Luftbildfotografie

Begriff und Bedeutung

Luftbildfotografie, auch Luftfotografie genannt, ist ein fotografisches Genre, bei dem Gebiete aus der Vogelperspektive aus Luftfahrzeugen aufgenommen werden. Die damit beschäftigte Branche heißt Luftbildwesen. Die Ergebnisse heißen Luftbilder oder Luftaufnahmen; ihre spezielle Auswertung in der Geodäsie, also der Vermessung der Erde, wird als Luftbildmessung oder Aerophotogrammetrie bezeichnet.

Luftbilder sind wichtig, weil sie große Gebiete dokumentieren und für Vermessung, Kartografie, Planung, Forschung, Aufklärung und visuelle Dokumentation genutzt werden können. Verwandte Bereiche sind Orbitalfotografie, Satelliten- und Drohnenaufnahmen sowie Astrofotografie. Historisch wurden Ballons, Drachen, Zeppeline, Raketen und sogar Brieftauben als Träger verwendet, bis sich die besser steuerbaren Flugzeuge durchsetzten.

Geschichte und Entwicklung

1855 ließ sich der französische Fotograf Nadar die Aufnahme aus einem Fesselballon patentieren. 1858 gelang ihm eine erste Aufnahme: Eine am Boden vorbereitete Kollodium-Nassplatte wurde im Ballon belichtet und anschließend sofort entwickelt. Das Verfahren war wenig praktisch. Einen bedeutenden Fortschritt brachten die Trockenplatten der 1870er Jahre, die auf Vorrat vorbereitet werden konnten, empfindlicher waren und nicht unmittelbar entwickelt werden mussten.

Ab 1884 unternahmen Mitglieder des 1881 gegründeten Deutschen Vereins zur Förderung der Luftschiffahrt wissenschaftliche Ballonfahrten. Überliefert sind unter anderem Hugo vom Hagens Luftbilder von Berlin aus dem Jahr 1886. Eduard Spelterini fertigte spätestens ab 1895, besonders bis zum Ersten Weltkrieg, Luftaufnahmen mit Lumiere-Glasplatten an. Bis 1909 gab es im Deutschen Kaiserreich 39 Ballonfahrtvereine. 1909 wurden bei der Internationalen Luftschiffahrt-Ausstellung in Frankfurt am Main Luftbilder und Flugzeuge einem großen Publikum gezeigt.

Im Ersten Weltkrieg setzten sich Flugzeuge gegenüber Ballonen und Zeppelinen als wichtigstes Aufklärungsmittel durch. 1915 konstruierte Oskar Messter eine Reihenbildkamera. Durch das Zusammenfügen ihrer Bilder konnten Bildpläne hergestellt werden. Damit gewann die Luftbildfotografie neben Wissenschaft und Kartografie auch militärische Bedeutung.

Nach dem Ersten Weltkrieg entstanden zivile Luftbildfirmen. 1919 richtete die Berliner Deutsche Luft-Reederei eine Luftbildabteilung ein, aus der später die Hansa Luftbild hervorging. Weitere Unternehmen entstanden unter anderem in Berlin, Breslau und Dessau. In der Schweiz wurde Walter Mittelholzer mit Luftbildern und Bildbänden bekannt. Das nationalsozialistische Regime zentralisierte den deutschen kommerziellen Luftbildsektor: Zum 1. Januar 1934 gingen drei deutsche Firmen in der Hansa Luftbild auf. Die kartografische Nutzung blieb besonders wichtig. Für die Topografische Karte des Deutschen Reiches im Maßstab 1:25000 entstanden zwischen 1928 und 1944 zahlreiche Kartenblätter; bis 1939 waren jedoch nur rund 600 Blätter fertiggestellt, obwohl über 130.000 Karten hätten aktualisiert werden müssen. Die Abrams P-1 Explorer war 1937 das erste Flugzeug, das speziell für Luftbildfotografie vorgesehen war.

Nach 1945 wurden wirtschaftliche und wissenschaftliche Anwendungen ausgeweitet und neue Auswertemethoden entwickelt. In der Schweiz flogen in den 1970er-Jahren zwei Bundesämter mit Vermessungsflugzeugen. Verwendet wurde ein Standard-Negativformat von 23 × 23 Zentimetern, zuvor auch ein quadratisches Format von 18 Zentimetern. Später kamen Satellitenbilder und Drohnenaufnahmen hinzu. Neben dem praktischen Nutzen gewann auch der ästhetische Wert an Bedeutung, etwa bei Georg Gerster und Yann Arthus-Bertrand sowie in der ZDF-Reihe Deutschland von oben.

Aufnahmewinkel und Bildtypen

Schrägbilder oder Geneigtaufnahmen entsprechen eher der gewohnten Sichtweise. Sie eignen sich deshalb für Publikationen und wegen ihrer großen Übersicht auch für die Fernerkundung. Aus mehreren Schrägaufnahmen können mithilfe der Photogrammetrie, also der Vermessung anhand von Bildern, dreidimensionale Ansichten entstehen, beispielsweise für Stadtpläne, Geländemodelle oder Computerspiele.

Die Bildtypen werden nach der Neigung der Kameraachse gegenüber dem Lot unterschieden:

• Bei 5 bis 15° spricht man von einer Steilaufnahme.
• Bei 15 bis 60° handelt es sich um ein Schrägbild.
• Von mehr als 60° bis 90° spricht man von einem Flachbild; dieses zeigt meist auch den Horizont.

Senkrechtbilder werden von Flugzeugen oder Satelliten aufgenommen und georeferenziert, also mit einer eindeutigen räumlichen Lage versehen. Sie dienen vor allem der Kartografie. Im Idealfall handelt es sich um Nadiraufnahmen, bei denen das Licht lotrecht in die Kamera fällt. Praktisch bleibt meist eine Abweichung von etwa 1 bis 4°. Für Stereoskopie und quantitative Auswertungen wie Höheneinmessung und Kartierung werden heute ausschließlich Senkrechtaufnahmen verwendet.

Befliegung, Auswertung und Technik

Ein Bildflug wird nach dem Zweck der späteren Auswertung in Flugstrecke und Flughöhe genau geplant. Einzelaufnahmen können bestimmte Objekte zeigen; zur systematischen Erfassung größerer Gebiete werden meist parallele Bildstreifen geflogen. Die Aufnahmen überdecken sich dabei gewöhnlich zu 30 bis 70 Prozent.

Die Bilder können analog oder digital aufgenommen werden. Die Auswertung erfolgt als Einzelbildauswertung, als Stereophotogrammetrie oder digital mit geeigneter Software. Analoge Bilder müssen dafür zunächst gescannt werden. Für die Nutzung in einem Geoinformationssystem werden sie entzerrt, entweder durch Einzelbildentzerrung oder durch die Erstellung eines Orthofotos aus zwei Bildern mit unterschiedlichen Blickwinkeln.

Luftbilder erreichen je nach Flughöhe eine Auflösung von bis zu 3 cm pro Bildpixel. Flugzeuge können meist unter der Wolkendecke und bei geeignetem Wetter eingesetzt werden; dadurch entstehen häufig wolkenfreie Aufnahmen. Satelliten liefern dagegen regelmäßig Bilder derselben Region und machen langfristige Landschaftsveränderungen sichtbar. Die kontinuierliche Beobachtung der Vegetation kann beispielsweise zur frühen Abschätzung von Ernteerträgen dienen. Chemischer Infrarotfilm mit starken Rotfiltern kann leichten Dunst und Nebel besser durchdringen.

Für die Kartografie werden traditionell Messbildkameras mit Filmformaten bis zu 23 × 23 cm verwendet, die in Flugzeugen mit Bodenluke senkrecht nach unten eingebaut sind. Benachbarte Fluglinien müssen sich an den Kanten überschneiden. Aufeinanderfolgende Bilder sollen mindestens 50 Prozent Überdeckung haben; tatsächlich werden zur Sicherheit 60 Prozent oder mehr angestrebt. So ist jeder Bodenpunkt auf mindestens zwei Bildern sichtbar, was die Stereoskopie und die Bestimmung von Höhenprofilen ermöglicht. Zusätzliche Überdeckung verbessert außerdem die Genauigkeit der Photogrammetrie und der Blocktriangulation.

Seit etwa 2000 werden zunehmend digitale Groß- und Mittelformatkameras eingesetzt. Sie erreichen Bodenauflösungen von 5 cm pro Pixel und weniger. Bei Hubschraubern sind wegen des langsameren und niedrigeren Fluges bis zu 1 cm möglich, allerdings nur über schmalen Bildstreifen und deshalb meist bei örtlich begrenzten Aufgaben. Neben normalen Kameras kommen Wärmebild-, Infrarot-, Multispektral- und 360-Grad-Kameras sowie Laserscanner zum Einsatz. Halterungen, sogenannte Mounts, stabilisieren die Kameras in drei Achsen und dämpfen Schwingungen.

Einsatzgebiete, unbemannte Systeme und Recht

Zu den wichtigen Einsatzgebieten gehören Photogrammetrie, Vermessung, Geografie, Geologie und Kartografie. Weitere Anwendungen sind militärische Aufklärung und Spionage, die Lokalisierung von Blindgängern mithilfe von Kriegsluftbildern und Aeromagnetik, Ansichtskarten, Publikationen, Werbung, Fernsehsendungen und Dokumentationen. Luftbilder werden außerdem für Stadtplanung, Landschaftsgestaltung, Bauplanung, industrielle Inspektion, Arten- und Pflanzenschutz sowie Luftbildarchäologie, insbesondere mit Infrarotfotografie, verwendet. Zwischen etwa 1960 und 1985 wurden sie auch häufig an Haus- und Firmeneigentümer verkauft.

Unbemannte Luftfahrzeuge werden ebenfalls für Luftaufnahmen eingesetzt. Alfred Maul konstruierte ab 1900 in Dresden eine Rakete mit eingebauter Kamera. Die Kamera wurde durch einen Zeitzünder ausgelöst; die Rakete kehrte an einem Fallschirm zur Erde zurück. Modellraketen wie Astrocam konnten einzelne, teils zufällige Aufnahmen machen; das Modell Oracle besitzt eine Digitalkamera für mehrere Bilder. Seit den 1930er Jahren werden ferngesteuerte Flugzeuge, sogenannte Drohnen, militärisch zur Aufklärung verwendet. Heute können auch Privatpersonen handliche Geräte erwerben.

Für die hobbymäßige Luftbildfotografie werden unter anderem Modellhubschrauber, Quadrocopter, Motorsegler und Motordrachen verwendet. Weitwinkelobjektive, kurze Belichtungszeiten und stabilisierte Kameraaufhängungen, sogenannte Gimbals, helfen gegen Verwacklungen. Bei Kite Aerial Photography (KAP) trägt die Zugkraft eines Drachens eine vom Boden aus ausgelöste Kamera. Auch ferngelenkte Luftschiffe und unbemannte Fesselballone werden eingesetzt; sie sind windunabhängig und können eine hohe Nutzlast tragen. Als Füllung wird vorwiegend Helium verwendet.

In Deutschland bestand bis 1990 eine Genehmigungspflicht für Luftbildaufnahmen. Sie entfiel nach Artikel 37 des 3. Rechtsbereinigungsgesetzes. Nach § 109g Abs. 2 des Strafgesetzbuches dürfen Wehrmittel sowie militärische Vorgänge, Einrichtungen und Anlagen nicht fotografiert werden, wenn dadurch die Sicherheit der Bundesrepublik Deutschland oder die Schlagkraft der Truppe gefährdet wird. Außerdem darf die geschützte Privatsphäre einer Person nicht durch Aufnahmen aus Flugzeugen oder Helikoptern verletzt werden; eine Veröffentlichung ohne Genehmigung der Betroffenen ist ebenfalls unzulässig. Dazu wird das BGH-Urteil vom 9. Dezember 2003, AZ: VI ZR 373/02, zu Luftbildaufnahmen eines Ferienhauses genannt. Im Mai 2020 veröffentlichte das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung einen Aktionsplan zur Nutzung unbemannter Luftfahrzeuge.