Metodyka opracowania produktów fotogrametrycznych z trzylinijkowej lotniczej kamery cyfrowej

Projekt badawczy rozwojowy (R 09 015 02) finansowany ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, realizowany w Zakładzie Fotogrametrii w latach 2007-2009 pod kierownictwem dr inż. Ireneusza Ewiaka

W toku realizacji niniejszego projektu rozpoznano przebieg najważniejszych procesów rejestracji danych ADS-40 związanych z pozyskaniem, przetwarzaniem do postaci cyfrowej i zapamiętywaniem sygnałów pochodzących z naświetlanych poprzez obiektyw sensorów liniowo-wiązkowych. Wykonano studium parametrów systemu pomiarowego ADS-40, które wywierają największy wpływ na jakość, dokładność i ekonomikę produktów finalnych, a których pełniejsze zrozumienie ułatwia analizę pośrednich wyników i podejmowanie właściwych decyzji sterujących procesem przetwarzania surowych danych.

Opracowano metodykę orientacji szeregu obrazowego ADS-40 pozyskanego przy różnych sekwencjach linijek detektorów. W procesie właściwego wyrównania bloku obrazowego ADS 40 pomierzono punkty wiążące oraz fotopunkty według różnych wariantów metodycznych uwzględniających ich rozmieszczenie, interpretacyjność w wyciągach poszczególnych kanałów spektralnych oraz wpływ na dokładność odtworzenia elementów orientacji zewnętrznej poszczególnych linii obrazowych. Dokonano optymalizacji metod pomiarowych z punktu widzenia dokładności i ekonomiki pomiaru. Stwierdzono konieczność stosowania metod pomiaru automatycznego, wspartych narzędziami do definiowania rodzaju i gęstości punktów wiążących.

Omówione zostały zagadnienia związane z wyrównaniem szeregu ADS-40. Wskazano na konieczność uwzględnienia w procesie wyrównania takich parametrów jak: liczba iteracji, wartość sigma a priori, korekcja z tytułu krzywizny Ziemi i refrakcji atmosferycznej, czułość automatycznego wykrywania błędów grubych, miara jednostki terenowej, automatyczna eliminacja błędów na fotopunktach i punktach kontrolnych, dobór parametrów GPS i IMU oraz komponentów wariancji. Zaproponowano interaktywne modelowanie parametrów wyrównania w czasie procesu triangulacji w celu zapewnienia żądanej dokładności orientacji linii w szeregach obrazowych ADS-40. W wyniku przeprowadzonej analizy wyrównania stwierdzono, że można uzyskać dokładność orientacji linii obrazowych ADS-40, mierzoną błędem średnim na punktach kontrolnych, na poziomie mx=0.13 m, my=0.20 m, mz=0.12 m. Stwierdzono ponadto, że dla uzyskania produktu poziomu L2 nie jest możliwe przeprowadzenie wyrównania opartego wyłącznie na pomiarze APM (automatyczny pomiar punktów wiążących), bez udziału fotopunktów.

Dokonano optymalizacji metody generowania numerycznego modelu terenu (NMT) na platformie programowej Leica Photogrammetric Suite oraz dostosowano strukturę danych tej platformy do wymagań innych systemów pomiarowych (Image Station Intergraph, Inpho Stuttgart). W oparciu o różne metody pomiarowe zaimplementowane w owych systemach przeprowadzono niezależną serię pomiarów NMT w celu dokonania analizy skuteczności pomiaru korelacyjnego dla różnych sekwencji par obrazów stereoskopowych realizowanych przy różnych pozornych kątach wychylenia od nadiru wiązki obrazującej ADS 40. Najlepsze rezultaty pomiaru, na poziomie mZ=0.06‰ wysokości lotu, uzyskano dla pojedynczej pary stereoskopowej złożonej z obrazów panchromatycznych o największym możliwym stosunku bazowym. Stwierdzono, że optymalna skuteczność korelacji obrazów ADS-40 uzyskuje się przy zastosowaniu algorytmów oprogramowania Inpho Stuttgart.

Zbadano wpływ dokładności korekcji geometrycznej oraz wielkości kąta wychylenia wiązki obrazującej ADS-40 na dokładność procesu ortorektyfikacji. Na podstawie analizy wyników stwierdzono, że korekcja geometryczna obrazów ADS-40 na poziomie L1 (orientacja GPS/IMU pojedynczych linii obrazowych) pozwala wygenerować ortoobrazy spełniające kryterium dokładności mapy w skali 1:5000. W przypadku włączenia do procesu ortorektyfikacji NMT o dokładności mZ = 0.12m kryterium to odpowiada skali 1:2000. W przypadku orientacji wzajemnej poszczególnych linii obrazowych ADS-40, pozyskanych w nadirze, uzyskuje się skorygowane dane źródłowe zapewniające dokładność procesu ortorektyfikacji na poziomie dokładności mapy w skali 1:2000. Ortorektyfikacja zorientowanych bezwzględnie linii obrazowych ADS-40, przy różnych sekwencjach obrazowania, zapewnia dokładność odwzorowania szczegółów na poziomie dokładności mapy w skali 1:2000.

Dla zbadania rozkładu błędów na modelach stereoskopowych ADS-40 wybrano rejony testowe położone w różnych częściach szeregu obrazowego. Dla wybranych rejonów wykonano serię pomiarów sytuacyjno-wysokościowych odpowiadających różnym wariantom budowy modelu przestrzennego (model nadir-wstecz, model nadir- w przód, model wstecz- w przód). W wyniku przeprowadzonych pomiarów sytuacyjno-wysokościowych stwierdzono, że dla uzyskania ich największej precyzji należy wykorzystywać modele stereoskopowe o największym stosunku bazowym. Stwierdzono również, że pozostałe sekwencje obrazowe mogą być wykorzystywane w procesie stereodigitalizacji wyłącznie brakujących elementów treści mapy wektorowej. Wykorzystując sekwencje obrazowe w szeregu oraz sekwencje szeregów ADS-40 można zrealizować pomiar stereoskopowy wszystkich elementów pokrycia terenu w trybie 3D.

Wykorzystując doświadczenie nabyte w trakcie realizacji niniejszego projektu przygotowano materiał szkoleniowy, pozwalający na zapoznanie się z kompleksowym opracowaniem bloku zobrazowań ADS40 w środowisku oprogramowania Leica Photogrammetric Suite, który stanowi integralną część sprawozdania merytorycznego.

Szczegółowe wyniki badań zamieszczono w sprawozdaniu technicznym z realizacji niniejszego projektu oraz w publikacjach:

Karwel A. K., 2009. Ocena dokładności aerotriangulacji zobrazowań ADS40, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii
i Teledetekcji Vol. 20, s. 185-193.
Kraszewski B., 2009. Analiza dokładności podstawowych produktów fotogrametrycznych uzyskanych z zobrazowań pozyskanych trzylinijkową cyfrową lotniczą kamerą ADS40, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.19,
s. 227-236.
Ewiak I., Karwel A. K., Kraszewski B., 2008. Aspekty dokładności generowania NMT na podstawie obrazów z cyfrowej kamery ADS40, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 18a, s. 111-117.