Generowanie2
Generowanie2, geodezja, rok III, fotogrametria i teledetekcja
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
GENEROWANIE ORTOFOTOMAPY W APLIKACJI INTERNETOWEJ
ORTHOPHOTO GENERATION IN THE WEB APPLICATION
Zygmunt Paszotta
Zakład Fotogrametrii i Teledetekcji,Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
SŁOWA KLUCZOWE: ortofotomapa, Internet, Java, aplikacja internetowa, numeryczny model
terenu.
STRESZCZENIE: Tworzenie ortofotmapy ze zdjęć lotniczych jest procesem złożonym
wymagającym specjalistycznego oprogramowania na cyfrowej stacji fotogrametrycznej. Okazuje się
jednak, może on być zrealizowany przez Internet. Nawet, jeżeli ma to być sposób obarczony
pewnymi ograniczeniami, to walory dydaktyczne i użytkowe takiego rozwiązania są duże. Skłoniły
one autora do podjęcia się opracowania odpowiedniej metody realizacji. W artykule przedstawiono
rozwiązanie tego zagadnienia. Ze względu na dostępność rozwiązania zdecydowano się na
architekturę klient-serwer, gdzie klientem jest przeglądarka internetowa użytkownika. Tego typu
aplikacje nazywa się aplikacjami webowymi. W publikacji opisano podstawy matematyczne budowy
ortoobrazu jako funkcji. Algorytm generowania ortoobrazu przedstawiono przy pomocy diagramów.
Współrzędne punktów do numerycznego modelu terenu wyznaczane są w sposób automatyczny.
Ponieważ obszar ortoobrazu jest niewielki, limitowany wymiarami okna w przeglądarce
użytkownika, przyjmuje się uproszczony model terenu w postaci płaszczyzny. Ortorektyfikacja
wykonywana jest na serwerze a siatka nakładana w aplecie klienta. Z uwagi na interpolację, obraz
taki ma gorszą jakość od obrazu źródłowego, dlatego przedstawiono również zdjęcia źródłowe z
siatką układu współrzędnych. W obu przypadkach obliczane są i wyświetlane współrzędne terenowe
punktów wskazywanych przez kursor. Oprogramowanie, na które składają się aplety i servlety zostały
napisane w języku Java. Aplikacja jest dostępna na stronie internetowej autora
1.
WPROWADZENIE
Rozwój fotogrametrii jest w ostatnich latach ściśle związany z rozwojem technologii
informatycznych. Przy wykorzystaniu Internetu można wizualizować mapy wektorowe jak
również lotnicze i satelitarne obrazy terenu. W powszechnym użyciu są serwisy
tj. GoogleEarth, Google Maps, zumi.pl, itp. Idea budowy tych aplikacji jest zapisana
w zadaniach grupy roboczej ISPRS. Tego typu aplikacje są elementem systemów
informacji geograficznej (Peng, Tsou, 2003). Budową tych aplikacji zajmuje się wiele grup
informatyków a także kilka grup roboczych ISPRS. Idea tworzenia ortofotomapy za
pośrednictwem Internetu wpisuje się w ten nurt prac. Rozszerza ona możliwości
fotogrametrii. Z uwagi na dostępność aplikacji przyjęto, że powinna to być tzw. aplikacja
webowa, a zatem aplikacja rozproszona o architekturze klient-serwer z tzw. cienkim
klientem. Klientem jest przeglądarka internetowa. Aplikacje takie mają swoje ograniczenia
związane z szybkością transferu i dostępnością do zasobów komputera użytkownika. Jeżeli
jednak przyjęte rozwiązanie będzie wydajne i funkcjonalne, mimo tych ograniczeń,
użytkownik będzie miał do dyspozycji proste i bezpieczne narzędzie do lokalnego
generowania ortofotomap. Może mieć ono duże zastosowanie w geodezji, planowaniu
przestrzennym, turystyce, nawigacji, obronności oraz edukacji.
Do wygenerowania ortofotomapy potrzebne są: rastrowy obraz terenu wraz
z elementami jego orientacji oraz numeryczny model terenu. Zakładamy, że zasoby te
znajdują się na serwerze. Elementy orientacji zapisane są w bazie danych a obraz terenu
w postaci zdjęcia cyfrowego jako piramida obrazów.
Użytkownik, korzystając
z przeglądarki, interaktywnie (w trybie on-line) ma wygenerować ortofotomapę zadanego
obszaru będącego obrazem cyfrowym uzyskanym w procesie ortorektyfikacji zdjęcia
cyfrowego.
2.
ALGORYTM BUDOWY ORTOFOTOMAPY
W celu zbudowania ortofotomapy użytkownik musi określić obszar ortofotomapy i jej
skalę. Ortofotomapa będzie wizualizowana na ekranie monitora w środowisku przeglądarki
internetowej. W trakcie jednego połączenia z klientem mają być wykonane następujące
operacje: ortorektyfikaja na serwerze, kompresja i przesłanie adresu do pobrania
ortoobrazu.
Z tego względu, jak również z powodu szybkości transmisji, ortofotomapa
powinna zmieścić się na ekranie monitora. W chwili wybrania stereogramu zwracane są
z serwera elementy orientacji zdjęć, co pozwala nałożyć w sposób przybliżony siatkę
układu współrzędnych terenowych. Siatkę tę nakładamy na lewe zdjęcie obliczone są także
przybliżone współrzędne terenowe punktu wskazywanego przez kursor (rys.1)
Rys.1 Wybrany obszar generowania ortofotomapy.
Przyjmiemy, że numeryczny model terenu nie jest znany, dlatego potrzebny jest
stereogram zdjęć. Proces budowy ortoofotomapy będzie przebiegał jak na rysunku 2.
Klient
Server
Użytkownik
Wybór stereogramu zdjęć,
obszaru i skali ortoobrazu
Wybór parametrów
Wybór startowych punktów
homologicznych
Automatyczne spasowanie
otoczeń pikseli w obszarze
Wybór punktów do wyznaczenia
płaszczyzny Z=Z(X,Y)
Obliczenie współrzędnych
terenowych punktów
Wyznaczenie równania
płaszczyzny
Budowa NMT
Ortorektyfikacja
Wizualizacja ortoobrazu
Transformacja do formatu
JPEG
Zapis w formacie BMP
Budowa i nałożenie siatki układu
współrzędnych
Generowanie ortofotomapy
Rys. 2. Diagram budowy ortofotomapy
3.
BUDOWA UPROSZCZONEGO NUMERYCZNEGO MODELU TERENU
Po zadaniu początkowej pary punktów homologicznych spasowanie pozostałych
otoczeń pikseli przebiega automatycznie, co ilustruje rysunek 3 (Paszotta, 2003). Miarą
podobieństwa obrazów jest współczynnik korelacji między obrazami. Kolory pikseli
przekształcane są na poziomy szarości. Użytkownik określa wartość progową
współczynnika korelacji, wielkość otoczeń pikselowych podlegających spasowaniu oraz
zakres zmiany współrzędnej pikselowej x na prawym obrazie. Ze względu na mały obszar
ortofotomapy model terenu aproksymuje się płaszczyzną o równaniu
=
( )
Parametry tej płaszczyzny estymuje się metodą najmniejszych kwadratów. Punkty do
jej wyznaczenia wybierane są przez użytkownika przez nadanie wagi równej 1, jak na
rysunku 4. Zgodność między automatycznymi pomiarami współrzędnej Z a przyjętym
modelem jest oceniana przez obliczenie RMS. Miara ta posłuży dalej do określania błędu
położenia punktów na ortofotomapie. Metoda aproksymacji NMT nie jest kluczowym
zagadnieniem przedstawianej metody budowy ortofotomapy. Można korzystać z gotowego
modelu lub przyjąć inną metodę budowy NMT.
AX
+
BY
+
C
Rys. 3. Rozmieszczenie punktów
matchingu.
Z
Rys. 4. Wybór punktów i aproksymacja płaszczyzną.
4.
GENEROWANIE ORTOFOTOMAPY
Parametry do generowania ortofotomapyna serwerze pobierane są z kilku źródeł:
elementy orientacji zdjęć z bazy danych, fragmenty zdjęcia ze zbioru na serwerze,
pozostałe dane - parametry budowy ortofotomapy od klienta.
Ortoobraz powstaje w wyniku ortorektyfikacji. Jest to obraz złożony z pikseli, których
kolory wyznaczone są na podstawie kolorów pikseli zdjęcia. Jeżeli przez
(i,j)
oznaczymy
indeksy pikseli zdjęcia a przez
(i’,j’)
indeksy pikseli ortoobrazu to zdjęcie cyfrowe
i ortoobraz cyfrowy możemy oznaczyć odpowiednio przez
c(i,j)
i
c’(i’,j’)
. Kolory pikseli
ortobrazu wyznaczamy za pomocą funkcji złożonej (Paszotta, 2000):
ic
=
'
(
'
,
j
'
}
c
(
e
(
g
(
f
(
i
'
,
j
'
))))
,
(2)
gdzie:
f
⇒
- przekształca współrzędne pikselowe na ortofotomapie na
współrzędne terenowe;
(
i
'
,
j
'
)
(
X
,
Y
)
g
⇒
- przekształca poprzednio wyznaczone współrzędne
terenowe oraz współrzędną
Z
wyznaczoną z numerycznego modelu terenu, na
współrzędne tłowe, zgodnie z równaniami kolinearności;
(
X
,
Y
,
Z
(
X
,
Y
))
(
x
,
y
)
:
:
[ Pobierz całość w formacie PDF ]