Dijital Fotogrametri

Transkript

1 Dijital Fotogrametri , Bahar YY Fevzi Karslı (Prof. Dr.) Harita Mühendisliği Bölümü Mühendislik Fakültesi KTÜ 20 Mart 2017 Pazartesi

2 Ders Planı ve İçeriği 1. Hafta Giriş, dersin kapsamı, kavramlar, kaynaklar. 2. Hafta Dijital görüntü, geometrik ve radyometrik prensipleri. 3. Hafta Dijital hava kameraları. 4. Hafta Görüntü alım ve tarama yöntemleri. 5. Hafta Dijital fotogrametride matematik model. 6. Hafta Dijital uçuş planlama. 7. Hafta Dijital görüntü yöneltme. 8. Hafta 1. Arasınav 20 Mart 2017 Pazartesi 2

3 Ders Planı ve İçeriği 9. Hafta Dijital görüntü eşleştirme yöntemleri, görüntü korelasyonu. 10. Hafta Dijital ortofoto üretimi 11. Hafta Dijital görüntülerden SYM/SAM üretimi 12. Hafta Dijital fotogrametrik iş istasyonları ve yazılımlar 13. Hafta Erdas Imagine Photogrametry ile harita üretimi 14. Hafta Erdas Imagine Photogrametry ile harita üretimi 15. Hafta Uygulama proje sunumları. 20 Mart 2017 Pazartesi 3

4 Kaynaklar-Yazılım Kraus, K., (1993); Photogrammetry Volume I, Fundamentals and Standard Process, Ferd. Dümmlers Verlag, Bonn, Germany. Kraus, K., (1999); Photogrammetry Volume II, Advanced Methods and Applications, Ferd. Dümmlers Verlag, Bonn, Germany. Kraus, K., (2007); Fotogrametri, Fotoğraflardan ve Lazer Tarama Verilerinden Geometrik Bilgiler, Çeviri, İTÜ. Gürbüz, H., (2006); Genel Fotogrametri I, Anakara. Erdoğan, S., (Editör) (2011), Fotogrametri, AÖF Yayın No: 1992, Anadolu Üniversitesi. (anahtar kelime: fotogrametri, photogrammetry) MATLAB ve Erdas Imagine Photogrammetry (LPS) yazılımları 20 Mart 2017 Pazartesi 4

5 Ölçme ve Değerlendirme Etkinlik Sayı Katkı Oranı Ara Sınav Kısa Sınav - - Yarıyıl Sonu Sınavı 1 50 Ödev (Dönem) adresinden dersle ilgili takip yapılacaktır. 20 Mart 2017 Pazartesi 5

6 Dijital Fotogrametri-Giriş 20 Mart 2017 Pazartesi 6

7 Dijital (Sayısal) Fotogrametri Dijital fotogrametri, cisimlere ait iki boyutlu görüntü ortamından üç boyutlu bilgi sağlayan, sayısal resim veya görüntü ile çalışan fotogrametri bilimidir. Girdi olarak sayısal görüntüleri kullanan, sorgulamalı veya yarı/tam otomatik yöntemlerle tüm fotogrametrik görevleri yerine getirebilen yazılım ve donanımlardan oluşur. Dijital resimler, metrik kameralarla çekilmiş analog resimlerin tarayıcılarla sayısal hale getirilmesi ile veya direk dijital kameralarla elde edilir. Dijital fotogrametri ile sayısal görüntülerin yorumlanması ve işlenmesi gibi birden çok uygulama alanı ortaya çıkmıştır. 20 Mart 2017 Pazartesi 7

8 Dijital Fotogrametri Dijital fotogrametri dijital görüntüleri kullanır ve bu kullanımın çeşitli avantajları vardır: Standart bilgisayarlar üzerinde çalışan dijital iş istasyonları özel donanım gerektiren daha pahalı çizim aletleri kullanılmasını ortadan kaldırmıştır. Veri transferi analoga göre çok daha kolaydır. Dijital görüntü işleme teknikleri fotogrametrik ölçme ve değerlendirmede belirli düzeyde otomasyon sağlamaktadır. Dezavantajlar: Görüntü elde etmeyle ilgili problemler açısından bakıldığında, resimler önce analog kamera ile temin edilip, fotogrametrik tarayıcılar kullanılarak taranmak zorunda kalınmakta idi. Ancak, günümüzde artık bu problem tamamen aşılmış olup dijital kameralar analog kamera doğruluğunda veri alım düzeyine erişmiştir. Analog fotogrametride elde edilen hassasiyeti elde edebilmek için nokta konumlaması 1 pikselden daha fazla doğrulukla yapılmak zorundadır. Piksel altı doğrulukla bu durum çözülmeye çalışılmaktadır ve büyük ölçüde de çözülmüştür. 20 Mart 2017 Pazartesi 8

9 Dijital Fotogrametri de veri alımı KAMERA FOTOĞRAF LAB.. TARAYICI DIGITAL FOTOGRAMETRİ BİRİMİ DIGITAL GORUNTU CAD SİSTEM CİSİM CCD KAMERA 20 Mart 2017 Pazartesi 9

10 Dijital görüntü ve özellikleri Siyah-beyaz resimler için değer elemanları arasındadır. 256 farklı durum için bilgi 8-bit ile gösterilir. Renkli resim için ise aynı büyüklükte üç resim matrisi vardır. Gri Değerler: Kayıt edilen siyah ile beyaz arasındaki 256 gri renk tonu olarak ifade edilir (DN: Digital Number). Örnekleme: Herhangi bir pikselin geometrik olarak görüntü üzerinde oluşturulması. 20 Mart 2017 Pazartesi 10

11 Dijital görüntü ve özellikleri 1x1+0x2+1x4+1x8+1x16+0x32+1x64+0x128=93 20 Mart 2017 Pazartesi 11

12 Dijital görüntü ve özellikleri Düz çizgi, analog resimde sürekli bir çizgi, sayısal resimde ise ayrık pikseller ile temsil edilir. Eğer sayısal resimdeki piksel boyutu (örnekleme aralığı) küçültülürse çizgi daha sürekli bir görünüm alacak, fakat daha fazla pikselle gösterilecektir. Dolayısıyla, örneklemede en önemli faktör piksel boyutu veya örnekleme aralığıdır. 20 Mart 2017 Pazartesi 12

13 Dijital görüntü-tarama Tek boyutlu bir fonksiyonun taranması Resim fonksiyonu, f(x), konum ve yoğunluk göz önüne alındığında sürekli bir fonksiyondur Tarama: Resim elemanlarının (piksel) konumlarının belirlenmesidir. Değer atama (Quantization): Yoğunlukların belirlenmesi; Yoğunluk dizisi I G doğal sayılar kümesinin elemanlarından oluşur. (Örneğin I G = 0, 1, 2, 255 = 8 bit) Bu iki işlem sonucunda dijital görüntü oluşur. 20 Mart 2017 Pazartesi 13

14 Dijital Fotogrametri Obje-gerçek dünya Görüntünün ayrık piksellere bölünmesi (Örnekleme), Görüntü matrisi Her bir piksele gri değer atama, gri tonların tonlara ayrılması (Sayısallaştıma) Dijital görüntü 20 Mart 2017 Pazartesi 14

15 Dijital görüntü radyometrisi Radyometrik çözünürlük Muhtemel gri değer sayısı (piksel derinliği veya renk derinliği) 8 bit 256 gri düzey üretirken, 12 bit 4096 üretir. Karşılaştırma yapılırsa, insan gözü 50 (6 bit) gri düzeyi ancak ayırt edebilir. 20 Mart 2017 Pazartesi 15

16 Dijital görüntülerin bilgisayarda gösterimi f R (x,y) f G (x,y) f B (x,y) Renkli görüntü bileşenleri fr(x,y), fg(x,y) fb(x,y) Blue RGB color vector Green Red Bileşenlerin çakıştırılmış hali fr(x,y), fg(x,y) fb(x,y) 20 Mart 2017 Pazartesi 16

17 Dijital görüntü avantajları Teknolojik ilerlemelerle birlikte sayısal resim öncelikle yakın mesafe (yersel) fotogrametrisi uygulamalarında ve uydu fotogrametrisinde kullanılmıştır. Yersel çalışmalarda esneklik (doğruluk aralığı), sayısal resmin çözünürlüğüne bağlıdır. Sayısal resmi kullanmanın başlıca yararları; Optik-mekanik gereksinme olmaksızın sayısal resimlerin bilgisayar ekranından ölçülebilir ve görülebilir olması, Ölçme sistemlerinin kalibrasyon gerektirmeyen değişmez sistemler olması, Bu sistemlerde resim kalitesinin arttırılabilir olması, Bu sistemlerin kullanıcılara otomasyon olanağı sağlaması, Uygulamaların gerçek-zamanlı olarak veya çok yakın zamanda yapılabilir olması 20 Mart 2017 Pazartesi 17

18 Dijital fotogrametride veri toplama Sayısal fotogrametrik uygulamaların en önemli adımlarından biri sayısal görüntülerin elde edilmesidir. Günümüz teknolojisinde genel olarak iki şekilde yapılmaktadır. Bunlar, Tarayıcılar (Scanners): Analog kameralarla çekilen resimlerin optik tarayıcılar 7, 14, 28, 56, 112, kullanılarak sayısal sitemlere aktarılması, 224 mikron ( ) mm RGB ve Gri CCD & Dijital (Charge Coupled Device -Yük Bağlamalı Düzen) Kameralar: Doğrudan sayısal görüntü alan kameraların kullanılmasıdır. Yersel Kamera Hava Kamerası Zeiss/Intergraph DMC 4 Yüksek Çöz. (7k 4k) Pan 4 Multi Spect. (3k 2k) 20 Mart 2017 Pazartesi 18 Nikon D100 6 MP ( )

19 Resim-Piksel KS dönüşümü n x (0,0) Y görüntü x piksel n y (0,0) X görüntü y piksel P sx P sy x resim = x n 2 x p sx Piksel koordinatlarından görüntü koordinatlarına transformasyon, y resim = - y + n y 2 p sy eşitlikleri ile sağlanır. Burada, x, y görüntü koordinatlarını, x, y piksel koordinatlarını, n x, n y, x ve y yönündeki piksel sayısını, p sx ve p sy ise x ve y yönündeki piksel boyutunu göstermektedir. 20 Mart 2017 Pazartesi 19

20 Resim-Piksel Koordinat Sistemi, Asal Nokta, Uçuş Yönü UltraCamD Kamerası, Kamera kalibrasyon raporu Level 2- Görüntü KS-Pankromatik 20 Mart 2017 Pazartesi 20

21 Uygulama: DMC_II_230 kamera focal_length (c) : ppac (x 0, y 0 ) : film_format : camera_type : frame media_type : digital pixel_size : image_size_in_pixels : (image_i) (image_ii) NN x (pixel) y (pixel) x (pixel) y (pixel) ilgili noktaların resim koordinatlarını hesaplayınız. 20 Mart 2017 Pazartesi 21