Φωτογραμμετρία ii Ορθοφωτογραφία(Μέρος ii) · • Καλύτερη...

Φωτογραμμετρία II

Ορθοφωτογραφία (Μέρος II)

Ανδρέας Γεωργόπουλος

Καθηγητής Ε.Μ.Π.

[email protected]

Άδεια χρήσης

Το παρόν υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης CreativeCommons και δημιουργήθηκε στο πλαίσιο των ΑνοιχτώνΑκαδημαϊκών Μαθημάτων από την Μονάδα Υλοποίησης τουΕΜΠ. Για το υλικό που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλουτύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

Ορθοφωτογραφία(To φωτογραμμετρικό παράγωγο)

3

Ορθοφωτογραφία (1/2)

Μονοεικονική διαδικασία

Απαραίτητα δεδομένα:

Ψηφιακή εικόνα

Εξωτερικός προσανατολισμός

Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους

(Αφινικός)-1

x, y

ΣΣ

Ο/Φ

Αρχική εικόνα

DTM

4Σχήμα 1. Διαδικασία σύνταξης Ορθοφωτογραφίας

Ορθοφωτοχάρτης (1/6)

5

Εικόνα 1α. Παράδειγμα Ορθοφωτοχάρτη


6Εικόνα 1β. Παράδειγμα Ορθοφωτοχάρτη


7

Εικόνα 2α. Από την ορθοφωτογραφία στον τοπογραφικό διάγραμμα

Ορθο-

φωτογραφία

Ορθο-

φωτοχάρτης

Τοπογραφικό

Διάγραμμα

Ψηφιακό

Μοντέλο

8

Εικόνα 2β. Από την ορθοφωτογραφία στον τοπογραφικό διάγραμμα


Διανυσματικός (γραμμικός) χάρτης

9

Εικόνα 3. Διανυσματικός χάρτης


10

Εικόνα 4. Οριζοντιογραφική πληροφορία σε ορθοφωτογραφία

11

Εικόνα 5. Ορθοφωτογραφία με οριζοντιογραφικές λεπτομέρειες σε

περιαστική περιοχή


Ποιότητα Ορθοφωτογραφιών

• Μετρητική (Οριζοντιογραφική)

– Ακρίβεια θέσης

– Ακρίβεια αποστάσεων

• Ραδιομετρική

– Διπλά είδωλα αντικειμένων

– Παραμόρφωση αντικειμένων

– Εξισορρόπηση χρωμάτων στο φωτομωσαϊκό

– …

12

Επιλογές για την παραγωγή Ο/Φ

• Μέγεθος εικονοψηφίδας (GSD: Ground Sampling Distance –

Groundel – pixel on ground): 0.1 mm x συντ. κλίμ.

Συνήθως η ανάλυση της Ο/Φ επιλέγεται να είναι πυκνότερη

από αυτήν του DTM, και συνεπώς ακολουθούνται δύο επιλογές:

1. Πύκνωση του DTM με διγραμμική παρεμβολή, ώστε όλα τα

σημεία (pixel) της Ο/Φ να αντιστοιχούν σε σημεία του DTM

2. Παρεμβολή κατευθείαν στο DTM

13

Μέγεθος εικονοψηφίδαςGSD = 0.08 m GSD = 0.15 m

GSD = 0.30 m GSD = 0.60 m

14Εικόνα 6. Η επίδραση του μεγέθους της εικονοψηφίδας

Οριζοντιογραφική ακρίβεια Ο/Φ (1/3)

• Σχετική ακρίβεια – σχετίζεται άμεσα με την κλίμακα και το

μέγεθος του pixel της Α/Φ

• Απόλυτη ακρίβεια – σχετίζεται με την ποιότητα του επίγειου

ελέγχου αλλά εξαρτάται και από την κλίμακα της Α/Φ

• Κυριότεροι παράγοντες για την απόλυτη ακρίβεια:

– Φωτοσταθερά

– Εξωτερικός προσανατολισμός

– Ακρίβεια του DTM

– Σφάλματα από την σάρωση

15


• Καλύτερη από 1 pixel, υπό καλές προϋποθέσεις

• Τα αντικείμενα που δεν περιγράφονται από το DTM (π.χ. κτήρια,

γέφυρες, δέντρα κ.τ.λ.) μετατοπίζονται ακτινικά στις Ο/Φ

– Διορθώνονται a posteriori, ή

– Παραγωγή της Ο/Φ με συνδυασμό του DTM και της 3D

περιγραφής τους, ή

– Χρήση κανονικού φακού (300 mm) για την αεροφωτογράφιση

και παραγωγή Ο/Φ μόνο από το κεντρικό τμήμα της Α/Φ

16


όπου

• σΟ/Φ = σφάλμα στην ψηφιακή Ο/Φ,

• σDTM = σφάλμα στο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους

• θ = η γωνία θέασης των σημείων από το προβολικό

κέντρο

tanθσσDTMΟ/Φ

⋅=

17

ΠαράδειγμαΈστω ορθοφωτογραφία κλίμακας 1:1000

Σύμφωνα με τις ισχύουσες προδιαγραφές: η μέγιστη επιτρεπόμενη

μετάθεση (καλά ορισμένου) σημείου είναι 0.25mm στην κλίμακα

της Ο/Φ, που αντιστοιχεί σε 250mm στο έδαφος.

tanθσσDTMΟ/Φ

⋅=

Συνεπώς με τον κανονικό φακό (300mm) τα ανεκτά σφάλματα είναι

περίπου διπλάσια από ό,τι με τον ευρυγώνιο !!

Για c = 152mm

Υψομετρικό σφάλμα 0.4m στο DTM σε

ακραία θέση σε Α/Φ (23x23) δίνει

οριζοντιογραφικό σφάλμα 0.46m

θ

θΓια c = 300mm

Υψομετρικό σφάλμα 0.4m στο DTM σε

ακραία θέση στην Α/Φ (23x23) δίνει

οριζοντιογραφικό σφάλμα 0.23m

18

Σχήμα 2. Σχήμα παραδείγματος

Έλεγχος Οριζοντιογραφικής Ακρίβειας

(1/2)� Με τη χρήση σημείων ελέγχου από:

• χάρτες ή διαγράμματα μεγάλης κλίμακας (ικανοποιητική

ακρίβεια?)

• GPS (προσοχή στον ορισμό των σημείων)

• Στερεοσκοπικά φωτογραμμετρικά μοντέλα

• Στερεοορθοφωτογραφίες

• ορθοφωτογραφίες μεγαλύτερης κλίμακας (και άρα ακρίβειας)

� Τα σημεία ελέγχου πρέπει:

• να καλύπτουν όλη την έκταση της εικόνας και όλο το ανάγλυφο

• Να βρίσκονται επάνω στο φυσικό έδαφος εάν η Ο/Φ

δημιουργήθηκε από ΨΜΕ

� Επίθεση ψηφιδωτών (raster) χαρτών ή διανυσμάτων (κυρίως

δρόμων) επάνω στην Ο/Φ19

Έλεγχος Οριζοντιογραφικής Ακρίβειας

(2/2)

20

Εικόνα 7. Κατανομή & πυκνότητα των δεδομένων

ελέγχου για ορθοφωτοχάρτες LSO

LSO = 1:5000

21

Εικόνα 8α. Τεχνικές Προδιαγραφές Παραγωγής ψηφιακών

οθροφωτοχαρτών μεγάλης κλίμακας (LSO)

22

Εικόνα 8β. Τεχνικές Προδιαγραφές Παραγωγής

ψηφιακών οθροφωτοχαρτών μεγάλης κλίμακας (LSO)

Ποιοτικά προβλήματα Ο/Φ (1/2)

• Πληρότητα εικόνας

– Ελλιπής κάλυψη της περιοχής από το DTM προξενεί

ανακρίβειες και ελλείψεις (χρώματος ή γκρίζου τόνου)

στην Ο/Φ

• «Τραβήγματα εικόνας» (θόλωμα)

– Ανωμαλίες ή τοπικά μέγιστα/ελάχιστα στο DTM

– Υπερβολικό ανάγλυφο – ιδιαίτερα στις άκρες των εικόνων,

γεγονός που αναγκάζει περιορισμένη πληροφορία (χρώμα

ή γκρίζο τόνο) να «απλωθεί» για να γεμίσει την περιοχή

που έχει απεικονιστεί με έντονη προοπτική

παραμόρφωση

23

Γραμμές Αλλαγής Κλίσης Breaklines

24

Εικόνα 9. α. Προοπτική παραμόρφωση , β. Ορθό αποτέλεσμα μέσω breaklines

α β

Ποιοτικά προβλήματα Ο/Φ (2/2)

• Διπλά είδωλα

– Εσφαλμένος προσανατολισμός

– Ανακριβές DTM, όπου τα υψόμετρα είναι μεγαλύτερα από

τα πραγματικά

• Ελλιπής εικόνα (κυρίως σε τμήματα γραμμικών στοιχείων,

π.χ. δρόμοι κ.τ.λ.)

– Ανακριβές DTM, όπου τα υψόμετρα είναι μικρότερα από

τα πραγματικά

25

Ο/Φ

ΨΜΕδάφους

«Σκοτεινή» (occluded)

περιοχή

Προβλήματα Ο/Φ (1/3)

26

Εικόνα 10. Διπλά είδωλα & ελλιπείς

δρόμοι

Σχήμα 3. Ποιοτικά προβλήματα ορθοφωτογραφίας

Εικόνα 11. Ορθοφωτογραφία χωρίς διόρθωση στα κτήρια


27


Εικόνα 12. Διορθωμένη

θέση κτηρίων

Διορθωμένα

κτήρια, αλλά

εμφανίζονται

διπλά είδωλα

(σκοτεινές

περιοχές, που

δεν φαίνονται

στην Α/Φ)

Εικόνα 13. Οι σκοτεινές

περιοχές συμπληρωμένες

από γειτονικές εικόνες

28

Αληθής (αυστηρή) ορθοφωτογραφία

True Orthophoto (1/3)

Εικόνα 14. Εμφάνιση

Διπλών ειδώλων

Εικόνα 15. Αφαίρεση

χρώματος από «σκοτεινές»

περιοχές

29

Αληθής (αυστηρή) ορθοφωτογραφίαTrue Orthophoto (2/3)

30

Εικόνα 15. Αντιμετώπιση προβλημάτων - Δημιουργία

αληθούς ορθοφωτογραφίας

Αληθής (αυστηρή) ορθοφωτογραφίαTrue Orthophoto (3/3)

Εικόνα 16. Συμπλήρωση ελλείπουσας πληροφορίας από γειτονικές

εικόνες με ειδικούς αλγορίθμους

31

Προβλήματα

Ορθοφωτογραφία χωρίς καμία διόρθωση για τα κτήρια

Ορθή θέση κτηρίων – breaklines

Ορθοπροβολή των κτηρίων, αλλά πρόβλημα στις «σκοτεινές»

περιοχές (μη ορατές στις αρχικές εικόνες)

Οι «σκοτεινές» περιοχές συμπληρωμένες από γειτονικές εικόνες

32

ΦωτομωσαϊκόΗ σύνθεση επί μέρους ορθοφωτογραφιών σε μία ενιαία με την

προϋπόθεση ότι οι Ο/Φ είναι στο ίδιο σύστημα αναφοράς

• Σφάλματα στα φωτομωσαϊκά

• Γεωμετρικά

• Ραδιομετρικά

• Οι ραδιομετρικές διορθώσεις βασίζονται σε κατάλληλες

ψηφιακές επεξεργασίες των γειτονικών εικόνων (διόρθωση

χρωμάτων, εξισορρόπηση ιστογράμματος κ.τ.λ.) με χειροκίνητο

ή αυτόματο τρόπο

• Ο χρήστης καθορίζει την «ραφή» αλλά και το ποια εικόνα θα

καλύψει τις γειτονικές

• Γραμμικός μέσος όρος των γκρίζων τόνων κάθετα στις ραφές

βοηθάει στην ομαλή συνένωση

33

Ραδιομετρική διόρθωση

34

Εικόνα 17. Αντιμετώπιση ραδιομετρικών σφαλμάτων στο

φωτομωσαϊκο

Ψηφιακή Ορθοφωτογραφία

� Οικονομία

� Ακρίβεια

� Εναλλακτικές χρήσεις

• Υπόβαθρο GIS

• Περισσότερη πληροφορία

από συμβατικό χάρτη

• Τρισδιάστατες

απεικονίσεις (draping)

� Ορθοφωτοχάρτες

� Φωτομωσαϊκά

� Κτηματολόγιο

� Ενιαία κλίμακα

� Ποιοτική πληροφορία

� Μετρητική αξιοπιστία

� Ευέλικτο προϊόν

� Το πλέον χρονοβόρο στάδιο η

παραγωγή DTM

� Δυνατότητες ραδιομετρικής

ανάλυσης

35

Παραδείγματα εφαρμογών (1/6)

Εικόνα 18. 1996, Ζάγανι, Σπάτα 36

Heritage Documentation for Conservation Workshop – Leuven, January 2010


Εικόνα 19. 2000, Ι.Μ. Δαφνίου 37


Heritage Documentation for Conservation Workshop – Leuven, January 2010Εικόνα 20. 2005, Παναγία Φορβιώτισσα, Ασίνου, Κύπρος 38

Heritage Documentation for Conservation Workshop – Leuven, January 201039


Εικόνα 22. Παράδειγμα εφαρμογής

Εικόνα 23. 2012, Ναός του Ηφαίστου, Αρχαία Αγορά Αθηνών

40


Εικόνα 24. 2009, Κυμισάλα, Ρόδος41


Παράρτημα (1/5)

• Εικόνα 6. Η επίδραση του μεγέθους της εικονοψηφίδας:

«Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που

είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί

μας.»

• Εικόνα 7. Κατανομή & πυκνότητα των δεδομένων ελέγχου:

ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε. (http://www.ktimatologio.gr/ )-CC:BY

• Εικόνα 8α,β. Τεχνικές Προδιαγραφές Παραγωγής ψηφιακών

οθροφωτοχαρτών μεγάλης κλίμακας (LSO):ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ

Α.Ε. (http://www.ktimatologio.gr/ )-CC:BY

42


• Εικόνα 9. α. Προοπτική παραμόρφωση , β. Ορθό αποτέλεσμα

μέσω breaklines: «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση.

Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος

επικοινωνήστε μαζί μας.»

• Εικόνα 10. Διπλά είδωλα & ελλιπείς δρόμοι: «Υλικό με μη

προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο

κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.»

Εικόνα 11. Ορθοφωτογραφία χωρίς διόρθωση στα κτήρια:



μας.»

43


• Εικόνα 12. Διορθωμένη θέση κτηρίων: «Υλικό με μη



• Εικόνα 13. Οι σκοτεινές περιοχές συμπληρωμένες από

γειτονικές εικόνες: «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση.

Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος

επικοινωνήστε μαζί μας.»

• Εικόνα 14. Εμφάνιση Διπλών ειδώλων: «Υλικό με μη



44


• Εικόνα 15. Αφαίρεση χρώματος από «σκοτεινές» περιοχές:



μας.»

• Εικόνα 16. Αντιμετώπιση προβλημάτων - Δημιουργία

αληθούς ορθοφωτογραφίας: «Υλικό με μη προσδιορισμένη

προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου

δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας.»

45

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.

Φωτογραμμετρία ii Ορθοφωτογραφία(Μέρος ii) · • Καλύτερη...

Documents