Was ist Fotogrammetrie und was brauche ich für meinen ersten 3D-Scan?

Wie bereits beschrieben wird beim Fotogrammetrie-Verfahren aus mehreren Fotos vom selben Objekt (unterschiedlicher Aufnahmewinkel / -abstand) mithilfe spezieller Software zunächst eine Punktwolke erstellt und daraus eine 3D-Geometrie erzeugt. 


Kamera

Die ideale Kamera ist die, die die schärfsten Aufnahmen erzeugt. Je professioneller desto besser. Die Anzahl der Megapixel ist zwar wichtig, kann jedoch durch eine höhere Anzahl an Fotos ausge¬glichen werden. Selbst mit einer guten Handykamera oder einer Low-Cost DSLR können bereits akzeptable 3D-Scans erzeugt werden. Je besser die Kamera desto besser ist die Scan-Quallität. Wichtig ist nach Möglichkeit immer in einem unkomprimierten RAW-Format  zu fotografieren, die Bilder im Nachhinein etwas nachzuschärfen und das Rauschen zu verringern.
Ich persönlich nutze eine Sony A7ii mit 24,7Megapixel.

 

Objektiv

Am besten nutzt man ein möglichst scharfes Objektiv mit Festbrennweite. Wenn die Kamera nur ein Zoom-Objektiv hat, bleibt man bei einer Brennweite und ändert diese über die Dauer des Scans nicht. Je nach Größe oder Entfernung zum Objekt sollte die Brennweite des Objektivs gewählt werden. Weitwinkelobjektive eignen sich zum Beispiel vor allem für Architekturaufnahmen, Normalbrennweiten eher für Personen oder kleinere Objekte.
Für meine Aufnahmen nutzte ich ein Canon FD 20mm f2.8 sowie ein Voigtländer 10mm f5.6. Beide sind relativ verzerrungsfreie Weitwinkelobjektive, die sehr scharfe Bilder liefern.

 

Optimale Kamera-Einstellungen

ISO: so klein wie möglich (<400), um das Rauschen in den Bildern unter Kontrolle zu halten. Verschlusszeit: so schnell wie möglich, um aus der Hand fotografieren zu können. (min 1/125).
Blende: Blende f8-f11, um eine möglichst große Tiefenschärfe in den Bildern zu erzeugen.
Weißabgleich: sollte manuell eingestellt werden und über die gesamte Dauer der Aufnahmen nicht geändert werden.

 

Stativ

Wenn die Lichtverhältnisse zu schlecht sind für eine schnelle Verschlusszeit oder mehrere Aufnahmen aus einer Position erfolgen (zum Beispiel, wenn das Objekt auf einem Drehteller fotografiert wird), ist ein Stativ sinnvoll.

Kamera-Fernbedienung

Gerade wenn mit einem Stativ und einer langen Belichtungszeit gearbeitet wird, ist eine Fernbedienung sinnvoll, um das Verwackeln beim Auslösen zu eliminieren. Sie kann jedoch auch sinnvoll sein, wenn der eigene Schatten im Bild erscheinen würde oder die Kamera außer Reichweite steht (sehr hoher Kamerawinkel über dem Objekt).

Belichtung

Wie bei der normalen Fotografie ist eine gute Ausleuchtung des Objektes beim Scannen wichtig. Eine möglichst gleichmäßige Belichtung , die kaum Schatten erzeugt, ist von Vorteil. Das Ziel ist ein möglichst detailreiches, scharfes aber flaches Bild zu erzeugen. Eine gute Belichtung hilft zusätzlich die Blende und ISO klein zu halten und gleichzeitig eine schnellere Verschlusszeit zu ermöglichen. Die gleichmäßige Beleuchtung  verringert Highlights, die reflektierende Objekte erzeugen. Mit ungleichmäßiger Beleuchtung  haben schattige Gebiete weniger Details und werden daher nicht so gut von der Software berechnet. Bei Außenaufnahmen beispielsweise ist daher ein bewölkter Tag von Vorteil.

Blitz

Um wie beschrieben eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung des Objektes zu ermöglichen kann zusätzlich ein Blitz genutzt werden. Besonders Ringblitze haben sich als sehr praktisch erwiesen. Sie sitzen direkt am Objektiv und erzeugen ein sehr paralleles Licht, welches ein flaches Bild erzeugt. Schatten werden da¬durch vermieden.
(Cross-polarized reflective light dental photography: The silver bullet of tooth shade selection
Reflexionen und Spiegelungen vermeiden: Blitzen mit Polfilter)

Kreuzpolblitz-Technik

Um Highlights auf reflektierenden Objekten noch weiter zu reduzieren, kann die Kreuzpolblitz-Technik angewendet werden. Kreuzpolarisation ist ein zwei Phasen Filterprozess, der zwei lineare Polarisationsfilter nutzt. Eine Polarisationsfolie auf dem Blitz, horizontal oder vertikal orientiert und ein 90° dazu orientierter Polfilter auf dem Objektiv. Das Ergebnis ist ein Foto, das keinerlei Glanz oder Reflektion hat. Diese Technik wird unter anderem in der Dentalfotografie genutzt, um möglichst detailreiche Fotos zu erzeugen.

Maßstab oder Codierte Zielmarker

Zielmarker sind ausgedruckte Markierungen, die in der Szene platziert werden und die der Software als Referenzpunkte oder als Maßstab dienen können. Sie können auch bei sehr monotonen Flächen (z.B. einer weißen Wand) helfen, die Fotos zusammenzufügen. Alleine eine Maßstabmarkierung kann bereits helfen, das gescannte Objekt richtig zu skalieren.

Mattes Spray

Fotogrammetrie hat vor allem mit transluzenten oder reflektierenden Oberflächen seine Probleme. Ein wasserlösliches Mattspray kann helfen, Details auf besonders glänzenden, transluzenten und reflektierenden Oberflächen zu erzeugen.
(3D Scanning Reflective Objects With Photogrammetry)

Drehtisch

Um kleine Objekte zu scannen, ist es hilfreich, diese auf einer drehbaren Unterfläche zu platzieren. Dadurch bewegt sich das Objekt und der Benutzer erspart sich das drum herum gehen. Eine einfache Zeitschrift als Unterlage hilft der Software bereits, die Bilder richtig zusammenzusetzen.

Bildbearbeitungs-Software

Die erzeugten Bilder können mit einer Bildbearbeitungs-Software(z.B. Adobe Lightroom, Adobe Photoshop) nachgeschärft und entrauscht werden. Ein verlustfreies Dateiformat (u.a. Tiff) zum Abspeichern ist sinnvoll.

 


(Mehr Infos unter:
Everything_You_ Need_to_Know_about_Photogrammetry_I_hope
tested-dark-art-photogrammetry
the-poor-mans-guide-to-photogrammetry)

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