PDF (13)

Department of Geography
Grundlagen Fernerkundung - 13
Photographic Systems / Photogrammetry
GEO123.1, FS2015
Michael Schaepman, Mathias Kneubühler
5/16/15
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Department of Geography
Literature
Chapter 2: Elements of Photographic Systems; p. 85 - 145
Chapter 3: Basic Principles of Photogrammetry; p. 85 - 217
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Todays topics & Learning goals
Perspectives and projections
Geometric deformations
Topographic maps
Aerial imagery
Camera systems
Department of Geography
Microsoft Virtual Earth; http://www.bing.com/maps/
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Microsoft Virtual Earth; http://www.bing.com/maps/
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Bildbeispiel Wild / Leica /LH Systems RC-30
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Schwarz-Weiss-Film: Empfindlichkeiten
Hildebrandt (1996)
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Zentralperspektive und orthogonale Kartenprojektion
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo und Grundlagen Luftbildmessung 2
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Schema einer Luftaufnahme
s
f
Bildmassstab (Mb) =
Brennweite (f)
Flughöhe (h)
h
s
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Kartieren und Messen
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Kartieren und Messen
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Beziehung zwischen Flughöhe, Massstabszahl
und Objektivbrennweite
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Photographische Systeme - Aufnahmerichtungen
Nadiraufnahme
Senkrechtaufnahme
Schrägaufnahme
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Senkrechtaufnahme
c
c
P
hD
hG
Mb: Bildmassstab
mb: Massstabszahl
c: Kammerkonstante
(kalibrierte Brennweite)
hG: Flughöhe über Grund
P
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo
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Bestimmung
Bildmasstabszahl mb
sb= 0.203 m
Kartenvergleich:
st= 1100 m
mb =
st
1100m
=
= 5419
sb 0.203m
c = 153.51 mm
h = 1295 m
203mm
hg = h – Bodenhöhe
Bodenhöhe aus Karte: 473 m
hg = 823 m
mb = 5354
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo
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Höhenmessung im Luftbild mit Schattenlänge
Richtung der
Sonneneinstrahlung
Schattenlänge
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Mittelpunkt
(Hauptpunkt)
Nadir
Bildmittelpunkt H
H
N
Nadir
Ground Zero
RC-30
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo
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Die Radialdeformation
!h=(!r*hg)/n
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Radialdeformation
Image taken on Sept. 23, 2001 from an altitude of 3,300 feet
using a Leica/LH systems RC30 camera
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Beispiel Radialdeformation
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Stereopaar
H’
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo
H
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Stereopaar
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo, PCI Geomatics und http://www.kern-aarau.ch/
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Stereoskopische Parallaxe und Höhenmessung
bg
hg
H1, H2
R
S
pS=pS1+pS2
!p1, !p2
!p=!p1+!p2
bp
f
!h
R’1, R’2
S’1, S’2
pR1, pR2
!P
Flugbasis
Flughöhe über Grund
Bildhauptpunkt
Kopfpunkt Objekt
Fusspunkt Objekt
Absolute Parallaxe für S
Parallaxdifferenz Objekt, LB1, 2
Parallaxdifferenz im Luftbildpaar
Photobasis
Brennweite
Objekthöhe
Kopfpunkt im Luftbild 1, 2
Fusspunkt im Luftbild 1, 2
Absolute Parallaxe für R
Parallaxdifferenz in der Bezugsebene S
(Gelände)
Parallaxe für R: pR = pR1-pR2
Parallaxe für S: pS = pS1-pS2
Parallaxedifferenz !p: pR-pS
!h=(!p*Hg)/pR
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Vergleich Luftbild und topographische Karte (1)
Luftbild
Topographische Karte
Zentralprojektive Abbildung der Erdoberfläche auf
der Bildebene
Parallelprojektion, orthogonale Abbildung der
Erdoberfläche auf die Kartenebene
Keine massstabsgetreue Abbildung
Massstabsgetreue Abbildung
Keine lagetreue Abbildung
Lagetreue Abbildung
Informationsübermittlung in Bildform
Informationsübermittlung durch Symbole
Inhalt kausal bestimmt, durch Grau-, Farbwert und
Verteilungsmuster festgelegt
Inhalt konventionell bestimmt, durch Kartenzeichen und andere Gestaltungsmittel festgelegt
Grosse Informationsdichte
Geringe Informationsdichte
Unendliche Anzahl von Formen
Begrenzte, vorgewählte Anzahl von Formen
Augenblickszustand, dynamische Vorgänge erfasst
mittels Zeitreihen
Kein Augenblickszustand, hält im allgemeinen
das statisch Bestehende fest
Inhalt massstabsunabhängig (ausser auflösungsabhängig), keine Auslese von Information
Inhalt massstabsabhängig, Information generalisiert
Hoher Aktualitätsgrad
Geringer Aktualitätsgrad
Kurze und einfache Herstellungsdauer
Langdauernde und aufwändige Herstellung
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Vergleich Luftbild und topographische Karte (2)
Luftbild
Topographische Karte
Quasi-natürliches Bild, enthält alle von der Aufnahmeposition her sichtbaren Objekte
Abstraktes Bild, Geländebild nach bestimmten Regeln
abstrahiert
Keine Selektion und Wertung von Objekten
Objekte selektiert, Auswahl je nach Wichtigkeit
Keine Erläuterungen; Erfahrung und Interpretationsschlüssel und Feldvergleich erforderlich
Erläuterungen durch Schrift und Legende
Echter Raumeindruck durch stereoskopische Betrachtung Kein echter Raumeindruck, Relief wird durch Höhenlinien,
möglich
Schummerung, etc. vermittelt
Schlecht lesbar, Objekte müssen anhand von Grösse,
Form, Tönung, Textur und Muster bestimmt werden
Gut lesbar, durch Grösse und relative Lage der Signaturen, abhängig von der graphischen Belastung der
Zeichenfläche
Mehrdeutigkeit möglich, Interpretation letztlich objektiv
Aussagen eindeutig, über Zeichenschlüssel, Legende
festgelegt (Karteninterpretationen können jedoch mehrdeutig sein)
Interpretation massstabsabhängig
Lesbarkeit massstabsunabhängig, Aussagewert jedoch
massstabsabhängig
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Vergleich Luftbild und topographische Karte (3)
Quelle: Bundesamt für Landestopografie
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ESA GlobCover
Global Land Cover Map 2009, 300m spatial resolution
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GlobCover Legende
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Schema einer Luftbildkammer
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Bildflug / Überlappung
Quelle: Löffler E, U Honecker & E Stabel, 2005. Geographie und Fernerkundung (Berlin) 287 pp.
Quelle: Löffler E, U Honecker & E Stabel, 2005. Geographie und Fernerkundung (Berlin) 287 pp.
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Flugplan
-! Sensor (Kamera, Film)
-! Plattform, Instrumente
-! Jahreszeit, Tageszeit
-! Fluggeometrie
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Phototriangulation
Orientierung / Entzerrung
von x Bildern
braucht weniger als
x " 6 Passpunkte
! Bündelblock
Quelle: Karl Kraus, Fernerkundung 2.
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Farberzeugung
- Beispiel des klassischen Farbnegativfilms (Dreischichtfarbfilm)
Farbumkehrfilm: Belichtung
Empfindlichkeit:
blau
blau + grün
blau + rot
Umkehrprozess (subtraktive Farbmischung):
Färbung der Filmschicht:
3 Farbfilter in den Primärfarben
gelb, magenta und cyan
gelb
magenta
cyan
Durch subtraktive Farbmischung:
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Rahmenmarken und Hilfsabbildungen auf den
Randstreifen von Luftbildern
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Massstab
Aufnahmezeit
Libelle
Bildhauptpunkt H
Bildnummer
Rahmenmarken
Luftaufnahme „Limmattal“, RC-30, Nr. 6520 vom 23.6.2003
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Leica-Geosystems RC30 Aerial Camera System
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Photographische Systeme, Kameras
Kamera
Objektiv
Brennweite
Öffnungswinkel
Blende
Bildgrösse
Verschlusszeiten
Leica
RC-30
Zeiss
RMK Top 15/30
Weitwinkel
15/4 UAG-S
Normal
30/4 NAT-S
Weitwinkel
Pleogon
Normal
Topar
153 mm
305 mm
153 mm
305 mm
90°
55°
93°
56°
f/4 – f/22
f/4 – f/22
f/4 – f/22
f/5.6 – f/22
23 x 23 cm
23 x 23 cm
23 x 23 cm
23 x 23 cm
1/100-1/1000
1/100-1/1000
1/100-1/500
1/100-1/1000
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Farbluftbild Stammheim
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Digital
Analog
Beispiel RC-30 vs. ADS40/ADS80
Quelle: Leica
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Digitale Luftbildkameras
DMC Sensor ( Z/I
Imaging, Intergraph)
UltraCam (Vexcel)
ADS40/ADS80
Leica Geosystems
HRSC-A/Ax – DLR
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Digitale Luftbildkameras
UltraCamx, Vexcel
Vexcel Imaging Graz (Microsoft)
1 PAN, 3 RGB, 1 NIR
Flächensensor
4'992x3'328 (9 PAN, 4 MS)
100 (PAN), 33 (MS)
7.2 mic
13 bit/Pixel
GPS/INS (optional)
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Digital Aerial Camera
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Single Chip Color and Color Infrared Digital Camera
Bayer color filter pattern
utilized for single-chip
color and color infrared
(CIR) digital cameras.
Pixels shown in blue are
sensitive to near infrared
radiance in CIR mode.
Image courtesy of Colin M.L. Burnett (http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_pattern
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Department of Geography
Leica ADS40 Configurations
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Leica ADS40 SH52 Acquisition
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Leica ADS40, ADS80
Quelle:Leica und Bundesamt für Landestopographie swisstopo.
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Digitale Zeilensensoren
Quelle: Karl Kraus, Fernerkundung 1 und Bundesamt für Landestopographie swisstopo.
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Digitale Flächensensoren DMC
Quelle: ipf ETHZ
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Digitale Flächensensoren DMC
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Digitale Flächensensoren DMC
Quelle: ipf ETHZ
Quelle: Bundesamt für Landestopographie swisstopo und ipf ETHZ
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DMC Z/I Imaging Mosaicing
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UltraCamXp Camera System
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Vexcel UltraCam Image Footprints
PAN CCD1
PAN CCD2
PAN CCD3
PAN CCD4
PAN CCD7
PAN CCD8
PAN CCD5
PAN CCD6
PAN CCD9
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Department of Geography
!"#$%&'()%*!"+,-)%./0%1"023%
Virtual Earth Initiative, UltraCam ,
x
- Production of enormous volumes of images at high overlap
- Fully automated production line for 3D digital city models
Virtual Earth Initiative, UltraCamx,
- Production of enormous volumes of images at high overlap
Department of Geography
- Fully automated production line for 3D digital city models
Department of Geography
Department of Geography
Department of Geography
Basierend auf digitalen Luftbildkameras (Ultracam, DMC)
Quelle: 3D Reality Maps: http://www.realitymaps.de/
Department of Geography
Repetitorium (26.05.2015)
•!
Inhaltliche Fragen zur Vorlesung GEO123.1 bitte an
[email protected] schicken.
Antworten folgen in der nächsten Woche.
•!
Zusammenfassung der wichtigsten Themen.
•!
Für eine Umfrage zum Kurs bringen Sie bitte ein internetfähiges
Mobiltelefon oder Computer/Tablet mit.
•!
Prüfungstermin: 02.06.2015; 10:00-11:00, Hörsaal 30
Department of Geography
Thank you for your attention!

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