EP4267913A1 - Vorrichtung und verfahren zur flächenkartierung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur flächenkartierung

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Publication number
EP4267913A1
EP4267913A1 EP21830597.7A EP21830597A EP4267913A1 EP 4267913 A1 EP4267913 A1 EP 4267913A1 EP 21830597 A EP21830597 A EP 21830597A EP 4267913 A1 EP4267913 A1 EP 4267913A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
auxiliary
camera
main
area mapping
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21830597.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konrad WENZEL
Alexander LINN
Robin MINK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sam Dimension GmbH
Original Assignee
Sam Dimension GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sam Dimension GmbH filed Critical Sam Dimension GmbH
Publication of EP4267913A1 publication Critical patent/EP4267913A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/006—Apparatus mounted on flying objects
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/38—Releasing-devices separate from shutter
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B19/00—Cameras
    • G03B19/02—Still-picture cameras
    • G03B19/023—Multi-image cameras
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4038—Image mosaicing, e.g. composing plane images from plane sub-images

Definitions

  • the invention is based on a device for area mapping, according to the preamble of claim 1, and a method for area mapping, according to the preamble of claim 14, in the form of, for example, a method for the rapid creation of high-resolution, georeferenced images of areas using a device comprising several cameras.
  • Patent specification EP 2277 130 B1 discloses a method for capturing images from one or more moving platforms for remote sensing of a large area, capturing overview images and detail images and such, via bundle block adjustment and using identified pixels in the overview images and the detail images , detailed orthomosaic images can be generated from the photogrammetric calculation of the detailed images.
  • the disadvantage of this method is that the inside and outside orientation takes place using identified pixels in the overview images and the detail images, which requires a high level of computing effort.
  • the inventive device for area mapping with the features of claim 1, and the inventive method for area mapping, with the features of claim 14, have the advantage that the device for area mapping consists of a frame on which a main camera and / or a Main sensor as well as at least two auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are attached, with the main camera and/or the main sensor just like the at least two auxiliary cameras and/or auxiliary sensors having a defined camera footprint on the ground and a defined image ground resolution, the camera footprint of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors on the ground is smaller than and at least partially within the camera footprint of the main camera and/or the main sensor on the ground and the image ground resolution of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors is greater than the image ground resolution of the main camera and/or the main sensor, and the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are aligned such that images generated by the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors at least partially overlap and the device for area mapping has at least one GNSS receiver (Global Navigation Satellite System) and a triggering mechanism, the GN
  • At least one auxiliary camera is a common industrial camera. It would also be conceivable for the main camera and/or the main sensor and/or at least one auxiliary camera and/or at least one auxiliary sensor to be movably attached to the frame. Accordingly, it would also be conceivable that a pivoting and/or rotating movement can be performed, so that at least one camera and/or at least one sensor is moved individually or together with at least one other camera and/or another sensor. Finally, it would also be conceivable for this movement to be carried out manually and/or automatically and simultaneously and/or at different times with a remote control.
  • the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are aligned in such a way that the image generated by one auxiliary camera and/or one auxiliary sensor overlaps at least one edge with the image generated by another auxiliary camera and/or another auxiliary sensor and at an edge where it does not overlap with the generated image of another auxiliary camera and/or sensor, contiguous to the image captured by another auxiliary camera and/or sensor, or to the edge of the main camera and/or sensor borders.
  • the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are aligned in such a way that the overlapping of the generated images is small.
  • the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are aligned in such a way that the overlapping of the generated images is less than 10% and/or greater than 1%, preferably greater than 5%.
  • the camera footprint of the main camera and/or the main sensor on the ground is greater than 5% of the sum of the camera footprints of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors on the ground. It would also be conceivable that the camera footprint of the main camera and/or the main sensor on the ground is greater than 10%, preferably greater than 50%, particularly preferably greater than 70% of the sum of the camera footprints of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors on the ground.
  • the device for area mapping according to the invention has at least one IMU sensor.
  • the triggering mechanism releases simultaneously or in a defined manner the main camera and/or the main sensor and the at least two auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are staggered in time.
  • the triggering mechanism determines an exact position of the device simultaneously or with a defined time offset via at least one GNSS receiver and/or data for the rotation of the device via at least one IMU sensor and documents this.
  • the GNSS receiver is a GPS, GLONASS, GALILEO and/or BEIDOU receiver. It is also conceivable for the position data to be recorded using standard GNSS signals and antennas or using real-time kinematics or differential GNSS or comparable methods.
  • the device for area mapping according to the invention has at least one fastening means for fastening to a manned or unmanned flying object, such as an airplane, a helicopter or a drone, and/or a guide, such as a rail.
  • a manned or unmanned flying object such as an airplane, a helicopter or a drone
  • a guide such as a rail.
  • the total weight of the device is less than 5 kg, which makes it possible to transport it with an unmanned flying object, such as a drone.
  • the fastening means is movable and the receiving device can thus be pivoted and/or rotated in any direction. It is also conceivable that this pivoting and/or rotating can be controlled manually and/or automatically by a remote control.
  • the device for area mapping according to the invention has at least one movable connecting element, the movable connecting element comprising the frame and at least one fastening means for fastening to a manned or unmanned flying object, such as an airplane, a lifting screwdriver or a drone, and / or a guide such as a rail, a cable or the like connects.
  • a manned or unmanned flying object such as an airplane, a lifting screwdriver or a drone, and / or a guide such as a rail, a cable or the like connects.
  • the movable connecting element to be a hinge which is attached to a frame which is mounted on the gimbal of a drone, for example, by means of a fastening means.
  • a piezo actuator and/or a motor to be attached to the frame, which move the hinge and thus tilt the device and thus the cameras and/or sensors.
  • the movement is controlled manually and/or automatically and/or remotely.
  • the device according to the invention for area mapping has a second main camera and/or a second main sensor. It is also conceivable that the second main camera and/or the second main sensor is aligned in such a way that an image area recorded by it overlaps at least partially with an image area recorded by the first main camera and/or the first main sensor or is adjacent to it and has a different perspective. It would also be conceivable for the overlapping of the image areas to be at least 50%. It would also be conceivable that with several main cameras and/or main sensors, these each have different viewing angles and overlapping areas.
  • the device for area mapping according to the invention has at least one memory module, at least one transmission device and/or at least one data processing module.
  • the at least one transmission device is a Bluetooth transmitter, a radio transmitter and/or a data cable.
  • the data processing module is a single board computer (SBC) or a similarly small computing unit for edge computing, which means that the captured images can be processed directly on the drone, for example, and already pre-processed data and even data end products such as orthomosaic images or evaluated data can be created by the recording unit, for example in the form of application maps or vegetation maps.
  • SBC single board computer
  • a main camera and/or a main sensor as well as at least two auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are triggered simultaneously or at a defined time offset by means of a triggering mechanism of a recording device, with the main camera and/or the main sensor as well as the at least two auxiliary cameras and/or auxiliary sensors have a defined ground camera footprint and image ground resolution, wherein the camera footprint of the auxiliary cameras and/or auxiliary ground sensors is smaller than and at least partially within the camera footprint of the main camera and/or the main ground sensor, and the ground resolution of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors is greater than ground resolution of the main camera and/or main sensor, and the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors are oriented such that through the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors generated images at least partially overlap, so that the image of the main camera and/or the main sensor can be assembled from the images of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors and at the same time data on the position and rotation of the recording device
  • the recording device is moved in one direction of movement.
  • the triggering mechanism is triggered multiple times in such a way that the images recorded by the main camera and/or the main sensor overlap in the direction of movement.
  • the overlapping of the recorded images is main camera and/or the main sensor in the direction of movement less than 80% and/or more than 30%.
  • a subsequently recorded image of the main camera and/or the main sensor overlaps with this at least partially if an image was previously recorded with the main camera and/or the main sensor offset to the side.
  • the overlapping of the subsequently recorded image of the main camera and/or the main sensor with the laterally offset image of the main camera and/or the main sensor is more than 20%. It would also be conceivable for the overlap to be more than 50%, preferably more than 60%.
  • the recording device is tilted, rotated and/or pivoted relative to the direction of movement during the movement in the direction of movement. It would be conceivable that the tilting, turning or pivoting movement is controlled manually and/or automatically and/or remotely.
  • the recorded images are georeferenced by the determined data on the position and rotation of the recording device.
  • an orthomosaic image is generated from the images recorded by the main camera and/or the main sensor via photogrammetric calculations.
  • the orthomosaic image is georeferenced using the position data. It would be conceivable that the georeferencing of the orthomosaic image takes place using the structure-from-motion technique (SfM technique). It would be conceivable that the GNSS error would be corrected. It would also be conceivable that the accuracy of the recorded GNSS positions of the individual images can be increased by the bundle block adjustment carried out as part of the photogrammetric evaluation.
  • the geo-referencing of the recorded images of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors is based on a calibration of the alignment of the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors relative to the main camera and/or to the main sensor and the geo-referenced images of the main camera and/or or the main sensor and/or the georeferenced orthomosaic image of the main camera and/or the main sensor.
  • the calibration is carried out by measuring the camera footprints of the aligned auxiliary cameras and/or auxiliary sensors in the camera footprint of the main camera and/or the main sensor.
  • an orthomosaic image or a georeferenced map of the evaluated data is generated from the images recorded by the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors via photogrammetric calculations.
  • the orthomosaic image generated by the auxiliary cameras and/or auxiliary sensors is georeferenced by comparison with the georeferenced orthomosaic image generated by the main camera and/or the main sensor.
  • the position data come from a GNSS receiver and/or control points.
  • the recording device is moved by a manned or unmanned flying object such as an airplane, a helicopter and/or a drone, or along a guide such as a rail, a cable pull or the like. It is also conceivable that at least two recording devices are moved simultaneously by a manned or unmanned flying object such as an airplane, a helicopter and/or a drone, or along a guide such as a rail, a cable pull or the like. It would also be conceivable for the drone to be a hydrofoil drone.
  • the position data originate from a GNSS receiver which is attached to the recording device and/or the aircraft, the helicopter, the drone or the guide.
  • the generated data and/or images are saved on at least one memory module after acquisition and/or transmitted to at least one external data memory via at least one transmission device.
  • the evaluation of the georeferenced orthomosaic images or individual images is carried out using trained artificial intelligence (AI).
  • AI artificial intelligence
  • the method according to the invention is used for sampling, measuring and/or monitoring in agriculture and/or forestry, in particular for observing disease and pest infestation, weeds, plant health, counting plants, detecting vegetation density and of game damage and/or for monitoring. It would also be conceivable for weeds to be identified and mapped in the georeferenced orthomosaic images and subsequently herbicide application maps for field sprayers are created from these. It would also be conceivable for the method according to the invention to be used for measuring, inspecting and/or assessing industrial plants, opencast mines, construction sites, railway and/or power lines, or for monitoring gas pipelines.
  • a device according to one of claims 1 to 13 is used as the recording device.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for area mapping
  • FIG. 2 shows a side view of the overlaps of the camera footprints of the auxiliary cameras on the ground and the camera footprint of the main camera and used in the context of the method according to the invention with the device according to FIG.
  • FIG. 3 shows a top view of the overlapping of the camera footprints on the ground and the camera footprint of the main camera used within the scope of the method according to the invention with the device according to the invention, according to FIG. 1 .
  • the device 1 shows a device 1 according to the invention for area mapping with a main camera 2 and auxiliary cameras 3, a viewing direction 4 of the main camera 2 and viewing directions 5 of the auxiliary cameras 3 being visible.
  • the main camera 2 and the sub-cameras 3 are fixed to a frame, not shown. It would be conceivable for the device 1 according to the invention to be attached to a drone with at least one attachment means and moved by the drone.
  • Fig. 2 shows a side view of the overlaps 7 of the camera footprints 8 of the auxiliary cameras 3 on the floor and the camera footprint 9 of the main camera 2 used in the context of the method according to the invention with the device 1 according to the invention, according to FIG Embodiment, the camera footprint 9 of the main camera 2 is shown in such a way that the sum of the camera footprints 8 of the auxiliary cameras 3 on the ground matches this.
  • the sum of the camera footprints 8 of the auxiliary cameras 3 on the ground preferably only partially agrees with this.
  • the main camera 2 and the sub-cameras 3 are fixed to a frame, not shown.
  • a preferred direction of movement of the device 1 in the embodiment shown here is orthogonal to the long side of the shown camera footprint 9 of the main camera 2.
  • the lateral overlap 7 of the camera footprints 8 of the auxiliary cameras 3 shown in Fig. 2 completely fills the camera footprint 9 of the main camera 2 laterally .
  • the device 1 according to the invention is moved, for example, in the preferred direction of movement and the triggering mechanism is triggered several times in succession, images are produced which reproduce the camera footprint 9 of the main camera 2, with the offset of the images and thus the overlapping of the images in the direction of movement depending on how fast the device 1 is moved. If the position and rotation of the device 1 is then determined parallel to the triggering of the main camera 2, a georeferenced orthomosaic image can be created from the synopsis of several recorded images of the main camera 2 and the position data of the individual images via photogrammetric calculations However, corresponding ground clearance 6 does not have a high image ground resolution.
  • auxiliary cameras 3 were triggered at the same time or at different times with the main camera 2 and high-resolution images were recorded with a significantly smaller camera footprint 8 on the ground, these high-resolution images can be recorded if the camera footprint 8 of the auxiliary cameras 3 was previously measured in the camera footprint 9 of the main camera 2 , are also georeferenced using the georeferenced orthomosaic image generated by the main camera 2 from the auxiliary cameras 3 .
  • a drone could carry the device 1 over the area in a previously programmed path so that it is scanned.
  • a large area can be imaged with high resolution and georeferenced in a significantly shorter time than would be possible with the current state of the art.
  • the overall resolution of the georeferenced orthomosaic images can be increased up to the maximum resolution of the individual auxiliary cameras 3 and a compromise between image ground resolution and area performance or duration is no longer necessary, which means that overall the Time to create high-resolution, georeferenced area recordings is significantly reduced.
  • a further increase in the area output can be achieved, for example, by the simultaneous use of a plurality of devices 1 which are arranged in parallel.
  • weeds could be identified and mapped by an algorithm in high-resolution, geo-referenced area recordings of agricultural land in order to then create herbicide application maps.
  • the recording device could be tilted in the sense of movement compensation, for example, so that the viewing direction 4 of the main camera 2 and the viewing direction 5 of the auxiliary cameras 3 change in such a way that the Do not change the camera footprint 9 of the main camera 2 on the ground and the camera footprints 8 of the auxiliary cameras 3.
  • TDI Time Delayed Integration
  • FMC Forward Motion Compensation
  • Fig. 3 shows a top view of the overlaps 7 of the camera footprints 8 of the auxiliary cameras 3 on the ground and the camera footprint 9 of the main camera 2 used within the scope of the method according to the invention with the device 1 according to the invention, as shown in Fig. 1.

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Flächenkartierung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung (1) zur Flächenkartierung, bestehend aus einem Gerüst, eine Hauptkamera (2) und/oder einen Hauptsensor, die bzw. der an dem Gerüst befestigt ist, und mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren, die an dem Gerüst befestigt sind, wobei die Hauptkamera (2) und/oder der Hauptsensor ebenso wie die mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder die mindestens zwei Hilfssensoren einen definierten Kamerafußabdruck (8, 9) am Boden und eine definierte Bildbodenauflösung haben, wobei der Kamerafußabdruck (8) der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren am Boden kleiner ist als der Kamerafußabdruck (9) der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors am Boden und mindestens teilweise innerhalb dessen liegt und die Bildbodenauflösung der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren größer ist als die Bildbodenauflösung der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors, und die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass durch die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren erzeugte Bilder mindestens teilweise überlappen, aufweist und die Vorrichtung (1) zur Flächenkartierung mindestens einen GNSS-Empfänger und einen Auslösemechanismus, wobei der GNSS-Empfänger, die Hauptkamera (2) und/oder der Hauptsensor und die mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren an den Auslösemechanismus gekoppelt sind, aufweist, wodurch eine schnelle Erstellung von hochaufgelösten, georeferenzierten Orthomosaikbildern von Flächen ermöglicht und eine hohe Flächenleistung ermöglicht wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Flächenkartierung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Flächenkartierung, nach der Gattung des Anspruchs 1 , und einem Verfahren zur Flächenkartierung, nach der Gattung des Anspruchs 14, in beispielsweiser Form einem Verfahren zur schnellen Erstellung von hochaufgelösten, georeferenzierten Aufnahmen von Flächen mittels einer Vorrichtung umfassend mehrere Kameras.
Verfahren zur Flächenkartierung sind seit langem Stand der Technik. So wird heute, neben klassischen GNSS-gestützten Vermessungsverfahren, beispielsweise die Satelliten- bzw. Luftbild-Fotogrammmetrie dazu verwendet, aus mehreren überlappenden Bildaufnahmen von großen Flächen Orthomosaikbilder, verzerrungsbereinigte Übersichtsaufnahmen, zu generieren. Nachteilig an den bekannten Verfahren der Luftbild-Fotogrammmetrie zur Flächenkartierung ist, dass diese meist aus großer Höhe (beispielsweise von Flugzeugen aus) durchgeführt werden, was sich negativ auf die Bildbodenauflösung auswirkt, oder aber, wenn die Aufnahmen mit hoher Auflösung und dann aus niedriger Höhe erfolgen (beispielsweise von Drohnen aus), die Bilder eine niedrige Bildgröße aufweisen, was dazu führt, dass eine Vielzahl von Aufnahmen und damit sehr große Datenmengen generiert werden müssen. Kameras und Sensoren, die eine ausreichende Auflösung und eine entsprechende Bildgröße aufweisen, sind häufig nicht in der Lage eine notwendige Auslösegeschwindigkeit zu erreichen, um effizient aneinander anschließende Bilder oder Sensormessungen zu realisieren. Flächenkartierungen zur Unkrautüberwachung haben in den letzten Jahren insbesondere auch im Bereich der Landwirtschaft ihr Potential gezeigt. Fernändez-Quintanilla et al. (European Weed Research Society 2018, 58, 259; DOI: 10.1111/wre.12307) liefern einen Überblick über dementsprechende Anwendungsbeispiele. Weiterhin beschreiben Mink et al. (Agriculture 2018, 8, 65; D0l:10.3390/agriculture8050065) eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kartierung von Unkraut durch Drohnen-Fotogramm- metrie. Nachteilig bei diesem vorbekannten Stand der Technik ist die hohe zu bearbeitende Datenmenge.
Aus der Fotogrammmetrie sind Vorrichtungen bekannt die mehrere Kameras verwenden. So beschreiben Wenzel et al. (International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XXXIX-B5, 2012; DOI: 10.5194/isprsarchives-XXXIX-B5-133-2012) ein Multi-Kamerasystem zur Generierung von 3-Dimensionalen Modellen, wobei das System eine Hauptkamera zur Aufnahme großflächiger Bilder und Hilfskameras für die Detailaufnahmen aufweist. Nachteilig an diesem System ist, dass es für kleinstrukturierte hochdetaillierte Aufnahmen ausgelegt ist.
Die Patentschrift EP 2277 130 B1 offenbart ein Verfahren zum Aufnehmen von Bildern von einer oder mehreren bewegten Plattformen zur Fernerkundung eines großen Bereiches, bei dem Übersichtsbilder und Detailbilder aufgenommen werden und so, über eine Bündelblockausgleichung und unter Verwendung von identifizierten Bildpunkten in den Übersichtsbildern und den Detailbildern, detaillierte Orthomosaikbilder aus der Photogrammetrischen Berechnung der Detailbilder erzeugt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Innen- und Außenorientierung unter Verwendung von identifizierten Bildpunkten in den Übersichtsbildern und den Detailbildern erfolgt, was einen hohen Rechenaufwand erfordert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Flächenkartierung bereitzustellen, durch die die Nachtteile des Standes der Technik überwunden werden. Die Erfindung und ihre Vorteile
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , und das erfindungsgemäße Verfahren zur Flächenkartierung, mit den Merkmalen des Anspruchs 14, haben demgegenüber den Vorteil, dass die Vorrichtung zur Flächenkartierung aus einem Gerüst besteht, an dem eine Hauptkamera und/oder ein Hauptsensor ebenso wie mindestens zwei Hilfskameras und/oder Hilfssensoren befestigt sind, wobei die Hauptkamera und/oder der Hauptsensor ebenso wie die mindestens zwei Hilfskameras und/oder Hilfssensoren einen definierten Kamerafußabdruck am Boden und eine definierte Bildbodenauflösung haben, wobei der Kamerafußabdruck der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren am Boden kleiner ist als der Kamerafußabdruck der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors am Boden und mindestens teilweise innerhalb dessen liegt und die Bildbodenauflösung der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren größer ist als die Bildbodenauflösung der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors, und die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass durch die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren erzeugte Bilder mindestens teilweise überlappen und die Vorrichtung zur Flächenkartierung mindestens einen GNSS-Empfänger (globale Navigationssatellitensystem) und einen Auslösemechanismus aufweist, wobei der GNSS-Empfänger, die Hauptkamera und/oder der Hauptsensor und die mindestens zwei Hilfskameras und/oder Hilfssensoren an den Auslösemechanismus gekoppelt sind, wodurch eine schnellere Erstellung von hochaufgelösten, georeferenzierten Bildern von Flächen ermöglicht und wodurch eine gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik höhere Flächenleistung erreicht wird. Denkbar wäre es, dass mindestens eine Hilfskamera eine gängige Industriekamera ist. Denkbar wäre es ebenfalls, dass die Hauptkamera und/oder der Hauptsensor und/oder mindestens eine Hilfskamera und/oder mindestens ein Hilfssensor beweglich am Gerüst befestigt sind. Demnach weiterhin denkbar wäre es, dass eine Schwenk- und/oder Drehbewegung ausgeführt werden kann, so dass mindestens eine Kamera und/oder mindestens ein Sensor einzeln oder gemeinsam mit mindestens einer anderen Kamera und/oder einem anderen Sensor bewegt wird. Schließlich wäre es auch denkbar, dass diese Bewegung mit einer Fernsteuerung manuell und/oder automatisch und gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt durchgeführt werden kann. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung sind die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet, dass das durch eine Hilfskamera und/oder einen Hilfssensor erzeugte Bild an mindestens einer Kante mit dem durch eine andere Hilfskamera und/oder einen anderen Hilfssensor erzeugten Bild überlappt und an einer Kante, bei der es nicht mit dem erzeugten Bild einer anderen Hilfskamera und/oder eines anderen Hilfssensors überlappt, an das durch eine andere Hilfskamera und/oder einen anderen Hilfssensor aufgenommene Bild anschließt oder an die Kante der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors grenzt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung sind die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet, dass die Überlappung der erzeugten Bilder gering ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung sind die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet, dass die Überlappung der erzeugten Bilder kleiner als 10 % und/oder größer als 1 % ist, bevorzugt größer als 5 % ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung ist der Kamerafußabdruck der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors am Boden größer als 5 % der Summe der Kamerafußabdrücke der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren am Boden. Weiterhin denkbar wäre es, dass der Kamerafußabdruck der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors am Boden größer als 10%, bevorzugt größer als 50 %, insbesondere bevorzugt größer als 70 % der Summe der Kamerafußabdrücke der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren am Boden ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung mindestens einen IMU-Sensor auf.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung löst der Auslösemechanismus gleichzeitig oder definiert zeitlich versetzt die Hauptkamera und/oder den Hauptsensor und die mindestens zwei Hilfskameras und/oder Hilfssensoren aus.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung bestimmt der Auslösemechanismus gleichzeitig oder definiert zeitlich versetzt eine exakte Position der Vorrichtung über mindestens einen GNSS-Empfänger und/oder Daten zur Rotation der Vorrichtung über mindestens einen IMU-Sensor und dokumentiert diese.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung ist der GNSS-Empfänger ein GPS-, GLONASS-, GALILEO und/oder BEIDOU-Empfänger. Denkbar ist auch, dass die Positionsdaten über Stan- dard-GNSS-Signale und -antennen oder durch Real-Time-Kinematik oder Differentiel- les-GNSS, oder vergleichbare Verfahren, erfasst werden.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung an einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einer Drohne, und/oder einer Führung, wie einer Schiene, auf. Weiterhin denkbar wäre es, dass das Gesamtgewicht der Vorrichtung unter 5 kg liegt, wodurch der Transport mit einem unbemannten Flugobjekt, wie einer Drohne, ermöglicht ist. Denkbar ist es auch, dass das Befestigungsmittel beweglich ist und so die Aufnahmevorrichtung in beliebige Richtungen geschwenkt und/oder gedreht werden kann. Weiterhin denkbar ist es, dass dieses Schwenken und/oder Drehen durch eine Fernsteuerung manuell und/oder automatisch gesteuert werden kann.
Nach einer zusätzlich vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung mindestens ein bewegliches Verbindungselement auf, wobei das bewegliche Verbindungselement das Gerüst und mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung an einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hub- schrauber oder einer Drohne, und/oder einer Führung, wie einer Schiene, einem Seilzug oder dergleichen, verbindet. Denkbar wäre es, dass das bewegliche Verbindungelement ein Scharnier ist, welches an einem Rahmen befestigt ist, der an beispielsweise dem Gimbal einer Drohne mittels eines Befestigungsmittels montiert ist. Weiterhin denkbar wäre es, dass ein Piezoaktor und/oder ein Motor am Rahmen befestigt sind, die das Scharnier bewegen und so die Vorrichtung und damit die Kameras und/oder Sensoren kippen. Diesbezüglich ist es weiterhin denkbar, dass die Bewegung manuell und/oder automatisch gesteuert und/oder ferngesteuert ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung eine zweite Hauptkamera und/oder einen zweiten Hauptsensor auf. Denkbar ist es auch, dass die zweite Hauptkamera und/oder der zweite Hauptsensor so ausgerichtet ist, dass ein von ihr bzw. ihm aufgenommener Bildbereich mindestens teilweise mit einem von der ersten Hauptkamera und/oder dem ersten Hauptsensor aufgenommenen Bildbereich überlappt oder an diesen angrenzt und einen anderen Blickwinkel aufweist. Weiterhin denkbar wäre es, dass die Überlappung der Bildbereiche mindestens 50 % beträgt. Ebenfalls denkbar wäre es, dass bei mehreren Hauptkameras und/oder Hauptsensoren diese jeweils unterschiedliche Blickwinkel und Überlappungsbereiche aufweisen.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächenkartierung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung mindestens ein Speichermodul, mindestens eine Sendevorrichtung und/oder mindestens ein Datenverarbeitungsmodul auf. Denkbar wäre es, dass die mindestens eine Sendevorrichtung ein Bluetooth-Sender, ein Funksender und/oder ein Datenkabel ist. Weiterhin denkbar wäre es, dass das Datenverarbeitungsmodul ein Single Board Computer (SBC) oder eine ähnlich kleine Recheneinheit für edge-computing ist, wodurch die erfassten Bilder beispielsweise direkt auf der Drohne verarbeitet werden können und bereits vorprozessierte Daten und gar Datenendprodukte wie Orthomosaikbilder oder ausgewertete Daten beispielsweise in Form von Applikationskarten oder Vegetationskarten von der Aufnahmeeinheit erstellt werden können. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird mittels eines Auslösemechanismus einer Aufnahmevorrichtung gleichzeitig oder definiert zeitlich versetzt eine Hauptkamera und/oder ein Hauptsensor ebenso wie mindestens zwei Hilfskameras und/oder Hilfssensoren ausgelöst, wobei die Hauptkamera und/oder der Hauptsensor ebenso wie die mindestens zwei Hilfskameras und/oder Hilfssensoren einen definierten Kamerafußabdruck am Boden und eine definierte Bildbodenauflösung haben, wobei der Kamerafußabdruck der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren am Boden kleiner ist als der Kamerafußabdruck der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors am Boden und mindestens teilweise innerhalb dessen liegt und die Bildbodenauflösung der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren größer ist als die Bildbodenauflösung der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors, und die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass durch die Hilfskameras und/oder Hilfssensoren erzeugte Bilder mindestens teilweise überlappen, so dass aus den Bildern der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren, das Bild der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors zusammengesetzt werden kann und gleichzeitig Daten zur Position und Rotation der Aufnahmevorrichtung exakt bestimmt werden und die aufgenommenen Bilder durch die ermittelten Daten zur Position und Rotation der Aufnahmevorrichtung mindestens teilweise georeferenziert und der Auslösemechanismus mehrmals hintereinander ausgelöst wird und so hintereinander mehrere Aufnahmen von mindestens einer Kamera gemacht werden.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird die Aufnahmevorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird der Auslösemechanismus mehrfach so ausgelöst, dass die aufgenommenen Bilder der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors in der Bewegungsrichtung überlappen.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung beträgt die Überlappung der aufgenommenen Bilder der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors in Bewegungsrichtung weniger als 80 % und/oder mehr als 30 %.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung überlappt ein nachfolgend aufgenommenes Bild der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors, wenn vorher bereits ein Bild mit der Hauptkamera und/oder dem Hauptsensor seitlich versetzt aufgenommen wurde, mit diesem zumindest teilweise.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung beträgt die Überlappung des nachfolgend aufgenommenen Bildes der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors mit dem seitlich versetzt aufgenommen Bild der Hauptkamera und/oder des Hauptsensor mehr als 20 %. Denkbar wäre es auch, dass die Überlappung mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 60 % beträgt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird die Aufnahmevorrichtung während der Bewegung in Bewegungsrichtung relativ zur Bewegungsrichtung gekippt, gedreht und/oder geschwenkt. Denkbar wäre es, dass die Kipp, Dreh- oder Schwenkbewegung manuell und/oder automatisch gesteuert und/oder ferngesteuert wird.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung werden die aufgenommenen Bilder durch die ermittelten Daten zur Position und Rotation der Aufnahmevorrichtung georeferenziert.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird aus den aufgenommenen Bildern der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors über fotogrammetrische Berechnungen ein Orthomosaikbild erzeugt. Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird das Orthomosaikbild mittels der Positionsdaten ge- oreferenziert. Denkbar wäre es, dass die Georeferenzierung des Orthomosaikbildes durch die Structure-from-Motion-Technik (SfM-Technik) erfolgt. Denkbar wäre es, dass eine Korrektur des GNSS-Fehlers erfolgt. Weiterhin denkbar wäre es, dass die Genauigkeit der erfassten GNSS-Positionen der Einzelbilder durch den im Rahmen der photogrammetrischen Auswertung durchgeführten Bündelblockausgleich erhöht werden kann.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung erfolgt die Georeferenzierung der aufgenommenen Bilder der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren basierend auf einer Kalibrierung der Ausrichtung der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren relativ zur Hauptkamera und/oder zum Hauptsensor und den georeferenzierten Bildern der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors und/oder dem georeferenzierten Orthomosaikbild der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird die Kalibrierung durch Einmesen der Kamerafußabdrücke der ausgerichteten Hilfskameras und/oder Hilfssensoren im Kamerafußabdruck der Hauptkamera und/oder des Hauptsensors durchgeführt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird aus den aufgenommenen Bildern der Hilfskameras und/oder Hilfssensoren über fotogrammetrische Berechnungen ein Orthomosaikbild oder eine georeferenzierte Karte der ausgewerteten Daten erzeugt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird das durch die Hilfskameras und oder Hilfssensoren erzeugte Orthomosaikbild durch Vergleich mit dem durch die Hauptkamera und/oder den Hauptsensor erzeugten georeferenzierten Orthomosaikbild georeferenziert. Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung stammen die Positionsdaten von einem GNSS-Empfänger und/oder Passpunkten.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird die Aufnahmevorrichtung von einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hubschrauber und/oder einer Drohne, oder entlang einer Führung, wie einer Schiene, einem Seilzug oder dergleichen, bewegt. Denkbar ist es auch, dass mindestens zwei Aufnahmevorrichtungen gleichzeitig von einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hubschrauber und/oder einer Drohne, oder entlang einer Führung, wie einer Schiene, einem Seilzug oder dergleichen, bewegt werden. Weiterhin denkbar wäre es, dass die Drohne eine Tragflächendrohne ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung stammen die Positionsdaten von einem GNSS-Empfänger, der an der Aufnahmevorrichtung und/oder dem Flugzeug, dem Hubschrauber, der Drohne oder der Führung angebracht ist.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung werden die generierten Daten und/oder Bilder nach der Erfassung auf mindestens einem Speichermodul gesichert und/oder über mindestens eine Sendevorrichtung an mindestens einen externen Datenspeicher übermittelt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird die Auswertung der georeferenzierten Orthomosaikbilder oder Einzelbilder mittels trainierter künstlicher Intelligenz (Kl) durchgeführt. Denkbar wäre es, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Beprobung, Vermessung und/oder Überwachung in der Land- und/oder Forstwirtschaft eingesetzt wird, insbesondere zur Beobachtung von Krankheits- und Schädlingsbefall, Unkrautbesatz, Pflanzengesundheit, zur Zählung von Pflanzen, zur Erfassung der Vegetationsdichte und von Wildschäden und/oder zum Monitoring. Weiterhin denkbar wäre auch, dass Unkräuter in den georeferenzierten Orthomosaikbildern identifiziert und kartiert werden und nachfolgend Herbizidapplikationskarten für Feldspritzen aus diesen erstellt werden. Ferner denkbar wäre auch, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermessung, Inspektion und/oder Begutachtung von Industrieanlagen, Tagebauen, Baustellen, Bahn- und/oder Stromtrassen, oder auch zur Überwachung von Gaspipelines eingesetzt wird.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Flächenkartierung wird als Aufnahmevorrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.
Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flächenkartierung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, gemäß Fig. 1 , bei einem definierten Bodenabstand verwendeten Überlappungen der Kamerafußabdrücke der Hilfskameras am Boden und den Kamerafußabdruck der Hauptkamera und
Fig. 3 eine Aufsicht der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, gemäß Fig. 1 , verwendeten Überlappungen der Kamerafußabdrücke am Boden und den Kamerafußabdruck der Hauptkamera. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Flächenkartierung mit einer Hauptkamera 2 und Hilfskameras 3, wobei eine Blickrichtung 4 der Hauptkamera 2 und Blickrichtungen 5 der Hilfskameras 3 ersichtlich sind. Die Hauptkamera 2 und die Hilfskameras 3 sind an einem nicht dargestellten Gerüst befestigt. Denkbar wäre es, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit mindestens einem Befestigungsmittel an einer Drohne befestigt und von dieser bewegt wird.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht von im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , gemäß Fig. 1 , bei einem definierten Bodenabstand 6 verwendeten Überlappungen 7 der Kamerafußabdrücke 8 der Hilfskameras 3 am Boden und den Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2 dergestalt dargestellt ist, dass die Summe der Kamerafußabdrücke 8 der Hilfskameras 3 am Boden mit diesem übereinstimmt. Bevorzugt stimmt die Summe der Kamerafußabdrücke 8 der Hilfskameras 3 am Boden mit diesem nur teilweise überein. Die Hauptkamera 2 und die Hilfskameras 3 sind an einem nicht dargestellten Gerüst befestigt.
Eine bevorzugte Bewegungsrichtung der Vorrichtung 1 in der hier dargestellten Ausführungsform ist orthogonal zur langen Seite des dargestellten Kamerafußabdrucks 9 der Hauptkamera 2. Die in Fig. 2 dargestellte seitliche Überlappung 7 der Kamerafußabdrücke 8 der Hilfskameras 3 füllt dabei seitlich den Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2 vollständig aus.
Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 beispielsweise in die bevorzugte Bewegungsrichtung bewegt und mehrfach hintereinander der Auslösemechanismus ausgelöst entstehen Bilder die den Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2 wiedergeben, wobei der Versatz der Bilder und damit die Überlappung der Bilder in Bewegungsrichtung davon abhängig sind, wie schnell die Vorrichtung 1 bewegt wird. Wird dann parallel zur Auslösung der Hauptkamera 2 die Position und Rotation der Vorrichtung 1 bestimmt, kann aus der Zusammenschau mehrerer aufgenommener Bilder der Hauptkamera 2 und den Positionsdaten der einzelnen Bilder über fotogrammetrische Berechnungen ein georeferenziertes Orthomosaikbild erstellt werden, welches bei entsprechendem Bodenabstand 6 jedoch keine hohe Bildbodenauflösung aufweist. Sofern in diesem Fall gleichzeitig oder zeitlich versetzt mit der Hauptkamera 2 die Hilfskameras 3 ausgelöst und hochaufgelöste Bilder mit deutlich kleinerem Kamerafußabdruck 8 am Boden aufgenommen wurden, können diese hochaufgelösten Bilder, wenn der Kamerafußabdruck 8 der Hilfskameras 3 zuvor im Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2 eingemessen wurde, an Hand des mit der Hauptkamera 2 erzeugten georeferenzierten Orthomosaikbildes der Hilfskameras 3 ebenfalls georeferenziert werden. Zur Kartierung einer großen Fläche könnte beispielsweise eine Drohne die Vorrichtung 1 in einer vorher programmierten Bahn über die Fläche tragen, sodass diese abgerastert wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 im erfindungsgemäßen Verfahren kann eine große Fläche hochaufgelöst in deutlich geringerer Zeit abgebildet und georeferenziert werden, als dies durch den aktuellen Stand der Technik möglich wäre. Durch die Verwendung mehrerer Hilfskameras 3 mit kleinem Kamerafußabdruck 8 am Boden, aber hoher Bildbodenauflösung kann die Gesamtauflösung der georeferenzierten Orthomosaikbilder bis zum maximalen Auflösevermögen der einzelnen Hilfskameras 3 gesteigert werden und ein Kompromiss zwischen Bildbodenauflösung und Flächenleistung bzw. Dauer ist nicht mehr notwendig, wodurch insgesamt die Zeit zur Erstellung von hochaufgelösten, georeferenzierten Flächenaufnahmen deutlich verringert wird. Eine weitere Erhöhung der Flächenleistung kann beispielsweise durch die gleichzeitige Verwendung von mehreren Vorrichtungen 1 erreicht werden, die parallel angeordnet sind. Beispielsweise könnten so in hochaufgelösten, georeferenzierten Flächenaufnahmen von Landwirtschaftlichen Nutzflächen durch einen Algorithmus Unkräuter identifiziert und kartiert werden, um im Anschluss daran Herbizidapplikationskarten zu erstellen. Zur Korrektur der Fluggeschwindigkeit oder zu Vermeidung stark verwackelten Bildern während der Aufnahme könnte in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens im Sinne eines Bewegungsausgleichs die Aufnahmevorrichfung beispielsweise gekippt werden, sodass sich die Blickrichtung 4 der Hauptkamera 2 und die Blickrichtungen 5 der Hilfskameras 3 so ändern, dass der Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2 am Boden und die Kamerafußabdrücke 8 der Hilfskameras 3 nicht verändern. Darüber hinaus wäre es ebenfalls möglich die Bewegungskorrektur über digitale Verfahren, wie das Verfahren der Time Delayed Integration (TDI) oder Forward Motion Compensation (FMC), zu erreichen. Fig. 3 zeigt eine Aufsicht der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , gemäß Fig. 1 , verwendeten Überlappungen 7 der Kamerafußabdrücke 8 der Hilfskameras 3 am Boden und den Kamerafußabdruck 9 der Hauptkamera 2.
Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszahlenliste
1 Vorrichtung
2 Hauptkamera
3 Hilfskamera
4 Blickrichtung (Hauptkamera)
5 Blickrichtung (Hilfskamera)
6 Bodenabstand
7 Überlappung
8 Kamerafußabdruck (Hilfskamera)
9 Kamerafußabdruck (Hauptkamera)

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, bestehend aus einem Gerüst
- mit einer Hauptkamera (2) und/oder einem Hauptsensor, die bzw. der an dem Gerüst befestigt ist, und
- mit mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren, die an dem Gerüst befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkamera (2) und/oder der Hauptsensor ebenso wie die mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder die mindestens zwei Hilfssensoren einen definierten Kamerafußabdruck (8, 9) am Boden und eine definierte Bildbodenauflösung haben, wobei der Kamerafußabdruck (8) der Hilfskameras (3) am Boden und/oder Hilfssensoren kleiner ist als der Kamerafußabdruck (9) der Hauptkamera (2) am Boden und/oder des Hauptsensors und mindestens teilweise innerhalb dessen liegt und die Bildbodenauflösung der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren größer ist als die Bildbodenauflösung der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors, und die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass durch die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren erzeugte Bilder mindestens teilweise überlappen und die Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung mindestens einen GNSS-Empfänger und einen Auslösemechanismus aufweist, wobei der GNSS-Empfänger, die Hauptkamera (2) und/oder der Hauptsensor und die mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren an den Auslösemechanismus gekoppelt sind.
2. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass das durch eine Hilfskamera (3) und/oder einen Hilfssensor erzeugte Bild an mindestens einer Kante mit dem durch eine andere Hilfskamera (3) und/oder einen anderen Hilfssensor erzeugten Bild überlappt und an einer Kante, bei der es nicht mit dem erzeugten Bild einer anderen Hilfskamera (3) und/oder eines anderen Hilfssensors überlappt, an das durch eine andere Hilfskamera (3) und/oder einen anderen Hilfssensor aufgenommene Bild anschließt oder an die Kante der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors grenzt. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass die Überlappung (7) der erzeugten Bilder gering ist. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass die Überlappung (7) der erzeugten Bilder kleiner als 10 % und/oder größer als 1 % ist. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kamerafußabdruck (9) der Hauptkamera (2) am Boden und/oder des Hauptsensors größer ist als 5 % der Summe der Kamerafußabdrücke (8) der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren am Boden. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zur Flächenkartierung mindestens einen IMU-Sensor aufweist. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösemechanismus die Hauptkamera (2) und/oder den Hauptsensor gleichzeitig oder definiert zeitlich versetzt mit mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren auslöst. 18 Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösemechanismus gleichzeitig oder definiert zeitlich versetzt eine exakte Position der Vorrichtung (1 ) über mindestens einen GNSS-Empfänger und/oder Daten zur Rotation der Vorrichtung über mindestens einen IMU-Sensor bestimmt und dokumentiert. Vorrichtung (1 ) zur schnellen Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der GNSS-Empfänger ein GPS-, GLONASS-, GALILEO und/oder BEIDOU- Empfänger ist. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung an einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einer Drohne, und/oder einer Führung, wie einer Schiene, einem Seilzug oder dergleichen, aufweist. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung mindestens ein bewegliches Verbindungselement aufweist, wobei das bewegliche Verbindungselement das Gerüst und mindestens ein Befestigungsmittel zur Befestigung an einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einer Drohne, und/oder einer Führung, wie einer Schiene, einem Seilzug oder dergleichen, verbindet. 19 Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung eine zweite Hauptkamera und/oder einen zweiten Hauptsensor aufweist, wobei die zweite Hauptkamera und/oder der zweite Hauptsensor so ausgerichtet ist, dass ein von ihr bzw. ihm aufgenommener Bildbereich mindestens teilweise mit einem von der ersten Hauptkamera (2) und/oder dem ersten Hauptsensor aufgenommenen Bildbereich überlappt und einen anderen Blickwinkel aufweist. Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung (1 ) zur Flächenkartierung mindestens ein Speichermodul, mindestens eine Sendevorrichtung und/oder mindestens ein Datenverarbeitungsmodul aufweist. Verfahren zur Flächenkartierung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Auslösemechanismus einer Aufnahmevorrichtung eine Hauptkamera (2) und/oder ein Hauptsensor gleichzeitig oder definiert zeitlich versetzt mit mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder mindestens zwei Hilfssensoren ausgelöst werden, wobei die Hauptkamera (2) und/oder der Hauptsensor ebenso wie die mindestens zwei Hilfskameras (3) und/oder die mindestens zwei Hilfssensoren einen definierten Kamerafußabdruck (8, 9) am Boden und eine definierte Bildbodenauflösung haben, wobei der Kamerafußabdruck (8) der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren am Boden kleiner ist als der Kamerafußabdruck (9) der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors am Boden und mindestens teilweise innerhalb dessen liegt und die Bildbodenauflösung der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren größer ist als die Bildbodenauflösung der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors, und die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren so ausgerichtet sind, dass durch die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren erzeugte Bilder mindestens teilweise überlappen, so 20 dass aus den Bildern der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren, das Bild der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors zusammengesetzt werden kann und gleichzeitig Daten zur Position und Rotation der Aufnahmevorrichtung exakt bestimmt werden und die aufgenommenen Bilder durch die ermittelten Daten zur Position und Rotation der Aufnahmevorrichtung mindestens teilweise georefe- renziert werden. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösemechanismus mehrmals hintereinander ausgelöst wird und so hintereinander mehrere Aufnahmen bzw. Messungen von mindestens einer Kamera (2, 3) und/oder einem Sensor gemacht werden. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösemechanismus mehrfach so ausgelöst wird, dass die aufgenommenen Bilder der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors in der Bewegungsrichtung überlappen. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung der aufgenommenen Bilder der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors in Bewegungsrichtung weniger als 80 % und/oder mehr als 30 % beträgt. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn vorher bereits ein Bild mit der Hauptkamera (2) und/oder dem Hauptsensor seitlich versetzt aufgenommen wurde, das nachfolgend aufgenommene 21
Bild der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors mit diesem zumindest teilweise überlappt. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung des nachfolgend aufgenommenen Bildes der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors mit dem seitlich versetzt aufgenommen Bild der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors mehr als 20 % beträgt. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung während der Bewegung in Bewegungsrichtung relativ zur Bewegungsrichtung gekippt, gedreht und/oder geschwenkt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Bilder durch die ermittelten Daten zur Position und Rotation der Aufnahmevorrichtung georeferenziert werden. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen Bildern der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors über fotogram metrische Berechnungen ein Orthomosaikbild erzeugt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Orthomosaikbild mittels der Positionsdaten georeferenziert wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Georeferenzierung der aufgenommenen Bilder der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren basierend auf einer Kalibrierung der Ausrichtung der 22
Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren relativ zur Hauptkamera (2) und/oder zum Hauptsensor und den georeferenzierten Bildern der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors und/oder dem georeferenzierten Orthomosaikbild der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors erfolgt. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung durch Einmesen der Kamerafußabdrücke (8) der ausgerichteten Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren im Kamerafußabdruck (9) der Hauptkamera (2) und/oder des Hauptsensors durchgeführt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen Bildern der Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren über fotogrammetrische Berechnungen ein Orthomosaikbild oder eine geo- referenzierte Karte der ausgewerteten Daten erzeugt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Hilfskameras (3) und/oder Hilfssensoren erzeugte Orthomosaikbild durch Vergleich mit dem durch die Hauptkamera (2) und/oder den Hauptsensor erzeugten georeferenzierten Orthomosaikbild georeferenziert wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten von einem GNSS-Empfänger und/oder Passpunkten stammen. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung von einem bemannten oder unbemannten Flugobjekt, wie einem Flugzeug, einem Hubschrauber und/oder einer Drohne, oder 23 entlang einer Führung, wie einer Schiene, ein Seilzug oder dergleichen, bewegt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten von einem GNSS-Empfänger stammen, der an der Aufnahmevorrichtung und/oder dem Flugzeug, dem Hubschrauber, der Drohne oder der Führung angebracht ist. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die generierten Daten und/oder Bilder nach der Erfassung auf mindestens einem Speichermodul gesichert und/oder über mindestens eine Sendevorrichtung an mindestens einen externen Datenspeicher übermittelt werden. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der georeferenzierten Orthomosaikbilder oder Einzelbilder mittels trainierter künstlicher Intelligenz (Kl) durchgeführt wird. Verfahren zur Flächenkartierung, nach einem der Ansprüche 14 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufnahmevorrichtung eine Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird.
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