Grundlagen Fernerkundung - 13

Transkript

1 Grundlagen Fernerkundung - 13 Photographic Systems / Photogrammetry GEO123.1, FS2015 Michael Schaepman, Mathias Kneubühler 5/16/15 Page 1

2 Literature Chapter 2: Elements of Photographic Systems; p Chapter 3: Basic Principles of Photogrammetry; p

3 Todays topics & Learning goals Perspectives and projections Geometric deformations Topographic maps Aerial imagery Camera systems

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5 Microsoft Virtual Earth;

6 Microsoft Virtual Earth; Department of Geography

7 Department of Geography Bildbeispiel Wild / Leica /LH Systems RC-30

8 Schwarz-Weiss-Film: Empfindlichkeiten Hildebrandt (1996)

9 Zentralperspektive und orthogonale Kartenprojektion Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo und Grundlagen Luftbildmessung 2

10 Schema einer Luftaufnahme s f Bildmassstab (M b ) = Brennweite (f) Flughöhe (h) h s

11 Kartieren und Messen

12 Kartieren und Messen

13 Beziehung zwischen Flughöhe, Massstabszahl und Objektivbrennweite

14 Photographische Systeme - Aufnahmerichtungen Nadiraufnahme Senkrechtaufnahme Schrägaufnahme

15 Senkrechtaufnahme c c P h D h G M b : Bildmassstab m b : Massstabszahl c: Kammerkonstante (kalibrierte Brennweite) h G : Flughöhe über Grund P Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo

16 Department of Geography Bestimmung Bildmasstabszahl mb sb= m Kartenvergleich: st= 1100 m mb = st 1100m = = 5419 sb 0.203m c = mm h = 1295 m 203mm hg = h Bodenhöhe Bodenhöhe aus Karte: 473 m hg = 823 m mb = 5354 Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo

17 Höhenmessung im Luftbild mit Schattenlänge Richtung der Sonneneinstrahlung Schattenlänge

18 Mittelpunkt (Hauptpunkt) Nadir Bildmittelpunkt H H N Nadir Ground Zero RC-30 Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo

19 Die Radialdeformation!h=(!r*h g )/n

20 Radialdeformation Image taken on Sept. 23, 2001 from an altitude of 3,300 feet using a Leica/LH systems RC30 camera

21 Beispiel Radialdeformation

22 Department of Geography Stereopaar H Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo H

23 Stereopaar Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo, PCI Geomatics und

24 Stereoskopische Parallaxe und Höhenmessung b g Flugbasis h g Flughöhe über Grund H 1, H 2 Bildhauptpunkt R Kopfpunkt Objekt S Fusspunkt Objekt ps=ps 1 +ps 2 Absolute Parallaxe für S!p 1,!p 2 Parallaxdifferenz Objekt, LB1, 2!p=!p 1 +!p 2 Parallaxdifferenz im Luftbildpaar b p Photobasis f Brennweite!h Objekthöhe R 1, R 2 Kopfpunkt im Luftbild 1, 2 S 1, S 2 Fusspunkt im Luftbild 1, 2 pr 1, pr 2 Absolute Parallaxe für R!P Parallaxdifferenz in der Bezugsebene S (Gelände) Parallaxe für R: pr = pr 1 -pr 2 Parallaxe für S: ps = ps 1 -ps 2 Parallaxedifferenz!p: pr-ps!h=(!p*h g )/pr

25 Vergleich Luftbild und topographische Karte (1) Luftbild Topographische Karte Zentralprojektive Abbildung der Erdoberfläche auf Parallelprojektion, orthogonale Abbildung der der Bildebene Erdoberfläche auf die Kartenebene Keine massstabsgetreue Abbildung Massstabsgetreue Abbildung Keine lagetreue Abbildung Lagetreue Abbildung Informationsübermittlung in Bildform Informationsübermittlung durch Symbole Inhalt kausal bestimmt, durch Grau-, Farbwert und Inhalt konventionell bestimmt, durch Karten- Verteilungsmuster festgelegt zeichen und andere Gestaltungsmittel festgelegt Grosse Informationsdichte Geringe Informationsdichte Unendliche Anzahl von Formen Begrenzte, vorgewählte Anzahl von Formen Augenblickszustand, dynamische Vorgänge erfasst Kein Augenblickszustand, hält im allgemeinen mittels Zeitreihen das statisch Bestehende fest Inhalt massstabsunabhängig (ausser auflösungs- Inhalt massstabsabhängig, Information generaabhängig), keine Auslese von Information lisiert Hoher Aktualitätsgrad Geringer Aktualitätsgrad Kurze und einfache Herstellungsdauer Langdauernde und aufwändige Herstellung

26 Vergleich Luftbild und topographische Karte (2) Luftbild Topographische Karte Quasi-natürliches Bild, enthält alle von der Aufnahme- Abstraktes Bild, Geländebild nach bestimmten Regeln position her sichtbaren Objekte abstrahiert Keine Selektion und Wertung von Objekten Objekte selektiert, Auswahl je nach Wichtigkeit Keine Erläuterungen; Erfahrung und Interpretations- Erläuterungen durch Schrift und Legende schlüssel und Feldvergleich erforderlich Echter Raumeindruck durch stereoskopische Betrachtung Kein echter Raumeindruck, Relief wird durch Höhenlinien, möglich Schummerung, etc. vermittelt Schlecht lesbar, Objekte müssen anhand von Grösse, Gut lesbar, durch Grösse und relative Lage der Signa- Form, Tönung, Textur und Muster bestimmt werden turen, abhängig von der graphischen Belastung der Zeichenfläche Mehrdeutigkeit möglich, Interpretation letztlich objektiv Aussagen eindeutig, über Zeichenschlüssel, Legende festgelegt (Karteninterpretationen können jedoch mehrdeutig sein) Interpretation massstabsabhängig Lesbarkeit massstabsunabhängig, Aussagewert jedoch massstabsabhängig

27 Department of Geography Vergleich Luftbild und topographische Karte (3) Quelle: Bundesamt für Landestopografie

28 ESA GlobCover Global Land Cover Map 2009, 300m spatial resolution

29 GlobCover Legende

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31 Schema einer Luftbildkammer

32 Quelle: Löffler E, U Honecker & E Stabel, Geographie und Fernerkundung (Berlin) 287 pp. Department of Geography Bildflug / Überlappung Quelle: Löffler E, U Honecker & E Stabel, Geographie und Fernerkundung (Berlin) 287 pp.

33 Flugplan -! Sensor (Kamera, Film) -! Plattform, Instrumente -! Jahreszeit, Tageszeit -! Fluggeometrie

34 Phototriangulation Orientierung / Entzerrung von x Bildern braucht weniger als x " 6 Passpunkte! Bündelblock Quelle: Karl Kraus, Fernerkundung 2.

35 Farberzeugung - Beispiel des klassischen Farbnegativfilms (Dreischichtfarbfilm) Farbumkehrfilm: Belichtung Empfindlichkeit: blau blau + grün blau + rot Umkehrprozess (subtraktive Farbmischung): Färbung der Filmschicht: gelb 3 Farbfilter in den Primärfarben gelb, magenta und cyan magenta cyan Durch subtraktive Farbmischung:

36 Rahmenmarken und Hilfsabbildungen auf den Randstreifen von Luftbildern Page 36

37 Aufnahmezeit Massstab Libelle Bildhauptpunkt H Bildnummer Rahmenmarken Luftaufnahme Limmattal, RC-30, Nr vom

38 Leica-Geosystems RC30 Aerial Camera System

39 Photographische Systeme, Kameras Kamera Objektiv Weitwinkel 15/4 UAG-S Leica RC-30 Normal 30/4 NAT-S Zeiss RMK Top 15/30 Weitwinkel Pleogon Normal Topar Brennweite 153 mm 305 mm 153 mm 305 mm Öffnungswinkel Blende f/4 f/22 f/4 f/22 f/4 f/22 f/5.6 f/22 Bildgrösse 23 x 23 cm 23 x 23 cm 23 x 23 cm 23 x 23 cm Verschlusszeiten 1/100-1/1000 1/100-1/1000 1/100-1/500 1/100-1/1000

40 Farbluftbild Stammheim

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47 Beispiel RC-30 vs. ADS40/ADS80 Digital Analog Quelle: Leica

48 Digitale Luftbildkameras DMC Sensor ( Z/I Imaging, Intergraph) UltraCam (Vexcel) ADS40/ADS80 Leica Geosystems HRSC-A/Ax DLR

49 Digitale Luftbildkameras UltraCam x, Vexcel Vexcel Imaging Graz (Microsoft) 1 PAN, 3 RGB, 1 NIR Flächensensor 4'992x3'328 (9 PAN, 4 MS) 100 (PAN), 33 (MS) 7.2 mic 13 bit/pixel GPS/INS (optional) Page 49

50 Digital Aerial Camera

51 Single Chip Color and Color Infrared Digital Camera Bayer color filter pattern utilized for single-chip color and color infrared (CIR) digital cameras. Pixels shown in blue are sensitive to near infrared radiance in CIR mode. Image courtesy of Colin M.L. Burnett (

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`*']H"O*&.^' 85a111'O'%=-' 85a111'O'%=-' ba115'o'%=-' 85a111'O'%=-' 89ab50'O'Za\b1' 80a091'O'ca051' [>)P*+'C?',*=.C+'3*%V.' 8' 8' 9' 8' b' b' [>)P*+'C?'((!',*=.C+.' 0'H%=' b';,' 4'H%=' 0';,' 9'P&>*a'9'#+**=a'9'+*V' 4'H%=' 0';,' 0'H%=' 0';,',"`*'C?'((!',*=.C+.']H"O*&.^' 85a111'O'8' 85a111'O'8' ba115'o'8' 85a111'O'8' Za111'O'0a111']H%=^'' 9a111'O'5a111'];,^' c'h%=' 0';,' 0acc5'O'9a95b' Q"O*&',"`*' \T4'd)' \T4'd)' c'd)' \T4'd)' 85'd)' ZT5'd)' 85'P"$' 85'P"$' 80'P"$' 85'P"$' 85'P"$' 89'P"$',H*@$+%&'6%=#*']=)^'eQ%=e' 0\422\b1' 45122Z\1' 22222' 45122Z\1' 01122c11' 08122\c1',H*@$+%&'6%=#*']=)^'ef&>*e' 05b220c5' ' ' ' b1' ',H*@$+%&'6%=#*']=)^'eB+**=e' bZ' Z1' 41122\81' c1' 41122\41' 0Z122\\1',H*@$+%&'6%=#*']=)^'e6*Ve' \1b22\\5' \9422\b4' 4c122\b4' \5122\b1' 4c122\Z4' 4Z122\c1'

53 Leica ADS40 Configurations

54 Leica ADS40 SH52 Acquisition

55 Leica ADS40, ADS80 Quelle:Leica und Bundesamt für Landestopographie swisstopo.

56 Digitale Zeilensensoren Quelle: Karl Kraus, Fernerkundung 1 und Bundesamt für Landestopographie swisstopo.

57 Digitale Flächensensoren DMC Quelle: ipf ETHZ

58 Department of Geography Digitale Flächensensoren DMC

59 Digitale Flächensensoren DMC Quelle: ipf ETHZ Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo und ipf ETHZ

60 DMC Z/I Imaging Mosaicing

61 UltraCamXp Camera System

62 Vexcel UltraCam Image Footprints PAN CCD1 PAN CCD2 PAN CCD5 PAN CCD3 PAN CCD4 PAN CCD6 PAN CCD7 PAN CCD8 PAN CCD9

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64 !"#$%&'()%*!"+,-)%./0%1"023% Virtual Earth Initiative, UltraCam x, - Production of enormous volumes of images at high overlap - Fully automated production line for 3D digital city models

65 Virtual Earth Initiative, UltraCam x, - Production of enormous volumes of images at high overlap - Fully automated production line for 3D digital city models Department of Geography

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68 Basierend auf digitalen Luftbildkameras (Ultracam, DMC) Quelle: 3D Reality Maps:

69 Repetitorium ( )! Inhaltliche Fragen zur Vorlesung GEO123.1 bitte an schicken. Antworten folgen in der nächsten Woche.! Zusammenfassung der wichtigsten Themen.! Für eine Umfrage zum Kurs bringen Sie bitte ein internetfähiges Mobiltelefon oder Computer/Tablet mit.! Prüfungstermin: ; 10:00-11:00, Hörsaal 30

70 Thank you for your attention!