KOMPUTEROWA REKTYFIKACJA ZDJĘĆ LOTNICZYCH: ĆWICZENIA WPROWADZAJĄCE

Transkrypt

1 Instytut Prahistorii Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu KOMPUTEROWA REKTYFIKACJA ZDJĘĆ LOTNICZYCH: ĆWICZENIA WPROWADZAJĄCE Opracowali: Włodzimierz Rączkowski, Lidia Żuk Poznań, kwiecień 2008 Przewodnik do zajęć praktycznych W trakcie zajęć wykorzystywany będzie program AirPhoto, który jest programem współpracującym z komputerami osobistymi typu PC i pracuje w środowisku Windows. Wszystkie komendy AirPhoto są przedstawiane w formie POGRUBIONYCH DUŻYCH LITER. Nazwy plików z danymi wykorzystywanymi w trakcie ćwiczeń są zapisane w nawiasie kwadratowym [PLIK]. Nazwy wszystkich nowych plików tworzonych w trakcie ćwiczeń powinny rozpoczynać się od litery X. Spis wszystkich plików znajduje się na końcu.

2 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 2 Ćwiczenie 1: Środowisko AirPhoto Program AirPhoto pracuje w środowisku Windows, a zatem poszczególne komendy wywołujemy poprzez wybór opcji znajdującej się w pasku menu: lub klikając na poszczególne ikony: FILE / OPEN Program AirPhoto czyta różne pliki, które powstały w wyniki skanowania map, zdjęć lub ich interpretacji. Zatem pracować można z plikami z rozszerzeniami *.TIF, *.JPG, *.BMP, *.PNG, *.PCX. Może również importować pliki tworzone w programach takich, jak AUTOCAD lub współpracujących z GIS (*.DXF, *.EMF, *.WMF). SETUP Uzyskujemy informacje o aktualnych ustawieniach programu. Możemy je zmieniać poprzez wybór odpowiednich opcji: SETUP / OUTPUT Tu mamy możliwość podejmowania decyzji dotyczących wyglądu tworzonego obrazu (Source and Target) i Output Color Depth. Proszę wybrać Overlay Source + Target White i 256 kolorów. SETUP / FILE PREFS. Program pozwala na tworzenie różnorodnych plików wyjściowych. Opcja ta umożliwia określenie ich formatu, np. *.TIF, *.JPG, *.BMP.

3 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 3 Proszę wybrać: Input TIFF, Output TIFF SETUP / TRANSFORMATION Pozwala na wybór opcji przekształcania zdjęcia. Transformacja projective jest optymalna dla terenów równinnych. Transformacja polynomial jest zwykle stosowana przy pracy ze zdjęciami satelitarnymi lub starymi mapami. Transformacja multipoint jest użyteczna przy pracy ze zdjęciami z obszarów pagórkowatych, opcję Fischler Bolles wybieramy wówczas, gdy dodatkowo znamy parametry aparatu fotograficznego. Dodatkowo opcja Interpolation umożliwia wybór opcji geometrycznego przeliczania każdego punktu zdjęcia przy przekształcaniu na mapę. Ćwiczenie rozpoczniemy od ustawienia domyślnego: Coarse (według metody najbliższego sąsiada ). SETUP / GRID SYSTEM Systemy geograficzne i kartograficzne wykorzystywane w różnych krajach są rozmaite. Program pozwala wybrać opcję takiego systemu, który stosowany jest w danym kraju. W wypadku map używanych w Polsce istnieje kilka systemów. Obecne mapy w skali 1:10000, na których pracujemy są w systemie 1965 (jest to jedyny system, w którym istnieje pełne pokrycie kraju). Zatem obecnie przy pracy z polskimi mapami wybieramy opcję: Poland-S65.

4 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 4 SETUP / GIS Jeśli zamierzamy pracować w jakimkolwiek istniejącym systemie informacji geograficznej (GIS), wówczas plik wyjściowy musi zostać zachowany z odpowiednim nagłówkiem. AirPhoto umożliwia utworzenie plików, które są odczytywane przez wszystkie podstawowe programy GIS takie, jak ArcGIS, AutoCad, IDRISI, MapInfo, ER Mapper. Proszę wybrać: MapInfo Tab File SETUP / APPEARANCE Opcja ta umożliwia dostosowanie wyglądu AirPhoto na ekranie. Maximize Main Window oznacza, że za każdym razem program otworzy się na pełny ekran. AirPhoto Classic umożliwia wybór plików z punktami kontrolnymi wtedy, gdy ich potrzebujemy. Można także zaznaczyć opcję Show all graphics w sytuacji, gdy chcemy pracować z plikami o różnym rozszerzeniu. Każdorazowy wybór opcji potwierdzamy kliknięciem OK.

5 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 5 Ćwiczenie 2: Kalibracja mapy Otwieramy plik z mapą [Jurkowo_mapa.tif] Aby istniała możliwość eksportu tworzonej przez nas interpretacji do GIS jako osobnej warstwy, niezbędne jest wprowadzenie współrzędnych, które pozwolą na lokalizację naszego pliku w odpowiednim miejscu w przestrzeni. Równocześnie wprowadzenie współrzędnych pozwala na określanie błędu, z jakim dokonane zostało przekształcenie. Zatem w pierwszej kolejności należy skalibrować mapę. Kalibracja mapy: 1. Znajdź na mapie siatkę kilometrową (muszą być odnalezione przynajmniej 4 punkty siatki). Zapisz je, ponieważ kursor może zasłonić współrzędne na mapie. 2. Wybierz: GRID/CALIB. / CALIBRATE 3. Na ekranie pojawi się czerwony celownik 4. Naprowadź go na przecięcie siatki kartograficznej w skrajnym południowozachodnim narożniku i kliknij 5. Pojawi się okno, w którym należy wybrać strefę. Zidentyfikuj tę strefę na mapie. 6. Wybierz strefę i wpisz współrzędne dla SW narożnika arkusza mapy. 7. Po wpisaniu współrzędnych i sprawdzeniu danych potwierdź przez kliknięcie OK. 8. W miejscu przecięcia się siatki pojawi się błękitne kółko z krzyżem opisane C Wprowadź współrzędne kolejnego narożnika siatki leżącego na północ powtarzając wszystkie czynności. 10. W ten sam sposób wprowadź współrzędne pozostałych narożników mapy. Aby usunąć czerwony celownik kliknij raz na GRID/CALIB. Uwaga! Każdorazowo, aby WYŁĄCZYĆ funkcję należy ponownie na nią kliknąć. Po wprowadzeniu czwartej współrzędnej program pokazuje współrzędne każdego punktu, w którym znajduje się kursor (patrz: ramka na dole ekranu). Ustaw kursor na przecięciu siatki i sprawdź, czy współrzędne się zgadzają. Jeśli nie, wówczas może być potrzebna ponowna kalibracja mapy. Jeśli pracujemy z mapą, która została zeskanowana, wówczas wskazane jest użycie opcji Align image to grid. Umożliwia ona wyprostowanie wszelkich odkształceń mapy, które mogły się pojawić w trakcie jej skanowania. 10. Wybierz: GRID/ ALIGN IMAGE TO GRID 11. Zaakceptuj domyślną skalę klikając ok 12. Zapisz wyprostowaną mapę pod nową nazwą [X_Jurkowo_mapa] Zamknij plik: FILE / CLOSE Program automatycznie utworzy plik: X_Jurkowo_mapa.cal Jest to plik, w którym zapisane są współrzędne siatki kilometrowej na tej mapie oraz jej miejsce w określonej strefie. Plik otwiera się automatycznie, gdy otwieramy plik główny [X_Jurkowo_mapa.tif] Jeszcze raz otwieramy plik z mapą [X_Jurkowo_mapa.tif] Zauważ, że automatycznie wprowadzone zostały współrzędne siatki kartograficznej. Zamknij plik

6 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 6 Ćwiczenie 3: Wprowadzanie punktów kontrolnych Otwórz pliki: [Jurkowo_zdj.tif] oraz [X_Jurkowo_mapa.tif] Pojawią się dwa okna w jednym będzie skalibrowana mapa, a w drugim zdjęcie. Zidentyfikuj pięć punktów kontrolnych, które otaczają stanowisko archeologiczne. Punkty kontrolne można wprowadzać na dwa sposoby. Pierwszy ze sposobów jest zbliżony do zaznaczania punktów kalibracji i wykorzystuje czerwony celownik. Wybierz: CNTLPTS / ADD/DEL Po kliknięciu pojawia się czerwony celownik, który naprowadzamy na wybrany punkt kontrolny. Kolejne kliknięcie powoduje, że zaznaczony zostaje punkt kontrolny (biały okrąg z krzyżem i numerem 001). Drugi sposób pozwala na tworzenie punktu kontrolnego, gdy trudno go jednoznacznie zidentyfikować. Wybierz: CNTLPTS / INTERSECTION 1. Po kliknięciu pojawi się biała strzałka z prostokątem. 2. Ustaw kursor na linii, przy pomocy której chcesz wyznaczyć punkt kontrolny. Kliknij raz i przytrzymując lewy klawisz myszy przesuwaj w kierunku przyszłego punktu kontrolnego. Pojawiająca się biała linia pozwala sprawdzać, czy dobrze utrzymywany jest kierunek. 3. Gdy przetniesz miejsce, gdzie z grubsza powinien znajdować się punkt kontrolny możesz puścić klawisz myszy. 4. Ustaw kursor w punkcie wyjścia innej linii, która przecinając pierwszą linię utworzy punkt kontrolny. Zrób to samo co przy pierwszej linii. 5. Puść klawisz myszy i kliknij lewym przyciskiem myszy, 6. Na przecięciu obu linii pojawi się punkt kontrolny (biały okrąg z krzyżem i kolejnym numerem). Po wprowadzeniu pierwszego punktu kontrolnego na zdjęciu, zidentyfikuj i wprowadź jego odpowiednik na mapę. Następnie w ten sam sposób zaznacz pozostałe cztery punkty kontrolne. Pamiętaj, aby wprowadzić je w tej samej kolejności! Jeżeli chcesz usunąć punkt kontrolny to wybierz: CNTLPTS / ADD/DEL Pojawi się czerwony celownik. Najedź nim na istniejący punkt kontrolny (bardzo dokładnie) i kliknij. Punkt kontrolny zostanie usunięty, lecz numeracja pozostałych punktów nie ulegnie zmianie.

7 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 7 Ćwiczenie 4: Rektyfikacja zdjęcia Gdy mamy już wprowadzone punkty kontrolne zarówno na mapie, jak i na zdjęciu ( możemy przystąpić do procedury rektyfikacji zdjęcia i wpisania go w mapę. Jeszcze raz sprawdź czy punkty kontrolne są poprawnie naniesione i czy jest ich taka sama liczba w obu plikach. Można to sprawdzić na ramce poszczególnych okien, gdzie przy nazwie pliku znajduje się informacja o liczbie wprowadzonych punktów kontrolnych. Na ramce mapy wybierz: Target Powinna pojawić się informacja Target (oznacza to, że mapa jest docelowym miejscem dla zdjęcia). Zrób to samo z oknem, gdzie znajduje się zdjęcie. Tu na ramce powinna być informacja Source. Wybierz: TRANSFORM Po chwili w oknie z mapą pojawi się zrektyfikowane zdjęcie wpisane w mapę. Pozwala to na sprawdzenie czy transformacja została dokonana poprawnie i czy obraz jest czytelny. Jeżeli wynik jest akceptowalny kliknij Done. Jeżeli chcesz sprawdzić z jaką dokładnością nastąpiło przekształcenie kliknij: Control Pts Ukaże się nowe okno, gdzie podana jest informacja o średnim błędzie (Mean Value) w lokalizacji punktów kontrolnych oraz informacja o przesunięciach poszczególnych punktów. Informacja jest podana w metrach, gdyż program wie, że pracuje w siatce kilometrowej. Akceptowalny błąd dla map w skali 1: wynosi 3 metry.

8 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 8 Jeżeli odchylenia są do zaakceptowania można wyłączyć okno klikając na X. Jeżeli odchylenia są zbyt duże można jeszcze raz wprowadzić punkty kontrolne i powtórzyć całą procedurę od początku (czyli wprowadzania punktów kontrolnych) lub wprowadzić niewielkie korekty modyfikując lokalizację punktów kontrolnych. W tym celu uaktywnij okno, w którym chcesz przesuwać punkty kontrolne i wybierz opcję: CNTLPTS / MOVE 1. Pojawi się biała ręka z palcem wskazującym. 2. Naprowadź ją na środek punktu kontrolnego, przytrzymaj klawisz Shift i przyciśnij lewy klawisz myszy. Punkt zostanie aktywowany wówczas, gdy zmieni kolor na czerwony 3. Puść Shift i przesuń punkt kontrolny używając strzałek na klawiaturze 4. W trakcie modyfikacji lokalizacji punktów kontrolnych obserwuj zmieniające się dane dotyczące średniego błędu i błędów w poszczególnych punktach. 5. Gdy zakończysz modyfikację lokalizacji punktu, potwierdź jego nową pozycję klikając ponownie CNTLPTS / MOVE 6. Jeśli chcesz poprawić pozycję większej liczby punktów, to po zakończeniu pracy z pierwszym punktem należy wcisnąć Enter i powtórzyć wszystkie czynności dla kolejnych punktów. Ich nowe pozycje potwierdzamy Enter na samym końcu. Jeśli zakończysz poprawianie punktów kontrolnych, wówczas należy cofnąć transformację poprzez kliknięcie przycisku UNDO na ramce mapy, a następnie przekształcić zdjęcie jeszcze raz. Teraz można zamknąć przekształcone zdjęcie, zapisując je pod nazwą [X_Jurkowo_zdj.tif] Przy zamknięciu okien program automatycznie utworzy pliki z punktami kontrolnymi *.ctl. Tak więc każdorazowo otwierając mapę lub zdjęcie będą już zaznaczone punkty kontrolne.

9 Komputerowa rektyfikacja zdjęć lotniczych 9 Ćwiczenie 5: Zapisywanie końcowego wyniku Pierwsza transformacja pozwoliła nam zlokalizować zdjęcie we właściwym miejscu na mapie oraz przekształcić je z akceptowalnym błędem. Jeśli jednak planujemy rysowanie informacji archeologicznych, wówczas można zauważyć, iż są one przesłonięte przez mapę. Przekształconemu zdjęciu została również nadana rozdzielczość i skala mapy. Można to zmienić na dwa sposoby: W Options wybierz White background i ponownie przekształć zdjęcie. Usuwamy w ten sposób zbędne informacje o mapie, ale zdjęcie ma nadal jej rozdzielczość. lub: 1. W Options wybierz White background i zmień Interpolation na Fine 2. Zamknij mapę 3. Kliknij Scale and transform images 4. Wybierz mapę A_Jurkowo_mapa.tif, wybierz skalę (spróbuj 0.2m per pixel), kliknij OK. Obraz będzie przekształcony w wybranej skali, bez zbędnych informacji z mapy, ale ciągle posiadając georeferencje. Zatem zdjęcie jest gotowe do pracy w MapInfo. Ćwiczenie 6: Przeprowadź rektyfikację pozostałych zdjęć znajdujących się w folderze. Zarówno program, jaki i informacje o nim można znaleźć na stronach: Podstawowa literatura: Scollar I AirPhoto A WinNT/Win95 Program for Geometric Processing of Archaeological Air Photos, AARGnews 16, Scollar I Where on Earth is it?, AARGnews 18, Scollar I Making things look vertical, [w:] R. Bewley, W. Rączkowski (red.), Aerial Archaeology. Developing Future Practice. Amsterdam: IOS Press, Spis plików: Jurkowo_mapa.tif Jurkowo_zdj.tif