Digitální fotogrammetrická stanice (DPW) Systém kombinující HW a SW k provádění fotogrammetrických úloh na digitálních snímcích. První digitální fotogrammetrická stanice byla prezentována v Kyotu v r. 1988 na 16. kongresu ISPRS. Jedno či dvou monitorový systém, speciální vybavení oproti klasickému PC je vázáno na: výrazně vyšší paměťové nároky (RAM i vnější paměti – disková pole RAID), čipy pro HW kompresi (JPEG), dále MrSID, ECW kvalitní zobrazovací systém – speciální panoramatické obrazovky, speciální grafické adaptéry umožňující stereo vidění, speciální brýle 3D polohovací zařízení Digitální fotogrammetrická stanice (DPW) DPW - základní SW komponenty: Řízení, správa a distribuce dat Import naskenovaných obrazových dat Práce s vektorovými daty (CAD, GIS) a s DTM Základní radiometrická zvýraznění obrazu (práce s histogramem snímku, úpravy kontrastu, …) Vizualizace v mono a stereo režimu Interní a externí orientace Fotogrammetrický sběr dat (aerotriangulace), měření na snímku či stereopárustereopáru Automatické generování DTM, editace, základní úpravy, generování vrstevnic Základní prvky automatické segmentace a klasifikace obrazu Transformace souřadného systému, definování prvků kartografické projekce Mozaikování snímků a úprava mozaiky (radiometrie, vyrovnání styků, …) Tvorba ortofoto Nadstavby pro kartografické práce Příklady SW řešení digitální fotogrammetrie PRODUKT FIRMA WWW DVP DVP Geomatique www.dvp.ca SUMMIT Evolution DAT/EM Systems Int www.datem.com Z/I Imaging Zeiss, Intergraph www.ziimaging.com OrthoEngine PCI Geomatics www.pcigeomatics.com VirtuoZo VirtuoZo Systems Int. www.virtuozo.com.au SOCKET SET LH Systems www.lh-systems.com Softplotter Autometric www.autometric.com TNTmips MicroImages www.microimages.com DiAP ISM www.ismcorp.com OrthoMAX ERDAS www.erdas.com PhoTopol TopoL www.topol.cz Základní SW komponenty Imagestation (Intergraph) 3D Vizualizace digitálních snímků Metody Účel: • zlepšení procesu interpretace • zpřesnění výsledků měření • nové možnosti vizualizace dat Metody • Anaglyf • Stereoskop a půlená obrazovka či dva monitory • Pasivní polarizační systém • Speciální obrazovka využívající principu stereoskopického rastru • Tekuté krystaly • Chromo-Stereoskopie dossier_3dstereo.pdf Anaglyf 3D Vizualizace digitálních snímků Stereoskop a půlená obrazovka či dva monitory 3D Vizualizace digitálních snímků Pasivní polarizační systém 3D Vizualizace digitálních snímků Speciální obrazovky využívající principu stereoskopického rastru Tekuté krystaly Chromo-Stereoskopie dossier_Chromo_Stereo.pdf Měření a sběr dat (3D feature collection) P‘ P‘‘f f f = focal length P = object point P‘ = representation of P in the left photo P‘‘ = representation of P in the right photo C = projection centre base epipolar plane projection centres photos CC • manuální umísťování měřické značky na povrch modelu • automatické generování objektů (linií polygonů) • generování sítě bodů (aerotriangulace,…) terrain surface = object space x y z Pxyz object (terrain) co-ordinate system Měření a sběr dat (3D feature collection) • poloautomatické metody – vyhledávání linií, „doplňování“ geometrických tvarů, … Automatická extrakce budov Automatická extrakce budov – propojení dat z leteckého a laserového snímání Automatické vyhledávání linií (komunikací) - problém definování počátku a konce lnií - stíny, stromy, auta, změna povrchu - propojení segmentů do sítě Vyhodnocení polohopisu • filtrace obrazu, ostření a detekce hran • segmentace obrazu • automatické rozpoznávání objektů (porovnávání se vzorem) • automatická, a poloautomatická vektorizace (předzpracování metodou vysokopásmové filtrace a generování linie vyhledávánímmetodou vysokopásmové filtrace a generování linie vyhledáváním lokálních extrémů v předem definovaném okolí bodu) • opravy na pravoúhlost objektů, doplnění čtvrtého vrcholu čtyřúhelníka apod. Tvorba výškového modelu • Digitální výškový model (DEM – digital elavation model) • Digitální model terénu (DTM – digital terrain model) • Digitální model povrchu (DSM – digital surface model) Automatické generování výškového modelu Obecný postup automatického generování DSM sestává z následujících kroků: 1. provedení vnitřní a vnější orientace stereopáru za pomoci vlícovacích bodů – nutné je určení snímkových a skutečných souřadnic těchto bodů a orientace s využitím kolineárních rovnic. 2. Definování vázacích bodů na překrývajících se částech všech fotografií – dobře identifikovatelných bodů v částech obrazu s dostatečným kontrastem. 3. Vyhledávání odpovídajících obrazů bodů na druhé fotografii v stereopáru (A. diferenciální překreslování B. obrazová korelace) 4. Výpočet výšky nalezeného bodu 5. Interpolace bodů do spojitého povrchu Automatické generování výškového modelu Nastavení parametrů modelu Automatické generování výškového modelu A. Diferenciální překreslování (stereoskopické vyhodnocování) • Je vytvořen zdánlivý 3D model zpracovávaného území. • Zpracovatel má k dispozici speciální polohovací zařízení, ovládané ve směru všech os x,y,z, které ovládá tzv. měřickou značku. • Polohovacím zařízením zpracovatel umísťuje měřickou značku tak, aby spočívala na terénu a zaznamená polohu bodu ve 3D. • Značku lze nastavit na konstantní výšku a snímat jednotlivé vrstevnice.• Značku lze nastavit na konstantní výšku a snímat jednotlivé vrstevnice. • Jiný postup je založen na vytvoření sítě bodů podle předem zadaných parametrů. Souřadnice jsou měřeny pro uzly sítě. • DTM je vytvořen interpolací z uzlů sítě. • Manuální postup – zpracovatel postupně staví značku na povrch terénu se kombinuje s automatickým vytvořením kostry bodů, které jsou doplněny dalšími vhodnými (lomovými) body – hřbetnice a údolnice. • Hustotu zaměřovaných bodů lze měnit podle komplexnosti terénu. Automatické generování výškového modelu B. Obrazová korelace • Automatické generování DSM založené na porovnávání obrazů • Snímková dvojice je orientována a převedena do epipolární projekce • Algoritmus na základě korelačního koeficientu jako míry podobnosti hledá polohu určitého bodu z levé fotografie na fotografii pravé.bodu z levé fotografie na fotografii pravé. • Z rozdílu v poloze objektu na L a P fotografii lze zjistit horizontální paralaxu. • Velikost paralaxy je úměrná vzdálenosti objektu od snímacího systému. • Za předpokladu dostatečně přesné orientace modelu je tedy paralaxa nositelem informace o výšce objektu. Automatické generování výškového modelu • Vytvořené pole bodů (pixelů) obsahuje množství nesprávně určených dat, pro části obrazu nebylo nalezeno řešení obrazové korelace. • Je nutná editace a úpravy • Detekce chyb (prahování, logická kontrola) • Filtrace obrazu, interpolace Automatické generování výškového modelu Vizualizace • Převod středové projekce snímků do ortogonální roviny. • Orientací modelu a překreslením jsou odstraňovány především distorze způsobené převýšením terénu, sklonem snímku, dále zkreslením objektivu, zakřivením země, atmosférickými refrakcemi atd. • Překreslením vzniká ortofotosnímek Digitální ortofoto • Z ortofotosnímku vzniká ortofotomapa • Doplnění vektorové kresby, vrstevnic, … • Doplnění snímku do podoby mapové kompozice • Převedení do kladu mapových listů Vytváření ortofotosnímku (diferenciální překreslení) Do procesu ortorektifikace vstupují: 1) původní snímky, 2) parametry vnitřní a vnější orientace 3) model terénu (případně DSM– viz. dále) • Odstranění relativních změn v poloze bodů je dosaženo tak, že pro každý pixel modelu terénu se hledá odpovídající pixel na snímku. • Hodnota stupně šedi je určena některou z metod převzorkování. • Parametry modelu terénu musí vyhovovat požadovaným parametrům ortofotomapy. Není vhodné překreslovat snímek s velikostí pixelu 0,1 m na model s relativní výškovou chybou 2 m. Přesnost použitého modelu terénu ovlivňuje přesnost ortofoto. • Pro nadirové snímky vystačíme s méně přesným DTM, naopak snímky šikmé (“off nadir“) vyžadují přesnější model terénu. Digitální ortofotosnímky nadir“) vyžadují přesnější model terénu. • Pro letecké fotografie s přibližným měřítkem 1: 60 000 a větším se doporučuje vertikální přesnost DTM kolem 1 m. • Velikost obrazového prvku výsledného ortofoto by měla být stejná či větší něž velikost pixelu vstupního snímku. • Problémy u skokově převýšených objektů u kterých exaktní korekce není zcela možná. • Tyto lze částečně řešit zmenšením obrazového úhlu kamery či zvětšením překryvu (viz. true ortofoto). Programy pro podporu a tvorbu ortofotomap • Geometricky „správné“ překreslené snímky je nutné upravovat, tak aby tvořily jeden celek – aby byly „správné“ radiometricky • Jednotlivé snímky mají různou barevnost, vignetaci, sluneční skvrny, …) – je zapotřebí je spojit do jednoho celku bez zřetelných přechodů. • Pro vlastní mozaikování se definují spojovací hrany – seamlines (automaticky, manuálně, import).(automaticky, manuálně, import). • Probíhají úpravy histogramu (histogram matching) – radiometrické vyrovnání, vyrovnání jasu a kontrastu. Programy pro podporu a tvorbu ortofotomap Zdroj: http://www.hansaluftbild.de/en/technologie/photogrammetrie/orthophototechnik.html Ortofotosnímek před a po mozaikování Programy pro podporu a tvorbu ortofotomap Zdroj: http://www.hansaluftbild.de/en/technologie/photogrammetrie/orthophototechnik.html Automatické vs. manuální definování tzv. break lines Programy pro podporu a tvorbu ortofotomap Zdroj: http://www.hansaluftbild.de/en/technologie/photogrammetrie/orthophototechnik.html Ortofotosnímek před a po radiometrických úpravách Přizpůsobení histogramu: Nadefinuje se rozsah výsledné mozaiky a umístí se do ní první snímek. Na základě vybraného vzorku pixelů z cílového snímku se vypočte zobrazovací tabulka (LUT). Histogram každého dalšího snímku připojovaného do mozaiky je upraven podle vzorové zobrazovací funkce Výsledkem je radiometricky vyrovnaný obraz Úpravy kontrastu na styku dvou snímků (blending) Kartografické práce • Rozdělení mozaiky do jednotlivých mapových listů • Doplnění ostatními základními kompozičními prvky mapy (název, měřítko, legendu a tiráž). • Vlastní mapové pole je často doplňován o průběh administrativních hranic, anotací význačných objektů, čísla parcel, zákres některých liniových prvků, vrstevnic, atd. • Doplnění nadstavbových kompozičních prvků (směrovka, logo, vedlejší• Doplnění nadstavbových kompozičních prvků (směrovka, logo, vedlejší mapy, tabulky, grafy, schémata, textové pole, blokdiagramy, …) V závislosti na dodaných dalších kompozičních prvcích rozlišujeme: • Fotoplán – obsahuje rám a některé rámové údaje, případně síť souřadnic. • Fotomapa – je doplněna písmem, kartografickými značkami, liniovými prvky a často také kresbou vrstevnic S digitálními snímky lze jistým způsobem řešit i některé problémy, které v prostředí analogové či analytické fotogrammetrie byly neřešitelné: • problém zakrytých prostor - určení výšek jednotlivých budov, automatické či manuální posunutí střech objektů nad jejich půdorys • využití DEM na místo DTM k vlastní ortorektifikaci • „digital building model“ - DBM • problém stínů Pravé ortofoto (True orthophoto) • problém stínů • snímkování z více pozic, tak aby každý bod byl alespoň na jednom snímku • vytváření „True ortofoto“ Porovnání „klasického“ překreslení s projevem "kácení" budov v centru města Brna a výsledku překreslení snímku v podobě true orthophoto . Pravé ortofoto (True orthophoto) Zdroj. http://www.geodis.cz/sluzby/ortocity True orthophoto Problém zakrytých prostorů a chybějících obrazových dat Další postupy využívající principů fotogrammetrie • Pixometrie • Laserové snímání Pixometrie (PixoView) je speciální způsob leteckého snímkování, při kterém se využívá šikmých snímků. Umožňuje získat snímky i s výškou budov a vytvářet perspektivní pohledy. • Snímkování pomocí 5-ti kamer s různou osou záběru • Vertikální slouží k tvorbě ortofoto, • Šikmé – pod úhlem 40 stupňů, výška letu 2000 m pixel 30 cm (community images) resp. 1500 a 10 cm (neighborhood images) • GPS/IMS • Známy souřadnice každého pixelu Pixometrie http://www.pictometry.com/home/home.shtml http://www.geodis.cz/sluzby/sikme-snimkovani-pixoview • Známy souřadnice každého pixelu Vytváření perspektivních pohledů s využitím šikmé fotografie 3D modely měst