Αυτόματη εξαγωγή χαρτογραφικών χαρακτηριστικών από δορυφορικές εικόνες

Abstract

Η διπλωματική αυτή εργασία πραγματεύεται διεξοδικά τρόπους αυτόματης εξαγωγής ανθρωπογενών χαρακτηριστικών, μέσα από επαναληπτικές διαδικασίες δόμησης χαρακτηριστικών μοντέλων, προκειμένου να επιτευχθεί στο τέλος το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Το τελικό αποτέλεσμα της εξαγωγής των χαρακτηριστικών αυτών έχει διανυσματική μορφή για να είναι εφικτή η περαιτέρω εκμετάλλευσή τους. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής ανάλυσης IKONOS, της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού. Η μελέτη αυτή ουσιαστικά διερευνά δύο περιπτώσεις. Η πρώτη περίπτωση είναι κατά πόσο δύναται τα τελικά αποτελέσματα της επεξεργασίας να ενταχθούν σε μία διαδικασία παραγωγής και να γίνουν αντικείμενο εκμετάλλευσης για την αναθεώρηση χαρτών, ενώ η δεύτερη περίπτωση σχετίζεται άμεσα με τη χρήση των τελικών αποτελεσμάτων σε μεμονωμένες περιπτώσεις. Πιο συγκεκριμένα: Στο πρώτο Kεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικότεροι μέθοδοι εντοπισμού και εξαγωγής χαρακτηριστικών από δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης. Αναπτύσσεται η σημασία της «κλίμακας» και η συσχέτιση που αυτή έχει με τα δεδομένα που πρόκειται να επεξεργαστούν. Αναφέρονται κάποιοι από τους βασικότερους αλγόριθμους εξαγωγής χαρακτηριστικών καθώς και τα επίπεδα αυτοματοποίησης των υπαρχόντων μεθόδων, καθώς επίσης παρουσιάζονται και οι επικρατούσες τάσεις αναφορικά με τις μεθόδους εξαγωγής αντικειμένων, ενώ δεν παραλείπεται να αναφερθεί η αλληλεξάρτηση των επιστημονικών πεδίων της Όρασης Υπολογιστών με τη Φωτογραμμετρία και την Τηλεπισκόπηση αλλά και με τις τεχνικές επεξεργασίας των δεδομένων. Τέλος γίνεται μία μικρή παρουσίαση της περιοχής μελέτης αλλά και των χαρακτηριστικών της. Στο δεύτερο Kεφάλαιο γίνεται μία μικρή παρουσίαση του IMAGINE Objective, δηλαδή του λογισμικού που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία των δεδομένων καθώς και των δυνατοτήτων που έχει, αναλόγως την εφαρμογή, δηλαδή εξαγωγή δρόμων και εξαγωγή κτισμάτων της περιοχής μελέτης. Ουσιαστικά στο τρέχον κεφάλαιο υλοποιείται μία θεωρητική παρουσίαση των διαδικασιών που εκτελούνται και αναπτύσσονται, στο λογισμικό IMAGINE Objective, για τη δόμηση ενός μοντέλου προς επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος. Στα Kεφάλαια 3 & 4 ο αναγνώστης περνάει από το θεωρητικό στο πρακτικό, δηλαδή στη δόμηση του επιθυμητού μοντέλου για την εξαγωγή χαρακτηριστικών (δρόμοι, κτίσματα), από τις δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης IKONOS, καθώς επίσης υλοποιείται και παρουσίαση των ποσοστών επιτυχίας (ποιότητα τελικού αποτελέσματος). Τέλος στο Κεφάλαιο 5, ουσιαστικά ολοκληρώνεται η παρούσα διπλωματική εργασία. Αποτελεί το κεφάλαιο των συμπερασμάτων, της παρουσίασης προβλημάτων και δυσκολιών αλλά και προτάσεων, προκειμένου ο αναγνώστης να συγκεντρώσει όλα τα κομβικά σημεία της εργασίας αυτής και γιατί όχι να του δημιουργηθεί το ερέθισμα για την περαιτέρω συνέχισή της, προς όφελος του ίδιου αλλά και της επιστήμης.

The present Diploma Thesis has as goal to study extensively ways of automatic extraction of anthropogenic characteristics, through repetitive processes of features’ model building, so that is achieved in the end the best possible result. The final result of this extraction has a vector form in order to be feasible their further exploitation. For this aim very high resolution satellite images IKONOS were used, from the Hellenic Military Geographic Institute. This study substantially looks into two cases. The first case is related to the fact of including the final results in a process for the revision of maps, while the second one is associated with the exploitation of the final results in individual cases. Specifically: In the first Chapter the most basic methods of features detection and extraction are presented from high resolution satellite images. The meaning and importance of “scale” are analyzed and moreover the cross-correlation that has with the data that are to be processed. Some of the basic algorithms of feature extraction are reported, as well as the levels of automation of existing methods and the prevailing tendencies referring to object extraction, while it is not omitted to be reported the interdependence of scientific fields of Computer vision with Photogrammetry, Remote sensing, but also with techniques of data processing. Finally the region of study is presented along with the features by which it is characterized. In the second Chapter a presentation of IMAGINE Objective takes place, which is the software that is used for the data processing, as well as the capabilities it has in different applications, such as roads and buildings extraction of the study area. Substantially in this Chapter a theoretical presentation of processes takes place that are executed and developed in IMAGINE Objective, for building a feature model so as the desired aim to be achieved. In the third and fourth Chapter, reader passes from theoretical to practical, that is to say the building of the desirable method for features extraction (roads, buildings), from high resolution satellite images IKONOS and moreover the presentation of rates of success (quality of final results). Finally in the fifth Chapter, the present Diploma Thesis essentially is completed. It constitutes of the Chapter of conclusions, presentation of problems, difficulties and further more proposals, in order the reader to assemble all the nodal points of this work and why not to be stimulated for further continuation and profit of science.