Alles auf einen Blick: schnelle Übersichtsbilder mit Mikrodrohnen

Was so einfach klingt, ist in Wahrheit sehr komplex: Mikrodrohnen (unmanned aerial vehicles, UAVs) wiegen rund 1 kg und haben einen Durchmesser von weniger als 1 Meter. Sie werden nun vermehrt für zivile Anwendungen, wie beispielsweise bei großflächigen Bränden, Überflutungen oder ähnlichen Katastrophen, eingesetzt.

Sie sollen die Rettungskräfte unterstützen, indem sie schnelle und aktuelle Luftaufnahmen von betroffenen Gebieten liefern und damit einen Überblick über die Lage bieten. Doch gerade darin liegt die große Herausforderung, wie Bernhard Rinner vom Institut für Vernetzte und Eingebettete Systeme erklärt:

„Eine Mikrodrohne hat Kameras aber auch andere Sensoren wie beispielsweise Beschleunigungsmesser, Gyroskope und GPS an Bord. Es ist relativ leicht, einzelne Bilder und Daten einer Region zu sammeln. Schwierig wird es, wenn es darum geht, die Daten zusammen zu führen.“

Die Erzeugung eines Übersichtsbildes aus den vielen Einzelbildern – das sogenannte Mosaik – stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. „Unterschiedliche Flughöhe und Kameraorientierung sowie eine geringe Überlappung der Einzelbilder erschweren die Erzeugung des Mosaiks. Unser Ziel war es daher eine robuste und schnelle Methode zu entwickeln, um den Einsatzkräften einen raschen Überblick liefern zu können“, erklärt Saeed Yahyanejad, Senior-Forscher in Rinners Team.

Das entwickelte Verfahren verfolgt daher einen inkrementellen Ansatz. Zunächst werden die Einzelbilder grob anhand ihrer GPS-Daten im Übersichtsbild platziert. Sind mehr Daten verfügbar, wird die Platzierung verfeinert und die Qualität des Übersichtsbildes verbessert.

Dieser Verarbeitungsschritt extrahiert charakteristische Merkmale aus den Einzelbildern und verwendet gemeinsame Merkmale, um die Qualität des Übersichtsbildes zu verbessern. „Wichtig ist dabei, dass die extrahierten Bildmerkmale auf einer Ebene liegen“, so Yahyanejad weiter, „dadurch können wir eine verzerrungsarme Darstellung erzielen.“

Der Vorteil des entwickelten Verfahrens liegt einerseits in der raschen Erzeugung des Übersichtsbildes, andererseits wird die erzielte Bildqualität den verfügbaren Daten anpasst. Das Verfahren beschränkt sich nicht nur auf Katastropheneinsätze, sondern kann auch für Umweltmonitoring, Baustellendokumentationen oder landwirtschaftliche Beobachtungen verwendet werden.

Das in Klagenfurt entwickelte Verfahren wurde bereits patentrechtlich geschützt. Zwei beantragte US-Patente wurden kürzlich den Lakeside Labs erteilt. Die Forschungsarbeiten wurden im Projekt „Collaborative Microdrones (cDrones)“ des Forschungsclusters Lakeside Labs durchgeführt und teilweise vom Europäischen Regionalentwicklungsfonds und dem Kärntner Wirtschaftsförderungsfonds finanziert.