BADANIA NAD WPŁYWEM ROZMIESZCZENIA FOTOPUNKTÓW NA JAKOŚĆ KALIBRACJI OBRAZU QUICKBIRD 2 METODĄ FIZYCZNEGO MODELU SENSORA



Podobne dokumenty
Potencjał wysokorozdzielczych zobrazowań Ikonos oraz QuickBird dla generowania ortoobrazów.

OPRACOWANIE MIEJSKIEJ ORTOFOTOMAPY SATELITARNEJ NA PODSTAWIE WYSOKOROZDZIELCZEGO ZOBRAZOWANIA QUICKBIRD-2 1

PORÓWNANIE WYNIKÓW ORTOREKTYFIKACJI OBRAZÓW SATELITARNYCH O BARDZO DUŻEJ ROZDZIELCZOŚCI

DOKŁADNOŚĆ AUTOMATYCZNEGO GENEROWANIA NMT NA PODSTAWIE DANYCH HRS SPOT 5 ORAZ HRG SPOT 4

WPŁYW ILOŚCI FOTOPUNKTÓW I DOKŁADNOŚCI NUMERYCZNEGO MODELU WYSOKOŚCIOWEGO NA DOKŁADNOŚĆ WYSOKOROZDZIELCZEJ ORTOFOTOMAPY SATELITARNEJ

PORÓWNANIE METOD ORTOREKTYFIKACJI OBRAZU IKONOS W PROGRAMIE PCI GEOMATICA 9.0

WIELOSENSOROWA TRIANGULACJA SATELITARNA THE MULTISENSOR SATELLITE TRIANGULATION. Ireneusz Ewiak. Instytut Geodezji i Kartografii w Warszawie

OKREŚLENIE ZAKRESU KOREKCJI GEOMETRYCZNEJ ZOBRAZOWAŃ IKONOS ORAZ QUICKBIRD

ALTERNATYWNE DLA ZDJĘĆ LOTNICZYCH ŹRÓDŁA DANYCH W PROCESIE GENEROWANIA TRUE ORTHO ALTERNATIVE DATA FOR GENERATION OF TRUE ORTHO

ROSYJSKIE DANE SATELITARNE WOBEC WSPÓŁCZESNYCH SYSTEMÓW KOMERCYJNYCH RUSSIAN SATELLITE DATA VS. CONTEMPORARY COMMERCIAL SYSTEMS.

BADANIE WPŁYWU JAKOŚCI DANYCH INICJALNYCH NA KOREKCJĘ OBRAZU SATELITARNEGO SYSTEMU IKONOS

Wojskowa Akademia Techniczna Zakład Teledetekcji i Fotogrametrii ul. Kaliskiego Warszawa 49

OKREŚLENIE ZAKRESU WYKORZYSTANIA DANYCH SATELITARNYCH RESURS-DK W OPRACOWANIACH FOTOGRAMETRYCZNYCH

ANALIZA DOKŁADNOŚCI PODSTAWOWYCH PRODUKTÓW FOTOGRAMETRYCZNYCH UZYSKANYCH Z ZOBRAZOWAŃ POZYSKANYCH TRZYLINIJKOWĄ CYFROWĄ LOTNICZĄ KAMERĄ ADS40

Metryki i metadane ortofotomapa, numeryczny model terenu

1. Dane panchromatyczne CARTERRA Geo firmy Space Imaging

ORIENTACJA OBRAZÓW STEREO IKONOS ORAZ AUTOMATYCZNY POMIAR MODELI WYSOKOŚCIOWYCH

SINGLE-IMAGE HIGH-RESOLUTION SATELLITE DATA FOR 3D INFORMATIONEXTRACTION

Opracowanie cyfrowej ortofotomapy terenów niedostępnych z wysokorozdzielczych danych satelitarnych

Data sporządzenia materiałów źródłowych: zdjęcia:..., NMT:... Rodzaj zdjęć: analogowe/cyfrowe

PORÓWNANIE EDUKACYJNEGO OPROGRAMOWANIA DO LOTNICZEJ FOTOGRAMETRII CYFROWEJ Z PROFESJONALNYMI SYSTEMAMI FOTOGRAMETRYCZNYMI

Precyzyjne pozycjonowanie w oparciu o GNSS

DEMISTYFIKACJA IKONOSA!

AUTOMATYCZNA AKTUALIZACJA BAZY DANYCH O BUDYNKACH W OPARCIU O WYSOKOROZDZIELCZĄ ORTOFOTOMAPĘ SATELITARNĄ

Aerotriangulacja. 1. Aerotriangulacja z niezależnych wiązek. 2. Aerotriangulacja z niezależnych modeli

OCENA DOKŁADNOŚCI GENEROWANIA NMP Z WYKORZYSTANIEM CARTOSAT-1 EVALUATION OF THE ACCURACY OF DSM GENERATION USING A CARTOSAT-1

ANALIZA MOśLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ZOBRAZOWAŃ Z CARTOSAT-1 W OPRACOWANIACH FOTOGRAMETRYCZNYCH I KARTOGRAFICZNYCH

7. Metody pozyskiwania danych

Wykorzystanie Bezzałogowych Statków Latających w różnych zastosowaniach budowalnych i geodezyjnych

Zastosowanie metody interpolacji warstwic do tworzenia NMT. dr inż. Ireneusz Wyczałek Zakład Geodezji POLITECHNIKA POZNAŃSKA

ROMUALD KACZYŃSKI Instytut Geodezji i Kartografii w Warszawie NAJNOWSZE TECHNIKI FOTOGRAMETRII LOTNICZEJ I SATELITARNEJ

PROMOTOR TEMAT PRACY DYPLOMOWEJ MAGISTERSKIEJ KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA

OPRACOWANIE ROZWINIĘCIA OBRAZÓW TERMOGRAFICZNYCH KOMINA PRZEMYSŁOWEGO 1)

WSTĘPNA OCENA PRZYDATNOŚCI ZDJĘĆ SATELITARNYCH ASTER W TELEDETEKCJI I FOTOGRAMETRII

Aerotiangulacja plik chańcza_blok folder fotopunkty - folder camera

Podstawy Geomatyki Wykład VI Teledetekcja 2. Remote sensing methods based on multispectral satellite images (passive methods)

WYKORZYSTANIE DANYCH LOTNICZEGO SKANINGU LASEROWEGO JAKO OSNOWY GEOMETRYCZNEJ DLA KOREKCJI OBRAZÓW QUICKBIRD

IV Konferencja naukowo-techniczna WYKORZYSTANIE WSPÓŁCZESNYCH ZOBRAZOWAŃ SATELITARNYCH, LOTNICZYCH I NAZIEMNYCH DLA POTRZEB OBRONNOŚCI KRAJU I

SPIS TREŚCI STRESZCZENIE...8 SUMMARY...9 I. WPROWADZENIE... 10

OCENA DOKŁADNOŚCI AEROTRIANGULACJI ZOBRAZOWAŃ ADS40 ESTIMATION OF THE ACCURACY OF THE TRIANGULATION OF ADS40 IMAGERY. Artur Karol Karwel

ANALIZA DOKŁADNOŚCI ORTOFOTOMAPY WYGENEROWANEJ NA PODSTAWIE CYFROWYCH ZDJĘĆ POZYSKANYCH Z POKŁADU BEZZAŁOGOWEGO STATKU LATAJĄCEGO

OPRACOWANIE KONCEPCJI BADANIA PRZEMIESZCZEŃ OSUWISK NA PODSTAWIE GEODANYCH

ZAGADNIENIE METODY OCENY DOKŁADNOŚCI CYFROWYCH MODELI TERENU W ASPEKCIE IMPLEMENTACJI EUROPEJSKIEJ DYREKTYWY INSPIRE

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA Zobrazowania satelitarne dla Ośrodka Rozpoznania Obrazowego

Generowanie ortofotomapy w aplikacji internetowej Orthophoto Generation in the Web Application

1 : m z = c k : W. c k. r A. r B. R B B 0 B p. Rys.1. Skala zdjęcia lotniczego.

Szczegółowe wytyczne dotyczące aktualizacji baz danych zobrazowań lotniczych i satelitarnych oraz ortofotomapy i numerycznego modelu terenu

Szkolenie Fotogrametria niskiego pułapu

kataster, numeryczne modele terenu, tachimetria elektroniczna czy GPS, wykorzystywane coraz częściej do pozyskiwania, analizowania i przetwarzania

Temat ćwiczenia. Pomiary płaskości i prostoliniowości powierzchni

Charakterystyka danych teledetekcyjnych jako źródeł danych przestrzennych. Sławomir Królewicz

MOŻLIWOŚCI TWORZENIA NUMERYCZNEGO MODELU POKRYCIA TERENU ZE STEREOPARY ZDJĘĆ SATELITARNYCH VHRS

TECHNOLOGIA REALIZACJI PAŃSTWOWEGO UKŁADU WSPÓŁRZĘDNYCH 2000 NA OBSZARZE POWIATU

Często zadawane pytania PhoToPlan

WPŁYW JAKOŚCI NUMERYCZNEGO MODELU TERENU NA WYNIK ORTOREKTYFIKACJI WYSOKOROZDZIELCZYCH OBRAZÓW SATELITARNYCH IKONOS-2

Opracowanie narzędzi informatycznych dla przetwarzania danych stanowiących bazę wyjściową dla tworzenia map akustycznych

Podstawowe definicje. System odniesienia (reference system)

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji Vol. 9,1999, s ISBN Streszczenie

Aerotriangulacja metodą niezależnych wiązek w programie AEROSYS. blok Bochnia

a) Aerotiangulacja do końca semestru (8 zajęć) plik chańcza_blok folder fotopunkty - Fotopunkty do projektu: 1, 2a, 212, 301, 504 folder camera

PRÓBA PODNIESIENIA WARTOŚCI INFORMACYJNEJ CYFROWYCH ORTOFOTOMAP ATTEMPT TO INCREASE INFORMATIVE VALUE OF DIGITAL ORTHOPHOTOMAPS

Pattern Classification

MAPY SATELITARNE W OJEW ÓDZTW A O POLSK IEGO I DOLNOŚLĄSKIEGO

Spis treści CZĘŚĆ I POZYSKIWANIE ZDJĘĆ, OBRAZÓW I INNYCH DANYCH POCZĄTKOWYCH... 37

Dane teledetekcyjne. Sławomir Królewicz

KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI GEODEZJA I GEOINFORMATYKA

WYTYCZNE TECHNICZNE K-1.1 METRYKA MAPY ZASADNICZEJ. Arkusz... Skala...

SPECYFIKACJA TECHNICZNA D

Liczba punktów ECTS za zajęcia praktyczne. Liczba punktów ECTS. udziałem nauczyciela akademickiego. samodzielna praca. z bezpośrednim.

FOTOGRAMETRIA ANALITYCZNA I CYFROWA

ANALIZA DOKŁADNOŚCI PRZESTRZENNEJ DANYCH Z LOTNICZEGO, NAZIEMNEGO I MOBILNEGO SKANINGU LASEROWEGO JAKO WSTĘP DO ICH INTEGRACJI

Wstęp. Jerzy WYSOCKI, Paweł ORŁOWSKI

Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS

ALGORYTM ROZPOZNAWANIA OBRAZÓW MATERIAŁÓW BIOLOGICZNYCH

OKREŚLENIE ZAKRESU WYKORZYSTANIA POMIARÓW AUTOKORELACYJNYCH W ASPEKCIE WYZNACZENIA MODELI 3D BUDYNKÓW

Interpretacja krzywych sondowania elektrooporowego; zagadnienie niejednoznaczności interpretacji (program IX1D Interpex) Etapy wykonania:

[ Publikacja internetowa 2/2012 ALGORES-SOFT, 1 czerwca 2012 ]

Czasopismo poświęcone geodezji, fotogrametrii i kartografii

Problem testowania/wzorcowania instrumentów geodezyjnych

Geodezja Inżynieryjno-Przemysłowa

WARUNKI TECHNICZNE I. OBOWIĄZUJĄCE PRZEPISY PRAWNE I TECHNICZNE. 1. Przepisy prawne:

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA. D Odtworzenie trasy i punktów wysokościowych w terenie równinnym

GPSz2 WYKŁAD 15 SZCZEGÓŁOWA WYSOKOŚCIOWA OSNOWA GEODEZYJNA

Sposób wykonania opracowań termograficznych obiektów walcowych i stożkowych

ZMIANY POKRYCIA TERENU PUSTYNI BŁĘDOWSKIEJ W LATACH LAND COVER CHANGES IN BŁĘDOWSKA DESERT AREA BETWEEN 1926 AND 2005

Opracowanie stereogramu zdjęć na stacji cyfrowej Delta

Źródła danych: Wyniki pomiarów. Dane technologiczne

Wybrane zagadnienia w pracy z danymi rastrowymi w ArcGIS Marcin Paź Esri Polska

PRACA DYPLOMOWA Magisterska

WPŁYW METODY DOPASOWANIA NA WYNIKI POMIARÓW PIÓRA ŁOPATKI INFLUENCE OF BEST-FIT METHOD ON RESULTS OF COORDINATE MEASUREMENTS OF TURBINE BLADE

Koncepcja pomiaru i wyrównania przestrzennych ciągów tachimetrycznych w zastosowaniach geodezji zintegrowanej

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

Geodezja, Teoria i Praktyka, Tom 1, Edward Osada kod produktu: 3700 kategoria: Kategorie > WYDAWNICTWA > KSIĄŻKI > GEODEZJA

Przydatność osnowy kartograficznej i metody obiektywnego upraszczania obiektów do aktualizacji danych w BDT. Tadeusz Chrobak

OCENA I WSTĘPNA ANALIZA 8-KANAŁOWEGO OBRAZU BARDZO WYSOKIEJ ROZDZIELCZOŚCI Z SATELITY WORLDVIEW-2

Liczbę 29 możemy zaprezentować na siedem różnych sposobów:

Opis postępowania przy eksportowaniu geometrii z systemu Unigraphics NX do pakietu PANUKL (ver. A)

Kalibracja kamery. Kalibracja kamery

1. Geometria wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych

Transkrypt:

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 16, 2006 ISBN 978-83-920594-5-X BADANIA NAD WPŁYWEM ROZMIESZCZENIA FOTOPUNKTÓW NA JAKOŚĆ KALIBRACJI OBRAZU QUICKBIRD 2 METODĄ FIZYCZNEGO MODELU SENSORA A STUDY OF THE INFLUENCE OF GCP DISTRIBUTION ON THE QUALITY OF QUICKBIRD 2 IMAGE CALIBRATION USING THE PHYSICAL SENSOR MODEL Zbigniew Zdunek 1, Ireneusz Wyczałek 2 1 FinSkog Geomatics International Sp. z o.o. 2 Zakład Geodezji, Politechnika Poznańska SŁOWA KLUCZOWE: QuickBird, kalibracja geometryczna, fizyczny model kamery STRESZCZENIE: Przedmiotem pracy jest analiza wpływu osnowy fotogrametrycznej na dokładność kalibracji fragmentu sceny wysokorozdzielczego zobrazowania satelitarnego metodą fizycznego modelu kamery. Analizowano, czy wyniki ortorektyfikacji poprzedzonej kalibracją obrazu zaleŝą od konfiguracji fotopunktów. Obiektem badań był obszar 5 5 km w centrum Poznania, o deniwelacjach nie przekraczających 30 m. Wykorzystano obraz QuickBird 2 o doskonałej jakości radiometrycznej, zapisany w formacie Standard OrthoReady. Dobrano kontrastujące z otoczeniem fotopunkty w równomiernym rozkładzie 4 linie po 4 punkty. W pobliŝu fotopunktów zlokalizowano po 1-3 punktów. Wszystkie punkty pomierzono techniką GPS-RTK z błędem m p = ±24 mm i m H = ±45 mm. Równomiernemu rozkładowi fotopunktów przeciwstawiono pięć przypadków rozmieszczenia niesymetrycznego. Wyniki kolejnych wyrównań w przyjętych fotopunktach w zasadzie nie róŝnią się od przypadku wzorcowego, natomiast znacznie wzrastają na punktach, osiągając w kolejnych niekorzystnych konfiguracjach nawet 20-krotnie większe wartości. Z analizy wyników badań wywnioskowano potrzebę doboru nawet minimalnej liczby 8 fotopunktów, ale równomiernie rozmieszczonych na obrzeŝu opracowywanego fragmentu sceny, aby uzyskać podpikselowe dokładności ortofotomapy nawet, gdy ten fragment leŝy z boku sceny. 1. WPROWADZENIE Celem pracy jest analiza wpływu rozkładu fotopunktów na jakość opracowania ortofotomapy satelitarnej. Dość szeroko w literaturze został ujęty problem wpływu rozkładu fotopunktów na jakość kalibracji obrazów przy zastosowaniu modeli wielomianowych (Cheng et al., 2002, 2003, 2005; Eisenbeiss et al., 2004, Grodecki, Dial, 2004). Zasadniczo wnioski z tych opracowań moŝna sprowadzić do następujących stwierdzeń: 1. NiezaleŜnie od wybranego modelu wielomianowego albo ilorazu wielomianowego (RPC Rational Polynomial Coefficients), dokładność przekształcenia w znacznym stopniu zaleŝy od równomierności rozkładu punktów dopasowania. 597

Zbigniew Zdunek, Ireneusz Wyczałek 2. Im wyŝszy stopień wielomianu, tym mniejsze wartości błędów współrzędnych punktów dopasowania, lecz coraz większe wartości błędów punktów. W tej pracy przeprowadzono analizę wpływu rozkładu fotopunktów na dokładność ortofotomapy uzyskiwanej w oparciu o kalibrację metodą fizycznego modelu kamery (RSM Rigorous Sensor Model). Idea tej metody opiera się na stworzeniu matematycznego opisu faktycznych relacji zachodzących pomiędzy terenem, a jego obrazem, a nie jak w przypadkach wielomianowych na niezwiązanej z procesem uniwersalnej funkcji matematycznej, która w lepszy lub gorszy sposób pozwala na odtworzenie tych relacji (Toutin, 2004). W budowaniu fizycznego modelu kamery dla określonego sensora są brane pod uwagę dwie grupy danych: parametry związane z matematycznym opisem układu optycznego i jego ruchu po orbicie oraz chwilowe parametry wykonania obrazu (poprawki orbitalne). JeŜeli prawdziwe jest załoŝenie, Ŝe fizyczny model kamery opisuje faktyczne relacje pomiędzy terenem, a jego obrazem, moŝna wnioskować, Ŝe nie zaleŝy on od rozkładu fotopunktów. A zatem wyrównanie powinno zajść ze zbliŝoną dokładnością w miejscach wstawienia punktów dopasowania, pomiędzy nimi, jak i poza grupą fotopunktów. W pracy poszukiwano odpowiedzi na dwa pytania: 1. Czy przy zastosowaniu kalibracji metodą fizycznego modelu kamery konieczny jest równomierny rozkład fotopunktów? 2. Czy zastosowanie nierównomiernego rozkładu fotopunktów daje gorsze wyniki - a jeŝeli tak, to o ile - od stosowanego rozkładu równomiernego? Analiza została przeprowadzona na fragmencie sceny wysokorozdzielczego obrazu satelitarnego, pozyskanego przez satelitę QuickBird 2 (Plichta et al., 2006). Podstawowe parametry analizowanego obrazu wymienione zostały w tabeli 1. Warto zwrócić uwagę na fakt, iŝ zobrazowanie zostało wykonane przy zerowym zachmurzeniu oraz przy niewielkim kącie pochylenia bocznego (7 ). Tabela 1. Podstawowe cechy analizowanego obrazu Numer obrazu QuickBird 1010010001F23F01 Typ obrazu, format zapisu: Standard OrthoReady, GeoTIFF Data wykonania: 01-06-2003, godz. 9:45 Panchromatyczny: 1 kanał w zakresie pasma 450 900 nm (wielkość oryginalnego piksela 0.626 m resamplowana do 0.6 m) Dostępne rodzaje obrazu: Multispektralny, 4 kanały w zakresach 450 520 nm, 520 600 nm, 630 690 nm i 760 900 nm (wielkość piksela 2.506 m, resamplowana do 2.4 m) Powierzchnia obrazu: 25 km 2 (5 5 km w prawej części sceny) Rozdzielczość radiometryczna: 16 bitów na piksel Kąt wychylenia od nadiru [ ] 7 Wysokość i azymut słońca 57.30, 151.30 Zachmurzenie 0 % 598

Badania nad wpływem rozmieszczenia fotopunktów na jakość kalibracji obrazu QuickBird 2 metodą fizycznego modelu sensora 2. PRACE POLOWE 2.1. Przedmiot i zakres opracowania Obiekt badań zajmuje powierzchnię 5 5 km wokół ścisłego centrum Poznania. W celu oceny moŝliwości wykorzystania wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych w zadaniach urbanistycznych (Plichta et al., 2006) podjęto następujące czynności: 1. Dobór fotopunktów i punktów, moŝliwie kontrastowych i równomiernie rozmieszczonych w 16. miejscach na powierzchni sceny; 2. Precyzyjny pomiar fotopunktów (GCP) i punktów (ICP); 3. Wykonanie kalibracji ścisłą metodą wyrównawczą, wraz z oceną jej dokładności; 4. Definicja szczegółowego numerycznego modelu terenu; 5. Opracowanie ortofotomapy. Opisane niŝej czynności pomijają dwie ostatnie fazy prac, gdyŝ nie mają one związku z analizą wpływu rozkładu fotopunktów na dokładność kalibracji obrazów. Głównym przedmiotem zainteresowania był bowiem problem wraŝliwości algorytmu na rozkład fotopunktów, nie zaś moŝliwe do osiągnięcia błędy bezwzględne wynikowej ortofotomapy. 2.2. Pomiar osnowy fotogrametrycznej Pomiary terenowe wykonano metodą GPS-RTK przy uŝyciu zestawu Topcon Legacy, z anteną bazową zlokalizowaną na wieŝy zamkowej w centrum sceny i zasięgiem do najdalej zlokalizowanych punktów - ok. 3 km. Pomierzono 16 grup punktów (w strefach oznaczonych literami A-P na rysunku 1), które obejmują 1 fotopunkt (wyjątkowo dwa) i po 1 3 punktów, oddalonych od siebie od kilku do kilkunastu metrów. Rys. 1. Obraz źródłowy obiektu testowego; rozmieszczenie grup punktów osnowy fotogrametrycznej 599

Zbigniew Zdunek, Ireneusz Wyczałek Wyniki pomiaru opracowano w lokalnym układzie współrzędnych miasta, a następnie przeliczono do układu PUWG 2000, stosując metodę transformacji konforemnej dla 8 punktów łaczących. Rzędne punktów określono w układzie WGS84 i przekształcono do układu wysokości normalnych. Wyniki pomiaru są obarczone znikomymi błędami średnimi, wynoszącymi odpowiednio dx 18 mm, dy 15 mm oraz dh 45 mm. W efekcie prac pomiarowych uzyskano 40 punktów jednoznacznie identyfikowalnych na obrazie, z czego 18 przyjęto jako fotopunkty (GCP), a 22 jako punkty kontrolne (ICP). Na rysunkach 2 a i b zilustrowano przykłady wyboru punktów odniesienia i. a Rys. 2. Dobór punktów: (a) w strefie "O", (b) w strefie "G" b 3. OPRACOWANIE FOTOGRAMETRYCZNE 3.1. Oprogramowanie i procedura obliczeniowa Wszystkie prace fotogrametryczne (korekcja, ortorektyfikacja, raporty) wykonano za pomocą programu PCI Geomatica 9.1.8 z modułem OrthoEngine. Pakiet ten umoŝliwia geometryczną korekcję obrazu QuickBird poddawaną tu analizie Toutin owską metodą fizycznego modelu kamery. Do uzyskania rozwiązania tego modelu dla obrazu QuickBird 2 w standardzie OrthoReady wystarczy 8 punktów (Cheng et al., 2002) i taką teŝ liczbę przyjęto w toku analiz poszczególnych przypadków. Nie zastosowano nadmiarowej liczby fotopunktów, aby uniknąć uśredniania wyników, które w efekcie utrudnia badanie wpływu rozkładu punktów na dokładność kalibracji. Na wstępnym etapie prac został zdefiniowany projekt, a w nim: docelowe odwzorowanie (PUWG 2000) i rozmiar piksela wynikowej ortofotomapy (0.61 m) oraz bazowe odwzorowanie, w którym opisane są fotopunkty i punkty kontrolne (PUWG 2000). Dzięki zawartym w module OrthoEngine modelom kamer m.in. dla satelity QuickBird oraz dzięki temu, Ŝe dostarczane z obrazem metadane (m.in. poprawki orbitalne) są odczytywane automatycznie podczas importu danych źródłowych do formatu PCIDSK (wewnętrzny format danych pakietu PCI Geomatica) definiowanie jakichkolwiek dodatkowych parametrów jest niepotrzebne. Następnie w projekcie określono obraz i poprzez wskazanie fotopunktów i punktów w module GCP/TP Collection przeprowadzono jego korekcję geometryczną. Oceniono dokładność identyfikacji punktów na 0.25 piksela, czyli ±0.15 m. 600

Badania nad wpływem rozmieszczenia fotopunktów na jakość kalibracji obrazu QuickBird 2 metodą fizycznego modelu sensora 3.2. Warianty obliczeń i prezentacja wyników Badania zrealizowano w ten sposób, Ŝe z grupy fotopunktów wyłączano część, pozostawiając po osiem aktywnych punktów rozlokowanych w róŝnych niekorzystnych konfiguracjach. Jako odniesienie do tych przypadków przyjęto wyrównanie obrazu na podstawie wszystkich 18. równomiernie rozmieszczonych punktów. W dalszym toku prac będzie on nazywany Przypadkiem 0, podczas, gdy następne są zdefiniowane następująco: Przypadek 1 fotopunkty umieszczone w jednej z osi symetrii obrazu. Przypadek 2 fotopunkty umieszczone w jednym z naroŝników obrazu. Przypadek 3 fotopunkty umieszczone wzdłuŝ pionowej osi obrazu. Przypadek 4 fotopunkty są rozmieszczone nierównomiernie, losowo na obrazie. Przypadek 5 fotopunkty są rozmieszczone nierównomiernie, w naroŝnikach obrazu. O ile pierwsze trzy przypadki są dość abstrakcyjne i rzadko się zdarzają przy dobrze zaplanowanych osnowach polowych, o tyle przypadki 4 i 5 zdarzają się dosyć często przy planowaniu osnów niesygnalizowanych i są powodowane albo brakiem szczegółów jednoznacznie identyfikowalnych na obrazie i w terenie, albo brakiem dostępu do terenów z zaplanowanymi w projekcie osnowy polowej punktami dopasowania. Ponadto sprawdzono przypadki, kiedy fotopunkty leŝą bardzo blisko siebie. Na tej podstawie moŝna sprawdzić, czy stosując wyrównanie obrazu metodą fizycznego modelu kamery wystarczająca jest liczba 8 punktów, czy teŝ punkty te muszą być odpowiednio rozmieszczone. Z ogólnej liczby 40. zebranych punktów dopasowania, w kaŝdym z rozpatrywanych przypadków 8 zostało uwzględnionych jako fotopunkty, zaś pozostałe 32 punkty jako punkty kontrolne. Prezentację przestrzennego rozkładu odchyłek wyrównawczych przeprowadzono na mapce przedstawiającej lokalizację uŝytych fotopunktów oraz izolinie interpolowane lub ekstrapolowane na podstawie wartości błędów punktów. 4. ANALIZA WYNIKÓW 4.1. Przypadek 0 Po wyrównaniu dla wszystkich fotopunktów uzyskano błąd wyrównania obrazu w fotopunktach: RMSE = ±0.34 m, przy czym wartość błędu dla 5 % najgorszych wyników wynosiła 1.18 m (RMSX = ±1.02 m, RMSY = ±0.61 m). Osiągnięto więc precyzję wyrównania obrazu na poziomie 0.5 wymiaru piksela podstawowego. TakŜe ocena dokładności za pomocą niezaleŝnych punktów dała zbliŝone wyniki. Świadczy to o prawidłowej jakości zebranej osnowy polowej oraz o dokładności identyfikacji połoŝenia punktów dopasowania na obrazie. W tabeli 2 przedstawiono parametry dokładnościowe wyrównania a na rysunku 3 ukazano graficzną reprezentację błędów. Tabela 2. Uzyskane parametry dokładnościowe wyrównania dla Przypadku 0 18 22 0.17 0.30 0.32 0.30 601

Zbigniew Zdunek, Ireneusz Wyczałek Rys. 3. Przestrzenny rozkład błędów RMS dla Przypadku 0 4.2. Przypadek 1 Wybrano 8 fotopunktów leŝących na osi symetrii NW-SE (4 na linii i po dwa po obu stronach). Uzyskano błąd wyrównania RMSE = ±0.13 m, przy czym wartość błędu dla 5 % najgorszych wyników wynosiła 1.66 m (RMSX = ±0.80 m, RMSY = ±1.45 m). Błędy punktów wzrosły względem Przypadku 0 o 60 %. PoniŜej przedstawiono parametry dokładnościowe wyrównania i kartograficzną ilustrację wyników. Tabela 3. Uzyskane parametry dokładnościowe wyrównania dla Przypadku 1 8 32 0.03 0.13 0.42 0.57 Rys. 4. Przestrzenny rozkład błędów RMS dla Przypadku 1 602

Badania nad wpływem rozmieszczenia fotopunktów na jakość kalibracji obrazu QuickBird 2 metodą fizycznego modelu sensora Widoczny jest wzrost wartości błędów dla punktów w miejscach, w których nie występują fotopunkty. Jak juŝ wcześniej wspomniano, fotopunkty i punkty kontrolne zostały zebrane w ilości po 2-4 punkty na kaŝdą strefę. W trakcie wyboru fotopunktów dla Przypadku 1 przeprowadzono próbę uwzględnienia, jako fotopunktów, dwóch punktów z tej samej strefy. W takim przypadku, pomimo wprowadzenia 8 punktów, nie udało się znaleźć prawidłowego rozwiązania. Dopiero uŝycie 8 punktów z róŝnych stref, zgodnie z logiką, pozwoliło na przeprowadzenie prawidłowego wyrównania obrazu. 4.3. Przypadek 2 Wybrano 8 fotopunktów lezących w lewej górnej części obrazu. Dzięki temu powstała przestrzeń w naroŝniku SE bez fotopunktów. Uzyskano błąd wyrównania obrazu na poziomie RMSE = ±0.22 m, zaś wartość błędu dla 5 % najgorszych wyników wynosiła 3.36 m (RMSX = ±3.16 m, RMSY = ±1.15 m). W kolejnej tabeli przedstawiono parametry dokładnościowe wyrównania, a na rysunku ilustrację rozkładu błędów. Widać tu wyraźny wzrost wartości błędów dla punktów, średnio o 120 %, jednak przede wszystkim w miejscach braku występowania fotopunktów. Tabela 4. Uzyskane parametry dokładnościowe wyrównania dla Przypadku 2 8 32 0.16 0.15 0.92 0.41 Rys. 5. Przestrzenny rozkład błędów RMS dla Przypadku 2 4.4. Przypadek 3 Wybrano 8 fotopunktów leŝących wzdłuŝ pionowej osi obrazu. W efekcie powstały dwie przestrzenie bez fotopunktów, po wschodniej i zachodniej stronie obrazu. Praktycznie fotopunkty zajmują w tym przypadku około 50 % powierzchni w środkowej części sceny. Uzyskano wynikowy błąd RMSE = ±0.16 m, oraz błąd dla 5 % najgorszych wyników 603

Zbigniew Zdunek, Ireneusz Wyczałek ±4.87 m (RMSX = ±4.71 m, RMSY = ±1.24 m). PoniŜej przedstawiono parametry dokładnościowe wyrównania oraz mapka rozkładu błędów. Tabela 5. Uzyskane parametry dokładnościowe wyrównania dla Przypadku 3 8 32 0.08 0.14 1.66 0.56 Rys. 6. Przestrzenny rozkład błędów RMS dla Przypadku 3 Tym razem widoczny jest wyraźny wzrost wartości błędów punktów w miejscach bardziej oddalonych od fotopunktów. 4.5. Przypadek 4 Wybrano 8 fotopunktów losowo rozmieszczonych na powierzchni obrazu. Uzyskano błąd wyrównania obrazu RMSE = ±0.30 m, przy czym wartość tego błędu dla 5 % najgorszych wyników wynosiła 2.52 m (RMSX = ±2.15 m, RMSY = ±1.31 m). PoniŜej podano wynikowe wartości błędów i ilustrację graficzną ich rozmieszczenia. Na rysunku znów widać wzrost wartości błędów dla punktów w miejscach, w których nie ma fotopunktów. Szczególnie uwidacznia się to w miejscach wymagających ekstrapolacji wartości (poza granicami wieloboku wyznaczonego przez fotopunkty). Tabela 6. Uzyskane parametry dokładnościowe wyrównania dla Przypadku 4 8 32 0.09 0.29 0.64 0.50 604

Badania nad wpływem rozmieszczenia fotopunktów na jakość kalibracji obrazu QuickBird 2 metodą fizycznego modelu sensora Rys. 7. Przestrzenny rozkład błędów RMS dla Przypadku 4 4.6. Przypadek 5 Wybrano 4 fotopunkty leŝące wzdłuŝ przekątnej i 4 na skrajach obrazu. Tym razem uzyskano błąd kalibracji obrazu RMSE = ±0.09 m, a dla 5 % najgorszych wyników 1.76 m (RMSX = ±1.70 m, RMSY = ±0.46 m). PoniŜej przedstawiono parametry dokładnościowe wyrównania oraz mapy rozkładu błędów. Stwierdzono nieco mniejszy, lecz wciąŝ wyraźny wzrost wartości błędów dla punktów w pobliŝu, których nie ma fotopunktów. Tabela 7. Uzyskane parametry dokładnościowe wyrównania dla Przypadku 5 8 32 0.01 0.09 0.59 0.39 Rys. 8. Przestrzenny rozkład błędów RMS dla Przypadku 5 605

Zbigniew Zdunek, Ireneusz Wyczałek 5. WNIOSKI Z przeprowadzonej analizy wpływu rozkładu fotopunktów na jakość wyrównania przy zastosowaniu metody fizycznego modelu kamery, wynikają następujące dwa wnioski: rozmieszczenie fotopunktów ma bardzo duŝy wpływ na jakość wyrównania, równomierne rozmieszczenie jest wyraźnie lepsze od nierównomiernego. NaleŜy unikać stosowania fotopunktów leŝących bardzo blisko siebie w przypadku, gdy ogólna ich liczba jest równa lub bliska minimalnej liczbie fotopunktów przewidzianej dla danego algorytmu. Aby uniknąć sytuacji niepewności rozwiązania naleŝy zaplanować 1 2 punkty więcej na obraz niŝ zalecane minimum. WiąŜe się to równieŝ ze specyfiką kameralnych prac poprzedzających pozyskanie osnowy polowej, kiedy trudno jest przewidzieć dostępność terenową poszczególnych lokalizacji pomiaru punktów. Szczególnie wraŝliwymi na nierównomierny rozkład fotopunktów strefami są skrajne fragmenty obrazu. Dobór do wyrównania fotopunktów leŝących w naroŝnikach pozwala na zmniejszenie błędów oraz niweluje wzrost ich wartości w skrajnych obszarach obrazu. Zachowanie elementarnych zasad projektowania osnowy polowej i niedopuszczanie do przypadków ekstremalnych (Przypadki 1, 2, 3) pozwala nawet przy nierównomiernym rozkładzie na zachowanie błędów z rozkładu punktów na poziomie rozmiaru jednego piksela lub wartości niewiele ten poziom przekraczające. 6. LITERATURA Borowiec N., 2006. Korekcja geometryczna wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych. Półrocznik AGH, Geodezja, 12 (2), Kraków, (przyjęte do druku). http://home.agh.edu.pl/ ~zfiit/publikacje_pliki/borowiec_n_2006.pdf Cheng P., Smith D., Sutton S., 2005. Mapping of QuickBird Images Using the RPC Method. GEO Informatics, June 2005, s. 50-52. Cheng P., Toutin T., Zhang Y., Wood, M., 2002. QuickBird Geometric Correction, Path and Block Processing and Data Fusion. Earth Observation Magazine, 12 (3), s. 24-30. Cheng P., Toutin T., Zhang Y., 2003. QuickBird Geometric Correction, Data Fusion, and Automatic DEM Extraction. URL: http://www.pcigeomatics.com/services/support_center/ tech_papers/acrs03_cheng.pdf Eisenbeiss H., Baltsavias E., Peteraki M., Zhang L., 2004. Potential of IKONOS and QuickBird Imagery for Accurate 3D Point Positioning, Orthoimage and DSM Generation. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXV, Part 3, s. 522-528. Grodecki J., Dial G., 2003. Block Adjustment of High-Resolution Satellite Images Described by Rational Polynomials. Photogrammetry Engineering and Remote Sensing, 69 (1), s. 59-68. Plichta A., Wyczałek I., Wyczałek E., Zdunek Z., 2006. Opracowanie miejskiej ortofotomapy satelitarnej na podstawie zobrazowania QuickBird 2. Geodesia et Descriptio Terrarum, (w druku). Toutin T., 2004. Review Paper: Geometric Processing of Remote Sensing Images: Models, Algorithms and Methods. International Journal of Remote Sensing, 25, s. 1893-1924. 606

Badania nad wpływem rozmieszczenia fotopunktów na jakość kalibracji obrazu QuickBird 2 metodą fizycznego modelu sensora Praca została wykonana w ramach grantu KBN nr 4T12E 016 26 realizowanego w latach 2004-2007. A STUDY OF THE INFLUENCE OF GCP DISTRIBUTION ON THE QUALITY OF QUICKBIRD 2 IMAGE CALIBRATION USING THE PHYSICAL SENSOR MODEL KEY WORDS: QuickBird, geometric calibration, rigorous sensor model Summary The subject of this paper is an analysis of the influence of a photogrammetric reference net on the accuracy of the calibration of very high resolution satellite imagery using a rigorous sensor model. It was studied whether the results of orthorectification preceded by image calibration depend on configuration of Ground Control Points. The test field was an area of 5 5 km of central Poznan with level differences of less than 30 m. An OrthoReady QuickBird 2 image with excellent radiometric quality was used. The GCPs (contrasted with the surroundings and distributed into 4 lines by 4 points) were selected. 1-3 Check Points were placed near of each of them. All points were measured with the GPS\RTK method with a horizontal mean error m p =±24 mm and vertical error m H =±45 mm. Against the regular distribution of points, five irregular ones were set off. The first three cases are rather untypical and concern the distribution of GCP s diagonally (1), at the edge (2) and along vertical axis of the image (3). In cases 4 and 5, the points are randomly scattered in the image. The results of consecutive adjustments in the given GCPs did not differ from the model case, but significantly increased at the Check Points achieving up to 20-times greater values in consecutive configurations. From the analyses of results, a need was determined to select even a minimum number of 8 GCPs, but regularly distributed on the peripheries of the treated part of the scene to achieve subpixel accuracy of the orthophotomap, even if this part lies at the side of the scene. Mgr Zbigniew Zdunek e-mail: zbigniew.zdunek@finskog.com.pl tel. +58 6205051 Dr inŝ. Ireneusz Wyczałek e-mail: ireneusz.wyczalek@put.poznan.pl tel. +61 6652420 607