Prática de Fotogrametria Digital: Geração de DTM, TIN, Ortoimagem e Mosaicagem de Imagens 1

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1 Prática de Fotogrametria Digital: Geração de DTM, TIN, Ortoimagem e Mosaicagem de Imagens 1 Eng. Cartográfica e de Agrimensura Disciplina: Fotogrametria III Presidente Prudente 1 Preparado para o ERDAS IMAGINE / LPS Etapas do Projeto Fotogramétrico (após aquisição das imagens) Geração do fotoíndice Apoio de campo Importação das imagens e geração da pirâmide de imagens Orientação interior Fototriangulação / Controle de qualidade da fototriangulação Geração de DTM ou TIN Edição do TIN Geração de ortoimagens Geração do mosaico de ortoimagens Controle de qualidade dos produtos gerados Feito Feito Feito Feito Feito

2 Etapas do Projeto Fotogramétrico (o que será feito em aula) Parte Fototriangulação / CQ Geração de DSM (sem edição) Geração de ortoimagens Geração de mosaico de ortoimagens 2 Feito 2 Será gerado apenas para comparação com o produto gerado com o modelo editado (DSM). Etapas do Projeto Fotogramétrico (o que será feito em aula) Parte Geração do TIN Edição do TIN e geração do DTM Geração de ortoimagens Geração de mosaico de ortoimagens Comparação deste produto com o gerado pelo DSM sem edição

3 Bloco com 8 imagens / Bloco original: WALDKIRCH Faixa 1 >>>>> 1_0667 1_0669 1_0671 1_0673 2_0714 2_0712 2_0710 2_0708 <<<<< Faixa 2 Bloco com 8 imagens / Bloco original: WALDKIRCH Imagens do bloco 8 Faixa 1) W-E 1_0667 1_0669 1_0671 1_0673 Faixa 2) E-W 2_0714 2_0712 2_0710 2_0708 Pontos de Apoio do Bloco Ponto Imagens em que cada ponto aparece _0667 1_ _0714 2_0712 1_0667 1_ _0671 1_ _0714 2_ _0708 2_0710

4 Distribuição dos Pontos de Apoio do Bloco Pontos de Apoio do Bloco Ponto Imagens em que cada ponto aparece _0667 1_ _0714 2_0712 1_0667 1_ _0671 1_ _0714 2_ _0708 2_0710 Ponto 1011 Ponto 1080 Ponto 1049 Imagens em que o ponto aparece: 1_0667 1_0669 Imagens em que o ponto aparece: 1_0667 1_0669 2_0712 2_0714 Imagens em que o ponto aparece: 1_0671 1_0673

5 Ponto 1070 Ponto 1010 Imagens em que o ponto aparece: 2_0712 2_0714 Imagens em que o ponto aparece: 2_0708 2_0710 Dados Gerais do Projeto / Produto Final Distância focal: 153,503 mm Escala das fotos: 1/9200 Altura de vôo média: 1400 m Altitude média da região: 600 m Dimensão do pixel na imagem: 25 m Dimensão do pixel no terreno: 23 cm Produto final: Ortoimagem Escala: 1/5000 Equidistância: 5 m

6 Dados Gerais do Projeto / Produto Final Produto final: Ortoimagem Escala: 1/5000 Equidistância: 5 m Espaçamento do DTM: Critério 1: Critério 2*: 3 mm (Na escala do produto 1/5000) : 15 m 4 mm (Na escala do produto 1/5000) : 20 m 4 ~ 8X (tolerância posicional) EP=0,3 mm (Classe A) 1,5 m na escala 1/5000 4*EP = 1,2 mm Na escala 1/5000 : 6 m 8*EP = 2,4 mm Na escala 1/5000 : 12 m * Roteiro das atividades A partir do Erdas Imagine (File / Preferences / User Interface & Session), mudar os diretórios onde estão os dados e o diretório de saída para: Dir Dir/saida Ativar Save e fechar; Abrir o projeto bloco8_ointerior_tie_triangulado_sombra.blk; Verificar o diretório onde estão as imagens e o diretório indicado pelo LPS. Ativar a opção Show and Edit Frame Options e importar as imagens que estão no diretório Dir/img; Gerar a pirâmide de imagens; Ativar a opção Start Point Measurement Tool e verificar o resultado da triangulação; Visualizar e analisar os seguintes pontos, nas diferentes imagens que eles aparecem: 1157, 1161, 1162, 1180 e 1187; Eliminar estes pontos e triangular novamente o bloco. Aceitar e salvar a triangulação.

7 Roteiro das atividades Abrir a opção DTM Editing e visualizar o par de imagens 1_0667 e 1_0669; Verificar a configuração do mouse (Ver roteiro a parte); Verifique que no canto inferior esquerdo tem um conjunto de tanques, como mostra a figura abaixo. Faça a leitura das coordenadas dos pontos indicados pelas setas e calcule a altura do tanque indicado. Roteiro das atividades Ainda no Terrain Editor, ativar a aba Image Adjustment e veja o efeito de ativar ou não a opção Epipolar Correction; Fechar o Terrain Editor e voltar ao LPS; Ativar a opção para a geração de DTM e gerar os DTMs separados, apenas para a faixa mais ao norte; Visualizar o DTM no Terrain Editor; Abrir no Erdas Imagine o arquivo indicando a qualidade do DTM, bem como o significado da sua legenda (Table / Show Atributes); Abrir no Erdas Imagine o DTM (*.img) e as curvas de nível (no modo vetorial,.shp) na mesma janela de visualização. Ativar Display Atribut Table (botão direito no nome do arquivo vetorial) de modo a ver a tabela com as cotas de cada curva de nível; Na opção Terrain (aba principal de ERDAS) ativar o Image Drape e carregar um DTM. Ativar Dump Contents to Viewer (na opção utility) de modo que possam ser criados perfis e superfícies a partir do DTM carregado; continua...

8 ... Gerar ortoimagem a partir dos DTMs e das imagens do bloco triangulado; Fazer o mosaico das ortoimagens geradas, conforme procedimento que será visto em sala. Roteiro das atividades Uma vez feito todo o procedimento anterior, o único aspecto não trabalhado, até este ponto, se refere à edição do TIN. Ativar a opção DTM extraction e fazer a geração do TIN; Após a geração dos TINs abrir o Terrain Editor (no LPS) e carregar um dos pares de imagem; Ativar a opção Terrain Files and Display e carregar o TIN correspondente; Ativar a aba Terrain Editing e realizar algumas operações de edição tais como: - Excluir pontos isolados sobre construções, árvores, regiões de sombra; - Excluir pontos em áreas de mata densa usando a seleção por região; - Em pontos localizados no interior de espelhos d água, usar a opção Set Constant Z. Obs.: Observar nesta ferramenta a opção de importar linhas de quebra (breaklines): hidrografia, eixos de ruas, etc, a partir de arquivos.shp. Após a edição dos TINs, fazer a geração das ortoimagens e a mosaicagem das ortoimagens geradas, como realizado anteriormente.

9 eate Workflow (Organizado a partir do material de ajuda do ERDAS) Na sequência são apresentados os roteiros para a geração de geração de DSM e DTM pelo ERDAS LPS, a partir do módulo eate. O módulo eate (enhanced Automatic Terrain Extraction) é destinado à geração de Modelos de Superfície e Terreno, com alta densidade de pontos, a partir de imagens aéreas ou orbitais, bem como por diferentes tipos de sensores. Este módulo foi recentemente modificado e reformulado, de modo a incorporar novos algoritmos, possibilitando aos usuários a geração de uma nuvem densa de pontos, oferecendo ao operador inúmeras possibilidades de processamento. Deste modo, são apresentados na sequência os roteiros simplificados para a geração de DTM e DSM. Posteriormente é apresentado o procedimento completo, com as diversas etapas. Reforço que estes procedimentos foram extraídos do manual do próprio ERDAS, bem como do seu modo de ajuda, servindo apenas como um material introdutório. Ao executar o módulo eate é aberta uma janela onde algumas operações podem ser realizadas, como pode-se ver na imagem na sequência: A opção permite ativar a visualização das imagens. Feita a seleção das imagens que serão usadas na geração dos modelos, o usuário deve definir os parâmetros e as estratégias que serão utilizadas no processamento. Como pode ser observado nos roteiros que serão apresentados, são várias as opções disponíveis para os usuários, sendo estas opções definidas principalmente a partir dos comandos Edit e Process. Dentro de cada uma dessas opções os usuários deverão definir as preferências mais gerais, as opções de entrada e saída, as estratégias de processamento, etc., conforme segue.

10 Ideia geral das principais opções (Edit e Process) do módulo eate Gerenciador de Estratégias (métrica a ser usada no cálculo da correlação, dimensões das janelas de correlação, intervalo para coeficiente de correlação, processo de interpolação, limiares, opções de suavização, etc). Configurações de saída (diretório de saída, dimensão do grid, área de interesse, arquivos de pontos LAS, saída no formato raster, divisão dos arquivos em sub-regiões, etc). Configurações do processamento (nível máximo da pirâmide, densidade de pontos, formato do arquivo, opção de tratamento radiométrico a ser aplicado, etc). Preferências (tipo de relatório, processamento local ou distribuído, número de raios, cores do ambiente de visualização, etc). Ferramentas para a definição de AOI (Areas Of Interest). Geração de elementos de processamento. Esta opção permite definir os elementos de processamento, de acordo com as opções feitas nas configurações de saída ( ). Permite ao usuário selecionar as opções para o processamento, incluindo o processamento em batch. Geração do DTM a partir do módulo eate Na sequência serão apresentados, de forma sintética, e sem detalhar cada uma das opções, o procedimento para a geração de DTM (Bare Earth Model), com base nas sugestões de parâmetros sugeridos no manual do ERDAS LPS. Serão apresentadas as principais telas com os parâmetros sugeridos, para cada uma das opções mostradas na tela anterior e resumidas abaixo. Gerenciador de Estratégias Configurações de saída Configurações do módulo processamento Preferências Definição de AOI (Areas Of Interest). Geração de elementos de processamento. Iniciar o processamento.

11 Geração do DTM a partir do módulo eate (1) Inicialmente deve-se ativar o módulo de geração de DTM (ícone mostrado abaixo), selecionando a opção eate. Módulo de geração de DTM Uma vez aberto o módulo eate as opções deste módulo são apresentadas. Na parte inferior da tela são apresentadas as imagens do bloco, sendo posssível selecionar aquelas que pretende utilizar. Ative a opção visible do lado das imagens que pretende utilizar e posteriormente ative o comando para tornar as imagens visíveis (ícone abaixo). Geração do DTM a partir do módulo eate (2) Como a ideia é fazer a geração do DTM, ou seja, dos pontos que se localizam sobre o terreno, é possível utilizar como pontos sementes tanto os pontos pertencentes a um modelo global (disponíveis a partir do SRTM por exemplo), quanto os próprios pontos do projeto (apoio e tie). Com o botão direto do mouse sobre a opção Seed Source, selecione a opção Mass points from Block File e selecione o próprio arquivo blk do projeto. Obs.: Caso disponha de arquivos shapefile com linhas de corte, insira estes arquivos com a opção BreakLine.

12 Geração do DTM a partir do módulo eate (3) Ative a opção Strategy Manager, a partir da aba Edit. Opcionalmente pode-se ativar diretamente o ícone Defina um nome para a estratégia que será utilizada. No exemplo: geração_dtm. Defina os parâmetros como indicado ao lado, lembrando que estes parâmetros são os sugeridos no manual ERDAS IMAGINE para a geração de DTM. Todos aqueles indicados por setas, na cor amarela, são os recomendados pelo manual (os demais são default). Definidos os parâmetros ative Save to Project e feche o gerenciador de estratégia. Geração do DTM a partir do módulo eate (4) Ative a opção Output Settings, na aba Edit - Opcionalmente: ícone Nesta primeira aba (General) pode-se manter as opções default. O diretório onde serão salvos os arquivos é mostrado. O diretório mostrado é o diretório indicado na opção Preference, no Erdas Imagine. Opcionalmente é possível definir os limites da área de interesse ao ativar Bounding Box.

13 Geração do DTM a partir do módulo eate (5) Ative a aba Output files na opção Output Settings - Nesta aba ative as opções de criação de arquivos de saida. - Os arquivos LAS. - Arquivo no formato raster (img que pode ser aberto e processado no Erdas Imagine). A dimensão da célula (ou GSD) é a mesma das imagens utilizadas. - Arquivo no formato não regular (TIN) que pode ser editado no móduto Terrain Editor. Geração do DTM a partir do módulo eate (6) Ative a aba Split na opção Output Settings - Nesta aba podem ser utilizadas as opções default. Como a geração do DTM é feita de modo a otimizar o tempo de processamento não é feita a sugestão de divisão de arquivos.

14 Geração do DTM a partir do módulo eate (7) Ative a aba Thin na opção Output Settings - Esta opção pode ser usada para eliminar pontos redundantes. A redução de pontos redundandes é feita em regiões com grande densidade de pontos. Como a geração do DTM é feita de modo a otimizar o tempo de processamento recomenda-se usar as opções default, ou seja, não ativar a opção de Thinning. Geração do DTM a partir do módulo eate (8) Ative a aba Classification na opção Output Settings - Nesta aba pode ser feita a opção por classificar ou não os pontos criados. Observe que podem ser criadas as seguintes classes: terreno, edificação e vegetação (baixa, média e alta). Diversos parâmetros podem ser modificados e como o propósito é criar o DTM, ative Classify the Output e selecione apenas a classe Ground.

15 Geração do DTM a partir do módulo eate (9) Ative a opção Process Engine Settings, na aba Edit - Opcionalmente: ícone Nesta primeira aba (General) sugere-se: - Selecione a estratégia criada na opção Strategy Manager. Neste caso a estratégia criada foi denominada geração_dtm. - Defina a taxa de amostragem em Point Sampling Density de acordo com o que foi definido no planejamento do projeto. O nível zero (0) indica que todos os níveis da pirâmide serão utilizados. - O número de Threads pode ser modificado, de acordo com o número de núcleos do processador. Isso permite aumentar o desempenho do processamento. Se não dispõe desta informação deixe o valor default. Geração do DTM a partir do módulo eate (10) Ative a aba Format na opção Process Engine Settings - Nesta aba podem ser utilizadas as opções default. É possível escolher o formato do arquivo que será usado para a geração do DTM (LAS ou ASCII). A opção RGB Encoding atribui os valores de R, G e B a cada ponto criado.

16 Geração do DTM a partir do módulo eate (11) Ative a aba Radiometry na opção Process Engine Settings - As opções usadas nesta aba controlam o processamento aplicado às imagens, antes de ser realizada a determinação da correspondência por correlação. - Gradient Theshold Valor default (2.5%). Use valores menores que 2.5 para imagens com baixo contraste e maiores que 2.5 para imagens com bom contraste. - Em função da maior energia presente na banda verde (2) esta banda é sugerida. Geração do DTM a partir do módulo eate (12) Ative a opção Set Preferences, na aba Edit - Opcionalmente: use o ícone Nesta primeira aba (General) podem ser utilizadas as opções default. Obs: - Formatos permitidos do relatório: XML ou ASCII. - Ao ativar Graphical será criado relatório em formato html. - As opções presentes em Distribution permitem que o processamento seja distribuído. No caso do processamento distribuido é necessário usar o aplicativo Condor.

17 Geração do DTM a partir do módulo eate (13) Ative a aba Format na opção Set Preferences - Para a geração de DTM, conforme sugerido no manual do Erdas Imagine, considerando a otimização do tempo, o numero máximo de raios sugerido é 2. A opção default para o número máximo de raios é 3, o que corresponde a usar 3 raios (3 imagens - Tripleto) na geração do DTM. Caso não exista restrição de tempo de processamento utilize a opção 3. Geração do DTM a partir do módulo eate (14) Ative a aba Graphics na opção Set Preferences - Nesta aba é possivel definir as cores usadas na visualização. Recomenda-se usar as opções default.

18 Geração do DTM a partir do módulo eate (15) Ative a opção Generate Processing Elements, na aba Process - Opcionalmente: ícone O Erdas Imagine irá criar as unidades de processamento, como mostrado na imagem abaixo. Ao selecionar as opções criadas (indicadas pelas setas) é possível excluir uma eventual área que não seja de interesse. Geração do DTM a partir do módulo eate (16) Ative a opção Batch Run eate, na aba Process - Opcionalmente: ícone Ao selecionar esta opção é aberta uma janea onde a opção Run Now pode ser ativada. Uma tela mostrando o progresso na geração do DTM é mostrada (figura ao lado).

19 Geração do DTM a partir do módulo eate (17) Após o término do processamento ative o seguinte ícone, que corresponde à opção Merge Terrain Files, na aba Process. Após o término deste processamento verifique no diretório de saída a presença dos arquivos criados. Dependendo das opções consideradas poderão ser encontrados os arquivos LAS, IMG, LTFX, dentre outros. Triangulação gerada considerando diferentes espaçamentos (módulo eate) Rede de pontos gerada considerando o espaçamento de 64 pixels.

20 Triangulação gerada considerando diferentes espaçamentos (módulo eate) Rede de pontos gerada considerando o espaçamento de 32 pixels. Síntese de algumas opções Geração de linhas de corte Linha de corte ponderada (a) Linha de corte mais próxima do nadir (b) Baseada na geometria (Geometry-based) (c) Baseada na sobreposição (Overlay-based) (d) (a) (b) (c) (d)

21 Linha de corte (seamline) - sem edição e após edição (a) (b) Linha de corte sem edição (a) e após edição (b). Princípio da operação de feathering O feathering consiste no procedimento de combinação de imagens com sobreposição, delimitadas por uma linha de corte (seamline), na qual cada pixel da imagem resultante, numa dada vizinhança, é gerado pela combinação dos valores de ND das imagens originais, de acordo com um peso, de modo que a transição seja suave. a) b) Trecho de um mosaico sem o uso da operação de feathering (a) e com o uso da opção feathering módulo MosaicPro do ERDAS (b). no

22 Princípio da operação de feathering a) b) Trecho de um mosaico sem o uso da operação de feathering (a) e com o uso da opção feathering módulo MosaicPro do ERDAS (b). no Princípio da operação de feathering Linha de corte Imagem I Imagem II w Mosaico após feathering Nesta região ocorre uma combinação linear dos valores de ND das imagens I e II.

23 Linha de corte Imagem I Imagem II w Mosaico após feathering Nesta região ocorre uma combinação linear dos valores de ND das imagens I e II. ND M (i, j) 1 t w ND (i, j) I t w ND II (i, j) com t=0,..., w onde: NDI Nível Digital na imagem I; NDII Nível Digital na imagem II; NDM Nível Digital na imagem após mosaicagem. Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) Mosaico bruto, após edição da linha de corte.

24 Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) Mosaico após feathering (10 m). Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) Mosaico após feathering (20 m).

25 Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) Mosaico após feathering (40 m). Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) Mosaico após feathering (10 m) seguido do balanço de cores por dodging.

26 Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) Mosaico após feathering (40 m) seguido do balanço de cores automático. Exemplos da mosaicagem de ortoimagens (com diferentes opções) (a) (b) (c) (d) (d) (e) Mosaico bruto (a); considerando feathering de 10 m (b), de 20 m (c), de 40 m (c); feathering de 10 m e balanço de cores usando dodging (d); e feathering de 40 m com balanço de cores automático (e).

27 Exemplos de mosaicagem de ortoimagens, utilizando o mesmo valor de feathering e diferentes opções para a compensação de cores (a) (b) Mosaico mostrando as linhas de corte editadas (a) e após o uso do feathering de 20 m (b). a) b) c) d) Mosaico obtidos após Equalização (a), dodging (b), matching de histograma (c) e balanço automático de cores (d). Em todos estes casos foi considerando o feathering de 20 m.

28 eate Workflow (Organizado a partir do material de ajuda do ERDAS)

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33 (continua)

34 (continua)

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36 Extração do DTM Conforme sugestão presente no manual do ERDAS

37 Extração do DSM Conforme sugestão presente no manual do ERDAS

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39 Tela da área de trabalho mostrando a evolução dos processamentos.