5

Заняття 39-40. Лекція 18-19. Камеральні роботи в цифровій фотограмметрії

Тема: Камеральні робото в цифровій фотограмметрії

План

1. Отримання базової топографічної карти з використанням космічних знімків

2. Отримання даних

3. Збір наземних контрольних точок

4. Геометрична корекція та орторектифікація знімка

5. Оцінка точності геометричної корекції зображення

6. Інтеграція зображення

7. Покращення зображення

8. Інтерпретація знімку

1. Отримання базової топографічної карти з використанням космічних знімків

Щоб провести експеримент по отриманню базової топографічної карти з дистанційного знімку, потрібні:

1. Методологія отримання базової топографічної карти з дистанційного (космічного) знімку.

2. Програмно-технічні засоби, що дозволяють реалізувати методологію.

Методологія складається з двох стадій. На першій здійснюється геокодування знімків та, при необхідності, інтреграція різних знімків. На другій стадії складається карта шляхом візуальної інтрерпретації оптичних характеристик знімків.

2. Отримання даних

При виборі супутника та даних, які необхідно отримати, визначають наступні характеристики:

1. Тип знімка (мультиспектральний, пан хроматичний, радарний);

2. Спектральні канали для мультиспектрального знімка та частотні канали для радарного знімка;

3. Роздільна здатність знімка;

4. Дата зйомки, визначається в залежності від характеру інформації, яку необхідно отримати. Наприклад, характер рослинного покриву найкраще ідентифікується в період вегетації;

5. Територія зйомки;

6. Наявність або відсутність знімка на дану територію в архівах.

3. Збір наземних контрольних точок

Збір контрольних точок (GCP – Ground Control Point) для геоприв’язки знімка проводиться на основі топографічних карт дрібного масштабу. Ідентифікація контрольних точок проводиться для об’єктів, які можна легко візуально знайти на космічному знімку. Такими об’єктами можуть бути перетини доріг, каналів, характерні форми берегової лінії тощо. Інше можливе джерело інформації для отримання координат контрольних точок – GPS (Global Position System)/

4. Геометрична корекція та орторектифікація знімка

Основна задача цього етапу – отримання зображення, вільного від геометричних викривлень та визначеного в одній з координатних систем. Геометрична корекція може бути виконана кількома програмами, або кількома шляхами. Фактори, які впливають на точність математичної моделі, що використовується для геометричної корекції – точність контрольних точок (GCP), яка в свою чергу залежить від масштабу карти по яким вони визначались, та точності з якою вони були ідентифіковані на знімку. Наземні контрольні точки можуть бути визначені як об’єкти з відомим наземним положенням, що можуть бути точно визначені на цифровому зображенні.

Геометричні викривлення є наслідком того, що знімок являє собою перспективне зображення місцевості, кожна точка якого будується по законам лінійної перспективи. Значенні геометричних викривлень залежать від характеристик зйомочної системи, радару чи сканеру та характеру рельєфу. Для подальшого використання, дані дистанційного зондування повинні бути виправлені за викривлення та конвертовані в один з інтернаціональних типів проекцій. Пакет XPace “Geometric Correction” дозволяє виправити похибки, викликані зміною висоти літаючого апарата, або кута нахилу камери під час отримання зображення.

техніка корекції основана на отриманні наземних контрольних точок рівномірно по площині знімка. В подальшому визначається коефіцієнт зсуву координат знімка по відношенню до реальних координат цієї точки. В цілому геометрична корекція виконується в два етапи: трансформація координат пікселів за допомогою поліноміальних рівнянь 1-5 порядків та реєстрація (процес вилучення та інтерполяції значень пікселів «сирого» зображення та переміщення в нові позиції ректифікованого знімку; включає інтерполяцію найближчого сусіда, білінійну та кубічну інтерполяцію).

Виконання геометричної корекції знімка можливе трьома шляхами: а) XPace пакети ”Geometric Correction” та “Satellite Ortho and DEM”; б) модуль GCPWorks; в) модуль OrthoEngine Satellite Edition.

В залежності від характеру даних, які є в наявності, можна використовувати три основні підходи до геометричної корекції знімка: орторектифікація, поліноміальні трансформації та сплайн.

1. Для виконання орторектифікації необхідні наступні дані: контрольні точки, орбітальні характеристики, цифрова модель місцевості (Digital Elevation Model – DEM). Координати контрольних точок знімаються з топографічних карт (необхідні для геометричної прив’язки), орбітальні характеристики знаходяться в header’і знімка в оригінальному форматі (необхідні для зняття геометричних викривлень за рахунок сканеру чи камери), цифрова модель місцевості будується на основі оцифрованих горизонталей, чи інших висотних даних (використовується для зняття похибок за рахунок рельєфу, особливо необхідна для гірських районів). При використанні орторектифікації математична модель трансформації враховує джерело систематичних та несистематичних похибок. Мінімальна необхідна кількість контрольних точок – 4 на один знімок.

2. Поліноміальні трансформації виконуються на основі поліноміальних рівнянь 1-5 порядку і не враховують несистематичні похибки за рахунок характеру орбіти супутника та рельєфу. Необхідною умовою коректної трансформації є рівномірне покриття контрольними точками всієї повірхні знімка, оскільки при використанні поліноміальних рівнянь вищих порядків (3-5) на ділянках, де відсутні контрольні точки, викривлення за рахунок трансформації можуть бути значними. Мінімальна необхідна кількість контрольних точок для поліноміальних рівнянь різних порядків становить:

• 1-й порядок - 3;

• 2-й порядок – 7;

• 3-й порядок – 11;

• 4-й порядок – 16;

• 5-й порядок – 22.

3. Сплайн є альтернативним по відношенню до поліноміальних трансформацій. Він також використовує контрольні точки, але отримані функції мають меншу кривизну між контрольними точками і стають лінійними при значних відстанях від точок. Координати контрольних точок залишаються незмінними. Але цей не працює у випадку значного впливу рельєфу, тоді кількість контрольних точок значно зростає.