Σχεδιασμός, υλοποίηση και έλεγχος ακρίβειας γεωμετρικής βαθμονόμησης του αερομεταφερόμενου υπερφασματικού δέκτη CASI-550

Abstract

Η εναέρια Ψηφιακή Τηλεπισκόπηση και συγκεκριμένα αυτή που γίνεται με υπερφασματικούς δέκτες έχει έντονη ανάπτυξη την τελευταία δεκαετία καθώς οι νέοι αερομεταφερόμενοι υπερφασματικοί δέκτες υπερβαίνουν περιορισμούς παλαιότερων τεχνολογιών. Η τεχνολογική ανάπτυξη που έχει επιτευχθεί τα τελευταία χρόνια σε αυτόν τον τομέα έχει δώσει την δυνατότητα στους επιστήμονες να συλλέγουν υψηλής ακρίβειας ποιοτικές πληροφορίες για το φυσικό και το κοινωνικοοικονομικό περιβάλλον. Η παρούσα διπλωματική είχε ως στόχο να σχεδιάσει και να υλοποιήσει λήψεις υπερφασματικών απεικονίσεων με το δέκτη CASI-550 του Εργαστηρίου Τηλεπισκόπησης και ακολούθως, να αναπτύξει και να παρουσιάσει τη μεθοδολογία εκείνη που είναι απαραίτητη για την παραγωγή ενός υπερφασματικού ορθο- φωτομωσαϊκου υψηλής γεωμετρικής ακρίβειας χωρίς την πραγματοποίηση μετρήσεων σημείων επιγείου ελέγχου επί του εδάφους. Στο πλαίσιο της εργασίας εγκαταστάθηκε και ελέγχθηκε το αερομεταφερόμενο σύστημα λήψης υπερφασματικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων, το οποίο αποτελείται από τον υπερφασματικό δέκτη CASI-550 της Καναδικής εταιρίας ITRES καθώς και μια αδρανειακή/GPS συσκευή Applanix POS/AV IV. Κατά την πρώτη φάση της εργασίας πραγματοποιήθηκε μια πτήση βαθμονόμησης πάνω από την περιοχή Βέλος στην Πελοπόννησο με στόχο την γεωμετρική βαθμονόμηση της μηχανής. Για τη γεωμετρική αυτή βαθμονόμηση χρησιμοποιήθηκαν σημεία επίγειου ελέγχου από τον ορθοφωτοχάρτη του Κτηματολόγιο Α.Ε και δε μετρήθηκαν φωτοσταθερά σημεία με GPS στο έδαφος, όπως είναι η προβλεπόμενη διαδικασία. Τα ορθομετρικά υψόμετρά τους αντλήθηκαν από το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής και μετατράπηκαν σε γεωμετρικά με χρήση του βαρυτημετρικού μοντέλου EGM08. Με χρήση αυτών των σημείων πραγματοποιήθηκε με απόλυτη επιτυχία η γεωμετρική βαθμονόμηση του δέκτη. Επιπλέον, καταγράφηκαν και περιγράφονται αναλυτικά μέσα στην εργασία όλα τα βήματα της προεπεξεργασίας και επεξεργασίας που πρέπει να διενεργηθούν, τόσο στα υπερφασματικά δεδομένα όσο και στα δεδομένα πλοήγησης ώστε να πραγματοποιηθεί η γεωμετρική βαθμονόμηση του δέκτη. Εν συνεχεία πραγματοποιήθηκε μια νέα ολοκληρωμένη λήψη στην περιοχή της Χαλκιδικής, πάνω από το δάσος του Ταξιάρχη, με διαφορετικές τόσο φασματικές όσο και γεωμετρικές ρυθμίσεις του υπερφασματικού δέκτη CASI-550. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα της γεωμετρικής βαθμονόμησης του δέκτη πραγματοποιήθηκε η δημιουργία ενός υπερφασματικού ορθο-φωτομωσαϊκού και παρουσιάζονται αναλυτικά όλα τα βήματα. Η ακρίβεια του ορθο-φωτομωσαϊκού ελέγχθηκε σε σύγκριση με τον ορθοφωτοχάρτη της Κτηματολόγιο Α.Ε. και κρίθηκε απολύτως ικανοποιητική. Η διαδικασία αυτή απέδειξε ότι είναι δυνατή η πολύ καλής ποιότητας βαθμονόμηση του δέκτη CASI-550 χωρίς μετρήσεις φωτοσταθερών επί του εδάφους.

Aerial digital remote sensing and in particular the one realised by hyperspectral imagers has marked important development over the last decade, since the new airborne hyperspectral imagers are now capable of surpassing the limitations of old technology. Technological development accomplished over the last few years in this sector, has enabled scientists to collect high precision quality information about the natural and socio-economic environment. This dissertation aimed to design and realize hyperspectral imaging using the CASI- 550 imager of the Laboratory of Remote Sensing and subsequently to develope and present the methodology that is essential for the creation of an hyperspectral orthophoto mosaic of high geometric precision, without realising measurements of ground control points on the ground. For the purposes of this project, the airborne hyperspectral imaging system was installed and controlled. This system consists of the hyperspectral imager CASI-550, of the Canadian company ITRES, as well as an inertial/GPS Applanix POS/AV IV unit. During the first phase of the program, a calibration flight was realized above the Velos region in Peloponnese, in order to geometrically calibrate the sensor. For this particular geometric calibration we used ground control points from the orthophotomap of the National Cadastre S.A., but no ground control points were meassured, according to the standard procedure. The orthometric heights were extracted by the digital terrain model of the region and were converted into geometric with the use of an Earth Gravity Model EGM08. With the use of these points, the geometric calibration of the imager was successfully accomplished. In addition, all the steps of the pre-processing and processing (concerning the hyperspectral data and the navigation data) that are necessary for the geometric calibration of the imager were recorded and are described in detail in the project. Consequently a new integrated imaging in the region of Chalkidiki was realized, above the Taxiarchis forest, using different spectral and geometric settings of the hyperspectral imager CASI-550. Using the data from the geometric calibration of the imager, the creation of a hyperspectral orthophoto mosaic was accomplished. All the necessary steps are dully described. The precision of the orthophoto mosaic was controled in comparison with the orthophoto map of the National Cadastre S.A. and was considered fully satisfactory. This procedure proved that a high quality calibration of the imager CASI-550 is possible without using measurements of ground control points.