Blockausgleichung für Mosaik-Datasets

Die Blockausgleichung besteht aus einem Satz an Werkzeugen, die entwickelt wurden, um die Genauigkeit der Georeferenzierung eines Mosaik-Datasets zu verbessern. Die Werkzeuge berücksichtigen dabei nicht nur die reale Position, sondern passen mithilfe der Blockausgleichungsberechnung auch den Abgleich zwischen überlappenden Bildern eines Mosaik-Datasets an. Das ist einer der wichtigen Schritte beim Erstellen eines nahtlosen Orthomosaiks aus einer Sammlung von Fernerkundungsbildern.

Was ist Blockausgleichung?

Blockausgleichung ist eine Technik, die in der Photogrammetrie verwendet wird. Sie dient zum Mosaikieren von Satellitenbildern oder Luftaufnahmen für eine Fläche oder ein Projekt – das als Block bezeichnet wird. Blockausgleichung ist der Prozess der Berechnung einer Ausgleichung (oder Transformation) basierend auf der internen Beziehung zwischen überlappenden Bildern, Bodenpasspunkten, einem Kameramodell, einem DEM und der Anwendung der Ausgleichung auf die Bilder innerhalb eines Blocks. Der Prozess umfasst die folgenden drei Hauptteile:

• Verknüpfungspunkte – Minimieren die Ausrichtungsdiskrepanz zwischen den Bildern.
• Bodenpasspunkte – Georeferenzieren die Bilder mit dem Boden.
• Triangulation – Berechnet die Transformation durch Minimierung und Verteilung der Fehler in den Bildern und Passpunkten.

Die Blockausgleichung ist ein wichtiger Schritt beim Erstellen von orthorektifizierten Bildmosaiken in ArcGIS. Das obige Diagramm zeigt, wo eine Blockausgleichung im Bild-Workflow eingeordnet ist. Die Blockausgleichung wird auf ein Set von überlappenden Bildern angewendet, bei dem die Überlappung mindestens 30 Prozent beträgt, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Für Bilder ohne Überlappung ist keine Blockausgleichung erforderlich. Nach dem Hinzufügen von Bildern zu einem Mosaik-Dataset sind häufig leichte Verschiebungen zwischen den Bildern zu beobachten, selbst nach Anwendung der Orthorektifizierung. Diese Ausrichtungsdiskrepanzen sollten korrigiert werden, bevor die Farbkorrektur und Seamline-Operationen durchgeführt werden. Wenn die Bilder Gebiete in unwegsamem Terrain abdecken, wird zur Erzielung genauer Ergebnisse ein DEM mit hoher Auflösung empfohlen, wenn Raster-Daten zum Mosaik-Dataset hinzugefügt werden.

In ArcGIS umfasst die Lösung zur Blockausgleichung ein Set von Geoverarbeitungswerkzeugen zur Anwendung einer Blockausgleichung. Es gibt außerdem das Fenster "Blockausgleichung" zur Qualitätskontrolle der Verknüpfungs- und Passpunkte. Das Fenster Blockausgleichung bietet Ihnen Werkzeuge, mit denen Sie Fehler untersuchen und stark fehlerbehaftete Punkte bearbeiten können. Diese Werkzeuge für Blockausgleichung bieten eine Lösung für eine nicht-strenge Triangulations-Engine für den rationalen Polynomkoeffizienten und Ausrichtungsdiskrepanzen von Messbildkameras. Die Werkzeuge können auch die strengen Triangulations-Engines für RPC von Drittanbietern unterstützen.

Überblick über die Schritte

Der grundlegende Workflow zur Durchführung von Blockausgleichungen in ArcGIS sieht folgendermaßen aus:

1. Erstellen Sie ein Mosaik-Dataset.
2. Vorbereiten von Passpunkten und Berechnen von Verknüpfungspunkten.
3. Anhängen und Analysieren der Passpunkte und Verknüpfungspunkte.
4. Berechnen der Ausgleichung.
5. Anwenden der Ausgleichungen auf das Mosaik-Dataset.

Es folgt ein Diagramm des vollständigen Workflows zur Blockausgleichung Die schwarzen Kästchen und Linien zeigen obligatorische Schritte. Die blauen Linien und Kästchen sind optionale Schritte, mit denen sich genauere Ergebnisse erzielen lassen.

Mosaik-Dataset vorbereiten

1. Erstellen Sie ein Mosaik-Dataset mit dem Werkzeug Mosaik-Dataset erstellen.
2. Fügen Sie mit dem Werkzeug Raster zu Mosaik-Dataset hinzufügen Daten hinzu, und verwenden Sie den entsprechenden Raster-Typ.
3. Verwenden Sie nach dem Hinzufügen der Daten das Werkzeug Footprints erstellen, um die schwarzen Bereiche in Ihren Bildern zu entfernen.

Passpunkte und Verknüpfungspunkte vorbereiten

Es gibt drei Arten von Passpunkten, die bei der Blockausgleichung eine Rolle spielen: Bodenpasspunkte (Ground Control Points, GCPs), Verknüpfungspunkte und Prüfpunkte. Das Ergebnis der Blockausgleichung hängt von der ausreichenden Anzahl und der guten Verteilung der Verknüpfungspunkte und Bodenpasspunkte ab. Die Erstellung der Passpunkttabelle ist ein wichtiger Schritt bei der Blockausgleichung. Die Passpunkttabelle enthält folgende Felder:

• ImageID – Bildkennung unter Verwendung der ObjectID aus der Footprint-Tabelle des Mosaik-Datasets.
• PointID – Punktkennung innerhalb des Punktsatzes.
• Type – Gibt den Punkttyp an.
  • 1 bedeutet Verknüpfungspunkt.
  • 2 bedeutet Bodenpasspunkt.
  • 3 bedeutet Prüfpunkt.
• Status – Passpunkte mit einem Statuswert von 0 werden bei der Berechnung nicht verwendet.
• Score – Eine Zahl zur Angabe der Qualität des Verknüpfungspunktes: Je kleiner die Zahl ist, desto besser die Qualität.
• Strahlen – Die Anzahl der Verknüpfungen in einem Punktsatz.

Verknüpfungspunkte

Ein Verknüpfungspunkt ist ein Punkt, für den es möglicherweise keine bekannten Bodenkoordinaten gibt, der aber im Überlappungsbereich zwischen zwei oder mehr Bildern optisch erkennbar ist. Die entsprechenden Positionen des Verknüpfungspunktes in jedem überlappten Bild werden identifiziert und gemessen. Das folgende Bild zeigt Verknüpfungspunkte, die als schwarze Rauten dargestellt sind. Verknüpfungspunkte können mithilfe von automatischen Bildabgleichsverfahren unter Verwendung des Werkzeugs Verknüpfungspunkte berechnen berechnet werden. Bei einigen Feature-Typen wie z. B. großen Gewässern, Wüstengebieten oder bewölkten Gebieten ist es schwierig, Übereinstimmungen in den Überlappungsbereichen zu finden. Da diese Gebiete schlechte Ergebnisse verursachen können, sollten sie durch das Definieren einer Maske aus der Berechnung ausgeschlossen werden. Verknüpfungspunkte können mit dem Fenster Blockausgleichung auch manuell hinzugefügt werden.

Die grünen Felder repräsentieren jedes Mosaik-Dataset-Element. Die blauen Sterne repräsentieren Bodenpasspunkte (GCPs). Die schwarzen Rauten repräsentieren Verknüpfungspunkte.

Bodenpasspunkte

Bodenpasspunkte, die in der Abbildung oben als blaue Sterne dargestellt sind, sind identifizierbare Features, die sich auf Erdoberflächen befinden, für die es bekannte X-, Y- und Z-Bodenkoordinaten gibt.

Für die Vorbereitung der Bodenpasspunkte gibt es drei Methoden:

• Messpunkte, die in XYZ-Form vorhanden sind. Sie können die Koordinaten mit dem Fenster Blockausgleichung in die Passpunkttabelle eingeben.
• Orthokorrigierte Bild-Chips. Wenn Sie für einige Features oder Positionen innerhalb Ihres Blocks über Bild-Chips verfügen, können Sie aus diesen Bild-Chips ein Mosaik-Dataset erstellen und dann mit dem Werkzeug Passpunkte berechnen aus Ihrem Mosaik-Dataset Passpunkte berechnen und zur Passpunkttabelle hinzufügen.
• Orthokorrigierter Image-Service. Sie können die Passpunkte auch ausgehend von einem einzigen orthokorrigierten Bild oder Image-Service berechnen und sie als Prüfpunkte zur Passpunkttabelle hinzufügen. Prüfpunkte sind bekannte Bodenpasspunkte, doch sie werden nicht zur Berechnung der Ausgleichung verwendet, sondern zur Überprüfung der Genauigkeit der Ausgleichungsberechnung.

Prüfpunkte

Prüfpunkte sind bekannte Bodenpasspunkte, die nur zur Überprüfung der Genauigkeit der Ausgleichung verwendet werden. Sie werden nicht zur Berechnung der eigentlichen Ausgleichung verwendet. Sie geben die Prüfpunkte genauso ein wie reguläre Passpunkte; später wird ihr Bodenpasspunkt-Status jedoch zu "Prüfpunkt" geändert.

Nach der Vorbereitung der Passpunkttabelle können Sie sie im Hinblick auf die Verteilung und Qualität der Punkte analysieren, Verknüpfungspunkte für Gebiete neu berechnen, die mehr Verknüpfungspunkte benötigen, und diese Punkte an die Passpunkttabelle anhängen. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie eine zufrieden stellende Passpunkttabelle erhalten. Sobald die Passpunkttabelle bereit ist, können Sie mit dem Werkzeug Blockausgleichung berechnen die Lösungstabelle berechnen.

1. Führen Sie das Werkzeug Verknüpfungspunkte berechnen aus.
2. Wenn Ihr Mosaik-Dataset über Bodenpasspunkte für ein Referenzbild verfügen soll, müssen Sie das Werkzeug Passpunkte berechnen ausführen.
3. Führen Sie das Werkzeug Passpunkte anhängen aus, um die Passpunkte mit den Verknüpfungspunkten zusammenzuführen.
4. Führen Sie das Werkzeug Passpunkte analysieren aus, um zu überprüfen, ob der Satz an Punkten ausreichend und gut verteilt ist.
5. Wenn die Passpunkte zufrieden stellend sind, können Sie die Ausgleichung berechnen.

   Ja	Wenn die Passpunkte akzeptabel sind, können Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.
   Nein	Wenn die RMS nicht akzeptabel ist, müssen Sie das Fenster "Blockausgleichung" verwenden, um die Passpunkte zu bearbeiten.

Anpassungen berechnen

Das Werkzeug Blockausgleichung berechnen berechnet die Transformation für jedes Bild, indem es möglicherweise fehlerhafte Passpunkte entfernt und die RMS für den gesamten Bildblock minimiert. ArcGIS bietet standardmäßig zwei Anpassungsmethoden: polynomiale Transformation 0. Ordnung und polynomiale Transformation 1. Ordnung. Diese beiden Methoden konstruieren Transformationen im Kartenraum. Der Kartenraum verwendet Punkte, die durch ein Mosaik-Dataset orthokorrigiert wurden. Da die beiden Methoden unabhängig von den Kameramodellen sind, können sie zur Anpassung von Mosaik-Datasets verwendet werden, die sowohl mit Messbildkameras erstellt wurden als auch aus Satellitenbildern stammen.

Bei der Berechnung der Anpassung entstehen zwei Ausgaben:

• Die Lösungstabelle mit den Transformationen für jedes Bild und die entsprechende RMS.
• Die Lösungspunkt-Feature-Class, die alle Passpunkte zusammen mit Residuen und einem Statuswert enthält, der angibt, ob die Punkte zur Berechnung verwendet wurden.

Mit dem Fenster Blockausgleichung können Sie die Lösungstabellen und Lösungspunkte überprüfen. Bei Bildern mit großen RMS-Fehlern oder Punkten mit großen Residuen müssen Sie Passpunkte zu Bereichen hinzufügen, die mehr Verknüpfungspunkte benötigen, mit großen Fehlern behaftete Punkte bearbeiten und falsche Punkte löschen und anschließend die Anpassung mit der neuen Passpunkttabelle erneut berechnen. Wiederholen Sie diesen Prozess so lange, bis Sie über eine akzeptable Lösungstabelle verfügen; danach können Sie die Anpassung auf das Mosaik-Dataset anwenden.

Die Lösungstabelle kann dann auf das Mosaik-Dataset angewendet werden, um das angepasste Mosaik-Dataset zu erhalten. Ein Beispiel für einen Workflow finden Sie unter Erstellen genauer Mosaik-Dataset-Elemente.

1. Führen Sie das Werkzeug Blockausgleichung berechnen aus.
2. Analysieren Sie die Lösungstabelle mit dem Fenster Blockausgleichung, um festzustellen, ob die Residuen und RMS akzeptabel sind.

   Ja	Wenn die RMS akzeptabel ist, können Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.
   Nein	Wenn die RMS nicht akzeptabel ist, müssen Sie das Fenster "Blockausgleichung" verwenden, um die Passpunkte zu bearbeiten.

Anpassungen übernehmen

Wenn Sie über eine akzeptable Berechnung der Anpassungen verfügen, können Sie Anpassungen auf das Mosaik-Dataset anwenden, um die von Ihnen berechneten Anpassungen beizubehalten.

1. Führen Sie das Werkzeug Blockausgleichung übernehmen aus.