ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟΥ, ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ GIS ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ : «ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΦΑΚΟΥ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΕΣΤΙΑΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ 70 300 mm ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΟΡΘΟΕΙΚΟΝΩΝ ΤΗΣ ΜΟΝΗΣ ΡΟΥΣΑΝΟΥ ΜΕΤΕΩΡΩΝ Ν. ΤΡΙΚΑΛΩΝ» ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΠΑΤΙΑΣ ΠΕΤΡΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2009

Περιεχόμενα Πρόλογος Περίληψη 1 Εισαγωγή 1 1.1 Φωτογραμμετρία... 1 1.1.1 Ιστορικά στοιχεία της Φωτογραμμετρίας.. 1 1.1.2 Ταξινόμηση της Φωτογραμμετρίας. 1 1.1.3 Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα της Φωτογραμμετρίας.. 2 1.2 Η Φωτογραφική Μηχανή.. 3 1.2.1 Ιστορικά στοιχεία. 3 1.2.2 Χαρακτηριστικά της φωτογραφικής μηχανής.. 5 1.2.3 Ο φακός της φωτογραφικής μηχανής Τηλεφακός 6 1.3 Εφαρμογές Παρόμοιες Εργασίες. 6 1.4 Αντικείμενο Έρευνας 7 2 Εξοπλισμός 8 2.1 Φωτογραφική μηχανή Canon.. 8 2.2 Ο Τηλεφακός Sigma 70mm 300mm... 10 3 Μεθοδολογία. 11 3.1 Διαδικασία βαθμονόμησης της κάμερας.. 11 3.1.1 Λογισμικό... 11 3.1.2 Σχεδιασμός λήψεων. 12 3.1.3 Λήψεις. 12 3.1.4 Βαθμονόμηση 20 3.1.4.1 Αυτόματη βαθμονόμηση στα 70 mm με το Iwitness... 20 3.1.4.2 Αυτόματη βαθμονόμηση στα 300 mm με το Iwitness.. 23 3.1.4.3 Μη αυτόματη βαθμονόμηση στα 300 mm με το Iwitness... 25 3.1.4.4 Μη αυτόματη βαθμονόμηση με το Shapecapture. 27 3.2 Συλλογή Δεδομένων.. 31 3.3 Χρωματισμός των νεφών με χρήση εξωτερικής κάμερας 40 3.4 Παραγωγή ορθοεικόνων... 42 3.4.1 Εσωτερικός προσανατολισμός.. 42 3.4.2 Παραγωγή υψομετρικού μοντέλου κτιρίου 43 3.4.3 Επιλογή ομόλογων σημείων για την οπισθοτομία.. 45 3.4.4 Παραγωγή ορθοεικόνων. 46 4 Αποτελέσματα Ανάλυση. 49 5 Συμπεράσματα. 51 5.1 Επιλογή εστιακής απόστασης Φακού. 51 5.2 Βαθμονόμηση κάμερας. 53 5.2.1 Λογισμικό βαθμονόμησης.. 53 5.2.2 Αποτελέσματα βαθμονόμησης. 54

5.3 Παραγωγή ορθοεικόνων... 55 5.3.1 Λογισμικό παραγωγής ορθοεικόνων... 55 5.3.2 Ακρίβειες ορθοεικόνων... 55 Βιβλιογραφία 57 Παράρτημα 1. Χρωματισμός με χρήση εξωτερικής κάμερας 59 Παράρτημα 2. Αναλυτική αναφορά αποτελεσμάτων οπισθοτομίας.. 64

Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία έγινε στα πλαίσια της συνολικής έρευνας στην οποία εξετάστηκε η δυνατότητα αποτύπωσης μνημείων από μεγάλη απόσταση με δύσκολη ή αδύνατη πρόσβαση. Κατά την διενέργεια της έρευνας αυτής προέκυψαν οι εξής ανάγκες : η από μεγάλη απόσταση λήψη εικόνων, η τοπογραφική αποτύπωση του μνημείου και η παραγωγή φωτογραμμετρικών προϊόντων, ικανοποιητικής ακρίβειας, του μνημείου. Για την επίλυση των παραπάνω επιλέχτηκε η χρήση τηλεφακού για την λήψη εικόνων και η χρήση Laser Scanner για την τοπογραφική αποτύπωση με μεγάλη ακρίβεια. Ο συνδυασμός των παραπάνω δύο, θα μπορούσε να αποδώσει προϊόντα μεγάλης ακρίβειας από μεγάλη απόσταση, με την προϋπόθεση να έχει ολοκληρωθεί επιτυχημένα η βαθμονόμηση του τηλεφακού. Τα δυο αντικείμενα έρευνας δηλαδή, η βαθμονόμηση του τηλεφακού καθώς και η παραγωγή φωτογραμμετρικών προϊόντων διερευνήθηκαν από τον κ. Παπαδημητράκη Δημήτρη. Το τρίτο που αφορά την ακριβή τοπογραφική αποτύπωση από μεγάλη απόσταση διερευνήθηκε από τον κ. Αντωνιάδη Δημήτρη. Όπως είναι κατανοητό, τα παραπάνω αντικείμενα είναι αλληλένδετα και το ένα αποτελεί συνέχεια του άλλου. Για τυπικούς λόγους, οι έρευνα αυτή διασπάστηκε σε 2 αυτούσια και αυτοτελή τεύχη. Το πρώτο τεύχος είναι η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο : «Βαθμονόμηση Φωτογραφικής Μηχανής και Τηλεφακού Μεταβλητής Εστιακής Απόστασης 70 300 mm και Παραγωγή Ορθοεικόνων της Μονής Ρουσάνου Μετεώρων ν. Τρικάλων». Το δεύτερο τεύχος είναι η διπλωματική εργασία του κ. Αντωνιάδη Δημήτρη, με τίτλο : «Αποτύπωση της Μονής Ρουσάνου Μετεώρων ν. Τρικάλων με χρήση Laser Scanner». Όπως είναι αντιληπτό η παρούσα έρευνα δεν θα μπορούσε να ολοκληρωθεί χωρίς την συμβολή του κ. Αντωνιάδη Δημήτρη, τον οποίο και ευχαριστώ θερμά. Οι γνώσεις και οι απόψεις που ανταλλάχθηκαν κατά τη διάρκεια της έρευνας ήταν απαραίτητες για την επιτυχή ολοκλήρωση της διπλωματικής εργασίας σε όλα τα στάδια. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Πατιά Πέτρο, καθηγητή του τμήματος Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών του Α.Π.Θ., για την καθοδήγηση, τις καταλυτικές παρεμβάσεις καθώς και τη σχολαστική επίβλεψη καθ όλη τη διάρκεια της διπλωματικής εργασίας. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τον κ. Καϊμάρη Δημήτριο, Λέκτορα του Τμήματος Μηχανικών Χωροταξίας και Ανάπτυξης του Α.Π.Θ. για την ουσιαστική βοήθεια που μου προσέφερε από την πρώτη στιγμή της γνωριμίας μας. Η συνεχής παρακολούθηση όλων των σταδίων της έρευνας, οι συμβουλές καθώς και η ηθική στήριξη που μου παρείχε, ήταν βασικοί παράγοντες της ολοκλήρωσης της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ακόμη, ευχαριστώ τον κ. Γεωργιάδη Χαράλαμπο, Λέκτορα στο τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. και τον κ. Πατώνη Φώτη, Αγρονόμο Τοπογράφο Μηχανικό, για τις ουσιαστικές συζητήσεις που κάναμε στο εργαστήριο και τις προτάσεις τους για τα προβλήματα που αντιμετώπισα.

Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Παπακωνσταντίνου Κωστή, Αρχιτέκτων Μηχανικό, για την σημαντική συμβολή του κατά την διάρκεια των μετρήσεων στο πεδίο.

Παπαδημητράκης Δημήτριος «Βαθμονόμηση Φωτογραφικής Μηχανής και Τηλεφακού Μεταβλητής Εστιακής Απόστασης 70 300 mm και Παραγωγή Ορθοεικόνων της Μονής Ρουσάνου Μετεώρων ν. Τρικάλων» Περίληψη Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να διερευνηθεί εάν είναι δυνατή η βαθμονόμηση του συστήματος φωτογραφικής μηχανήςτηλεφακού (μεταβλητής εστιακής απόστασης 70 300 mm) και να παραχθούν ορθοεικόνες με υπόβαθρο τρισδιάστατο μοντέλο σημείων από Laser Scanner. Το αντικείμενο μελέτης ήταν η Μονή Ρουσάνου που βρίσκεται στα Μετέωρα νομού Τρικάλων. Η χρήση του τηλεφακού με μεταβλητή εστιακή απόσταση 70 mm έως 300 mm για την λήψη φωτογραφιών ήταν αναγκαία, μιας και οι αποστάσεις μεταξύ των στάσεων που χρησιμοποιήθηκαν και του αντικειμένου μελέτης ήταν μεγάλες και δεν επαρκούσε το εύρος της εστιακής απόστασης του εργοστασιακού φακού της φωτογραφικής μηχανής. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε περιελάμβανε αρχικά την βαθμονόμηση στο πεδίο του συστήματος μηχανής τηλεφακού. Για την επίτευξη της βαθμονόμησης έγιναν επανειλημμένες λήψεις εικόνων. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε ειδικό λογισμικό για την βαθμονόμηση συστημάτων μηχανής και φακού. Το αρχείο της βαθμονόμησης από την παραπάνω διαδικασία χρησιμοποιήθηκε για το χρωματισμό των νεφών του Laser Scanner (Αντωνιάδης, 2009), καθώς και για την παραγωγή ορθοεικόνων της Μονής. Με το πέρας της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποδείχθηκε ότι είναι δυνατή η βαθμονόμηση του συστήματος μηχανής τηλεφακού στα 70 mm και όχι στα 300 mm. Η χρήση τηλεφακού είναι αναγκαία σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 200 μέτρων για την παραγωγή ορθοεικόνων. Τέλος, είναι δυνατή η παραγωγή ορθοεικόνων ικανοποιητικής ακρίβειας για όλες της όψεις της Μονής.

Papadimitrakis Dimitris «Digital photographic camera Calibration using a variable focal length zoom lens (70 300 mm) and production of orthoimages of Rousanou Abbey in Meteora, prefecture of Trikala» Abstract The aim of this dissertation is to determine whether it is possible to calibrate the system of a digital photographic camera variable focal length zoom lens (70 300 mm) and produce orthoimages, using a point cloud, derived from the Laser Scanner s measurements. Abbey Rousanou was the object of the study. It is located in Meteora, prefecture of Trikala. The use of the variable focal distance lens (f : 70 300 mm) for photographing was necessary, because of the long distances between the camera and the abbey. The methodology included the calibration of the camera zoom lens system. In order to perform the calibration, several images were taken and specific software for the calibration of the camera and zoom lens system was used. The resulting calibration file was later used for the Laser scanner s point cloud coloration (Antoniadis, 2009) and for the Abbey s orthoimage composition. Through this dissertation it was proved that it is possible to calibrate the camera zoom lens system for the 70 mm focal length and not for the 300 mm. In addition, the use of variable focal length zoom lens is necessary for distances over 200 metres, for the composition of orthoimages. Finally, it was possible to produce orthoimages of satisfactory precision of the aspects of the Abbey.

Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή

1 Εισαγωγή 1.1 Φωτογραμμετρία Φωτογραμμετρία ονομάζεται η Τέχνη, Επιστήμη και Τεχνολογία για την απόκτηση αξιόπιστης πληροφορίας σχετικά με φυσικά αντικείμενα και το περιβάλλον μέσα από διαδικασίες καταγραφής, μέτρησης και ερμηνείας φωτογραφικών εικόνων αλλά και πρότυπων Ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και φαινομένων (ASP,1980). 1.1.1 Ιστορικά στοιχεία της Φωτογραμμετρίας Εμπνευστής της χρήσης της φωτογραφίας για την άντληση μετρητικής πληροφορίας από αυτή ήταν ο Albrecht Meydenbauer, γερμανός αρχιτέκτων που στα 1858 μετά από ένα ατύχημα κατά τη διάρκεια των μετρήσεων που έκανε στον καθεδρικό ναό της πόλης Wetzlar, σκέφτηκε ότι θα μπορούσαν οι μετρήσεις στην όψη ενός κτηρίου να πραγματοποιηθούν με έμμεσο τρόπο και όχι απ ευθείας. Η έμμεση εξαγωγή των μετρήσεων έγινε με την χρήση φωτογραφικής εικόνας. Οι κοινές φωτογραφικές μηχανές της εποχής όμως, δεν είχαν την δυνατότητα να αποδώσουν ορθά τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των φυσικών ή τεχνητών αντικειμένων. Για το λόγο αυτό ο Meydenbauer αποφάσισε να κατασκευάσει μια φωτογραφική μηχανή στην οποία θα ενσωμάτωνε μια μετρητική συσκευή ικανή να δώσει εκτός από την εικόνα του αντικειμένου και κάποια γεωμετρική πληροφορία του. Η συσκευή αυτή κατασκευάστηκε το 1867 και αποτελούνταν από ένα ευρυγώνιο φακό (εστιακής απόστασης 25cm) με μέγεθος αρνητικού 30x30 cm. O Meydenbauer έδωσε το όνομα στην επιστήμη που ονομάστηκε φωτογραμμετρία και προέρχεται από τρεις ελληνικές λέξεις: «Φως γραμμή μέτρηση» που περιγράφουν την ιδιότητα που έχει το φως να πορεύεται πάντα σε ευθεία γραμμή και να μπορεί να δίνει μετρήσεις κάνοντας χρήση αυτής της ιδιότητας (Ι.Π.Ε.Τ., 2006 2008). 1.1.2 Ταξινόμηση της Φωτογραμμετρίας Η Φωτογραμμετρία ταξινομείται σε κατηγορίες με βάση τον τρόπο λήψης και τον τρόπο επεξεργασίας και απόδοσης της πληροφορίας. Έτσι, 1

με βάση τον τρόπο λήψης, η Φωτογραμμετρία διακρίνεται στην από αέρα και στην επίγεια. Στην από αέρα Φωτογραμμετρία οι φωτογραφίες λαμβάνονται από αεροπλάνο με ειδικές φωτογραφικές μηχανές που είναι ενσωματωμένες σε αυτό. Η επιφάνεια που καταγράφεται στην αεροφωτογραφία καλύπτει ένα σχετικά μεγάλο μέρος της επιφάνειας της γης και τα παραγόμενα προϊόντα παρουσιάζονται συνήθως σε κλίμακες που κυμαίνονται από 1:10.000 έως 1:1.000. Στην επίγεια Φωτογραμμετρία ο σταθμός λήψης των φωτογραφιών βρίσκεται στο έδαφος. Το αντικείμενο μελέτης είναι σε μικρή απόσταση από τον φωτογραφικό φακό και οι κλίμακες απόδοσης είναι μεγαλύτερες ή ίσες του 1:1000 (Πατιάς, 2008). Ανάλογα με τον τρόπο επεξεργασίας και απόδοσης της πληροφορίας η Φωτογραμμετρία διακρίνεται σε : Αναλογική, όπου γίνεται χρήση των αναλογικών φωτογραμμετρικών σταθμών Αναλυτική, όπου η επεξεργασία των στοιχείων στηρίζεται σε αναλυτικές σχέσεις και η απόδοση της πληροφορίας διευκολύνεται από την χρήση αναλυτικών φωτογραμμετρικών οργάνων Ψηφιακή φωτογραμμετρία, όπου σταματά η επεξεργασία των αναλογικών φωτογραφιών και εισέρχεται στο στάδιο της επεξεργασίας η ψηφιακή εικόνα (Πατιάς, 1991). 1.1.3 Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα της Φωτογραμμετρίας Τα πλεονεκτήματα της Φωτογραμμετρίας είναι (Πατιάς, 1991) : Ταχύτητα. Η παραγωγή χαρτών με φωτογραμμετρικές μεθόδους είναι ταχύτερη από οποιαδήποτε άλλη μεθοδολογία που στηρίζεται σε επίγειες μετρήσεις Οικονομία. Το κόστος συνδέεται άμεσα με την ταχύτητα της συλλογής δεδομένων. Σε περιπτώσεις μαζικής χαρτογράφησης περιοχών, πάγια τακτική είναι η χρησιμοποίηση Φωτογραμμετρικών μεθόδων, ως οι πιο ενδεδειγμένες από άποψη ταχύτητας και κόστους Προσπελασιμότητα εδάφους. Ένα άλλο σαφές πλεονέκτημα των φωτογραμμετρικών έναντι των άλλων τοπογραφικών μεθόδων είναι σε περιπτώσεις δύσκολης ή αδύνατης προσπελασιμότητας του εδάφους. 2

Συνεχής απεικόνιση. Ενώ οι τοπογραφικές μέθοδοι προσδιορίζουν τις συντεταγμένες διακριτών σημείων λεπτομερειών, η φωτογραφία είναι μία συνεχής απεικόνιση του φυσικού κόσμου και μπορεί να αποδοθεί σαν τέτοια. Τα μειονεκτήματα της Φωτογραμμετρίας είναι (Πατιάς, 1991) : Πολλές πηγές σφαλμάτων. Τα δεδομένα που συλλέγονται από τις μεθόδους της Φωτογραμμετρίας έχουν πολλές πηγές σφαλμάτων. Έτσι, η επεξεργασία των δεδομένων είναι μία πολύπλοκη διαδικασία, ενώ τα τελικά προϊόντα είναι μερικές φορές μικρότερης ακρίβειας από ότι αν συλλέγονταν με κλασικές τοπογραφικές εργασίες. Απαιτήσεις σε σημεία ελέγχου. Ένα μεγάλο μέρος της μεθοδολογίας της Φωτογραμμετρίας στηρίζεται σε κάποια ήδη υπάρχουσα πληροφορία. Απαιτείται δηλαδή η ύπαρξη γνωστών σημείων του εδάφους. Εξαρτάται έτσι από το αποτέλεσμα προηγούμενων επίγειων μετρήσεων. 1.2 Η Φωτογραφική Μηχανή 1.2.1 Ιστορικά στοιχεία Η ιστορία της, αν και ξεκινάει ουσιαστικά στα μέσα του 19ου αιώνα, έχει ρίζες στους αρχαίους πολιτισμούς, της Κίνας και της Ελλάδας ενώ θεωρείται ότι ανάλογη γνώση είχαν και οι Αιγύπτιοι. Ο Αριστοτέλης τον 4ο αιώνα π.χ. παρατήρησε το φαινόμενο του σκοτεινού δωματίου, όταν κατά την διάρκεια έκλειψης της σελήνης, προβλήθηκε στο έδαφος μέσω των τρυπών από ένα κόσκινο μία εικόνα. και περιέγραψε το φαινόμενο της συμπεριφοράς των ακτινών του φωτός, όταν περνάνε μέσα από μία μικρή τρύπα. Αυτή η αρχή αξιοποιήθηκε κατά την Αναγέννηση για την καταγραφή εικόνων. Το 1490 ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι (Leonardo Da Vinci 1452 1519) έδωσε σαφείς περιγραφές της camera obscura (σκοτεινό δωμάτιο) στα σημειωματάριά του, στο «Atlantic Codex». Η ποιότητα εικόνας βελτιώθηκε με την προσθήκη ενός κοίλου φακού στην οπή εισόδου του φωτός, από τον Girolamo Gardano τον 16ο αιώνα και την πιο πρόσφατη προσθήκη ενός καθρέφτη για να απεικονίσει την εικόνα ορθά σε μια επιφάνεια εξέτασης, μιας και μέχρι τότε τα είδωλα ήταν 3

αντεστραμένα. Το 1568 ο Daniello Barbaro επινόησε επιπλέον ένα είδος διαφράγματος που επέτρεπε την εστίαση της εικόνας, ενώ το 1636 ο Daniel Schwenter εφηύρε ένα σύστημα πολλαπλών φακών, διαφορετικών εστιακών αποστάσεων, πρόδρομο του σημερινού ζουμ. Εικόνα 1.2.1 Αρχή λειτουργίας της camera obsura σε βιβλίο του 16ου αιώνα (Φραγκόπουλος, 2000 2008) Στις αρχές του 19ου αιώνα η camera obscura πλησίαζε την μορφή και αρχή λειτουργίας της σημερινή αναλογικής φωτογραφικής μηχανής. Μετά από τα στάδια απόδοσης της εικόνας σε πλάκες από διάφορα υλικά (π.χ. αργύρου), το 1888 πραγματοποιήθηκε η επαναστατική για την εποχή ανακάλυψη του φιλμ σε ρολό από τον Geroge Eastman. Έτσι, κατασκευάστηκε η πρώτη φωτογραφική μηχανή κουτί (box camera), την οποία και ονόμασε Kodak. Η μηχανή αυτή χαρακτηριζόταν από μικρό βάρος (περίπου ένα κιλό), είχε μικρές διαστάσεις και διέθετε ένα σταθερό διάφραγμα. Με τη διάδοση του τυλιγμένου φιλμ άρχισε η εποχή της μαζικής χρήσης φωτογραφικών μηχανών. Από τότε, οι συνεχείς βελτιώσεις στο μηχανικό, οπτικό και χημικό τομέα, έδωσαν στη φωτογραφική μηχανή την σημερινή της μορφή. Η εποχή της ψηφιακής φωτογραφίας ξεκινάει στα τέλη του 20ου αιώνα, όπου και παρουσιάστηκε η πρώτη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή στο εμπόριο (Φραγκόπουλος, 2000 2008). 4

1.2.2 Χαρακτηριστικά της φωτογραφικής μηχανής Το όργανο με το οποίο γίνεται η συλλογή των δεδομένων στην Φωτογραμμετρία είναι η φωτογραφική μηχανή. Οι φωτογραφικές μηχανές χωρίζονται ανάλογα με το μέσο αποθήκευσης σε αναλογικές, που αποθηκεύουν την εικόνα σε φιλμ και σε ψηφιακές (στην εσωτερική ή εξωτερική μνήμη της μηχανής). Τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελείται είναι (www.fotoartmagazine.gr, 2001 2009) : Ο φακός (ή σύστημα φακών), που συγκεντρώνει τις ακτίνες του φωτός για να σχηματιστεί η εικόνα Το διάφραγμα, που καθορίζει την ποσότητα του φωτός που θα περάσει μέσα στη μηχανή Ο φωτοφράχτης ή κλείστρο, που ελέγχει πόση ώρα το φως από το αντικείμενο πέφτει στο μέσο καταγραφής Το σώμα, το οποίο είναι ένα κουτί σαν ʺσκοτεινός θάλαμοςʺ, όπου κατευθύνεται εκεί το φως Το αποθηκευτικό μέσο, που μπορεί να είναι φιλμ ή ψηφιακή πλάκα Το μέγεθος, το βάρος και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της ποικίλουν, ανάλογα με την εκάστοτε μεθοδολογία της Φωτογραμμετρίας που χρησιμοποιείται. Για παράδειγμα, στην επίγεια Φωτογραμμετρία χρησιμοποιούνται κυρίως φωτογραφικές μηχανές μικρού μεγέθους, όπως αυτές του εμπορίου. Αντίθετα, στην από αέρα Φωτογραμμετρία οι φωτογραφικές μηχανές έχουν μεγαλύτερο μέγεθος από τις επίγειες φωτογραφικές μηχανές (εικόνα 1.2) και συνοδεύονται από μηχανήματα εξάλειψης σφαλμάτων (Σύστημα Αντιστάθμισης της Πρόσθιας Κίνησης, σύστημα γυροσκοπικής ανάρτησης και απόσβεσης των κραδασμών για τη φωτομηχανή κ.α.) Εικόνα 1.2.2 Σύστημα φωτογραφικής μηχανής για εναέριες λήψεις (www.geomatics.gr) 5

1.2.3 Ο φακός της φωτογραφικής μηχανής Τηλεφακός Ένα από τα σημαντικότερα τμήματα της φωτογραφικής μηχανής όπως προαναφέρθηκε είναι ο φακός που έχει. Ο όρος «φακός» αναφέρεται στο σύνολο των πρισμάτων (σύστημα φακών) που έχει η φωτογραφική μηχανή και μέσω αυτού κατευθύνεται το φως στο μέσο αποθήκευσης (φιλμ ή CCD). Η ποιότητα του φακού είναι άμεσα συνδεδεμένη με την ποιότητα των φωτογραφιών. Οι φακοί χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους, όπως για παράδειγμα, σε φακούς σταθερής εστιακής απόστασης (π.χ. 50mm, 200mm) και σε φακούς μεταβλητής εστιακής απόστασης ή φακούς zoom (π.χ. 28 80mm, 75 300mm). Στην παρούσα διπλωματική εργασία χρησιμοποιήθηκε τηλεφακός με μεταβλητή εστιακή απόσταση (70 300 mm). Με τον όρο τηλεφακό, ονομάζεται ο φακός που έχει εστιακή απόσταση από 50 mm έως και 2000 mm. Ο τηλεφακός έχει στενό οπτικό πεδίο και απομονώνει από το περιβάλλον του ένα αντικείμενο που βρίσκεται μακριά. Εξ αιτίας του μικρού βάθους πεδίου που έχει, καταγράφει με ευκρίνεια το αντικείμενο στο οποίο έχει εστιάσει, ενώ τα υπόλοιπα είναι θολά (Τόλιος κ.α., 2002). 1.3 Εφαρμογές Παρόμοιες Εργασίες Παρακάτω παρατίθεται μία εφαρμογή με παραπλήσιο θέμα με αυτό της παρούσας εργασίας. Η εφαρμογή έχει σκοπό την δημιουργία ορθοεικόνων της πρόσοψης του σιδηροδρομικού σταθμού της πόλης St. Pölten στην Αυστρία. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 16 στάσεις για τον Laser Scanner, από τις οποίες μετρήθηκαν περίπου 20 εκατομμύρια σημεία. Η φωτογραφική μηχανή που χρησιμοποιήθηκε ήταν υψηλής ανάλυσης και οι φακοί που χρησιμοποιήθηκαν είχαν εστιακή απόσταση 20 mm και 85 mm. Για το έργο ελήφθησαν κοντά στις 60 φωτογραφίες που χρησιμοποιήθηκαν μετέπειτα για τον χρωματισμό των νεφών και την παραγωγή ορθοφωτογραφιών (H. Stanek, 2004). 6

Εικόνα 1.3.1 Ορθοφωτογραφία (H. Stanek, 2004) 1.4 Αντικείμενο Έρευνας Η παρούσα έρευνα ξεκίνησε από την ανάγκη παραγωγής φωτογραμμετρικών προϊόντων, με επίγειες μετρήσεις, για αντικείμενα που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση και η πρόσβαση σε αυτά είναι περιορισμένη ή αδύνατη, όπως συμβαίνει σε πολλά μνημεία της χώρας μας. Το αντικείμενο έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να διερευνηθεί εάν είναι δυνατή η βαθμονόμηση της φωτογραφικής μηχανής με την χρήση τηλεφακού μεταβλητής εστιακής απόστασης 70 300 mm, και να παραχθούν φωτογραμμετρικά προϊόντα αποδεκτής ακρίβειας. Ως πηγή χωρικής πληροφορίας χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από Laser Scanner (τρισδιάστατο μοντέλο) από την διπλωματική εργασία του Αντωνιάδη Δημήτρη, με θέμα «Αποτύπωση της Μόνης Ρουσάνου Μετεώρων ν. Τρικάλων με χρήση Laser Scanner». Επίσης οι εικόνες που είναι απαραίτητες για την ολοκλήρωση της έρευνας λήφθηκαν κατά τις εργασίες πεδίου για την αποτύπωση της Μονής Ρουσάνου. Παράγωγα της παραπάνω διαδικασίας είναι ορθοεικόνες και ορθοφωτοχάρτες της Μονής σε κλίμακα 1:50. H Μονή Ρουσάνου βρίσκεται στα Μετέωρα Καλαμπάκας, νομού Τρικάλων και εντοπίζεται μεταξύ των μονών Αγίου Νικολάου Αναπαυσά και Βαρλαάμ. Η Μονή ιδρύθηκε κατά τον 14ο αιώνα και σήμερα λειτουργεί ως γυναικείο μοναστήρι (Αντωνιάδης, 2009). 7

Κεφάλαιο 2 : Εξοπλισμός

2 Εξοπλισμός 2.1 Φωτογραφική μηχανή Canon Η εσωτερική κάμερα του scanner δεν έχει ικανοποιητική ανάλυση για τις συνθήκες αποτύπωσης και το είδος εργασίας που θα γίνουν. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιήθηκε η φωτογραφική μηχανή EOS 400D digital της εταιρίας Canon, τα τεχνικά χαρακτηριστικά της οποίας είναι : Αισθητήρας CCD Αισθητήρας CMOS 22,2 x 14,8 χιλ. 10,5 Megapixels (10,1ενεργά) Αναλογία: 3:2 Βαθυπερατό φίλτρο με ενσωματωμένο σύστημα αυτόματου καθαρισμού Φίλτρο βασικών χρωμάτων Μέγιστη ανάλυση (σε pixels) 3888 x 2592 Φακός Τύπος εικονοσκοπίου Pentamiror στο ύψος του οφθαλμού Κάλυψη: 95 % Μεγέθυνση: 0,8 x Eye relief: 21 mm Ημιδιαφανής καθρέφτης γρήγορης επιστροφής Διοπτρική διόρθωση: από 3 ως 1 dpt Οθόνη LCD Οθόνη TFT 2,5ʺ (6,35 εκ.) 230.000 pixels Κάλυψη: 100 % 8

Εικόνα 2.1.1 η φωτογραφική μηχανή EOS 400D digital της εταιρίας Canon Η παραπάνω μηχανή τοποθετήθηκε επάνω στον laser scanner στην ειδική βάση μαζί με τον τηλεφακό της Sigma (εικόνα 2.1.2). Η βάση αυτή είναι κεντρωμένη στο σημείο Ο του οργάνου. Εικόνα 2.1.2 Ο laser scanner ILRIS 3D και πάνω του η φωτογραφική μηχανή Canon με τον τηλεφακό 9

2.2 Ο Τηλεφακός Sigma 70mm 300mm Ο τηλεφακός που χρησιμοποιήθηκε είναι ο Sigma 70 300 mm. Οι θέσεις εστίασης που χρησιμοποιήθηκαν είναι η μέγιστη και η ελάχιστη (300 mm και 70 mm αντίστοιχα). Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του φακού είναι : Focal length 70 300 mm Aperture f/4 5.6 Angle of view 34.3 8.2 Filter size / type 58mm Construction Elements/groups 14 elements in 10 groups Focusing type Rotating & extending Closest focus 1.5m (0.95m in Macro mode 1:2) Weight 0.55kg Εικόνα 2.2.1 Ο τηλεφακός Sigma 70mm 300mm 10

Κεφάλαιο 3 : Μεθοδολογία

3 Μεθοδολογία 3.1 Διαδικασία βαθμονόμησης της κάμερας Με την βαθμονόμηση της κάμερας προσδιορίζονται τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισμού. Εσωτερικός προσανατολισμός ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία αποκαθίσταται η πορεία της φωτεινής ακτίνας μέσα στην κάμερα, όπως αυτή υπήρχε κατά τη στιγμή της λήψης. Έτσι, με την βαθμονόμηση υπολογίζονται η βαθμονομημένη εστιακή απόσταση, οι συντεταγμένες του πρωτεύοντος σημείου και την ακτινική παραμόρφωση των φακών. Οι συντεταγμένες των εικονοσημάτων υπολογίζονται για τις αναλογικές φωτογραφικές μηχανές, ενώ στις ψηφιακές τα εικονοσήματα είναι οι γωνίες τις εικόνας. (Πατιάς, 1999) 3.1.1 Λογισμικό Για την βαθμονόμηση της κάμερας χρησιμοποιήθηκαν δυο λογισμικά, το λογισμικό Iwitness της εταιρίας Photometrix και το λογισμικό Shapecapture της εταιρίας ShapeQuest. Η βασική αρχή λειτουργίας και των δυο λογισμικών είναι όμοια, δηλαδή λαμβάνονται εικόνες σταθερών στόχων ή κτιρίων από διαφορετικές γωνίες και στην συνέχεια με την χρήση ομόλογων σημείων μεταξύ των εικόνων και αλγορίθμων, υπολογίζονται τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισμού της κάμερας. Ο εντοπισμός των ομόλογων σημείων γίνεται είτε με αυτόματο τρόπο χρησιμοποιώντας ειδικούς στόχους, είτε με μη αυτόματο τρόπο, επιλέγοντας ομόλογα σημεία ο χρήστης, είτε με συνδυασμό των παραπάνω, αν για παράδειγμα ο αυτόματος εντοπισμός δεν είναι απόλυτα επιτυχημένος. Στο Iwitness οι στόχοι που χρησιμοποιούνται για την αυτόματο εντοπισμό των σημείων είναι ειδικά χρωματικά κωδικοποιημένοι στόχοι σχήματος Τ, ενώ στο Shapecapture μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε στόχος, αρκεί να αποτελείται από μαύρα κυκλικά σημάδια σε άσπρο φόντο. 11

Μια από τις βασικές διαφορές των δυο λογισμικών είναι ότι το Shapecapture εκτός από τις μεθόδους που περιγράφονται παραπάνω, έχει την δυνατότητα να υπολογίσει τον εσωτερικό και εξωτερικό προσανατολισμό της κάμερας με την χρήση μίας μόνο λήψης και φωτοσταθερών σημείων. Οι συντεταγμένες των σημείων προσδιορίζονται με γεωδαιτικό σταθμό και στην συνέχεια γίνεται η αντιστοίχισή τους πάνω στην εικόνα. 3.1.2 Σχεδιασμός λήψεων Για την βελτίωση της ακρίβειας αλλά και για τη σωστή λειτουργία των αλγορίθμων των λογισμικών, κατά των σχεδιασμό των λήψεων των εικόνων βαθμονόμησης εφαρμόστηκαν βασικές αρχές. Οι αρχές αυτές περιγράφονται αναλυτικά στα εγχειρίδια και των δυο λογισμικών. 1. Χρήση της μέγιστης ανάλυση της κάμερας που για την Canon EOS400D είναι 10 MP (3888x 2592 pix). 2. Χρήση των αυτόματων ρυθμίσεων έκθεσης και ισορροπίας χρωμάτων, έτσι ώστε η ποιότητα φωτογράφησης να είναι η καλύτερη δυνατή. 3. Χρήση όπου είναι δυνατόν της χειροκίνητης εστίασης (Manual Focus), έτσι ώστε η εστιακή απόσταση να παραμένει σταθερή. 4. Τοποθέτηση των στόχων σε διάφορα επίπεδα. Έτσι σε κάποιες λήψεις οι στόχοι τοποθετήθηκαν σε μεταλλική κατασκευή που έδινε αυτήν την δυνατότητα. Με αυτόν τον τρόπο τα ομόλογα σημεία δεν θα βρισκόταν στο ίδιο επίπεδο. Σε λήψεις που δεν ήταν δυνατή η χρήση της μεταλλικής κατασκευής, επιλέγονται ομόλογα σημεία που βρίσκονται σε διαφορετικό επίπεδο (π.χ. ανάγλυφες επιφάνειες του κτιρίου). 5. Λήψη φωτογραφιών με γωνίες συγκεκριμένες σε σχέση με το επίπεδο των στόχων(30 έως και 90 μοίρες). 6. Λήψεις εικόνων των στόχων με στροφή του άξονα της κάμερας κατά 90 μοίρες. 7. Λήψη πλήθους φωτογραφιών. 3.1.3 Λήψεις Έχοντας υπόψη τους παραπάνω βασικούς κανόνες, έγινε λήψη διαφόρων εικόνων που θα χρησιμοποιούνταν στη συνέχεια για τον προσδιορισμό του εσωτερικού προσανατολισμού της κάμερας. Κάθε φορά γινόταν λήψη στην εστιακή απόσταση των 70 χιλιοστών και όπου ήταν 12

δυνατόν στα 300 χιλιοστά, όπως ακριβώς έγινε κατά την αποτύπωση της μονής Ρουσάνου. Αρχικά επιχειρήθηκε η φωτογράφηση στόχων του Iwitness οι οποίοι τοποθετήθηκαν με διάφορους τρόπους, όπως για παράδειγμα σε μεταλλική κατασκευή διαφόρων επιπέδων, σε σκληρό χαρτόνι κ.λ.π. Ο στόχος ήταν η βαθμονόμηση της κάμερας με αυτόματη αναγνώριση των σημείων από το λογισμικό. Η διαδικασία ήταν επιτυχής με εστιακή απόσταση της μηχανής 70 χιλιοστά. Στα 300 χιλιοστά όμως, όπως περιγράφεται αναλυτικά παρακάτω, δεν υπήρχαν τα επιθυμητά αποτελέσματα οπότε και έγιναν επαναληπτικές φωτογραφήσεις. Αναλυτικότερα: Πρώτη προσπάθεια βαθμονόμησης Η πρώτη λήψη έγινε από θέση δυτικά του κτιρίου του νέου παιδαγωγικού του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης προς το χώρο στάθμευσης που βρίσκεται σε χαμηλότερο επίπεδο (εικόνα 3.1.1). Οι στόχοι τοποθετήθηκαν σταθερά σε ένα σκληρό χαρτόνι και έτσι όλοι βρισκόταν στο ίδιο επίπεδο, εκτός από έναν ο οποίος τοποθετήθηκε ψηλότερα. Για τη λήψη η κάμερα παρέμενε σταθερή ενώ περιστρεφόταν κάθε φορά το σύστημα των στόχων. Οι εστιακές αποστάσεις που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 70 χιλιοστά με χειροκίνητη εστίαση και 300 χιλιοστά με αυτόματη εστίαση. Η χειροκίνητη εστίαση δεν χρησιμοποιήθηκε στα 300 χιλιοστά γιατί η απόσταση δεν επέτρεπε την λήψη καθαρών εικόνων. Η λήψη αυτή απορρίφτηκε και για τις δυο εστιακές αποστάσεις, γιατί λόγω του υπερυψωμένου στόχου κάποια σημεία δεν ήταν ορατά. Επίσης, λόγω του κακού φωτισμού δεν ήταν δυνατή η αυτόματη αναγνώριση των στόχων και τέλος στα 300 χιλιοστά δεν ήταν δυνατή η χρήση της χειροκίνητης εστίασης. ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΣΤΟΧΩΝ Εικόνα 3.1.1 Θέση πρώτης λήψης 13

Εικόνα 3.1.2 Εικόνα από πρώτη λήψη στα 70 mm με αυτόματη εστίαση Η δεύτερη λήψη πραγματοποιήθηκε σχετικά κοντά στην πρώτη νοτιοδυτικά του νέου κτιρίου του παιδαγωγικού του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (εικόνα 3.1.3). Έγιναν 2 λήψεις στα 70 και στα 300 χιλιοστά με αυτόματη εστίαση. Οι στόχοι τοποθετήθηκαν και πάλι σε σκληρό χαρτόνι και βρισκόταν στο ίδιο υψομετρικό επίπεδο με την κάμερα. Για την φωτογράφιση περιστρεφόταν το σύστημα των στόχων, σε αυτήν την περίπτωση όμως οι στόχοι τοποθετούνταν κάθετα στο έδαφος έτσι ώστε όλα τα σημεία τους να είναι ορατά. Η φωτογράφηση αυτή έδωσε αποτελέσματα τόσο στα 70 όσο και στα 300 χιλιοστά (παρ. 3.1.4.2), τα οποία δεν ήταν ικανοποιητικά για λόγους που περιγράφονται αναλυτικότερα παρακάτω. Πιο συγκεκριμένα στα 70 χιλιοστά οι στόχοι βρισκόταν στο ίδιο επίπεδο καθώς και η γωνία λήψης σε σχέση με το επίπεδο των στόχων ήταν σχεδόν μηδενική. Αυτό μπορούσε να βελτιωθεί με την τοποθέτηση των στόχων σε διαφορετικά επίπεδα και με την επιλογή σημείου λήψης, που να έδινε την δυνατότητα φωτογράφησης από διάφορες γωνίες, τόσο στο οριζόντιο όσο και στο κατακόρυφο επίπεδο. Επίσης στα 300 χιλιοστά έπρεπε η λήψη να γίνει από μεγαλύτερη απόσταση έτσι ώστε στη χειροκίνητη εστίαση η εικόνα να είναι σχετικά εστιασμένη και να υπάρχει η δυνατότητα αυτόματης αναγνώρισης των στόχων από το Iwitness. Στην περίπτωση που αυτό πάλι δεν ήταν εφικτό θα γινόταν λήψη με αυτόματη εστίαση, όμως λόγω της μεγάλης απόστασης φωτογράφησης η αυτόματη εστίαση θα προσέγγιζε το άπειρο. Έτσι η εστιακή απόσταση θα ήταν περίπου όμοια με αυτή που θα είχαμε αν φωτογραφίζαμε με χειροκίνητη εστίαση ρυθμισμένη στο άπειρο. Με αυτόν τον τρόπο δηλαδή θα μπορούσαμε με την χρήση αυτόματης εστίασης να προσομοιώσουμε τις συνθήκες φωτογράφησης με χειροκίνητη εστίαση. 14

ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΣΤΟΧΩΝ Εικόνα 3.1.3 Θέση δεύτερης λήψης Εικόνα 3.1.4 Εικόνα από δεύτερη λήψη στα 70 mm με αυτόματη εστίαση Δεύτερη προσπάθεια βαθμονόμησης Για την επόμενη λήψη χρησιμοποιήθηκε μια μεταλλική κατασκευή (εικόνες 3.1.6 και 3.1.7) η οποία έδινε τη δυνατότητα τοποθέτησης των στόχων σε διαφορετικά επίπεδα. Επίσης διερευνήθηκε η θέση που θα επέτρεπε να υπάρχει μεγάλο εύρος λήψης και στο οριζόντιο αλλά και στο κατακόρυφο επίπεδο. Έτσι επιλέχθηκαν δυο θέσεις η μια στο αίθριο της πολυτεχνικής σχολής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και η άλλη στην κεντρική είσοδο, οι οποίες παρείχαν δυνατότητα φωτογράφησης από διαφορετικά επίπεδα (εικόνα 3.1.5). Η λήψη στο αίθριο τελικά απορρίφτηκε διότι λόγω της θέσης του είχε πολύ κακό φωτισμό με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η αυτόματη αναγνώριση των στόχων. Οπότε έγινε χρήση της λήψης στην κεντρική είσοδο της πολυτεχνικής σχολής, η οποία έδωσε τελικά ικανοποιητικά αποτελέσματα για τα 70 χιλιοστά (παρ. 3.1.4.1). Για τα 300 χιλιοστά δοκιμάστηκε η χρήση της χειροκίνητης εστίασης αλλά η απόσταση ήταν πολύ μικρή. Έτσι οι εικόνες δεν ήταν 15

αρκετά καθαρές. Επίσης στην αυτόματη εστίαση η κάμερα εστίαζε σε ρύθμιση πέρα από το άπειρο, που ήταν η τιμή εστίασης που ήταν επιθυμητή. ΘΕΣΗ ΣΤΟΧΩΝ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΣΤΟΧΩΝ Εικόνα 3.1.5 Θέση λήψης στην κεντρική είσοδο και στο αίθριο της πολυτεχνικής Εικόνα 3.1.6 Εικόνα από το αίθριο στα 70 mm με αυτόματη εστίαση Εικόνα 3.1.7 Εικόνα από την κεντρική είσοδο στα 70 mm με χειροκίνητη εστίαση 16

Τρίτη προσπάθεια βαθμονόμησης Στην συνέχεια έπρεπε να προσδιοριστεί θέση από την οποία θα μπορούσε να γίνει λήψη στα 300 χιλιοστά, εξασφαλίζοντας την απόσταση και ταυτόχρονα την δυνατότητα λήψης των στόχων από διάφορες γωνίες. Έτσι έγινε δοκιμαστική λήψη στον προαύλιο χώρο της εκκλησίας της Αγ. Σοφίας (Δήμος Θεσσαλονίκης εικόνα 3.1.8), ο οποίος βρίσκεται χαμηλότερα από το επίπεδο του δρόμου. Η υψομετρική διαφορά που υπήρχε μεταξύ των δρόμων και του προαύλιου χώρου εξασφάλιζε την απόσταση φωτογράφησης των στόχων, αλλά προκαλούσε μεγάλες γωνίες λήψης (εικόνα 3.1.10). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει αυτόματη αναγνώριση των στόχων από το Iwitness. Επίσης, η λήψη εστιασμένης εικόνας χειροκίνητα ήταν αδύνατη (εικόνα 3.1.9), ενώ η με την αυτόματη εστίαση δεν προσεγγιζόταν η επιθυμητή τιμή που ήταν το άπειρο. Σε αυτό το σημείο λοιπόν εγκαταλείφτηκαν οι προσπάθειες για την βαθμονόμηση της κάμερας με αυτόματο τρόπο στα 300 χιλιοστά. ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΣΤΟΧΩΝ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ Εικόνα 3.1.8 Θέση λήψης στην Αγία σοφία Εικόνα 3.1.9 Εικόνα των στόχων με χειροκίνητη εστίαση στα 300mm 17

Εικόνα 3.1.10 Εικόνα των στόχων με αυτόματη εστίαση στα 300mm Τέταρτη προσπάθεια βαθμονόμησης Στην συνέχεια διερευνήθηκε η δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί η μη αυτόματη επιλογή σημείων στο Iwitness, καθώς και η χρήση του λογισμικού Shapecapture. Η μέθοδος αυτή έδινε την δυνατότητα φωτογραφίζοντας από μεγάλες αποστάσεις, να χρησιμοποιηθεί χειροκίνητη εστίαση ή τουλάχιστον στην περίπτωση που χρησιμοποιούνταν η αυτόματη εστίαση αυτή να γίνεται πολύ κοντά στην τιμή άπειρο. Ένα άλλο βασικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η επιλογή των σημείων έγινε στην επιφάνεια μιας όψης κτιρίου, δηλαδή περίπου στην ίδια κλίμακα με αυτήν που έγινε η φωτογράφηση στην μονή Ρουσάνου. Έτσι έγινε φωτογράφηση της όψης του κτιρίου του Πανεπιστημίου Μακεδονίας (εικόνα 3.1.12) και του ξενοδοχείου Μακεδονία Παλλάς (εικόνα 3.1.14). Για το Πανεπιστήμιο Μακεδονίας πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με γεωδαιτικό σταθμό (Αντωνιάδης, και Παπαδημητράκης,2009), έτσι ήταν δυνατή η χρήση αυτής της λήψης στο λογισμικό Shapecapture για την αντιστοίχηση των σημείων που είχαν μετρηθεί (παρ. 3.1.4.4). Για τον λόγο αυτό στο Πανεπιστήμιο Μακεδονίας έγινε λήψη από μία μόνο θέση στα 300 χιλιοστά με την χρήση αυτόματης εστίασης. Η τιμής της εστίασης ήταν πολύ κοντά στο άπειρο όπως ακριβώς ήταν αναμενόμενο. Στο Μακεδονία Παλλάς λόγω της ύπαρξης της νέας παραλίας, υπήρχε αρκετός χώρος με απόσταση που ήταν ικανοποιητική, για την εστίαση άπειρο στα 300 χιλιοστά. Έτσι στο Μακεδονία Παλλάς έγιναν λήψεις μιας όψης από διάφορες γωνίες. Οι λήψεις αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο Iwitness για τον μη αυτόματο προσδιορισμό ομόλογων σημείων μεταξύ τους, και τη χρήση του αλγορίθμου αυτοβαθμονόμησης για τον προσδιορισμό του εσωτερικού προσανατολισμού της κάμερας (παρ. 3.1.4.3). 18

Στον Πίνακα 3.1.1 που ακολουθεί παρουσιάζεται συνοπτικά το σύνολο των λήψεων πού έγιναν κατά την διαδικασία προσδιορισμού του εσωτερικού προσανατολισμού τόσο στα 70, όσο και στα 300 χιλιοστά. Πίνακας 3.1.1 Συνοπτική περιγραφή των λήψεων Θέση Προσπάθεια Λήψη ΑF 70 mm ΑF 300 mm ΜF 70 mm ΜF 300 mm Αποδεκτή λήψη Αποδεκτά αποτελέσματα Παιδαγωγικό 1 1 Παιδαγωγικό 1 2 Αίθριο 2 1 Κεντρική είσοδος 2 2 Αγ. Σοφία 3 1 ΠΑΜΑΚ 4 1 Μακεδονία Παλλάς 4 1 ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΠΑΜΑΚ Εικόνα 3.1.11 Θέση λήψης στο Πανεπιστήμιο Μακεδονία Εικόνα 3.1.12 Εικόνα από το πανεπιστήμιο Μακεδονία στα 300 mm με αυτόματη εστίαση 19

ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΘΕΣΗ ΛΗΨΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑ ΠΑΛΛΑΣ Εικόνα 3.1.13 Θέση λήψης στο Μακεδονία Παλλάς Εικόνα 3.1.14 Εικόνα από το Μακεδονία Παλλάς στα 300 mm με αυτόματη εστίαση 3.1.4 Βαθμονόμηση 3.1.4.1 Αυτόματη βαθμονόμηση στα 70 mm με το Iwitness Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε είναι η αυτόματη βαθμονόμηση με ειδικούς χρωματικά κωδικοποιημένους στόχους μορφής Τ οι οποίοι φωτογραφήθηκαν στο πεδίο από διάφορες οπτικές γωνίες. Οι στόχοι αυτοί αναγνωρίζονται αυτόματα από το λογισμικό όταν η έκθεση και η ισορροπία των χρωμάτων των λήψεων είναι κατάλληλες (δεν υπάρχει υπέρ ή υπόφωτισμός), ενώ η εστίαση τους είναι λιγότερο σημαντική. Στην συνέχεια με την συνόρθωση των αυτόματα αναγνωρισμένων στόχων, υπολογίζονται τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισμού της μηχανής. Κατά τη βαθμονόμηση στα 70 mm (προσπάθεια 2 λήψη 2) υπολογίστηκαν η εστιακή απόσταση (73,3044 mm), η απόκλιση από το 20

πρωτεύων σημείο της φωτογραφίας σε mm (Xp = 0,1599 και Υp =0,5319) και οι 3 συντελεστές ακτινικής παραμόρφωσης του φακού Κ1, Κ2, Κ3 (4.7797e 005, 2.2905e 007 και 1.0151e 009). Επίσης, από τη βάση δεδομένων του Iwitness για την Canon EOS 400D χρησιμοποιήθηκαν οι ακριβείς διαστάσεις του αισθητήρα της κάμερας (3888x2592) αλλά και το μέγεθος του εικονοστοιχείου (0,0057x0,0057 mm). Έτσι εύκολα υπολογίζεται ότι η απόκλιση του αρχικού σημείου από κέντρο του αισθητήρα είναι 28,053 pix στον άξονα Χ και 93.3157 pix στον άξονα των Υ. Συνεπώς, οι πραγματικές συνταγμένες του πρωτεύοντος σημείου είναι (1972.053, 1389.316) pix. Πίνακας 3.1.2 Αποτελέσματα βαθμονόμησης στα 70 mm c (mm) Xp (mm) Υp (mm) Κ1 Κ2 Κ3 73,3044 0,1599 0,5319 4.7797e 005 2.2905e 007 1.0151e 009 Η βαθμονόμηση έγινε με ακρίβεια 0.17 pix και βρίσκεται εντός των ορίων της ακρίβειας των 0,1 2,0 pix που μπορεί επιτευχτεί με το λογισμικό (Photometrix, 2006). Επίσης ο συντελεστής ποιότητας της αυτοβαθμονόμησης είναι ικανοποιητικός με τιμή 1.0 (απορρίπτεται όταν είναι μεγαλύτερος από 3). Τα αποτελέσματα της βαθμονόμησης αλλά και η αναφορά της βαθμονόμησης παρατίθενται παρακάτω. Κατόπιν εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος της αυτοβαθμονόμησης (Self Calibration) για την βελτίωση των αποτελεσμάτων, ο οποίος χρησιμοποιεί ως γνωστές πλέον τις τρισδιάστατες συντεταγμένες των σημείων στον επανυπολογισμό των εσωτερικών παραμέτρων της κάμερας. Εικόνα 3.1.15 Βελτίωση εικόνας για τον ακριβέστερο εντοπισμό των σημείων 21

Εικόνα 3.1.16 Χειροκίνητος συσχετισμός των σημείων, όπου αυτό δεν έγινε αυτόματα Εικόνα 3.1.17 Έλεγχος σημείων που εντοπίστηκαν αυτόματα Εικόνα 3.1.18 Τρισδιάστατη απεικόνιση των λήψεων 22

Εικόνα 3.1.19 Αποτελέσματα και αναφορά βαθμονόμησης στα 70mm 3.1.4.2 Αυτόματη βαθμονόμηση στα 300 mm με το Iwitness Στην περίπτωση των 300 mm έγιναν 3 διαφορετικές λήψεις των στόχων σε διάφορες τοποθεσίες της Θεσσαλονίκης (νέο κτίριο παιδαγωγικού, προαύλιος χώρος εκκλησίας Αγίας Σοφίας, κεντρική είσοδος πολυτεχνείου). Το πρόβλημα που εντοπίστηκε και στις 3 περιπτώσεις, ήταν η αδυναμία λήψης εικόνας με ικανοποιητική εστίαση των στόχων, χρησιμοποιώντας χειροκίνητη εστίαση, εξαιτίας της μικρής απόστασης (εικόνα 3.1.5). Στην συνέχεια, παρόλο που δεν συνιστάται σε καμία περίπτωση η χρήση της αυτόματης εστίασης (η εστιακή απόσταση δεν διατηρείται σταθερή σε κάθε λήψη) έγινε δοκιμαστικά λήψη φωτογραφιών με αυτή τη ρύθμιση. Η βαθμονόμηση με την χρήση αυτών των λήψεων, έδωσε τιμές για την εστιακή απόσταση αλλά και για το πρωτεύων σημείο, οι οποίες δεν θα μπορούσαν να γίνουν αποδεκτές. Όπως φαίνεται και στον πίνακα 3.1.3 τα υπολογιζόμενα αποτελέσματα αποκλίνουν πολύ από τα αναμενόμενα, παρόλο που η τιμή του rms και της γεωμετρίας της αυτοβαθμονόμησης ήταν ικανοποιητικές (RMS = 0,49 και Quality of Self Calibration = 2,2 ). 23

Πίνακας 3.1.3 Αποτελέσματα βαθμονόμησης στα 300 mm c (mm) Xp (mm) Υp (mm) Κ1 Κ2 Κ3 284,4862 10,3751 6,5826 9,6196e 006 4,4984e 008 6,1993e 011 Εικόνα 3.1.20 Φωτογραφία των στόχων με χειροκίνητη εστίαση στα 300mm Εικόνα 3.1.21 Φωτογραφία των στόχων με αυτόματη εστίαση στα 300mm 24

Εικόνα 3.1.22 Υπολογισμένα στοιχεία εσωτερικού προσανατολισμού στα 300mm 3.1.4.3 Μη αυτόματη βαθμονόμηση στα 300 mm με το Iwitness Για την μη αυτόματη βαθμονόμηση χρησιμοποιήθηκε η λήψη στο Μακεδονία Παλλάς. Η Συγκεκριμένη λήψη είχε εστίαση πολύ κοντά στο άπειρο. Επίσης έγινε σε τέτοια απόσταση στην οποία η όψη καταλάμβανε σημαντικό μέρος της εικόνας. Επίσης λόγω της κατασκευής του κτιρίου που αποτελείται από πολλούς ορόφους υπήρχαν πολύ εύκολα αναγνωρίσιμα σημεία σε όλες τις εικόνες. Έτσι επιλέχθηκαν 75 ομόλογα σημεία σε οκτώ από τις εικόνες υπήρχαν. Δυο από τις εικόνες είχαν κάθετο προσανατολισμό για την βελτίωση των αποτελεσμάτων. Στην συνέχεια εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος αυτοβαθμονόμησης ο οποίος δεν έδωσε κανένα αποτέλεσμα (εικόνα 3.1.25) παρόλο που οι τιμές μέσου τετραγωνικού σφάλματος επιλογής σημείου καθώς και η ποιότητα τις γεωμετρίας ήταν αρκετά καλές (RMS = 1, Quality of geometry = 1). 25

Εικόνα 3.1.23 Χειροκίνητη επιλογή σημείων Εικόνα 3.1.24 Χειροκίνητη επιλογή σημείων Εικόνα 3.1.25 Επίλυση εσωτερικού προσανατολισμού στα 300mm 26

3.1.4.4 Μη αυτόματη βαθμονόμηση με το Shapecapture Για την βαθμονόμηση στο λογισμικό Shapecapture χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της μη αυτόματης βαθμονόμησης με επιλογή στην εικόνα σημείων με γνωστές συντεταγμένες. Έτσι χρησιμοποιήθηκε η λήψη στα 300 χιλιοστά στο Πανεπιστήμιο Μακεδονίας πάνω στην οποία επιλέχθηκαν 27 από τα σημεία που μετρήθηκαν με γεωδαιτικό σταθμό (Αντωνιάδης και Παπαδημητράκης,2009). Πίνακας 3.1.4 Συντεταγμένες των σημείων για την βαθμονόμηση Σημείο X Y H Σημείο X Y H 1 411945.868 4497355.453 25.172 18 411940.206 4497365.087 38.139 2 411944.863 4497357.191 25.461 19 411940.623 4497364.366 38.134 4 411942.045 4497362.079 50.619 20 411941.616 4497362.673 38.171 5 411941.641 4497362.641 50.623 21 411942.029 4497361.969 38.172 6 411940.638 4497364.472 50.589 22 411943.981 4497358.596 38.175 7 411940.217 4497365.090 50.612 23 411944.829 4497357.180 38.140 8 411939.209 4497366.830 50.617 25 411937.586 4497368.049 35.913 9 411938.319 4497368.328 50.620 26 411934.100 4497374.097 36.146 10 411936.380 4497371.619 50.643 27 411934.921 4497373.924 46.812 11 411935.546 4497373.038 50.649 28 411936.821 4497370.662 46.791 12 411934.514 4497374.812 50.624 29 411937.700 4497369.166 46.744 13 411934.514 4497374.817 50.617 30 411939.601 4497365.915 46.777 14 411935.556 4497373.019 50.611 31 411941.024 4497363.482 46.732 15 411936.411 4497371.569 38.133 32 411942.418 4497361.100 46.650 16 411938.297 4497368.346 38.116 33 411943.318 4497359.565 46.704 17 411939.207 4497366.794 38.116 34 411945.209 4497356.287 46.721 Εικόνα 3.1.26 Εισαγωγή μεγέθους εικονοστοιχείου 27

Εικόνα 3.1.27 Εισαγωγή και επιλογή σημείων για βαθμονόμηση στα 300 mm Ο αλγόριθμος της βαθμονόμησης αρχικά έδωσε κάποιες προτεινόμενες τιμές, τις οποίες μπορεί ο χρήστης να τροποποιήσει για τη βελτίωση του αποτελέσματος. Αφήνοντας τις τιμές ως έχουν και συνεχίζοντας τη διαδικασία δεν προέκυπτε κανένα αποτέλεσμα, ενώ ταυτόχρονα το λογισμικό πρότεινε να γίνει αλλαγή κάποιων αρχικών τιμών. Έτσι δοκιμάζοντας με επανεκτέλεση του αλγόριθμου διάφορες αλλαγές στις αρχικές τιμές, δεν προέκυψε κάποια λογική τιμή για την εστιακή απόσταση και για το πρωτεύον σημείο. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκε επαναληπτική μέτρηση των σημείων του κτιρίου με τον γεωδαιτικό σταθμό. Η επανάληψη της μέτρησης θα εξασφάλιζε την ορθότητα των συντεταγμένων των σημείων, που χρησιμοποιούνται στην παραπάνω διαδικασία. Εικόνα 3.1.28 Αρχικά και τελικά (θέτοντας f=300 και pitch = 10 )αποτελέσματα στα 300 mm με τις πρώτες μετρήσεις 28

Αφού ολοκληρωθήκαν οι μετρήσεις με τον γεωδαιτικό σταθμό έγινε εισαγωγή των δεδομένων στο Shapecapture. Στην συνέχεια αντιστοιχηθήκαν 29 σημεία από τις μετρήσεις πάνω στην εικόνα. Όμως, ενώ η διαδικασία έδινε ότι το Calibration έγινε με επιτυχία, στην πράξη όμως δεν είχαμε κανένα λογικό αποτέλεσμα. Πίνακας 3.1.5 Νέες συντεταγμένες των σημείων για την βαθμονόμηση Σημείο X Y H Σημείο X Y H 1 1000.758 1038.739 124.917 19 1011.163 1037.101 112.396 2 1002.928 1038.391 124.902 20 1008.992 1037.445 112.408 3 1004.476 1038.145 124.914 21 1008.392 1037.546 112.409 4 1008.297 1037.553 124.905 22 1004.446 1038.174 112.394 5 1008.972 1037.444 124.895 23 1002.917 1038.413 112.400 6 1011.191 1037.039 124.888 24 1008.703 1038.298 110.232 7 1011.774 1036.996 124.895 26 1022.630 1036.048 110.226 8 1013.931 1036.659 124.921 27 1022.042 1035.459 121.032 9 1015.490 1036.413 124.924 28 1018.318 1036.064 121.021 10 1019.425 1035.803 124.900 29 1016.565 1036.340 121.008 11 1020.965 1035.545 124.915 30 1012.875 1036.918 121.024 12 1023.100 1035.205 124.898 31 1010.095 1037.373 120.992 13 1023.101 1035.206 112.408 32 1007.322 1037.821 120.971 14 1020.942 1035.547 112.390 33 1005.586 1038.090 120.970 15 1019.418 1035.785 112.370 34 1001.855 1038.683 120.972 16 1015.464 1036.412 112.388 35 1001.563 1039.448 110.225 17 1013.935 1036.660 112.378 36 1009.511 1038.170 111.884 18 1011.760 1037.003 112.399 37 1014.818 1037.325 111.893 29

Εικόνα 3.1.29Αρχικά και τελικά αποτελέσματα στα 300 mm με νέες μετρήσεις Κατόπιν αφού στα 300 χιλιοστά δεν είχαμε κανένα αποτέλεσμα εφαρμόστηκε η ίδια διαδικασία και με εικόνες στα 70 χιλιοστά για το κτίριο του Πανεπιστημίου Μακεδονίας. Έγινε η αντιστοίχιση των σημείων και χρησιμοποιήθηκαν δυο διαφορετικές λήψεις τόσο με τις παλιές όσο και με τις νεότερες μετρήσεις φωτοσταθερών σημείων. Σε καμία από τις παραπάνω προσπάθειες δεν προέκυψε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Εικόνα 3.1.30 Αρχικά και τελικά (θέτοντας f=70 και pitch = 9 )αποτελέσματα στα 70 mm με τις πρώτες μετρήσεις 30

Εικόνα 3.1.31 Αρχικά και τελικά (θέτοντας f=70) αποτελέσματα στα 70 mm με νέες μετρήσεις Συνοψίζοντας, με την επανειλημμένη εφαρμογή του αλγορίθμου τόσο για την εστιακή απόσταση των 70 mm, όσο και για των 300 mm, δεν προέκυψε από την διαδικασία κανένα αποδεκτό αποτέλεσμα για τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισμού της κάμερας. Η αδυναμία εξαγωγής αποδεκτών αποτελεσμάτων δεν οφείλεται στην ακρίβεια μέτρησης των φωτοσταθερών, αλλά ούτε και στη λάθος εφαρμογή της διαδικασίας βαθμονόμησης στο λογισμικό. Για την αποφυγή τυχαίων σφαλμάτων, έγινε δεύτερη μέτρηση των φωτοσταθερών με τον ίδιο γεωδαιτικό σταθμό και η ορθότητα της διαδικασίας βαθμονόμησης στο λογισμικό επιβεβαιώθηκε επικοινωνώντας με την υποστήριξη της εταιρίας του λογισμικού. Με βάση τα παραπάνω η αδυναμία διεξαγωγής ορθού αποτελέσματος οφείλεται στο ότι το συγκεκριμένο λογισμικό δεν προορίζεται για την βαθμονόμηση φακών μεγάλων εστιακών αποστάσεων (τηλεφακών). 3.2 Συλλογή Δεδομένων Οι λήψεις των εικόνων έγιναν το πρώτο Σαββατοκύριακο του Αυγούστου του 2008, κατά την διάρκεια των εργασιών πεδίου για την αποτύπωση της Μονής Ρουσάνου. Ο καιρός τις ημέρες εκείνες ήταν ιδανικός (έντονη ηλιοφάνεια, χαμηλή υγρασία) για την πραγματοποίηση των μετρημάτων. 31

Οι λήψεις των εικόνων έγιναν με την τοποθέτηση της φωτογραφικής μηχανής με τον τηλεφακό στο πάνω μέρος του Laser Scanner σε ένα ειδικό κούμπωμα (εικόνα 3.2.1). Το κούμπωμα αυτό ήταν κεντρωμένο στο σημείο Ο (εσωτερικό κέντρο) του Laser Scanner (Αντωνιάδης, 2009). Εικόνα 3.2.1 Τοποθέτηση της φωτογραφικής μηχανής επάνω στο Laser Scanner 1 η Στάση Η πρώτη στάση ήταν σε ένα άνοιγμα του δρόμου, 570 μέτρα περίπου από την μονή, σε χαμηλότερο υψομετρικά επίπεδο από αυτό της μονής. Οι φωτογραφίες λήφθηκαν με εστιακή απόσταση του τηλεφακού στα 70 και 300 mm. 32

Εικόνα 3.2.2 Η θέση της πρώτης στάσης στην ευρύτερη περιοχή Εικόνα 3.2.3 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 70mm 33

Εικόνα 3.2.4 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 300mm 2 η Στάση Η δεύτερη στάση ήταν στην άκρη του δρόμου, κάτω από την μονή σε απόσταση περίπου 190 μέτρων. Λόγω της μικρής απόστασης, έγινε λήψη φωτογραφιών μόνο στο 70 mm. Εικόνα 3.2.5 Η θέση της δεύτερης στάσης στην ευρύτερη περιοχή 34

Εικόνα 3.2.6 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 70mm 3 η Στάση Η τρίτη στάση ήταν σε ένα άνοιγμα σε απέναντι βράχο, λίγο πιο ψηλά από την μονή, σε απόσταση 420 μέτρων περίπου. Οι φωτογραφίες λήφθηκαν στις δύο ακραίες θέσεις του τηλεφακού (70 300 mm). Εικόνα 3.2.7 Η θέση της τρίτης στάσης στην ευρύτερη περιοχή 35

Εικόνα 3.2.8 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 70mm Εικόνα 2.2.9 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 300mm 36

4 η Στάση Η τέταρτη στάση ήταν σε βράχο δίπλα στον δρόμο, λίγο πάνω από την μονή, σε απόσταση 200 μέτρων περίπου. Και σε αυτή την στάση έγινε λήψη φωτογραφιών μόνο στα 70 mm, εξ αιτίας της μικρής απόστασης της Μονής από την φωτογραφική μηχανή. Εικόνα 3.2.10 Η θέση της τέταρτης στάσης στην ευρύτερη περιοχή Εικόνα 3.2.11 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 70mm 37

Στάση Δ Η στάση Δ χρησιμοποιήθηκε μόνο για τη λήψη φωτογραφιών στα 70 mm και στα 300 mm, οι οποίες αργότερα χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή ορθοεικόνων. Εικόνα 3.2.12 Η θέση της στάσης Δ στην ευρύτερη περιοχή Εικόνα 3.2.13 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 70mm 38

Εικόνα 3.2.14 Η φωτογραφία με εστιακή απόσταση 300mm Συνοψίζοντας, στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι στάσεις που χρησιμοποιήθηκαν και τα χαρακτηριστικά των λήψεων που έγιναν από την καθεμία. Πίνακας 3.2.1 Συγκριτικός πίνακας των πέντε στάσεων που χρησιμοποιήθηκαν για τις λήψεις των εικόνων Στάση Απόσταση σε μέτρα Ληφθείσες Φωτογραφίες στα 70 mm Ληφθείσες Φωτογραφίες στα 300 mm 1η 570 Ναι Ναι 2η 190 Ναι Όχι 3η 420 Ναι Ναι 4η 200 Ναι Όχι Δ Ναι Ναι 39

3.3 Χρωματισμός των νεφών με χρήση εξωτερικής κάμερας Η εσωτερική φωτογραφική μηχανή που διαθέτει το Laser Scanner κατά τον χρωματισμό των σημείων δεν δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, λόγω των μεγάλων αποστάσεων αποτύπωσης και της μικρής εστιακής απόστασης της εσωτερικής κάμερας (Αντωνιάδης, 2009, παρ. 3.2). Για το λόγο αυτό, ο χρωματισμός των νεφών σημείων έγινε με την χρήση της εξωτερικής κάμερας και του τηλεφακού. Τα νέφη αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια στη διπλωματική εργασία του Αντωνιάδη Δημήτρη. Για τον χρωματισμό των σημείων με την εξωτερική κάμερα εφαρμόστηκε η διαδικασία που περιγράφεται στην παράγραφο 3.2.1 της διπλωματικής εργασίας του Αντωνιάδη Δημήτρη, με χρήση εικόνων εστιακής απόστασης 70 χιλιοστών. Κατά την διαδικασία αυτή δεν παρουσιάστηκε κανένα πρόβλημα ούτε στην ακρίβεια επιλογής σημείου (RMS<2), αλλά ούτε στην απόδοση της Cannon Eos 400 d. Η μοναδική λήψη η οποία υστερεί σε χρωματική απόδοση είναι αυτή της στάσης 1, και αυτό έγινε γιατί κατά την ώρα της λήψης (10 το πρωί) ο ήλιος βρισκόταν ακριβώς απέναντι. Πίνακας 3.3.1 Τα RMS για τη δημιουργία αρχείου βαθμονόμησης για κάθε στάση Στάση Λήψη Εικόνα Εστιακή απόσταση RMS (mm) 1 1 (Βράχος) IMG_0995.JPG 70 1,32 1 2 (Μονή) IMG_0995.JPG 70 1,32 2 1 (Μονή) IMG_1005.JPG 70 2,00 2 2 (Βράχος) IMG_1005.JPG 70 2,00 3 1 (Βράχος) IMG_1037.JPG 70 1,58 3 2( Μονή) IMG_1037.JPG 70 1,58 4 1 (Μονή) IMG_1091.JPG 70 1,60 Στην συνέχεια παραθέτονται ενδεικτικά εικόνες από την επιλογή σημείων κατά τη διαδικασία της οπισθοτομίας, το τελικό αρχείο βαθμονόμησης καθώς και το χρωματισμένο νέφος σημείων (αναλυτικά για όλες τις στάσεις βλ. Παράρτημα 1). 40

Εικόνα 3.3.6 Επιλογή ομόλογων σημείων για τη στάση 2 Εικόνα 3.3.7 Το τελικό αρχείο βαθμονόμησης για τη στάση 2 Εικόνα 3.3.8 Το χρωματισμένο νέφος για τη στάση 2 41

3.4 Παραγωγή ορθοεικόνων Μια σημαντική δυνατότητα που υπάρχει κατά την σάρωση κτιρίων με Laser Scanner είναι δυνατότητα δημιουργίας ορθοεικόνων για τις όψεις του κτιρίου. Η διαδικασία δημιουργίας τους είναι παρόμοια με αυτήν που εφαρμόζεται για την παραγωγή ορθοφωτογραφιών του εδάφους από αεροφωτογραφίες. Έτσι είναι απαραίτητο να υπάρχει μια τουλάχιστον εικόνα του κτιρίου από κάμερα με γνωστό εσωτερικό προσανατολισμό, ένα υψομετρικό μοντέλο του (Digital Elevation Model), και τέλος σημεία με γνωστές συντεταγμένες (φωτοσταθερά) που μπορούν να εντοπιστούν εύκολα στην εικόνα. Με την χρήση των παραπάνω δεδομένων και με την διενέργεια οπισθοτομίας είναι δυνατό να παραχθεί μια ορθοανοιγμένη εικόνα. Πιο συγκεκριμένα για την παραγωγή ορθοεικόνων για τις όψεις της Μονής Ρουσάνου χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Z Map. Στο λογισμικό αυτό εισήχθηκαν οι εικόνες από τις όψεις του κτιρίου καθώς και τα υπολογισμένα στοιχεία εσωτερικού προσανατολισμού. Στην συνέχεια δημιουργήθηκε ένα υψομετρικό μοντέλο του κτιρίου για κάθε όψη. Κατόπιν έγινε επιλογή ομόλογων σημείων μεταξύ υψομετρικού μοντέλου και εικόνας κάθε όψης. Το κάθε επιλεγμένο σημείο είχε γνωστές συντεταγμένες που προέκυπταν από το νέφος σημείων. Τέλος δημιουργήθηκαν όρθοεικόνες για όλες τις όψεις του κτιρίου. 3.4.1 Εσωτερικός προσανατολισμός Αρχικά έγινε εισαγωγή των υπολογισμένων στοιχείων του εσωτερικού προσανατολισμού από την διαδικασία βαθμονόμησης της κάμερας για τα 70 mm (παρ. 3.1.4.1) με την εντολή Orientetation>Internal>Certicate Manager (εικόνα 3.4.1). Στην συνέχεια έγινε ο εσωτερικός προσανατολισμός της κάμερας με την εντολή Orientation> Perform process. Κατά τη διαδικασία αυτή αντιστοιχούνται τα εικονοστοιχεία της εικόνας τα οποία επειδή έχουμε ψηφιακή φωτογραφική μηχανή είναι οι 4 γωνίες της (εικόνα 3.4.2). 42

Εικόνα 3.4.1 Εισαγωγή υπολογισμένων στοιχείων εσωτερικού προσανατολισμού Εικόνα 3.4.2 Διαδικασία εσωτερικού προσανατολισμού 3.4.2 Παραγωγή υψομετρικού μοντέλου κτιρίου Για την παραγωγή του υψομετρικού μοντέλου ενός κτιρίου στο λογισμικό Z Map γίνεται εισαγωγή του νέφους σημείων, και στην συνέχεια είναι απαραίτητο να οριστούν επίπεδα πάνω στα οποία θα προβληθούν τα σημεία του νέφους. Τα επίπεδα αυτά όταν η αποτύπωση αφορά κτίρια συνήθως είναι παράλληλα με τις κύριες όψεις του κτιρίου. Πιο συγκεκριμένα για την δημιουργία του υψομετρικού μοντέλου της μονής Ρουσάνου εντοπίστηκαν 4 κύριες όψεις. Έτσι αρχικά έγινε προσπάθεια για την εισαγωγή στο Z Map ολόκληρου του μοντέλου και στην συνέχεια να επιλεγούν 4 επίπεδα παράλληλα με τις όψεις. Όμως αυτό δεν ήταν εφικτό γιατί ο μεγάλος όγκος δεδομένων προκαλούσε σφάλματα στο λογισμικό. Έτσι απομονώθηκαν τα σημεία της κάθε όψης σε 4 ξεχωριστά αρχεία. Κατόπιν εφαρμόστηκε η διαδικασία, που περιγράφεται ενδεικτικά παρακάτω για την στάση 3, σε κάθε όψη. 43

Με την εντολή Tools>ucs>pick δημιουργήθηκε ένα επίπεδο το οποίο χρησιμοποιήθηκε για να προβληθούν πάνω σε αυτό όλα τα σημεία όψης. Για να γίνει αυτό ορίστηκε άξονας Χ παράλληλος με την όψη του κτιρίου, και σημεία πάνω σε αυτήν. Έτσι το επίπεδο ήταν εφαπτόμενο στην όψη του κτιρίου (εικόνα 3.4.3). Εικόνα 3.4.3 Δημιουργία επιπέδου προβολής για τη στάση 3 Κατόπιν με την εντολή surfaces>from model, έγινε επιλογή της περιοχής ενδιαφέροντος και το επίπεδο προβολής, και έτσι δημιουργήθηκε μια raster εικόνα που περιείχε την υψομετρική πληροφορία της όψης (DEM) με χωρική ανάλυση 1 cm (εικόνα 3.4.4). Εικόνα 3.4.4 Το τελικό DEM για τη στάση 3 44

3.4.3 Επιλογή ομόλογων σημείων για την οπισθοτομία Για την εξαγωγή του βέλτιστου αποτελέσματος αρχικά έγινε επιλογή μεγάλου αριθμού ομόλογων σημείων. Στην συνέχεια αφαιρέθηκαν σταδιακά όσα σημεία παρουσίαζαν μεγάλες αποκλίσεις μετά την επίλυση της οπισθοτομίας. Έτσι σταδιακά με διαδοχικές επιλύσεις έγινε βελτίωση του αποτελέσματος και μείωση του σφάλματος κάτω από τα 3 cm. Η διαδικασία που εφαρμόστηκε για τη στάση 3 και περιγράφεται παρακάτω, εφαρμόστηκε διαδοχικά σε όλες τις στάσεις. Αρχικά δόθηκε η εντολή Image projection>orthophoto. Στην συνέχεια εντοπίστηκαν 17 ομόλογα σημεία μεταξύ εικόνας και μοντέλου (εικόνα 3.4.5) και κατόπιν έγινε επίλυση της οπισθοτομίας (εικόνα 3.4.6). Η διαδικασία επαναλήφθηκε, μη λαμβάνοντας υπόψη σημεία με μεγάλες αποκλίσεις (4 σημεία), όσες φορές ήταν απαραίτητο ώστε το σφάλμα να βρεθεί στα επιθυμητά επίπεδα (13 σημεία). Συνοπτικά όλα τα στοιχεία που αφορούν την επιλογή ομόλογων σημείων καθώς και την επίλυση της οπισθοτομίας παρουσιάζονται στον πίνακα 3.4.1, ενώ οι αναλυτικές αναφορές σφαλμάτων βρίσκονται στο παράρτημα 2. Εικόνα 3.4.5 Επιλογή ομόλογων σημείων για την στάση 3 Στάση Πίνακας 3.4.1 Συνοπτική αναφορά αποτελεσμάτων οπισθοτομίας Αρχείο εικόνας Αρχικός Αριθμός ομόλογων σημείων Τελικός Αριθμός ομόλογων σημείων Συνολικό σφάλμα SQMx (m) Συνολικό σφάλμα SQMy (m) 1 Img_0997 15 10 0,029 0,023 2 Img_1005 18 11 0,012 0,021 3 Img_1037 17 13 0,011 0,022 4 Img_1092 16 13 0,026 0,024 Δ Img_1111 18 11 0,021 0,026 45

Εικόνα 3.4.6 Τα ομόλογα σημεία για τη στάση 3 Πίνακας 3.4.2 Αναλυτική αναφορά αποτελεσμάτων οπισθοτομίας για τη στάση 3 3.4.4 Παραγωγή ορθοεικόνων Μετά την επίλυση της οπισθοτομίας και την επιλογή ομόλογων σημείων που παρουσίαζαν σφάλματα στα επιθυμητά επίπεδα, έγινε η παραγωγή της ορθοεικόνας κάθε όψης. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε η εντολή Image projection>orthophoto. Σε αυτό το στάδιο έπρεπε να γίνει επιλογή του μεγέθους εικονοστοιχείου της παραγόμενης ορθοεικόνας (εικόνα 3.4.7). Αυτό προκύπτει από την τελική ακρίβεια της επίλυσης της οπισθοτομίας, σε συνδυασμό με τη κλίμακα του παραγόμενου προϊόντος, δηλαδή του ορθοφωτοχάρτη. Λόγω του μεγέθους του μνημείου, αποφασίσθηκε για τη βέλτιστη οπτική παρουσίαση του, η κλίμακα παραγωγής να είναι 1:50. Έτσι, η γραφική ακρίβεια πρέπει να είναι της τάξης του 1cm. Όμως, η εν λόγο ακρίβεια 46

επιτυγχάνεται μόνο σε δύο από τις πέντε ορθοεικόνες (Πίνακας 3.4.4). Συμβατικά λοιπόν, επιλέχθηκε η ανασύσταση των εικόνων να γίνει με μέγεθος εικονοστοιχείου 1cm για όλες τις ορθοεικόνες, που θα χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή των ορθοφωτοχαρτών (αναλογικό προϊόν), γνωρίζοντας εκ των προτέρων ότι πρόκειται για μη κανονική αποτύπωση (Βλάχος, 1987). Επίσης, παρήχθησαν ορθοεικόνες με το προβλεπόμενο μέγεθος εικονοστοιχείου (Πίνακας 3.4.4), οι οποίες διατηρούνται μόνο σε ψηφιακή μορφή (ψηφιακό προϊόν). Στην συνέχεια στο παραγόμενο προϊόν έγινε έλεγχος ακρίβειας με την μέθοδο που εφαρμόστηκε κατά την αποτύπωση της όψης του πανεπιστημίου Μακεδονίας (Αντωνιάδης και Παπαδημητράκης, 2009).Έτσι χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις που είχαν γίνει με μετροταινία σε παράθυρα και πόρτες της Μονής και συγκρίθηκαν με μετρήσεις που έγιναν πάνω στις παραγόμενες ορθοεικόνες. Τα αποτελέσματα της παραπάνω διαδικασίας ήταν πολύ ικανοποιητικά. Εικόνα 3.4.7 Επιλογή χαρακτηριστικών παραγωγής ορθοεικόνας 47

Στάση Αρχείο εικόνας Πίνακας 3.4.4 Συνοπτική περιγραφή στοιχείων παραγωγής ορθοεικόνων Συνολικό σφάλμα SQMx (m) Συνολικό σφάλμα SQMy (m) Προτεινόμενο μέγεθος εικονοστοιχείου (m) Παραγωγή Αναλογικού προϊόντος: Μέγεθος εικονοστοιχείου ορθοεικόνων για τη παραγωγή ορθοφωτοχαρτών κλίμακας 1/50 (Εκτός ακριβειών) (m) Διατήρηση ψηφιακών αρχείων: Μέγεθος εικονοστοιχείου ορθοεικόνων (m) 1 img_0997 0,029 0,023 0,035 0,01 0,03 2 img_1005 0,012 0,021 0,023 0,01 0,01 3 img_1037 0,011 0,022 0,043 0,01 0,01 4 img_1092 0,026 0,024 0,025 0,01 0,03 Δ img_1111 0,021 0,026 0,019 0,01 0,02 Εικόνα 3.4.8 Ορθοεικόνα στάσης 3 48

Κεφάλαιο 4 : Αποτελέσματα Ανάλυση

4 Αποτελέσματα Ανάλυση Η διαδικασία που αναλύθηκε στην παρούσα διπλωματική, ήτοι παραγωγή ορθοεικόνων με χρήση τηλεφακού και Laser Scanner, εξήγαγε φωτογραμμετρικά προϊόντα, τα οποία παρουσιάστηκαν σε έντυπη (ορθοφωτοχάρτες) και ψηφιακή (3D pdf) μορφή. Τα αποτελέσματα της εργασίας ήταν 4 ορθοφωτοχάρτες των όψεων της μονής Ρουσάνου. Οι 3 από αυτούς προέρχονταν από τις αντίστοιχες ορθοεικόνες που δημιουργήθηκαν στα προηγούμενα στάδια, ενώ ο τέταρτος ορθοφωτοχάρτης απεικόνιζε ένα ορθομωσαϊκό, αποτελούμενο από 2 ορθοεικόνες (εικόνα 4.1). Οι ορθοφωτοχάρτες εκτυπώθηκαν με κλίμακα 1:50, που είναι μία τυπική κλίμακα για την απεικόνιση όψεων κτιρίων. Με την διακριτική ικανότητα του ανθρώπινου ματιού να είναι στα 0.25 mm, στην κλίμακα 1:50 η ελάχιστη διακριτή απόσταση στην πραγματικότητα είναι 1.25 cm Με βάση την παραπάνω παραδοχή, θα έπρεπε το μέγεθος της ψηφίδας των ορθοφωτοχαρτών να είναι 1.25cm. Στην παρούσα εργασία επιλέχθηκαν δύο διαφορετικά μεγέθη εικονοστοιχείων. Το πρώτο με βάση τα σφάλματα που προέκυψαν κατά την επίλυση της οπισθοτομίας (από 1 cm μέχρι 3 cm) και το δεύτερο για την παραγωγή των ορθοφωτοχαρτών (1 cm). Τελικά, εκτυπώθηκαν η βόρεια και η νότια όψη της Μονής, οι οποίες επισυνάπτονται στο παρών τεύχος. Εικόνα 4.1 Ορθομωσαϊκό (2 ορθοεικόνες) 49

Εικόνα 4.2 Ορθοφωτοχάρτης μίας όψης της μονής σε κλίμακα 1:50 Επίσης, από την όλη διαδικασία εξήχθη τρισδιάστατο ψηφιακό μοντέλο της μονής, το οποίο αποτελείται από νέφος έγχρωμων σημείων και παρουσιάστηκε με τη μορφή ψηφιακού αρχείου 3D pdf. Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε έχει 1.300.000 σημεία, περίπου δέκα φορές λιγότερα από το αρχικό νέφος, χωρίς όμως να υστερεί σε ποιότητα και ακρίβεια. Έχοντας την μορφή αυτή το μοντέλο μπορεί να ανοίξει σε οποιονδήποτε υπολογιστή, με την μόνη προϋπόθεση να υπάρχει εγκατεστημένη η έκδοση 8.1 (ή νεότερη) του προγράμματος Adobe Reader. Η μορφή 3D pdf προσφέρει όλες τις δυνατότητες που έχουν τα εξειδικευμένα προγράμματα πλοήγησης, όπως ζουμ και περιστροφή και επιτρέπει την μέτρηση αποστάσεων επάνω στο μοντέλο (εικόνα 4.3). Τέλος, το αρχείο αυτό είχε μέγεθος δύο με τρεις φορές μικρότερο από το αρχικό. Εικόνα 4.3 Μέτρηση απόστασης σε τρισδιάστατο μοντέλο μορφής 3D pdf 50

Κεφάλαιο 5 : Συμπεράσματα

5 Συμπεράσματα 5.1 Επιλογή εστιακής απόστασης Φακού Η επιλογή της εστιακής απόστασης του φακού είναι πολύ σημαντική, όταν σκοπός είναι η παραγωγή ορθοεικόνων, από το κτίριο που σαρώνεται. Αυτή θα πρέπει να μην είναι πολύ μεγάλη, έτσι ώστε η όψη να βρίσκεται ολόκληρη στο κάδρο φωτογράφησης, αλλά ταυτόχρονα ούτε πολύ μικρή έτσι ώστε η διακριτότητα της λήψης να βρίσκεται σε ικανοποιητικά επίπεδα. Πιο συγκεκριμένα κατά την αποτύπωση της μονής Ρουσάνου χρησιμοποιήθηκαν για τις λήψεις οι εστιακές αποστάσεις των 70 και των 300 χιλιοστών. Από τις λήψεις αυτές φαίνεται ότι τα περίπου τα 200 μέτρα απόστασης φωτογράφησης ήταν οριακά, έτσι ώστε η μεγάλη όψη της μονής να βρίσκεται ολόκληρη μέσα στο κάδρο φωτογράφισης, στα 70 χιλιοστά εστιακής απόστασης (στάση 2 και 4). Στην απόσταση των 300 μέτρων (σταση 3) εντοπίστηκε το δεύτερο όριο εστιακής απόστασης, όταν γινόταν φωτογράφιση στα 300 χιλιοστά (εικόνα 5.2). Εικόνα 5.1 Συνιστώμενες εστιακές αποστάσεις σε σχέση με την απόσταση Η χωρική διακριτότητα στα 70 χιλιοστά, μέχρι την απόσταση των 200 μέτρων περίπου (στάσεις 2,4),χαρακτηρίζεται άριστη. Σε απόσταση 400 μέτρων μέτρια, ενώ έως 600 μέτρα είναι οριακά αποδεκτή. Σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 600 μέτρων είναι απαραίτητη η χρήση εστιακής απόστασης μεγαλύτερης των 70 χιλιοστών. 51

Εικόνα 5.2 Η μεταβολή της χωρικής διακριτότητας με την απόσταση στα 70 mm Για την παραγωγή ορθοεικόνων της μονής Ρουσάνου χρησιμοποιήθηκε η εστιακή απόσταση των 70 χιλιοστών, η οποία κρίθηκε ικανοποιητική για όλες τις στάσεις. Κατά την αποτύπωση της μονής Ρουσάνου χρησιμοποιήθηκε ο τηλεφακός μεταβλητής εστιακής απόστασης της Sigma (f 70 300 mm). Ένα πρόβλημα που εντοπίστηκε είναι ότι λόγω του μεγάλου αριθμού λήψεων και των συνεχών μετακινήσεων δεν γινόταν πάντα ακριβής τοποθέτηση του φακού στο τέρμα του (70 ή 300 mm). Αποτέλεσμα του παραπάνω ήταν ότι έπρεπε να γίνεται συνεχής έλεγχος της εστιακής απόστασης, ώστε να γίνει η λήψη στην ακριβή προσχεδιασμένη εστιακή απόσταση. Έτσι λοιπόν, προτείνεται η χρήση φακών σταθερής εστιακής απόστασης για την εξασφάλιση του βέλτιστου αποτελέσματος, τόσο για την βαθμονόμηση του φακού, όσο και για την παραγωγή ορθοεικόνων. 52

5.2 Βαθμονόμηση κάμερας Για την βαθμονόμηση της κάμερας χρησιμοποιήθηκαν δυο λογισμικά, το λογισμικό Iwitness της εταιρίας Photometrix και το λογισμικό Shapecapture της εταιρίας ShapeQuest. Με την χρήση του παραπάνω λογισμικού έγινε προσπάθεια βαθμονόμησης της κάμερας στην εστιακή απόσταση των 70 χιλιοστών με επιτυχία, και των 300 χιλιοστών χωρίς ικανοποιητικά αποτελέσματα. 5.2.1 Λογισμικό βαθμονόμησης Η βασική αρχή λειτουργίας και των δυο λογισμικών είναι όμοια, δηλαδή λαμβάνονται εικόνες σταθερών στόχων ή κτιρίων από διαφορετικές γωνίες και στην συνέχεια με την χρήση ομόλογων σημείων μεταξύ των εικόνων και αλγορίθμων, υπολογίζονται τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισμού της κάμερας. Κατά την χρήση του λογισμικού Iwitness δεν αντιμετωπίστηκε κάποια ιδιαίτερη δυσκολία. Πιο συγκεκριμένα υπήρχε βάση δεδομένων με τις κάμερες του εμπορίου, η οποία ενημερώνεται τακτικά. Έτσι δεν χρειαζόταν η διερεύνηση των κατασκευαστικών χαρακτηριστικών του αισθητήρα. Επίσης ο αυτόματος εντοπισμός των στόχων γινόταν εύκολα, με συγκεκριμένες βέβαια συνθήκες φωτογράφησης. Τέλος στην περίπτωση της χειροκίνητης βαθμονόμησης, η εισαγωγή των ομόλογων σημείων γινόταν εύκολα και χωρίς καθυστερήσεις. Βασική έλλειψη του λογισμικού Iwitness είναι η αδυναμία βαθμονόμησης της κάμερας, με χρήση μιας εικόνας και μετρημένων φωτοσταθερών σημείων. Συνεπώς για την βαθμονόμηση της κάμερας στο συγκεκριμένο λογισμικό είναι απαραίτητη η χρήση τουλάχιστον 4 εικόνων, στις οποίες γίνεται η επιλογή των ομόλογων σημείων (είτε χειροκίνητα, είτε αυτόματα). Μια ακόμη έλλειψη του παραπάνω λογισμικού είναι ότι δεν υπάρχει η δυνατότητα παρέμβασης στις αρχικές τιμές ή να κρατηθεί σταθερή μια συγκεκριμένη παράμετρος επίλυσης της οπισθοτομίας (π.χ. να θεωρηθούν οι συντελεστές παραμόρφωσης Κ=0) Κατά την χρήση του λογισμικού Shapecapture εντοπίστηκαν δυσκολίες, τόσο κατά την επιλογή σημείων πάνω στην εικόνα, όσο κατά την εισαγωγή των συντεταγμένων των φωτοσταθερών σημείων. Η δυσκολίες αυτές ξεπεράστηκαν με την χρήση του εγχειρίδιου χρήσης και με την επικοινωνία με την υποστήριξη του λογισμικού. Αξίζει να 53

σημειωθεί ότι οι δυο βασικές ελλείψεις που εντοπίζονται στο Iwitness, δίνονται σαν δυνατότητα στο Shapecapture. Οι παραπάνω δυνατότητες χρησιμοποιήθηκαν κατά την προσπάθεια βαθμονόμησης στα 300 χιλιοστά. Από τη χρήση και των 2 λογισμικών διαπιστώθηκε, ότι κανένα από τα δύο δεν είναι κατάλληλο για την βαθμονόμηση καμερών που φέρουν φακούς μεγάλης εστιακής απόστασης (τηλεφακούς). Η αδυναμία τους οφείλεται στο ότι δεν είναι φτιαγμένα για αυτό το σκοπό, αλλά για την βαθμονόμηση εμπορικών καμερών με ενσωματωμένο φακό ή αποσπώμενο φακό μικρής εστιακής απόστασης. Η βασική διαφορά των παραπάνω φακών, σε σχέση με αυτόν που χρησιμοποιήθηκε, είναι το μέγεθος αλλά και το κέντρο των ακτινικών παραμορφώσεων (στα 300 χιλιοστά είναι πολύ μικρές). Συνεπώς, η διαφορά αυτή στη μορφή και το μέγεθος των παραμορφώσεων είναι δυνατόν, αν δεν έχει προβλεφτεί, να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό το αποτέλεσμα της βαθμονόμησης. Συμπερασματικά, προτείνεται η εύρεση λογισμικού το οποίο θα προβλέπει τις προαναφερθείσες παραμέτρους και θα είναι κατάλληλο για την βαθμονόμηση καμερών με την χρήση τηλεφακών. Εναλλακτικά μπορεί να γίνει η χρήση του υφιστάμενου λογισμικού, μέχρι την εστιακή απόσταση των 70 χιλιοστών, όπου η βαθμονόμηση μπορεί να γίνει σχετικά εύκολα. 5.2.2 Αποτελέσματα βαθμονόμησης Για την βαθμονόμηση της κάμερας έγιναν διάφορες προσπάθειες τόσο στα 70 όσο και στα 300 χιλιοστά. Όμως μόνο αυτή στα 70 χιλιοστά με χειροκίνητη εστίαση είχε αποδεκτά αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα αυτά είχαν ακρίβεια που βρίσκεται εντός των ορίων της ακρίβειας που μπορεί επιτευχτεί με το λογισμικό. Στην συνέχεια τα στοιχεία εσωτερικού προσανατολισμού της κάμερας χρησιμοποιήθηκαν για τον χρωματισμό των νεφών και για την παραγωγή ορθοεικόνων με πολύ ικανοποιητικές ακρίβειες. Το παραπάνω γεγονός ενισχύει ακόμη περισσότερο τον ισχυρισμό ότι τα εξαγόμενα αποτελέσματα από τη βαθμονόμηση της κάμερας είναι πλήρως αποδεκτά. Συμπερασματικά τα χαρακτηριστικά του τηλεφακού, που περιγράφονται στην παράγραφο 5.2.1 και δυσχεραίνουν την χρήση του Iwitness για την βαθμονόμηση της κάμερας, εμφανίζονται μετά τα 70 χιλιοστά εστιακής απόστασης. 54

5.3 Παραγωγή ορθοεικόνων 5.3.1 Λογισμικό παραγωγής ορθοεικόνων Για την παραγωγή των ορθοεικόνων χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Z MAP. Κατά την χρήση του λογισμικού διαπιστώθηκε ιδιαίτερη δυσκολία κατά την κίνηση του μοντέλου. Επίσης κατά την δημιουργία του υψομετρικού μοντέλου παρουσιαζόταν ακόμη και ανεπανόρθωτα σφάλματα με αποτέλεσμα τον τερματισμό της εφαρμογής. Τα δυο προηγούμενα καταδεικνύουν ότι δεν γίνεται σωστή διαχείριση των πόρων του συστήματος. Έτσι για την ολοκλήρωση της εργασίας έγινε διάσπαση των 4 όψεων της μονής σε ξεχωριστά αρχεία. Στην συνέχεια κατά την επιλογή των ομόλογων σημείων και την επίλυση της οπισθοτομίας δεν αντιμετωπίστηκε κάποια δυσκολία. 5.3.2 Ακρίβειες ορθοεικόνων Στα διάφορα στάδια της διαδικασίας της παραγωγής ορθοεικόνας, προέκυψαν τα έξης σφάλματα : Σφάλμα μετρήσεων του Laser Scanner τη τάξης του 5mm στα 200 μέτρα περίπου Σφάλμα από την ένωση νεφών (Alignment) Σφάλμα στον προσδιορισμό του εσωτερικού προσανατολισμού της φωτογραφικής μηχανής (RMS = 0.17 pixel) Σφάλμα που προκύπτει από τον υπολογισμό του εξωτερικού προσανατολισμού της φωτογραφίας κατά την επίλυση της οπισθοτομίας (SQMx και SQMy) Τα παραπάνω σφάλματα επηρεάζουν ποικιλοτρόπως την ακρίβεια της παραγόμενης ορθοεικόνας, η δημιουργία της οποίας στηρίχθηκε στην επανασύσταση της εικόνας με μέγεθος pixel από 0,01 ως 0,03 μέτρα, βασιζόμενοι στην ακρίβεια επίλυσης της οπισθοτομίας. Για τον λόγο αυτό, κατά την αποτύπωση του Πανεπιστημίου Μακεδονίας, έγινε έλεγχος ακρίβειας του παραγόμενου προϊόντος (ορθοεικόνα) με χρήση των σημείων που μετρήθηκαν με γεωδαιτικό 55

σταθμό. Κατά τον έλεγχο αυτό προέκυψε ότι οι μετρήσεις που γίνονται στην παραγόμενη ορθοεικόνα βρίσκονται πολύ κοντά στις τιμές σφάλματος που υπολογίζει το λογισμικό Z MAP στην επίλυση της οπισθοτομίας (Αντωνιάδης και Παπαδημητράκης, 2009). Ο έλεγχος αυτός επαναλήφθηκε και κατά την αποτύπωση της μονής Ρουσάνου, με χρήση μετροταινίας για την μέτρηση αποστάσεων, με εξίσου ικανοποιητικά αποτελέσματα. Εξάλλου τα σφάλματα που προέκυψαν κατά την επίλυση της οπισθοτομίας κυμανθήκαν από 0,01 μέτρα έως και 0,03, που κρίνονται πολύ ικανοποιητικά αν ληφθεί υπόψη η απόσταση της αποτύπωσης, αλλά και η μεγάλη εστιακή απόσταση. Συμπερασματικά αν λάβουμε υπόψη το σφάλμα επίλυσης της οπισθοτομίας και το προτεινόμενο μέγεθος εικονοστοιχείου, όλες οι ορθοεικόνες έχουν ικανοποιητική ακρίβεια. 56

Βιβλιογραφία

Βιβλιογραφία Αντωνιάδης Δ. και Παπαδημητράκης Δ. (2009) : «Αποτύπωση κτιρίου με χρήση Laser Scanner και παραγωγή ορθοφωτογραφίας με χρήση τηλεφακού», Φεβρουάριος 2009 Αντωνιάδης Δ. (2009) : «Αποτύπωση της Μονής Ρουσάνου Μετεώρων ν. Τρικάλων με χρήση Laser Scanner», Οκτώβριος 2009 Βαφίδου Δ. (1996) : «Αρχαιολογική Φωτογραφία», Αρχαιολογία και Τέχνες, Τεύχος 59, Δημοσιογραφικός Οργανισμός Λαμπράκη ΑΕ, pp : 90 95 Βλάχος Δ. (1997) : «Τοπογραφία, τόμος Β, Τοπογραφικές Χαρτογραφήσεις», Φ. Βερβερίδης Π. Πολυχρονίδης Α.Ε., pp : 134 136 Δεριζιώτης Λ. (2007) : «Μονή Ρουσάνου Μετεώρων», Υπουργείο Πολιτισμού h ttp://www.culture.gr/h/2/gh251.jsp?obj_id=5383 Ινστιτούτο Πολιτιστικής & Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας (2006 2008) : «Φωτογραμμετρικές μέθοδοι», http://www.ipet.gr/digitech2/index.php?option=com_content&task=view&id=7 3&Itemid=2 Πατιάς Π. (1991) : «Εισαγωγή στη Φωτογραμμετρία», ISBN : 960 431 021 6, Εκδόσεις Ζήτη, 1991, pp : 2 5 Πατιάς Π. (2008) : «Φωτογραμμετρία και τεκμηρίωση αρχαιολογικών χώρων και ευρημάτων», Ανάσκαμμα, Τεύχος 02/2008, pp : 76 Σιεηττάνης Ν. (2008) : «Σύγχρονες Μέθοδοι Γεωμετρικής Τεκμηρίωσης με εφαρμογή στον Ι.Ν. Παναγίας Ποδίθου στην Κύπρο», Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, ΣΑΤΜ, pp : 34,40 Φραγκόπουλος Σ. (2000 2008) : «Ιστορία μηχανή», http://sfrang.com/historia/selida510.htm της Τεχνολογίας Η φωτογραφική 57

American Society of Photogrammetry (1980) : Manual of Photogrammetry, 4 th Edition FOTO ART MAGAZINE (2001 2006) : «θεωρία για την Φωτογραφία», http://www.fotoartmagazine.gr/01_ellhniko/fvtografia/theoria/fotografi ki_mixani.htm Geomatics, (2009) : «Αεροφωτογραφήσεις», http://www.geomatics.gr/web/profile/services_01.asp Innovmetric (2007) : «PolyWorks/IMAlign, Reference Guide Version 10.0 for Windows», pp : 166 174 Photometrix, (2006) : «Users Manual for iwitness», pp : 35 Stanek H. (2004) : «Terrestrial Laser Scanning Universal Method or a Specialist s Tool», INGEO 2004 and FIG Regional Central and Eastern European Conference on Engineering Surveying Bratislava, Slovakia, November 11 13, 2004, pp : 6 7 UNESCO (2009), http://whc.unesco.org/en/list/455 58

Παράρτημα 1. Χρωματισμός με χρήση εξωτερικής κάμερας

Παράρτημα 1. Χρωματισμός με χρήση εξωτερικής κάμερας Χρωματισμός με χρήση εξωτερικής κάμερας (Cannon Eos 400) Εικόνα Π1.10 Επιλογή ομόλογων σημείων για τη στάση 1 Εικόνα Π1.11 Επιλογή ομόλογων σημείων για τη στάση 2 59

Εικόνα Π1.12 Επιλογή ομόλογων σημείων για τη στάση 3 Εικόνα Π1.13 Επιλογή ομόλογων σημείων για τη στάση 4 60

Εικόνα Π1.14 Τα αρχεία βαθμονόμησης για όλες τις στάσεις 61

Εικόνα Π1.15 Χρωματισμένο νέφος από στάση 1 Εικόνα Π1.16 Χρωματισμένο νέφος από στάση 2 Εικόνα Π1.17 Χρωματισμένο νέφος από στάση 3 62

Εικόνα Π1.18 Χρωματισμένο νέφος από στάση 4 63