Ανάπτυξη Λογισμικού για την Παραγωγή Ορθοφωτογραφίας 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 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. Για έλεγχο του αλγορίθμου πραγματοποιήθηκε εφαρμογή σε πραγματικά δεδομένα και συγκεκριμένα στο ναό του Ηφαίστου στην Αρχαία Αγορά Αθηνών. Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην παραγωγή ορθοφωτογραφίας και συγκεκριμένα στις διαδικασίες που επακολουθούν του υπολογισμού του εξωτερικού προσανατολισμού κάθε εικόνας. Σε πρώτο στάδιο παρουσιάζεται η αλγοριθμική υλοποίηση των απαιτούμενων βημάτων που οδηγούν σε μία γεωαναφερμένη ορθοφωγραφία. Συγκεκριμένα αναλύονται η διαδικασίες του καθορισμού του επιπέδου προβολής, της ορθοαναγωγής καθώς και της γεωαναφοράς των τελικών προϊόντων. Σε επόμενο στάδιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή της μεθόδου, αναλύονται οι δυσκολίες που αντιμετωπίστηκαν και γίνεται μία σύντομη αναφορά σε πιθανές βελτιώσεις του αλγορίθμου. Τέλος γίνεται μία συνοπτική περιγραφή των συμπερασμάτων αυτής της προσπάθειας καθώς και η παρουσίαση των συγκεκριμένων προδιαγραφών που απαιτούνται για την επίτευξη βέλτιστης ακρίβειας μέσω της προτεινόμενης μεθόδου.

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 tecnology 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. In order to validate both the algorithm and the aforementioned method, data gathered from the Temple of Hephaestus in the Ancient Agora of Athens were used.

This dissertation focuses on the production of the orthophoto and specifically on the procedure following the image resection. Initially we introduce the realization of the necessary steps leading to a georeferenced orthophoto. We specifically explain the procedures of defining the projection surface, of orthophoto generation and of georeferencing the final outcome. Furthermore we include a method of approximately limiting the point cloud. 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 summarily describe the conclusions reached and we present the specific standards required for achieving the optimal accuracy through this technique.