determination with waveform recording laser systems using a Wiener Filter. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 61(1), 95–107 (2006)

    Article  Google Scholar 

  27. Kaartinen, H., Hyyppä, J., Yu, X., Vastaranta, M., Hyyppä, H., Kukko, A., Holopainen, M., Heipke, C., Hirschmugl, M., Morsdorf, F., Næsset, E., Pitkänen, J., Popescu, S., Solberg, S., Wolf, B., Wu, J.: An international comparison of individual tree detection and extraction using airborne laser scanning. Remote Sens. 4(4), 950–974 (2012)

    Article  Google Scholar 

  28. Kaasalainen, S., Hyyppa, H., Kukko, A., Litkey, P., Ahokas, E., Hyyppa, J., Lehner, H., Jaakkola, A., Suomalainen, J., Akujarvi, A., Kaasalainen, M., Pyysalo, U.: Radiometric calibration of LIDAR intensity with commercially available reference targets. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 47(1), 588–598 (2009)

    Article  Google Scholar 

  29. Kang, Z., Zlatanova, S.: Automatic Registration of Terrestrial Scan Data based on Matching Corresponding Points from Reflectivity Images. Automatic Registration of Terrestrial Scan Data based on Matching Corresponding Points from Reflectivity Images. IEEE Urban Remote Sensing Joint Event, 2007, Paris (2007)

    Google Scholar 

  30. Kilian, J., Haala, N., Englich, M.: Capture and evaluation of airborne laser scanner data. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. XXXI, Teil 3, 383–388 (1996)

    Google Scholar 

  31. Korzeniowska, K., Pfeifer, N., Mandlburger, G., Lugmayr, A.: Experimental evaluation of ALS point cloud ground extraction tools over different terrain slope and land-cover types. Int. J. Remote Sens. 35(13), 4673–4697 (2014)

    Article  Google Scholar 

  32. Kraus, K., Pfeifer, N.: Determination of terrain models in wooded areas with airborne laser scanner data. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 53(4), 193–203 (1998)

    Article  Google Scholar 

  33. Lichti, D.: Error modelling, calibration and analysis of an AM–CW terrestrial laser scanner system. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 61(5), 307–324 (2007)

    Article  Google Scholar 

  34. Lowe, D.: Distinctive image features from scale-invariant keypoints. Int. J. Comput. Vis. 60(2), 91–110 (2004)

    Article  Google Scholar 

  35. Mallet, C., Lafarge, F., Roux, M., Sörgel, U., Bretar, F., Heipke, C.: A marked point process for modeling lidar waveforms. IEEE Trans. Image Process. 19(12), 3204–3221 (2010)

    Article  Google Scholar 

  36. Maltamo, M., Næsset, E., Vauhkonen, J.: Forestry Applications of Airborne Laser Scanning. Springer, Dordrecht (2014)

    Book  Google Scholar 

  37. Molnár, G., Pfeifer, N., Ressl, C., Dorninger, P., Nothegger, C.: On-the-job range calibration of terrestrial laser scanners with piecewise linear functions. Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation 2009(1), 9–22 (2009)

    Article  Google Scholar 

  38. Næsset, E.: Predicting forest stand characteristics with airborne scanning laser using a practical two-stage procedure and field data. Remote Sens. Environ. 80(1), 88–99 (2002)

    Article  Google Scholar 

  39. Niemeyer, J., Rottensteiner, F., Sörgel, U.: Contextual classification of lidar data and building object detection in urban areas. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 87, 152–165 (2014)

    Article  Google Scholar 

  40. Otepka, J., Ghuffar, S., Waldhauser, C., Hochreiter, R., Pfeifer, N.: Georeferenced point clouds: a survey of features and point cloud management. ISPRS Int. J. Geoinf. 2(4), 1038–1065 (2013)

    Article  Google Scholar 

  41. Pfeifer, N., Stadler, P., Briese, C.: Derivation of digital terrain models in the SCOP++ environment. In: Proceedings of OEEPE Workshop on Airborne Laserscanning and Interferometric SAR for Detailed Digital Terrain Models, Stockholm (2001)

    Google Scholar 

  42. Pfeifer, N., Höfle, B., Briese, Ch., Rutzinger M., Haring A.: Analysis of the backscattered energy in terrestrial laser scanning data. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spat. Inf. Sci. XXXVII, Part B5, 1045–1052 (2008). Beijing

    Google Scholar 

  43. Pfeifer, N., Roncat, A., Stötter, J., Becht, M. (Hrsg.): Laser scanning applications in geomorphology. Zeitschrift für Geomorphologie 55(1), 144 (2011)

    Google Scholar 

  44. Roncat, A., Bergauer, G., Pfeifer, N.: B-Spline deconvolution for differnential target cross-section determination in full-waveform laser scanning data. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 66(4), 418–428 (2011)

    Article  Google Scholar 

  45. Rusinkiewicz, S., Levoy, M.: Efficient variants of the ICP algorithm. In: Proceedings of the Third International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, Quebec City, S. 145–152 (2001)

    Google Scholar 

  46. Sablatnig, R., Tosovic, S., Kampel, M.: Next view planning for a combination of passive and active acquisition techniques. In: Fourth International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, Banff, 6–10 Oct 2003, S. 62–69 (2003)

    Google Scholar 

  47. Scaioni, M., Forlani, G.: Independent model triangulation of terrestrial laser scanner data. In: IAPRS, Ancona, vol. XXXIV, Part 5/W12, S. 308–313 (2003)

    Google Scholar 

  48. Schneider, D.: Calibration of a Riegl LMS-Z420i based on a multi-station adjustment and a geometric model with additional parameters. In: Proceedings ISPRS Workshop on Laserscanning, Paris (2009)

    Google Scholar 

  49. Sithole, G., Vosselman, G.: Experimental comparison of filter algorithms for bare-Earth extraction from airborne laser scanning point clouds. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 59(1), 85–101 (2004)

    Article  Google Scholar 

  50. Tarolli, P., Dalla Fontana, G.: Hillslope-to-valley transition morphology: new opportunities from high resolution DTMs. Geomorphology 113(1), 47–56 (2009)

    Article  Google Scholar 

  51. Torrance, K.E., Sparrow, E.M.: Theory for off-specular reflection from roughened surfaces. J. Opt. Soc. Am. 57(9), 1105–1114 (1967)

    Article  Google Scholar 

  52. Toth, C.K.: Strip adjustment and registration. In: Shan, J., Toth, C.K. (Hrsg.) Topographic Laser Ranging and Scanning-Principles and Processing, S. 235–268. CRC Press, Boca Raton (2009)

    Google Scholar 

  53. Vosselman, G.: Slope based filtering of laser altimetry data. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. XXXIII, Teil 3, 935–942 (2000)

    Google Scholar 

  54. Wagner, W., Ullrich, A., Briese, C.: Der Laserstrahl und seine Interaktion mit der Erdoberfläche. VGI – Österreichische Zeitschrift für Vermessung und Geoinformation 91(4), 223–235 (2003)

    Google Scholar 

  55. Wagner, W., Ullrich, A., Ducic, V., Melzer, T., Studnicka, N.: GaussianDecompositionandCalibrationof a Novel Small-FootprintFull-WaveformDigitisingAirborne Laser Scanner. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 60(2), 100–112 (2006)

    Article  Google Scholar 

  56. Zámečníková, M., Wieser, A., Woschitz, H., Ressl, C.: Influence of surface reflectivity on reflectorless electronic distance measurement and terrestrial laser scanning. J. Appl. Geod. 8(4), 311–326 (2014)

    Google Scholar 

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Pfeifer, N., Mandlburger, G., Glira, P. (2017). Laserscanning. In: Heipke, C. (eds) Photogrammetrie und Fernerkundung. Springer Reference Naturwissenschaften . Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-47094-7_44

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