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Zeitrafferfotos: 3D-Modelle mit der Sonne aufnehmen

3D-Oberflächenmodelle von Städten sollen sich automatisch mit Hilfe der Sonne und einer billigen Webcam erzeugen lassen. Die Technik dazu haben amerikanische Forscher entwickelt, die den Sonnenlauf und das daraus resultierende Farb- und Schattenspiel in Fotos über Monate hinweg analysiert haben.

Artikel veröffentlicht am ,
Rekonstruierte Ansicht einer Stadt durch die Reflexionsfähigkeit der Oberflächen
Rekonstruierte Ansicht einer Stadt durch die Reflexionsfähigkeit der Oberflächen (Bild: Austin Abrams/Universität Washington)

Mit zahlreichen Fotos über viele Tage hinweg hat ein Forscherteam um Austin Abrams von der Universität von Washington zunächst eine Zeitrafferaufnahme von Gebäuden erzeugt, während die Sonne schien und die Gebäude Schatten warfen. Diese Daten nutzten die Forscher, um ein dreidimensionales Oberflächen- Modell zu entwickeln, ohne dass die Kamera zuvor kalibriert werden musste.

  • Links das Foto der Webcam, rechts die daraus generierten 3D-Modelle (Bild: Austin Abrams/Universität Washington)
  • Links das Foto der Webcam, rechts die daraus generierten 3D-Ansichten des Hauses (Bild: Austin Abrams/Universität Washington)
  • Reflexionsverhalten (Albedo) einer Webcamaufnahme (Bild: Austin Abrams/Universität Washington)
Links das Foto der Webcam, rechts die daraus generierten 3D-Modelle (Bild: Austin Abrams/Universität Washington)
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Der Aufnahmestandort der Kamera wurde über GPS und die Aufnahmerichtung über einen Kompass bestimmt. Der Lauf der Sonne ist anhand des Datums leicht zu berechnen und für die Auswertung zu nutzen. Die Aufnahmen werden von den Forschern pixelgenau analysiert, so dass festgestellt werden kann, zu welchem Sonnenstand und Datum welche Farben von den Gebäuden und Gegenständen reflektiert und welche Schatten erzeugt werden. Punkte auf einer glatten Oberfläche erzeugen ähnliche Reflexionen, während zum Beispiel gekrümmte Flächen ein anderes Verhalten aufweisen. Daraus werden zunächst die Oberflächen der Gebäude bestimmt, die zusammengesetzt ein präzises 3D-Modell ergeben. Zur Kontrolle wurden die rekonstruierten Modelle mit den Daten aus Google Earth verglichen.

Die Methode hat jedoch auch Nachteile. Starke Entfernungsunterschiede im Bild, wie zum Beispiel ein Gebäude, hinter dem in weiter Ferne ein Berg steht, werden nicht korrekt erkannt, weil der Algorithmus benachbarte Pixel vergleicht. Das Problem ließe sich jedoch durch mehrere Aufnahmewinkel beheben.

Mit zahlreichen preiswerten Webcams könnten auf diese Weise nicht nur 3D-Modelle von Gebäuden erzeugt, sondern auch das Wachstum in der Natur beobachtet werden. Dazu müssen die Aufnahmen jedoch über einen sehr langen Zeitraum automatisiert gemacht werden.

Die Forscher haben einen wissenschaftlichen Aufsatz zu ihrer Methode unter dem Titel "Heliometric Stereo: Shape from Sun Position" und den Code ihres Algorithmus veröffentlicht.

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[gelöscht] 22. Okt 2012


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