عنوان پایان‌نامه
پردازش خود کار تصا ویر هوا عی UAV به منظور کنترل کیفیت و تشکیل بلوک فتو گرا متری
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - نقشه برداری - فتوگرامتری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2530;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60737
- تاریخ دفاع
- ۱۳ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- امین نورمحمد
- استاد راهنما
- محمد سعادت سرشت
- چکیده
- در یک دهه اخیر استفاده از سیستم¬های فتوگرامتری پهباد برای اخذ تصاویر پوشش¬دار و رسیدن به اهداف عمده فتوگرامتری که تهیه نقشه توپوگرافی سه ¬بعدی از یک منطقه است رونق بسیاری پیدا کرده است. دلیل این توجه ویژه، مزایای فتوگرامتری پهباد در کاهش هزینه، سرعت بالا در برداشت داده¬ها و نیاز کمتر به افراد متخصص و تجهیزات خاص نسبت به فتوگرامتری هوایی سرنشین دار و نقشه برداری زمینی است. در این تحقیق از یک فتوگرامتری پهباد کم هزینه و بسیار سبک (2.5 کیلوگرم) استفاده شده است که در آن از دوربین¬ رقومی غیرمتریک و ارزان¬قیمت و سامانه ناوبری نیمه خودکار استفاده شده است. این عوامل و بطور کلی ناپایداری پهبادها در برابر شرایط محیطی و جوی، منجر به بروز مشکلاتی در تصاویر هوایی اخذ شده با هدف تهیه نقشه می¬گردد. مهمترین این مشکلات عبارتند از (1) دوران¬ها و تغییرات مقیاس خارج از حد نرمال در تصاویر هوایی، (2) پوشش نامنظم و غیر استاندارد تصاویر (3) کوچک بودن ابعاد تصاویر که منجر به تعداد تصاویر بسیار زیاد در مناطق حتی کوچک می شود، (4) امکان ایجاد تصاویر کم کیفیت ناشی از تغییرات روشنایی، کشیدگی تصویر و حد تفکیک رادیومتریکی پایین، (5) اعوجاجات هندسی بالا و ناپایدار در تصاویر هوایی. علاوه بر این، از آنجاکه نرم افزارهای متداول فتوگرامتری براساس خصوصیات تصاویر اخذ شده از دوربین های متریک که بر روی هواپیماهای سرنشین دار نصب می شوند طراحی شده اند، قادر به پردازش خودکار تصاویر اخذ شده از سیستم های فتوگرامتری پهباد در عمل نیستند. منظور از پردازش خودکار این تصاویر که هدف اصلی این پایان نامه بوده است، توسعه ابزاری نیمه خودکار برای انتخاب تصاویر مناسب از انبوه تصاویر اخذ شده توسط کاربر خبره فتوگرامتری، ایجاد و بهبود نقشه توپولوژی تصاویر از طریق بررسی پوشش بین تصاویر با استفاده از عوارض استخراج و تناظریابی شده تقریبی، استخراج و تناظریابی خودکار و دقیق عوارض در تصاویر پوشش دار مرحله قبل، تشکیل بلوک تقریبی فتوگرامتری از طریق بازسازی پایدار موقعیت و وضعیت تقریبی تصاویر هوایی، معرفی بلوک اولیه به نرم افزارهای متداول خط تولید فتوگرامتری و انجام محاسبات مثلث بندی هوایی روی مشاهدات عکسی موجود، بررسی امکان تولید محصولات مکانی از قبیل تشکیل مدل سه بعدی برجسته بینی و امکان تبدیل و ترسیم عوارض، تولید مدل رقومی زمین و تولید ارتوفتوموزائیک بوده ا نتایج این تحقیق نشان می دهد ابزار توسعه داده شده توانسته است زیر نظر یک کاربر خبره فتوگرامتری تا 80% تصاویر را بصورت نیمه خودکار زائد تشخیص داده و تنها با 20% تصاویر، بلوک فتوگرامتری با پوشش کامل و استحکام هندسی نسبتا مناسب را ایجاد نماید. برای بهبود توپولوژی بین تصاویر از تصاویر کوچک شده استفاده می شود تا سرعت محاسبات افزایش یابد. آزمون ها نشان می دهند میزان کاهش مقیاس تصاویر با ضریبی در حدود 10 بهینه است. همچنین آزمون ها موید عملکرد بهتر عملگر SIFT در استخراج و تناظریابی عوارض و سرعت بالاتر عملگر SURF بر روی تصاویر هوایی مورد استفاده بوده است. از این¬رو برای انجام مرحله بهبود توپولوژی با توجه به اولویت سرعت از عملگر SURF استفاده شده است و برای استخراج نقاط گرهی دقیق با توجه به اولویت دقت و پراکندگی مناسب عوارض، عملگر SIFT بکارگیری شده است. اعمال الگوریتم حذف بلاندرها در محاسبات تشکیل بلوک تقریبی فتوگرامتری باعث شد خطای عکسی بطور متوسط از 29 پیکسل به 27 پیکسل کاهش پیدا نماید. همچنین این خطا پس از انجام مثلث بندی هوایی در نرم افزار LPS به یک پیکسل کاهش پیدا کرد. در انتها پس از انجام مثلث بندی هوایی مشاهده گردید کیفیت مدل های سه بعدی برجسته به حدی است که تولید محصولات استاندارد مکانی از تصاویر هوایی پهباد امکان پذیر می باشد. واژه‌های کلیدی: فتوگرامتری پهباد، استخراج وتناظر یابی عوارض، هندسه اپی پولار، بازسازی ساختار سه بعدی، تشکیل بلوک فتوگرامتری.
- Abstract
- Today, various Unmanned Aerial Vehicles (UAV) Photogrammetry systems have been developed and utilized for close range aerial image acquisition and 3D topographic mapping. They are several advantages comparing to classical manned aerial photogrammetry systems such as less cost, more accessibility, higher safety, shorter data acquisition process, and requires less skilled persons and specialized equipments. In this research a low-cost ultra light UAV Photogrammetry system (2.5KG payload) is used which equipped with a non-metric low-cost digital camera and a semi-automatic navigation system. Due to using these low cost components and general ultra light UAV instability, some geometric and radiometric problems in thousands of small sized UAV aerial images are happen. The most important problems are (1) high tilt and rotation of vertical aerial images (2) Irregularity in image arrangement makes non conventional standard overlap/side-lap coverage, (3) lower-quality images due to illumination changes, image motion and low signal-to-noise ratio, (4) high geometric and unstable image distortions come from non-metric off-the-shelf camera. In addition, since conventional photogrammetric software are designed and worked based on the characteristics of images taken from metric cameras mounted on manned aircraft, it is impossible to do automatic feature extraction and matching successfully on UAV images. The main objective of this thesis is the development of a semi-automatic solution for UAV data processing in order to import them to conventional photogrammetric softcopy. To do this, we have done seven issues: (1) development of special tools based on network design criteria to select appropriate images from thousands of taken images by expert users, (2) to construct the images topology map via the approximate feature extraction and matching on reduced size images, (3) performing accurate feature extraction and matching on original images based on the constructed topology map, (4) initial photogrammetric block formation through resection/intersection iterative process, (5) exporting PAT-B files in order to import to conventional softcopy (here LPS), (6) final aerial triangulation through bundle adjustment, and (7) to study the possibility of 3D spatial product generation such as 3D stereoscopic model and CAD data drawings, Digital Terrain Model (DTM) and ortho-photo mosaic. The result of this research illustrates that the developed tool in the hand of an expert user could detect and eliminate 80% redundant images without significant reduction of network geometric stability and ground image coverage. For topology map generation, our experiments show that the optimum reduction factor for image size is ten for image size of 3000*4000. Also, as SIFT operator is more accurate and slower than SURF operator, feature extraction and matching for topology map generation and AT image observation generation is done by SURF and SIFT accordingly. Performing final bundle adjustment in LPS softcopy showed that the network geometric inconsistency is reduced from 27 pixels (the average image error of initial network) to 1.3 pixels. At the end, this high geometric accuracy makes possible to generate 3D stereoscopic model, DEM and ortho-image mosaic by using UAV aerial images in the standard softcopy. Keywords: UAV Photogrammetry, Feature extraction and matching, epipolar geometry, Structure from motion.
