Erstellen von digitalen Luftbilddaten-Produkten in ArcGIS Pro—ArcGIS Pro

Mit der Advanced-Lizenz verfügbar.

In ArcGIS Pro können Sie mit einer professionellen Luftbildkamera aufgenommene digitale Luftbilder mit Photogrammetrie korrigieren, um vom Sensor verursachte geometrische Verzerrungen zu beheben, Geometrie anzuzeigen und Terrainversatz zu korrigieren. Nach der Korrektur dieser Effekte können Sie Ortho-Mapping-Produkte generieren.

In diesem Lernprogramm richten Sie einen Ortho-Mapping-Workspace zur Verwaltung Ihrer Sammlung von Luftbilddaten ein. Anschließend werden Sie eine Blockausgleichung durchführen und die Ergebnisse überprüfen. Schließlich erstellen Sie ein digitales Oberflächenmodell (Digital Surface Model, DSM) und ein orthorektifiziertes Mosaik oder Orthomosaik.

Die Berechnung der Photogrammetrie für Luftbilddaten wird durch dessen innere und äußere Ausrichtung (Exterior Orientation, EO) bestimmt. Die äußere Ausrichtung stellt die Transformation vom Boden zur Kamera und die innere Ausrichtung (Interior Orientation, IO) die Transformation von der Kamera zum Bild dar. Zu den erforderlichen Parametern der äußeren Ausrichtung gehören unter anderem perspektivischer Mittelpunkt (x,y,z) und Omega-, Phi- und Kappa. Sie sind in einer Frame-Tabelle enthalten. Zu den Parametern der inneren Ausrichtung gehören unter anderem Brennweite, Pixelgröße, Hauptpunkt und Linsenverzerrung. Diese Informationen sind in dem mit den Bilddaten verknüpften Kamerakalibrierungsbericht verfügbar und müssen in einer Esri Kameratabelle bereitgestellt werden.

Lizenz:

Voraussetzung für dieses Lernprogramm ist ArcGIS Pro 2.6 oder höher.

Erstellen eines Ortho-Mapping-Workspace

Ein Ortho-Mapping-Workspace ist ein ArcGIS Pro-Teilprojekt, das für Ortho-Mapping-Workflows vorgesehen ist. Es handelt sich um einen Container in einem ArcGIS Pro-Projektordner, der alle Ressourcen und abgeleiteten Dateien speichert, die zu einer einzelnen Bildsammlung gehören.

Für dieses Lernprogramm wird eine Sammlung digitaler Luftbilder zur Verfügung gestellt. Außerdem enthält das Lernprogramm Frame- und Kameratabellen.

Laden Sie das Dataset für das Lernprogramm herunter, und speichern Sie es unter C:\SampleData\Aerial Imagery.
Wenn Sie Ihre Daten in einem anderen Verzeichnis auf dem Computer speichern, müssen Sie den Pfad in jedem einzelnen Eintrag in der Datei Frames Table aktualisieren.
Erstellen Sie in ArcGIS Pro ein Projekt mit der Kartenvorlage, und melden Sie sich ggf. bei Ihrem ArcGIS Online-Konto an.
Klicken Sie auf der Registerkarte Bilddaten in der Gruppe Ortho-Mapping auf das Dropdown-Menü Neuer Workspace, und wählen Sie Neuer Workspace aus.
Geben Sie im Fenster Workspace-Konfiguration einen Namen für Ihren Workspace ein.
Verwenden Sie den Dropdown-Pfeil Workspace-Typ, und wählen Sie Ortho-Mapping aus.
Wählen Sie für Sensor Datentyp die Option Digitale Luftbilddaten aus dem Dropdown-Menü aus.
Wählen Sie im Dropdown-Menü Grundkarte den Eintrag Topografisch aus.
Legen Sie optional den Wert Faktor für parallele Verarbeitung des Workspace fest.
Der Standardwert 50 % bedeutet, dass die Hälfte der gesamten CPU-Kerne für die Ortho-Mapping-Verarbeitung verwendet wird.
Aktivieren Sie optional das Kontrollkästchen Ausgleichspunkte zum Wiederherstellen verfolgen, um Ihren Workspace in einen früheren Zustand zurückversetzen zu können.
Aktivieren Sie optional das Kontrollkästchen Vorhandene Bildsammlung importieren und verwenden, um ein vorhandenes Mosaik-Dataset zu importieren und zu verwenden.
Klicken Sie auf Weiter.
Navigieren Sie im Fenster Bildsammlung unter Äußere Ausrichtung/Esri Frames-Tabelle zu dem Ordner der Lernprogrammdaten auf Ihrem Computer, und wählen Sie die der Datei der Frames-Tabelle (FrameTable.csv) aus.
Diese Tabelle gibt die Parameter zur Berechnung der äußeren Ausrichtung (Exterior Orientation, EO) der Bilddaten an. Im Prozess der Blockausgleichung werden diese ungefähren Werte für eine größere Genauigkeit optimiert.
Vergewissern Sie sich, dass die in der Spalte raster der Frame-Tabellen-Datei aufgeführten Dateipfade mit dem Verzeichnis der Bilddateien auf Ihrem Computer übereinstimmen.
Klicken Sie unter Kameras auf die Schaltfläche Importieren , navigieren Sie zum Ordner mit den Lernprogrammdaten auf Ihrem Computer, und wählen Sie die Datei der Frames-Tabelle (CameraTable) aus.
Diese Tabelle enthält die innere Ausrichtung (Interior Orientation, IO) für die Kamera.
Für dieses Lernprogramm werden die Frame- und Kameratabellen im geeigneten Format bereitgestellt. Für andere Datasets müssen Sie diese Tabellen wahrscheinlich erstellen und formatieren. Weitere Informationen finden Sie unter Frame- und Kameratabellen.

Stellen Sie sicher, dass der Raumbezug und das Kameramodell korrekt sind.
Die Standardprojektion für den Workspace wird auf der Grundlage Ihrer Bilddaten definiert. Diese Projektion muss mit den in der Frame-Tabelle verwendeten Koordinaten übereinstimmen, und sie bestimmt den Raumbezug für Ihre Orho-Produkte, einschließlich Orthomosaik und DSM. Für dieses Dataset verwenden Sie die Standardprojektion.
Klicken Sie auf Weiter.
Übernehmen Sie alle Standardeinstellungen im Fenster Data Loader, und klicken Sie auf Fertig stellen.

Wenn Sie Internetzugang haben, wird die Höhenquelle vom World Elevation Service abgeleitet. Wenn Sie keinen Zugriff auf das Internet haben oder kein DEM vorliegt, wählen Sie die Option Konstante Höhe aus dem Dropdown-Menü aus, und geben Sie einen repräsentativen Höhenwert ein.

Nachdem der Workspace erstellt wurde, werden die Bilder und Bild-Footprints angezeigt. Die Kategorie "Ortho-Mapping" wurde außerdem zum Bereich Inhalt hinzugefügt. Die Quellbilddaten und die abgeleiteten Ortho-Mapping-Produkte werden hier referenziert.

Die erste Anzeige der Bilddaten im Workspace bestätigt, dass alle Bilder und notwendigen Metadaten für die Initialisierung des Workspace bereitgestellt wurden. Die Bilder wurden noch nicht ausgeglichen, daher ist die Ausrichtung zu diesem Zeitpunkt nur grob, und das Mosaik sieht möglicherweise nicht korrekt aus.

Blockausgleichung

Der nächste Schritt besteht in der Durchführung der Blockausgleichung mit den Werkzeugen in den Gruppen Ausgleichen und Optimieren. Die Blockausgleichung berechnet zunächst Verknüpfungspunkte, d. h. gemeinsame Punkte in Bereichen mit Bildüberlappung. Die Verknüpfungspunkte werden dann zur Berechnung der Orientierung von jedem Bild verwendet, was in der Photogrammetrie als äußere Orientierung bekannt ist.

Klicken Sie auf der Registerkarte Ortho-Mapping in der Gruppe Anpassen auf Anpassen .
Vergewissern Sie sich, dass Optionen für Kamerakalibrierung durchführen deaktiviert sind.
Für digitale Luftbilddaten wurden die meisten Sensoren für Luftbildaufnahmen kalibriert und stellen genaue Werte für die innere Orientierung in einem Kamerakalibrierungsbericht bereit. Die automatische Kamerakalibrierung wird typischerweise für andere Arten von Daten angewendet, wie z. B. bei preiswerten Drohnenkameras, um die geometrischen Parameter der Kamera zu berechnen und zu optimieren. Dabei werden simultan die Ausrichtung und Bodenkoordinaten des Bildes bestimmt.
Übernehmen Sie alle übrigen Standardwerte, und klicken Sie auf Ausführen, um die Blockausgleichung durchzuführen.
Nachdem die Ausgleichung abgeschlossen ist, aktivieren Sie den Layer Verknüpfungspunkte im Bereich Inhalt, um die Verteilung der generierten Verknüpfungspunkte auf der Karte anzuzeigen.
Klicken Sie auf der Registerkarte Ortho-Mapping in der Gruppe Überprüfen auf Protokolle .
Verknüpfungspunkt-Residuen und Genauigkeitsberichte können in der Protokolldatei angezeigt werden. Die Einheit für den Root-Mean-Square-Fehler (RMS) der Verknüpfungspunkte ist Pixel.

Überprüfen der Ausgleichungsergebnisse

Klicken Sie auf der Registerkarte Ortho-Mapping in der Gruppe Überprüfen auf Ausgleichsbericht, um Ausgleichungsstatistiken zu generieren.
Der Ausgleichsbericht enthält eine Aufzeichnung der Ausgleichung und allgemeine Qualitätskennzahlen des Verfahrens.

Generieren eines digitalen Oberflächenmodells (Digital Surface Model, DSM)

Die Stereobildpaare einer Bildsammlung werden verwendet, um eine Punktwolke (3D-Punkte) zu erstellen, die die 3D-Positionen für jeden der aus den Bilddaten extrahierten Verknüpfungspunkte darstellen, aus denen die Höhendaten abgeleitet werden können. Die abgeleiteten Höhendaten können entweder ein digitales Geländemodell (Digital Terrain Model, DTM) sein, das eine Schätzung der Bodenoberfläche umfasst, oder ein digitales Oberflächenmodell (Digital Surface Model, DSM), das die Höhen von Bäumen, Gebäuden und anderen oberirdischen Features umfasst.

Hinweis:

Bei einem dicht bewaldeten Gebiet mit undurchdringlicher Vegetationsbedeckung kann keine DTM-Bodenoberfläche abgeleitet werden, da der Boden nicht sichtbar ist. Dieses Problem kann auch in dicht bebauten städtischen Gebieten auftreten, wo Gebäude den Boden verdecken. In diesen Fällen ist das am besten geeignete Höhenoberflächenprodukt ein DSM, das speziell den oberen Bereich der städtischen Umgebung abbildet.

Klicken Sie auf der Registerkarte Ortho-Mapping in der Gruppe Produkt auf DSM, um den DSM-Assistenten zu starten.
Klicken Sie auf Weiter.
Wählen Sie im Fenster Punktwolkeneinstellungen als Abgleichmethode die Option Semi-globaler Abgleich (Semiglobal Matching) aus dem Dropdown-Menü aus.
Diese Methode wird in der Regel für städtische Gebiete verwendet und erfasst detailliertere Terrain-Informationen.
Übernehmen Sie den Standardwert für den Parameter Punkt-Bodenauflösung.
Dadurch wird die Bodenauflösung, mit der die 3D-Punkte erstellt werden, in Meter definiert. Die Standardeinstellung ist das 5-fache der Auflösung der Quellbilddaten.
Übernehmen Sie alle übrigen Standardwerte, und klicken Sie auf Weiter.
Weitere Informationen zur Option Erweiterte Einstellungen finden Sie unter Erstellen von Höhendaten mit dem DEMs-Assistenten.
Wählen Sie im Fenster DSM-Einstellungen unter dem Dropdown-Menü Oberflächentyp die Option Digitales Oberflächenmodell aus.
Verwenden Sie für Zellengröße den Standardwert 3 x GSD. Dies bestimmt die Auflösung des DSM (in diesem Fall das Dreifache der Auflösung der Bilddaten).
Übernehmen Sie alle übrigen Standardwerte, und klicken Sie auf Weiter.
Dieser Vorgang kann einige Zeit in Anspruch nehmen.

Orthomosaik generieren

Als Nächstes generieren Sie ein Orthomosaik. Ein Orthomosaik ist ein aus einer Bildsammlung mosaikiertes orthorektifiziertes Bildprodukt. Geometrische Verzerrungen wurden korrigiert und die Bilddaten wurden zur Erstellung eines Mosaiks farblich abgestimmt.

Klicken Sie auf der Registerkarte Ortho-Mapping in der Gruppe Produkt auf Orthomosaik , um den Orthomosaik-Assistenten zu starten.
Vergewissern Sie sich, dass die Optionen Farbausgleich und Seamlines generieren aktiviert sind.
Klicken Sie auf Weiter.
Wählen Sie im Fenster Orthorektifizierungseinstellungen unter Höhenquelle die Option DEM-Produkt verwenden aus.
Dies ist das soeben erstellte Höhenprodukt.
Stellen Sie sicher, dass Digitales Oberflächenmodell die Standardoption in der Dropdown-Liste unter der Option DEM-Produkt verwenden ist.
Wählen Sie unter den Farbausgleichseinstellungen für Ausgleichsmethode aus dem Dropdown-Menü die Option Dodging aus. Klicken Sie auf Weiter.
Wählen Sie im Fenster Seamline-Einstellungen für Berechnungsmethode im Dropdown-Menü die Option Radiometrie aus.
Blenden Sie den Abschnitt Verarbeitung ein, und geben Sie 20 für die Verschmelzungsbreite ein.
Verwenden Sie im Fenster Orthomosaik-Einstellungen für Pixelgröße den Standardwert. Dadurch wird die endgültige Auflösung des Orthomosaiks bestimmt.
Übernehmen Sie alle anderen Standardeinstellungen, und klicken Sie auf Weiter.
Verwenden Sie im Fenster Orthomosaik-Einstellungen für Pixelgößeden Standardwert.
Dadurch wird die endgültige Auflösung des Orthomosaiks bestimmt.
Klicken Sie auf Fertig stellen, um das finale Orthomosaik zu generieren Dieser Vorgang kann einige Zeit in Anspruch nehmen.

Zusammenfassung

In diesem Lernprogramm haben Sie einen Ortho-Mapping-Workspace für Drohnenbilddaten erstellt und Werkzeuge auf der Registerkarte Ortho-Mapping verwendet, um eine photogrammetrische Ausgleichung anzuwenden. Anschließend haben Sie den Ortho Mapping-Produktassistenten zum Erstellen eines DSM und eines Orthomosaiks verwendet. Weitere Informationen zu diesen Themen sind nachfolgend aufgeführt:

Die in diesem Lernprogramm verwendeten Luftbilddaten wurden von Vexcel Imaging GmbH erworben und bereitgestellt.

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