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WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
GeokorrekturGeokorrekturvorgestellt von: Julia Rost & Adrian Pfahlsbergervorgestellt von: Julia Rost & Adrian Pfahlsberger
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
GeokorrekturGeokorrekturInhaltInhalt
1. Was ist Geokorrektur?1. Was ist Geokorrektur?
2. Ursachen geometrischer Fehler2. Ursachen geometrischer Fehler
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
3.1. parametrische Entzerrungsverfahren3.1. parametrische Entzerrungsverfahren
3.2. nicht-parametrische Entzerrungsverfahren (Passpunktmethode)3.2. nicht-parametrische Entzerrungsverfahren (Passpunktmethode)
a) Image-to-Map Rectificationa) Image-to-Map Rectification
b) Image-to-Image Registrationb) Image-to-Image Registration
4. Resampling4. Resampling
5. Anwendung mit ENVI IDL5. Anwendung mit ENVI IDL
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
1. Was ist Geokorrektur?1. Was ist Geokorrektur?
ZieleZiele
1.1. geometrisch richtige Darstellung der abgebildeten geometrisch richtige Darstellung der abgebildeten Objekte an sich und ihrer Lage zueinanderObjekte an sich und ihrer Lage zueinander
2. Anpassung des Bildes an ein geometrisches 2. Anpassung des Bildes an ein geometrisches ReferenzsystemReferenzsystem
weitere Begrifflichkeiten:weitere Begrifflichkeiten:geometrische Korrektur / Entzerrung / Transformationgeometrische Korrektur / Entzerrung / Transformation
GeoreferenzierungGeoreferenzierung
RektifizierungRektifizierung
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
2. Ursachen geometrischer Fehler2. Ursachen geometrischer Fehler
19.01.2006
sensorbedingt
Panoramaeffekt abhängig von:
Öffnungswinkel variablem Abtastwinkel des Sensors
Quelle: LILLESAND et al (2004)
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
2. Ursachen geometrischer Fehler2. Ursachen geometrischer Fehler
19.01.2006
plattformbedingt
Instabilität der Sensorplattform ( roll, pitch, crab )
Quelle: LILLESAND et al (2004)
Quelle: LILLESAND et al (2004)
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
2. Ursachen geometrischer Fehler2. Ursachen geometrischer Fehler
19.01.2006
objektbedingt Erdrotation ( Earth rotation skew )
Quelle: ITC
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
2. Ursachen geometrischer Fehler2. Ursachen geometrischer Fehler
19.01.2006
objektbedingt Erdkrümmung ähnlich dem Panoramaeffekt
Quelle: ITC
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
2. Ursachen geometrischer Fehler2. Ursachen geometrischer Fehler
19.01.2006
objektbedingt Pixelauflösung abhängig von Relief und Flughöhe
Unterschied von orthographischer und perspektivischer Projektion
Quelle: LÖFFLER (1986)
Quelle: LILLESAND et al (2004)
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. parametrische Verfahren
Vorraussetzung:
Sensorinformation über
innere und äußere Geometrie Orthobild
Digitales Höhenmodell (DHM)
Korrektur der Lagefehler durch Reliefeinfluss
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. nicht - parametrische Verfahren
Entzerrung anhand einer geometrischen Referenz
Passpunkte
Ground Control Points (GCPs) = Punkte auf der Erdoberfläche, die eindeutig, sowohl auf einem zu entzerrenden Bild, als auch auf einer Referenzkarte / einem Referenzbild identifiziert werden können.
Beispiele: Straßenkreuzungen, Flussmündungen, Berggipfel
temporale und spektrale Erkennbarkeit
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. nicht - parametrische Verfahren
b) Image – to – Image
• Für Vergleiche über die Zeit
• Geometrien zweier Bilder werden aneinander angeglichen meist durch Rotation
• geometrische Fehler des Eingabebildes bleiben erhalten
a) Image – to – Map
• Messung von Entfernungen und Flächen
• Geometrie des Bildes wird an die einer Karte angepasst
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. nicht - parametrische Verfahren
Theoretisches Konzept
Transformationsgleichungen aus Polynomen
n - ten Grades je höher der Grad, desto stärker die Entzerrung
und desto mehr Passpunkte werden benötigt
Anzahl der Passpunkte = (n+1)(n+2) / 2
Wahl des Grades abhängig von Aufnahmehöhe und Bildausschnitt
3.1. nicht - parametrische Verfahren
Theoretisches Konzept
Transformationsgleichungen aus Polynomen
n - ten Grades je höher der Grad, desto stärker die Entzerrung
und desto mehr Passpunkte werden benötigt
Anzahl der Passpunkte = (n+1)(n+2) / 2
Wahl des Grades abhängig von Aufnahmehöhe und Bildausschnitt
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. nicht - parametrische Verfahren
n = 1 lineare Transformation
z.B. Satellitenbilder, die bereits in eine Ebene projiziert wurden
Quelle: ERDAS field guide
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. nicht - parametrische Verfahren
n = 2 nicht-lineare Transformation
(quadratische Gleichung)
Berücksichtigung der Erdkrümmung
Bsp.: 2-ten Grades y' = a0+ a1x + a2y + a3xy + a4x² + a5y²
x' = b0+ b1x + b2y + b3xy + b4x² + b5y²
Quelle: ERDAS field guide
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
3. Verfahren der Georeferenzierung3. Verfahren der Georeferenzierung
19.01.2006
3.1. nicht - parametrische Verfahren
n = 3 nicht-lineare Transformation
(kubische Gleichung)
bei stark verzerrten Luftbilder durch optische Verzerrung der
Kameralinse
Quelle: ERDAS field guide
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
4. Resampling4. Resampling
19.01.2006
Zuordnung der Grauwerte einzelner Bildelemente zu neu entstehender Bildmatrix
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
4. Resampling4. Resampling
19.01.2006
Zuordnung der Grauwerte einzelner Bildelemente zu neu entstehender Bildmatrix
1. Möglichkeit:
direkte Transformationd.h. vom Eingabebild zum Ausgabebild
2. Möglichkeit:
indirekte Transformationd.h. vom Ausgabebild zum Eingabebild
inverse Transformationsfunktion hat sich durchgesetzt
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
4. Resampling4. Resampling
19.01.2006
1. Nearest Neighbour Interpolation
Original Image Output Image
Grauwert des Pixels, welches den berechneten Koordinaten x´/y´ am nächsten liegt wird übernommen
Vorteile:
• radiometrische Originalwerte werden beibehalten• geringer Rechenaufwand
Nachteile:
• Stufigkeit• geringe räuml. Genauigkeit
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
4. Resampling4. Resampling
19.01.2006
2. Bilinear Interpolation
Original Image Output Image
Grauwert des Pixels durch lineare Interpolation zwischen den 4 benachbarten Grauwerten
Vorteile:
• geringere Stufigkeit• Grauwerte werden geglättet
Nachteile:
• Kontrastverluste durch Glättung• Verlust der Originalwerte
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
4. Resampling4. Resampling
19.01.2006
3. Cubic Convolution
Original Image Output Image
verwendet die Werte von 4 x 4 umliegenden Pixeln, um eine Interpolation höherer Ordnung durchzuführen
Vorteile:
• geringere Kontrastverluste• stark reduzierte Stufigkeit
Nachteile:
• veränderte Originalwerte• Rechenaufwand
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
5. Anwendung mit ENVI IDL5. Anwendung mit ENVI IDL
19.01.2006
Beispiel Landsat-Szene von Bonn
IMAGE – TO – IMAGE - REGISTRATION
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
5. Anwendung mit ENVI IDL5. Anwendung mit ENVI IDL
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
5. Anwendung mit ENVI IDL5. Anwendung mit ENVI IDL
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
RMSE ( RMSE ( root mean square errorroot mean square error ) )
19.01.2006
Güteabschätzung der Georeferenzierung
kann als die Distanz zwischen den eingegebenen Koordinaten von Passpunkten (xi/yi)und den
Koordinaten der transformierten GCPs (xr/yr) verstanden werden
sollte kleiner als 1 sein (Einheit: Pixel)
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
5. Anwendung mit ENVI IDL5. Anwendung mit ENVI IDL
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II
5. Anwendung mit ENVI IDL5. Anwendung mit ENVI IDL
19.01.2006
WS 2005/06 : Digitale Bildverarbeitung II19.01.2006
Ergebnis der Geokorrektur mit ENVI IDL
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