DİJİTAL FOTOGRAMETRİ. KTÜ Mühendislik Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü. Doç. Dr. Eminnur Ayhan

Transkript

1 DİJİTAL FOTOGRAMETRİ KTÜ Mühendislik Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü Doç. Dr. Eminnur Ayhan

2 Dijital Fotogrametrideki (Raster) Koordinat Sistemleri 1. Piksel koordinat sistemi 2. Görüntü koordinat sistemi (resim koordinat sistemi) 3. Model koordinat sistemi 4. Arazi koordinat sistemi Dijital görüntüdeki ölçümler bir piksel koordinat sisteminde ifade edilir. Görüntü koordinatları ve piksel koordinatları arasındaki ilişki pikselden görüntü koordinatına dönüşüm işlemi ile sağlanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 2

3 Dijital Görüntünün Yapısı, Piksel ve Görüntü Koordinat Sistemleri y x p 1 x y p Piksel x I 1 J P sx p sy x y (x (y ' ' p - - x y ' p ' ) * psx ) * psy y x, y : Piksel koordinatları x p, y p : Piksel koordinat sistemindeki asal noktanın koordinatları psx, psy : piksel uzayı içindeki x ve y KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 3

4 En genel hali ile piksel ve görüntü koordinat Sistemleri arasındaki dönüşüm Piksel koordinat sisteminden görüntü koordinat sistemine geçiş afin veya benzerlik dönüşümleriyle sağlanır. Burada : row, col... scanner-koordinatları x', y'... görüntü- koordinatlarını a, b, c, d, row, col...transformation parametrelerini ifade etmektedir. Görüntü koordinatları x, y eşitliğin ters dönüşüm formüllerinden elde edilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 4

5 Dijital Görüntünün Tanımı Ve Özellikleri Raster veri modelinde her bir konum ayrı bir piksel ile ifade edilir. Bu tür raster gösterimlerde her bir hücrenin koordinatı satır ve sütun numarası ile belirlenir ve koordinat başlangıcı olarak daima ekranın sol üst köşesi alınır. Yatay ekseni X (sutun), düşey eksen Y (satır) olarak adlandırılır. Raster yapıda piksel boyutu görüntünün hassasiyetini, ayırma gücünü gösterir. Piksellerin bu geometrik büyüklüğü (psx, psy) Piksel Sayısı, Konumsal Çözünürlük olarak adlandırılır. Ayrıca her bir piksel kapladığı arazi yüzeyi ile ilgili bilgilerde taşır. Bu bilgiler yoğunluk yada gri değerleri türünde olur ve bu tür bilgilere Renk Derinliği bir başka ifade ile Radyometrik Çözünürlük adı verilir. 5

6 G (Yeşil) B (Mavi) Cyan Açık mavi (0,1,1) Mavi (0,0,1) Yeşil (0,1,0) Siyah (0,0,0) Magenta Mor (1,0,1) Sarı (1,1,0) (1,1,1)Beyaz Kırmızı (1,0,0) R (Kırmızı) Renkler bir yada birkaç renk uzayında sınıflandırılabilir. En çok bilinen renk uzaylarından biri RGB uzayı, diğeri HSV(Hue Saturation Value= renk doyma değeri) uzayıdır. RGB uzayı görüntü renklerinin ekranda daha kaliteli görüntülenebilmesi için, HSV uzayı ise insan gözünün görüntüyü daha kolay ve daha doğru yorumlayabilmesini sağlamak için dizayn edilmiştir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 6

7 Dijital ve Film Bazlı Kameralardan Sayısal Görüntü Oluşturma Film bazlı kamera Dijital kamera Negatif görüntüler Görüntü algılayıcı Fotografik tab işlemleri Çerçeve oluşturma Pozitif resim Tarayıcı Dijital görüntü Dijital görüntü İç yöneltme İç yöneltme KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 7

8 Dijital fotogrametride, analog ve analitik fotogrametride üzerine görüntü aktarılan film veya emülsiyonlu kağıtlar yerine dijital ortamda saklanan görüntüler kullanılır. Bunun sonucu olarak dijital fotogrametride görüntü optik olarak değil dijital olarak işlenir. Sayısal kameralar yardımıyla elde edilen görüntülerin iç yöneltmesi piksel sistemden görüntü koordinat sistemine basit bir dönüşümle gerçekleştirilir. Dönüşüm parametreleri kamera kalibrasyonundan belirlenir. Sayısal kameraların gittikçe artan bir şekilde kullanılmasına rağmen, dijital fotogrametri de kullanılan resimlerin çoğunluğu taranmış filmlerden elde edilir. Burada, iç yöneltme çerçeve işaretlerinin ölçülmesi ve bir benzerlik yada afin dönüşümüyle dönüşüm parametrelerinin hesabı gerekmektedir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 8

9 Fotogrametrinin genel amacı resimler yardımı ile harita üretmektir. Bir başka deyişle resim koordinatlarından arazi koordinatlarına ulaşmaktır. Bu işlem yöneltme işlemleri ile gerçekleştirilir. genel anlamda yöneltme işlemleri, İç yöneltme Karşılıklı yöneltme Mutlak yöneltme adımlarından oluşur. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 9

10 İÇ YÖNELTME İç yöneltmenin amacı, orijini kameranın izdüşüm merkezi olan 3 boyutlu bir Kartezyen Koordinat Sisteminin, görüntü üzerinde ölçülmüş yada hesaplanmış detaylar yardımıyla belirlenmesidir. Bu sistem Görüntü Koordinat Sistemi olarak adlandırılır. Dijital görüntüler için ilk referans sistemi, Piksel Koordinat sistemdir. Görüntüler başlangıçta hangi sistemde elde edilmiş olursa olsun fotogrametrik değerlendirmede kullanılan başlangıç sistemi görüntü koordinat sistemidir. Bu sistemin başlangıcı izdüşüm merkezindedir. Pozitif resmin çerçeve işaretleri ana merkezi tanımlar. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 10

11 Şekil sayısallaştırılmış pozitif bir görüntüyü göstermektedir. Başlangıcı izdüşüm merkezinde olan 3 boyutlu kartezyen görüntü koordinat sistemi, ölçülerin yapıldığı görüntü üzerinde izdüşüm merkezinin düşey izdüşümü (PP) Asal nokta, Çerçeve işaretlerinin kesişimi (FC) Ana nokta ve radyal distorsiyonun orijini En iyi simetri noktası (PS) ile tanımlanır. 11

12 Çeşitli Çerçeve İşaretleri = Müşirler KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 12

13 İç yöneltmede; dijital görüntünün Piksel Koordinat Sistemi ile kalibre edilmiş Görüntü (kamera) Koordinat Sistemi arasındaki dönüşüm parametreleri belirlenir. İç yöneltmenin belirlenmesinde, pikselden görüntü koordinat sistemine dönüşüm ve görüntü düzeltmeleri (refraksiyon, film hataları, kamera hataları vs..), yer alır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 13

14 İç Yöneltmenin Belirlenmesi Piksel koordinat sisteminden görüntü koordinat sistemine dönüşüm Görüntü Koordinalarının düzeltimesi Refraksiyon Kamera hataları Film hataları Tarayıcı hataları Dijital kamera kullanımında görüntü düzeltmesi KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 14

15 Otomatik İç Yöneltme insan müdahalesi olmaksızın tüm yöneltme işlemini yapan bir sistemlerdir. Otomatik iç yöneltme terimi DFS de çerçeve işaretlerinin ölçülmesinde bilgisayar desteğinin ne kadar olduğunu açıklamak için kullanılır. İnsanın müdahalesi sonuçları kabul ya da ret etmek kadar basit olsa bile %100 otomatik sistem ile interaktif sistem arasında büyük fark vardır. Otomatik sistemlerde insanlardan kaynaklanacak hatalardan kaçınılabilir. Bu nedenle otomatik sistemler hassas ve kullanılması kolay sistemlerdir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 15

16 İnteraktif iç Yöneltme İnteraktif iç yöneltmede görüntü koordinat sisteminin başlangıçını belirleyen gösterge işaretlerine operatör tarafından tatbik yapılır. Günümüzde mevcut fotogrametri yazılımlarının bir kısmında, görüntü kenar göstergelerinden ilk ikisi operatör tarafından ölçüldükten sonra, diğer kenar göstergelerinde otomatik ölçümler yapılır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 16

17 KARŞILIKLI YÖNELTME z 2 z 1 O 1 [ M b bz by bx r 2 r y 1 1 P2 2 c x 1 1 P 1 1 ] O 2 c [ M y 2 2 ] x 2 Z R 1 R 2 Y P X KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 17

18 Fotogrametrik yöneltme işlemlerinin en önemlisi karşılıklı yöneltmedir. Bu yöneltmede amaç bir stereo modelin yöneltme parametrelerini belirlemek ve Arazinin benzeri bir model oluşturmaktır.. Bu parametreler belirlendiğinde SYM leri ve derleme haritalar stereoskopik olarak yapılabilir. Karşılıklı yöneltme sonuçunda elde edilen sonuç ürün yüzey hakkında bilgiler sunar. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 18

19 İnteraktif Karşılıklı Yöneltme İnteraktif karşılıklı yöneltme DFS lerde yapılır. Bu sistemler eşlenik noktalarının ölçülebilmesi için çeşitli seviyelerde destek sağlar. Eşlenik 6 nokta ölçüldükten sonra sistem yöneltme parametrelerini hesaplar ve eğer sonuç uygun ise (örneğin, y-paralaksının standart sapması) görüntü moddan model moduna geçilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 19

20 Karşılıklı yöneltme. Eşlenik noktaları ölçmek için, kursör sol görüntüdeki bir özelliğin üzerine konumlandırılır. Bu durumda görüntü kilitlenir. Sağ görüntü üzerinde ki kursör aynı özellik üzerine gittiği için, nokta ölçülmüş olur. Bu temel ardışıklık, interaktif olarak eşlenik noktaları ölçmenin etkili bir yolu olması için mause tuşlarına atanmıştır. 20

21 Otomatik Karşılıklı Yöneltme Otomatik karşılıklı yöneltmedeki araştırmalar görüntü eşleştirme üzerine odaklanmıştır. Burada ilgilenilen yöneltme parametrelerinin belirlenmesi için eşlenik noktalardan ziyade özelliklerin nasıl işe yaradığıdır. Algoritmalar nokta bazlıdır ve Doğrusallık ve Eş Düzlemlilik modellerini kullanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 21

22 Otomatik Karşılıklı Yöneltme Otomatik karşılıklı yöneltme ile ikinci resmin birinci resme göre karşılıklı yöneltme elemanları belirlenir. Bu amaçla girdi verileri olarak; iç yöneltme parametreleri, kamera kalibrasyon bilgileri, her iki görüntünün de görüntü piramitleri, yaklaşık boyuna ve yan bindirme oranları ile resimlerin sırası gereklidir. Otomatik karşılıklı yöneltmenin esası detay çıkarma ve detay eşlemeye dayanır. Yine temel prensip görüntü piramitlerinin kullanımıdır. Uygulamadaki bir yaklaşıma göre en kaba düzeyden başlayarak, sağ ve sol resimlerden mümkün olduğu kadar çok detay tespit edilir. Sonraki aşamada, sağ resimde bulunan detaylar sol resimle eşlenmeye çalışılır. 22

23 Mutlak Yöneltme Karşılıklı yöneltme sonucu elde edilen üç boyutlu modelin ölçeklendirilmesi ve belirli bir jeodezik referans sistemine göre konumlandırılması gerekmektedir. Belirlenen Model Ölçeğine ve Baza (b) bağlı olarak düzeltme getirilir. Düzeltme faktörü Nominal uzaklığın (S) gerçek uzaklığa (S ) oranıdır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 23

24 X,Y,Z obje koordinat sistemine karşılık gelen xm, ym, zm model koordinat sistemindeki bir stereo modelin mutlak yöneltmesidir. 24

25 KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan

26 Control point Cross mark on the mounting plate KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 26

27 Otomatik Dış Yöneltme Otomatik dış yöneltmede Temel problem, görüntü yada model uzayı ile uygun bir dönüşüm yoluyla elde edilen obje uzayı arasındaki ilişkiyi tesis etmektir. Dönüşüm parametrelerini hesaplamak için, koordinat sistem bilgisi bilinmelidir. Geleneksel olarak, bu kontrol noktaları yardımıyla başarılır. Yani, obje uzay koordinat sisteminde bilinen noktalar görüntü ve model koordinat sisteminde tanımlanmalı ve ölçülmelidir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 27

28 Otomatik Çözümde İşlemler Dijital Görüntü İç yöneltme Karşılıklı yöneltme Mutlak yöneltme Havai üçgenlem Normal görüntü SYM üretimi Dijital ortofoto Otomasyon zinciri. Sayısallaştırmadan sonra, iç yöneltme bağımsız olarak yapılır. Bunu karşılıklı ve mutlak yöneltme yada havai Nirengi (üçgenleme) takip eder. Bilinen dış yöneltme verisiyle, Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) ve Ortofotolar üretilebilir. Bu işlem DFS gibi interaktif bir ortamı gerektirmez. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 28

29 İç yöneltme Dış yöneltme İç yöneltme Karşılıklı yöneltme Mutlak yöneltme İç yöneltme Havai üçgenleme Tek görüntüler, stereo modeller, yada kolon ve bloklar için otomasyon zinciri. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 29

30 Geleneksel yöntemler Operatör, İnsan Noktaları seçer ve ölçer İyi seçilmiş Az nokta Stereoskopik olarak ölçülmüş Çok doğru Otomatik yöntemler Operatör, Bilgisayar Özellikleri seçer ve eşleştirir Rasgele seçilmiş Bir çok özellik Özellikleri eşleştirir Az doğruluk Doğrusallık ve eş Düzlemlilik modellerini kullanan dengeleme işlemleri nokta tabanlıdır. Eşleştirilen varlıklar nokta değil özellikler olmasına rağmen bazı nokta tabanlı dengeleme işlemleri kullanır. Geleneksel ve otomatik yöneltme arasındaki farklar KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 30

31 Klasik fotogrametride karşılıklı yöneltmeyi bir operatör yapar. Bu işlemde can alıcı nokta uygun eşlenik noktaları tanımlamak ve ölçmektir. Ekonomik nedenlerden dolayı çok az nokta ölçülür. Operatörün aksine, bilgisayar tarafından, uygun noktaların seçilmesi ve ölçülmesi daha zordur. Bunun yerine, özelliklerin seçimi daha kolaydır. Dış yöneltmede kontrol noktalarının kullanılması yaklaşımı hem geleneksel fotogrametride hem de dijital fotogrametride de iyi çalışır. Dijital fotogrametride noktalar fiziksel olarak bir görüntünün üzerinde değildirler. Bu nedenle onları belirlemek zordur. Gerçekte, kontrol noktaları hedeftir ve merkezleri koordinatları belirler. Anlaşıldığı üzere, zor kısım bu hedeflerin otomatik olarak tanımlanmasıdır. Fotogrametrik projeler, kolonlar ve bloklar halinde elde edilmiş bir çok görüntüden ibarettir ve yöneltme parametreleri bir blok dengelemesinden elde edilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 31

32 Dijital Fotogrametrinin Kazandırdığı Avantajlar Görüntü iyileştirmesi: Görüntü, bilgisayar ortamında kontrast ve ışık şiddeti gibi özelliklerinin değiştirilmesiyle daha anlaşılabilir bir duruma getirilebilir. İşlem kolaylığı: Dijital fotogrametrik sistemlerde işlemler, analog ve analitik sistemlere göre daha kolay bir şekilde yapılmaktadır. CAD sistemleri ile eş zamanlı çalışabilme: Bu özellik, değerlendirme sonrasında elde edilen ürünler, bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler sonucunda eş zamanlı olarak görüntülenebilmesi ve bu şekilde olası hataları erken fark edilme olanağını beraberinde getirmiştir. Ürünlerin saklanması: Dijital fotogrametrik değerlendirme sonrasında elde edilen ürünler, bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler sonucunda daha güvenli bir şekilde ve daha az mekan kaplayan arşivlerde depolanabilmektedir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 32

33 Z/I PROGRAMINDA OTOMATİK YÖNELTMELERİN YAPILMASI Image Station Digital Mensuration (ISDM) modülünde, Proje ismi ve yeri tanımlanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 33

34 Hava Fotogrametrisi ve ASCII Çıktı Dosyası seçenekleri seçilir. Projede kullanılacak koordinat sistemi tanımlanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 34

35 Projeksiyon yüzeyi, seçilen koordinat sistemine ve bölgeye ait projeksiyon parametreleri tanımlanır. Geometrik yüzey tanımlanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 35

36 Proje parametreleri tanımlanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 36

37 Kullanıcı ayarları yapılır Müşir noktalarıyla ilgili bilgiler, iç yöneltme limitleri, Karşılıklı (relatif) yöneltme bilgileri girilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 37

38 Müşir noktalarıyla ilgili bilgiler, iç yöneltme limitleri, Karşılıklı (relative) yöneltme bilgileri girilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 38

39 Kamera verilerinin girilmesi: KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 39

40 Müşir koordinat değerlerinin kalibrasyon değerlerinden girilmesi: İç yöneltme bilgileri ve resim orta nokta koordinatları girilir. Distorsiyon türlerinin ve değerlerinin girilmes KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 40

41 Edit Photos diyolog kutusunda resimlerin bulunduğu dosyalar tanımlanır. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 41

42 İç Yöneltme (Interior Orientation) KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 42

43 Karşılıklı Yöneltme ( Relative Orientation) Overview ekranında grap point diyerek, ilk 2 resmin yaklaşık olarak 1. noktası işaretlenir. Intermediate ekranında, ilk iki resmin 1. noktası, hassas olarak görünür. Detail ekranında, ilk 2 resmin 1. noktası ölçülür. En az altı nokta için bu işlem yapılır. 43

44 Mutlak Yöneltme (Absolute Orientation) Kontrol noktalarının koordinatları girilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 44

45 45

46 Yöneltmelerin yapılmasının ardından 3 boyutlu model alan elde edilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 46

47 Yöneltmelerin yapılmasının ardından 3 BOYUTLU MODEL ALANI elde edilir. KTÜ Harita mühendisliği Doç. Dr. Eminnur Ayhan 47