Bildaufzeichnung & Monoplotting - Institut für Photogrammetrie
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ifp ifp<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Photogrammetrie</strong><br />
<strong>Photogrammetrie</strong> (B.Sc.)<br />
Vorlesung<br />
Wintersemester 2011/2012<br />
8. Veranstaltung (14. Dezember 2011)<br />
Orthophotoerstellung (Teil 2)<br />
Verfahren – Pixel-<strong>für</strong>-Pixel – Ankerpunkt –<br />
True Orthophoto – Orthophotomosaik
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Karte<br />
Motivation Orthophotogenerierung<br />
Orthobild entspricht Nadiraufnahme<br />
<strong>für</strong> fiktiv verebnetes<br />
Gelände<br />
Luftbild<br />
© Pfeiffer/Weimann<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 247
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Verfahren<br />
Orthophotogenerierung<br />
optisch digital<br />
streng näherungsweise<br />
direkt indirekt<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 248
Verzerrungen in Bildern<br />
ifp ifp<br />
� allgemeines und universelles<br />
Verfahren zur Umbildung beliebig<br />
geneigter Luftbilder in unebenem<br />
Gelände<br />
� Durch Geländerelief verursachte<br />
Lagefehler werden eliminiert<br />
Orthophotoerzeugung<br />
� Gleichzeitig wird auch die perspektive<br />
Verzerrung berücksichtigt<br />
� Üblicherweise pixelweises Vorgehen,<br />
unter Berücksichtigung der jeweiligen<br />
Objektpunkthöhe<br />
� Voraussetzung<br />
� Digitales Ausgangsbild mit<br />
� bekannter Orientierung (innere &<br />
äußere Orientierung)<br />
� Geländemodell<br />
� Software<br />
© Albertz, 2001<br />
Luftbild<br />
Geländemodell<br />
Orthophoto<br />
249
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digitales Bild<br />
analoges Bild<br />
DGM<br />
Orthobild<br />
Y<br />
Prinzip der Orthophotogenerierung<br />
X<br />
r<br />
x'<br />
O<br />
c<br />
y'<br />
Scanner<br />
� kann wie Karte verwendet<br />
werden<br />
� Affintransformation (z.B.)<br />
zwischen digitalem und<br />
analogem Bild<br />
� Perspektive Transformation<br />
zwischen Punkt im Bild und im<br />
Gelände<br />
� 2 Transformationsmodi<br />
� Pixel-by-Pixel-Methode<br />
� Ankerpunktmethode<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 250
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DGM<br />
Z(P)<br />
P(X,Y)<br />
Orthophotomatrix<br />
Pixel-<strong>für</strong>-Pixel Methode<br />
1. Schritt 2. Schritt 3. Schritt<br />
Z(P)<br />
P(X,Y)<br />
p´( x´,y´ )<br />
Orthophotomatrix<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 251<br />
O<br />
c<br />
digitales Bild<br />
O<br />
P(X,Y)<br />
p(r,c)<br />
p´
ifp ifp<br />
DGM<br />
Ankerpunktmethode<br />
� Strenge Transformation Objekt - Bild wird<br />
nur <strong>für</strong> DGM-Gitterpunkte durchgeführt<br />
� Interpolation innerhalb der Gittermaschen<br />
mittels bilinearer Transformation<br />
x� � b � b X � b Y � b XY<br />
� Voraussetzung<br />
01 11 21 31<br />
y� � b � b X � b Y � b XY<br />
02 12 22 32<br />
� glattes Gelände innerhalb der Maschen<br />
� keine Bruchkanten<br />
� Rechenzeitersparnis<br />
� unter Umständen Genauigkeitsverlust<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 252
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00<br />
0<br />
Bilineare Transformation<br />
� Interpolation nach der „Rechteck-Regel“<br />
mit<br />
b � a ( 1�<br />
r )( 1�<br />
c ) � a ( 1�<br />
r ) c � a ro<br />
( 1�<br />
c ) � a r c<br />
0<br />
01<br />
� b interpolierter Grauwert<br />
� r 0, c 0 zu interpolierenden Stelle, mit 0 � r 0, c 0 � 1<br />
� a ij Grauwerte der umgebenden Bildelemente<br />
(1,0)<br />
(0,0)<br />
(r 0, c 0)<br />
(1,1)<br />
(0,1)<br />
r 0<br />
(0,0)<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 253<br />
(1,0)<br />
c 0<br />
0<br />
0<br />
10<br />
(0,1)<br />
(1,1)<br />
0<br />
11<br />
zu<br />
interpolierende<br />
Stelle<br />
0<br />
0
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Resampling<br />
� Interpolation des Grauwerts im digitalen Bild<br />
� Interpolation der Höhe aus digitalem Geländemodell<br />
� Interpolationsverfahren<br />
nächster Nachbar bilinear bikubisch<br />
� bilineare Interpolation bietet einen guten Kompromiss zwischen<br />
Rechengeschwindigkeit und Genauigkeit und wird daher häufig<br />
verwendet<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 254
ifp ifp<br />
Auswirkungen unterschiedlicher<br />
Oberflächengeometrien auf Orthobild<br />
Orthophoto mit DGM Orthophoto mit DOM<br />
( = DGM + Kunstbauten)<br />
© Kraus, 2004<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 256
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Geländehöhe<br />
(DGM)<br />
Oberflächenhöhe<br />
(DOM)<br />
Auswirkungen unterschiedlicher<br />
Oberflächengeometrien auf Orthobild<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 257
ifp ifp<br />
Unterschiedliche Oberflächengeometrie<br />
(analoge Bildaufnahme)<br />
DOM berechnet durch Bildzuordnung<br />
DGM und rekonstruiertes Dach<br />
Orthobild mit DGM Orthobild mit DOM Orthobild mit DGM<br />
und 3D Gebäude<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 258
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Digitales Oberflächenmodell<br />
(DOM), engl. Digital Surface<br />
Model (DSM)<br />
Höhenmodell<br />
Digitales Geländemodell<br />
(DGM), engl. Digital Terrain<br />
Model (DTM)<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 259
ifp ifp<br />
Orthophoto mit<br />
Verwendung von DOM<br />
Höhenmodell<br />
Orthophoto mit<br />
Verwendung von DGM<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 260
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Unterschiedliche Oberflächengeometrie<br />
(digitale Bildaufnahme / Laserscanning)<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 261
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� Forderung<br />
Orthobilder der „Nächsten Generation“<br />
� digitale Orthobilder<br />
� korrekte Position der Gebäudedächer<br />
� Bearbeitung verdeckter Bereiche<br />
� Lösung<br />
� Erfassung der 3D-Gebäudegeometrie (DGM vs. DHM/DOM)<br />
� Bilderfassung mit 60% Überlappung in und quer zur Flugrichtung<br />
� Füllen verdeckter Bereiche mit Textur<br />
� Basisdaten zur 3D-Visualisierung virtueller Stadtmodelle<br />
� Überlagerung der 3D-Oberfläche mit Orthobildern<br />
� Animierte Darstellungen in Echtzeit<br />
� Anwendungen<br />
� Stadtinformationssystem (z.B. Tourismus)<br />
� Navigation von Fahrzeugen und Fußgängern<br />
� Architektur, Stadtentwicklung<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 262
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Wahre Orthobilder<br />
Beispiel<br />
© Braun, 2003<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 263
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Wahre Orthobilder<br />
Beispiel<br />
© Braun, 2003<br />
BA+MP Photo BSc WS0506 2011 Cramer (ifp) 264
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Wahre Orthobilder<br />
Beispiel<br />
© Braun, 2003<br />
BA+MP Photo BSc WS0506 2011 Cramer (ifp) 265
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Wahre Orthobilder<br />
Beispiel<br />
© Braun, 2003<br />
BA+MP Photo BSc WS0506 2011 Cramer (ifp) 266
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Wahre Orthobilder<br />
Beispiel<br />
© Braun, 2003<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 267
ifp ifp<br />
Mosaikierung
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Mosaikierung<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 269
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Mosaikierung<br />
� Integriertes Praktikum<br />
2001<br />
� Orthobild<br />
� 4 Einzelbilder<br />
� keine radiometrische<br />
Anpassung<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 270
ifp ifp<br />
Mosaikierung<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 271
ifp ifp<br />
http://www.orthovista.com<br />
Mosaiking-Software Orthovista<br />
Radiometrische Korrektur<br />
© inpho, 2002<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 272
ifp ifp<br />
http://www.orthovista.com<br />
Mosaiking-Software Orthovista<br />
Adaptive Feathering<br />
© inpho, 2002<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 273
ifp ifp<br />
Orthophoto<br />
Qualitätssicherung<br />
� Qualitätssicherung umfasst alle Tätigkeiten, die innerhalb des<br />
Qualitätsmanagement-Systems erforderlich sind, um ein ausreichendes<br />
Vertrauen zu schaffen, dass eine Einheit die Qualitätsforderung erfüllen<br />
wird.<br />
� Anforderungen an geometrische Auflösung und daraus abgeleitet die<br />
Größe des Bodenpixels und und geometrische Genauigkeit<br />
(Standardabweichung der Lagekoordinaten des Orthophotos) sind<br />
voneinander völlig unabhängig.<br />
� Fehler- und Genauigkeitsmaße sind auf das Objektkoordinatensystem<br />
bezogen und werden von den grundlegenden Parametern abgeleitet<br />
� Geometrische Prüfung des Orthophotos umfasst<br />
� die Überlagerung Orthophoto mit Karten- oder GIS-Daten<br />
� den Vergleich der georeferenzierten Passpunktkoordinaten im Orthophoto mit<br />
den bekannten Sollwerten<br />
� den entsprechenden Vergleich in n Kontrollpunkten, mit<br />
� bei Orthophotomosaiken die Messung von Restklaffungen<br />
n �4� n<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 274<br />
Bilder
ifp ifp<br />
Orthophoto<br />
Parametergesteuerte Qualitätssicherung<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 275
ifp ifp<br />
Orthophoto und Einzelbildauswertung<br />
� Einzelnes Messbild reicht zur Rekonstruktion von räumlichen Objekten<br />
bekannterweise nicht aus. Dennoch haben sich Verfahren entwickelt, die<br />
ausschließlich ein Bild zur Ableitung von Objektrauminformation<br />
verwenden.<br />
� Einzelbildauswertung (<strong>Monoplotting</strong>) setzt aber voraus, dass man die<br />
geometrische Form des Objekts bereits kennt:<br />
� Objekte liegen entweder in einer Ebene, oder<br />
� Digitales Geländemodell liegt vor<br />
� Ablauf der Einzelbildauswertung in 2 Stufen<br />
� Umbildung des Ausgangsphotos (analog/digital) in ein geometrisch richtiges<br />
Photo (= Orthophoto)<br />
� Auswertung des Orthophotos (Erfassung von Objektinformation) auf digitalem<br />
oder analytischem Weg<br />
� Digitale Orthophotos ...<br />
� ... sind zentraler Datenbestand <strong>für</strong> Geo-Informationssysteme<br />
� ... spielen bei der Visualisierung von natürlichen/künstlichen Landschaften<br />
eine große Rolle (Erweiterung zu 3D-Objektmodellen / Photorealistisches<br />
Modell)<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 276
ifp ifp<br />
Einzelbildauswertung / <strong>Monoplotting</strong><br />
� <strong>Monoplotting</strong> = rechnerische Einzelbildauswertung beliebig geformter<br />
Objektflächen<br />
© Kraus, 2004<br />
Bild � Objektraum<br />
Strahlverfolgung / Raytracing<br />
Schnitt durch Ebene, die Bildstrahl enthält<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 277
ifp ifp<br />
Einzelbildauswertung / <strong>Monoplotting</strong><br />
� <strong>Monoplotting</strong> = rechnerische Einzelbildauswertung beliebig geformter<br />
Objektflächen<br />
© Kraus, 2004<br />
Bild � Objektraum<br />
Strahlverfolgung / Raytracing<br />
� Genauigkeit <strong>Monoplotting</strong> abhängig von<br />
Schnittwinkel Strahl – Gelände<br />
� Bei flachen Schnittwinkeln verursachen<br />
� geringe Höhenfehler des digitalen<br />
Oberflächenmodells,<br />
� kleine Fehler in innerer/äußerer<br />
Orientierung des Bildes,<br />
� Kleine Fehler in der Messung des<br />
Bildpunkts S‘<br />
bereits große Fehler in XY-Koordinaten<br />
� <strong>Monoplotting</strong> kann die Stereoauswertung<br />
nicht vollständig ersetzen<br />
Schnitt durch Ebene, die Bildstrahl enthält<br />
Photo BSc 2011 Cramer (ifp) 278
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