Studiengang Geodäsie & Geoinformatik B.Sc. LV Photogrammetrie (Wintersemester 2017/2018)

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1 Institut fü Photogammetie Pof. D.-Ing. Uwe Sögel Studiengang Geodäsie & Geoinfomatik B.S. LV Photogammetie (Wintesemeste 17/18) Übung 1 Analytishe Auswetung eines Luftbildes und Räumlihe Rükwätsshnitt Abgabetemin: 17. Janua 17 Im Rahmen eine Evaluieung veshiedene digitale Luftbildkameasysteme wuden im Jah 8 mehee Bildflüge im Testgebiet Vaihingen/Enz duhgefüht. In diese Übung weden die Digitalbilde des Kameasystems DMC I de Fima I Imaging (heute Hexagon Geosystems) vewendet. Aufgund de ealisieten Flughöhe übe Gund von 16m betägt die Bodenauflösung (Gound Sampling Distane GSD) a. m (Pixelgöße im Bild 1m, Kameakonstante 1mm). Bei den Bilden handelt es sih um die sogenannten goßfomatigen vituellen Bilde, die aus 4 kleineen PA-Teilbilden zusammengesetzt sind und die Fabinfomation duh ein Pan-Shapening ehalten. In diesen Bilden ist die Vezeihnung beeits koigiet, die Göße betägt 1384 x 768 pix². Insgesamt stehen fü diese Übung 3 Bilde aus 3 Längssteifen mit jeweils 1 Bilden zu Vefügung, die Übedekungen betagen in Queund Längsihtung a. 6%. Die genaue Konfiguation des Bildvebands und Details zu Passpunkten sind de Datei vaihingen_8.pdf zu entnehmen. Als Vobeeitung fü die Beehnung de äußeen Oientieung eines einzelnen Bildes sind zunähst die Bildkoodinaten de signalisieten Pass- und eupunkte aus Messungen zu bestimmen. Die dafü benötigte innee Oientieung ist fü die vituellen Bilde de DMC Kameas imme bekannt und kann dahe bei de Auswetung diekt vogegeben weden. Mit de im Pogamm inpho / AppliationsMaste ausgegebenen Pojektdatei kann nun im Anshluss de äumlihe Rükwätsshitt implementiet weden. Teil 1: Messung Bildkoodinaten und Räumlihe Rükwätsshnitt mit dem Pogammpaket AppliationsMaste Die Bildpunktmessung wid mit dem Pogamm AppliationsMaste vogenommen. Es steht Ihnen im CIP-Pool zu Vefügung, die zugehöigen digitalen Bilddaten befinden sih in dem CIP-Pool-Vezeihnis :\uses\uebungen\photobsc\vaihingen8\images\. Übe die Bildnumme ist ein eindeutige ugiff auf die Bilde möglih. In den Vezeihnissen \kamea, \pp_punkte stehen weitee Daten, die fü diese Übung notwendig sind. De genaue Ablauf de Messung (inkl. Pojektdefinition) mit de Softwae inpho / AppliationsMaste ist im Dokument AppliationsMaste.pdf beshieben. Messen Sie mindestens 1 de in dem Bild sihtbaen signalisieten Punkte in gute Veteilung! Geshwiste-Sholl-St. 4D ifp 7174 Stuttgat USt-ID/VAT-ID: DE

2 Teil : Übepüfung de inneen Oientieung de digitalen Kamea Die Messung in den digitalen Bilden efolgt natülih im Pixelkoodinatensystem, duh die zuvo definiete innee Oientieung de Kamea kann diese Messung dann in die Bildkoodinaten übefüht weden. Die entspehenden Tansfomationspaamete finden sih in de Pojektdatei *.pj von AppliationsMaste hie ist eine 4 Paamete Tansfomation (klassishe Helmettansfomation) zugunde gelegt. u os sin x t1 u sin os y t Es steht dabei / fü ow/ol (Pixelkoodinaten) de Bildpunkte, x,y fü die Bildkoodinaten in metishe Göße, u fü den Maßstab, fü den Dehwinkel und t 1 bzw. t fü die Tanslationen. Intepetieen Sie auf Basis diese Fomel die in de Pojektdatei *.pj aufgefühte Tansfomation! Skizzieen Sie in diesem usammenhang auh die vewendeten Koodinatensysteme. Teil 3: Räumlihe Rükwätsshnitt RRS Teil 3a: RRS mit de Softwae Appliations Maste Im esten Teil diese Übung sind die Paamete de äußeen Oientieung übe das Modul Exteio Oientation zu emitteln. Vewenden Sie alle Passpunkte (mindestens 1, siehe Fall A unten). Die geshätzten Oientieungspaamete sind in de Ausabeitung zu dokumentieen (tabellaish). Die Residuen im Bildaum können auh im Luftbild angezeigt weden. Diese sollen auh in de Ausabeitung dokumentiet weden, dabei ist de Maßstab so zu wählen, dass die Pfeile gut zu ekennen sind. Intepetieen Sie die Egebnisse! Teil 3b: RRS mit eigene Implementieung Unte Vewendung de Pixelkoodinaten aus de Pojektdatei *.pj vom AppliationsMaste, ist ein äumlihe Rükwätsshnitt duhzufühen. Diese ist von Ihnen zu implementieen, die Fomeln sind im Anhang gegeben. Die eigentlih notwendigen Koektuen von Refaktion und Edkümmung sind in diese Übung zu venahlässigen. Vewenden Sie die UTM Koodinaten de Passpunkte Ihes Bildes. Fü die Paamete de inneen Oientieung ist die Definition de Kamea, wie sie im AppliationsMaste gegeben ist, anzunehmen. Beahten Sie die Tansfomation von Pixel- in Bildkoodinaten. Gehen Sie bei de Umsetzung folgendemaßen vo: äheungswete Die äheungswete fü die Oientieungspaamete sind übe eine ebene Helmettansfomation zu beehnen! Siehe dazu die Fomeln im Anhang. Implementieung Rükwätsshnitt Die dafü benötigten Fomeln sind im Anhang gegeben. Mit den gegebenen Vollpasspunkten ist ein RRS duhzufühen. Die beobahteten Bildkoodinaten sind unkoeliet und gleih genau. In de Paameteshätzung nah Gauß-Makoff ist so lange zu iteieen, bis die ushläge fü die Pojektionszentumskoodinaten kleine als 1 mm sind. Efahungsgemäß sind 3 Iteationen nötig. Ahtung: Weden meh Iteationsshitte benötigt, ist ein gobe Fehle zu vemuten! Diese Fehle kann entwede bei de Pogammieung ode shon bei de Bildpunktmessung aufgeteten sein. Anm.: Gobe Fehle in de Bildpunktmessung ode Punktnummenvewehslungen im Teil 1 sind paktish ausgeshlossen, wenn die angezeigten Residuen entspehend klein sind.

3 Genauigkeit RRS Mit den Bildkoodinaten ist ein RRS fü dei veshiedene Konfiguationen zu beehnen: o Alle (mindestens 1, siehe oben) im Bild beobahtete Punkte als Passpunkte (Fall A). o 4 Passpunkte in den Bildeken (Fall B). o 4 Passpunkte, die abe seh diht zusammen in einem Bildbeeih liegen (Fall C). Analysieen und intepetieen Sie zunähst die Vebesseungen de Beobahtungen fü die Fälle A-C. Welhen Einfluss haben die unteshiedlihen Passpunktkonfiguationen auf die geshätzten Oientieungspaamete (Fall A, B, C)? Die Unteshiede in den geshätzten Oientieungselementen sind anzugeben und zu intepetieen. Die Paamete de äußeen Oientieung aus Fall A dienen dabei als Refeenz. Die Genauigkeiten de geshätzten Unbekannten sind duh Invesion de omalgleihungsmatix fü alle dei Fälle A-C zu bestimmen. Wie vehalten sih die Genauigkeiten,,, bzw.,, unteeinande? Vegleihen Sie anshließend die Genauigkeiten de dei veshiedenen Fälle? Wie beeinflusst die Wahl de Passpunkte die Genauigkeit de Oientieungspaamete? Welhe Passpunktanodnung ist Ihe Meinung nah zu bevozugen? Vegleih RRS Egebnisse Appliations Maste mit eigene Implementieung Vegleihen Sie die ihe Egebnisse mit denen aus Teil 3a (nu Fall A mit allen Punkten als Passpunkte). Teten Diffeenzen zwishen den geshätzten Pojektionszentumskoodinaten, Oientieungswinkeln und Vebesseungen auf und wenn ja waum? Können die Winkel diekt veglihen weden? Falls nein, stellen Sie die Vegleihbakeit de Oientieungswinkel he. 3

4 Anlage zu Übung: Räumlihe Rükwätsshnitt Bestimmung de äheungswete fü den RRS ebene Helmettansfomation, gesuhte Paamete:,,,, M x os sin M sin os y M os M sin M os M sin sin os sin os M M M M A C D B D C Lineaisieen (Ableitung nah den unbekannten Paameten) füht zu Designmatix A: 1 A 1 mit Unbekanntenvekto T x A B C D D atan, M C D, C n B sin A os Asin B os k 1,, i M M M n i1 Duh Ausgleihung ehält man die Wete fü A, B, C und D, die dann zu den gesuhten äheungsweten fü Tanslation, Rotation und Maßstab fühen: Beehnung des RRS duh Paameteshätzung nah Gauß-Makoff (vemittelnde Ausgleihung nah de Methode de kleinsten Quadate) nihtlineae Fall: dx (A T A) 1 A T l unte de Annahme P I mit: x i 1 x i dx Iteation bis Ausweteshanke (Abbuhkiteium) eeiht! Abbildungsgleihungen: Bild (x, y ) - Gelände (,, ) mit: 11( ) 1( ) 31( ) x x x ( ) ( ) ( ) y y ( ) ( ) 3 3 ( ) ( ) 3 ( ) y ( ) 4

5 os os sin sin os os sin os sin os sin sin 1 3 ossin sin sin sin osos ossin sin sin os 13 3 sin, sin os, os os Diffeenziale fü die Paamete de äußeen Oientieung (,,, ): x x x x ( ) ( )3 ( ) x ( os sin ) os x y 13 1 y 3 y 3 y y y ( 31 ( ( ) ( ) 3 ( ) 3 ( ) os sin ) sin (Anmekung: Die hie angegebene Fom de Kollineaitätsgleihung entspiht de Dastellung in Lehbuh K. Kaus: Photogammetie) ) 1 5

6 Fomeln zu Reduzieung de Bildkoodinaten (hie nu zu Infomation gegeben) Radiale Abstand vom Uspung mm Kameakonstante mm p Mittlee Geländehöhe bzw. Punkthöhe km h g Flughöhe ü.g. km R Edadius km Edkümmungskoektu: Refaktionskoektu: Ed 3 h R g k.41 ef 6 1 k 5 ( P P 6 p 5) Summe de Koektuen komponentenweise an Bildkoodinaten anbingen: x' y' xb' x' i yb' y' i Allgemeine Anmekungen zu Übungsausabeitung: In de shiftlihen Ausabeitung sind alle duhgefühten Abeitsshitte (inkl. Skizzen, Seenshots u.ä.), zu dokumentieen und die Egebnisse zu diskutieen! Jede Guppe ( Pesonen) wetet die Daten des zugeteilten Bildes aus. Eine shiftlihe Ausabeitung po Guppe ist auseihend. Weden von veshiedenen Guppen offensihtlih identishe Übungsausabeitungen abgegeben, gilt nu die zuest abgegebene Ausabeitung als anekannt. Bitte usendung de Ausabeitung als PDF-Dokument ( -Anhang). Das Dokument eindeutig benennen, z.b. ACHAME1Voname1+ACHAMEVoname-Ü1-RRS.pdf Abgabetemin: Feitag, 1. Janua 18 6