Luftbildfotografie | Paul Plutsch

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Luftbildfotografie
Als Luftbildfotografie (auch Luftfotografie) wird ein fotografisches bzw. technisches Genre bezeichnet, bei dem fotografische Abbildungen des Geländes aus der Vogelperspektive bzw. aus Luftfahrzeugen angefertigt werden; man spricht dann von Luftbildern oder Luftaufnahmen. Die Branche, die sich mit dem Anfertigen von Luftbildern beschäftigt, wird auch alsLuftbildwesen bezeichnet, ihre Auswertung als Luftbildmessung oder Fotogrammetrie.
Thematisch verwandte Genres sind die Kite Aerial Photography (von Fesseldrachen aus), die Brieftaubenfotografie, die Orbitalfotografie, die Erstellung von Satellitenbildern und dieAstrofotografie.

Aufnahmewinkel
Schrägbilder
Schrägbilder oder Geneigtaufnahmen dienen als künstlerische fotografische Ansicht für Architektur- und Landschaftsaufnahmen zur Fernerkundung. Daraus können mittelsPhotogrammetrie auch 3D-Bilder erzeugt werden, beispielsweise für dreidimensionale Stadtpläne, für Geländemodelle oder für Computerspiele. Bei einer Geneigtaufnahme von 5−15° Kameraneigung gegenüber dem Lot spricht man von einer Steilaufnahme, bis 60° von einem Schrägbild und bis 90° von einem Flachbild, wobei diese meist den Horizont zeigen.

Senkrechtbilder
→ Hauptartikel: Orthofoto und Bildflug
Georeferenzierte Senkrechtbilder werden für die Kartografie benutzt. Sie werden aus einem Flugzeug als Luftbild oder vom Satelliten als Satellitenbild aufgenommen. Senkrechtaufnahmen werden als Nadiraufnahmen geplant, wobei das einfallende Licht lotrecht in die Kamera gelangt. In der Praxis wird allerdings eine Abweichung von ca. 1−4° erreicht. Für das freie Kartenprojekt OpenStreetMap sind Orthofotos die wichtigste Datenquelle. ZurStereoskopie und für quantitative Auswertungen (Höheneinmessung, Kartierung) werden ausschließlich Senkrechtaufnahmen verwendet.

Befliegung und Auswertung
Entsprechend der vorgesehenen Auswertung von Luftbildern werden die Fluglinien für einen Bildflug in Lage und Höhe genau geplant. Die Befliegung einer Landschaft erfolgt entweder, um Einzelaufnahmen bestimmter Objekte zu machen, oder um systematisch ein größeres Gebiet zu erfassen. In diesem Fall werden meist parallele Streifen mit 30−60-%-Überdeckung der Aufnahmen geflogen.
Die Bilder können als analoge oder digitale Aufnahmen angefertigt werden. Die Auswertung kann analog erfolgen (Einzelbildauswertung oder Stereophotogrammetrie) oder digital mit entsprechender Software. In diesem Fall sind analoge Bilder zuvor mit einem Scanner zu digitalisieren. Damit Luftbilder in einem GIS verwendet werden können, müssen sie zunächst auf jeden Fall entzerrt werden (Einzelbildentzerrung oder Erstellung eines Orthofotosaus zwei Bildern mit unterschiedlichen Blickwinkeln).
Die Vorteile von Luftbildern zu Satellitenaufnahmen liegen nicht nur in der höheren Auflösung (bis zu 3 cm pro Bildpixel je nach Flughöhe), sondern auch darin, dass man meist wolkenfreie Aufnahmen erhält, da die Flugzeuge im Normalfall unter der Wolkendecke fliegen (Ausnahme: hochfliegende Spionageflugzeuge wie die Lockheed U-2) oder genau dann fliegen können, wenn das Wetter geeignet ist, während der Satellit einer festen Umlaufbahnfolgt.
Bei der Verwendung von chemischem Infrarotfilm in Verbindung mit starken Rotfiltern kann leichter Dunst/Nebel durchdrungen werden und enorme Aufnahmeentfernungen in Seiten-/Schrägsicht sind damit möglich, da die Infrarotstrahlung von den Wassermolekülen nicht so stark abgelenkt wird wie sichtbares Licht. Die erstellten Aufnahmen sind nach der Landung verfügbar, wobei analoge Fotofilme erst noch entwickelt werden müssen.

Wichtige Einsatzgebiete der Luftbildfotografie sind:
• Photogrammetrie
• Geographie, Geologie und Kartografie
• Spionage und militärische (Luft- und Gelände-) Aufklärung
• Lokalisierung von Bombenblindgängern durch Auswertung von Kriegsluftbildern und Aeromagnetik
• Ansichtskarten, Prospekte
• Stadtplanung und Landschaftsgestaltung
• Bauplanung
• Industrielle Inspektion
• Artenschutz und Pflanzenschutz
• Vermessung
• Werbung und Image-Broschüren, TV-Berichterstattung
• Luftbildarchäologie insbesondere unter Verwendung der Infrarotfotografie

Entwicklung und Geschicht
Erste Luftbilder machte der französische Fotograf Nadar 1858 von einem Fesselballon aus. Die ältesten bekannten deutschen Luftbilder stammen aus dem Jahre 1886, als Hugo vom Hagen (1856–1913), Leutnant bei der Berliner Luftschiffer-Abteilung, mit dem Fotografieren aus dem Korb von Fessel- und Freiballons experimentierte.1915 wurde die ersten Reihenmesskammern für Luftbildfotografie konstruiert. Während die Luftbildfotografie von Anfang an im militärischen Bereich Verwendung fand, interessierten sich ab etwa 1920 auch Naturwissenschaftler für die neue Technik.
Die Luftbildfotografie ist heute eine wesentliche Grundlage zur Erstellung von Karten. Hierzu werden Aufnahmen in Lotrichtung verwendet.
Ein Pionier der Luftbildfotografie war in den 1960er Jahren der Schweizer Georg Gerster (Die Welt rettet Abu Simbel). Zu Beginn des 20. Jahrhunderts sind die Luftaufnahmen Mitteldeutschlands von Ernst Wandersleb von Bedeutung. In den vergangenen Jahren populär wurden Luftaufnahmen vor allem durch die Arbeiten von Yann Arthus-Bertrand (Die Erde von oben) und die großflächige Verfügbarkeit von kostenlosen Kartendaten, etwa durch Google Earth oder Microsoft Windows Live Local.

Luftbildfotografie mit Flugmodellen und unbemannten Luftfahrzeugen
Alfred Mauls RaketeLuftaufnahmen können auch von unbemannten Fluggeräten erstellt werden. Ab 1900 konstruierte Alfred Maul in Dresden eine Rakete mit eingebauter Kamera, die nach ihrem Start einige Luftaufnahmen machen konnte, wobei die Kamera über einen Zeitzünder mit Zündschnur ausgelöst wurde und an einemFallschirm zur Erde zurückkehrte. Für militärische Zwecke werden seit den 1930er Jahren Luftaufnahmen zu Aufklärungszwecken von unbemannten, ferngesteuerten Flugzeugen, den sogenannten Drohnen, durchgeführt. Seit einigen Jahren können diese Drohnen auch von Privatpersonen erworben und eingesetzt werden. Die Technik der Luftbildfotografie von Flugmodellen ist auch für Hobbybastler von großem Interesse: neben der Möglichkeit der Unterbringung einer fernbedienbaren Fotokamera, einer Film- oder Videokamera in einem geeigneten Flugmodell (ferngesteuertes Luftfahrzeug, Fesselballon, Drachen, Modellrakete) gibt es auch die Raketenkamera Astrocam von der Firma Estes.
Die Astrocam ist eine Modellrakete, die mit in den meisten Ländern der Welt genehmigungsfrei fliegbaren Treibsätzen betrieben werden kann. Sie besitzt in ihrer Spitze eine Pocketkamera, die beim Auslösen des Fallschirms ein Bild macht. Nur wenn die Astrocam hierbei zum Boden zeigt, gerät das zu fotografierende Motiv, die darunter liegende Gegend, in ihr Blickfeld. Daher ist für das Gelingen etwas Glück nötig, denn der Fotograf hat keinen Einfluss auf das Motiv − es liegt somit eine echte „Luftlomografie“ vor. Seit einiger Zeit gibt es von derselben Firma auch eine Modellrakete mit eingebauter Digitalkamera, die sogenannte Oracle, mit deren Hilfe man mehrere Luftbilder machen kann. Ein reizvolles Beispiel für Fotografien aus einem unbemannten, ferngelenkten Klein-Luftschiff sind die Aufnahmen von umfangreichen, vom Boden aus nicht überschaubaren Labyrinthen und Irrgärten des Fotografen Jürgen Hohmuth. Die hobbymäßige Luftbildfotografie mit Flugmodellen erfordert sich langsam fortbewegende Geräte, die gängigen sind Modellhubschrauber, Quadrocopter, Motorsegler oder Motordrachen. Mit den modernen Kompaktkameras, die kaum mehr als 120 Gramm wiegen (2009), können sowohl Serienaufnahmen als auch Videos aufgenommen werden. Vorzugsweise kommen Kameras mit Weitwinkelobjektiven und sehr kurzen Belichtungszeiten zum Einsatz, um unverwackelte Bilder zu erhalten. Für einige Multikopter gibt es stabilisierte Kameraaufhängungen, sogenannte Gimbals, welche ein absolut wackelfreies Bild gewährleisten. Modellhelikopter sind seit den 1980er Jahren erfolgreich im Einsatz bei Fernseh- und Kinoproduktionen. Die Bedienung dieser Modellhelikopter ist allerdings äußerst schwierig. Zum Bedienen der Kamera wird zusätzlich ein sogenannter Kameraoperator eingesetzt.
Kite Aerial Photography oder kurz KAP ist eine Art der Fotografie, bei der die Zugkraft eines Drachens genutzt wird, um eine Kamera in eine luftige Position zu befördern. Ferngelenkte Luftschiffe und unbemannte Fesselballone werden vielfältig für die Erstellung von Luftbildern als Träger für ferngelenkte Kameraplattformen verwendet. Hier liegen die Vorteile in der Unabhängigkeit von Wind und in der hohen Nutzlast. Als Füllung wird vorwiegend Helium verwendet.

Rechtliches
In der Bundesrepublik Deutschland galt bis 1990 eine Genehmigungspflicht für Luftbildaufnahmen. Nach Artikel 37 des 3. Rechtsbereinigungsgesetzes ist diese Genehmigungspflicht für Luftbildaufnahmen entfallen. Allerdings dürfen nach § 109 g Abs. 2 des Strafgesetzbuches auch aus Luftfahrzeugen Wehrmittel sowie militärische Vorgänge, Einrichtungen und Anlagen nicht fotografiert werden, wenn dadurch „die Sicherheit der Bundesrepublik Deutschland oder die Schlagkraft der Truppe“ gefährdet wird.
Nach deutschem Recht ist es außerdem nicht zulässig, mittels Aufnahmen aus Flugzeugen oder Helikoptern in die geschützte Privatsphäre einer Person einzudringen, bzw. so gefertigte Aufnahmen ohne Genehmigung der Betroffenen zu veröffentlichen. (BGH, Urteil vom 9. Dezember 2003, AZ: VI ZR 373/02, – Luftbildaufnahmen vom Ferienhaus)
Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung hat für Luftbildfotografen im Oktober 2013 eine Kurzinformation über die Nutzung von unbemannten Luftfahrzeugen veröffentlicht.

Technisches
Je nach Gelände und Art der geforderten Aufnahmen kommt bei der Luftbildherstellung ein Flächenflugzeug, ein Hubschrauber oder ein unbemanntes Fluggerät zum Einsatz. Aufgrund der vergleichsweise hohen Kosten bei Hubschraubereinsätzen ist deren Einsatz bei Auftragsproduktionen oft lokal beschränkt. Sämtliche deutschen überregional operierenden Luftbildfirmen arbeiten daher hauptsächlich mit Kleinflugzeugen. Allerdings sind mittlerweile auch Aufnahmen mit Drohnen immer mehr auf dem Vormarsch, die jedoch an Höhe und Reichweite noch nicht mit der bemannten Luftbildfotografie mithalten können.
Bilder aus fliegenden Passagiermaschinen sind oft enttäuschend, weil sie oft unscharf werden (Beeinträchtigung des Autofokus durch das Fehlen eines Fixpunktes) beziehungsweise eine andere Stimmung wiedergeben, als die, an die man sich erinnert; das kann, abgesehen vom natürlichen Dunst, mit der Beschichtung oder Verschmutzung der Fenster, mit eventuell vorhandenen Zwischenfenstern oder der im Flugzeug herrschenden Beleuchtung zusammenhängen, deren Spiegelungen oder Farbcharakteristik unbeabsichtigt ins Bild miteingehen kann. Auf Fensterplätzen hinter den Triebwerken von Düsenmaschinen kann die Bildqualität durch Hitzeflimmern des Abgasstrahls beeinträchtigt sein.Für exakt scharfe, druck- und vortragsreife Bilder höherer Auflösung, Schärfe und Farbtreue kann der versierte Fotograf auf ein größeres Kameraformat, höherempfindliche Filme, kürzere Verschlusszeiten, adäquate Filter oder gar Bildstabilisatoren (sowohl für Halterung innerhalb der Kamera als auch in speziellen Objektiven) zurückgreifen. Professionelle Firmen arbeiten mit analogen Kameras der Filmformate 6×6 oder 6×7 cm bis hin zum Filmformat 10×12 cm (~4×5 inch). Erst diese Kameras ermöglichen eine Qualität über die von Amateuren hinaus. In den letzten Jahren kommen auch verstärkt digitale Spiegelreflexkameras (sinnvoll ab 12 Megapixel und Vollformatsensor), aber auch Analogkameras mit digitalen Rückteilen (Auflösung bis zirka 35 Megapixel) zum Einsatz. Die optische Auflösung ist stets beugungsbegrenzt, so dass ein Flugzeug in einem Kilometer Flughöhe mit einem sonst abbildungsfehlerfreienKameraobjektiv mit einer Eintrittspupille von 100 Millimetern maximal ein optisches Auflösungsvermögen von gut einem Zentimeter erreichen kann. Bei größeren Flughöhen nimmt diese Auflösung umgekehrt proportional zur Flughöhe ab, so dass Satelliten metergroße Strukturen kaum noch auflösen können.Für die Kartografie kommen ausschließlich Messbildkameras mit Filmformaten bis zu 23×23 cm zum Einsatz, die in speziell eingerichteten Flugzeugen mit Bodenluke gerade nach unten installiert werden. Damit wird das Rohmaterial eingeflogen, aus dem Orthophotos erzeugt werden können. Dazu werden über das zu kartografierende Gebiet Fluglinien gelegt. Das sind parallele Strecken, die – früher von Hand, heute mit Computerunterstützung – so angeordnet sind, dass sich die fotografierten Bereiche je zwei benachbarter Linien sicher an den Kanten überschneiden. Entlang der Linie werden die Auslösepunkte für die Kamera so bestimmt, dass jeweils zwei aufeinanderfolgende Bilder mindestens 50 % gegenseitige Überdeckung aufweisen. Dadurch ist garantiert, dass jeder Punkt am Boden auf mindestens zwei Bildern sichtbar ist, was für dieStereoskopie, also die Bestimmung des Höhenprofils, erforderlich ist. Um die Überdeckung wirklich zu garantieren und Fehler in der Flugzeugnavigation und der Auslösepräzision der Kameras zu kompensieren, wird tatsächlich mit 60 % oder mehr Überdeckung geflogen. Dadurch ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass einige Punkte in drei Bildern sichtbar sind, was bei der Ausrichtung der Bilder für Photogrammetrie und bei der Blocktriangulation die mathematische Stabilität und damit die Genauigkeit erhöht. Seit einigen Jahren kommen auch digitale Großformatkameras und Mittelformatkameras zum Einsatz. Hiermit werden Bodenauflösungen bis zu 5 cm pro Pixel erreicht. Bei Einsatz von Hubschraubern werden, dank langsamerem und niedrigerem Flug, mit Mittelformatkameras auch höhere Bodenauflösungen bis 1 cm möglich, allerdings werden dann die Bildstreifen sehr schmal und das Befliegen größerer Gebiete auf diese Art nicht mehr wirtschaftlich. Solch hohe Auflösungen werden daher nur sehr lokal isoliert geflogen, zum Beispiel entlang einer Straße oder einer Hochspannungsleitung. Je hügeliger das Gelände ist, desto höher muss außerdem geflogen werden, nicht nur, um nicht unterhalb der erlaubten Mindestflughöhe fliegen zu müssen, sondern auch weil die tatsächlich fotografierte Linienbreite bei ansteigendem Gelände abnimmt, dadurch der Linienabstand abnimmt und die benötigte Zahl der Linien erhöht wird.

Quelltext: www.wikipedia.org