Luftbildfotografie

Gescanntes Analog-Senkrechtbild vom Ground Zero. Zu erkennen sind am Rand die eingeblendeten Rahmenmarken und Zusatzinformationen sowie eine starke radiale Verzerrung von der Bildmitte nach außen

Bohrinsel Mittelplate in der Nordsee, Schrägaufnahme aus 500 m Höhe

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 als Luftbildwesen 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 die Astrofotografie.

Aufnahmewinkel

Schrägbilder

Schrägbilder oder Geneigtaufnahmen dienen als künstlerische fotografische Ansicht für Architektur- und Landschaftsaufnahmen zur Fernerkundung. Daraus können mittels Photogrammetrie 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

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. Zur Stereoskopie 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 Orthofotos aus 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 Umlaufbahn folgt.

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 erst eine gewisse Zeit nach der Landung verfügbar, wobei analoge Fotofilme erst noch entwickelt werden müssen.

Einsatzgebiete

Zugspitze schräg von oben

Wichtige Einsatzgebiete der Luftbildfotografie sind z. B.:

• Photogrammetrie
• Geographie, Geologie und Kartografie
• Spionage und militärische (Luft- und Gelände-) Aufklärung
• Lokalisierung von Bombenblindgängern durch Auswertung von Kriegsluftbildern und Aeromagnetik
• Ansichtskarten, Prospekte
• Verkauf von Luftbildern (unbestellt von Helikoptern aus) von Häusern an deren Eigentümer, darunter auch Betriebsgelände, Gastronomie (um 1960–1985)
• Stadtplanung und Landschaftsgestaltung
• Bauplanung
• Industrielle Inspektion
• Artenschutz und Pflanzenschutz
• Vermessung
• Werbung und Image-Broschüren, TV-Berichterstattung
• Luftbildarchäologie insbesondere unter Verwendung der Infrarotfotografie

Entwicklung und Geschichte

Luftbild Berlins mit der westlichen Invalidenstraße und dem Lehrter Bahnhof, Juli 1886 (H. v. Hagen)

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 wurden 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.

In Deutschland entstanden die ersten zivilen Organisationen und Gesellschaften ab 1919. In diesem Jahr etablierte auch die erste deutsche Luftverkehrsgesellschaft, die Deutsche Luft-Reederei, eine Luftbildabteilung. Aus dieser Abteilung entwickelte sich die Hansa Luftbild. Diese übernahm 1934 die wesentlichen Luftbildunternehmen was faktisch zu einer Zentralisierung des zivilen Luftbildwesens führte.

Als einer der Pioniere der Luftbildfotografie und Photogrammetrie gilt der US-Amerikaner Talbert Abrams. Er fertigte nicht nur Luftbilder für kommerzielle Zwecke an, etwa für den Straßenbau, sondern entwickelte auch eigene Kameras sowie das erste speziell für die Luftbildfotografie gebaute Flugzeug, die Abrams P-1 Explorer, die 1937 ihren Erstflug hatte.

Die Luftbildfotografie ist heute eine wesentliche Grundlage zur Erstellung von Karten. Hierzu werden Aufnahmen in Lotrichtung verwendet.

Ein weiterer 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 Rakete

Deutsche „Maschinengewehrkamera“ des Ersten Weltkriegs

Historische Luftbildkamera K-38 (61 cm Brennweite) in einer Lockheed RF-80A der 15th Tactical Reconnaissance Squadron in Taegu Air Base, 1950

Luftaufnahmen 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 einem Fallschirm 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

Neben dem Dunst beeinträchtigen in Passagiermaschinen Spiegelungen und Verzerrung im Fensterglas die Bildqualität

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 6x6 oder 6x7 cm bis hin zum Filmformat 10x12 cm (~4x5 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 abbildungsfehlerfreien Kameraobjektiv 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.

Bildstreifen für den Bildflug

Wild Autograph A8, ein mechanisch-optisches Gerät zur Auswertung von Stereoluftbilderpaaren

Für die Kartografie kommen ausschließlich Messbildkameras mit Filmformaten bis zu 23x23 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 die Stereoskopie, 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.

Beispiele

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  Luftbild von Hamburg

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  Luftbild der Sahara

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  Luftbild des Kurfürstlichen Schlosses in Koblenz während der Bundesgartenschau 2011

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  Luftbild der Schneekoppe im tschechischen Riesengebirge

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  Aufnahme von Wollin, Mai 1937

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  Die großflächig zerstörte Innenstadt von Braunschweig (Luftaufnahme der USAAF vom 12. Mai 1945).

Bekannte Luftbildfotografen

• Talbert Abrams (1895–1990)
• Ladislaus Almásy (1895–1951)
• Yann Arthus-Bertrand (* 1946)
• Otto Braasch (* 1936)
• Hans Blossey (* 1952)
• Boris Carmi (1914–2002)
• O. G. S. Crawford (1886–1957)
• Hajo Dietz (* 1958)
• Bernhard Edmaier (* 1957)
• Georg Gerster (1928–2019)
• Robert Grahn (* 1964)
• Gerhard Launer (* 1949)
• Klaus Leidorf (* 1956)
• Walter Mittelholzer (1894–1937)
• Nadar (1820–1910)
• Antoine de Saint-Exupéry (1900–1944)
• Eduard Spelterini (1852–1931)
• Paul Strähle (1893–1985)
• Fritz Tiedemann (1915–2001)
• Reimer Wulf (* 1943)

Siehe auch

• Orthofoto – entzerrte georeferenzierte Luftbilder
• Luftaufklärung
• Kite Aerial Photography
• Pole Aerial Photography

Literatur

Zur Technik der Luftbildfotografie

• Adolf Miethe: Bauingenieurwesen, Küstenbefeuerung, Luftbilderkundung. Westermann, Braunschweig 1920 (Die Technik im zwanzigsten Jahrhundert 5).
• Vorschrift D.(Luft) 1102. Anleitung für den Unterricht im Luftbildlesen. 1943.
• Rudi Ogrissek (Hrsg.): Kartenkunde Brockhaus ABC. VEB F. A. Brockhaus, Leipzig 1983.
• Winfried Welzer: Luftbilder im Militärwesen. Militärverlag der DDR, Berlin 1985.
• Ernst A. Weber: Fotopraktikum. Birkhäuser, Basel 1997, ISBN 3-7643-5677-4.

Zur Geschichte und Überlieferung

• Jörg Albertz: Einführung in die Fernerkundung. Grundlagen der Interpretation von Luft- und Satellitenbildern, 5., aktualisierte Auflage, Darmstadt: WBG (Wissenschaftliche Buchgesellschaft), 2013, ISBN 978-3-534-25863-5 und ISBN 3-534-25863-0
• Bericht über die Förderung des Karten- und Luftbildwesens durch den Rheinischen Provinzialverband vom Landeshauptmann der Rheinprovinz (= Landesplanung der Rheinprovinz, Heft 3), mit dem Anhang Verzeichnis der Luftbildsammlung der Landesplanung der Rheinprovinz, Düsseldorf: Landeshaus, 1935
• Bildflüge in Nordrhein-Westfalen, hrsg. vom Landesvermessungsamt NW., [Bad Godesberg]: Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen, 1962 ff.
• Bildflüge in der Bundesrepublik Deutschland und in Berlin (West), hrsg. vom Institut für Angewandte Geodäsie, Frankfurt 1953 ff.
• Jürgen Dodt, Hans Walter Borries et al.: Die Verwendung von Karten und Luftbildern bei der Ermittlung von Altlasten. Ein Leitfaden für die praktische Arbeit (mehrteiliges Werk), Düsseldorf: Landesamt für Wasser und Abfall NRW, 1987
• Jürgen Dodt, Andreas Gilsbach, Heinz-Peter Gumpricht: Hinweise für die einzelfallbezogene Erfassung von Verdachtsflächen rüstungs- und kriegsbedingter Altlasten (= Materialien zur Ermittlung und Sanierung von Altlasten, Bd. 9), Hrsg.: Landesumweltamt NRW im Einvernehmen mit dem Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen, 1994
• Eberhard Fischer: Das Luftbildwesen (= Der Dienst in der Luftwaffe, Bd. 2), mehrteiliges Werk, z. T. bearb. von Felix v. Krempelhuber und Wilhelm Kaupert, Berlin: Bernard & Graefe, 1936 ff.
• Hugo Kasper, Stephan Prager: Die Technik des Luftbildwesen, sowie Das deutsche Luftbildwesen, in: Arbeitsgemeinschaft für Forschung des Landes NW, Heft 97, Köln - Opladen 1961, S. 53–88, 7–52
• Gottfried Konecny, Gerhard Lehmann: Photogrammetrie, 4., völlig neu bearb. Auflage, Berlin; New York: De Gruyter, 1984, ISBN 3-11-007358-7; Inhaltsverzeichnis
• Sigfrid Schneider: Luftbild und Luftbildinterpretation (= Lehrbuch der allgemeinen Geographie, Bd. 11), Berlin, New York: de Gruyter, 1974, ISBN 3-11-002123-4; Inhaltsverzeichnis

Weblinks

 Commons: Luftbildfotografie – Sammlung von Bildern

• Frank M. Bischoff (Verantw.): Luftbilder / Einführung in die Überlieferung auf der Seite des Landesarchivs Nordrhein-Westfalen Abteilung Rheinland
• History of Aerial Photography Professional Aerial Photographers Association (englisch)
• BGH, Urteil vom 9. Dezember 2003, AZ: VI ZR 373/02, - Luftbildaufnahmen vom Ferienhaus
• Exemplarisches Luftbild aus dem Jugoslawienkrieg, ca. 1996, aus der Sammlung des Militärhistorischen Museums der Bundeswehr via Museum-Digital.de

Einzelnachweise

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