Γεωμετρική επεξεργασία εικόνων SAR. Γεωαναφορά–Ορθοαναγωγή–Εξαγωγή οδικού δικτύου

Abstract

Η διπλωματική αυτή εργασία πραγματεύεται αρχικά την ορθοαναγωγή εικόνας ραντάρ συνθετικού ανοίγματος με χρήση ψηφιακών μοντέλων εδάφους, διαφορετικής ακρίβειας και ανάλυσης. Στη συνέχεια εξετάζεται η δυνατότητα αυτόματης εξαγωγής οδικού δικτύου τόσο από τη συγκεκριμένη απεικόνιση ραντάρ όσο και από οπτικές εικόνες, με χρήση ειδικού λογισμικού. Τέλος υλοποιείται οπτική φωτοερμηνεία των βασικών γεωμετρικών παραμορφώσεων των απεικονίσεων ραντάρ όπως η σκίαση, η σμίκρυνση και η πτύχωση, με τη βοήθεια του ποιοτικότερου υπάρχοντος ψηφιακού μοντέλου εδάφους που καλύπτει την περιοχή ενδιαφέροντος. Επιπλέον, μέσα από τις διαδικασίες της οπτικής φωτοερμηνείας γίνεται προσπάθεια εξαγωγής του οδικού δικτύου της ραντάρ απεικόνισης (ψηφιοποίηση), από έναν τρίτο χρήστη, εξαγωγή και σχολιασμός των παραγόμενων αποτελεσμάτων και σύγκριση αυτών με τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την αυτόματη εξαγωγή.

Πιο συγκεκριμένα:

Στο πρώτο Κεφάλαιο γίνεται μία ιστορική ανασκόπηση των συστημάτων ραντάρ, παρουσιάζοντας την εξέλιξη τους στο πέρασμα των χρόνων. Αναπτύσσονται οι βασικές εξισώσεις και περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά που διέπουν τα συστήματα των ραντάρ συνθετικού ανοίγματος.

Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά λειτουργικά χαρακτηριστικά του δορυφορικού συστήματος TerraSAR – X, καθώς επίσης και όλες οι δυνατές τεχνικές απεικόνισης (Image Modes), τα βασικά, βελτιωμένα και βοηθητικά προϊόντα του συστήματος.

Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιήθηκε αρχικά μία παρουσίαση των μοντέλων γεωαναφοράς, τόσο των προσεγγιστικών μαθηματικών μοντέλων όσο και των αυστηρών μαθηματικών μοντέλων με ταυτόχρονη παρουσίαση ανάλογων παραδειγμάτων, κατόπιν βιβλιογραφικής αναζήτησης.

Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιήθηκε μία βιβλιογραφική επισκόπηση για την ορθοαναγωγή απεικονίσεων SAR, για την εξαγωγή οδικού δικτύου από οπτικές εικόνες και απεικονίσεις ραντάρ και τέλος παρουσιάστηκε η μεθοδολογία προσδιορισμού των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηριστικών της εξαγωγής οδικού δικτύου.

Στο πέμπτο κεφάλαιο έγινε η παρουσίαση των δεδομένων και των λογισμικών που χρησιμοποιήθηκαν και στη συνέχεια υλοποιήθηκε η επεξεργασία των δεδομένων ενδιαφέροντος, ενώ στο τέλος παρουσιάστηκαν και σχολιάστηκαν τα αποτελέσματα από κάθε περίπτωση επεξεργασίας.

Στο έκτο κεφάλαιο, αρχικά έγινε μία σύγκριση μεταξύ των οπτικών και των συστημάτων ραντάρ. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν τα στοιχεία φωτοερμηνείας απεικονίσεων των ραντάρ και ειδικότερα τα στοιχεία που επηρεάζουν τη φωτοερμηνεία σε αστικό περιβάλλον. Επί του πρακτέου, υλοποιήθηκε οπτική φωτοερμηνεία της απεικόνισης TerraSAR – X, των βασικών γεωμετρικών παραμορφώσεων που διέπουν ένα τέτοιο προϊόν και στο τέλος πραγματοποιήθηκε οπτική φωτοερμηνεία του οδικού δικτύου της απεικόνισης, από έναν τρίτο χρήστη με τη διαδικασία της ψηφιοποίησης χωρίς κάποιο βοηθητικό υπόβαθρο και σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με τα αντίστοιχα των οπτικών εικόνων με το λογισμικό Objective.

Στο έβδομο και τελευταίο κεφάλαιο, το οποίο ακολουθεί, γίνεται μία σύνοψη όλων των δυσκολιών και συμπερασμάτων που προέκυψαν κατά την εκπόνηση της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας.

The present Diploma Thesis has as goal initially to orthorectify synthetic aperture radar image using digital terrain models of varying accuracy and resolution. Then it is examined the automatic extraction of road network from this imaging radar and from optical images with a specific software. Finally visual photo-interpretation of basic geometric deformations of radar imaging such as shadow, foreshortening and layover is materialized, using the highest quality existing digital terrain model covering the area of interest. Furthermore, through the process of visual photo interpretation, extraction of road network radar imaging (by digitizing) , is attempted by a third user. Last but not least extracted and commented results are compared to the results obtained from automatic extraction.

More specifically: The first Chapter gives a historical overview of radar systems, presenting their evolution over the years. Basic equations are developed and key characteristics are described of synthetic aperture radar systems.

The second Chapter presents the main functional characteristics of satellite TerraSAR – X, as well as all possible imaging techniques (Image Modes), the basics and improved auxiliary system products.

The third chapter includes a presentation of models of georeference, both non rigorous and rigorous mathematical models with a presentation of similar examples, after literature search.

In the fourth chapter a bibliographic reference to orthorectification of SAR imaging and feature extraction, from both optical and radar images is done and finally it is presented the methodology for determining the quantitative and qualitative characteristics of road network extraction.

In the fifth chapter the presentation of data and software used is done. After the processing of data of interest in the end the results and comments of each case are presented.

In the sixth chapter, firstly a comparison between optical and radar systems is done. Then all parameters and elements, which affect urban photo interpretation, are presented. Finally, a photo interpretation is implemented of imaging TerraSAR – X and especially of the basic geometric deformations of such a product. In the end a visual photo interpretation of road network is done, by a third user, with the digitization process, without any auxiliary background and comparing results are obtained with the corresponding one that were extracted with the software Objective.

Finally in the seventh Chapter, the present Diploma Thesis is essentially completed. It constitutes of the Chapter of conclusions, presentation of problems, difficulties and further more proposals, in order to help the reader to assemble all the nodal points of this work and why not to be stimulated for further continuation and profit of science.