Dieser Beitrag fasst die geometrischen Untersuchungen der beiden terrestrischen Laserscanner Leica RTC360 und IMAGER 5016 an der HafenCity Universität Hamburg zusammen und gibt einen Überblick über das geodätische Genauigkeitspotential der beiden Scanner neuester Generation. Für die Untersuchungen werden die drei verschiedenen voneinander unabhängigen Prüfverfahren für terrestrische Laserscanner zur Untersuchung der geometrischen Genauigkeit vorgestellt, mit denen die zwei eingesetzten Laserscanner erfolgreich unter Laborbedingungen analysiert wurden: (a) Streckenmessgenauigkeit zu S/W-Zieltafeln und Kugeln auf der 20m-Komparatorbahn, (b) Vergleich von Raumstrecken im 3D-Testfeld auf S/W-Zieltafeln und (c) Untersuchung der Ebenheitsabweichung in Anlehnung an die VDI/VDE 2634 auf eine ebene Steinplatte. Die Referenzmessungen auf der Komparatorbahn wurden mit der Totalstation Leica TS60 realisiert, während das 3D-Testfeld mit dem Lasertracker Leica AT960 eingemessen wurde. Die Ergebnisse der geometrischen Genauigkeitsuntersuchungen zeigen sehr geringe Abweichungen im Bereich von 1-2 Millimetern, was den Herstellerangaben entspricht.

Zusätzlich wurden beide Laserscanner in Anlehnung an das DVW-Merkblatt 7-2014 zur standardisierten Überprüfung von terrestrischen Laserscannern im Außengelände der HafenCity Universität Hamburg getestet. Für die Durchführung des sogenannten Feldprüfverfahrens wurde ausschließlich die Standardausrüstung und -software der beiden Hersteller verwendet. Das gesamte Feldprüfverfahren inklusive Datenerfassung und Auswertung konnte innerhalb von vier bis fünf Stunden umgesetzt werden. Bei beiden Messsystemen konnten erwartungsgemäß keine signifikanten Distanz- bzw. Winkelabweichungen festgestellt werden, so dass die geprüften Laserscanner unter Berücksichtigung des erfassten Messvolumens als einsatztauglich bezeichnet werden können.

In the frame of developing digitization standards for fossils, we are exploring the strengths and weaknesses of different 3D imaging approaches on the example of a Triassic reptiliomorph amphibian skull. The holotype of Madygenerpeton pustulatum, a unique and well-preserved tetrapod skull roof with a complex morphology, prepared from both the dorsal and the ventral side, has been digitized using a range of structured-light scanners (from handheld devices to high-precision industrial systems), a laser scanner, a computed micro-CT, and photogrammetry. The obtained 3D models can be compared regarding spatial resolution, structural fidelity and – as far as applicable – texture fidelity. In our study, we incorporate a survey of the scanning apparatuses, including purchase costs, operation requirements and necessary post-processing efforts. For photogrammetry, we used a Fujifilm X-T2 full-format system camera mounted on a tripod, and processed a total of about 300 pictures in a full-version 3DF Zephyr software. This method was found the most time-consuming with respect to post-processing, but delivered a photorealistic high-resolution 3D model. Among customer structured-light scanners, Artec Spider is noteworthy because it is easy to use and produces models of reasonable resolution and colour fidelity with minimal post-processing. A high-resolution structured-light scan with reasonable texture quality was produced with an industrial AICON SmartScan system. The geometry of the object was captured most quickly with a CREAFORM Handy SCAN 3D, an accessible handheld laser scanner coupled with a laptop. The most expensive machine included in the study so far was an YXLON µCT scanner, which, most importantly, gave insights into fragile parts of the fossil still covered by sediment, but also allowed the acquisition of a 3D model of its external geometry. Current research steps include quantitative evaluation of the models and application of further imaging techniques.

In der industriellen Qualitätsüberwachung ist das terrestrische Laserscanning (TLS) ein etabliertes Messverfahren. Gerade für große Bauteile ist das TLS eine sehr effiziente Messmethode und beim Einsatz geeigneter Geräte auch mit Genauigkeiten bis in den Submillimeterbereich möglich.

Allerdings wird die vollständige Digitalisierung eines Bauteils aufgrund vieler Anbauteile, Hinterschneidungen oder enger Öffnungen erschwert bzw. sehr aufwändig werden.

Die Kombination von TLS mit handgeführten 3D-Scannern bietet die Möglichkeit die Vorteile beider Systeme zu kombinieren.

Die Firma Artec3D bietet Geräte in beiden Produktgruppen, TLS und handgeführte 3D-Scanner. Alle Geräte werden über die Artec-Studio Software bedient, wo auch die Scanergebnisse zusammengeführt und weiterverarbeitet werden.

Ein Überblick über die unterschiedlichen Geräte, sowie Anwendungsbeispiele aus dem industriellen Umfeld werden vorgestellt.

3D-Messverfahren gehören in verschiedensten Bereichen der Messtechnik bereits zum Alltag und haben neben dem wissenschaftlichen Forschungsfeld längst medizinische Anwendungen, die industrielle Produktkontrolle und die Archivierung kunst-historischer Objekte erreicht.

Nahbereichsphotogrammmetrie mit aktiver Beleuchtung, als eine mögliche Umsetzung dieser Messmethoden, kann mit verschiedensten Projektionsverfahren realisiert werden. Die Verwendung "objektiver Speckles", also statistischer kohärenter Muster, hat im Vergleich zu inkohärenten Verfahren einige Vorteile. Zu diesen Vorteilen zählen die hohe Schärfentiefe, eine hohe Lichtleistung, eine überschaubarer Aufwand bei der Erstellung des Aufbaus und die Möglichkeit, mit Bandpassfiltern Umgebungslicht zu unterdrücken. Der größte Nachteil besteht allerdings im Zustandekommen von standort- und aperturabhängigem, kohärentem Rauschen, sogenannten "subjektiven Speckles".

Die „objektiven Speckles“ werden erzeugt, in dem ein Laserstrahlenbündel auf oder nahe einer streuenden Fläche (z.B. einer Streuscheibe) fokussiert wird. Die statistische Veränderung der Wellenfront des kohärenten Lichtes führt hinter der streuenden Ebene zu Ausbildung von Bereichen konstruktiver und destruktiver Interferenz, die als Projektionsmuster für die Nahbereichsphotogrammmetrie verwendet werden können. Eine Änderung des Ausleuchtungsbereiches, also z.B. die Ausleuchtung eines anderen Teils der streuenden Oberfläche, verändert das Muster, lässt es aber seine statistischen Eigenschaften behalten. So können durch eine Lageveränderung des Strahls oder der Streuscheibe in schneller Folge verschiedene Muster generiert werden. Die Wiederholung von Mustern ist auf diese Weise allerdings kaum möglich.

Durch die Standortabhängigkeit des kohärenten Rauschens, wird der Vergleich von Intensitäten, wie sie in der Stereophotogrammmetrie durch zwei Kameras aufgezeichnet werden, erschwert. Die Stärke der Störung ist vom Kontrast des Rauschmusters abhängig, dieser wiederum indirekt von der Blendenöffnung der Kameraoptik. Der Rauschkontrast ist folglich klein, wenn die Blende weit geöffnet ist. Die hohe Schärfentiefe der projizierten Muster lässt sich meist jedoch nur mit einer weit geschlossen Blende ausnutzen.

Die durch die „subjektiven Speckles“ gestörte Korrelationssuche in der Nachbearbeitung der aufgenommen Bilder führt zu einer Verschlechterung der Rekonstruktionsqualität der 3D-Punktwolken.

In den letzten Jahren wurden daher am IAOB Jena verschiedene Methoden erprobt, um den Einfluss der subjektiven Speckles zu minimieren und das Anwendungsfeld der Speckle-Projektion zu erweitern. Dabei sind sowohl experimentelle, als auch numerische Methoden gefunden worden, die zu positiven Resultaten führen.

In diesem Vortrag sollen einige dieser neuen Methoden vorgestellt und die mit Ihnen verbundenen Vor-und Nachteile im Vergleich zu bereits bekannten Techniken dargestellt werden.