Παράσταση αναγλύφου μέσω ισοϋψών Ψηφιακή περιγραφή του αναγλύφου X i = X A + i dx Y j = Y A + j dy Z ij (Μ Ν) ΨΗΦΙΑΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ dy Y A γεωμορφολογικά σωστές και πιστές κατάλληλες γιά σχεδίαση περιορίζονται από την ισοδιάσταση εμπεριέχουν γενικά το μικροανάγλυφο αλλά όχι και τις μισγάγκειες, ακμές κ.λπ. δύσκολα επιδέχονται μαθηματική επεξεργασία i,j ψηφιακά μοντέλα εδάφους (ή αναγλύφου) (digital elevation models DEM) X dx Διατεταγμένη σειρά αριθμών που παριστάνει την κατανομή του υψομέτρου Ζτης επιφάνειας Γνωστό Ζ μόνο στους κόμβους ij Z καννάβου: μετρημένα ή παρεμβολή σε δειγματοληψία (sampling) Ενδιάμεσα τα Z παρεμβάλλονται ΠΑΡΑΓΩΓΗ DEM Άμεση (φωτογραμμετρικά) Με στερεοσκοπική παρατήρηση σε αναλυτικά όργανα (ημιαυτοματισμός) Αυτόματα (συσχέτιση εικόνων) σε ψηφιακά φωτογραμμετρικά όργανα απαιτείται και επεξεργασία με στερεοσκοπική παρατήρηση (υπέρθεση) Έμμεση (παρεμβολή σε δειγματοληψία ) Φωτογραμμετρικά Σημεία: δάση/πόλεις μικρό ανάγλυφο χαρακτηριστικά σημεία Γραμμές: μισγάγκεις, απότομες μεταβολές αναγλύφου Δειγματοληψία μέσω ισοϋψών σύνθετη δειγματοληψία Μέθοδοι παρεμβολής Ψηφιοποίηση ισοϋψών από χάρτες κινούμενου ε ο μέσου όρου βέλτιστου επιπέδου χειρός / αυτόματη (raster to vector) επιφάνειας ανώτερου βαθμού Επίγεια (ταχυμετρία, GPS) γεωστατιστικές (Kriging) μικρές εκτάσεις, ομαλό έδαφος επιλογή σημείων δειγματοληψίας Άλλες πηγές (IFSAR, LIDAR) (αριθμός, απόσταση, διεύθυνση) Ισοϋψείς και Ψηφιακό Μοντέλο Αναγλύφου Οπτικοποίηση των DEM 2D 30 90 Αξονομετρικό 30 30 3D Προοπτικό 0 1
3D φωτογραμμετρική αποτύπωση και κατασκευή αντιγράφου τμήματος της Ζωφόρου του Παρθενώνα (Ε. Σταμπουλόγλου) Μηχανή: μετρική. Απόσταση λήψης 2m Επεξεργασία: αναλυτικό φωτογραμμετρικό όργανο DEM πλάτης με έντονη σκολίωση (τεχνική: τοπογραφία moiré) (a) (b) (c) Περιγραφή: 500.000 σημεία (ισοϋψείς ανά 1mm) Τελικά προϊόντα: DEM και κατασκευή μηχανικού αντιγράφου (εκμαγείου) από MDF σε αυτόματη μηχανή CNC (Computerized Numerical Control) (a) σκίαση υψομετρικών ζωνών (b,c) φωτορρεαλιστική σκίαση αναγλύφου Ψηφιακό Μοντέλο Αναγλύφου (κανονικός κάνναβος) από συλλογή ανά στερεομοντέλο ΨΗΦΙΑΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΕΔΑΦΟΥΣ DTM (digital terrain models) εκτός κι αν έχει συλλεγεί απευθείας, τo DEM περιλαμβάνει υψόμετρα που είναι προϊόντα παρεμβολής επιπλέον: εξομαλύνει το ανάγλυφο περιγραφή επιφάνειας μέσω τριγώνων TIN (triangulated irregular network) κατασκευή κεκλιμένων τριγώνων από τα πιό κοντινά σημεία χωρίς τομές πλευρών και επικαλύψεις 2D τριγωνισμός Delaunay αποθηκεύονται οι τοπολογικές σχέσεις γειτονικών τριγώνων παρεμβολή υψομέτρων στην εξίσωση του επιπέδου πλήρης προσαρμογή στα συλλεγέντα υψομετρικά σημεία ΟΜΩΣ: μοντέλο 2.5D 2
Σημεία, γραμμές ασυνέχειας, DEM και TIN αρχική συλλογή παρεμβολή κανονικού DEM TIN χωρίς συμμετοχή της γραμμης ασυνέχειας TIN με συμμετοχή της γραμμης ασυνέχειας Συλλογή γραμμών ασυνέχειας και χαρακτηριστικών σημείων LiDAR (Light Detection And Ranging) συνιστώσες του LiDAR - Σαρωτής -GPS - IMU Μοντέλο εδάφους ΤΙΝ (κάνναβος + σημεία + γραμμές ασυνέχειας) 3
LiDAR Εφαρμογές και προϊόντα των DTM Φωτογραμμετρία Διατομές, υπολογισμοί κλίσεων, εμβαδών, όγκων (πχ.οδοποιία) Μελέτες τεχνικών έργων, σχεδιασμός, περιβάλλον Έλεγχοι ορατότητας και εμποδίων (τηλεπικοινωνίες) Αυτόματη πλοήγηση και προσομοίωση πτήσης Παραγωγή αντιγράφων CAM (χάρτες, βιομηχανία, ιατρική) Οπτικοποίηση εδάφους (προοπτικά, φωτορρεαλισμός) Ψηφιακές βάσεις 3D δεδομένων (GIS), 3D μοντέλα πόλεων παρεμβολή ισοϋψών υπόβαθρο διαφορικής αναγωγής ή μονοσκοπικής απόδοσης (monoplotting) μερική υποκατάσταση φωτοσταθερών, βοηθητικά στον αεροτριγωνισμό Ακρίβεια ακρίβεια μετρημένων υψομέτρων (προσανατολισμοί + μέτρηση, ψηφιοποίηση) παρεμβολή (μέθοδος αριθμός, θέση, κατανομή) ανάγλυφο και πυκνότητα συλλογής Έλεγχος οπτικά (στερεοσκοπική υπέρθεση) σημεία ελέγχου, παρεμβολή στο DTM ( rmsδz) Συνδυασμός 3D δεδομένων (DEM) και εικονιστικής πληροφορίας Ορθοφωτογραφία (διαφορική αναγωγή) Χάρτης ακριβής αλλά: αφαίρεση γενίκευση Εικόνα πλούσια πληροφορία αλλά: γεωμετρικές παραμορφώσεις λόγω αναγλύφου + στροφών μεταβλητη κλίμακα εξάλειψή τους από την εικόνα ορθοφωτογραφία σωστή οριζοντιογραφία (2D συντεταγμένες, οριζόντιες αποστάσεις, γωνίες κλπ.) νέα εικόνα με περιεχόμενο αρχικής αλλά σε ορθή προβολή σχετικά κατώτερη ποιότητα (δευτερογενής, προϊόν επανασύστασης) 2D προϊόν (όχι 3D πληροφορία) εξάρτηση από DEM + δυσκολίες προσαρμογής μωσαϊκών ορθοφωτογραφία ή ορθοφωτομωσϊκό + χάρτης κοινό σύστημα αναφοράς υπέρθεση διανυσμάτων εισαγωγή ισοϋψών ορθοφωτοχάρτης 4
ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΚΑΝΟΝΙΚΟΥ ΚΑΝΝΑΒΟΥ ΛΟΓΩ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ ΟΡΘΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ αεροφωτογραφία κεντρική προβολή ορθοφωτογραφία ορθή προβολή αεροφωτογραφία (κεντρική προβολή) ορθοφωτογραφία (ορθή προβολή) δημιουργία στεροζεύγους (stereomate) γιά στερεοσκοπική παρατήρηση θ tanθ = Β:Η Ορθοφωτογραφία και υπέρθεση διανυσματικής πληροφορίας Διάγραμμα Ψηφιακής Ορθοαναγωγής Δεδομένα (πλήν ψηφιακής εικόνας) εσωτερικός προσανατολισμός φωτοσταθερά Α/Τ, εξωτερικός προσανατολισμός DTM (τετραγωνικός κάνναβος ή TIN) Επιλέγονται περιοχή ορθοφωτογραφίας (Χ,Υ) ΜΙΝ (Χ,Υ) ΜΑΧ κλίμακα ορθοφωτογραφίας διάσταση εικονοψηφίδας στο έδαφος ( εδαφοψηφίδα groundel) διάσταση ορθοφωτογραφίας Μ Ν σχέση ψηφίδας εδάφους (IJ) (XY) Διαδικασία: Σάρωση περιοχής ορθοφωτογραφίας ανά τελική ψηφίδα I,J (IJ) (XY) (XY) παρεμβολή στο DTM Ζ (ΧΥΖ) μέσω συγγραμμικόττας εικονοσυντεταγμένες x,y (xy) μέσω αφινικού μετασχηματισμού θέση i j στην ψηφιακή εικόνα παρεμβολή στην θέση (i j ) τόνος γκρίζου g (I,J,g,, Χ,Υ,Ζ) επανασύσταση εικόνας 5
i,j ψηφιακή εικόνα μ ν Z DTM m n παρεμβολή τόνου g του γκρίζου παρεμβολή Z X,Y I,J εσωτερικός + εξωτερικός προσανατολισμός συνθήκη συγγραμμικότητας + αφινικός μετασχηματισμός g επανασύσταση εικόνας Διάγραμμα Ψηφιακής Ορθοαναγωγής διόρθωση εικονοσυντεταγμένων ψηφιακή ορθοφωτογραφία Μ Ν ορίζεται από την εδαφοψηφίδα (groundel) Ψηφιακή Ορθοαναγωγή: Προσεγγιστικός Αλγόριθμος προβάλλονται στην εικόνα μέσω της συνθήκης συγγραμμικότητας οι κορυφές του DTM ή πυκνότερος κάνναβος (σημεία αγκύρωσης) οι εικονοσυντεταγμένες των pixel στο εσωτερικό κάθε στοιχείου του DTM υπολογίζονται με παρεμβολή (συνήθως διγραμμική) μείωση χρόνου μικρότερη ακρίβεια x= b01 + b11x+ b21y+ b31xy y= b + b X+ b Y+ b XY 02 12 22 32 Y 1 2 y 1 3 4 4 x X 3 γνωστά X i, Y i, x i, y i i = 1,2,3,4 από τα γνωστά b jk υπολογίζονται οι εικονοσυντεταγμένες των pixel της ορθοφωτογραφίας b jk 2 Πλεονεκτήματα Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας πληρότητα και πλούτος περιεχομένου μη γενικευμένη (συμπληρώνει, δεν υποκαθιστά τον χάρτη!) άμεσα αναγνώσιμη: όμοια με πραγματικότητα (δεν προϋποθέτουν χαρτογραφική προπαίδεια) οικονομικότητα δυνατότητα χρήσης σε πολλές κλίμακες Βασικές Χρήσεις (ως το πιό διαδεδομένο φωτογραμμετρικό προϊόν) ως χάρτες (με δυνατότητα μέτρησης σε 3D) γιά ενημέρωση χαρτών στο κτηματολόγιο υπόβαθρο σχεδιασμού/μελέτης μεταβολών επίγειες αποτυπώσεις γιά φωτορρεαλισμά προϊόντα (draping) χρήση ορθοφωτογραφιών σε GIS Αυτόματη προσαρμογή χρώματος και φωτεινότητας σε όλες τις εικόνες ψηφιακού ορθοφωτομωσαϊκού σε φωτογραμμετρικό ψηφιακό σταθμό (OrthoVista/Zeiss) εξαγωγή δεδομένων με φωτογραμμετρικούς/τηλεπισκοπικούς αυτοματισμούς: συλλογή γεωμετρικής/θεματικής πληροφορίας ως βασικό υπόβαθρο γεωμετρικής ενημέρωσης ως ένα ακόμα επίπεδο πληροφορίας 6
Πηγές Σφάλματος Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας αρχική εικόνα φωτομηχανή εσωτερικός προσανατολισμός σαρωτής επίγειος έλεγχος (φωτοσταθερά) αεροτριγωνισμός μεγέθυνση m ανάλυση αρχικής εικόνας / ορθοφωτογραφίας αλγόριθμος παραγωγής ορθοφωτογραφίας δημιουργία ορθοφωτομωσαϊκού ακρίβεια DEM παρεμβολή υψομέτρων στο DEM DTM: 0.1 0.2 H ακρίβεια ισοϋψών: 0.3 H σφάλμα λόγω DEM: σ oρθ = σ DEM (r/c) γιά ολόκληρη την εικόνα: μέσο r/c 1/2 γιά το επικαλυπτόμενο: μέσο r/c 1/3 USGS: k = 40000, H = 6100 m, σ DEM < 7 m γιά ο/φ 1:12000 (7/3)/12000 = 0.2 mm c r σ DTM σ oρθ Περιοχές λιωμένου ορθοφωτομωσαϊκού image melting σε περιοχές απότομων βράχων (Ariège, Γαλλία) Επίδραση του φακού στην εκτροπή λόγω αναγλύφου DSM από LiDAR φωτογραμμετρικό DSM ορθοφωτογραφίες μικρή εστιακή απόσταση ίδια κλίμακα εικόνας στο A, αλλά διαφορετικές κλίμακες στο B B A A μεγάλη εστιακή απόσταση Μεγάλες εστιακές αποστάσεις πρωτεύον σημείο προξενούν μικρότερες εκτροπές λόγω αναγλύφου μικρότερες αποκρύψεις στο αντικείμενο. Συνεπώς, προτιμώνται τόσο γιά την αναγωγή καθώς όσο και γιά ορθοφωτογραφίες σε αστικές περιοχές. B r B A A B r 7
Φακός και Εκτροπή λόγω Αναγλύφου H = 1500 m c = 305 mm H = 750 m c = 152 mm Ο c Δρ ρ Ρ ΔΖ a Ν ΔR r.k o Δr.k o ορθοφωτογραφία κλίμακας 1:k o Δr β Ο Ρ ισοϋψείς από βιβλίο Kraus Σφάλμα Ορθοφωτογραφίας μετάθεση σημείων εκτός DEM ρ ρ ΔZ Δ R = Δ Z Δ Rtana ΔR = c c c + tan a ρ a: γωνία κλίσης εδάφους στη διεύθυνση ΟΡ a > 0: κλίση εδάφους προς τα πάνω a < 0: κλίση εδάφους προς τα κάτω ΔZ ΔR = c + tanαcosβ ρ α: γωνία μέγιστης κλίσης β: γωνία μεταξύ ΟΡ και διεύθυνσης μέγιστης κλίσης α > 0: κλίση εδάφους προς τα πάνω α < 0: κλίση εδάφους προς τα κάτω ορθή προβολή ορθοφωτογραφία Βασικό σφάλμα ορθοφωτογραφίας λόγω μη πληρότητας του DTM Σε περιοχές όπου κατά την συλλογή 3D πληροφορίας έχουν αγνοηθεί λεπτομέρειες που δεν περιγράφονται στο DTM μεταθέσεις (εκτροπές λόγω αναγλύφου) μεταβολές κλίμακας παρουσία στοιχείων που δεν πρέπει να εμφανίζονται γεωμετρικές παραμορφώσεις ( building leaning ) Ασυνέχειες από εσφαλμένη ένωση γειτονικών ορθοφωτογραφιών (εκτροπή λόγω αναγλύφου) 8
Σωστή γεωμετρία στο επίπεδο του εδάφους, εκτροπές λόγω αναγλύφου στα κτίρια, προβλήματα σκιάς λόγω διαφορετικών γραμμών πτήσης DEM TIN Ορθοφωτογραφία από κανονικό κάνναβο (DEM) και από ΤΙΝ Ορθοφωτογραφία χωρίς και με χρήση γραμμών ασυνέχειας στην γέφυρα Ορθοφωτογραφία από ελλιπή περιγραφή του αναγλύφου 9
3D ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM) και 3D ψηφιακό μοντέλο επιφανείας (DSM) Ορθοφωτογραφία με DTM χωρίς & με περιγραφή τεχνικών έργων μετάθεση κτιρίου εσφαλμένη κλίμακα νεκρές περιοχές εύρεση πολλαπλών τομών σωστή θέση σωστή κλίμακα διπλοπροβολές νεκρές περιοχές DTM Q R Q R DSM έδαφος + κτίρια + τεχνικά έργα (+ βλάστηση) P DTM P g Q g R g Q g Q g R επίπεδο προβολής (τιμές g γκρίζου) DTM Ορθοφωτογραφία από DSM και διπλοπροβολές Ορθοφωτογραφία από DSM διπλοπροβολές (πάνω) αποκοπή τυφλών περιοχών (κάτω) 10
Παραγωγή ορθοφωτογραφίας από DSM με προσδιορισμό αποκρύψεων 1 συμβατική ορθοεικόνα Έλεγχος πολλαπλών τομών και συγχώνευση επιμέρους ορθοφωτογραφιών 2 μεμονωμένες διορθωμένες ορθοεικόνες TRUE ORTHO κενές ( νεκρές ) περιοχές ορθοεικόνας 3 ορθοεικόνα ως σύνθεση των 1, 2, 3 Ορθοφωτογραφία: Διόρθωση κτιρίου κατά θέση & κλίμακα αριστ τερή εικόν να δε εξιά εικ κόνα ορθοφωτογραφία από τις 2 εικόνες με διόρθωση του κτιρίου τελική ορθοφωτογραφία με συμπλήρωση Συμβατική και αληθής ορθοφωτογραφία (μετάθεση κτιρίων και αλλαγή κλίμακας) 11
Συμβατική και αληθής ορθοφωτογραφία (true ortho) από το πολυεικονικό σύστημα της ISTAR με 5 γραμμικούς σαρωτές (HRSC) & πλάγια επικάλυψη 50% Αληθής Ορθοφωτογραφία (πάνω) από πολύ πυκνό DSM που έχει εξαχθεί με αυτόματο τρόπο από σειρά επικαλυπτόμενων εικόνων (κάτω) Αληθής ορθοφωτογραφία και υπέρθεση του πολύ πυκνού νέφους σημείων που έχει συλλεγεί με LIDAR Τεχνικές Προδιαγραφές Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας 1 Φακός (κατά ΟΚΧΕ αλλά και διεθνώς) γενικά: ευρυγώνιος, αστικές περιοχές: κανονικός Κλίμακα α/φ (k), ο/φ (k ο ), συντελεστής μεγέθυνσης m = k: k ο ΟΚΧΕ: κατ αρχήν 2.5 m 5 k o = 5000 13000 k 17000 USGS: k o = 12000 k = 40000 διεθνώς: κατά περίπτωση αποδεκτές τιμές m: 3 8 Βήμα d του DΤM (σφάλμα DTM: διπλάσιο του χάρτη ΕΕ) OKXE: d o 1.5 cm (στο έδαφος: d o k o ) 1:1000 d = 15 m, 1:5000 d = 75 m, 1:10000 d = 150 m διεθνώς: κατά περίπτωση d o = 0.2 2.0 cm ΕΕ: 20 50 φορές το pixel της ο/φ... και όσες γραμμές ασυνέχειας ή σημεία χρειαστούν BC: σε απότομες μεταβολές (γέφυρες) επεξεργασία του DTM γιά καλό οπτκό αποτέλεσμα, η γεωμετρική ακρίβεια έπεται 12
50 cm 25 cm 10 cm Ορθοφωτογραφίες με διαφορετική εδαφοψηφίδα Τεχνικές Προδιαγραφές Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας 2 Ανάλυση μέγεθος ψηφίδας p: α/φ, p ο : ο/φ, p g : p στο έδαφος ΟΚΧΕ: p g 30% ζητούμενης γεωμετρικής ακρίβειας σ g του ο/χ σ g = k o σ o k o 0.2 mm p 03 0.3 k o 0.2/k 02/kmm = 60/m μm p o = (1.5 2) m p πχ.: m = 3 p = 20 μm ( 1200 dpi) και p o = 90 120 μm διεθνώς: p = p o / (m 1.5) με p o 100 μm ΟΚΧΕ: pixel = 100 μm στην κλίμακα της ορθοφωτογραφίας (να μην διακρίνεται σε παρατήρηση από 60 cm) 1:2000 0.20 m 1:5000 0.50 m 1:10000 1.00 m εάν όχι άμεσο αποτέλεσμα, επανασύσταση από μικρότερο pixel BC: 1:2000 0.25 m 1:5000 0.625 m 1:10000 1.25 m αρχικό pixel p < 80% του ζητούμενου p o (στο έδαφος) USGS: 1:12.000 1.0 m (αρχικό pixel: 25 μm) Τεχνικές Προδιαγραφές Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας 3 Αλγόριθμος παρεμβολής OKXE (αλλά και διεθνώς): ασπρόμαυρες: διγραμμική ή δικυβική, έγχρωμες: δικυβική Ορθοφωτομωσαϊκό (OKXE αλλά και διεθνώς): ένωση κατά μήκος φυσικών ή τεχνητών ορίων φωτεινότητα και κοντράστ βάσει της καλύτερης εικόνας ιστόγραμμα Gauss (BC: μέσος όρος 127) φορμάτ: ασυμπίεστο TIFF με γεωαναφορά (GeoTIFF) Σάρωση αρνητικά ή διαθετικά, ποτέ εκτπώσεις σε χαρτί σαρωτής με min 1000 dpi οπτική ανάλυση και ακρίβεια καλύτερη του ½ της ζητούμενης ανάλυσης σάρωσης (ΟΚΧΕ) ετήσια βαθμονόμηση, σφάλμα rms 5 μm σε τεστ με κάναβο ακρίβειας 1μm, min 20 σημεία και σάρωση 15 μm (BC) σφάλμα εσωτερικού προσανατολισμού 30 μm (ΕΕ, BC) Τεχνικές Προδιαγραφές Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας 4 Αεροτριγωνισμός (OKXE αλλά και διεθνώς): επίλυση μπλοκ ( 6 σημεία σύνδεσης / μοντέλο) v σε κάθε φ/σ <50% του ορίου ακριβείας στο 90% των σημείων, το 10% να μην υπερβαίνει το όριο ακριβείας. ΕΕ: rms φ/σ <50% του ορίου ακριβείας Ακρίβεια ορθοφωτομωσαϊκού ΟΚΧΕ: οριζοντιογραφική: 95% σημείων ελέγχου < 2.5 pixel υψομετρική: 95% σημείων <0.125% Η γενικά: ζητείται το 90% των σημείων να βρίσκεται εντός του ±3σ της ζητούμενης ακρίβειας USGS, USACE: το 90% των σημείων εντός του ±1/40 in και κανένα εκτός του ±1/20 in BC: ακρίβεια 0.5 mm στο επίπεδο της ορθοφωτογραφίας 13
Μνημεία: περίπλοκη μορφολογία αντικειμένου ορθοφωτογραφία (σε ψηφιακό σταθμό) από τοπικά ελλιπές DSM Αρχαϊκό Ιερό Διός, Λόφος Νυμφών, Θησείο Ορθοφωτομωσαϊκό από λωρίδα 12 εικόνων (~1:1000) Δ. Μαυρομάτη Μηχανή ερασιτεχνική ε 35 mm, f = 28 mm Πλατφόρμα μετεωρολογικό μπαλόνι με ήλιον Φωτοσταθερά 60 φυσικά Αεροτριγωνισμός μέθοδος δεσμών με αυτοβαθμονόμηση Ακρίβεια ~ 4 cm σε 40 φυσικά σημεία ελέγχου Σταθμός Intergraph SSK Αρχαϊκό Ιερό Διός (Λόφος Νυμφών, Θησείο) Οπτικοποίηση αναγλύφου Πύλη των Λεόντων Δ. Μαυρομάτη (ΥΠ.ΠΟ.) ΠΟ 14
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ελέγχεται καλύτερα το δίκτυο τριγώνων που θα δημιουργηθεί d A B C Φωτοσκιασμένο 3D μοντέλο και τελικό ορθοφωτομωσαϊκό Ορθοφωτογραφίες από διαφορετικά 3D μοντέλα αντικείμενο τριγωνισμός 2D laser scanning Αρχική εικόνα και αντίστοιχη ορθοφωτογραφία φωτογραμμετρία 15
ΒΑΣΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗΣ ΟΡΘΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑΣ Δημιουργία του 3D μοντέλου φωτογραμμετρικά (κοπιαστικό, χρονοβόρο) νέα δυνατότητα: συλλογή με Laser Scanning Αδυναμία εμπορικών φωτογραμμετρικών λογισμικών να χειριστούν πλήρως 3D μοντέλα ( 2.5 D), προκειμένου να οριστεί ποιά ακριβώς τμήματα του μοντέλου φαίνονται σε μιά δεδομένη διεύθυνση (προβολή) πρώτο πρόβλημα αποκρύψεων Αδυναμία, γενικά, να διαπιστωθεί εάν κάποιες περιοχές του μοντέλου φαίνονται ή δεν φαίνονται σε μιά αρχική εικόνα δεύτερο πρόβλημα αποκρύψεων Γιά κάθε εικονοψηφίδα της ορθοφωτογραφίας, η φωτοϋφή (το χρώμα) αντλείται από μία μόνο εικόνα Γιά την παραγωγή της ορθοφωτογραφίας πρέπει κατ αρχάς να εξασφαλιστεί ότι σε κάθε εικονοψηφίδα της θα αντιστοιχιστεί το σωστό υψόμετρο Αυτό είναι απλό σε επιφάνειες όπου σε κάθε σημείο ΧΥ αντιστοιχεί ένα μόνο υψόμετρο (αρκεί μιά περιγραφή 2.5D) Δεν είναι απλό όταν πρόκειται γιά σύνθετες επιφάνειες, όπου σε ίδιο ΧΥ αντιστοιχούν περισσότερα υψόμετρα φαινόμενο συχνό σε επίγειες εφαρμογές (απαιτείται περιγραφή 3D) Προβολή 3D σημειοσυνόλου ορθή προβολή Το διπλό πρόβλημα της απόκρυψης Η 3D επιφάνεια Προβολή χωρίς έλεγχο αποκρύψεων Προβολή με έλεγχο αποκρύψεων αντικείμενο κεντρική προβολή περιοχές με ανεπιθύμητη υφή περιοχές με απουσία υφής 16
απόκρυψη εικόνας κεντρική προβολή βλή αυτοαπόκρυψη επιφάνειας Το διπλό πρόβλημα της απόκρυψης ορθή προβολή αντικείμενο απουσία υφής ανεπιθύμητη υφή Αλγόριθμος αυτόματης παραγωγής αληθούς ορθοφωτογραφίας (ή άλλων προβολών) εικόνα 1 C 3D επιφάνεια ακτίνα κεντρικής προβολής E A B C επίπεδο ορθοπροβολής D ακτίνα ορθής προβολής Χ ακτίνα κεντρικής προβολής Υ Ζ χάρτης βάθους της o/φ A εικόνα 2 ορατές περιοχές της εικόνας Φωτοσκίαση τελικού (επεξεργασμένου) 3D μοντέλου επιφάνειας Καπνικαρέα: Οι επτά ψηφιακές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν γιά την συνόρθωση δέσμης Αραιωμένο ΤΙΝ με 1.000.000 σημεία και 3.000.000 τρίγωνα 17
Περιοχές της ορθοφωτογραφίας, γιά τις οποίες η αρχική εικόνα (κάτω) διαθέτει πληροφορία χρώματος Περιοχές της ορθοφωτογραφίας, γιά τις οποίες η αρχική εικόνα (κάτω) διαθέτει πληροφορία χρώματος Ορατότητα Επιφάνειας και Εικόνας Μίξη υφής (texture blending) Ακόμα, στα εμπορικά λογισμικά ο χειριστής καθορίζει από ποιά συγκεκριμένη αρχική εικόνα θα παραχθεί το κάθε τμήμα ενός ορθοφωτομωσαϊκού Εάν όμως σε κάθε ψηφίδα της ορθοφωτογραφίας δοθεί χρώμα με ταυτόχρονη συμμετοχή όλων των εικόνων στις οποίες φαίνεται αυτό το σημείο Δεν θα υπάρχουν καθόλου αποκρύψεις ή νεκρές περιοχές (εάν όλα τα σημεία φαίνονται σε μία έστω εικόνα) Η παραγόμενη εικόνα θα είναι ραδιομετρικά ομαλότερη 18
g w g i = w w i = e i i i Απόδοση χρώματος με βάρη (ορθο)προβολή g e 1 e 3 g 1 g 3 Για το σημείο Α ενδέχεται η εικόνα 2 να συνεισφέρει χρώμα από το (μη μοντελοποιημένο) εμπόδιο C 1 Β 2 C 3 1 g 2 e 2 3 2 όριο απόκρυψης Α Σε κάθε pixel της προβολής, το χρώμα g προκύπτει από τις τιμές g i του σημείου σε όλες τις εικόνες όπου αυτό φαίνεται, με βάρος ανάλογο του εμβαδού e i του αντίστοιχου τριγώνου Λόγω σφαλμάτων προσανατολισμού ή μοντέλου για το σημείο Α ενδέχεται η εικόνα 1 να συνεισφέρει χρώμα που προέρχεται από το σημείο Β Εξάλειψη χονδροειδών σφαλμάτων χρώματος 1 2 Επίδραση ακτινικής διαστροφής του φακού σε πολυεικονικές αποδόσεις χρώματος 3 1: ορθοφωτογραφία από όλες τις εικόνες χωρίς έλεγχο σφαλμάτων 2: η αρχική εικόνα που δημιουργεί το πρόβλημα λόγω ορίου απόκρυψης 3: ορθοφωτογραφία από όλες τις εικόνες με έλεγχο σφαλμάτων 19
Διαφάνεις Μαθήματος "Φωτογραμμετρία ΙΙΙ" (4) Ορθοπροβολή και κατακόρυφη τομή από 7 εικόνες Δημιουργία συνθετικής προοπτικής εικόνας αρχική εικόνα i, j αρχική εικόνα Χο,Υο,Ζο ω,φ,κ ΨΗΦΙΑΚΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ ενδιάμεση συνθετική εικόνα συντεθειμένη μ η από 7 αρχικές εικόνες αρχική εικόνα (ορθοφωτογραφία) c επανασύσταση εικόνας c i, j τελική λ ή εικόνα Χο,Υο,Ζο ω,φ,κ XYZ Προβολή Ορθοφωτογραφιών 1:5000 στο DTM γιά την δημιουργία προοπτικού (draping) Εταιρεία: EUROSENSE (Σύστημα: EUDICORT) 20
Προοπτική προβολή ορθοφωτογραφίας στο DEM draping (SoftPlotter / Autometric) Εικονιστικό προοπτικό της περιοχής του Σαντιάγκο (Χιλή) από δορυφορική εικόνα Προβολή εικόνων σε DTM χωρίς διόρθωση γιά τα τεχνικά έργα 3D μοντέλο συγκροτήματος Παν/μίου Μελβούρνης (ΕΤΗ) αεροφωτογραφίες (1:15.000) στερεοσκοπικές εικόνες Ikonos 1m 21
Οπτικοποίηση 3D Μοντέλου Πόλης (Τορόντο) Οπτικοποίηση 3D Μοντέλου Πόλης (Μόναχο) Βερολίνο Οπτικοποίηση Δημοτικού Σχολείου Καλυβίων Αττικής λογισμικό: 3D Builder (από 11 εικόνες) Μεγάλες Θερινές Ασκήσεις Φωτογραμμετρίας (1998) 22
3D μοντέλο τμήματος της Χώρας Φολεγάνδρου με συνδυασμό φωτογραμμετρικών μετρήσεων και αρχιτεκτονικών δεδομένων (1995) Καρέ από φωτορρεαλιστική διαδρομή στην Χώρα Φολεγάνδρου Διπλωματική εργασία (1995) Διπλωματική εργασία (1995) Μετρατοπή δεδομένων από α/φ και επίγειες εικόνες σε 3D μοντέλα με φωτοϋφή (ΕΤΗ) Προβολή αληθούς ορθοφωτογραφίας στο 3D μοντέλο πόλης 23
Πλάγια όψη της προβολής ορθοφωτογραφίας σε λεπτομερές 3D μοντέλο από laser scanner (Νέα Υόρκη) Προοπτικό από την αρχική εικόνα μετά από διόρθωση του DEM ώστε να συμπεριλάβει και τα κτίρια Salzburg Οπτικοποίηση 3D μοντέλου της πόλης Xiamen (Κίνα) Συνδυασμός δεδομένων raster, διανυσματικών και DEM από επεξεργασία αεροφωτογραφιών στο σύστημα Virtuozo 24
Οπτικοποίηση μεγάλης κλίμακας Οπτικοποίηση μεγάλης κλίμακας (ΕΤΗ) Δρέσδη Διαφορετικές προβολές αναπτυκτής επιφάνειας προοπτικό ορθοπροβολή ανάπτυγμα Καρέ από φωτορρεαλιστική περιήγηση στο Κτίριο Τοπογράφων ΕΜΠ Διπλωματική εργασία (2000) 25
Ψηφιακό ανάπτυγμα μικρού κυλινδρικού υδατόπυργου από 6 εικόνες ερασιτεχνικής μηχανής μέγεθος pixel στον χώρο χώρος αντικειμένου περιοχή αναπτύγματος επανασύσταση εικόνας μέγεθος αναπτυγμένης εικόνας DLT συνθήκη συγγραμμι- κότητας ψηφιακά αναπτυγμένη εικόνα ψηφιακή εικόνα αφινικός μετασχηματισμός αναλογική εικόνα Πύργος Δρακάνου (Ικαρία) Προσαρμογή Ορθής Κυκλικής Κυλινδρικής Επιφάνειας Πλήθος Συντεταγμένες Άξονα Ακτίνα Μ. Τ. Απόκλιση Σημείων X Α (m) Y Α (m) R (m) s (cm) Ν = 91 523.30 510.03 4.21 6.8 σ Χ (cm) σ Υ (cm) σ R (cm) ± 1.0 ± 1.0 ± 0.7 Δράκανος Αρχική και Αναπτυγμένη Εικόνα Πύργος Αγ. Πέτρου (Άνδρος) Προσαρμογή Ορθής Κυκλικής Κωνικής Επιφάνειας Πλήθος Συντεταγμένες Κορυφής Κ Κλίση Μ. Τ. Απόκλιση Σημείων X (m) Y(m) Z(m) β ( ) s (cm) Ν = 208 211.69 213.44 107.77 2.59 5.2 σ Χ (cm) σ Υ (cm) σ Ζ (cm) σ β ( ) ± 0.5 ± 0.5 ± 164.5 ± 0.045 26
Αγ. Πέτρος Αναπτυγμένες Εικόνες Ψηφιακό Ανάπτυγμα Κυλινδρικού Πύργου Δρακάνου Ικαρίας από 17 μη μετρικές εικόνες 35 mm (λήψεις από καλάμι, f = 28 50 mm) Φεβρουάριος 2000 Εικόνες από μοντέλο VRML (Πύργος Δρακάνου) Απρίλιος 2000 Ψηφιακό Ανάπτυγμα Κωνικού Πύργου Αγ. Πέτρου Άνδρου από 14 μη μετρικές εικόνες 35 mm (f = 28 mm 960 mm) 27
Εικόνες από μοντέλο VRML (Πύργος Αγ. Πέτρου) Αρχική ψηφιακή εικόνα Αζιμουθιακή ισαπέχουσα Eckert Μερκατορική 28