Руководство: Создание продуктов снимков БПЛА в ArcGIS Pro Ortho mapping—ArcGIS Pro

Доступно с лицензией Standard или Advanced.

Доступно для организации ArcGIS organization с лицензией ArcGIS Reality.

В ArcGIS Pro можно фотограмметрически корректировать изображения с БПЛА, чтобы удалять геометрические искажения, вызванные сенсором, платформой и смещением поверхности. После удаления этих искажений вы можете создавать продукты Ortho mapping.

Сначала вы настроите рабочую область Ortho mapping для управления коллекцией снимков с БПЛА. Далее вы выполните блочное уравнивание, а затем - уточненное уравнивание с применением наземных опорных точек. Наконец вы создадите цифровую модель рельефа (ЦМР) и ортотрансформированную мозаику или ортомозаику.

Ortho mapping требуется информация о камере, включая фокусное расстояние и размер сенсора, а также местоположение, в котором было сделано каждое изображение. Эта информация обычно хранится в виде метаданных в файлах изображений, как правило, в заголовке EXIF. Также полезно знать точность GPS. В случае снимков с беспилотника она должна быть предоставлена производителем БПЛА. Точность GPS учебного набора данных в этом руководстве лучше 5 метров.

Лицензия:

Для выполнения этих упражнений требуется ArcGIS Pro 2.6 или более поздний.

Создание рабочей области Ortho mapping

Рабочая область Ortho mapping – это субпроект ArcGIS Pro, предназначенный для рабочих процессов Ortho mapping. Это контейнер в папке проекта ArcGIS Pro, который хранит ресурсы и производные файлы, относящиеся отдельной коллекции изображений в задаче Ortho Mapping.

Для этого руководства предоставлена коллекция из 12 снимков, полученных с БПЛА. Папка с именем GCP содержит файл с наземными опорными точками (GCP), подписанные YVWD_WGS84_EGM96.csv, и изображения местоположений GCP на местности.

Для создания рабочей области Ortho mapping выполните следующие шаги:

Скачайте набор учебных данных, разархивируйте и сохраните содержимое в C:\SampleData\Drone_tutorial.
1. Распакуйте в папку C:\SampleData\Aerial Imagery.
В ArcGIS Pro создайте проект при помощи шаблона Карта и при необходимости выполните вход в свою учетную запись ArcGIS Online.
Увеличьте скорость обработки блочного уравнивания.
1. На вкладке Анализ щелкните Параметры среды.
2. Найдите параметр Коэффициент Параллельной обработки в окне Параметры среды и измените его значение на подходящее для вашей системы.
  Установка значения Коэффициента Параллельной обработки выше, чем система может обработать, приведет к сбоям параллельной обработки. Общим требованием является наличие как минимум 2 ГБ оперативной памяти на каждый логический процессор. Например, если работа происходит в системе с 6 ядрами, 12 логическими процессорами и 16 ГБ RAM, установка 100 процентов в качестве значения коэффициента параллельной обработки потребует минимум 24 ГБ оперативной памяти для успешного запуска процесса. Более подходящим значением Коэффициента Параллельной обработки в этом примере будет 50 процентов, что потребует около 12 ГБ RAM.
На вкладке Изображения в группе Ortho mapping щелкните ниспадающее меню Новая рабочая область и выберите Новая рабочая область.
В окне Настройка рабочей области введите ее имя.
Откройте ниспадающее меню Тип и выберите БПЛА.
Щелкните ниспадающее меню Базовая карта и выберите Топографическая.
Примите все остальные значения по умолчанию и щелкните Далее.
Появится окно Коллекция изображений.
В окне Коллекция изображений щелкните ниспадающее меню Тип сенсора и выберите Базовый.
Эта опция используется, так как изображения были получены при помощи RGB камеры.
Щелкните Добавить, перейдите к местоположению учебных данных и выберите папку Images.

Примечание:

Большинство современных БПЛА хранят информацию GPS в заголовке EXIF. Это будет использовано для автоматического заполнения таблицы, показанной ниже. Однако некоторые старые системы или изготовленные на заказ беспилотные летательные аппараты могут хранить данные GPS во внешнем файле. В этом случае можно использовать кнопку Импорт

рядом с параметром Геолокация, чтобы импортировать внешние файлы GPS.

Откроется окно Получение изображений мастера Новая рабочая область Ortho Mapping.

Проверьте, что значения Пространственной привязки рабочей области и Модели камеры являются правильными.
Проекция по умолчанию для рабочей области основана на широте, долготе и высоте снимков. Эта проекция определяет пространственную привязку для продуктов орто, в том числе ортомозаики и ЦМР. Для этого набора данных будет использована проекция по умолчанию.
Щелкните на кнопке Пространственная привязка .
Щелкните Далее.
Примите все настройки по умолчанию в окне Опции загрузчика данных и нажмите Готово.
- Если у вас есть доступ к сети интернет, значение Источник высот берется из World Elevation Service. Он обеспечивает исходную оценку высоты полета для каждого изображения.
- Если у вас нет доступа к интернету или ЦМР, выберите опцию Постоянная высота в ниспадающем меню Источник высот и введите значение высоты, равное 414 м.
- Параметр Высота полета над поверхностью (м) ссылается на высоту исключения изображений, при этом изображения, у которых высота полета над поверхностью меньше этого значения, не будут включены в рабочую область.
Как только рабочая область будет создана, отобразятся снимки, траектория беспилотника и контуры снимков. На панель Содержание добавится контейнер Ortho Mapping, где будут храниться данные исходных изображений и производные продукты Ortho mapping.
Исходное отображение изображений в рабочей области подтверждает, что для запуска рабочей области были предоставлены все изображения и необходимые метаданные. Снимки еще не выровнены и не уравнены, поэтому мозаика не выглядит правильно.

Блочное уравнивание

После создания рабочей области Ortho Mapping, следующим шагом будет выполнение блочного уравнивания при помощи инструментов в группах Уравнивание и Уточнение. При блочном уравнивании сначала вычисляются связующие точки, которые являются общими точками в областях перекрытия изображений. Затем связующие точки используются для вычисления ориентации каждого снимка, что называется в фотограмметрии внешней ориентацией. Процесс блочного уравнивания может занять несколько часов, в зависимости от настроек и ресурсов вашего компьютера.

Для выполнения блочного уравнивания выполните следующие шаги:

На вкладке Ортокартографирование в группе Уравнивание щелкните Уравнивание .
В окне Уравнивание убедитесь, что установлена отметка Выполнить калибровку камеры.
Это указывает на то, что входное фокусное расстояние является приблизительным, и параметры искажения объектива будут вычислены в процессе уравнивания. Для изображений с беспилотных летательных аппаратов эти опции включены по умолчанию, так как большинство камер БПЛА не откалиброваны. Эту опцию не следует включать для высококачественных камер с известной калибровкой.
Для автоматической калибровки камеры необходимо, чтобы в коллекции изображений продольные перекрытия составляли более 60, а поперечные - более 30 процентов.
Раскройте раздел Дополнительные опции.
Убедитесь, что снята отметка Быстрое уравнивание только при грубом разрешении.
Если выбрана эта опция, приблизительное уравнивание будет выполняться в грубом разрешении, заданном пользователем. Если эта опция не отмечена, связующие точки сначала вычисляются при грубом разрешении, а затем выполняется уточненное уравнивание с разрешением источника изображения. Одноступенчатое уравнивание подходит для данных из примера в уроке, так как набор данных небольшой и уравнивание может быть выполнено быстро.
Установите отметку Использовать ориентации из метаданных.
Убедитесь, что установлена отметка Выполнить калибровку камеры.
Это указывает на то, что входное фокусное расстояние является приблизительным, и параметры искажения объектива будут вычислены в процессе уравнивания. Для изображений с беспилотных летательных аппаратов эти опции включены по умолчанию, так как большинство камер БПЛА не откалиброваны. Эту опцию не следует включать для высококачественных камер с известной калибровкой.
Для автоматической калибровки камеры необходимо, чтобы в коллекции изображений продольные перекрытия составляли более 60, а поперечные - более 30 процентов.
Убедитесь, что снята отметка Исправить местоположение изображения для высокоточного GPS.
Это вариант применяется только для снимков, полученных с данными дифференциальных GPS, например, Real Time Kinematic (RTK) или Post Processing Kinematic (PPK) GPS.
Снимите отметку Вычислить апостериорное среднеквадратическое отклонение для изображений.
Раскройте раздел Сопоставление связующих точек.
Отключите опцию Исправить местоположение изображения для высокоточного GPS.
Это вариант применяется только для снимков, полученных при помощи дифференциальных GPS, например, Real Time Kinematic (RTK) или Post Processing Kinematic (PPK).
Раскройте раздел Сопоставление связующих точек.
В ниспадающем меню Коэффициент разрешения изображений выберите 8-кратное разрешение источника.
Этот параметр задает разрешение, при котором будут вычисляться связующие точки. Чем больше значение, тем быстрее будет происходить уравнивание. Значение 8-кратное разрешение источника, подходит для большинства изображений, содержащих набор различных объектов.
В ниспадающем меню Точность местоположения изображения выберите Высокая.
Точность местоположения GPS показывает уровень точности GPS-данных, собранных вместе с изображениями, и указывается в соответствующем файле EXIF-данных. Она применяется в алгоритме вычисления связующих точек для определения количества используемых изображений. Опция Высокая используется для точности GPS от 0 до 10 метров.
Примите все остальные значения по умолчанию и щелкните Запустить.
После выполнения уравнивания файл Logs отображает статистическую информацию, такую как средняя ошибка перепроецирования (в пикселах), которая означает точность уравнивания, количество обработанных изображений и количество созданных связующих точек.
Относительная точность изображений также улучшается, а производные продукты можно создать при помощи опций в категории Продукт. Для улучшения абсолютной точности создаваемых продуктов, в блок в необходимо добавить GCP.

Добавление наземных опорных точек (GCP)

GCP - это точки с известными наземными координатами x,y,z, зачастую полученные в результате наземной съемки, которые используются для обеспечения фотограмметрического процесса базовыми точками на земной поверхности. Блочное уравнивание может применяться без наземных опорных точек и по-прежнему обеспечивать относительную точность, но добавление наземных опорных точек повышает абсолютную точность скорректированного изображения.

Импорт GCP

Для импорта GCP выполните следующие шаги:

На вкладке Ortho Mapping в группе Уточнение нажмите кнопку Управлять GCP.
Появится Менеджер GCP.
В окне Менеджер GCP нажмите кнопку Импорт GCP .
В окне Импорт GCP под Файлом GCP, перейдите к файлу YVWD_WGS84_EGM96.csv, выберите его и нажмите OK.
В разделе Задать пространственную привязку GCP, щелкните кнопку Пространственная привязка и выполните следующие действия в окне Пространственная привязка:
1. Для Текущие XY, разверните Географическая Мир и выберите WGS84.
2. В разделе Текущее Z разверните Вертикальная система координат, а в разделе Гравитационная, разверните Мир и выберите EGM96 Geoid.
Для Географические преобразования щелкните вкладку Вертикальные и выберите в ниспадающем списке WGS 1984 to EGM 1996 Geoid 1.
Нажмите кнопку с папкой под местоположением фотографии GCP и перейдите к папке, содержащей изображения местоположений GCP, и выберите ее.
Щелкните OK, чтобы принять эти изменения и закрыть окно Пространственная привязка.
Для Географические преобразования щелкните вкладку Горизонтальные и выберите в ниспадающем списке WGS 1984 (ITRF00) to NAD83.
Нажмите кнопку с папкой под местоположением фотографии GCP и перейдите к папке, содержащей изображения местоположений GCP, и выберите ее и нажмите ОК.
После того как выполнился импорт GCP, таблица Менеджер GCP будет заполненной.

Добавление связующих точек для выбранных GCP

Чтобы добавить связующие точки, выполните следующие шаги:

В окне Менеджер GCP выберите GCP9. Нажмите кнопку Просмотр фото GCP для отображения фрагмента изображения GCP и используйте кнопку Настройка динамического диапазона для повышения контраста изображения.
Щелкните кнопку Добавить связующую точку , чтобы добавить связующую точку в виде изображения для каждого изображения.
Связующие точки для других изображений будут автоматически вычислены алгоритмом сопоставления изображений, где это возможно, хотя каждая связующая точка должна быть проверена на точность. Если связующая точка не идентифицируется автоматически, добавьте ее ручную, выбрав подходящее местоположение на изображении.
Выделите GCP11 и нажмите кнопку Удалить GCP , чтобы удалить ее из списка GCP.
Расположение и фрагмент изображения GCP11 не предоставляют достаточно контекста для точного позиционирования связующей точки. Эта проблема иллюстрирует частую сложность, с которой можно столкнуться в метаданных.
После того как каждая GCP была добавлена и измерена со связующими точками, выберите GCP10, щелкните правой кнопкой и измените ее на Контрольную точку.
Это обеспечивает измерение абсолютной точности уравнивания, так как эта точка не будет использована в процессе уравнивания.
После добавления GCP и контрольных точек, уравнивание должно быть запущено еще раз, чтобы использовать эти точки. Щелкните Уравнивание.

Просмотр результатов уравнивания

Результаты качества уравнивания можно просмотреть в окне Менеджер GCP, анализируя невязки для каждой GCP. Невязки представляют собой разницу между измеренным и вычисленным положениями точки. Они измеряются в единицах системы пространственной привязки проекта. После завершения уравнивания с GCP, в таблицу Менеджера GCP добавятся три новых поля:dX, dY и dZ, и покажут невязки для каждой GCP. Качество соответствия между уравненным блоком и системой координат карты можно оценить, используя эти значения. Среднеквадратическую ошибку (RMSE) невязок можно просмотреть, развернув раздел Обзор невязок окна Менеджера GCP.

Невязки GCP в окне Менеджер GCP

Дополнительная статистика уравнивания представлена в отчете уравнивания. Для построения отчета на вкладке Ortho Mapping в группе Просмотр щелкните Отчет уравнивания.

Создание ЦММ

Пара стерео-изображений в коллекции изображений используется для создания облака точек (3D точки), для которых могут воспроизведены данные высот. Получаемые данные о высотах могут являться или цифровой моделью рельефа (ЦМР), которая включает только поверхность земли, или цифровой моделью местности (ЦММ), которая включает деревья, здания и другие наземные объекты.

Примечание:

Значения высот можно получить, если коллекция изображений имеет большое количество перекрытий, чтобы сформировать стереопары. Обычное перекрытие изображений, необходимое для создания облака точек, составляет 80-процентов вдоль маршрута полета и 60-процентов между маршрутами полетов.

Выполните следующие действия, чтобы создать ЦММ с помощью мастера.

На вкладке Ortho Mapping нажмите кнопку ЦММ в группе Продукт.
Откроется окно Мастер продуктов Ortho Mapping.
Нажмите Далее, чтобы перейти к окну мастера Настройки облака точек.
В окне Настройки облака точек для параметра Метод сопоставления выберите из выпадающего меню пункт Полуглобальное сопоставление.
Этот метод обычно используется для снимков городских территорий и позволяет получить более подробную информацию о поверхности.
Проверьте, что установлена отметка опции Фильтр наземных объектов.
Убедитесь, что Максимальный размер объекта для фильтра задан равным 10 метрам.
Объекты меньше порогового значения отфильтровываются как земная поверхность; остальные объекты рассматриваются как объекты над земной поверхностью, такие как здания, мосты или деревья.
Проверьте, что значение Интервал на поверхности для точек пустое.
Это определяет интервал, с помощью которого создаются 3D-точки, в метрах. По умолчанию разрешение в пять раз больше разрешения исходного изображения. Для этой коллекции изображений точки будут созданы через каждые 15 см.
Примите все остальные настройки по умолчанию и щелкните Далее.
Информацию об опциях Расширенных настроек см. в разделе Создание данных высот с помощью мастера орто картографирования ЦМР.
В окне Настройки ЦМР для Размера ячейки используйте значение по умолчанию 5 x GSD.
Это задаст разрешение ЦММ, которое в этом случае будет в 5 раз больше разрешения изображения.
Примите все остальные настройки по умолчанию и щелкните Готово.
Будет создана ЦММ.

Создать ортомозаику

Ортофотомозаика представляет собой ортотрансформированное изображение, полученное из коллекции изображений. Геометрические искажения были исправлены и была выполнена цветокоррекция изображений, чтобы создать мозаику.

На вкладке Ortho Mapping в группе Продукт щелкните Ортомозаика, чтобы запустить Мастер Ортомозаика.
Щелкните Далее.
Появится панель Настройки ортотрансформирования.
В окне Настройки ортотрансформирования, в разделе Источник высот, выберите Использовать продукт ЦМР и выберите Цифровая модель местности.
Щелкните Далее.
Появится панель Настройки цветового баланса.
На панели Настройки цветового баланса снимите отметку Выбрать кандидатов мозаики и примите остальные опции по умолчанию.
Щелкните Далее.
Мастер перейдет к следующему шагу Настройки линии сшивки.
В окне Настройки линии сшивки в ниспадающем меню Метод вычисления выберите Вороной. Щелкните Далее.
Щелкните Далее.
Мастер перейдет к следующему шагу - панели Настройки ортомозаики.
Примите все настройки по умолчанию на панели Настройки ортомозаики и нажмите Готово.
Ортомозаика будет создана, добавлена на панель Cодержание и загружена на экран карты.

Краткая информация

В этом руководстве вы создали рабочую область Ortho Mapping снимков с БПЛА и применили инструменты на вкладке Ortho Mapping, чтобы применить фотограмметрическое уравнивание с наземными опорными точками. Затем вы использовали инструменты Мастера Продукты Ortho Mapping, чтобы создать ЦММ и ортомозаику. Более подробную информацию об Ortho Mapping см. в следующих разделах:

Изображения, используемые в данном руководстве, были получены Yucaipa Valley Water District и предоставлены Yuneec USA, Inc..

Связанные разделы

Отзыв по этому разделу?