Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

16
Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą cyfrową zamontowaną na pokładzie bezzałogowego statku latającego DAMIAN WIERZBICKI, MARCIN ROMANIUK Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji, Zakład Teledetekcji i Fotogrametrii, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2 Streszczenie. W ostatnim czasie coraz więcej uwagi poświęca się zagadnieniu zastosowania bezzałogowych statków latających w pozyskiwaniu geodanych. Zjawisko to wnosi nowe rozwiązanie technologiczne w pozyskiwaniu zobrazowań w dziedzinie fotogrametrii lotniczej. Obecnie istniejące bezzałogowe platformy mogą być wykorzystywane zarówno w opracowaniach wielkoskalowych, jak i małoskalowych. Pomimo, iż cena konstrukcji takich systemów stanowi wypadkową wielu czynników, takich jak np. wielkość platformy, jak również złożoność zamontowanych sensorów obrazujących, z całą pewnością stanowi ona ciekawą alternatywę dla klasycznych rozwiązań fotogrametrii lotniczej. W artykule przedstawiono wybrane aspekty pozyskiwania i oceny jakości zobrazowań pozyskanych kompaktową kamerą cyfrową z pokładu miniaturowego bezzałogowego statku latającego. Dokonując oceny pozyskanych zobrazowań skupiono się na analizie dokładności aerotriangulacji wybranego bloku zdjęć. Ponadto dokonano również analizy dokładności numerycznego modelu terenu wygenerowanego na podstawie pozyskanych zobrazowań. Słowa kluczowe: fotogrametria lotnicza, aerotriangulacja, numeryczny model terenu, BSL, analiza dokładności. Symbole UKD: 528.7 1. Wstęp Zastosowanie małego bezzałogowego statku latającego do pozyskiwania zobrazowań z kamery zainstalowanej na jego pokładzie pozwoli ocenić celowość i zasadność wykorzystania tego typu środka latającego w aspekcie stosunku kosztów do jakości pozyskiwanych danych. Pisząc tu o jakości danych należy mieć na uwadze przede wszystkim fakt, dokładności wyznaczenia orientacji zewnętrznej poszczególnych zdjęć w przestrzeni, a więc ich wyznaczenia elementów orientacji

Transcript of Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Page 1: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą cyfrową

zamontowaną na pokładzie bezzałogowego statku latającego

DAMIAN WIERZBICKI, MARCIN ROMANIUK

Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji,

Zakład Teledetekcji i Fotogrametrii, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2

Streszczenie. W ostatnim czasie coraz więcej uwagi poświęca się zagadnieniu

zastosowania bezzałogowych statków latających w pozyskiwaniu geodanych. Zjawisko

to wnosi nowe rozwiązanie technologiczne w pozyskiwaniu zobrazowań w dziedzinie

fotogrametrii lotniczej. Obecnie istniejące bezzałogowe platformy mogą być

wykorzystywane zarówno w opracowaniach wielkoskalowych, jak i małoskalowych.

Pomimo, iż cena konstrukcji takich systemów stanowi wypadkową wielu czynników,

takich jak np. wielkość platformy, jak również złożoność zamontowanych sensorów

obrazujących, z całą pewnością stanowi ona ciekawą alternatywę dla klasycznych

rozwiązań fotogrametrii lotniczej.

W artykule przedstawiono wybrane aspekty pozyskiwania i oceny jakości zobrazowań

pozyskanych kompaktową kamerą cyfrową z pokładu miniaturowego bezzałogowego

statku latającego. Dokonując oceny pozyskanych zobrazowań skupiono się na analizie

dokładności aerotriangulacji wybranego bloku zdjęć. Ponadto dokonano również

analizy dokładności numerycznego modelu terenu wygenerowanego na podstawie

pozyskanych zobrazowań.

Słowa kluczowe: fotogrametria lotnicza, aerotriangulacja, numeryczny model terenu,

BSL, analiza dokładności.

Symbole UKD: 528.7

1. Wstęp

Zastosowanie małego bezzałogowego statku latającego do pozyskiwania

zobrazowań z kamery zainstalowanej na jego pokładzie pozwoli ocenić celowość

i zasadność wykorzystania tego typu środka latającego w aspekcie stosunku kosztów do

jakości pozyskiwanych danych. Pisząc tu o jakości danych należy mieć na uwadze

przede wszystkim fakt, dokładności wyznaczenia orientacji zewnętrznej

poszczególnych zdjęć w przestrzeni, a więc ich wyznaczenia elementów orientacji

Page 2: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

zewnętrznej oraz możliwości wyznaczenia w przyjętym układzie geodezyjnym

dowolnego punktu pomierzonego na wybranym zdjęciu. Dodatkowo zostanie także

zbadana możliwa do uzyskania dokładność numerycznego modelu terenu.

Zastosowanie, więc stosunkowo niedrogiego bezzałogowego statku latającego do

pozyskiwania zobrazowań będzie stanowiło istotną alternatywę dla opracowań

klasycznej fotogrametrii lotniczej, w której do tej pory były wykorzystywane drogie

i skomplikowane instalacje w postaci samolotów załogowych wraz z całym systemem

nawigacyjnym i obrazującym.

2. Pozyskanie i opracowanie danych

2.1 Cechy i budowa bezzałogowego statku latającego

Wykorzystana w badaniach platforma stanowi typ mikrokoptera. Posiada on

budowę modułową, dzięki czemu możliwe jest zamontowanie modułu GPS oraz

dowolnej kamery pod warunkiem, że jej waga nie będzie przekraczała 500 g. Budowę

systemu można podzielić zasadniczo na cztery bloki:

a) Blok komunikacji radiowej składa się z dwóch niezależnych sterowników radiowych,

a także radiomodemu zamontowanemu na maszynie, który jest odpowiedzialny za

odbiór sygnałów. Dzięki temu możliwe jest sterowanie mikro-śmigłowcem. Drugi

sterownik radiowy odpowiedzialny jest za wyzwolenie migawki w kamerze. Proces ten

odbywa się dzięki zamontowanemu na migawce mechanicznemu siłownikowi, który

wywiera odpowiedni nacisk na przycisk kamery wyzwalający migawkę.

b) Blok zasilania i napędu reprezentuje moduły elektroniki odpowiedzialne z kontrolę

elektrycznych silników wirnikowych oraz za monitorowanie poziomu naładowania

akumulatorów zasilających.. Ze względu na ograniczoną nośność BSL zamontowany

akumulator pozwala na wykonanie lotu o długości około 15 minut.

c) Blok kontroli lotu i awioniki związany jest z mikroprocesorem zamontowanym

w centralnej części maszyny. Jest kluczowym elementem odpowiedzialnym za

zapewnienie poprawnej fizyki lotu.

d) Blok obrazowania reprezentowany jest przez kompaktową kamerę Panasonic DMC

GF-2 zamontowaną na metalowym wysięgniku.

Page 3: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Rys. 1 Bezzałogowy statek latający typu mikrokopter wykorzystany w badaniach

Zaprezentowany powyżej mikrokopter jak można zauważyć jest wyposażony

tylko w niezbędne elementy umożliwiające realizację lotu wraz z podczepioną kamerą.

Zamontowanie, aż sześciu śmigieł zasilanych bezpośrednio przez własne elektryczne

silniki wirnikowe oraz centralne umieszczenie stosunkowo ciężkiego akumulatora

zapewniło platformie wzrost stabilności.

2.2 Kalibracja kamery

Bezzałogowy statek latający wykorzystywany w niniejszych badaniach

wyposażony był w systemowy aparat kompaktowy Panasonic DMC-GF2. Podstawowe

parametry z jakimi pozyskiwane były zdjęcia przedstawione są poniżej (Tab. 1)

Tabela 1

Podstawowe parametry aparatu Panasonic DMC-GF2

Przesłona f/6.3

Czułość ISO ISO-125

Przesłona 1/320 s

Długość ogniskowej 14 mm

Odchylenie ekspozycji 0

Rozmiar piksela 4.2x4.2 μm

Ostrość Nieskończoność

Tryb lampy błyskowej Bez lampy błyskowej

Page 4: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Kalibracja aparatu jest procesem, który pozwala wyznaczyć elementy orientacji

wewnętrznej. Wielkości te określają położenie środka rzutów, tym samym umożliwiając

fotogrametryczne opracowanie wykonanych zdjęć. Można do nich zaliczyć wartość

odległości obrazowej obiektywu (ogniskowa) kc ( f ), położenie punktu głównego

sensora kamery 0x i 0y , wartości dystorsji obiektywu (radialna i tangencjalna).

Do przeprowadzenia kalibracji wykorzystano dwuwymiarowe pole testowe (Rys. 2).

Arkusz kalibracyjny składa się z 145 równomiernie rozmieszczonych punktów. Wśród

nich znajduje się 5 znaków otoczonych kwadratami dla łatwiejszego zlokalizowania.

Rys. 2 Test kalibracyjny

Cały proces przeprowadzono dwa razy, następnie wyniki uśredniono. Kalibracja

z wykorzystaniem testu polegała na sfotografowaniu go pięciokrotnie, za każdym razem

pod innym kątem (Rys.2). Zdjęcia należało wykonać w taki sposób, aby w kadrze

zmieściły się wszystkie punkty testu. Obiektyw aparatu ustawiony był za każdym razem

na punkt centralny.

Page 5: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Rys. 3 Sposób wykonywania zdjęć

2.3 Obszar opracowania

Obszar nad jakim został wykonany nalot to obszar boiska położonego na terenie

ośrodka sportowego Wojskowej Akademii Technicznej. Teren charakteryzował się

płaską rzeźbą, za wyjątkiem wzniesienia, które po stronie zachodniej było pokryte

pasem drzew, natomiast od strony wschodniej znajdowały się trybuny. Ponadto

szczegółami sytuacyjnymi wystającymi ponad powierzchnię terenu były pojedyncze

drzewa, metalowe bramki oraz szereg latarni usytuowanych od zachodniej strony

wzniesienia.

Rys. 4 Obszar opracowania

Page 6: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

2.4 Planowanie i pomiar osnowy

Osnowa fotogrametryczna jest zbiorem punktów o znanych współrzędnych X,

Y, Z - fotopunktów. Jej pomiar wykonuje się po wykonaniu zobrazowań (lub po

ostatecznym jego zaplanowaniu) oraz z uwzględnieniem wywiadu terenowego. Podczas

wywiadu terenowego należy ustalić lokalizację punktów w zależności od charakteru

terenu oraz przyjętej metody pomiarowej. Na obszarze opracowania zaprojektowano

101 fotopunktów. W projekcie zastosowano osnowę niesygnalizowaną. Podczas

projektowania lokalizacji poszczególnych punktów czyniono niezbędne starania, aby

wybrane naturalne szczegóły terenowe dobrze kontrastowały z otoczeniem. Ponadto

punkty te musiały być zlokalizowane tak, aby można je było jednoznacznie

zidentyfikować zarówno na zdjęciu, jak i w terenie. Dodatkowo, w miarę możliwości

powinny się one znajdować w takich miejscach, które nie będą narażone przykryciem

przez cień. Wybrana lokalizacja fotopunktów to przeważnie narożniki chodników,

miejsca ich załamania, otwory studzienek, przerwy między krawężnikami

Rys. 5 Przykładowe lokalizacje fotopunktów

Wszystkie punkty zostały pomierzone techniką GPS. Ze względu na szybkość

i bezproblemowość pomiaru wybrano metodę RTK. Metoda ta charakteryzuje się

głównie tym, iż pomiar na pojedynczym punkcie trwa tylko kilka sekund. Pomiarów

dokonano przy pomocy odbiornika Leica Viva CS15. Współrzędne fotopunktów

zostały wyznaczone w układzie współrzędnych 2000, z dokładnością lepszą niż 0,05 m.

Pomiary zostały wykonane w dniu 24 listopada 2011 roku, w godzinach

dopołudniowych przy średnim zachmurzeniu. Dodatkowo badania zakładały analizę

Page 7: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

dokładnościową numerycznego modelu terenu. Jedną metodą miało być porównanie go

z wysokościami punktów kontrolnych wykorzystanych do orientacji bloku zdjęć.

Jednakże, takie podejście nie gwarantowało dostatecznej oceny dokładności modelu na

obszarze objętym zadrzewieniem. W związku z tym, zostały pomierzone przy

wykorzystaniu tachimetru przekroje poprzeczne skarpy.

Schemat rozmieszczenia pomierzonych punktów wraz z ich numeracją

przedstawiony został na poniższym rysunku.

Rys. 6 Schemat rozmieszczenia fotopunktów

Page 8: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

3. Metodyka orientacji bloku

3.1 Charakterystyka danych

Do badań wykorzystano zbiór 23 zdjęć z których został stworzony blok

badawczy. Na jego podstawie została dokonana analiza dokładności aerotriangulacji

oraz analiza dokładności. NMT. Zdjęcia były pozyskiwane z różnej wysokości, więc

charakteryzowały się różną skalą. Ponadto ze względu na niezbyt precyzyjne sterowanie

trajektorią lotu miały one różne kąty nachylenia, a ich wzajemne pokrycie podłużne

i poprzeczne było bardzo nierównomierne.

Niewłaściwe

pochylenie

Poprawna

orientacja

Niewłaściwe

nachylenie

Rys. 7 Charakterystyka rodzajów pozyskanych zdjęć ze względu na kąt nachylenia

Pozyskane zdjęcia charakteryzowały się rozdzielczością 4000x3000 pikseli,

parametry ekspozycji zostały ustawione na tryb półautomatyczny. Wartość przesłony

wynosiła 6.3, natomiast czas ekspozycji wynosił 1/320 s. Zdjęcia wykonano ze średniej

wysokości około 30 m. Migawka aparatu była wyzwalana za pomocą nadajnika

radiowego z częstotliwością około 1 s.

Rys. 8 Przykłady pozyskanych zdjęć

Page 9: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

3.2 Aerotriangulacja

Aerotriangulacja cyfrowa jest procesem podczas którego wyznaczane są

elementy orientacji zewnętrznej każdego zdjęcia 0 0 0( , , , , , )X Y Z oraz następuje

kameralne wyznaczenie współrzędnych przestrzennych w układzie geodezyjnym

dowolnego punktu zidentyfikowanego na zdjęciu lotniczym. Aerotriangulacja pozwala

na określenie matematycznych relacji, jakie zachodzą pomiędzy zdjęciami tworzącymi

zwarty blok, kamerą cyfrową oraz terenem.

W celu wykonania orientacji bloku oraz wygenerowania NMT założono projekt

roboczy w oprogramowaniu Leica Photogrammetry Suite. Po zdefiniowaniu

parametrów początkowych wyrównania takich jak : elementy orientacji wewnętrznej,

układ odniesienia, wartości odchyleń standardowych dokładności pomiaru fotopunktów

przystąpiono do zasadniczego opracowania bloku. Dokonano manualnego pomiaru na

zdjęciach 18 fotopunktów, 17 punktów kontrolnych oraz 100 punktów wiążących

rozmieszczonych w miarę równomiernie na całym bloku.

3.3 Generowanie NMT

Numeryczny Model Terenu został wygenerowany na podstawie

przeprowadzonego procesu aerotriangulacji dla bloku zdjęć W każdym przypadku,

model był generowany z pięcioma oczkami od 10 cm do 50 cm z krokiem

dziesięciocentymetrowym. Postępowanie takie pozwoli dokładnie ocenić dokładność

uzyskanych modeli oraz wybrać najlepszą wielkość oczka. Ten ostatni parametr ma

także znaczenie ponieważ, długość liczenia przez program modelu jest od niego

uzależniona. Im mniejsze oczko tym program pracuje dłużej. Dlatego też, istotnym jest

zbadanie faktu, czy wraz ze zwiększaniem rozmiaru oczka następuje pogorszenie

wyników dokładności. Bezzałogowy statek latający został skonstruowany z myślą

o pozyskaniu danych z niewielkich obszarów. Jednakże, niezbędne jest oszacowanie

zasadności wielkości oczka w generowanym NMT. Pozwoli to w przyszłości ocenić

niezbędny czas do opracowania danych.

Page 10: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Rys. 9 Numeryczny Model Terenu wygenerowany z oczkiem 10 cm

Jak można zauważyć, nawet bez przeprowadzania szczegółowych analiz, szczyt

skarpy pokryty jest bardzo nierównomierną siatką. Może to świadczyć o fakcie, iż

program nie do końca poradził sobie z miejscami występowania zadrzewienia na górnej

części skarpy. Podobna sytuacja występuje na obszarze występowania wiaty. Doskonale

widać jej zarys, jednakże widać pewną nieregularność w modelu. W wyżej opisanych

miejscach występują wahania wysokości, czyli błędne piki.

Rys. 10 Przekrój poprzeczny modelu z oczkiem 10 cm wraz z zaznaczonym jego

występowaniem na obrazie NMT

Na podstawie powyższych wyników (Rys. 10) można zauważyć, że w miejscu

występowania zadrzewienia występują braki w danych. Dokładnie można dostrzec

błędne piki reprezentujące gwałtowne skoki wysokości w kierunku pionowym.

Analizując pozostały obszar modelu, można zauważyć, iż całkiem odwrotna sytuacja

wystąpiła w miejscu występowania żywopłotu. Miał on wysokość około 1 m co

dokładnie widać na przekroju poprzecznym. Bez problemu można także zidentyfikować

Page 11: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

jego zarys bezpośrednio na ilustracji NMT w odcieniach szarości. Na tym etapie należy

przypomnieć fakt, iż w okresie pozyskiwania zdjęć dobiegła końca wegetacja roślin

dlatego, też drzewa oraz żywopłot pozbawione były liści. Mogło być to jedną

z przyczyn błędnego interpretowania obszaru zadrzewionego przez program. Żywopłot

natomiast, charakteryzował się dużo większą gęstością dzięki czemu mógł być

poprawnie przetworzony w procesie generowania NMT. Analizując otrzymany model

należy także zwrócić uwagę na dość dobrze odwzorowane trybuny. Dokładnie można

ten fakt zaobserwować na przekroju poprzecznym, zarys trybun jednoznacznie można

zinterpretować. Obszar obejmujący swoim zasięgiem boisko asfaltowe od strony

zachodniej oraz część bieżni od strony wschodniej pozbawione są jakichkolwiek

większych błędów. Sytuacja taka ma miejsce ze względu na całkowicie płaski charakter

terenu.

4. Analiza wyników dokładności aerotriangulacji

W tej części artykułu zostały zaprezentowane wyniki przeprowadzenia procesu

aerotriangulacji dla bloku 23 zdjęć.

Tabela 2

Zestawienie wyników wyrównania

Wyniki

Liczba zdjęć 23

GSD [cm] 1,0

Liczba fotopunktów 18

Liczba punktów kontrolnych

17

Liczba punktów wiążących

100

σo [μm] 5,02

σo [pix] 1,20

Błąd średni X,Y,Z fotopunktów [m]

0,12

0,21

0,22

Błąd średni X,Y,Z punktów kontrolnych [m]

0,08

0,12

0,35

mX0 [m] 0,15

mY0 [m] 0,12

mZ0 [m] 0,08

mω [ °] 0,15

mφ [ °] 0,22

mκ [ °] 0,08

Page 12: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

W powyższym zestawieniu zaprezentowano zbiorcze wyniki badań

z przeprowadzonego procesu aerotriangulacji bloku II. Zostały w niej zawarte główne

cechy pozwalające określić dokładność wyrównania. Jak można zauważyć wartość

błędu średniego na punktach kontrolnych zawiera się w przedziale 0,08-0,35 m.

Zgodnie z przypuszczeniami największym błędem obarczona była składowa

wysokościowa. W odniesieniu do dokładności wyznaczenia elementów liniowych

orientacji zewnętrznej zawierały się one przedziale 0,08-0,15 m. Co stanowi

zadowalający wynik. Nieco gorzej wygląda sytuacja z dokładnością wyznaczenia

elementów orientacji kątowej. Otrzymane wartości wskazują na dosyć niską

dokładność.

5. Analiza wyników dokładności NMT

Przedstawione wyniki uzyskane z porównania wysokości odczytanych z NMT

oraz tych pochodzących z punktów kontrolnych pozwolą ocenić dokładność modelu.

Dodatkowo, analiza porównawcza zostanie wykonana dla pięciu różnych oczek

(kolejno 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm i 50 cm).

Tabela 5

Ogólne wyniki różnic dla wszystkich wygenerowanych oczek

Rozmiar oczka 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm

Średnia 0,07 0,08 0,07 0,17 0,09

Mediana 0,07 0,08 0,06 0,09 0,09

Odch. standardowe 0,04 0,06 0,05 0,28 0,06

Analizując otrzymane wyniki (Tab. 5) należy stwierdzić, iż najmniejsze średnie

różnice otrzymano dla wielkości oczka 10 cm. Średnia w tym przypadku jest

najmniejsza i wynosi około 0,07 m, także odchylenie standardowe charakteryzuje się

niewielką wartością. Świadczy to niewątpliwie o najmniejszym rozrzucie danych,

dzięki czemu wartość średnia ma najbardziej wiarygodny charakter. Zadowalające

wyniki uzyskano także dla oczka 30 cm, gdzie wartość średnia wynosi 0,07 m. W tym

jednak przypadku, odchylenie standardowe znajduje się na nieco wyższym poziomie.

Jednakże, jego wysokość, znajdująca się na poziomie około 0,06 m, jest

satysfakcjonująca i skazuje na niski rozrzut danych wejściowych. Dla wszystkich

modeli, najgorsze wyniki uzyskano dla oczka o rozmiarze 40 cm. Średnia różnica

Page 13: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

w tym przypadku wynosi 0,17 m, natomiast odchylenie standardowe aż 0,28 m.

Niewątpliwie największy na to wpływ miał bardzo duży błąd na punkcie kontrolnym

64, który w znaczny sposób zaburzył wyniki. Najbardziej jednorodne wyniki otrzymano

dla oczka o rozmiarze 50cm. Jego średnia oraz mediana wyniosła około 0,09 m.

Rys. 16 Wykres różnic wysokości na punktach kontrolnych

Szczegółowe zestawienie średnich wyników uzyskanych dla każdego punktu

kontrolnego (Rys. 16) pokazuje jak rozkładały się różnice wysokości. Najbardziej

odznacza się wartość różnicy dla punktu 64, która wyniosła prawie 0,30 m.

Niewątpliwie największy wpływ na ten odstający wynik miała wartość różnicy dla

modelu o oczku 40 cm (Tab. 5). Największy odsetek punktów (54, 56, 77, 82, 83, 87)

posiada różnice na poziomie około 0,10 m co można uznać za najbardziej miarodajny

wynik. Kilka punktów (53, 63, 68, 73) uzyskało średnią różnicę poniżej 0,05 m. Na taki

stan rzeczy mógł mieć wpływ wiele czynników. Przed wszystkim usytuowanie ich

w terenie. Analizując ich położenie można zauważyć, iż wszystkie punkty usytuowane

są na terenie płaskim oraz poza obszarem skarpy. Umiejscowione są na boisku

asfaltowym bądź też na krawężnikach okalających bieżnię. Brak wysokich elementów

terenu w ich okolicy oraz względna łatwa interpretacja na zdjęciach znalazła swoje

jednoznaczne odzwierciedlenie w wynikach.

W wyniku prowadzonych badań zostały dodatkowo przeprowadzone analizy

porównawcze dokładności NMT polegającej na porównaniu modelu z przekrojami

poprzecznymi skarpy uzyskanymi w wyniku pomiarów tachimetrycznych.

Page 14: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Podobnie jak w przypadku analizy opisującej porównanie wysokości z punktami

kontrolnymi, badanie obejmie swoim zasięgiem wszystkie generowane rozmiary oczek

(10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm).

SKARPA 1

pomiar

10 cm

20 cm

30 cm

40 cm

Wyso

ko

ść [m

]

Odległość pozioma [m]

104,00

105,00

106,00

107,00

108,00

109,00

2 4 6 8 10 12 14 16 18

50 cm

110,00

Rys. 17 Przekrój poprzeczny terenu skarpa 1 wraz z wartościami odczytanymi z NMT

Wykres przedstawiający porównanie wysokości odczytanych z numerycznego

modelu terenu z pomiarami terenowymi (Rys. 17) pokazuje jak prezentują się wyniki

w odniesieniu do rozmiarów oczek NMT. Z jego lewej strony znajduje się obszar, który

w terenie obejmował schody. Dalsza część wykresu opisuje wyniki uzyskane dla terenu

zadrzewionego. Błędy spowodowane właśnie tym faktem, odznaczają się zdecydowanie

na tle pozostałych wyników. Jak można zauważyć, dla oczka o wielkości 10 cm

uzyskano różnicę na poziomie około 4 m. Podobne wartości otrzymano także

w przypadku oczka 20 cm. Dla pozostałych rozmiarów, wyniki są nieznacznie

korzystniejsze. Jednakże, jest to ten sam błędny rząd wielkości. Przykład ten pokazuje,

że w przypadku nie do końca poprawnych danych, im większa rozdzielczość modelu

tym gorsze uzyskano wyniki. Dodatkowo, dla trzech oczek (30 cm, 40 cm, 50 cm)

kształt wykresu jest bardzo zbliżony. Fakt ten pokazuje z kolei jak na NMT działa jego

generalizacja. W przypadku części skarpy nie obejmującej obszaru zadrzewionego

różnice znajdują się już na poprawnym (centymetrowym) poziomie. Można oszacować,

iż oscylują one w granicach około 20 cm.

Page 15: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

Rys. 18 Wykres przedstawiający porównanie różnic wysokości uzyskanych dla każdego

oczka z przekrojami poprzecznymi skarpy

Zaprezentowane wyniki (Rys. 4.9) pokazują, iż w przypadku analizy polegającej

na porównaniu wysokości z przekrojami skarpy, wartości różnią nieznacznie. Dla

wszystkich generowanych oczek, różnice znajdują się na poziomie 0,20 m. Jednakże,

należy podkreślić fakt, iż wykres został utworzony jedynie na poprawnych danych.

Średnia wyników została obliczona z pominięciem błędnych danych powstałych

w wyniku zadrzewienia. Postępowanie takie miało na celu rzeczywiste przedstawienie

możliwej do uzyskania dokładności modelu. Włączenie do obliczeń kilkumetrowych

różnic znacząco zniekształciło by wyniki analizy powodując w konsekwencji błędnie

sformułowane wnioski.

6. Podsumowanie

Istotą badań było przeprowadzenie analiz zobrazowań pozyskanych kamerą

cyfrową zamontowaną na pokładzie bezzałogowego statku latającego. W tym celu na

wybranym bloku zdjęć dokonano analiz dokładnościowych aerotriangulacji

oraz analizy dokładności numerycznego modelu terenu. Na podstawie otrzymanych

wyników badań sformułowano następujące wnioski:

• Niestabilność trajektorii lotu BSL miała wpływ na jakość pozyskanych zdjęć –

duże wartości kątów nachylenia.

Page 16: Wybrane aspekty analizy zobrazowań pozyskanych kamerą ...

• Do poprawnego zorientowania zdjęć niezbędna jest duża liczba fotopunktów.

• Zastosowanie osnowy niesygnalizowanej miało wpływ na wynik końcowy

dokładności aerotriangulacji.

• Błąd średni wyznaczenia elementów liniowych orientacji zewnętrznej jest

mniejszy od 0,15 m.

• Błąd średni wyznaczenia kątowych orientacji zewnętrznej jest mniejszy od

0,20°.

• Duży procent wysokiego zadrzewienia na zdjęciach spowodował braki w NMT

• Wysokie obiekty powodują w swoim pobliżu duże błędy na NMT

• Możliwa jest do uzyskania dokładność NMT rzędu 0,15 – 0,20 m

LITERATURA:

[1] Blyenburgh, P., UAVs: and Overview, In: Air & Space Europe, I, 5/6, 43-47,1999.

[2] Ebner H., Self Calibrating Block Adjustment, XIII,Congress of the International

Society for Photogrammetry, Helsinki, 1976.

[3] Eisenbeiß, H., Stempfhuber, W. and Kolb, M., Genauigkeitsanalyse der 3D-

Trajektorie von Mini-UAVs, In: Zukunft mit Tradition 29. Wissenschaftlich-Technische

Jahrestagung der DGPF, Ed.: Seyfert, E., Deutschen Gesellschaft für Photogrammetrie,

Fernerkundung und Geoinformation (DGPF) e.V., Potsdam, 407-417,2009b.

[4] Jacobsen, K., Experiences in blunder detection for Aerial Triangulation, ISPRS 15th

Congress, Rio de Janeiro, Brazil,1984.

[5] Jacobsen, K., Geometric Handling of Large Size Digital Airborne Frame Camera

Images, Optical 3D Measurement Techniques VIII, Zürich, 2007.