ارتوفتو چیست؟

امروزه ارتوفتو یکی از پرکاربردترین و محبوبترین محصولات فتوگرامتری نوین است. در ارتوفتو شما می توانید تصویر قائم زمین به همراه تمامی عوارض موجود بر روی آن (نظیر ساختمان ها، خیابان ها و …) را در حکم یک نقشه مشاهده کنید.

با روی کار آمدن الگوریتم های قدرتمند پردازش تصاویر، تولید تصویر ارتو بسیار سریعتر از تولید یک نقشه توپوگرافی انجام می شود.

به همین دلیل برخی از کارفرمایان ترجیح می دهند به جای داشتتن یک نقشه توپوگرافی، یک تصویر ارتو یکپارچه از منطقه مورد نظرشان داشته باشند. به همین دلیل یکی از پر اهمیت ترین محصولاتی که در نقشه برداری با پهپاد تولید می شود، ارتوفتو حقیقی است.

در ادامه به معرفی و چگونگی تولید این محصول پرکاربرد پرداخته می شود.

هندسه پرسپکتیو

از آنجایی که یک تصویر در دوربین عکاسی دارای سیستم تصویر مرکزی است، پروجکت کردن دنیای سه بعدی بر روی یک تصویر دو بعدی باعث بوجود آمدن اعوجاجات مختلفی می شود.

نقاطی که از نظر مسطاحتی دارای یک مختصات هستند ولی از نظر ارتفاعی دارای مختصات متفاوتی هستند، در مکان های مختلفی بر روی تصویر ثبت می شوند. برای مثال نقاط بالا و پایین گوشه ی یک ساختمان دارای مختصات مسطحاتی یکسان و مختصات ارتفاعی غیریکسانی هستند.

بطور طبیعی برای نمایش این ساختمان در تصویر دو بعدی می بایست دو نقطه مربوط به گوشه ساختمان بر روی هم قرار بگیرند.

اما از آنجایی که ثبت تصویر بر اساس هندسه پرسپکتیو صورت می پذیرد، این اتفاق رخ نمی دهد. یعنی نقاط مربوط به بالا و پایین یک گوشه از ساختمان، بر روی تصویر دارای دو مختصات دو بعدی متفاوت هستند؛ یا به عبارتی دیگر می توان در تصویر خام، علاوه بر گوشه بالایی ساختمان، پای ساختمان را نیز مشاهده نمود.

علاوه بر این هر چه جسم در لحظه ثبت تصویر به دوربین نزدیکتر باشد دارای مقیاس بزرگتری نسبت به اجسام دورتر است. به همین دلیل ترسیم و انجام اندازه گیری بر روی یک تصویر خام در بحث فتوگرامتری و بویژه پهپاد نقشه برداری از نظر فنی اشتباه است و با واقعیت مطابقت ندارد.

این اعوجاجات تصویری را می توان طی پروسه ای با استفاده از الگوریتم  (Digital Relief Model (DRM حذف نمود و در نهایت به تصویری کاملا قائم (ارتوفتوموزاییک) دست یافت.

تولید ارتوفتوموزاییک حقیقی

برای واضح تر شدن بحث لازم است چند اصطلاح را تعریف کنیم:

• موازئیک تصویری یا فتوموزائیک:

اتصال نواحی مرکزی تصویری بدون هیچگونه تصحیحات هندسی

در این حالت تمامی تصاویر به یکدیگر چسبانده می شوند و شما می توانید منطقه را در یک تصویر یکپارچه مشاهده کنید.

اما دقت داشته باشید که این یکپارچه سازی بدون حذف اعوجاجات است و به هیچ عنوان از نظر هندسی قابل استناد نیست. در برخی موارد مشاهده می شود که در حین یکپارچه سازی، یک خیابان مستقیم بصورت منحنی نمایش داده شده است.

امروزه نرم افزارهای رایگان زیادی قابلیت تولید موزاییک تصویری را دارند که توصیه می شود از استفاده از این نرم افزارها خودداری گردد.

• فتوموزائیک ترمیم شده:

اتصال نواحی مرکزی تصویری پس از تصحیح تیلت عکسها

• ارتوفتوموزائیک:

اتصال تصاویر پس از تصحیح تیلت و ناهمواری سطح زمین

• ارتوفتوموزائیک حقیقی (True Orthophoto):

اتصال تصاویر پس از تصحیح تیلت و ناهمواری سطح زمین و عوارض زمینی

هدف اصلی در تولید ارتوفتو، رسیدن به ارتوفتوموزاییک حقیقی است. چیزی که در آن تمامی اعوجاجات برطرف شده و تصویری یکپارچه از سطح زمین بدست می آید که دارای هیچگونه اعوجاجی نیست و کاملا منطبق با نقشه منطقه است.

برای تولید ارتوفتو حقیقی تصحیحات زیر باید انجام شود:

تصحیحات هندسی

• جابجایی ناشی از تیلت

این جابجایی نسبت به نقطه ایزوسنتر بصورت شعاعی می باشد.

این تصحیح معادل اعمال یک انتقال پروژکتیو دو بعدی به تصویر است. دقت شود که با این کار تصویر معادل قائم بدست می آید. یعنی در مناطق مسطح با شیب یکنواخت، انجام این تصحیح موجب انطباق کامل عکس با نقشه می شود. که به این کار ترمیم می گویند.

• جابجایی ناشی از ناهمواری زمین

جابجایی ناشی از توپوگرافی (ناهمواری زمین) بصورت شعاعی نسبت به نقطه نادیر در عکس می باشد.

برای تصحیح این اعوجاج در عکس باید مدل رقومی زمین DTM معلوم باشد. معمولا برای دستیابی به یک ارتوفتو با کیفیت بدون وجود تضاریس لبه ای بخصوص در مناطق شهری از DTM با ابعاد پیکسل ۳۰ برابر ابعاد پیکسل تصویر استفاده می کنند.

برای تهیه DTM از روی DSM باید ساختمانها و عوارض غیرزمینی را از ابر نقاط DSM حذف نمود. این کار معمولا در نرم افزارهای پردازش اتوماتیک تصاویر نظیر متاشیپ Metashape به خوبی انجام می شود.

• جابجایی ناشی از عوارض روی سطح زمین

در ارتوفتو معمولی بدلیل آنکه تنها جابجایی عکسی ناشی از ناهمواری زمین تصحیح می شود، عوارض روی سطح زمین در ارتوفتو روی زمین خوابیده اند که این امر موجب ایجاد نواحی پنهان و عدم انطباق کامل با نقشه می گردد.

همانطور که شاید در پروژه های خود دیده باشید در بحث پهپاد نقشه برداری و تولید ارتوفتو از این سامانه، هر چه به لبه های عکس نزدیکتر شویم، میزان این خوابیدگی بیشتر خواهد شد.

اگر تغییرات ارتفاعی عوارض نیز در DEM مدلسازی شده و در فرایند تصحیح هندسی عکس بکار گرفته شوند، عکس انطباق کامل با نقشه خواهد داشت. در این حالت به محصول تصویری منطبق با نقشه، ارتوفتو حقیقی می گویند.

در مراحل تولید ارتوفتو حقیقی و در الگوریتم های توسعه داده شده علاوه بر حذف اعواجاجات هندسی، تصحیات رادیومتریکی ای نظیر انطباق رنگی، برش در امتداد لبه ها و نرم کردن محل های برش نیز صورت می پذیرد.

از آنجایی که بحث رنگ در تولید تصویر ارتو از اهمیت بالایی برخوردار است، توصیه می شود در استفاده از سامانه پهپاد فتوگرامتری یا همان پهپاد نقشه برداری، وضعیت روشنایی تصاویر یکسان باشد تا در حین ترسیم بر روی ارتوفتو عامل ترسیم دچار مشکل و عدم تشخیص لبه ها نگردد.

با توجه به مطالبی که در بالا بیان شد می توان تفاوت یک ارتوفتو معمولی را با یک ارتوفتوموزاییک حقیقی بصورت زیر نمایش داد.

ارتوفتو معمولی

ارتوفتوموزاییک حقیقی

همانطور که در تصاویر بالا مشاهده می شود، در ارتوفتو استاندارد (معمولی) پای ساختمان ها نشان داده می شود. که این امر در ارتوفتو حقیقی به هیچ عنوان رخ نداده است.

از آنجایی که نقشه را « تصویر عوارض موجود بر روی زمین» تعبیر می کنند، می توان از ارتوفتو حقیقی، به عکس نقشه نیز یاد کرد.

پاسخ کوتاه به سوالات متداول:

ارتوفتو چیست؟

امروزه ارتوفتو یکی از پرکاربردترین و محبوبترین محصولات فتوگرامتری نوین است. در ارتوفتو شما می توانید تصویر قائم زمین به همراه تمامی عوارض موجود بر روی آن (نظیر ساختمان ها، خیابان ها و …) را در حکم یک نقشه مشاهده کنید