Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konzeption eines Verfahrens zur photogrammetrischen Vermessung von Geschossflugbahnen. Diese Art ballistischer Messverfahren existiert bereits seit Anfang des 20. Jahrhunderts, wurde jedoch aufgrund der Fortschritte in der Radartechnik Mitte jenen Jahrhunderts nicht mehr angewendet und weiterentwickelt. Mit den technischen Errungenschaften speziell der letzten 20 Jahre eröffnen sich jedoch neue Umsetzungsmöglichkeiten dieser Messverfahren. Die vorliegende Arbeit führt Untersuchungen zu einem neuartigen Ansatz durch, in welchem Geschosse durch einen Laser beleuchtet werden. Die Flugbahnaufnahme erfolgt mit Digitalkameras unter anschließender Verarbeitung am PC mittels Methoden des Maschinellen Sehens. Nach kurzer Darlegung benötigter außenballistischer Grundlagen werden zunächst außenballistische Messverfahren ausgeführt. Hierbei wird insbesondere auf die Klasse der photogrammetrischen Verfahren eingegangen und soweit bekannte Systeme vorgestellt. Ein sich anschließender, wesentlicher Bestandteil der Arbeit befasst sich mit der radiometrischen Modellierung der lasergestützten Geschossbeleuchtung. Die durchgeführten Betrachtungen erlauben sowohl leistungsbasierte als auch energetische Abschätzungen der von einem rückwärtig beleuchteten Geschoss in einen Sensor reflektierten Strahlung. Darauf aufbauend werden im Rahmen einer Systemkonzeption Kriterien zur Detektion des fliegenden Geschosses mittels Digitalkameras hergeleitet. Es folgen Betrachtungen zum Systemaufbau, zur Messdurchführung und zu den allgemeinen Anforderungen benötigter Systemkomponenten. Hierbei wird auch auf Anforderungen zur Messdurchführung unter Tageslichtbedingungen eingegangen. Die Ausführungen werden anhand zweier im Rahmen der Arbeit umgesetzter Systemprototypen evaluiert. Flugbahnaufnahmen wie sie mit den Prototypen in Versuchsschießen gewonnen wurden, werden präsentiert. Anschließend werden Bildverarbeitungsmethoden vorgeschlagen, ausgeführt und evaluiert, um Aufnahmen, die eine Flugbahn enthalten, automatisiert zu erkennen und darin enthaltene Flugbahnpunkte zu extrahieren. Die erreichbare Qualität der Extraktion wird hierbei in Zusammenhang mit den zuvor definierten Detektionskriterien gebracht. Zur Bewertung dienen simulierte Flugbahnbilder, welche auf Basis der aufgestellten radiometrischen Modellierung im vorangegangen Teil der Arbeit erzeugt wurden. Abschließenden wird auf die stereometrische Auswertung der Flugbahnaufnahmen eingegangen. Nach kurzer Darlegung der hierfür benötigten Grundlagen wird die Lösung des Stereokorrespondenzproblems betrachtet. Es folgen Ausführungen zur Stereorekonstruktion von 3D-Flugbahnkoordinaten aus den extrahierten 2D-Koordinaten zweier Stereoteilbilder. Anschließend wird hergeleitet wie sich Parameter eines geeigneten Flugbahnmodells direkt aus den Stereoteilbildern über eine nicht lineare Optimierung rekonstruieren lassen. Die ausgeführten Methoden werden jeweils sowohl auf simulierte als auch reale Flugbahnaufnahmen angewendet, um die mit den Prototypen erzielbaren Genauigkeiten aufzuzeigen. Die erzielten Ergebnisse werden zusammenfassend bewertet, um abschließend einen Ausblick über das Potential zur Anwendbarkeit und Optimierung des Verfahrens zu geben.
Ein laser- und computergestütztes Verfahren zur photogrammetrischen Vermessung von Geschossflugbahnen
2014
202 Seiten, Bilder, Tabellen, 109 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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