Analiza wpływu korekcji biasu na dokładność produktów fotogrametrycznych z wysokorozdzielczych danych satelitarnych

Celem pracy było przeprowadzenie analizy orientacji scen stereo w zależności od liczby wykorzystanych fotopunktów, zbadanie wpływu odchyleń standardowych biasu na wyniki orientacji oraz ocena dokładnościowa numerycznych modeli terenu i ortoobrazów wygenerowanych z wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych pozyskanych z satelitów GeoEye-1 oraz Ikonos-2. W literaturze anglojęzycznej tematykę biasu, czyli poprawki wynikającej z podniesienia dokładności korekcji RPC (ang. Rational Polynomial Coefficient), poruszają w swoich artykułach C. S. Fraser oraz H. B. Hanley. Podejmują oni głównie problem orientacji wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych oraz wpływ biasu na jej wynik. W Polsce na temat ten napisano niewiele referatów, dlatego też nasz zespół zdecydował się na przeprowadzenie niezbędnych badań i analiz.  Satelita GeoEye-1, po umieszczeniu na orbicie we wrześniu 2008 roku, osiągnął swoją pełną zdolność operacyjną już w lutym 2009 roku. Jako jeden z pierwszych dostarczał zobrazowań o półmetrowej rozdzielczości przestrzennej w zakresie panchromatycznym. Dlatego też przedmiotem badań były dwie panchromatyczne stereopary - jedna pozyskana właśnie z satelity GeoEye-1, a druga z Ikonos-2 wystrzelonego w 1999 roku. Zarówno Ikonos-2, jak i GeoEye-1 są reprezentatywnymi satelitami dostarczającymi wysokorozdzielczych danych obrazowych. Charakteryzują się podobnymi parametrami technicznymi, własnościami orbity, pozyskują zobrazowania w trybie panchromatycznym i wielospektralnym, a także dostarczają zobrazowań o rozdzielczości przestrzennej w zakresie panchromatycznym poniżej 1 metra. Opracowane stereopary przedstawiają miasto Hobart (Australia) oraz jego okolice. Jest to teren zróżnicowany topograficznie, obejmujący zatokę, obszar silnie zurbanizowany oraz zalesione pasmo górskie. Zakres wysokości obejmuje przedział około od 0 do 1300 m. Zróżnicowanie wysokościowe opracowywanego terenu miało znaczący wpływ na jakość finalnych produktów fotogrametrycznych, co również zostało przeanalizowane.  Do opracowania wykorzystano część osnowy fotogrametrycznej pomierzonej w 2004 roku techniką GPS. Do orientacji użyto 19 fotopunktów. Istotą poniższych rozważań było porównanie wyników orientacji przeprowadzonej przy różnej liczbie fotopunktów, z zachowaniem stałej konfiguracji punktów kontrolnych. Na podstawie przeprowadzonej analizy określona została liczba fotopunktów właściwa dla orientacji każdej stereopary. Kolejnym zagadnieniem była korekcja biasu w RPC. Przeprowadzona została analiza zależności zachodzących pomiędzy obrazem a terenem podczas orientacji zobrazowań oraz opisano równania poprawek służące eliminacji biasu przed i po orientacji zewnętrznej, przeprowadzonej na podstawie oryginalnych RPC. Istotną kwestią było określenie zależności między wartością błędu RMS (ang. Root Mean Square) wykonanej orientacji a odchyleniem standardowym biasu w kierunkach osi układu obrazowego (wiersza i kolumny - ng. line i sample). Po określeniu liczby fotopunktów odpowiedniej do wykonania orientacji oraz najkorzystniejszych wartości odchyleń standardowych biasu w obu kierunkach, wygenerowane zostały numeryczne modele terenu. Zastosowano cyfrową korelację obrazów metodą ABM (ang. Area Based Matching). Wynikowy rozmiar pikseli numerycznych modeli terenu generowanych z obu stereopar wyniósł 10 m. Powstałe modele przebadano pod kątem dokładności pionowej położenia punktu, poprzez porównanie wysokości pomierzonych techniką GPS z tożsamymi wysokościami pomierzonymi na danym modelu wysokościowym. Kolejnym etapem było wygenerowanie ortoobrazów z pojedynczych zdjęć ze stereopary oraz przeanalizowanie ich dokładności. Wymiar oczka generowanych produktów fotogrametrycznych wyniósł odpowiednio dla GeoEye-1 0,5 m i 1 m dla Ikonosa-2. Analiza dokładności została przeprowadzona na podstawie porównania odległości między punktami kontrolnymi, pomierzonymi na ortoobrazach i niebiorącymi udziału w orientacji, a odległościami obliczonymi ze współrzędnych pomierzonych za pomocą techniki GPS.  Opracowanie to dotyczy wyżej wymienionych zagadnień. Całość została zakończona podsumowaniem oraz wnioskami wynikłymi w trakcie badań.

Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria mechaniczna