Integracja danych pozyskiwanych metodami fotogrametrycznymi i skanowania laserowego przy inwentaryzacji obiektów zabytkowych, 2006-2007

Grant promotorski KBN
Realizacja: 01.01.2006 - 30.06.2007
Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Jachimski
Wykonawca projektu: Antoni Rzonca
Słowa kluczowe: fotogrametria bliskiego zasięgu, skaner laserowy, ortofotogram, chmura punktów, integracja danych, dziedzictwo kulturowe

Krótka charakterystyka pracy:

Celem projektu jest opracowanie technologii służącej dokumentowaniu obiektów dziedzictwa kulturowego, a opartej na integracji danych pochodzących z opracowań fotogrametrycznych i ze skanowania laserowego.

Na całym świecie stosuje się technologie fotogrametryczne dla celów inwentaryzacji zabytków. Skanowanie laserowe również zaczyna się stawać powszechnie do tego celu wykorzystywanym narzędziem. W Polsce również pojawiają się pierwsze opracowania inwentaryzacyjne oparte o dane pozyskane skanerem laserowym.

Doświadczenie zawodowe doktoranta oraz lektura bieżącej literatury wskazuje, że dane pochodzące z tych dwóch źródeł mogą uzupełniać się z powodzeniem. Integracja tych danych wymaga jednak kontynuowania wnikliwych badań technologicznych, tak pod względem opracowania technologii (m. in. dostosowaniu oprogramowania), jak i testów dokładnościowych i jakościowych.

Istnieje wiele możliwości integracji danych. Wymagają one sprawdzenia i testowania, z czego wyniknie wskazanie optymalnego rozwiązania. Szczególnie interesujące jest rozwiniecie technologii generowania cyfrowych ortofotoplanów z wykorzystaniem geometrii obiektu pomierzonej przez skaner i obrazów cyfrowych stanowiących źródłowy materiał barwny.

Do opracowania spójnej technologii służy komercyjne oprogramowanie modyfikowane na wniosek i według wskazówek doktoranta. Technologia będzie obejmować rozmaite warianty opracowania, zebrane przez doktoranta i sklasyfikowane. Następnie zostaną wykonane liczne testy jakościowe i dokładnościowe prowadzące do określenia ograniczeń metody. Wnioski te posłużą do dalszych modyfikacji algorytmów oprogramowania. Ostateczny wynik badań posłuży do wskazania optymalnej metody oraz dalszego kierunku rozwoju.

Wobec braku krajowych publikacji na temat integracji danych fotogrametrycznych i skanerowych można wnioskować, że technologia ta nie jest w Polsce znana i stosowana. W kraju istnieje szereg obiektów nie posiadających odpowiedniej dokumentacji. Szeroko pojęta ochrona dziedzictwa kulturowego obejmuje (oprócz konserwacji, ochrony przed kradzieżą i pożarem) prace dokumentacyjne mogące posłużyć w przyszłości odtworzeniu obiektu po ewentualnym zniszczeniu. Jednak wykonanie takiej dokumentacji jest często bardzo kosztowne. Proponowana technologia stanowi korzystną modyfikację metod fotogrametrycznych, umożliwia obniżenie kosztów wykonywania prac dokumentacyjnych, a zatem i upowszechnienia zabiegów, mających na celu zachowanie dóbr dziedzictwa kulturowego dla przyszłych pokoleń.

Publikacje, opracowania, raporty, wystąpienia:

Rzonca A.: Współczesne metody kompleksowej inwentaryzacji zabytków na przykłądzie parafialnego kościoła w Michalicach, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 14, Białobrzegi - Warszawa 2004; (pobierz pdf)

Mierzwa W., Rzonca A.: Skanowanie powierzchni jako nowa metoda rejestracji i interpretacji szczegółów architektonicznych, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 13B, Wrocław – Polanica Zdrój 2003;

Rzonca A.: Integracja wyników skanowania laserowego i pomiarów fotogrametrycznych na przykładzie inwentaryzacji nagrobka Anny Jagiellonki w Katedrze Wawelskiej (na etapie recenzowania), Kraków 2006

Sieciowy system agentowy w geoinformatyce obrazowej, 2005-2006

Grant promotorski KBN 4 T12E 040 28
Realizacja: 01.01.2005 - 30.12.2006
Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Jachimski
Wykonawca projektu: Mariusz Twardowski
Słowa kluczowe: system agentowy, fotogrametria cyfrowa, internet

Krótka charakterystyka pracy:

Głównym celem badań jest opracowanie złożonego systemu do wyszukiwania, oceny, przetwarzania i pozyskiwania cyfrowych fotogrametrycznych danych obrazowych znajdujących się na zdalnych serwerach i tworzących rozproszoną bazę danych, z wykorzystaniem agentów mobilnych

Pozyskiwanie obrazów lotniczych i zobrazowań satelitarnych oraz map przez Internet bywa zadaniem trudnym nawet dla wprawnego użytkownika. Problem ten nabiera istotnego znaczenia w dobie budowania Społeczeństwa Informacyjnego.

Zaprojektowany system samodzielnie, wykorzystując odpowiednio zaprogramowanego agenta, dokonuje przeszukania wszystkich serwerów dostępnych dla tego systemu. Materiały piktograficzne zgromadzone w czasie takiej automatycznej kwerendy dostarczane są pod wskazany adres internetowy. Zamawiający nie bierze udziału w tej operacji. System działa całkowicie samodzielnie od momentu wskazania przez niego obszaru zainteresowania na mapie przeglądowej.

Istniejące fotomapy, pojedyncze zdjęcia lotnicze, a także stereogramy, obejmują swoim zasięgiem określone obszary, na ogół nie pokrywające się z obszarem zainteresowania użytkownika. System optymalizuje objętość kolekcjonowanego pakietu, wycinając tylko te części oryginalnych scen lub fotomap, które są zamówione. Zachowane przy tym zostają wierne informacje dotyczące skali i układu współrzędnych. W przypadku stereogramów zachowane zostają parametry umożliwiające oglądanie i pomiar przestrzeni wirtualnej. Zasada działania systemu opiera się na możliwości przesyłania uruchomionego procesu, czyli programu komputerowego poprzez sieć Internet. Taki proces trafiając do przyjaznego mu środowiska, czyli odpowiednio przygotowanego serwera, pozwala na automatyczna wykonanie dowolnej operacji na danych znajdujących się na tym serwerze.

Publikacje, opracowania, raporty, wystąpienia:

Twardowski M.: System agentowy w geoinformatyce obrazowej, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 14, Białobrzegi - Warszawa 2004; (pobierz pdf)

Twardowski M., Jachimski J.: Projekt wykorzystania systemu agentowego dla popularyzacji geoprzestrzennych informacji w postaci fotomap oraz stereogramów zdjęć lotniczych, w: Sztuczna inteligencja: organizacje wirtualne, WAT, Siedlce 2003;

Twardowski M.: Możliwość wykorzystania sieci komputerowej do opracowań stereofotogrametrycznych na obrazach dostępnych zdalnie, Zeszyty Naukowe AGH, Geodezja, t.8, Kraków 2002; (pobierz pdf)

Twardowski M., Jachimski J.: Możliwość wykorzystania systemu agentowego do zdalnego pobierania wycinków stereoskopowych obrazów lotniczych, Zeszyty Naukowe AGH, Geodezja, t. 9, Kraków 2002; (pobierz pdf)

Filtrowanie danych wysokościowych pochodzących z lotniczego skanera laserowego, 2004-2005

Grant promotorski KBN
Realizacja: 08.03.2004 - 16.09.2005
Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Jachimski
Wykonawca projektu: Urszula Marmol
Słowa kluczowe: lotniczy skaning laserowy, filtracja, FFT, NMPT

Krótka charakterystyka pracy:

W wyniku przeprowadzonych prac badawczych opracowano nowatorski algorytm filtracji danych wysokościowych pochodzących z lotniczego skanera laserowego. Koncepcja algorytmu została oparta na teorii przetwarzania sygnałów cyfrowych. Wykorzystano w tym celu dwa główne narzędzia: analizę widmową opartą na FFT i filtrację cyfrową.

Główne założenie algorytmu bazuje na twierdzeniu, że niskie częstotliwości odpowiadają za przebieg powierzchni topograficznej, czyli za stopniowe, łagodne zmiany wysokości, podczas gdy częstotliwości wysokie związane są z obiektami, występującymi na terenie (nagłe zmiany wysokości w przypadku budynków i roślinności).

Kluczowym etapem badań jest zaprojektowanie cyfrowego filtru dolnoprzepustowego
o optymalnych parametrach, który we właściwy sposób będzie oddziaływał na widmo częstotliwościowe (pasmo przepustowe dla częstotliwości niskich, pasmo zaporowe dla częstotliwości wysokich).

Znaczna część przeprowadzonych badań została poświęcona krytycznej ocenie skuteczności zaprojektowanego algorytmu.

W tym celu algorytm częstotliwościowy został porównany z wynikami międzynarodowego eksperymentu badawczego zorganizowanego przez Międzynarodowe Towarzystwo Fotogrametrii i Teledetekcji pt. „3D reconstruction from airborne laser scanner and InSAR data” W projekcie wykorzystano dane laserowe, obejmujące dwa pola testowe: Vaihingen/Enz i Stuttgart. Powierzchnie te wybrano do testu z powodu znacznego urozmaicenia rzeźby i pokrycia terenu. W celu przeprowadzenia analizy dokładności wyznaczono zbiór danych wzorcowych. Dane kontrolne zostały wygenerowane poprzez ręczną klasyfikację oryginalnych danych laserowych. Chmura punktów pochodząca z pomiaru laserowego została porównana ze stereogramami zdjęć lotniczych i podzielona na dwa zbiory: zbiór punktów terenowych i zbiór punktów pokrycia terenu.

Szczegółowa analiza próbek testowych ujawniła wysoką skuteczność w przypadku filtracji terenów zabudowanych, niezależnie od wielkości i kształtu budynków. Występujące błędy filtracji były głównie związane z obszarami zalesionymi.

Przeprowadzona analiza dokładności wyznaczyła ostateczną efektywność opracowanego algorytmu na poziomie 96% prawidłowo sklasyfikowanych punktów.

Opracowany algorytm cechuje ponadto wysoki stopień automatyzacji, co może znacząco wpłynąć na skrócenie czasu przetwarzania surowych danych laserowych.

Publikacje, opracowania, raporty, wystąpienia:

Marmol U., Jachimski J.: A FFT based method of filtering airborne laser scanner data, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXV/B3, 1147-1152, Istambuł, Turcja 2004; (pobierz pdf)

Piechocka (Borowiec) N., Marmol U., Jachimski J.: Stereometryczna weryfikacja DTM uzyskanego ze skaningu laserowego, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 14, Białobrzegi - Warszawa 2004; (pobierz pdf)

Ocena przydatności metod integracji zobrazowań teledetekcyjnych pozyskiwanych różnymi sensorami dla potrzeb automatycznej detekcji elementów struktury aglomeracji miejsko-pzemysłowych, 2000 – 2003

Grant promotorski KBN 9T12E03619.

Realizacja: 01.09.2000 – 31.03.2003

Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Jachimski
Wykonawca projektu: Tomasz Pirowski

Słowa kluczowe: zdjęcia lotnicze, zobrazowania satelitarne; integracja (merging) zobrazowań teledetekcyjnych, interpretacja, kategoryzacja, klasyfikacja

Krótka charakterystyka pracy:

Celem badań było opracowanie metodyki integracji danych satelitarnych oraz określenie przydatności scalonych obrazów dla potrzeb monitoringu obszarów zurbanizowanych. Pole testowe o wymiarach 30x15 km obejmowało aglomerację krakowską wraz z przyległymi terenami. Badania przeprowadzono na danych wielospektralnych satelity LANDSAT (rozdzielczość 30m) oraz obrazie panchromatycznym IRS PAN 1D (5,8 m).

Poddano testom zdecydowaną większość opracowanych do tej pory rozwiązań integrujących optyczne dane satelitarne, a w wielu przypadkach je zmodyfikowano, sparametryzowano lub testowano wariantowo. Zaproponowano odpowiednią metodykę analiz i ocen formalnych opartą o parametry statystyczne syntetycznie opisujące stopień zniekształcenia spektralnego nowych obrazów oraz stopień ich uczytelnienia (wzmocnienia przestrzennego).

Opracowano metodę wizualnej waloryzacji metod charakteryzującą się relatywnie dużą obiektywnością. Metoda opiera się o punktację poszczególnych cech, przy czym rozdzielono proces oceny uczytelnienia obrazów od oceny ich wierności spektralnej. W oparciu o uzyskane wyniki zaproponowano macierzowy układ pogrupowania metod.

Opracowano metodologię oceny możliwości wykorzystania zintegrowanych danych

teledetekcyjnych do detekcji elementów struktur aglomeracji miejsko-przemysłowych. W

tym celu opracowano: wzorcowe obszary testowe oraz schemat oceny jakości materiałów uzyskiwanych poprzez zastosowanie procedur klasyfikacyjnych. Wybrano 4 obszary o wielkości 1x1 km o dużej różnorodności, o cechach reprezentatywnych dla badanego obszaru aglomeracji miejsko-przemysłowej. Na wybranych obszarach skompletowano informację, pozwalającą na precyzyjne określenie granic i typów pokrycia terenu (zdjęcia lotnicze, mapy). W oparciu o fotointerpretację skalibrowanych zdjęć lotniczych zwektoryzowano granice obiektów/typów pokrycia terenu. W drugim kroku oceniono jakość materiałów uzyskiwanych poprzez stosowanie różnych procedur klasyfikacyjnych na danych zintegrowanych różnymi metodami mergingu: oceniano jakość geometryczną i tematyczną wydzieleń na danych sprzed i po integracji.

Publikacje, opracowania, raporty, wystąpienia:

Pirowski T.: Integracja danych satelitarnych Landsat 7 ETM+ i IRS PAN dla obszarów zurbanizowanych (wystąpienie referatowe), Wrocław – Polanica Zdrój 2003; (abstrakt - pobierz pdf)

Pirowski T.: Integracja obrazów satelitarnych o różnej rozdzielczości, w: Katalog wystawców X międzynarodowych targów GEA - materiały szkoleniowe, Kraków 2004; (pobierz pdf)

Pirowski T.: Integracja danych teledetekcyjnych pochodzących z różnych sensorów - propozycja kompleksowej oceny scalonych obrazów, (wystąpienie referatowe), Komisja Geoinformatyki PAU, Kraków 2006;

Wpływ skanowania i kompresji według standardu JPEG na wykrywanie obiektów liniowych i punktowych na obrazach cyfrowych, 2000 – 2002

Grant promotorski KBN 9T12E03018.

Realizacja: 2000 – 2002

Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Jachimski
Wykonawca projektu: Sławomir Mikrut

Słowa kluczowe: zdjęcia lotnicze i satelitarne; skanowanie; kompresja metodą JPEG; ekstrakcja obiektów liniowych i punktowych; Systemy Informacji Przestrzennej

Krótka charakterystyka pracy:

Celem projektu było zbadanie możliwości określenia zależności ilościowych pomiędzy rozdzielczością skanowania obrazów fotograficznych, stopniem stratnej kompresji JPEG oraz wynikowym potencjałem wykrywania obiektów o charakterze liniowym i punktowym.

Rozwiązano problemy związane z: skanowaniem wysokorozdzielczym na przykładzie skanera Photoscan TD, modyfikacją tabeli kwantyzacji kompresji obrazów cyfrowych metodą JPEG oraz automatycznym wykrywaniem obiektów liniowych i punktowych na skompresowanych obrazach cyfrowych, a więc pierwszym krokiem w kierunku automatycznej wektoryzacji.

Publikacje, opracowania, raporty, wystąpienia:

Mikrut S., Pyka K.: Poszukiwanie miar oceny degradacji obrazów wskutek kompresji metodą JPEG, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji; vol. 10, Kraków - Kalwaria Zebrzydowska 2000; (pobierz pdf)

Mikrut S., Jachimski J., Pyka K.: Współczesne tendencje w zakresie kompresji zdjęć lotniczych i obrazów satelitarnych (wystąpienie referatowe), Wrocław – Polanica Zdrój 2003;

Mikrut S., Jachimski J., Pyka K.: Współczesne tendencje w zakresie kompresji zdjęć lotniczych i obrazów teledetekcyjnych, Geoinformatica Polonica, nr 6, Kraków 2004;

Automatyzacja pomiaru wzorców reseau na zdjęciach fotogrametrycznych z wykorzystaniem kamery CCD i autografu analitycznego, 1991-1993

Grant promotorski KBN

Realizacja: 17.04.1991 – 21.06.1993

Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Jachimski

Kierownik projektu: Wojciech Trocha

Słowa kluczowe: fotogrametria, teledetekcja, kamera CCD, dokładność podpikselowa, wzorzec reseau

Krótka charakterystyka pracy:

Praca dotyczy automatycznego wyznaczania współrzędnych wzorców reseau na zdjęciach fotogrametrycznych przy użyciu kamery CCD i autografu analitycznego. Uzyskane dokładności są lepsze niż 0.1 piksela, co pozwala na połączenie kamery CCD z autografem analitycznym.

Publikacje, opracowania, raporty, wystąpienia:

Jachimski J., Trocha W.: Determination of the position of crosses with the subpixel accuracy on the image taken with the CCD camera, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol.XXIX. Waszyngton, USA 1992;