Φωτογραμμετρία II Ορθοφωτογραφία(Μέρος II) Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Transcript

1 Φωτογραμμετρία II Ορθοφωτογραφία(Μέρος II) 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 Ορθοφωτογραφία (To φωτογραμμετρικό παράγωγο) 3

4 Ορθοφωτογραφία(1/2) (Αφινικός) -1 Αρχική εικόνα x, y DTM ΣΣ Μονοεικονική διαδικασία Απαραίτητα δεδομένα: Ψηφιακή εικόνα Εξωτερικός προσανατολισμός Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Ο/Φ Σχήμα 1. Διαδικασία σύνταξης Ορθοφωτογραφίας 4

5 Ορθοφωτοχάρτης(1/6) Εικόνα 1α. Παράδειγμα Ορθοφωτοχάρτη 5

6 Ορθοφωτοχάρτης(2/6) Εικόνα 1β. Παράδειγμα Ορθοφωτοχάρτη 6

7 Ορθοφωτοχάρτης(3/6) Εικόνα 2α. Από την ορθοφωτογραφία στον τοπογραφικό διάγραμμα 7

8 Ορθοφωτοχάρτης (4/6) Ορθοφωτογραφία Ορθοφωτοχάρτης Τοπογραφικό Διάγραμμα Ψηφιακό Μοντέλο Εικόνα 2β. Από την ορθοφωτογραφία στον τοπογραφικό διάγραμμα 8

9 Διανυσματικός (γραμμικός) χάρτης Εικόνα 3. Διανυσματικός χάρτης 9

10 Ορθοφωτοχάρτης(5/6) Εικόνα 4. Οριζοντιογραφική πληροφορία σε ορθοφωτογραφία 10

11 Ορθοφωτοχάρτης(6/6) Εικόνα 5. Ορθοφωτογραφίαμε οριζοντιογραφικές λεπτομέρειες σε περιαστική περιοχή 11

12 Ποιότητα Ορθοφωτογραφιών Μετρητική(Οριζοντιογραφική) Ακρίβεια θέσης Ακρίβεια αποστάσεων Ραδιομετρική Διπλά είδωλα αντικειμένων Παραμόρφωση αντικειμένων Εξισορρόπηση χρωμάτων στο φωτομωσαϊκό 12

13 Επιλογές για την παραγωγή Ο/Φ Μέγεθος εικονοψηφίδας (GSD: Ground Sampling Distance Groundel pixel on ground): 0.1 mmxσυντ. κλίμ. Συνήθως η ανάλυση της Ο/Φ επιλέγεται να είναι πυκνότερη από αυτήν του DTM, και συνεπώς ακολουθούνται δύο επιλογές: 1. Πύκνωση του DTMμε διγραμμικήπαρεμβολή, ώστε όλα τα σημεία (pixel) της Ο/Φ να αντιστοιχούν σε σημεία του DTM 2. Παρεμβολή κατευθείαν στο DTM 13

14 Μέγεθος εικονοψηφίδας GSD = 0.08 m GSD = 0.15 m GSD = 0.30 m GSD = 0.60 m Εικόνα 6. Η επίδραση του μεγέθους της εικονοψηφίδας 14

15 Οριζοντιογραφική ακρίβεια Ο/Φ (1/3) Σχετική ακρίβεια σχετίζεται άμεσα με την κλίμακα και το μέγεθος του pixel της Α/Φ Απόλυτη ακρίβεια σχετίζεται με την ποιότητα του επίγειου ελέγχου αλλά εξαρτάται και από την κλίμακα της Α/Φ Κυριότεροι παράγοντες για την απόλυτη ακρίβεια: Φωτοσταθερά Εξωτερικός προσανατολισμός Ακρίβεια του DTM Σφάλματα από την σάρωση 15

16 Οριζοντιογραφική ακρίβεια Ο/Φ (2/3) Καλύτερη από 1 pixel, υπό καλές προϋποθέσεις Τα αντικείμενα που δεν περιγράφονται από το DTM (π.χ. κτήρια, γέφυρες, δέντρα κ.τ.λ.) μετατοπίζονται ακτινικά στις Ο/Φ Διορθώνονται a posteriori, ή Παραγωγή της Ο/Φ με συνδυασμό τουdtm και της3d περιγραφής τους, ή Χρήση κανονικού φακού (300mm)για την αεροφωτογράφιση και παραγωγή Ο/Φ μόνο από το κεντρικό τμήμα της Α/Φ 16

17 Οριζοντιογραφική ακρίβεια Ο/Φ (3/3) σ Ο/Φ = σ DTM tanθ όπου σ Ο/Φ = σφάλμα στην ψηφιακή Ο/Φ, σ DTM = σφάλμα στο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους θ= η γωνία θέασης των σημείων από το προβολικό κέντρο 17

18 Παράδειγμα Έστω ορθοφωτογραφία κλίμακας 1:1000 σ Ο/Φ = σ DTM tanθ Σύμφωνα με τις ισχύουσες προδιαγραφές: η μέγιστη επιτρεπόμενη μετάθεση (καλά ορισμένου) σημείου είναι 0.25mmστην κλίμακα της Ο/Φ, που αντιστοιχεί σε 250mm στο έδαφος. θ Για c = 152mm Υψομετρικό σφάλμα 0.4mστοDTMσε ακραία θέση σε Α/Φ (23x23) δίνει οριζοντιογραφικό σφάλμα 0.46m θ Σχήμα 2. Σχήμα παραδείγματος Για c = 300mm Υψομετρικό σφάλμα 0.4mστο DTMσε ακραία θέση στην Α/Φ (23x23) δίνει οριζοντιογραφικό σφάλμα 0.23m Συνεπώς με τον κανονικό φακό (300mm) τα ανεκτά σφάλματα είναι περίπου διπλάσια από ό,τι με τον ευρυγώνιο!! 18

19 Έλεγχος ΟριζοντιογραφικήςΑκρίβειας (1/2) Με τη χρήση σημείων ελέγχου από: χάρτες ή διαγράμματα μεγάλης κλίμακας (ικανοποιητική ακρίβεια?) GPS (προσοχή στον ορισμό των σημείων) Στερεοσκοπικά φωτογραμμετρικά μοντέλα Στερεοορθοφωτογραφίες ορθοφωτογραφίες μεγαλύτερης κλίμακας (και άρα ακρίβειας) Τα σημεία ελέγχου πρέπει: να καλύπτουν όλη την έκταση της εικόνας και όλο το ανάγλυφο Να βρίσκονται επάνω στο φυσικό έδαφος εάν η Ο/Φ δημιουργήθηκε από ΨΜΕ Επίθεση ψηφιδωτών (raster)χαρτών ή διανυσμάτων (κυρίως δρόμων) επάνω στην Ο/Φ 19

20 Έλεγχος ΟριζοντιογραφικήςΑκρίβειας (2/2) Εικόνα 7. Κατανομή & πυκνότητα των δεδομένων ελέγχου για ορθοφωτοχάρτες LSO 20

21 LSO = 1:5000 Εικόνα 8α. ΤεχνικέςΠροδιαγραφές Παραγωγής ψηφιακών οθροφωτοχαρτών μεγάλης κλίμακας (LSO) 21

22 Εικόνα 8β. ΤεχνικέςΠροδιαγραφές Παραγωγής ψηφιακών οθροφωτοχαρτών μεγάλης κλίμακας (LSO) 22

23 Ποιοτικά προβλήματα Ο/Φ (1/2) Πληρότητα εικόνας Ελλιπής κάλυψη της περιοχής από το DTMπροξενεί ανακρίβειες και ελλείψεις (χρώματος ή γκρίζου τόνου) στην Ο/Φ «Τραβήγματα εικόνας» (θόλωμα) Ανωμαλίες ή τοπικά μέγιστα/ελάχιστα στο DTM Υπερβολικό ανάγλυφο ιδιαίτερα στις άκρες των εικόνων, γεγονός που αναγκάζει περιορισμένη πληροφορία (χρώμα ή γκρίζο τόνο) να «απλωθεί» για να γεμίσει την περιοχή που έχει απεικονιστεί με έντονη προοπτική παραμόρφωση 23

24 Γραμμές Αλλαγής Κλίσης Breaklines α β Εικόνα 9. α. Προοπτική παραμόρφωση, β. Ορθό αποτέλεσμα μέσω breaklines 24

25 Ποιοτικά προβλήματα Ο/Φ (2/2) Διπλά είδωλα Εσφαλμένος προσανατολισμός Ανακριβές DTM, όπου τα υψόμετρα είναι μεγαλύτερα από τα πραγματικά Ελλιπής εικόνα (κυρίως σε τμήματα γραμμικών στοιχείων, π.χ. δρόμοι κ.τ.λ.) Ανακριβές DTM, όπου τα υψόμετρα είναι μικρότερα από τα πραγματικά 25

26 Προβλήματα Ο/Φ (1/3) ΨΜΕδάφους «Σκοτεινή» (occluded) περιοχή Εικόνα 10.Διπλά είδωλα & ελλιπείς δρόμοι Ο/Φ Σχήμα 3. Ποιοτικά προβλήματα ορθοφωτογραφίας 26

27 Προβλήματα Ο/Φ (2/3) Εικόνα 11. Ορθοφωτογραφία χωρίς διόρθωση στα κτήρια 27

28 Προβλήματα Ο/Φ (3/3) Διορθωμένα κτήρια, αλλά εμφανίζονται διπλά είδωλα (σκοτεινές περιοχές, που δεν φαίνονται στην Α/Φ) Εικόνα 13. Οι σκοτεινές περιοχές συμπληρωμένες από γειτονικές εικόνες Εικόνα 12. Διορθωμένη θέση κτηρίων 28

29 Αληθής (αυστηρή) ορθοφωτογραφία True Orthophoto(1/3) Εικόνα 14. Εμφάνιση Διπλών ειδώλων Εικόνα 15. Αφαίρεση χρώματος από «σκοτεινές» περιοχές 29

30 Αληθής (αυστηρή) ορθοφωτογραφία True Orthophoto(2/3) Εικόνα 15. Αντιμετώπιση προβλημάτων -Δημιουργία αληθούς ορθοφωτογραφίας 30

31 Αληθής (αυστηρή) ορθοφωτογραφία True Orthophoto(3/3) Εικόνα 16. Συμπλήρωση ελλείπουσας πληροφορίας από γειτονικές εικόνες με ειδικούς αλγορίθμους 31

32 Προβλήματα Ορθοφωτογραφία χωρίς καμία διόρθωση για τα κτήρια Ορθή θέση κτηρίων breaklines Ορθοπροβολήτων κτηρίων, αλλά πρόβλημα στις «σκοτεινές» περιοχές (μη ορατές στις αρχικές εικόνες) Οι «σκοτεινές» περιοχές συμπληρωμένες από γειτονικές εικόνες 32

33 Φωτομωσαϊκό Η σύνθεση επί μέρους ορθοφωτογραφιών σε μία ενιαία με την προϋπόθεση ότι οι Ο/Φ είναι στο ίδιο σύστημα αναφοράς Σφάλματα στα φωτομωσαϊκά Γεωμετρικά Ραδιομετρικά Οι ραδιομετρικές διορθώσεις βασίζονται σε κατάλληλες ψηφιακές επεξεργασίες των γειτονικών εικόνων (διόρθωση χρωμάτων, εξισορρόπηση ιστογράμματος κ.τ.λ.) με χειροκίνητο ή αυτόματο τρόπο Ο χρήστης καθορίζει την «ραφή» αλλά και το ποια εικόνα θα καλύψει τις γειτονικές Γραμμικός μέσος όρος των γκρίζων τόνων κάθετα στις ραφές βοηθάει στην ομαλή συνένωση 33

34 Ραδιομετρική διόρθωση Εικόνα 17. Αντιμετώπιση ραδιομετρικώνσφαλμάτων στο φωτομωσαϊκο 34

35 Ψηφιακή Ορθοφωτογραφία Οικονομία Ακρίβεια Εναλλακτικές χρήσεις Υπόβαθρο GIS Περισσότερη πληροφορία από συμβατικό χάρτη Τρισδιάστατες απεικονίσεις (draping) Ορθοφωτοχάρτες Φωτομωσαϊκά Κτηματολόγιο Ενιαία κλίμακα Ποιοτική πληροφορία Μετρητική αξιοπιστία Ευέλικτο προϊόν Το πλέον χρονοβόρο στάδιο η παραγωγή DTM Δυνατότητες ραδιομετρικής ανάλυσης 35

36 Παραδείγματα εφαρμογών (1/6) Εικόνα , Ζάγανι, Σπάτα 36

37 Παραδείγματα εφαρμογών (2/6) Εικόνα , Ι.Μ. Δαφνίου Heritage Documentation for Conservation Workshop Leuven, January

38 Παραδείγματα εφαρμογών (3/6) Εικόνα , Παναγία Φορβιώτισσα, Ασίνου, Κύπρος 38 Heritage Documentation for Conservation Workshop Leuven, January 2010

39 Παραδείγματα εφαρμογών (4/6) Εικόνα 22. Παράδειγμα εφαρμογής Heritage Documentation for Conservation Workshop Leuven, January

40 Παραδείγματα εφαρμογών (5/6) Εικόνα , Ναός του Ηφαίστου, Αρχαία Αγορά Αθηνών 40

41 Παραδείγματα εφαρμογών (6/6) Εικόνα , Κυμισάλα, Ρόδος 41

42 Παράρτημα(1/5) Εικόνα 6. Η επίδραση του μεγέθους της εικονοψηφίδας: «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 7. Κατανομή & πυκνότητα των δεδομένων ελέγχου: ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε.( Εικόνα 8α,β. Τεχνικές Προδιαγραφές Παραγωγής ψηφιακών οθροφωτοχαρτώνμεγάλης κλίμακας (LSO):ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε.( 42

43 Παράρτημα(2/4) Εικόνα 9.α. Προοπτική παραμόρφωση, β. Ορθό αποτέλεσμα μέσω breaklines:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 10.Διπλά είδωλα & ελλιπείς δρόμοι:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 11. Ορθοφωτογραφία χωρίς διόρθωση στα κτήρια: «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» 43

44 Παράρτημα(3/4) Εικόνα 12. Διορθωμένη θέση κτηρίων:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 13. Οι σκοτεινές περιοχές συμπληρωμένες από γειτονικές εικόνες:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 14. Εμφάνιση Διπλών ειδώλων:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» 44

45 Παράρτημα(4/4) Εικόνα 15. Αφαίρεση χρώματος από «σκοτεινές» περιοχές: «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 16. Αντιμετώπιση προβλημάτων -Δημιουργία αληθούς ορθοφωτογραφίας:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» 45

46 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.