Forschungsprofil
3D-Rekonstruktionsverfahren für die industrielle Mess- und Prüftechnik
Ein wichtiges Problem der industriellen Mess- und Prüftechnik ist die 3D-Rekonstruktion von Bauteilen. Hierzu werden triangulationsbasierte Verfahren (Stereobildanalyse, Streifenlichtprojektion) und intensitätsbasierte Ansätze in Kombination untersucht. Diese Vorgehensweise ist für glänzende und insbesondere metallische Oberflächen geeignet, bei denen eine lückenlose 3D-Rekonstruktion beispielsweise mit klassischer Streifenlichtprojektion erfahrungsgemäß schwierig ist. Im Rahmen der laufenden Forschungsarbeiten werden diese Methoden hinsichtlich einer simultan mit der 3D-Rekonstruktion erfolgenden Ermittlung der das Reflexionsverhalten der Oberfläche charakterisierenden Parameter allein aus dem verwendeten Datenmaterial weiterentwickelt.
Verfahren der Musterklassifikation
Ein wichtiges Forschungsgebiet im Bereich der Musterklassifikation sind teilüberwachte Klassifikationsverfahren, die die Erkennungsleistung eines bestehenden Klassifikationssystems hinsichtlich neuer Musterklassen oder neuer Ausprägungen bekannter Musterklassen selbsttätig erweitern. Hierzu werden geeignete Maße identifiziert, die die Zuverlässigkeit der Ausgabe des Klassifikators für neue Lernbeispiele bewerten und anhanddessen darüber entscheiden, ob ein neues Lernbeispiel mit seinem vom Klassifikator automatisch generierten Klassenlabel in den Lerndatensatz übernommen wird oder nicht. Unterstützend können in diesem Kontext auch synthetische Lernbeispiele eingesetzt werden. Anwendungen von selbstlernenden Klassifikationsverfahren ergeben sich immer dann, wenn sie unter komplexen und zeitlich veränderlichen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden sollen.
Methoden der 3D-Rekonstruktion und Spektraldatenanalyse für die Fernerkundung
Die Kombination aus mittels Standardmethoden der Fernerkundung (Stereo-Bildverarbeitung, Laseraltimetrie) erhaltenen topographischen Daten und Reflektanzdaten ermöglicht unter Verwendung modifizierter Shape-from-Shading- bzw. photometrischer Stereo-Verfahren die Generierung von digitalen Elevationsmodellen (DEMs) hoher lateraler Auflösung, die derjenigen der zugrundeliegenden Bilddaten nahekommt. Diese hochaufgelösten DEMs werden auch für die Kalibrierung bzw. Normalisierung von Multi- und Hyperspektralbilddaten benötigt, die Aufschluss über die Mineral-Zusammensetzung der Oberfläche geben. Insbesondere für den Mond sind durch die Raumsondenmissionen der vergangenen Jahre eine Vielzahl neuer Datensätze hoher Qualität verfügbar. Kombinierte Analysen der so ermittelten spektralen Parameter der Oberfläche und der mittels Gamma- und Röntgenspektroskopie erhaltenen, örtlich jedoch gering aufgelösten Häufigkeiten bestimmter chemischer Elemente ermöglichen eine detaillierte topographische und mineralogische Kartierung der untersuchten Oberflächenregionen.
Der DEM-Datensatz des Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) (Smith et al., Space Sci. Rev. 150, 2010) ist unter http://pds-geosciences.wustl.edu/missions/lro/lola.htm verfügbar.
Das GLD100-Elevationsmodell (Scholten et al., JGR 117, 2012) ist unter http://wms.lroc.asu.edu/lroc/view_rdr/WAC_GLD100 verfügbar.
Der hyperspektrale Bilddatensatz des Moon Mineralogy Mapper (M3) (Pieters et al., Current Science 96, 2009) ist unter http://pds-imaging.jpl.nasa.gov/volumes/m3.html verfügbar.
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Oben: DEM des Mondkraters Aristarchus gemäß GLD100-Datensatz (Scholten et al., JGR 117, 2012). Unten: DEM erstellt auf Basis eines reflektanzbasierten Ansatzes unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit GLD100-Daten (Grumpe et al., ASR 53, 2014). Bei der perspektivischen Darstellung wurde die Albedo jeweils als konstant angenommen. Die vertikale Achse ist (wie auch in den nachfolgenden DEM-Darstellungen) dreifach überhöht. -
Vergleich unterschiedlicher DEMs der Zentralberg-Region des Mondkraters Lowell (Wöhler et al., Icarus 235, 2014). Die Ausdehnung des Gebiets beträgt 20 km. (a) LOLA-DEM. (b) GLD100 (Scholten et al., JGR 117, 2012). (c) Auf Basis des reflektanzbasierten Ansatzes von Grumpe et al. (ASR 53, 2014) unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit GLD100-Höhendaten erstelltes DEM. -
Links: Petrographische Karte des Mondkraters Lowell, die die relative Verteilung der drei wichtigsten lunaren Gesteinstypen wiedergibt (rot: Basalt; grün: magnesiumreiches Gestein; blau: eisenhaltiger Anorthosit). Insbesondere im Bereich der Zentralberge, aber auch im Nordteil des Kraterbodens sind kleine, isolierte, aus Basalt und magnesiumreichen Gestein bestehende Gebiete zu erkennen (Wöhler et al., Icarus 235, 2014). Rechts: Karte des Asymmetrieparameters der Einzelpartikel-Streufunktion für den westlichen Teil des Mondkraters Lowell (Blick von Osten über den Zentralberg). Es zeigen sich deutlich erhöhte Werte (gelb/rot) für die aus Impaktschmelze bestehenden ebenen Gebiete im westlichen Teil des Kraterbodens (Abbildung erzeugt anhand von Daten aus Wöhler et al., Icarus 235, 2014). Das für die Abbildungen verwendete DEM wurde auf Basis des reflektanzbasierten Ansatzes von Grumpe et al. (ASR 53, 2014) unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit GLD100-Höhendaten erstellt. -
Darstellung der Impaktschmelze-Ablagerungen auf dem Boden und in der Umgebung des Mondkraters Joule T als Karte spektraler Parameter (rot: Tiefe der Absorption um 1000 nm; grün: Logarithmus des Verhältnisses der Bandtiefen der Absorptionen um 1000 nm und 2000 nm; blau: Tiefe der Absorption um 2000 nm) (Wöhler et al., Icarus 235, 2014). Die Impaktschmelze-Ablagerungen erscheinen als intensiv grüne Flächen, der innere Kraterrand als rosafarbene Region. -
Links: DEM des Mondkraters Aristillus. Rechts: Petrographische Karte des Mondkraters Aristillus, die die relative Verteilung der drei wichtigsten lunaren Gesteinstypen wiedergibt (rot: Basalt; grün: magnesiumreiches Gestein; blau: eisenhaltiger Anorthosit) (Grumpe et al., 3MS3 2012). Das DEM wurde auf Basis des reflektanzbasierten Ansatzes von Grumpe und Wöhler (ISPA 2011) unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit GLD100-Höhendaten erstellt. -
Links: DEM des "Kobrakopfes" (perspektivische Darstellung, Blick aus nordwestlicher Richtung), der sich nördlich des Mondkraters Herodotus als langgestrecktes Tal (Vallis Schröteri) fortsetzt. Rechts: DEM des Mondkraters Silberschlag und der Rima Ariadaeus (perspektivische Darstellung, Blick aus östlicher Richtung). Die DEMs wurden auf Basis des reflektanzbasierten Ansatzes von Herbort et al. (ICIP 2011) und Grumpe und Wöhler (ISPA 2011) unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit GLD100-Höhendaten erstellt. -
Links: DEM der Zentralberge des Mondkraters Bullialdus (perspektivische Darstellung mit überlagerter Albedo, Blick aus nordwestlicher Richtung), erstellt auf Basis eines reflektanzbasierten Ansatzes unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Hyperspektralbilddaten in Kombination mit Laseraltimetriedaten des LOLA-Instruments. Mitte: Wellenlänge der Absorption im Bereich um 1000 nm (farbcodiert, kalte Farben entsprechen geringen Werten und warme Farben hohen Werten, Wertebereich: 880-1000 nm). Die Nordhänge weisen eine systematisch geringere Absorptionswellenlänge auf als die Südhänge. Rechts: Auf Basis der DEM korrigierte Absorptionswellenlänge. Die Asymmetrie zwischen Nord- und Südhängen ist beseitigt, und das Gebiet geringer Absorptionswellenlängen ist viel klarer auf die Zentralberge begrenzt als ohne Korrektur (Wöhler und Grumpe, LPSC 2012). Die spektralen Eigenschaften der Zentralberge von Bullialdus deuten auf das Vorhandensein des Gesteins Norit hin (Tompkins und Pieters, Icarus 110(2), 1994). -
DEM des Ostteils des Mondkraters Alphonsus (perspektivische Darstellung mit überlagerter Albedo), erstellt auf Basis eines reflektanzbasierten Ansatzes unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit Laseraltimetriedaten des LOLA-Instruments (Herbort et al., ICIP 2011). -
DEM des Mondkraters Menelaus (perspektivische Darstellung mit überlagerter Albedo), erstellt auf Basis eines reflektanzbasierten Ansatzes unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit Laseraltimetriedaten des LOLA-Instruments (Grumpe und Wöhler, ISPA 2011). -
Ergebnis eines automatischen Kraterdetektionsverfahrens auf Basis einer DEM hoher lateraler Auflösung, die mittels eines reflektanzbasierten Ansatzes unter Verwendung von Chandrayaan-1-M3-Bilddaten in Kombination mit Laseraltimetriedaten des LOLA-Instruments erzeugt wurde. Grün: bisheriger Kraterkatalog LU60645GT; gelb: zusätzlich detektierte Krater (Salamunićcar et al., ISPA 2011).
