Kann ein LiDAR Scan eine schützenswerte Oberfläche zerstören?

Im Alltag der Scan- und Messtechnik begegnet man auch der Frage, ob eine Oberfläche durch die Abtastung mit einem LiDAR-Scan beschädigt werden kann. Im Rahmen von Scan-Aufträgen im Denkmalschutz ist das Team von Scanner2GO der speziellen Frage begegnet, ob ein Fresko, Secco oder eine andere schützenswerte Oberflächen in z.B. Kirchen, Pyramiden oder auf Felsen von einem Scan beeinflusst werden kann?

Dass die Antwort auf diese Frage keine einfache ist, erkennt man u.a. daran, dass man kaum Aussagen und wenig ernst zu nehmende Meinungen dazu im Netzt findet. Und diese enden eigentlich damit, dass die Scanner Laserklasse 1 sind, aber man auf „Nummer sicher" gehen sollte. 

Im Folgenden sollen einige Gegebenheiten besprochen werden, wie LiDAR-Scans auf Oberflächen "wirken". und Euch ein Work-Flow an die Hand gegeben werden, wie man eine Oberfläche mit Hilfe eines Histogramms und eines Scans (One Shot) „untersuchen“ kann, bevor man diese großflächig abscannt und es am Ende doch bereut.

Die Strahlung

"Light Detection and Ranging" bedeutet auf Deutsch Lichterkennung und Reichweitenmessung. Für das Beispiel wurde der LiDAR-Scanner BLK360 verwand. Vor Gebrauch und bevor ein Scan gestartet wird, sollte das Gerät auf Beschädigungen hin untersucht werden. Ist dieser einwandfrei und wird im Weiteren laut Herstellerangaben betrieben, trifft die Strahlung mit 830nm und weniger als 2nW auf die Oberfläche auf. Die Wellenlänge liegt im Infrarot Bereich, was einer "weichen" Strahlung gleichkommt und demnach keine Chemischen Prozesse in Gang setzen kann, im Gegensatz zu Ultravioletter Strahlung. Ebenfalls liegt die Puls-Leistung weit unter den Schwellgrenzen, um Ablation an Oberflächen hervorzurufen. 

Hält man sich die Strahlungsdaten eines Sonnentages vor Augen ist der mögliche Energieeintrag in eine Oberfläche durch den BLK360 verschwindend gering. Oder anders gesagt, für alle Scanner auf unserer Website geltend: übersteht euer Scan-Objekt einen sonnigen Tag Ende Juli, dann übersteht es auch unbeschadet einen Laserscan.

Die Oberfläche

In unserem Beispiel sind auf der Oberfläche Reste eines Musters aus verblasster blauer und weißer Farbe zu sehen. Es ist anzunehmen, dass die Malerei ursprünglich nicht mit Hilfe von Karbonatisierung aufgebracht wurde, sondern durch eine weniger haltbare Technik. Da die Wandmalerei nicht in hohem Maße mit dem Untergrund verbunden scheint. Dass sie zusätzlich durch unbekannte mechanische Einflüsse vorab abgetragen wurde, kann nicht ausgeschlossen werden. 

Bild 1: Wand mit Resten einer Wandmalerei

1Shot

Ein einfacher Ansatz, um eine schädliche Einwirkung auf eine Oberfläche zu überprüfen, ist die Verwendung eines Histogramms als Indikator für mögliche Änderungen. 

Die Anwendung: Decken Sie den Scan ab, bis auf einen geeigneten Bereich auf der Oberfläche. Diesen Fotografieren sie, vor und nach dem Scan. Oder lassen eine Videoaufnahme laufen, bei welcher Sie das Histogramm abspeichern können. Lassen sie nach dem Start und während des gesamten Vorganges alle Einstellung und die Position der Kamera unverändert. Ebenfalls muss die Lichtquelle über den Zeitraum des Testscans und der Aufnahmen stabil und so gleichförmig wie möglich sein.

Im besten Fall nehmen Sie Foto- und Videodaten auf, um Vergleichsdaten zu erzeugen. Sollten sie bei einer künstlichen Lichtquelle arbeiten, werden Sie die Netzfrequenz der Stromquelle auf dem Lichtsignal im Histogramm als Offsetschwankung feststellen. Diese sind bei einer Videoaufnahme weniger leicht zu missinterpretieren als in einer Momentaufnahme. 

Die Histogramm-Daten müssen oftmals mit Hilfe einer separaten Bildbearbeitungsapp erzeugt werden, wenn Ihre Kamera diese Funktion nicht vorsieht. 

mögliche Wechselwirkung und das Histogramm

Würde durch den Scan eine farbabtragende Ablation stattfinden, würden Partikel entfernt werden, welche die Farb- und Reflektionseigenschaften der Oberfläche mit repräsentieren. Das heißt das Reflektionsvermögen und somit das Summensignal im Histogramm wäre verändert auf dem Vorher und Nachher-Bild verschieden. Es wäre verschoben oder ein Farb-Piek wäre größer oder kleiner. Dies ist in unserem Beispiel nicht der Fall gewesen siehe Bild 2 - 5.

Bild 2: Luminanz-Histogramm vor der Scanaufnahme

Bild 3: Luminanz-Histogramm nach der Scanaufnahme

Bild 4: Farb-Histogramm vor der Scanaufnahme

Bild 5: Farb-Histogramm nach der Scanaufnahme

Jetzt könnte man einwenden, dass die Auflösung der Kamera nicht ausreichend war. Oder das Offset nicht gut genug unterdrückt, um den Einfluss zu registrieren. Wenn die Scan-Strahlung schädlich für die Oberfläche wäre, schädlicher als das Umgebungslicht, müsste im Histogramm eine gravierende Veränderung auftreten. Eine starke Änderung, welche den Abtrag von Partikeln nachweist. 

Minimale Abweichungen der Werte können zum Beispiel auf Intensitätsschwankungen der Lichtquelle oder auch kurzzeitige Erwärmung zurückgeführt werden. Abschließend sei gesagt, um Abbilder für die Nachwelt erhalten zu können darf man nicht vergessen, dass jeden Tag die Sonne aufgeht und diese härtere Strahlung in höheren Intensitäten mit sich bringt als LiDAR-Scanner.

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