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Erkennung und Markierung von Geländemerkmalen in Kamerabildern

Martin Degelsegger

Martin Degelsegger

Bereits seit einigen Jahren erfreuen sich sogenannte Geoinformationsdienste steigender Beliebtheit. Möglich wurde dies unter anderem durch die breite Verfügbarkeit leistungsfähiger Computertechnik und schneller Internetverbindungen. Diese Kombination erlaubt dem Benutzer den (meist kostenlosen) Zugriff auf große Datenbestände an ortsbezogenen Informationen und die Darstellung derselben in ansprechender Form. Parallel zur Weiterentwicklung der Softwaretechnik ermöglichte ein enormer Preisverfall bei GPS-Empfängern völlig neue Anwendungen in Form von günstigen Navigationsgeräten bis hin zu aktuellen Smartphones, mit denen auf eine breite Palette an standortbasierten Diensten zugegriffen werden kann.

Speziell im Hinblick auf die Verknüpfung von aktuellen Standortinformationen mit anderen Daten ist die sogenannte Augmented Reality ein wichtiges Schlagwort. Man versteht darunter die Einblendung von virtuellen Objekten in Kamerabilder in einer Weise, dass diese sich in die aufgenommene reale Umgebung möglichst nahtlos einfügen. Aktuell wird der Begriff aber oft missbräuchlich für Produkte verwendet, die dem Kamerabild nur standortbasierte Informationen überlagern, ohne dass diese auf den konkreten Bildinhalt bezogen sind.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Technik zur Markierung von Geländemerkmalen in Kamerabildern entwickelt, die anhand von Messsignalen verschiedener Sensoren und durch zusätzliche Verwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen den Bezug zwischen Bildinhalt und virtuellen Daten herstellt. Im Speziellen verfolgt die Arbeit das Ziel, in Aufnahmen von gebirgigem Gelände für Touristen, Wanderer und Bergsteiger relevante Punkte wie Berggipfel und Schutzhütten zu markieren und zu benennen.

Dazu wird basierend auf den Sensordaten eines Magnetfeld- und eines Beschleunigungssensors die Ausrichtung der Kamera im Raum bestimmt, woraus unter Zuhilfenahme der mittels GPS-Empfänger ermittelten Kameraposition ein virtuelles Abbild des betrachteten Geländes aus einem sogenannten digitalen Geländemodell berechnet werden kann. Da nun aber die so ermittelte Kameraausrichtung für eine korrekte Positionierung der virtuellen Elemente im Kamerabild zu ungenau wäre, wird die gemessene Ausrichtung mittels Bildverarbeitung korrigiert. Um dies zu bewerkstelligen wird die Horizontlinie als markantes Objekt im Kamerabild gesucht und mit dem virtuellen Pendant korreliert.
Nachdem dieses Verfahren eine Transformationsvorschrift liefert, mit der geografische Koordinaten sehr genau in Positionen im Kamerabild umgerechnet werden können, sind den Anwendungsmöglichkeiten hinsichtlich der Art der darstellbaren Informationen kaum Grenzen gesetzt.

Abbildung 1: Resultat der Verarbeitung mit markierten Berggipfeln und überlagerter Darstellung der detektierten Horizontlinie.

Abbildung 1: Resultat der Verarbeitung mit markierten Berggipfeln und überlagerter Darstellung der detektierten Horizontlinie.

Keywords: Augmented Reality, Geländemodell, DGM, Geländemerkmal, Kamerabild, GPS, Horizont

21. September 2012