Φωτογραμμετρία II Ορθοφωτογραφία(Μέρος I) Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π. drag@central.ntua.gr
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.
Ορθοφωτογραφία (Tο φωτογραμμετρικόπαράγωγο) Εικόνα εξωφύλλου 3
Προοπτικές παραμορφώσεις(1/3) Εικόνα 1. Προοπτικές Παραμορφώσεις 4
Προοπτικές παραμορφώσεις (2/3) Εικόνα 2. Ορθοφωτογραφία 5
Προοπτικές Παραμορφώσεις(3/3) Οι προοπτικές παραμορφώσεις στις κεντρικές προβολές προκαλούνται από το ανάγλυφο, τις στροφές του αεροσκάφους δηλ. της φωτογραφικής μηχανήςκαι τον φακό. Εικόνα 3. Κεντρική προβολή- Παραμορφώσεις Αυτές είναι ουσιαστικά μεταβολές στην κλίμακα απεικόνισης και ακτινικές μετατοπίσειςλόγω του αναγλύφου. 6
Επιθυμητό αποτέλεσμα Εικόνα 4. Επιθυμητό αποτέλεσμα ορθοφωτογραφίας 7
Ορθοφωτογραφία(1/6) Η Ορθοφωτογραφία είναι μια (ψηφιακή) εικόνα που διαθέτει όλα τα χαρακτηριστικά ενός συμβατικού χάρτη, δηλ. είναι ορθή προβολή και έχει ενιαία κλίμακα. Επίσης όμως έχει και όλη την φωτογραφική(εικονιστική) πληροφορία της αρχικής εικόνας από την οποία προέκυψε!! Ορισμός: Ορθοφωτογραφία είναι μια φωτογραφική εικόνα, που έχει διορθωθεί γεωμετρικά, για να εξαλειφθούν οι παραμορφώσεις της αρχικής εικόνας (κλίσεις, εκτροπή λόγω αναγλύφου κ.ά.) 8
Ορθοφωτογραφία(2/6) Εικόνα 5. Ορθή προβολή Με απλά λόγια η ορθοφωτογραφία είναι σαν να έχει «απλωθεί» μια εικόνα (σαν κάλυμμα)επάνω στην επιφάνεια του αντικειμένου και κατόπιν αυτά τα δύο να προβάλλονται ορθά. 9
Ορθοφωτογραφία(3/6) Στην διαδικασία αυτή, το έδαφος (ή το αντικείμενο γενικότερα) αναπαρίσταται από ένα Ψηφιακό Μοντέλο και το αποτέλεσμα επιτρέπει τις ακριβείς μετρήσεις αποστάσεων, γωνιών, εμβαδών κλπ, ακριβώς όπως ένας διανυσματικός χάρτης. 1 3 2 4 Εικόνα 6. Ο ρόλος του ΨΜΕ 10
Ορθοφωτογραφία (4/6) Εικόνα 7. Ορθοφωτογραφία με λανθασμένες (αριστερά) & με σωστές οριζοντιογραφικές θέσεις (δεξιά) 11
Ορθοφωτογραφία (5/6) Οι ορθοφωτογραφίεςσυνδυάζουν τις ποιοτικές ιδιότητες και πληροφορίες των αεροφωτογραφιών και τις μετρητικές ιδιότητες των γραμμικών χαρτών Οι ορθοφωτογραφίεςδημιουργούνται με γεωμετρικό μετασχηματισμό των κεντρικών προβολών σε ορθές, ώστε τα απεικονιζόμενα αντικείμενα να εμφανίζονται στις σωστές οριζοντιογραφικές τους θέσεις Με άλλα λόγια έχουν εξαλειφθεί οι παραμορφώσεις από την εκτροπή λόγω αναγλύφου, από τις μεταβολές της κλίμακας και τις κλίσεις της φωτογραφικής μηχανής Οι ορθοφωτογραφίες μπορεί να χαρακτηριστούν ως Φωτοχάρτες, όμως δεν περιέχουν (ακόμα) τοπογραφική πληροφορία 12
Ψηφιακή Ορθοφωτογραφία(1/2) Ένταξη της Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας στη φωτογραμμετρική διαδικασία Προγραμματισμός πτήσης Λήψεις & φωτοσταθερά Α/Τ Στερεοαπόδοση Γραμμικό προϊόν Παραγόμενα στοιχεία Βαθμονόμηση Συν/νες σημείων Εξωτερικός προσανατολισμός Υψομετρικά δεδομένα Πρόσθετα δεδομένα Ψηφιοποίηση Α/Φ ΨΜΕ (DTM) Λογισμικό Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας ΨΗΦΙΑΚΗ ΟΡΘΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ 13
Ψηφιακή Ορθοφωτογραφία(2/2) Διαδικασία παραγωγής Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας Μονοεικονική Διαδικασία ΕΙΣΟΔΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ψηφιοποίηση φωτογραφίας Ψηφιακή εικόνα Πρόσθετα δεδομένα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Εξωτερικός προσανατολισμός εικόνας Δεδομένα αντικειμένου (ΨΜΕ) Γεωμετρική διόρθωση Ψηφιακή Ορθοφωτογραφία Ραδιομετρική διόρθωση Χαρτογραφική επεξεργασία Βελτίωση ποιότητας ΨΟ Ορθοφωτοχάρτης ΕΞΟΔΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Αρχειοθέτηση εικόνων Ψηφιακή έξοδος Αναλογική έξοδος 14
Διαδικασία παραγωγής Ο/Φ(1/4) Ουσιαστικά προσπαθούμε να μετασχηματίσουμε κάθε pixelτης αρχικής εικόνας (εικονοψηφίδα, εικονστοιχείο), ώστε να αντιστοιχεί σε μια γεωγραφική θέση. Αυτό λέγεται συνήθως Γεωαναφορά εικονοψηφίδας Ο μετασχηματισμός αυτός μπορεί να γίνει είτε από την αρχική εικόνα προς την μετασχηματισμένη (= ορθοφωτογραφία) είτε αντίστροφα, που είναι και βολικότερο Εικόνα 8. Γεαναφορά 15
Διαδικασία παραγωγής Ο/Φ(2/4) Εικόνα 9. Παραγωγή Ορθοφωτογραφίας 16
Διαδικασία παραγωγής Ο/Φ(3/4) Ψηφιακή εικόνα Σημείο λήψης Ραδιομετρική παρεμβολή Συνθήκη συγγραμμικότητας Χ, Υ, Ζ Χ, Υ ΨΜΕ Εικόνα 10. Σχηματική διαδικασία παραγωγής Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας 17
Διαδικασία παραγωγής Ο/Φ(4/4) Αλγόριθμος παραγωγής Ψηφιακής Ορθοφωτογραφίας Καθορισμός έκτασης ορθοφωτογραφίας μέγεθος εικονοστοιχείου Για κάθε εικονοστοιχείο (Χ,Υ) παρεμβολή στο ΨΜΑ για το Ζ Αντίστροφη εφαρμογή της Συνθήκης Συγγραμμικότητας x, y Αντίστροφη εφαρμογή του αφινικού μετασχηματισμού (εσωτ. προσ.) r, c Ραδιομετρική παρεμβολή για τον προσδιορισμό του γκρίζου τόνου Απόδοση του γκρίζου τόνου στο εικονοστοιχείο Επανάληψη για το επόμενο 18
Παρεμβολή γκρίζων τόνων(1/2) 1. Κοντινότερου γείτονα (nearest neighbour) x = INT(x + 0.5) y = INT(y + 0.5) # pixel */+ Χρόνος Η/Υ Αξιοπιστία 1 x 1 1 15.7% 2. Διγραμμική (bilinear) g(p) = (1-Δy) [ (1-Δx) g(i,j) + Δxg(i,j+1)] +Δy[ (1-Δx) g(i+1,j) + Δxg(i+1,j+1)] 3. Δικυβική συνέλιξη (bicubic convolution) 2 x 2 8 3.7% g(p) = Σ Σg(i+m, j+n) R[m-Δx]R[-(n-Δy)] 4 x 4 110 0.3% 19
Παρεμβολή γκρίζων τόνων(2/2) Εικόνα 11. Μέθοδοι παρεμβολής γκρίζων τόνων 20
Δεδομένα Παράδειγμα Ορθοφωτογραφίας Β.Δ τμήμα Ρόδου (λήψη 1:15000) λήψη με RMK TOP (Z/I Imaging), 1:15000/1999, έγχρωμη, τμήμα 76εικόνων από block 151 Α/Φ προσημασμένα GCPs Εικόνα 12. Ορθοφωτογραφία- Τμήμα Β.Δ. Ρόδου 21
Στάδια παραγωγής(1/3) Δημιουργία project (δήλωση προβολικού συστήματος, εισαγωγή προσανατολισμών, παραγωγή DTM, δημιουργία ορθοφωτογραφιών, διανομή πινακίδων) Ορθοφωτογραφίες (pixel size, μέθοδος παρεμβολής/επανασύστασης, βήμα DTM) Ραδιομετρική εξομάλυνση για την δημιουργία φωτομωσαϊκού 22
Στάδια παραγωγής (2/3) Δημιουργία Μωσαϊκού «Ραφές» αυτόματα ή χειροκίνητα Εικόνα 13. Δημιουργία φωτομωσαϊκού 23
Στάδια παραγωγής (3/3) Γεωμετρικoί έλεγχοι μέτρησηgcps-επίθεση διανυσμάτων Ραδιομετρικοί έλεγχοι Πινακίδες Εκτυπώσεις Εικόνα 14. Έλεγχοι- Εκτυπώσεις 24
Ορθοφωτογραφία(6/6) Εικόνα 15. Παράδειγμα ορθοφωτογραφίας 25
Παράρτημα(1/3) Εικόνα εξωφύλλου: http://www.lidar.com.br/imagens/tecnologia.php/grande/laser_1. jpg -CC:BY-NC-SA Εικόνα 2. Ορθοφωτογραφία: http://033a36e.netsolhost.com/web/wpcontent/uploads/2014/02/ortho2.png, Digital Aerial Solutions (http://digitalaerial.com/digital-orthophotography/)-cc:by-nc-sa Εικόνα 3. Κεντρική προβολή-παραμορφώσεις:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» 26
Παράρτημα(2/3) Εικόνα 5. Ορθή προβολή:«υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.» Εικόνα 6. Η ορθοφωτογραφίαως διανυσματικός χάρτης: http://images.slideplayer.es/8/1877097/slides/slide_14.jpg- CC:BY-NC-SA Εικόνα 7. Ορθοφωτογραφίαμε λανθασμένες (αριστερά) & με σωστές οριζοντιογραφικές θέσεις (δεξιά): http://image.slidesharecdn.com/01introduccioninformaciongeo graficacsig1213-130715060252-phpapp02/95/csig-tema-01- introduccion-informacion-geografica-2013-77- 638.jpg?cb=1373868331-CC:BY-NC-SA Εικόνα 8. Γεαναφορά: http://tnt2.microimages.com/documentation/tutorials/rectify.p df-cc:by-nd-sa 27
Παράρτημα(3/3) Εικόνα 9. Παραγωγή Ορθοφωτογραφίας: http://www.dcnr.state.pa.us/cs/groups/public/documents/docu ment/dcnr_20026541.pdf-cc:by-nc-sa Εικόνα 11. Μέθοδοι παρεμβολής γκρίζων τόνων: http://tnt2.microimages.com/documentation/tutorials/rectify.p df-cc:by-nc-sa Εικόνα 15. Παράδειγμα ορθοφωτογραφίας: GeoDATAAnalysis (http://geodata-server.com/) -CC:BY-NC-SA 28
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.