Βαθμονόμηση ψηφιακών μηχανών με τη χρήση πεδίου ελέγχου

Abstract

Η αεροφωτογραφία αποτελεί ένα μέσο απεικόνισης της πραγματικότητας του εδάφους και των κατασκευών που βρίσκονται πάνω σ’ αυτό. Επίσης, αποτελεί το πρωτογενές δεδομένο και το σύγχρονο μέσο για την παραγωγή μεγάλου αριθμού προϊόντων ιδιαίτερου επιστημονικού και τεχνικού ενδιαφέροντος. Υπ’ αυτή την έννοια οι απαιτήσεις ακρίβειας απεικόνισης της πραγματικότητας είναι υψηλές. Η υψηλή ποιότητα και ακρίβεια της αεροφωτογραφίας μπορεί να επιτευχθεί μόνο εάν η μηχανή λήψης, είναι υψηλών προδιαγραφών και έχει βαθμονομηθεί ως προς τα χαρακτηριστικά που συνθέτουν και περιγράφουν το μοντέλο της προβολής που χρησιμοποιεί. Η βαθμονόμηση αυτή μπορεί να επιτευχθεί στο εργαστήριο ή σε κατάλληλα διαμορφωμένο πεδίο ελέγχου. Η διπλωματική εργασία αυτή προσεγγίζει γενικά το πρόβλημα της βαθμονόμησης των μηχανών αεροφωτογράφησης, περιγράφει ειδικότερα τις διεθνείς πρακτικές βαθμονόμησης ψηφιακών φωτομηχανών και επιχειρείται γεωμετρική βαθμονόμηση της ψηφιακής μηχανής DMC της Z/I Imaging με βάση πεδίο ελέγχου που ιδρύθηκε για αυτόν τον σκοπό. Παράλληλες διπλωματικές εργασίες περιγράφουν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια την ίδρυση και τον υπολογισμό του πεδίου ελέγχου (Φιλιόπουλος 2010) και την βαθμονόμηση αναλογικών μηχανών αεροφωτογράφησης (Ξυνογαλάς 2010). Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από τρία μέρη. Τα πρώτο μέρος είναι θεωρητικό και βιβλιογραφικό και περιέχει το γενικό θεωρητικό πλαίσιο των επιστημονικών αντικειμένων που περιγράφονται στην εργασία. Το 1ο κεφάλαιο αποτελεί την εισαγωγή και περιγράφει το στόχο της διπλωματικής εργασίας. Στο 2ο κεφάλαιο παρουσιάζονται συνοπτικά τα χαρακτηριστικά και οι προδιαγραφές των μηχανών αεροφωτογράφησης. Στο 3ο κεφάλαιο δίδεται η βασική θεωρία του εσωτερικού προσανατολισμού και των παραμορφώσεων που μπορεί να υποστούν τα αντικείμενα που απεικονίζονται σε μια αεροφωτογραφία, λόγω σφαλμάτων ή λόγω της προβολής. Στο 4ο κεφάλαιο αναφέρεται η έννοια και η χρησιμότητα της βαθμονόμησης, περιγράφονται οι κατηγορίες της και γίνεται μια αναφορά στους φορείς που την εκτελούν. Επίσης, περιγράφεται σε γενικές γραμμές ο τρόπος βαθμονόμησης διαφόρων φωτομηχανών. Το 5ο κεφάλαιο περιγράφει τα πεδία ελέγχου και τα χαρακτηριστικά τους που υπάρχουν και λειτουργούν διεθνώς. Τα κεφαλαία 2, 3, 4 και 5 αποτελούν κοινό κομμάτι και στις δύο άλλες παράλληλες διπλωματικές εργασίες (Ξυνογαλάς, 2010; Φιλιόπουλος 2010). Το δεύτερο μέρος είναι θεωρητικό και πρακτικό. Στο 6ο κεφάλαιο περιγράφεται το μοντέλο βαθμονόμησης που χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση του κάθε φακού της DMC στο εργαστήριο από την εταιρία κατασκευής της. Επίσης, γίνεται σύντομη περιγραφή και του πεδίου ελέγχου της Λαυρεωτικής (Φιλιόπουλος, 2010) που χρησιμοποιήθηκε για τη βαθμονόμηση της DMC. Το 7ο κεφάλαιο ασχολείται με τη διαδικασία που έλαβε χώρα για τη βαθμονόμηση της DMC μέχρι να ξεκινήσει να χρησιμοποιείται το λογισμικό BINGO-F και ο αλγόριθμος της αυτοβαθμονόμησης. Οι διαδικασίες αυτές είναι ο προγραμματισμός πτήσης και η φωτογράφηση του πεδίου. Το τρίτο μέρος είναι καθαρά πρακτικό και γίνεται βαθμονόμηση της DMC. Στο 8ο κεφάλαιο αναλύεται και περιγράφεται ο αλγόριθμος που χρησιμοποιήθηκε στο λογισμικό BINGO-F, καθώς και οι παράμετροι που εμπλέκονται στην βαθμονόμηση. Το 9ο κεφάλαιο περιέχει τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν. Στο 10ο κεφάλαιο παρατίθενται αποτελέσματα βαθμονόμησης που προέκυψαν με χρήση άλλων μοντέλων και λογισμικού προς σύγκριση με αυτά του 9ου κεφαλαίου. Τέλος, μετά και την αξιολόγηση όλης της διαδικασίας και της μεθόδου, στον επίλογο, περιλαμβάνονται γενικά συμπεράσματα και παρατηρήσεις καθώς και τροφή για σκέψη για μελλοντικές ενέργειες. Επίσης, παρατίθενται σε παραρτήματα η σύγκριση του εξωτερικού προσανατολισμού που προέκυψε από τον αεροτριγωνισμό σε σχέση με αυτό του GPS/INS του αεροσκάφους και η συνολική βαθμονόμηση της μηχανής DMC της Ζ/I Imaging, που ανήκει στην εταιρία GEOMATICS AE.

Aerial photography is a means which images ground reality with the constructions above it. Also, it is extensively used as raw data input for the production of a variety of metric products. In that case, imaging with high accuracy requirements is essential. This high quality and accuracy of aerial photography may be achieved only if the capturing device is of high standards and has been calibrated for the projection model and its specifications. Calibration can be achieved in the laboratory or with the help of a suitable test field. This diploma thesis approaches the term camera calibration in a theoretical sense, describes the international digital camera calibration techniques and attempts the geometric calibration of the DMC of Z/I Imaging digital camera. At the same time two parallel diploma theses are concerned with the design, establishment and measuring of the test field constructed (Filiopoulos 2010) and with the calibration of analogue systems of aerial photography (Xynogalas 2010). The present diploma thesis consists of three sections. The first section is theoretical and bibliographic and contains the general theoretical frame of the notions discussed in this thesis. The 1st chapter constitutes the preface and describes the objective of this diploma thesis. The 2nd chapter concisely presents the characteristics and specifications of systems of aerial photography. In the 3rd chapter basic theory of the interior orientation and image projection distortions caused by errors or projection deformations is given. In the 4th chapter the significance and usefulness of camera calibration and its categories are reported. Also, the services and the institutions who execute the calibration are reported. The 5th chapter outlines the various test fields with their characteristics which exist and operate internationally. Chapters 2, 3, 4 and 5 consist a common part of the two other parallel diploma theses, as well (Xynogalas, 2010; Filiopoulos 2010). The second section is both theoretical and practical. In the 6th chapter, the method of calibration and the algorithm in use for the calibration model of each single head of the DMC, in the laboratory by its constructor, is described. Also, there is a quick reference to the Lavreotiki test field (Filiopoulos, 2010), which has been used for the DMC calibration. The 7th chapter deals with the procedure, which took place, until the implementation of the aerotriangulation software BINGO-F with the option of autocalibration. Such processes are the flight planning and photographing of the test field. The third section is purely practical and calibration of the DMC is executed. In the 8th chapter the algorithm used by the BINGO-F software is described and analyzed as well as the parameters which determine the calibration. The 9th chapter contains the results and conclusions of the calibration. In the 10th chapter, calibration results which were produced using other models or from other software are mentioned for comparison with the results of the 9th chapter. Finally, after evaluation of the whole procedure and methodology in the final chapter general remarks and conclusions are summarized and several thoughts are exposed for eventual future actions. In addition, a comparison of the external orientation parameters as they were determined by the aerotriangulation to those given by the aircraft’s GPS/INS and a full calibration sheet of the Z/I Imaging DMC owned by Geomatics SA are given in the relevant annexes.