Ανάπτυξη Λογισμικού Μονοεικονικών Φωτογραμμετρικών Διαδικασιών χωρίς Γεωδαιτικές Μετρήσεις

Abstract

Ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια, τα φωτογραμμετρικά προϊόντα μεγάλης κλίμακας χρησιμοποιούνται ευρέως για την γεωμετρική τεκμηρίωση μνημείων, και όχι μόνο, δεδομένου ότι συνδυάζουν μετρητική και εικονιστική πληροφορία. Επιπρόσθετα, η αναπτυσσόμενη τεχνολογία των σαρωτών laser δίνει πλέον την δυνατότητα της άμεσης και εύκολης παραγωγής ψηφιακών μοντέλων επιφανείας, διευκολύνοντας την γεωμετρική αποτύπωση μνημείων ή και άλλων αντικειμένων με έντονο ανάγλυφο. Ωστόσο, λόγω των αυξημένων απαιτήσεων σε ακρίβεια, μέχρι τώρα οι φωτογραμμετρικές μέθοδοι είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με τις απαραίτητες γεωδαιτικές μετρήσεις. Με αφορμή το παραπάνω σκεπτικό αποφασίστηκε να διερευνηθεί η δυνατότητα περιορισμού των γεωδαιτικών μετρήσεων και γενικότερα των απαιτούμενων εργασιών στο πεδίο κατά την διαδικασία συλλογής δεδομένων για την παραγωγή φωτογραμμετρικών προϊόντων μεγάλης κλίμακας. Συγκεκριμένα προτείνεται μία διαφορετική μέθοδος βάσει της οποίας τα απαραίτητα φωτοσταθερά, αντί να μετρηθούν γεωδαιτικώς, επιλέγονται από ένα πυκνό και ακριβές νέφος σημείων. Χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο νέφος και ως μοντέλο επιφανείας, οι μοναδικές απαιτούμενες εργασίες πεδίου είναι η σάρωση του αντικειμένου και οι φωτογραφικές λήψεις, οι οποίες δεν χρειάζονται αυστηρό προγραμματισμό. Προϊόν της συγκεκριμένης συνεργασίας είναι ένας αλγόριθμος και το συνοδευτικό του διαδραστικό παράθυρο μέσω του οποίου πραγματοποιούνται οι διαδικασίες της φωτογραμμετρικής αναγωγής και της ορθοαναγωγής. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύεται ο προσδιορισμός του εξωτερικού προσανατολισμού μιας εικόνας με την διαδικασία της φωτογραμμετρικής οπισθοτομίας καθώς επίσης και η διαδικασία της αναγωγής. Με την ελαχιστοτετραγωνική επίλυση των εξισώσεων της Συνθήκης Συγγραμμικότητας, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως εξισώσεις παρατήρησης για την επίλυση της οπισθοτομίας, προσδιορίζονται τα στοιχεία του εξωτερικού προσανατολισμού της εικόνας. Ο μετασχηματισμός DLT χρησιμοποιείται από τον αλγόριθμο για την εύρεση των αναγκαίων για την συνόρθωση προσεγγιστικών τιμών των στοιχείων αυτών. Την μονοεικονική απόδοση επίπεδων αντικειμένων -κατακόρυφων ή κεκλιμένων- πραγματοποιεί η φωτογραμμετρική αναγωγή μέσω του προβολικού μετασχηματισμού, χρησιμοποιώντας και σε αυτήν την περίπτωση ως δεδομένα εισόδου φωτοσταθερά επιλεγμένα από νέφος σημείων. Σε επόμενο στάδιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή της μεθόδου σε πραγματικά δεδομένα, αναλύονται οι δυσκολίες που αντιμετωπίστηκαν και γίνεται μία σύντομη αναφορά σε πιθανές βελτιώσεις του αλγορίθμου.

Over the past decade, large scale photogrammetric products have been extensively used for many applications but mainly for the geometric documentation of cultural heritage monuments, as they combine metric information with the qualities of an image document. Additionaly, the rising technology of terrestrial laser scanners has enabled the easier and faster production of accurate digital surface models (DSM), which have in turn contributed in the documentation of heavily textured monuments. However, due to the required accuracy of control points, the photogrammetric methods are always applied in combination and, hence, dependent on surveying measurements. Along this line of thought, we explored the possibility of limiting the surveying measurements and the field work necessary for the production of large scale photogrammetric output. To this effect a different method is proposed, on the basis of which, the necessary control points, instead of being measured with surveying procedures, are chosen from a dense and accurate point cloud. Using this point cloud also as a surface model, the only field work necessary is the scanning of the object and image acquisition, which need not be subject to strict planning. The product of this collaboration is an algorithm and the complementary interface through which 2D projective transformation and orthophoto generation take place. This diploma thesis focuses on the Single-image Resection for the determination of the Exterior Orientation Parameters (EOPs), as well as on the 2D projective tranformation. The solution to the Single-Image resection is based on the Collinearity equations through the least squares method. Due to the fact that Collinearity equations are not linear, Direct Linear Transformation (DLT) is used to calculate initial approximations of EOPs. The implementation of the described process has been made in Matlab. In addition, the results from applying this method are presented; we discuss the difficulties faced and briefly mention potential improvements of the algorithm, to be explored. Finally we briefly describe the conclusions reached and we present the specific standards required for achieving the optimal accuracy through this technique.