PhotoBathyWave

Vor dem Hintergrund des Klimawandels kommt der Vermessung und dem Montoring von Gewässern eine steigende Bedeutung zu. Als potenzielle Anwendungsgebiete seien Gewässerökologie, Hydrobiologie, Habitatmodellierung, sowie Gefahrenzonenplanung genannt. Neben geophysikalischen und hydroakustischen Methoden kommen im Flachwasserbereich auch verstärkt optische Verfahren zum Einsatz. Eine kostengünstige Methode ist die Mehrmedienphotogrammetrie (Photobathymetrie), bei welcher die 3D Rekonstruktion auf überlappenden Photos basiert. Im Gegensatz zur klassischen Stereo-Photogrammetrie ist bei der Photobathymetrie zusätzlich die Strahlbrechung an der Wasseroberfläche zu berücksichtigen. Letztere ist vor allem bei Senkrechtaufnahmen schwer zu erkennen, weswegen man sich in der Praxis mit groben Näherungen begnügt. Vor allem bei räumlich hochauflösenden Bildern, wie sie zunehmend durch Drohnenaufnahmen zur Verfügung stehen, bedingen diese Vereinfachungen erhebliche Ungenauigkeiten der rekonstruierten Wassertiefen. Ziel des Projektes PhotoBathyWave ist die Entwicklung eines vielseitig anwendbaren generischen Modells für die Mehrmedienphotogrammetrie für den allgemeinen Fall von bewegten Wasseroberflächen. Dazu werden in einem integrierten photogrammetrischen Ansatz simultan sowohl die Topographie des Gewässerbodens als auch Parameter zur Beschreibung der Wasseroberfläche bestimmt. Die Modellierung der dynamischen Wasseroberfläche kann entweder zeitlich kontinuierlich oder statisch, für jeden Bildaufnahmezeitpunkt separat, erfolgen. Beide Varianten sollen im Projekt erforscht und hinischtlich Anwendbarkeit bei unterschiedlichen Aufnahmeszenarien (Multi- Kamerasystem im Wasserbaulabor, Luftbildfall, Drohnenphotos) erprobt werden. Ein weiterer Fokus liegt auf der Erfassung der Wasseroberfläche selbst, wobei reflektive und refraktive Techniken untersucht werden. Reflektive Methoden (shape from specular reflection) erfordern den Einsatz simultaner Bildaufzeichnung von mehreren Positionen (z.B. durch Drohnengeschwader). Bei refraktiven Methoden wird der Versatz von Bildpunkten in Folge der Strahlbrechung als Messgröße zur Wasseroberflächenrekonstruktion genutzt. In jedem Fall ist das Ziel, die Wasseroberfläche möglichst detailliert mit möglichst wenig Parametern zu beschreiben. Durch eine präzisere Modellierung der Wasseroberfläche kann das Genauigkeitspotential der Photobathymetrie um etwa eine Größenordnung gesteigert und damit der Anwendungsbereich wesentlich erweitert werden. Dies erfordert die Integration von Bildorientierung und Bestimmung der Wasseroberfläche und der Gewässertopographie in einem gemeinsamen Prozess (integrierter, bathymetrischer Bündelblock). Dieser muss auch Aspekte der durch Strahlbrechung und streuung erschwerten (dichten) Bildzuordnung berücksichtigen. In jedem Fall kommen konsequent Techniken der Parameterschätzung zur Analyse der Bestimmbarkeit und Signifikanz aller zu bestimmenden Parameter zur Anwendung.