Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS Spis treści 1. Cel ćwiczenia i wykaz danych 2. Wprowadzenie do ILWIS-a i zapoznanie się z danymi 3. Generowanie fotomapy, przetwarzanie rzutowe 4. Przykłady fotomap 5. Generowanie ortofotomapy 6. Zawartość sprawozdania 7. Załączniki 1. Cel ćwiczenia Poznanie procesu rektyfikacji zdjęć lotniczych. Pokazanie róŝnicy pomiędzy przetwarzaniem rzutowym które jest moŝliwe dla terenów płaskich a ortorektyfikacją uwzględniająca rzeźbę terenu. Dane Zeskanowane zdjecie w skali 1:13000: zdjecie Protokół kalibracji kamery (metryka_kamery-rc30.txt) (zał. 3) NMT: nmtropsim Punkty osnowy fotogrametrycznej (współrzędne w układzie 1992, powiększenia) (zał. 1 i 2) Dane do weryfikacji dokładności (plik wektorowy drogi_77) Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
2. Wprowadzenie do ILWIS-a i zapoznanie się z danymi Środowisko ILWIS operuje na domenach. Domena (ikona ) jest to dziedzina w której zawierają się wartości prezentowane na mapach lub w tabelach. ILWIS umoŝliwia istnienie kilku typów domen: Class domena klas, zawiera listę nazw jakie mogą przyjmować piksele na mapie. MoŜe występować z opcją Group, wtedy oprócz nazwy definiować moŝna górną granicę przedziału wartości, jakie moŝe przyjmować domena. Identifier kaŝdemu elementowi na mapie przypisywany jest unikalny numer. Mapa wektorowa drogi_77 (ikona ) występuje w tej domenie, kaŝdej linii przypisany jest unikalny numer. UmoŜliwia to jednoznaczną identyfikację kaŝdej linii a co za tym idzie przypisaniem do mapy tabeli z atrybutami (tabela drogi_77 ikona ). Bool domena zawiera rodzaje wartości: True oraz False, czyli prawda i fałsz. Value kaŝdemu elementowi na mapie przyporządkowana jest jakaś konkretna wartość. Domena najczęściej wykorzystywana do prezentacji danych wysokościowych. W tej domenie występuje mapa nmtropsim (ikona ). Dodatkowo kaŝda domena moŝe posiadać wartości nieokreślone oznaczane w ILWIS jako?. Mapa nmtropsim posiada równieŝ plik georeferencji (ikona rastrowej z układem współrzędnych terenowych. ). Plik łączy układ pikselowy mapy Dane do tematu zawierają równieŝ plik ukl1992 definiujący odwzorowanie (ikona moŝliwe jest równieŝ wyświetlanie w oknie mapy współrzędnych geograficznych. ), dzięki któremu Zapoznanie z danymi Utworzyć katalog Rektyfikacja i wgrać do niego dane Wyświetlić plik zdjęcie w układzie pikselowym wybierając strzałkę, po kliknięciu lewym klawiszem myszy zaobserwować jak zmieniają się współrzędne w prawym dolnym rogu okna mapy. Wyświetlić plik NMT - wybierając strzałkę, po kliknięciu lewym klawiszem myszy zaobserwować jak zmieniają się współrzędne w prawym dolnym rogu okna mapy oraz wysokość wyświetlana obok znaczka. º Zaobserwować zróŝnicowany charakter terenu (por. lewy górny naroŝnik z prawym dolnym) º Zaplanować 2 obszary, zróŝnicowane pod względem morfologii terenu, dla których wygenerowane zostaną fotomapy i ortofotomapy zapisać minimalne i maksymalne wartości X i Y (wielkość obszaru około: X 2500 m, Y 600 m) - Ograniczenie obszaru wynika z czasochłonności procedury resamplingu Uproszczony protokół kalibracji kamery współrzędne znaczków tłowych, stała kamery.
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 3. Generowanie fotomapy, przetwarzanie rzutowe Niezbędne dane: zdjęcie, minimum 4 pary fotopunktów (znane x, y (na zdjęciu) i X, Y (terenowe)). 1. Wyświetlić plik zdjecie. 2. W oknie mapy wybrać: File/Create/Georeference. (tworzenie georeferencji dla pliku zdjecie ). Nazwa georeferencji rzutowa-plaski, GeoRef Tiepoints, Coordinate System ukl1992, Sub-Pixel Precision. 3. Narzędziem kliknąć na fotopunkt, wprowadzić współrzędne XY. W ten sposób dodać 4 punkty (2 górne i 2 dolne) dla obszaru płaskiego, opcja transformacji Projective. 4. Kliknąć ikonę - zostanie obliczona transformacja 5. NałoŜyć warstwę (Layers - Add layer) drogi_77, przyglądnąć się im w obszarze objętym fotopunktami (prawy dolny naroŝnik). Sprawdzić obszar pagórkowaty (lewy górny naroŝnik). 6. Narzędziem kliknąć na piąty fotopunkt w środku obszaru. Program podstawi jego współrzędne terenowe obliczone za pomocą transformacji rzutowej (parametry transformacji wyznaczone na podstawie czterech punktów pomierzonych wcześniej). Porównać proponowane współrzędne ze współrzędnymi z wykazu. Zanotować róŝnice. Wpisać współrzędne z wykazu i wykonać transformację. Zanotować odchyłki na poszczególnych punktach (dwie ostatnie kolumny tabelki pod obrazem). Odchyłki te wynikają z faktu wyrównania przy obliczeniach współczynników transformacji, poniewaŝ wykorzystaliśmy pięć fotopunktów przy czterech koniecznych. Odchyłki te są w pikselach a piksel przetworzonego zdjęcia wynosi około 20 cm. Zastanowić się nad wysokościami fotopunktów czy leŝą na jednej wysokosci. 7. Zatwierdzić transformację rzutową i zamknąć okno mapy. 8. W oknie głównym ILWIS utworzyć następną georeferencję: File/Create/Georeference. Nazwa fotomapa-pł ; Georef Corners; Coordinate System ukl1992 ; rozmiar piksela 0.2; wprowadzić zakres współrzędnych spisany wcześniej; odznaczona opcja Center of Corner pixels. 9. Utworzenie fotomapy: Z zakładki Operation-List wybrać Resample. Parametry: mapa rastrowa zdjecie ; metoda najbliŝszego sąsiada; wynik zapisać z nazwą: nazwisko_rzutowa-pł ; georeferencja fotomapa-pł. Zatwierdzić przyciskiem Show i czekać cierpliwie. 10. Powtórzyć punkty od 1 do 7 dla obszaru pagórkowatego (lewy górny róg zdjęcia). Przy czym: w pkt. 2 nową georeferencję nazwać rzutowa-pagórki, a w pkt. 8 nową georeferencję nazwać fotomapa-pag. Wynik resamplingu nazwać nazwisko_rzutowa-pag. 11. Porównać wartości odchyłek przy transformacji rzutowej dla obszaru płaskiego i pagórkowatego. Czy istnieje zaleŝność wielkości odchyłek transformacji od wielkości róŝnic wysokości pomiędzy fotopunktami. Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
12. Wyświetlić utworzone mapy i nałoŝyć na nie warstwę wektorową dróg, zwrócić uwagę na rozbieŝności. 4. Przykłady fotomap Rysunek 1. Fotomapa wraz z siecią dróg, po wybraniu opcji: transformacja rzutowa teren płaski Rysunek 2. Fotomapa wraz z siecią dróg, po wybraniu opcji: transformacja rzutowa teren o urozmaiconej rzeźbie
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 5. Generowanie ortofotomapy 1. Wcześniej wykonana rektyfikacja zdjęcia spowodowała, Ŝe została dołączona do pliku: zdjęcie georeferencja: fotomapa-... Przed przystąpieniem do tworzenia nowej georeferencji naleŝy odłączyć wcześniejszą. Wykonuje się to następująco: w oknie głównym programu ILWIS naleŝy stanąć myszą na obrazie zdjęcie, przycisnąć prawy przycisk myszy, wybrać properties w zakładce Raster Map ustawić georeferencję NONE 2. Wyświetlić plik zdjecie. 3. W oknie mapy File/Create/Georeference. (tworzenie georeferencji dla pliku zdjecie ) ustawić: Nazwa georeferencji ortofoto, GeoRef Ortho Photo, wybrać DTM nmtropsim, Sub- Pixel Precision. 4. Wykonać orientację wewnętrzną zdjęcia: Narzędziem kliknąć na znaczek tłowy, wprowadzić współrzędne xy tłowe z raportu kalibracji kamery. W ten sposób dodać 8 znaczków tłowych. Ustawić transformację biliniową, przeanalizować odchyłki na znaczkach po transformacji, wcisnąć OK 5. Wykonać orientację zewnętrzną zdjęcia (wyznaczyć elementy orientacji zewnętrznej na podstawie pomierzonych fotopunktów): Narzędziem kliknąć na fotopunkt, wprowadzić współrzędne XYZ. W ten sposób dodać 6 punktów następnie zatwierdzić mapy. i zamknąć okno 6. W oknie głównym ILWIS utworzyć drugą georeferencję File/Create/Georeference. Nazwa ortofotomapa-pł, Georef Corners, Coordinate System ukl1992,rozmiar piksela 0.2, wprowadzić zakres współrzędnych spisany wcześniejdla obszaru płaskiego (jak przy rzutowej), odznaczona opcja Center of Corner pixels. 7. Utworzenie ortofotomapy: Z zakładki Operation-List wybrać Resample, mapa rastrowa zdjecie, metoda najbliŝszego sąsiada, wynik zapisać jako orto-pł-nazwisko, georeferencja ortofotomapa-pł. Zatwierdzić przyciskiem Show i czekać cierpliwie. 8. Wyświetlić mapę i nałoŝyć na nią warstwę wektorową dróg, zwrócić uwagę na rozbieŝności, podobnie jak w przypadku fotomapy. 9. Punkty 6, 7 i 8 powtórzyć dla pagórkowatego obszaru ( nazwa georeferencji: ortofotomapa-gr). 6. Zawartość sprawozdania 1. Opis przebiegu zajęć 2. Opis numerycznego modelu terenu oraz opis wykorzystywanego zdjęcia w nawiązaniu do ukształtowania terenu 3. Wyniki transformacji rzutowej dla obszaru płaskiego i pagórkowatego (odchyłki na punkcie środkowym, odchyłki w pikselach na wszystkich (wielkość terenowa piksela =?) Porównanie wartości średniej wielkości odchyłek z średnia z róŝnic wysokości fotopunktów dla obu obszarów 4. Ocena dokładności wpasowania wektorów dróg w obraz fotomapy 5. Opis przebiegu opracowania ortofotomapy 6. Ocena dokładności wpasowania wektorów dróg w obraz ortofotomapy dla obu obszarów Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
7. Załączniki 1. Załącznik 1 Fotopunkty do przetwarzania rzutowego Teren płaski Do transformacji wybrać początkowo cztery punkty naroŝne: 15, 27, 33, 32, potem dodać piąty środkowy - 34
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
Teren pagórkowaty Do transformacji wybrać początkowo cztery punkty naroŝne: 21, 22, 23, 24 potem dodać środkowy 35.
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 Wykazy współrzędnych Teren płaski Nr X Y Z 15 591 122.79 231 206.21 220.67 27 590 760.35 230 341.72 216.15 32 589 826.48 231 201.49 223.24 33 589 478.20 230 418.17 222.48 34 590 435.07 230 715.03 218.72 Teren pagórkowaty Nr X Y Z 21 588 331.52 231 759.28 273.01 22 588 669.87 233 181.20 268.49 23 590 287.19 233 275.17 246.10 24 590 185.15 231 999.88 232.42 35 589 021.18 232 344.03 276.42 Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
2. Załącznik 2 - Zestawienie współrzędnych fotopunktów do ortofotografii, powiększenia nr X Y Z 1 590947.40 232457.00 222.50 2 591088.40 231395.10 221.50 3 589007.00 231796.50 260.40 4 588846.90 230617.90 229.60 5 588641.10 233166.30 270.00 6 590674.67 230761.63 219.15
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
Generowanie fotomapy i ortofotomapy ze zdjęcia lotniczego z wykorzystaniem oprogramowania ILWIS 2008-11-25 3. Załącznik 3 - Metryka kamery Metryka kamery RC20. Jako współrzędne punktu głównego przyjąć: ppac. Numeracja znaczków tłowych (fiudcial) od lewego górnego naroŝnika w prawo. begin camera_parameters RC20 focal_length: 153.17 ppac: 0.008 0.001 ppbs: 0.004-0.001 film_format: 230 230 fiducial: 1-106.004 106.006 fiducial: 2 106.004 106.005 fiducial: 3 106.005-106.006 fiducial: 4-106.004-106.004 fiducial: 5 0.001 110.003 (środkowy górny) fiducial: 6 110.003-0.001 fiducial: 7 0.000-110.003 fiducial: 8-110.000 0.000 lens_distortion_flag: input_mode: on linear Łukasz Kulesza, modyfikacja Beata Hejmanowska, Andrzej Wróbel
distortion_spacing: 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 148 distortion_deltas: 0.5 0.7 0.5 0.7 0.6 0.6 0.2 0.2 0-0.1-0.6-1.4-0.9000000000000004-0.1 1.2 distortions: 0.5 0.7 0.5 0.7 0.6 0.6 0.2 0.2 0-0.1-0.6-1.4-0.9000000000000004-0.1 1.2 io_required: camera_type: media_type: focal_length_calibration_flag: yes frame film off calibrated_focal_length_stddev: 0.03 ppac_calibration_flag: off calibrated_ppac_stddevs: 0.003 0.003 self_calibration_enabled_params: 4095 antenna_offsets: 0.072-0.046 1.092 end camera_parameters