Εξαγωγή Τρισδιάστατης Πληροφορίας από Δορυφορικές Εικόνες Πολύ Υψηλής Ανάλυσης

Παπαδημητρίου, Εμμανουήλ

Extraction of 3D Information from Very High Resolution Satellite Imagery

Διπλωματική εργασία

Author

Παπαδημητρίου, Εμμανουήλ

Date

2024-10-11

Advisor

Grammatikopoulos, Lazaros

Διπλωματική εργασία (11.77Mb)

Keywords

Δορυφορικές εικόνες ; Συνταύτιση δορυφορικών εικόνων ; Τρισδιάστατη ανακατασκευή ; Satellite imagery ; Satellite image matching ; 3D reconstruction ; Agisoft metashape professional ; PCI geomatics catalyst earth ; Digital elevation models ; Ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα

Abstract

Με την ανάπτυξη που έχει γίνει τις τελευταίες δεκαετίες στην τεχνολογία των δορυφόρων, οι δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης, οι οποίες είναι πλέον διαθέσιμες προς χρήση για το ευρύτερο κοινό, δίνουν μια ιδιαίτερα λεπτομερή απεικόνιση της γης από το διάστημα. Πέραν των χρήσεων τους για πληθώρα εφαρμογών, οι δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης είναι χρήσιμες και για την εξαγωγή υψομετρικής πληροφορίας, δηλαδή την παραγωγή Ψηφιακών Υψομετρικών Μοντέλων (Digital Elevation Models, DEM). Η εξαγωγή των DEM από δορυφορικές εικόνες έχει γίνει ιδιαίτερα σημαντική, κυρίως για εφαρμογές αστικού σχεδιασμού, παρακολούθησης του περιβάλλοντος, διαχείρισης φυσικών καταστροφών κ.α. Η δυνατότητα των δορυφόρων να καλύπτουν ιδιαίτερα μεγάλες εκτάσεις της γήινης επιφάνειας με μια μόνο διέλευση, επιτρέπει την γρηγορότερη παραγωγή DEM, με αρκετά καλή χωρική και υψομετρική ακρίβεια. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετάει τη διαδικασία της εξαγωγής υψομετρικής πληροφορίας από δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης των γνωστότερων εμπορικών δορυφορικών οίκων, όπως η Maxar Technologies, η AIRBUS Defense and Space και η Planet Labs, με στερεοζεύγη εικόνων από διαφορετικά περιβάλλοντα και τοποθεσίες. Η μελέτη πραγματοποιείται σε δυο εμπορικά λογισμικά: το Catalyst Earth Professional της PCI Geomatics και το Metashape Professional της Agisoft. Τα λογισμικά υλοποιούν την πλήρη διαδικασία παραγωγής DEM, από την εύρεση χαρακτηριστικών σημείων και την συνταύτιση των εικόνων του στερεοζεύγους, μέχρι και την εξαγωγή των DEM. Οι διαδικασίες αυτές γίνονται με διαφορετικές μεθόδους και αλγορίθμους σε κάθε λογισμικό, η περιγραφή και η αξιολόγηση των οποίων αφορά το κύριο πρακτικό μέρος της εργασίας. Η αξιολόγηση πραγματοποιείται συγκρίνοντας τα παραγόμενα DEM με υπόβαθρα αναφοράς το DTM από το Ελληνικό Κτηματολόγιο για περιοχές εντός Ελλάδος και το DTM από την αποστολή Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) της NASA για περιοχές εκτός Ελλάδος.

Abstract

With the advancements that take place in satellite technology over the last decades, very high- resolution satellite images, which are now available for use by the general public, have given a very detailed representation of the earth from space. Beyond their use for numerous applications, very high-resolution satellite images are also useful for extracting elevation information, the Digital Elevation Models (DEM). The extraction of DEMs from satellite images has become very important , mostly for applications in urban planning, environmental monitoring, disaster management and more. The ability of the satellites to cover exceptionally large areas of the Earth’s surface in just a single pass, allows for quicker DEM production, with fairly good spatial and vertical accuracy. The present thesis examines the process of extracting elevation information from very high- resolution satellite images provided by well-known satellite companies, such as Maxar Technologies, AIRBUS Defense and Space and Planet Labs, using stereo pairs from different environments and locations. The study is conducted using two commercial software platforms: Catalyst Earth Professional from PCI Geomatics and Metashape Professional from Agisoft. These software platforms implement the complete process of DEM generation, from feature point detection and stereo pair image matching, to the final extraction of the DEMs. These processes are carried out using different methods and algorithms in each software, where the description and evaluation of the processes form the main practical part of the thesis. The evaluation is conducted by comparing the produced DEMs with reference basemaps the DTM from the Hellenic Cadastre for areas within Greece and the DTM from NASA’s Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) for areas out of Greece.