EARTH FROM SPACE: The Most Effective Solutions Third International Conference. Moscow, 2007. Assessment of Cartosat 1 applicability to topographic mapping. - презентация

1 EARTH FROM SPACE: The Most Effective Solutions Third International Conference. Moscow, Assessment of Cartosat 1 applicability to topographic mapping Petr S. Titarov, Software Developer, Racurs Company December 4-6, 2007, Moscow, Russia Оценка возможностей топографического картографирования по снимкам Cartosat 1 П.С. Титаров, Инженер-программист, Компания «Ракурс»

2 Report outline C-SAP Programme and Test Sites C-SAP Programme and Test Sites Cartosat 1 satellite Cartosat 1 satellite Imagery orientation models Imagery orientation models Investigation of Cartosat 1 Stereo Orthokit product Investigation of Cartosat 1 Stereo Orthokit product Conclusions Conclusions Программа C-SAP и тестовые участки Программа C-SAP и тестовые участки Космический аппарат Cartosat 1 Космический аппарат Cartosat 1 Модели ориентирования снимков Модели ориентирования снимков Исследование продукта Cartosat 1 Stereo Orthokit Исследование продукта Cartosat 1 Stereo Orthokit Выводы Выводы План доклада

3 Cartosat 1 Scientific Assessment Programme (C-SAP) Indian Space Research Organization (ISRO) International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) The research presented was held in terms of participation in ISPRS-ISRO C-SAP programme. Представленное исследование было выполнено в рамках участия компании «Ракурс» в программе C-SAP, проводимой совместно ISPRS и ISRO. Racurs Company Компания «Ракурс»

4 C-SAP Test Site #9 (Warsaw, Poland) Stereo Orthokit Ground points configuration: 36 points measured by GPS Опорные и контрольные точки: 36 точек, измеренных GPS Reference DEM: RMSH 1-2 m, grid cell 20 m, height variation 120 m Контрольная ЦМР: СКО высот 1-2 м, размер ячейки 20 м, перепад высот 120 м

5 C-SAP Test Site #5 (Mausanne les Alpilles, France) Stereo Orthokit 2 Ground points configuration: 32 points measured by GPS Опорные/контрольные точки: 32 точки, измеренные GPS Reference DEM: RMSH 0.6 m, grid cell 2 m, height variation 570 m Контрольная ЦМР: СКО высот 0.6 м, размер ячейки 2 м, перепад высот 570 м

6 Cartosat 1 (IRS P5) stereoscopic acquisition pushbroom image acquisition along-track stereopair base-to-height ratio 0.62 сканерная съёмочная система стереосъёмка с одного витка отношение базиса к высоте 0.62

7 Imagery orientation models Pushbroom images orientation models/ Модели ориентирования сканерных снимков Rigorous/ Строгие Generic/ Универсальные Replacement/ Аппроксимационные Modeling imagery acquisition geometry / Моделирование геометрии съёмки / Использование априорных параметрических соотношений, значения параметров вычисляются по опорным точкам Using a-priory relationships containing parameters calculated from GCPs / Использование априорных параметрических соотношений, значения параметров вычисляются по опорным точкам Using abstract relationships which approximate rigorous imaging model / Применение абстрактных соотношений, аппроксимирующих строгую модель

8 Rigorous imagery orientation model Reconstruction of rays which formed the image. Interior and exterior orientation are necessary. Восстановление совокупности лучей, сформировавших снимок. Необходимы элементы внутреннего и внешнего ориентирования.

9 RPC = Rational Polynomial Coefficients = Rapid Positioning Capability Basic relationships / основные соотношения:, N, N, h N - normalized ground coordinates / нормированные геодезические координаты (-1 N 1, -1 N 1, -1 h N 1): x N, y N - normalized image coordinates / нормированные координаты на изображении (-1 x N 1, -1 y N 1): Adjustment-derived refinements / поправки из уравнивания: Bias / сдвиг:Bias+drift / аффинная поправка:

10 Generic imagery orientation models Using some a-priory equations derived from coarse assumptions concerning imaging geometry which relate image coordinates x, y to ground ones X,Y,Z. The values of the parameters involved into the equations are calculated using ground control points. Direct Linear Transformation (DLT) Parallel-perspective model / Параллельно-перспективная модель Основаны на априорных соотношениях, полученных при достаточно грубых допущениях о геометрии съёмки, связывающих координаты X,Y,Z точки на местности с ее координатами x,y на снимке. Значения параметров, которые входят в используемые соотношения, вычисляются по опорным точкам.

11 Cartosat 1 Stereo Orthokit product Along-track stereopair / стереопара, полученная с одного витка + Metadata/метаданные + RPC + Metadata/метаданные + RPC Metadata does not contain all the data necessary to apply rigorous model. Метаданные снимков не содержат всей информации, необходимой для применения строгой модели.

12 Evaluation methodology Operation Операция Software ПО Verification Проверка Block forming Формирование проекта PHOTOMOD Desktop, PHOTOMOD AT Block adjustment Уравнивание блока PHOTOMOD Solver S Adjustment report Отчет об уравнивании DEM derivation Создание ЦМР PHOTOMOD DTM Comparison with the Reference DEM Сравнение с контрольной ЦМР Orthomosaic creation Создание ортомозаики PHOTOMOD Mosaic Ground points re-measuring Измерение опорных и контрольных точек

13 Cartosat 1 Stereo Orthokit Imagery Orientation RPC provided (not adjusted) are used, all the ground points are check points. Оценка точности исходных (неуравненных) RPC, все точки с известными геодезическими координатами используются в качестве контрольных. Errors are huge (hundreds meters) and systematic. Ошибки составляют сотни метров и являются систематическими.

14 Cartosat 1 Stereo Orthokit Imagery Orientation Bias-refined RPC are used, all the ground points are control points. Оценка точности RPC с поправкой в виде сдвига, все точки с известными геодезическими координатами используются в качестве опорных. Errors are still systematic. Ошибки по-прежнему являются систематическими. XY = 16.3 m, H = 5.6 m XY = 16.3 m, H = 5.6 m XY = 8.9 m, H = 4.6 m XY = 8.9 m, H = 4.6 m

15 Cartosat 1 Stereo Orthokit Imagery Orientation Bias-and-drift refined RPC are used, all the ground points are control points. Оценка точности RPC с аффинной поправкой, все точки с известными геодезическими координатами используются в качестве опорных. Errors seems to be random. Ошибки, по-видимому, являются случайными. XY = 1.6 m, H = 0.8 m XY = 1.6 m, H = 0.8 m XY = 2.2 m, H = 1.5 m XY = 2.2 m, H = 1.5 m

16 Cartosat 1 Stereo Orthokit Imagery Orientation Bias-and-drift refined RPC are used, 4 ground points in the corners of every stereopair are are control points, and the others are check points. Оценка точности RPC с аффинной поправкой, на каждой стереопаре измерено по 4 опорных точки по углам, остальные точки - контрольные. N=32, XY = 1.9 m, H = 0.9 m N=23, XY = 2.5 m, H = 1.5 m Accuracy evaluated using check points/оценка точности по контрольным точкам:

17 Cartosat 1 Stereo Orthokit Imagery Orientation In the case of block of stereopairs some control points can be replaced by the tie points measured in the stereopairs overlap area. При уравнивании блока стереопар некоторые опорные точки можно заменить связующими, измеренными в области перекрытия стереопар. N=26, XY = 2.5 m, H = 2.6 m Accuracy evaluated using check points/ Оценка точности по контрольным точкам: Four ground control points are measured in the corners of one of the stereopairs, and only one of the points falls on another one. Четыре опорные точки измерены в углах одной из стереопар блока, а на другую стереопару попадает только одна из них.

18 DEM derivation: C-SAP Test Site #9 (Warsaw, Poland) Reference DEM Контрольная ЦМР Derived DEM Созданная ЦМР DEM overlay Наложение ЦМР Height RMSE = 2.3 m LE90 = 4.5 m Mean error = 1.0 m Mean absolute error= 1.7 m Nodes checked: Derived DEM accuracy СКО высоты = 2.3 m Средняя ошибка= 1.0 m Средний модуль= 1.7 m Проверено узлов: Точность построенной ЦМР

19 DEM derivation: Test Site #5 (Mausanne les Alpilles, France) Reference DEM Контрольная ЦМР Derived DEM Созданная ЦМР DEM overlay/ Наложение ЦМР Height RMSE = 7.2 m LE90 = 14.1 m Mean error = 0.8 m Mean absolute error= 4.4 m Nodes checked: Derived DEM accuracy СКО высоты = 7.2 m Средняя ошибка= 0.8 m Средний модуль= 4.4 m Проверено узлов: Точность построенной ЦМР

20 Orthoimagery created Mean displacement= 2.5 m Max. displacement= 4.2 m Meets requirements 1 : Orthoimagery accuracy Среднее смещение= 2.5 m Максимальное= 4.2 m Соответствует масштабу 1 : Точность ортоизображений Warsaw, Poland Mausanne les Alpilles, France

21 Generic (DLT & Parallel Perspective) models Direct Linear Transformation Parallel-Perspective model (параллельно-перспективная модель) C-SAP Test Site #9 (Warsaw, Poland) C-SAP Test Site #5 (Mausanne les Alpilles, France) N=26, XY = 2.1 m, H = 4.0 m The models were tested using 10 ground control points and all the other points available were used as check ones. The data listed below concerns the check points. При тестировании этих моделей использовалось 10 опорных точек, а все остальные точки рассматривались как контрольные. Ниже приводятся данные по контрольным точкам. N=20, XY = 97.7 m, H = 20.3 m N=26, XY = 3.1 m, H = 7.3 m N=20, XY = 8.8 m, H = 8.5 m For comparison, bias-and-drift RPC using 4 GCP gives/ Для сравнения, точность RPC с аффинной поправкой по 4 опорным точкам N=32, XY = 1.9 m, H = 0.9 m For comparison, bias-and-drift RPC using 4 GCP per stereopair gives/ Для сравнения, точность RPC с аффинной поправкой по 4 опорным точки на стереопару N=23, XY = 2.5 m, H = 1.5 m

22 ConclusionsВыводы The optimal method of Cartosat 1 imagery orientation is bias-and-drift refined RPC; 4 reliable well-distributed GCPs per stereopair is enough to achieve sub-pixel orientation accuracy; In the block of stereopairs some GCPs can be replaced by ties in the stereopairs overlap area; Achievable DEM accuracy is 2 m RMSE for flat areas and 7 m for mountainous ones; The orthoimagery created meets the geometric accuracy requirements to 1 : scale maps, but I may be difficult to recognize all the objects to shown on that maps. Наилучшая модель ориентирования снимков Cartosat 1 – RPC с аффинными поправками; 4 надежных и хорошо распределенных опорных точек на стереопару достаточно для достижения субпиксельной точности ориентирования; В блоке стереопар некоторые опорные точки можно заменить связующими в области перекрытия стереопар; Достижимая точность ЦМР - 2 м СКО на равнинном и 7 м на горном рельефе; Создаваемые ортоизображения по точности соответствуют картам масштаба 1 : , однако на них трудно отдешифрировать все объекты, которые должны быть показаны на карте масштаба 1 :

23 Thank you for your attention! СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!