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Anhang B

Herstellung der Orthofotos 1937 und 1951

Ausführliche Beschreibung der Orthorektifizierung der Luftbilder von 1937 und 1951 (siehe Kapitel 6.5).

Die Orthorektifizierung der Luftbilder von 1937 und 1951 erfolgte mit dem Modul Airphoto DEM des Programms PCI EASI/PACE in den folgenden Schritten und wird nachfolgend am Beispiel des Luftbildes Nr. 1082 beschrieben:

1. Digitalisieren der Luftbilder

2. Konvertieren der digitalen Bilder

3. Erfassen der Passpunkte

4. Festlegen der inneren Orientierung der Luftbilder

5. Berechnen des Kammermodells

6. Orthorektifizierung der Luftbilder

7. Mosaikieren der Luftbilder

Die Schritte 3 bis 6 mussten für jedes Luftbild einzeln durchgeführt werden, bevor die Bilder in PCI GCPWorks mosaikiert werden konnten. Im Gegensatz zum Programm PCI OrthoEngine unterstützt Airphoto DEM keine Bündelblock-Ausgleichung, wie sie zur Herstellung der Orthofotos 1997 zum Einsatz kam (vergleiche Anhang D).

1. Digitalisieren der Luftbilder

Die Luftbilder wurden unter Verwendung eines Flachbettscanners digitalisiert und im TIFF-Format in 256 Graustufen (8 Bit) gespeichert, die Auflösung betrug 600 DPI.

2. Konvertieren der Bilder

Das Programm PCI arbeitet mit Dateien im Format PCIDSK. In diesem Format können Rasterbilder unterschiedlicher Farbtiefe sowie Vektordaten gespeichert werden. Die Rasterbilder werden innerhalb dieser Datei in so genannten Bildebenen, Vektordaten und Hilfsdateien in Segmenten gespeichert. Mit Hilfe verschiedener Funktionen können Daten importiert und exportiert werden.

Durch die Funktion FIMPORT wurde die Datei 1082.tif importiert und in einer PCIDSK-Datei namens 1082.pix gespeichert.

3. Erfassen der Passpunkte

Die Passpunkte wurden im Programm PCI GCPWorks am Bildschirm erfasst. Dazu wurden korrespondierende Punkte aus der georeferenzierten Datengrundlage, dem Übersichtsplan 1:10000, in das nicht referenzierte digitale Luftbild übertragen, wodurch eine geometrische Verbindung zwischen den beiden Daten erstellt wurde. Die notwendigen Höheninformationen wurden ebenfalls dem Übersichtsplan entnommen. Die Passpunkte mussten regelmässig über das Bild verteilt sein und besonders auch am Rand des Luftbildes und auf Positionen unterschiedlicher Höhe liegen, damit bei der Entzerrung ein gutes Resultat erzielt werden konnte.

4. Festlegen der inneren Orientierung

Die innere Orientierung des Luftbildes wurde durch die Funktion PPOINT festgelegt. Damit konnten die Kalibrierung der Aufnahmekammer (Kammerkonstante 115,94 mm) festgelegt und die vier Rahmenmarken des Luftbildes auf dem Bildschirm definiert werden. Das Resultat dieser Funktion wurde für die Funktion CAMERA verwendet. Der Report der Funktion PPOINT wurde im Segment FIDUSEG gespeichert (siehe Tabelle 13).

FIDUSEG

FOCAL LENGTH (mm): 115.940

PRINCIPAL PT. OFFSET (mm): .000 .000

RADIAL DISTORTION COEFF:
.0000000E+00 .0000000E+00 .0000000E+00 .0000000E+00

PRINCIPAL POINT: 2242.50 2450.50

AFFINE TRANSFORM COEFF:
.4227826899402332D-01 -.1017787803699845D-02 -.9223992921705866D+02
-.8902337144079558D-03 -.4216119295420249D-01 .1050623524355547D+03

FIDUCIAL MARK: EDGE

DIST BETWEEN FIDUCIAL MARKS: 4357.971 4363.264 PIXELS
184.300 184.000 MM

FIDUCIAL MARKS: PIXEL MM
2189.50 273.50 .000 91.500
2294.50 4635.50 .000 -92.500
64.50 2492.50 -92.000 .000
4421.50 2400.50 92.300 .000

CALIBRATION EDGE: TOP

Tabelle 13: Report der Funktion PPOINT für das Luftbild Nr. 1082.

5. Berechnen des Kammermodells

Die Funktion CAMERA berechnete die Position und die Orientierung der Aufnahmekammer zum Zeitpunkt der Aufnahme. Dies geschah auf Grundlage der eingegebenen Passpunkte und der mit PPOINT festgelegten inneren Orientierung. Das resultierende Kammermodell wurde für die Orthorektifizierung benötigt. Der Report der Funktion CAMERA wird in Tabelle 14 (Seite 126) dargestellt.

Der Nadir lag gemäss diesen Berechnungen bei den Koordinaten 601013,14/215319,64, die Aufnahmekammer befand sich auf 2935 M.ü.M. Von Bedeutung waren primär die Restfehlerbeträge (Residuen) der Passpunkte. Diese besagten, dass die Ungenauigkeiten auf dem Luftbild 0,2 mm in x-Richtung und 0,15 mm in y-Richtung betrugen. Diese Werte waren auf Grund der Tatsache, dass zum Digitalisieren ein gewöhnlicher Flachbettscanner mit einer verhältnismässig geringen Auflösung verwendet wurde, als gut einzustufen. Um diese optimalen Werte zu erreichen, wurde das Kammermodell verschiedene Male berechnet, wobei die Passpunkte jedes Mal korrigiert wurden und somit die Genauigkeit verbessert werden konnte. Dadurch wurden Ausreisser unter den Passpunkten eindeutig identifiziert und beseitigt.

6. Orthorektifizierung der Luftbilder

Die Orthorektifizierung erfolgte durch die Funktion ORTHO. Durch eine kollineare Transformation wurden die digitalen Luftbilder in georeferenzierte Orthofotos umgewandelt. Die Funktion korrigierte dabei sowohl die Verzerrungen, die durch Abweichungen der Aufnahmeachse von der Senkrechten entstanden waren, wie auch die topografisch bedingten Verzerrungen. Zum Erstellen der Orthofotos wurde das Verfahren der nächsten Nachbarschaft angewandt. Dabei wurde für jeden einzelnen Bildpunkt, der aus dem nicht korrigierten in das georeferenzierte Bild übertragen wurde, der Grauwert des jeweils am nächsten liegenden Pixels übertragen. Der Vorteil dieser Methode lag darin, dass die Grauwerte der einzelnen Pixel erhalten blieben und nicht aus Mittelwerten benachbarter Pixel neu berechnet wurden. Der Inhalt der Bilder wurde dadurch nicht verändert und besonders Kontrast und Schärfe blieben erhalten.

7. Mosaikieren der Luftbilder

Sobald die vorangegangenen Schritte für jedes Luftbild vollzogen waren und die einzelnen Orthofotos vorlagen, konnten diese zu einem Orthofotomosaik zusammengefügt werden. Dieser Schritt wurde in GCPWorks vollzogen. Die Schnittlinien wurden dabei interaktiv am Bildschirm festgelegt. Die Übergänge zwischen den einzelnen Bildern sollten möglichst nicht erkennbar sein, weshalb die Schnittlinien entlang kontrastreicher Kanten, wie beispielsweise zwischen Strassen und Feldern oder in Waldgebieten, gezogen wurden. Das fertige Orthofotomosaik wurde in einer neuen Datei abgelegt und konnte mitsamt seiner Georeferenzierung ins TIFF-Format exportiert werden.

CAMERA Camera Parameter Estimation V6.1 EASI/PACE 14:58 17-Feb-98
Image File: /home/fernerk/div/1082.pix
Report File: 1082-CAMERA-report.txt

Scanned Photo Size (pixel) : 4514 pixels 4748 lines
Input Principal Point (pixel) : 2242.500 2450.500
Camera Focal Length (mm) : 115.940
Radial Len Coefficients : 0.0000000e+00 0.0000000e+00
: 0.0000000e+00 0.0000000e+00

Ground Control Points for Estimating Camera Parameters
GCP Uncorrected File Georeferenced Pos. Elevation
No. Pixel Line x y z
5 2451.1 1281.1 601162.25 216377.25 486.60
3 600.4 528.6 599456.25 216950.25 478.60
4 1627.9 2183.6 600471.25 215529.75 507.40
17 1888.1 2590.9 600720.25 215189.25 534.60
19 1041.6 858.6 599863.75 216688.25 470.60
25 1981.9 2487.9 600796.25 215284.25 529.80
1 3276.6 1725.9 601919.25 216027.75 481.80
9 1408.6 1348.4 600227.75 216261.25 487.40
10 1029.6 1697.6 599910.75 215932.75 485.00
11 1707.1 630.4 600443.25 216929.25 471.40
18 657.9 1335.1 599549.25 216244.25 474.60
15 519.6 1969.1 599466.25 215664.25 481.80

Estimated Camera Parameters and Residual Error
Iteration count : 6
Nadir and elevation in metre (x,y,z) : 601013.14 215319.64 2935.06
Orientation in deg. (tilt,swing,azimuth) : 0.39 224.43 39.80
Orientation in deg. (omega,phi,kappa) : 0.30 -0.25 4.63
RMS Error (x,y) in image units (pixel) : 5.02 3.54
RMS Error (x,y) in photo units (um) : 211.14 150.51
Approx scale of 1 pixel to the ground (m): 0.89
Approx scale of 1 mm to the ground (m) : 21.08

RESIDUE REPORT
--------------
IMAGE Coordinate PHOTO Coordinate
GCP Res x Res y RMS Res x Res y RMS
NO. (pixel) (pixel) (pixel) (um) (um) (um)
----- --------- --------- --------- --------- --------- ---------
5 -10.07 -4.53 11.04 -421.1 199.9 466.1
3 3.07 -5.09 5.95 135.1 211.9 251.3
4 -2.19 -0.19 2.20 -92.4 9.9 92.9
17 2.89 3.61 4.63 118.6 -154.9 195.1
19 3.03 -0.27 3.05 128.6 8.8 128.9
25 3.17 4.17 5.23 129.6 -178.5 220.6
1 -3.98 -3.03 5.00 -165.1 131.4 211.0
9 -1.24 -2.00 2.36 -50.6 85.5 99.3
10 -4.77 0.62 4.81 -202.2 -21.9 203.3
11 9.60 -1.15 9.66 406.8 40.1 408.8
18 1.16 6.68 6.78 42.4 -282.6 285.8
15 -0.70 1.01 1.23 -30.6 -42.0 52.0
--------- --------- --------- ---------
RMS: 5.02 3.54 211.1 150.5

Tabelle 14: Report der Funktion CAMERA für das Luftbild Nr. 1082.

 

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