|
Regina Tokarczyk
Z krakowskiego Rynku przenieśmy się tym razem w samo serce nieodległych Tatr. Oto fragment barwnej cyfrowej ortofotomapy przedstawiającej okolice Morskiego Oka (rys. 1). Jak powstaje ten rodzaj mapy, tak różny od tradycyjnej mapy kreskowej?
Rys. 1. Ortofotomapa Tatr, rejon Morskiego Oka. W ramach pracy magisterskiej
wykonał Sławomir Trybuś
Mapa wektorowa otrzymana w procesie stereodigitalizacji pozbawiona jest znacznej części informacji znajdujących się na zdjęciach, ponieważ z racji stosowania znaków umownych przedstawiających treść mapy należy je generalizować. Ponadto niektóre szczegóły sytuacyjne są pomijane, jako że nie stanowią treści mapy w danej skali.
Znacznie więcej informacji znajduje się na fotomapach, które zawierają wszystkie informacje przedstawione na zdjęciach, a jednocześnie są materiałem w pełni kartometrycznym. Są szczególnie przydatne w takich dziedzinach jak: planowanie przestrzenne, leśnictwo, rolnictwo, górnictwo odkrywkowe, ochrona środowiska, służyć mogą jako materiał źródłowy do tworzenia map tematycznych.
Kiedy zdjęcie lotnicze można uznać za fotomapę? Takie hipotetyczne zdjęcie należałoby wykonać jako ściśle pionowe (przy pionowej osi kamery), a teren na nim przedstawiony winien być poziomy i płaski. Niespełnienie powyższych warunków powoduje zniekształcenia skali na zdjęciach. Wpływ nachylenia zdjęcia można usunąć drogą specjalnego przefotografowania, wykorzystując zależność rzutową między jego płaszczyzną a płaszczyzną terenu, natomiast trudniej się pozbyć wpływu drugiego czynnika - deniwelacji (rys. 2). Różnice wysokości między płaszczyzną odniesienia (np. przebiegającą przez średnią wysokość terenu) a punktami terenu powodują przesunięcia punktów - tym większe, im większe są deniwelacje i odległości od środka zdjęcia. Zniekształcenia te zmniejszają się w miarę zwiększania wysokości lotu, dlatego też przy tej samej skali zdjęcie wykonane kamerą o dłuższej ogniskowej ma mniejsze zniekształcenia, niż uzyskane przy pomocy kamery nadszerokokątnej.
Rys. 2. Wpływ deniwelacji terenu Δh na przemieszczenie punktu na zdjęciu, powodujące niejednolitość skali
Fotomapy były dawniej produktami przetwarzania zdjęć metodą fotomechaniczną, opracowywano je dla terenów płaskich i falistych. W metodzie tej wykorzystywano zależność rzutową między płaszczyzną zdjęcia i płaszczyzną terenu, deniwelacje uwzględniano na drodze pracochłonnego przetwarzania strefowego.
W następnym etapie rozwoju technologii fotogrametrycznych fotomapy uzyskiwano na emulsji światłoczułej przez przetwarzanie różniczkowe w przyrządach zwanych ortoprojektorami współdziałającymi z autografami analogowymi. Te urządzenia w każdym punkcie ekspozycji poprawiały błędy wynikające zarówno z nachylenia zdjęć, jak i deniwelacji terenu. Obecnie stosuje się przetwarzanie metodą fotogrametrii cyfrowej, uzyskując cyfrowe ortofotomapy, które całkowicie wyparły ortofotomapy analogowe.
Czym jest cyfrowa ortofotomapa? W jaki sposób powstaje? Jaki są jej zalety? Ortofotomapa cyfrowa jest to kartometryczny obraz terenu w formie rastrowej, powstały w wyniku przetworzenia obrazów cyfrowych, odpowiadający rzutowi ortogonalnemu na powierzchnię odniesienia, przedstawiony w odpowiednim odwzorowaniu i kroju arkusza. Materiałem do przetwarzania są zeskanowane zdjęcia lotnicze, zdjęcia z cyfrowych kamer lotniczych, obrazy uzyskane za pomocą skanerów lotniczych i satelitarnych.
Zależność między pikselem cyfrowego zdjęcia, powierzchnią terenu reprezentowaną przez siatkę NMT i pikselem ortoobrazu (ortofotogramu) pokazuje rys. 3.
Rys. 3. Zależność między zdjęciem, terenem reprezentowanym przez NMT a ortofotogramem
Ortorektyfikacja cyfrowego zdjęcia polega na takim przetworzeniu pikseli obrazu źródłowego, że powstały nowy obraz pozbawiony jest wpływu nachylenie zdjęcia i deniwelacji terenu. Korzystając z orientacji zdjęcia, na podstawie równania kolinearności wyznacza się przebicie promienia rzutującego przechodzącego przez środek piksela zdjęcia z powierzchnią NMT, a następnie otrzymane w ten sposób przestrzenne współrzędne rzutowane są na płaszczyznę ortoobrazu w przyjętym układzie współrzędnych i odwzorowaniu kartograficznym. Ponieważ w wyniku tego postępowania następuje zmiana geometrii obrazu źródłowego, zmiana wielkości i radiometrii pikseli, to każdy piksel zdjęcia podlega przepróbkowaniu (resamplingowi). Powyższy sposób generowania ortoobrazu nazywa się metodą bezpośrednią albo "w przód" (rys. 4)
Rys. 4. Ortofotoprojekcja metodą bezpośrednią (ortofoto "w przód"),
wg "Fotogrametria" J. Butowtt, R. Kaczyński
W metodzie pośredniej, znanej również jako "ortofoto wstecz", założone współrzędne XY piksela na ortofotogramie rzutowane są na siatkę NMT, gdzie interpolowana jest współrzędna Z. Następnie znając orientację zdjęcia, na podstawie równania kolinearności oblicza się współrzędne obrazowe na obrazie źródłowym (rys. 5). Współrzędne te wyznaczają punkt przebicia zdjęcia promieniem rzutującym, punkt ten z reguły nie pokrywa się ze środkiem piksela. Należy wyinterpolować jasność (kolor), jaką miałby piksel, gdyby jego środek był w tym miejscu. Tą jasność (kolor) przyporządkowujemy pikselowi ortofotomapy.
Rys. 5. Ortofotoprojekcja "wstecz", wg "Fotogrametria" J. Butowtt, R. Kaczyński
Na ortofotogramach w rzucie ortogonalnym odwzorowana jest powierzchnia terenu, natomiast elementy napowierzchniowe (takie jak: budynki, słupy czy drzewa) są przesunięte (rys. 6).
Rys. 6. Nałożenie na ortofotomapę mapy wektorowej (budynki).
Widać przesunięcia rzutu ortogonalnego (wektor) w stosunku do obrazu rastrowego
Wielkość przesunięcia zależy od czynników przedstawionych na rys. 2. Można je usunąć za pomocą odpowiedniego oprogramowania tworząc "true ortho" (rys. 7).
Rys. 7. Mapa wektorowa nałożona na "true ortho"
nie wykazuje przesunięć w stosunku do obrazu rastrowego
Jeśli na utworzenie arkusza ortofotomapy potrzeba więcej niż jedno przetworzone zdjęcie, podlegają one mozaikowaniu, czyli geometrycznemu dopasowaniu połączonemu z wyrównaniem ich radiometrii.
Etapem końcowym przy produkcji ortofotomapy jest kartograficzne opracowanie uzyskanych ortoobrazów. W etapie tym powstały ortoobraz przedstawia się w odpowiednim odwzorowaniu i kroju arkusza oraz uzupełnia się go nazwami, symbolami, siatką i opisem współrzędnych, a także informacjami pozaramkowymi. Tak powstały produkt jest pełnowartościową mapą, nadaje się do tych samych celów, co mapa wektorowa, a w połączeniu z numerycznym modelem terenu jest źródłem informacji przestrzennej o położeniu obiektów na powierzchni Ziemi.
W Polsce produkcja cyfrowych ortofotomap została zapoczątkowana w końcu lat 90., ze zdjęć barwnych w skalach 1:26 000 i 1:5 000 wykonanych w ramach projektu PHARE. Do końca 2005 roku planowane jest wykonanie ortofotomap dla całej powierzchni Polski, co wiąże się z naszym wejściem do Unii Europejskiej, a dokładnie potrzebami Zintegrowanego Systemu Zarządzania i Kontroli (IACS). Ortofotomapy są również podstawową warstwą informacyjną Krajowego Systemu Informacji Geograficznej.
Dr hab. Regina Tokarczyk jest pracownikiem naukowym Zakładu Fotogrametrii i Informatyki Teledetekcyjnej Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska AGH w Krakowie
| 
