Bevezetés A digitális terepmodell (DTM) a Föld felszínének digitális, 3D-ós reprezentációja. Az automatikus DTM előállítás folyamata jelenti egyrészt távérzékelt felvételekből a magassági adatok kinyerését, másrészt a felszín térmodelljének előállítását. A DTM megjeleníti a felszíni topográfiát és nem tartalmazza a mesterséges (pl. épületek), valamint természetes (pl. fák) tereptárgyakat. A digitális felületmodell (DSM) megjeleníti a Föld felszínét a rajta található összes természetes és mesterséges objektummal együtt (1. ábra). 1. ábra Egy terület DTM-je (balra) és ugyanazon terület DSM-je (jobbra) A távérzékelt felvételek az elsődleges adatforrásai a DTM/DSM-ek előállításának. A modellek abban az esetben hozhatók létre, ha rendelkezésre áll az adott területről két, vagy több átfedő felvétel. Továbbá ismernünk kell a szenzor modellt (belső adatok), és a külső GPS/INS adatokat. DTM extrakció lépései 1. lépés: digitális kép-hozzárendelés a DTM mass pontok meghatározásához 2. lépés: ground pontkoordináták számítása 3. lépés: DTM felépítése 1. Lépés Közös képterülettel rendelkező (átfedő) digitális felvételek megegyező területeinek/pontjainak megtalálására gyakran alkalmazott eljárás a távérzékelésben és GIS-ben a korreláció. Az automatikus DTM generálást a korrelációs számításokon és képillesztési eljárásokon keresztül valóstják meg a digitális fotogrammetriai programok. Érdeklődési pont meghatározás Érdeklődési operátor alkalmazásával a légifotó-tömb felvételein érdeklődési pontok (feature points) sorozatát határozzuk meg. Az érdeklődési pont a középpontja egy kereső/minta ablaknak (mátrix), amely megfelelő szürkeségi intenzitással és kontraszttal rendelkezik. Az
érdeklődési pont ugyanakkor egy képpont is természetesen, egy jól felismerhető felszíni objektum jellemző pontja, pl. útkereszteződés, ház sarka, stb. Érdeklődési pont illesztése Amennyiben a tömb egy felvételén az érdeklődési pont meghatározása sikeresen megtörtént, a program az átfedő további felvételeken is megkeresi az adott pontot, így a vele azonosítható felszíni jellegzetességet is. A korrelációs ablak és a kereső ablak között keresztkorrelációs együttható kiszámítása a következő lépés. A korrelációs ablak a referencia képhez tartozik, a keresőablak a szomszédos átfedő kép(ek)hez. Az érdeklődési pontnak a szomszédos kép(ek)en több lehetséges illesztő-pont is megfelelhet. Minden lehetséges illeszkedő képponthalmazra kiszámítja a program a korrelációs koefficienst. A korrelációs együttható mutatja meg a hasonlóság mértékét az átfedő képterület ponthalmazai között. A magasabb érték (0.8-1) statisztikailag a hasonlóság nagyobb fokát jelenti értelemszerűen, mint az alacsonyabb érték (0.5 alatt). Startégiai paraméterek A startégiai paraméterek az illesztési eljárás sikerességét és pontosságát befolyásolják. A paraméterek közül a keresőablak és a korrelációs ablak méretének és a korrelációs együttható határértékének van legnagyobb hatása. Keresőablak mérete Miután egy érdeklődési pont meghatározásra került az első képen, a program megbecsüli a megközelítő helyét ugyanennek a pontnak a második képen. A közelítő érték alapján azután egy négyzetes keresőablakon belül határozza meg az egyező pont helyét. A keresőablak X értéke jelenti a keresési terület hosszát az epipoláris egyenes mentén; a keresőablak Y értéke jelenti a keresési terület szélességét az epipoláris egyenesen keresztül. A keresőablak X értékének nagysága függ az adott domborzat magassági változatosságától, minél élénkebb a domborzat, annál nagyobb az X érték. Az epipoláris egyenes pontosan megadható jó légiháromszögelési eredménnyel rendelkező légi keretkamerás felvételek esetén, így 1-3 pixeles Y érték a keresőablakra általában elegendő. A pushbroom technikával készült műholdfelvételeknél az epipoláris egyenes kevésbé pontos, így 3-5 pixeles Y érték ajánlott. Amennyiben a légiháromszögelés eredménye kevéssé megfelelő, az ablak méretének további növelésére lehet szükség. Ábra: kereső ablak ideális esete
Ebben az esetben keresőablak X értéke a következő formula alapján becsülhető: Sx = B*f/Ho*(Zmax-Zmin)/Ho Az Imagine OBPro legkisebb piramis rétege 250x250 pixeles, így itt Sx a következő összefüggés alapján számítható, ha a tömb felvételei között az átfedés értéke p: Sx = 250(Zmax-Zmin)/Ho*(1-p) Például: ha az átfedés 60%, a repülési magasság 4500 m, a magasságkülönbség 300 m, akkor a keresőablak becsült optimális X értéke: 7 pixel. Miután a gyakorlatban a felvételek egymáshoz képest elforgatott helyzetben vannak, nem ugyanabból a magasságból készülnek, az átfedés értéke is páronként változik a tömbön belül, így ajánlott a formulából kapott, kissé alábecsült értéket 1.5-2 körüli értékkel beszorozni, tehát az előbbi példában az Sx értékének 11-15 pixelt kell megadni. A korrelációs ablak mérete
A korrelációs ablak mérete a korrelációs koefficiens számításánál figyelembe vett ablak értékeinek számát határozza meg. Alapértéke 7x7-es, de alacsony relatív relieffel és színintenzitás-változással rendelkező felszín (mezőgazdasági parcella, gyep, homogén talaj, stb.) esetén az ablak mérete növelhető (9x9, vagy nagyobb). Amennyiben változatos a modellezett terület az ablak mérete csökkenthető (5x5). Az ablak alakja (nem szabályos) téglalap is lehet (pl. 7x9), mivel a domborzat okozta változás az epipoláris egyenes mentén (X irány) általában nagyobb, mint arra merőlegesen (Y irány). Korrelációs koefficiens határértéke A korrelációs koefficiens határértéke megadja azt a küszöbértéket, amely alapján meghatározzuk, hogy két kiválasztott pont megfeleltethető-e egymásnak, vagy sem. Amikor két felvétel két pontja között a korreláció értéke kiszámításra került, a program összehasonlítja ezt az értéket a határértékkel és amennyiben kisebbnek adódik, a két pont illesztése nem valósul meg. Nagyobb határérték pontosabb illesztést jelent, viszont kevesebb a kiválasztott pontok száma. Ha kisebbnek vesszük a küszöbértéket, akkor több illesztett pontot kapunk, viszont a figyelembe vett esetlegesen rossz pontok száma is növekedhet. Ajánlott a 0.7-es érték, viszont ha radiometrikusan jó minőségű, kis relatív reliefű felvételekkel dolgozunk, akkor a 0.8-as határérték lehet a megfelelő. Illeszkedési kikötések A képpárok geometriai és radiometrikus jellemzői meghatározzák a pontillesztési eljárások pontosságát és megbízhatóságát. A sztereopárok epipoláris geometriai tulajdonságait használjuk fel az illeszkedő pontpárok lehetséges elhelyezkedési környezeteinek megtalálásához. A 4-4. ábrán a referencia kép egy pontjának az átfedő kép epipoláris egyenesén megfeleltethető pontjait mutatja. A 4-5 ábra az epipoláris geometria alkalmazását mutatja be a pontillesztésben. Az L1PL2 az epipoláris sík és a képsíkok metszetét jelöli. A P felszíni pont, melynek koordinátái: Xp, Yp, Zp. Az epipoláris egyenes ismeretével, amelyen az összetartozó pontok elhelyezkednek, a keresési terület és a számítási idő is csökkenthető.
Az epipoláris geometria a komplanaritási feltételeket adja meg: a sztereopár felvételeinek vetítési centrumai, bármely felszíni pont és a neki megfelelő képpontok egy közös síkra kell, hogy illeszkedjenek. Ez a közös sík az epipoláris sík, vagy magsík. Az epipoláris sík metszi a jobb és a bal képet is, a metszésvonalat epipoláris egyenesenek (vagy magsugárnak) nevezzük. A földi pont képe az epipoláris egyenesre kell, hogy essen. A keresési és illesztési/egyeztetési eljárást így egy egyenes mentén kell végrehajtania a programnak, evvel egyszerűsítve az egyeztetési eljárást. Az epipoláris egyszerűsítések/kikötések csak tájékozott felvételek és ismert felvételi pozíciók esetén alkalmazhatók nyilvánvalóan. 2. lépés Amikor a korrelációs együttható meghatározásra került minden lehetséges illeszkedő ponthalmazra, statisztikai tesztek alapján választódik ki a földi pontnak leginkább megfelelő képi pont. A megoldáshalmaz pontjainak pixelkoordinátái tárolódnak, amelynek eredményeként a sztereopár által lefedett felszíni területet reprezentáló képpontok sor- és oszlopkoordinátáit kapjuk a jobb és a bal képre egyenként. Ezután kiszámításra kerülnek a képi pontok 3D koordinátái. Az eredmény-koordináták alkotják a DTM mass pontokat. A mass pont egy, legalább egy sztereoátfedésen megjelenő, diszkrét pont, melynek a a 3D koordinátái ismertek. A térbeli előremetszés/irányzás eljárása használatos a mass pont 3D koordinátáinak számításához. Ábra: DTM mass pontok 3D shape fájlban 3. lépés
Utolsó lépésként a kimeneti formátum meghatározása a feladat. Az OB PRO négyféle fájlformátumban állítja elő a DTM-et: DEM, Terramodel TIN, ESRI 3D shape, ASCII. A DEM és a Terramodell TIN a felszín mass pontokból interpolált folytonos modellje, míg a másik két formátum a 3D koordinátákkal rendelkező diszkrét mass pontokat tartalmazza. Irodalom Geoinformatika - elektronikus jegyzet Czimber Kornél, 2001 Imagine OrthoBase User s Guide