Inhalte. Genauigkeitsaspekte der Luftbildmessung Anwendungen und Produkte der Stereoauswertung Einzelbildauswertung

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Helmuth Kranz
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1 Inhalte Genauigkeitsaspekte der Luftbildmessung Anwendungen und Produkte der Stereoauswertung Einzelbildauswertung Digitales Orthophoto Flugzeuggetragenes (Airborne) Laserscanning HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 1

2 Einzelbildauswertung Digitales Orthophoto HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 2

3 Digitales Orthophoto (DOP) Orthophotos sind hochauflösende, verzerrungsfreie, maßstabsgetreue Abbildungen der Erdoberfläche. Sie werden durch photogrammetrische Verfahren in Kenntnis der Orientierungsparameter und unter Hinzunahme eines Digitalen Geländemodells aus Luftbildern hergestellt. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 3

4 Digitales Orthophoto Bedingt durch den Wandel der technischen Möglichkeiten und den veränderten Nutzeranforderungen Rechnung tragend liegen Orthophotos mit unterschiedlichen Produktmerkmalen vor. Sie unterscheiden sich in Bodenauflösung und Bildflugzeitpunkt, sind entweder Grauwert- oder Farbbilder und liegen analog auf Folienplot oder digital (Scan von Folie oder abgeleitet aus Digitalen Luftbildern) vor. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 4

5 Digitales Orthophoto Die Bezeichnungen lauten DOP20, DOP30, DOP10, DOP5 und DOP250. Die Zahlenangabe bezieht sich auf die Bodenauflösung pro Pixel in cm (Ground Sample Distance, GSD). DOP30 wurden früher entsprechend dem Zielmaßstab der Luftbildkarte 1:5000 LK5 als DOP5 bezeichnet. Dies darf nicht mit der aktuellen Bezeichnung DOP5 verwechselt werden, die sich auf die Bodenauflösung pro Pixel bezieht. Der Bezeichnungswechsel fand im Jahr 2008 statt. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 5

6 Digitales Orthophoto Bis 1998 wurden die DOP aus Grauwert-Luftbildern abgeleitet, seitdem ist der Produktstandard das farbige DOP. Mit dem Bildflugjahr 2010 wurde die Erfassung der DLB20 um das Nahe Infrarot als 4. Kanal erweitert. Auf Wunsch können daher auch IR-DOP oder CIR-DOP abgegeben werden. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 6

7 Digitales Orthophoto Sie werden aus den zum jeweiligen Zeitpunkt aktuellen Luftbildern abgeleitet und nach deren Bodenauflösung bezeichnet. Mit Bearbeitung des Bildflugjahres 2010 liegt die Landesfläche (NRW) deckend in DOP20 vor. Vereinzelt können auch DOP höherer Auflösung (GSD von 10 cm oder 5 cm) bezogen werden, die aus den hochaufgelösten Luftbildern, die in Kooperation mit kommunalen Bedarfsträgern aufgenommen wurden, abgeleitet wurden. Aus digitalen Orthophotos DOP30 und DOP20 werden digitale Othophotos DOP250 abgeleitet. Sie weisen eine Bodenauflösung von 250 cm pro Pixel auf. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 7

8 Digitales Orthophoto Das Abgabeformat ist TIFF (unkomprimiert). Im Laufe des Jahres 2010 wurde mit der Einführung einer verlustfreien JPEG2000-Komprimierung begonnen. Digitale Orthophotos sind georeferenziert (GeoTIFF). HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 8

9 Digitales Orthophoto GSD Abgeleitet aus Mittlere Lagegenauigkeit Datenmenge Grauwertbild pro 4 km² Datenmenge Colorbild pro 4 km² DOP30 30 cm DLB30 1 m 42 MByte 125 MByte DOP20 20 cm DLB20 oder DOP10 6 dm 300 MByte DOP10 DOP5 10 cm 5 cm DLB10 DLB5 3 dm 2 dm 1,2 Gbyte 4,8 Gbyte DOP cm DOP20 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 9

10 Digitales Orthophoto Als Planungsgrundlage (z.b. im Straßenbau, im Umweltschutz und in der Land- und Forstwirtschaft) Zur Beweissicherung im Schadensfall z.b. durch Naturereignisse Für bodenkundliche Erhebungen Für archäologische Untersuchungen Bei der Altlastenermittlung Zur Dokumentation einer Zeitreihe Als maßstäbliche Kartiergrundlage Als Geschenk (?) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 10

11 Digitales Orthophoto Quellen/Links zum Thema Orthophoto (letzter Zugriff: ) organisation/abteilung07_produkte/bildinformationen/ orthophoto_dop/index.html HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 11

12 Herstellung digitaler Orthophotos digitales Bild x s y s y analoges Bild x Z O DGM Y Orthophoto X HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 12

13 Herstellung digitaler Orthophotos Eingabedaten: Grauwertmatrix (digitales Bild) die Beziehungen zwischen Bildmatrix und Bildkoordinatensystem Innere Orientierung Äußere Orientierung digitales Geländemodell (DGM) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 13

14 Herstellung digitaler Orthophotos Erzeugt wird: Grauwertmatrix des Orthophotos HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 14

15 DGM-Interpolation Wahl eines Objektpunktes P(r,c) in der Orthophoto- Matrix Höhe des Punktes P aus dem DGM über bilineare Interpolation DGM Z(P) P(r,c) Orthophoto-Matrix HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 15

16 Transformation vom Gelände ins Bild (indirekte Methode) P (x,y ) Mittels Kollinearitätsgleichungen (Innere und Äußere Orientierung bekannt) x = f(c,x,y,z,x0,y0,z0,ϕ,ω,κ) y = f(c,x,y,z,x0,y0,z0,ϕ,ω,κ) c O DGM P(X,Y,Z) P(r,c) Orthophoto-Matrix HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 16

17 Vom analogen zum digitalen Bild Digitales Bild P(row,col) Mittels Affintransformation col =a0+a1x +a2y row=b0+b1x +b2y P P(r,c) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 17

18 Herstellung digitaler Orthophotos Bearbeitsungsschritte: Wahl eines Punktes im Orthophoto Berechnung der Geländehöhe dieses Punktes über bilineare Interpolation Transformation des 3D-Geländepunktes zurück ins Bild über die Kollinearitätsgleichungen Transformation des Bildpunktes ins digitale Bild über Affintransformation zur Kompensation von Filmverzug und Scan-Fehlern Interpolation des Grauwertes im digitalen Bild (Resampling) und Zuweisen dieses Wertes an den Punkt im Orthophoto HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 18

19 Direkte und indirekte Methode Direkt: Transformation vom Eingangs (a)- ins Ausgangsbild (b) a b T a b Problem: Lücken im Ergebnisbild erfordern Prüf- und Füllalgorithmen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 19

20 Direkte und indirekte Methode Indirekt: Transformation vom Ausgangs (b) - ins Eingangsbild (a) a b T b a HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 20

21 Direkte und indirekte Methode Das Ergebnis der Transformation ist i. a. nicht ganzzahlig. Als Folge ist eine Interpolation des Grauwertes an dieser Position im Bild a notwendig. (Das Resampling ist eine der Grundoperationen der digitalen Bildverarbeitung). T b a a b HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 21

22 Direkte und indirekte Methode Nächste Nachbarschaft: Einbeziehung eines Pixels. Beispiel: gneu (r,c) = g(10,15) r=10.2 c=14.7 c=14.7 Bilineare Interpolation (in r und c): Einbeziehung von 4 Pixeln. r=10.2 c=14.7 Bikubisch, Lagrange: Einbeziehung von 16 Pixeln. r=10.2 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Digitales Orthophoto 22

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