Sideimaging Daten fürs Mapping?

[Schakka]

Hallo,

bei einem "normalen" Echolot visualisiert mir das Echolot ein Signal über der Laufzeit (Wassertiefe) und der eingehenden Signalstärke. Wenn ich mir jetzt die Daten von der SD- Karte für das erstellen von Karten nutzen möchte kann somit das erste eingehende Echo als Gewässertiefe genutzt werden. Das ist jetzt etwas vereinfacht aber so ungefähr wirds wohl gehen.

So jetzt die Frage: Was sehe ich den eigentlich bei einer Sideimaging Darstellung? Die Signallauflänge über den jeweiligen Empfangswinkel? Und wieso nutzt eine Mapping Software diese Daten nicht?

Die Herren Luke,Matt, Hubert, Paulchen, Fjordfischer und Wolfgang haben sich wohl mit dem Thema bereits beschäftigt und jetzt hoffe ich das Ihr mich nicht dumm sterben lasst  .

Gruß Schakka

[fjordfischer]

Ja klar, und am Besten hat es Wolfgang formuliert, den ich hier zitieren möchte:

"Die grundsätzliche Funktionsweise aller Sonar-Systeme ist immer gleich: Es wird eine Schallwelle erzeugt, deren Echo registriert und aus der gemessenen Laufzeit der Welle die Entfernung zum reflektierenden Objekt errechnet.
Bei herkömmlichen Sonar-Systemen wird der Schall gebündelt und in eine genau definierte Richtung emittiert; aus der Laufzeit des Echos kann daher die Lage des reflektierenden Objektes im dreidimensionalen Raum errechnet werden.
Anders verhält es sich beim Sidescan-Sonar: Hier werden gleichzeitig zwei fächerförmige Impulse ("pings") quer zur Fahrtrichtung des Schiffes ausgesendet, jeweils einer nach links und einer nach rechts. Dieses zwei pings erzeugen durch ihre breite Fächerform eine große Anzahl an Echos, ohne dass jedoch die Richtung, aus der diese Echos kommen, bekannt wäre; die einzigen bekannten Parameter sind die Dauer ihrer Laufzeit und ihre Intensität. Es ist daher nicht möglich, mit herkömmlichen Methoden aus diesen Daten dreidimensionale Geländemodelle zu erstellen, vielmehr ähneln die Ergebnisse Luftbildern: Auch in diesen sind keine dreidimensionalen Daten enthalten, sie stellen lediglich die Projektion einer Szene auf eine Ebene dar."

[Paulchen]

HI

kuck mal da

http://www.fishpower.de/lowrance-structure-scan-modul-lss-1-erfahrungsbericht-bilder/

Peter

[Schakka]

Danke Fjordfischer und Wolfgang für die Erklärung. 
Ich war seither sicher das SE wertet das Echo Winkelabhängige aus. Jetzt wird mir auch so einige Klar was ich mir seither auf meinen Echo an merkwürdigen Effekten hatte die ich mir nicht erklären konnte. Bei mir am Fuss haben wir eine Badenwannenstruktur mit Steilen Ufern die Teilweise stark unterhöhlt sind. In diesen Bereichen hatte ich zum teil so meine Probleme das zu interpretieren was da zu sehen ist. Jetzt wird mir klar das es hier Bereiche gibt (z.B. überhängendes Ufer und Gewässergrund) die gleiche Lauflängen haben aber nicht den gleichen Winkel. Das macht das Bild dann "verwaschen" und auf den ersten Blick unplausibel.
DANKE, da habe ich wieder mal was dazugelernt 

[Luke]

Hallo,

bei einem "normalen" Echolot visualisiert mir das Echolot ein Signal über der Laufzeit (Wassertiefe) und der eingehenden Signalstärke. Wenn ich mir jetzt die Daten von der SD- Karte für das erstellen von Karten nutzen möchte kann somit das erste eingehende Echo als Gewässertiefe genutzt werden. Das ist jetzt etwas vereinfacht aber so ungefähr wirds wohl gehen.

So jetzt die Frage: Was sehe ich den eigentlich bei einer Sideimaging Darstellung? Die Signallauflänge über den jeweiligen Empfangswinkel? Und wieso nutzt eine Mapping Software diese Daten nicht?

Die Herren Luke,Matt, Hubert, Paulchen, Fjordfischer und Wolfgang haben sich wohl mit dem Thema bereits beschäftigt und jetzt hoffe ich das Ihr mich nicht dumm sterben lasst  .

Gruß Schakka

Nein, lassen wir dich nicht,
fjordfischer hat ja schon mit dem Zitat von Wolfgang geantwortet.

Ich war zuerst auch deiner Meinung,
da müsste es doch eine Möglichkeit geben.

Deine und meine Überlegung war wohl ungefähr die gleiche,
habe da auch extra etwas dazu skizziert.



Aber mit allen Überlegungen hin und her blieb am Ende fast nur das über was zitiert wurde.

Da die HDS Geräte keine Fächer Echolote sind,
es somit nur das eine globale Signal je Seite gibt,
fehlen eben die konkreten Informationen,
wie den von dir angesprochenen Winkel, denn es gibt nur den einen.
Und nicht mehrere von mehreren Strahlen die aus gehen würden.

Und insofern gibt es tatsächlich nur einen Fächer (mit einem Winkel) der so wie das rosa unterlegte Feld berechenbar ist.
Es müsste aber viele solcher Flächen geben um mehrere Punkte am Grund berechnen zu können.
Die zurück kommenden Echos selbst reichen leider nicht als Strahl/Dreieck Schenkel, mit dem man dann rechnen könnte,
denn sie haben keine Winkelangabe.


Daher kann man anscheinend nur versuchen die Tiefe aus dem bekommenen Bild heraus zu rechnen und heraus zu analysieren.
So ähnlich machen das vermutlich einige Viewer näherungsweise.
Aber das ist für eine Karte wohl zu ungenau.

[Schakka]

Ich brauche auch immer eine Zeichnung zum Denken darum habe ich mal eine Skizze gemacht und angehängt.

Zur Erklärung das Dreieck in der Mitte ist das Boot, oberhalb sind die stilisierten Echos. Dargestellt sind zwei Überlegungen:

1. Fall rechts auf der Skizze: Das Boot fährt in der Mitte eines halbrunden Kanals. Da die Wände überall gleich weit entfernt sind bekommen wir genau ein einziges Echo zurück.
2. Fall links auf der Skizze: Wir haben ein unterspültes Ufer und wir bekommen gleichzeitig ein Echo vom Gewässergrund und der Uferkante. Da der Winkel nicht erfasst wir überlagern sich ab diesem Punkt die Echos vom Grund und der Uferkante -> Die Darstellung verschwimmt.

Im beigefügten SI Bild hängt ein Ast von oben ins Wasser. Es ist aber aus den oben beschriebenen Gründen nicht zu erkennen.

[Luke]

Nach meinem Verständnis wird ein Ping ausgestrahlt, aber es kommen immer viele Echos zurück.
Also auch beim halbrunden Kanal vermute ich werden mehrere Echos zurück kommen.

Aber ich bin mir da mit der echten physikalischen Ausprägung der verwendeten Technik nicht sicher !
Beim ersten, hypothetischen Fall vermutlich alle mit gleicher Intensität aber mehrfach,
das Echo wird ja in unterschiedliche Richtungen abgelenkt, damit erreichen die Randwellen den Empfänger später als das erste Echo direkt aus der Mitte, oder ?

Beim zweiten Fall oder auch generell müsste man wissen wie genau die Software das Bild erzeugt.

Ein im Wasser hängender Ast, der in den Sendebereich hinein ragt müsste am Gewässergund/Ufer einen Schatten werfen.
Es müsste also schwarze Bereiche/Schatten geben.

Bist du sicher das er in den Bereich ragt ?
Je nachdem wie weit das Ufer weg ist, wie tief der Geber im Wasser sitzt,
kann es sein das er vielleicht generell nicht erreicht wird (nicht im erfassten Bereich liegt) ?

Kennt sich da keiner besser aus ? 

[Wolfgang]

Ich brauche auch immer eine Zeichnung zum Denken darum habe ich mal eine Skizze gemacht und angehängt.

Zur Erklärung das Dreieck in der Mitte ist das Boot, oberhalb sind die stilisierten Echos. Dargestellt sind zwei Überlegungen:

1. Fall rechts auf der Skizze: Das Boot fährt in der Mitte eines halbrunden Kanals. Da die Wände überall gleich weit entfernt sind bekommen wir genau ein einziges Echo zurück.
2. Fall links auf der Skizze: Wir haben ein unterspültes Ufer und wir bekommen gleichzeitig ein Echo vom Gewässergrund und der Uferkante. Da der Winkel nicht erfasst wir überlagern sich ab diesem Punkt die Echos vom Grund und der Uferkante -> Die Darstellung verschwimmt.

Im beigefügten SI Bild hängt ein Ast von oben ins Wasser. Es ist aber aus den oben beschriebenen Gründen nicht zu erkennen.

Schönes schlechtes Beispiel. Das Echo wird wie ein Lichtstrahl reflektiert. Einfallswinkel <-> Ausfallwinkel. Wenn der Fall Eintritt das du mit einem Schwinger in der Achse einer "Pipeline" fährst wird das Echolot gar keine Daten auswerten weil die Schallwellen sich gegenseitig auslöschen und das Echolot die Messung verwirft.

Die Tiefe wird nicht wie mit einem Ball gemessen der vor eine Wand geworfen wird damit man aus der Zeit vom Abwurf bis zum Zeitpunkt des "Einschlags auf dem Nasenbein" die Entfernung berechnen kann. Vielmehr wird ein grob gerichteter "Ping" in Richtung des Boden gesendet.  Der Boden reflektiert ein Signal das geht zur Wasseroberfläche und wird dort wieder reflektiert ---- das geht ein paar mal. Bei jeder Refklektion wird das Bodensignal schwächer. Mit Hilfe dieser sich wiederholenden Bodenechos das im Echolot registriert wird kann die Software im  Echolot die Tiefe sehr gut erkennen bzw. ausfiltern. Das Bodenecho bleibt in der Regel das stärkste Signal.

Für einen Scanner kannst du einen Stein ins Wasser fallen lassen. Es Kommen ganz viele Reflektionen die auf die Empfangsfläche einprasseln die dieser zu einem Bild zusammenbaut.

Am besten kann man das mit einem Regenschirm vergleichen. Wenn man darunter steht kann man hören wo die Regentropfen auftreffen. Ein Scanner kann jetzt nicht erkennen wie weit der einzelne Tropfen gefallen ist (Tiefe) sondern er hört nur die Lautstärke. Aus der Lautstärke wird ein Kontrastwert ermittelt. Aus der Laufzeit wird bestimmt ob weiter oder näher. Aus diesen Zutaten "Auftreffpunkt", "Laufzeit" und "Kontrast" wird das Scannerbild erstellt.

Damit zum Ast an der Wasseroberfläche, das ist ein Echo der Wasseroberfläche. Der Ast hat ein stärkeres Echo wie die Wasseroberfläche. Die Wasseroberfläche wird dadurch erkannt das deren Echo zur Halbzeit der Bodenecho reflektionen  eintrifft.

... ich hoffe ich habe das Prinzip vereinfacht genug erklärt.

[Luke]

Ach herrje, das hatte ich mir im Prinzip einfacher vorgestellt.

Danke für die Erläuterung 

[Schakka]

Hallo Wolfgang,
bei der Reflexion des Schalls stimme ich dir zu aber beim Thema auslöschen hast du glaube ich einen Denkfehler. Wie du richtig beschrieben hast erzeugt der Schwinger einen Ping. Im Fall vom SI mit 800kHz und so ca. 2 Mikrosekunden. wenn das Signal reflektiert wird kann es zwar lokal zu Hebungen und Auslöschungen kommen aber nur im Bereich wo sich die Signale überlagern. Um den von dir beschriebenen Effekt zu erzeugen müsste der Geber kontinuierlich weitersenden und der Abstand exakt einer vielfachen einer halben Wellenlänge entsprechen. Beides ist in der Realität nicht gegeben.
Auch das auswerten der Mehrfachreflexion halte ich beim Sideimaging eher für unwahrscheinlich weit eben das von dir beschriebene Reflexionsgesetz auch für die Wasseroberfläche gilt. Da die Signale Seitlich abgestrahlt werden und somit auch von der Seite zurückkommen werden diese nicht wieder in die selbe Richtung abgelenkt sondern in die gegenüberliegende. Und von dort dann wieder zurück? Ich glaube nicht das es einen Algorithmus gibt der so was auswertet.
Fazit: Das Echolot wertet die Signalantwort nach Zeit (Abstand) und Stärke (Kontrast) aus. Bei gleicher Lauflänge ist es somit nicht möglich zu unterscheiden von wo das Signal kommt und somit auch nicht ob dein Objekt sich am Grund befindet oder von oben ins Wasser ragt.
Um es mit dem Regenschirm zu beschreiben: Du hast nur ein Ohr und die Bespannung des Regenschirms ist von diesem Ohr genau gleich weit weg, dann hast du keine Chance zu hören wo ein Tropfen hinfällt.
Gruß Schakka

[Luke]

Jungs, ich bin begeistert 
Nicht nur fachlich gefällt mir eure Diskussion sondern auch die plastischen Erläuterungen sind cool und funny zugleich

[Wolfgang]

Hallo Schakke,
Das mit den Schallwellen die sich auslöschen bezog sich auf die theoretische Fahrt durch den halbrunden Kanal. Die Reflektionen kannst du beim Fishfinder sehr gut sehen wenn du dir die Impulskurve des Empfängers ansiehst dort kann man sogar Grenzschichten im Wasser erkennen (Temperatur, Salzgehalt und auch von der Tiefe bestimmen). Bei proffesionellen Geräten kann man sich das ganze auch pseudo Farbbild darstellen lassen und dort sind die Reflektionsebenen sehr gut durch sich wiederholende Linien erkennbar.
Die prinzipelle Technik eines Sidescaners und eines Echolots ist nicht so weit auseinander die Technik ist heutzutage fast gleich -digitalisierung- .
Das mit dem Regenschirm sollte verdeutlichen das man erkennen kann das die Reflektion von "links" oder "rechts" kommt und damit die Darstellung steuern kann, nicht das ich daraus eine himmelsrichtung bestimmen kann das der das Signal zurück kommt. Ich weis nicht was in den Lowrance Schwinger verbaut ist. In den modernen Sidescanern sind mehrere Empfänger vorhanden.

Hallo Wolfgang,
bei der Reflexion des Schalls stimme ich dir zu aber beim Thema auslöschen hast du glaube ich einen Denkfehler. Wie du richtig beschrieben hast erzeugt der Schwinger einen Ping. Im Fall vom SI mit 800kHz und so ca. 2 Mikrosekunden. wenn das Signal reflektiert wird kann es zwar lokal zu Hebungen und Auslöschungen kommen aber nur im Bereich wo sich die Signale überlagern. Um den von dir beschriebenen Effekt zu erzeugen müsste der Geber kontinuierlich weitersenden und der Abstand exakt einer vielfachen einer halben Wellenlänge entsprechen. Beides ist in der Realität nicht gegeben.


Auch das auswerten der Mehrfachreflexion halte ich beim Sideimaging eher für unwahrscheinlich weit eben das von dir beschriebene Reflexionsgesetz auch für die Wasseroberfläche gilt. Da die Signale Seitlich abgestrahlt werden und somit auch von der Seite zurückkommen werden diese nicht wieder in die selbe Richtung abgelenkt sondern in die gegenüberliegende. Und von dort dann wieder zurück? Ich glaube nicht das es einen Algorithmus gibt der so was auswertet.
Fazit: Das Echolot wertet die Signalantwort nach Zeit (Abstand) und Stärke (Kontrast) aus. Bei gleicher Lauflänge ist es somit nicht möglich zu unterscheiden von wo das Signal kommt und somit auch nicht ob dein Objekt sich am Grund befindet oder von oben ins Wasser ragt.
Um es mit dem Regenschirm zu beschreiben: Du hast nur ein Ohr und die Bespannung des Regenschirms ist von diesem Ohr genau gleich weit weg, dann hast du keine Chance zu hören wo ein Tropfen hinfällt.
Gruß Schakka