Φωτογραμμετρία ΙΙ. Επανάληψη Ασκήσεων. Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Transcript

1 Φωτογραμμετρία ΙΙ Επανάληψη Ασκήσεων Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

2 Άδεια χρήσης Το παρόν υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons και δημιουργήθηκε στο πλαίσιο των Ανοιχτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων από την Μονάδα Υλοποίησης του ΕΜΠ. Για το υλικό που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Χαρτογράφηση περιοχής Αποτύπωση αντικειμένου με φωτογραμμετρικές διαδικασίες Άσκηση 1: Άσκηση 2: Προγραμματισμός Λήψεων Προσανατολισμοί Εικόνων Εσωτερικός Προσανατολισμός Σχετικός Προσανατολισμός Άσκηση 3: Άσκηση 4: Άσκηση 5: Αεροτριγωνισμός Στερεοσκοπική Απόδοση DTM- Ορθοφωτογραφία 3

4 Προγραμματισμός Λήψεων Λαμβάνονται υπόψη: 1. Σκοπός αεροφωτογράφισης 2. Ακρίβεια Κλίμακα προϊόντος 3. Αντικείμενο 4. Φιλμ Μηχανή λήψης -Πλατφόρμα λήψης 5. Καιρικές συνθήκες 6. Οικονομικότητα Καθορίζονται: K,c,H,B,p%,q%,B/H Υπόβαθρο: υπάρχων χάρτης μικρής κλίμακας 4

5 Προγραμματισμός Λήψεων -Υπολογισμοί k = C Φ k Σ Βάση: Β = b*k Κάλυψη Α/Φ: S = s*k Κλίμακα: 1/k = c/h Ύψος πτήσης H = c*k Υψόμετρο πτήσης Z o = H + Z Βάση λήψης: p B= S (1 ) 100 Απόσταση λωρίδων: q A= S (1 ) 100 B Επικάλυψη κατά μήκος: p% = (1 ) 100 S A Επικάλυψη κατά πλάτος: q% = (1 ) 100 S κλπ 5

6 Προγραμματισμός Λήψεων Εικόνα 1. Σχέδιο πτήσης της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου 6

7 Εσωτερικός Προσανατολισμός Βαθμονόμηση Αποκατάσταση Εσωτερικού Προσανατολισμού Βαθμονόμηση φωτογραφικών μηχανών: Ο προσδιορισμός των στοιχείων του εσωτερικού προσανατολισμού τους, δηλαδή της εσωτερικής γεωμετρίας τους Αποκατάσταση εσωτερικού προσανατολισμού μιας εικόνας: Οι αναλυτικές διαδικασίες που διασφαλίζουν την σωστή εφαρμογή της Κεντρικής Προβολής για μια εικόνα στους φωτογραμμετρικούς υπολογισμούς Άρα Με τη βαθμονόμηση της μηχανής υπολογίζονται οι παράμετροι του εσωτερικού προσανατολισμού. Η αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού μίας εικόνας γίνεται με τη χρήση αυτών των παραμέτρων. 7

8 Αποκατάσταση εσωτερικού προσανατολισμού σε ψηφιακό φωτογραμμετρικόσταθμό Α. Ψηφιακές Εικόνες- ψηφιακής μηχανής ΜΟΝΟ εισαγωγή των παραμέτρων του εσωτερικού προσανατολισμού της μηχανής από το πιστοποιητικό βαθμονόμησης. c, x 0, y 0, dr Β. Ψηφιακές Εικόνες- Σαρωμένες εικόνες αναλογικής μηχανής ΕΠΙΠΛΕΟΝεισαγωγήτωνεικονοσυντεταγμένωντωνεικονοσημάτων(x i,y i ) Απαιτούνται ΕΠΙΠΛΕΟΝ μετρήσεις των εικονοσημάτων πάνω στις εικόνες για να υπολογιστούν οι παράμετροι του μετασχηματισμού(αφινικού) 8

9 Αποκατάσταση εσωτερικού προσανατολισμού σε ψηφιακό φωτογραμμετρικόσταθμό Απαιτούνται ΕΠΙΠΛΕΟΝ μετρήσεις των εικονοσημάτωνπάνω στις εικόνες για να υπολογιστούν οι παράμετροι του μετασχηματισμού (αφινικού) για την μετατροπή των μετρημένων εικονοσυντεταγμένων από το σύστημα της ψηφιακής εικόνας (i,j) στο σύστημα της αεροφωτογραφίας (x,y) Επομένως το λογισμικό έχει όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την πλήρη αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού κάθε φορά που γίνεται μέτρηση. c, x 0, y 0, dr, παράμετροι αφινικού 9

10 Αποκατάσταση εσωτερικού προσανατολισμού σε ψηφιακό φωτογραμμετρικόσταθμό Εικόνα 2. Εσωτερικός προγραμματισμός σε ψηφιακό φωτογραμμετρικό σταθμό 10

11 Πλήρης Αποκατάσταση Εσωτερικού Προσανατολισμού σε Ψηφιακό Φωτογραμμετρικό Σταθμό Σε κάθε μέτρηση σημείουi i,j i (σκόπευση σσ, στερεοαπόδοση, ) 0 i y A. j H(X 0, 0 y 0 ) x y 0 i Αφινικός Μετασχηματισμός Πρωτεύον Σημείοx 0,y 0 Ακτινική Διαστροφή dr 0 H(X 0, y 0 ) x Εξίσωση Συνεπιπεδότητας Εξίσωση Παράλλαξης Συνθήκη Συγγραμμικότητας c B. j Σύστημα Αεροφωτογραφίας Σύστημα Ψηφιακής Εικόνας (i i,j i ) (x i,y i ) Η,dr Πλήρης αποκατάσταση Μετατρέπονται οι συντεταγμένες των σημείων OΧΙ οι εικόνες 11

12 Σχετικός Προσανατολισμός Αποκατάσταση σχετικού προσανατολισμού εξάλειψη της y-παράλλαξης εξασφαλίζει την αλληλοτομίατων ομόλογων ακτίνων δημιουργία του σωστού σχήματος του στερεοσκοπικού μοντέλου επίτευξη της στερεοσκοπικής αντίληψης για το στερεοσκοπικό ζεύγος σε όλο το επικαλυπτόμενο τμήμα Τα απαραίτητα στοιχεία για την επίτευξη του Σχετικού Προσανατολισμού είναι πέντε(5): (ΔΥο, ΔΖο, ω, φ, κ) ή (ω, φ, κ, φ, κ ) ή (φ, κ, ω, φ, κ ) 12

13 Σχετικός Προσανατολισμός Εξίσωση της παράλλαξης ή συνθήκη συνεπιπεδότητας Απαιτούνται παρατηρήσεις-μετρήσεις της y-παράλλαξης. Ένα σημείο μια εξίσωση παρατήρησης Σκόπευση τουλάχιστον 5+ ζευγών ομόλογων σημείων στο επικαλυπτόμενο τμήμα δύο εικόνων = Σημεία σύνδεσης Ευκρινή και στις δύο εικόνες, ισόρροπα κατανεμημένα σε όλο το επικαλυπτόμενο τμήμα (θέσεις Gruber) Ως σημεία σύνδεσης λειτουργούν και τα φωτοσταθερά σημεία 13

14 Σχετικός Προσανατολισμός Εικόνα 3α. Η διαδικασία του σχετικού προσανατολισμού 14

15 Σχετικός Προσανατολισμός Εικόνα 3β. Η διαδικασία του σχετικού προσανατολισμού 15

16 Ακρίβειες διεικονικώναποδόσεων αεροφωτογραφίσεις και επίγειες λήψεις Η τελική ακρίβεια της απόδοσης εξαρτάται: Κλίμακα και ποιότητα αρχικών αεροφωτογραφιών Ακρίβεια προσδιορισμού (Χ,Υ,Ζ) φωτοσταθερών Ακρίβεια αποκατάστασης εσωτερικού προσανατολισμού Ακρίβεια βαθμονόμησης (παραμέτρων εσωτερικού προσανατολισμού) Ακρίβεια σκόπευσης σημείων Προσημασμένα - τεχνητά Φυσικά Ακρίβεια εξωτερικού προσανατολισμού αεροτριγωνισμού σχετικού και απόλυτου Ακρίβεια στερεοαπόδοσης χειριστή π.χ. 1:1000 0,25m συνολική επίδραση όλων των παραπάνω < 0,25m 16

17 Αεροτριγωνισμός Δεδομένα Εικονοσυντεταγμένες σημείων σσ, ΦΣ και ΣΕ apriori ακρίβεια μέτρησης στις εικόνες Γεωδαιτικές συντεταγμένες σημείων ΦΣ και ΣΕ apriori τυπική απόκλιση συντεταγμένων ΦΣ σσ = Σημεία Σύνδεσης ΦΣ = Φωτοσταθερά ΣΕ = Σημεία Ελέγχου. Στοιχεία εσωτερικού προσανατολισμού μηχανών Ζητούμενα Εξωτερικός Προσανατολισμός όλων των εικόνων Γεωδαιτικές συντεταγμένες σημείων σύνδεσης & ΣΕ Στοιχεία εσωτερικού προσανατολισμού μηχανών Συνόρθωσηενός συνολικού δικτύου που αποτελείται από: τα κέντρα λήψης, σημεία γνωστών συντεταγμένων (Φ/Σ), άλλα σημεία των οποίων αναζητείται ο προσδιορισμός των γεωδαιτικών συντεταγμένων. 17

18 Εικόνα 4. Η διαδικασία του αεροτριγωνισμού 18

19 Αεροτριγωνισμός-Υπολογισμοί 36 σημεία = 8 ΦΣ + 28 σσ Πλήθος παρατηρήσεων: 2 (εικόνες) x 11 (σημεία) x 2(εικονοσυντεταγμένες) = 44 3 (εικόνες) x 8 (σημεία) x 2(εικονοσυντεταγμένες) = 48 4 (εικόνες) x 10 (σημεία) x 2(εικονοσυντεταγμένες) = 80 6 (εικόνες) x 4 (σημεία) x 2(εικονοσυντεταγμένες) = 48 7 (εικόνες) x 1 (σημεία) x 2(εικονοσυντεταγμένες) = 14 8 (εικόνες) x 2 (σημεία) x 2(εικονοσυντεταγμένες) = παρατηρήσεις Πλήθος αγνώστων: 13 (εικόνες) x 6(παράμετροι εξ. προσ.)+ 28 (σσ)x3(χ,υ,ζ) = 162άγνωστοι Βαθμοί ελευθερίας: παρατηρήσεις αγνώστους = = 104 ΒΕ 19

20 Αεροτριγωνισμός Εξωτερικός Προσανατολισμός: Ιmage: 018 projection center Omega, Phi, Kappa (gon) Image: 019 projection center Omega, Phi, Kappa (gon) a posteriori Sigma_0 =

21 Αεροτριγωνισμός Ground control point residuals N Xm-Xg Ym-Yg Zm-Zg Exy(metre) limit: ANTLIOSTASIO * * 0.123* F F * F F * * * F * 0.199* 0.200* F FS FS TS * 0.158* 0.114* TS TS TS TS TS mean absolute: RMS: * maximum: 0.199* 0.196* 0.199* 0.229* number of points (differences): 15 ( ) 21

22 Αεροτριγωνισμός Tie point residuals (on images) N x_pr-x_meas y_pr-y_meas Exy(mm) ~10 ANTL limit: F mean absolute: RMS: maximum:

23 Στερεοσκοπική Απόδοση Τρισδιάστατη σχεδίαση όλων των χαρακτηριστικών που φαίνονται στις εικόνες. Γραμμές, σημεία, πολύγωνα Συνήθως η απόδοση γίνεται από το γενικό στο ειδικό. Οδικό δίκτυο Ιδιοκτησίες τεχνικές κατασκευές 23

24 Στερεοσκοπική Απόδοση ΔΗ ΔΧ,ΔΥ Εικόνα 5. Η διαδικασία της στερεοσκοπικής απόδοσης 24

25 Ορθοφωτογραφία Ορθοαναγωγή: η διαδικασία παραγωγής μιας ορθοφωτογραφίας διορθώνονται όλες οι παραμορφώσεις μίας εικόνας από την εκτροπή λόγω αναγλύφου, από τις μεταβολές της κλίμακας και τις κλίσεις της φωτογραφικής μηχανής έτσι ώστε όλα τα σημεία να προβάλλονται στην πραγματική οριζοντιογραφική τους θέση σχηματίζοντας μία εικόνα σε ορθή προβολή. Η ορθοφωτογραφίαέχει ενιαία κλίμακα και γεωαναφορά ΕδαφοψηφίδαΟρθοφωτογραφίας= 0.1mm*Συντελεστής Κλίμακας Ορθοφωτογραφίας 25

26 Παραγωγή Ορθοφωτογραφίας Μονοεικονική διαδικασία Δεδομένα : Μία εικόνα Ο εξωτερικός προσανατολισμός της εικόνας(χ 0,Υ 0,Ζ 0,ω,φ,κ): αποκατάσταση προσανατολισμών στερεοζεύγους επίλυση αεροτριγωνισμού λωρίδας ή μπλοκ οπισθοτομία συνδυασμός GPSκαι INS Το ψηφιακό μοντέλο επιφανείας(dsm) της περιοχής: Επίγειες γεωδαιτικές μεθόδους (total station ή GPS) Τοπογραφικούς χάρτες (ψηφιοποίηση ισοϋψών) Στερεοσκοπικά φωτογραμμετρικά μοντέλα με στερεοσκοπική απόδοση (manual) και/ή με αυτόματο εντοπισμό σημείων (image matching) Δορυφορικά στερεοσκοπικά μοντέλα LiDAR ή Επίγειους σαρωτές(terrestrial laser scanners) SAR (Synthetic Aperture Radar) 26

27 Ψηφιακό Μοντέλο Επιφανείας Digital Surface Model -DSM είναι μία αριθμητική περιγραφή της επιφάνειας του αντικειμένου, που αναπαριστά πιστά όλα τα φυσικά και τεχνητά χαρακτηριστικά της. Ακανόνιστα Δίκτυα Τριγώνων ΤΙΝ (TriangularIrregular Networks ):η επιφάνεια προσεγγίζεται με τρίγωνα. Δεδομένα για την Παραγωγή DSM Υψομετρικά Σημεία: τυχαία σημεία (όχι χαρακτηριστικά) Γραμμές αλλαγής κλίσης (breaklines): διανυσματικές γραμμές ή πολύγωνα σχεδιασμένα στερεοσκοπικά κατά μήκος φυσικών χαρακτηριστικών γραμμών αλλαγής κλίσης (κορυφογραμμές, φαράγγια, φυσικά πρανή, ακτογραμμές κλπ) αλλά και ακμών τεχνικών κατασκευών (κτιρίων, τεχνητών πρανών, ανισόπεδων κόμβων κλπ). Πυκνότητα DSM=(0.002 έως 0.020)m * Συντελεστή Κλίμακας Προϊόντος Έντονο ανάγλυφο (π.χ. αστική περιοχή): 0.002m Ομαλό ανάγλυφο (π.χ. αγροτική περιοχή): 0.020m 27

28 Ψηφιακό Μοντέλο Επιφανείας Digital Surface Model -DSM Εικόνα 6. Δημιουργία TINS για την παραγωγή DSM 28

29 Παραγωγή Ορθοφωτογραφίας Ψηφιακή εικόνα i, j RGBή τόνοι του γκρι Xo,Yo,Zo Ραδιομετρική παρεμβολή Εσωτερικός Προσανατολισμός x, y Συνθήκη συγγραμμικότητας Χ, Υ, Ζ Χ, Υ ΨΜΕ ορθοφωτογραφία Εικόνα 7.Σχηματική διαδικασία παραγωγής Ορθοφωτογραφίας 29

30 Διόρθωση Ορθοφωτογραφίας Εικόνα 8. Διόρθωση προβλημάτων κατά την παραγωγή ορθοφωτογραφίας 30

31 Καλή επιτυχία!!! 31

32 Παράρτημα Εικόνα 1. Σχέδιο πτήσης της ΠολυτεχνειούποληςΖωγράφου: Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο-Σχολή Αγρονόμων & Τοπογράφων ΕΜΠ-Σχέδιο πτήσης για την αεροφωτογράφησητης ΠολυτεχνειούποληςΖωγράφου, Μελετητές: ΖερβάςΘεόδωρος & Ταπεινάκη Σεβαστή, Αθήνα, Οκτώβρης CC:BY-NC-ND 32

33 Χρηματοδότηση Το παρόν υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του επιχειρησιακού προγράμματος «Εκπαίδευσης και δια βίου μάθησης» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκό Κοινοτικό Ταμείο και από εθνικούς πόρους.