Aerial archaeology on Duvansko Polje (Bosnia and Hercegovina). CONPRA project report, 2014.

July 21, 2017 | Autor: J. Chajbullin Koš... | Categoría: Photogrammetry, Aerial Archaeology, Landscape Archaeology, Balkan archaeology
Share Embed


Descripción





Offficiaal Reeporrt   Project: Aerial Archaeologyy in Duvvansko o Polje na)  (Bossnia and Herzegovin Joze ef Chajbullin Koštial, TerraaVerita, Ltd. February - March 2014

Contents Introduction .............................................................................................................................................. 3  Imagery dataset ........................................................................................................................................ 6  Method and software solution ................................................................................................................. 7  Resection photogrammetry .................................................................................................................. 7  Matlab environment ............................................................................................................................. 7  Space resection analysis ......................................................................................................................... 10  Results ..................................................................................................................................................... 12  References .............................................................................................................................................. 16         



uction Introdu   Followingg document is an experttise report o of my seconddment at Lju ubljana Univversity within the  frames o of CONPRA p project on FFebruary/Maarch 2014. U University’s ffield of expeertise within n this  project iss mostly aerrial archaeollogy and rem mote sensin g and for th hat reason I  have the un nique  opportun nity  to  partiicipate  on  the  academic  project  off  aerial  imaggery  capturing,  analysiss  and  interprettation  in  qu uite  specific  surroundinggs  of  Duvannsko  Polje  ((Duvno  Field d)  in  Bosniaa  and  Herzegovvina (Fig. 01)). 

  Fig. 01. Arrea of interesst in southeasstern Bosnia a and Herzegovvina – Duvno B Basin. 

The  fligh ht  project  (practical  ( te errain  part)  was  led  byy  Prof.  Darrja  Grosman n  from  Dep pt.  of  Archaeollogy  of  Ljubljana  Univerrsity  on  the  18th  and  199th  of  March  2014.  Students  from  both  Slovenia  and Croatiaa universitiess were also  included (Fiig. 02, 03). A Although pro oject`s main n goal  was focu used on basiic archaeolo ogical interpretation of aaerial imageery (standarrd crop, moisture  and relief feature reccognition; Riiley 2009) we e have takenn a decision  to extend th he possibilities of  remote  sensing  s and d  to  prove  the  t eventuaality  of  terraain  generatiion  and  mo odeling  baseed  on  simple ae erial photos acquired du uring this cam mpaign. 

  Fig. 02. Ha appy Cessna fflyers before start. 

  Fig. 03. Prrof. Grosman during the in nstruction of ccamera handlling. 

After succcessful terraain campaiggn the conse equent cabinnet analysis  was proceeded. It shou uld be  stated th hat cabinet w work was a  kind of “blind attempt””, or “a jum mp into darkness” – we  were  facing the question iif there is po ossibility of  generating ccomplete neew informattion from daataset  that was not primariily designate ed for such u use. We hadd to choose tthe approprriate method d and  e ability of im magery dataaset for satissfactory acceeptable resu ults.  prove the The  main  goal  of  presented  report  is  the  extractioon  of  geom metric  featu ures  from  aaerial  photograaphy and mo odeling the tterrain situaation accord ing further G GIS needs. R Resulting pro oduct  should  be  b more  or  less  precise e  Digital  Elevvation  Mod el1  based  o on  the  simplle  archaeolo ogical  aerial photo.     

                                                             1

 http://en n.wikipedia.orgg/wiki/Digital_e elevation_mod del 

Imagerry dataset Altogether  418  photos  have  be een  collecte ed  during  thhe  flight  cam mpaign.  Listt  of  all  available  photos (in thumbnail size) is dem monstrated in Attachme nt 01 of thiss report.  e  exclusivelyy  due  to  ffact  that  C Cessna  aero oplane  used d  for  All  phottos  are  of  skew  type photograammetry  was  w not  equ uipped  with  the  facillities  for  vvertical  aerial  photograaphy.  Neverthe eless the only obligatoryy factors ne eeded for suuccessful pho otogrammettry processing of  acquired photos werre:  

Sufficient spaatial overlapping of imagges (at least 1/3 overlapping of the ttaken situatiion) 



era parametter inner oriientation (id dentical cam mera lens usee and  Preservation  of the came sttable focal le ength preserrved) 



Present  orie entation  maarkers  on  captured  ssituation  (ee.g.  buildings  with  kn nown  co oordinates) 

Whole area of Duvansko Polje w was covered d by aerial im magery with h respective  overhang w within  its geographical fram me. Spatial de elimitation o of captured situation is tto be seen o on Fig. 04. 

Fiig. 04. Spatiall delimitation of aerial  magery extentt.  im

 

 

Method and software solution Resection photogrammetry

Regarding  the  nature  of  imagery  (skew  images)  dataset  it  has  been  obvious  that  the  space  resection methods have to be used for our purposes.  Space resection in photogrammetry includes determining the spatial position and orientation of  a  photo  based  on  image  measurements  of  control  points  that  appear  in  the  photography  (Moffitt ‐ Mikhail 1980). Whilst space resection is a nonlinear issue, developed methods involve  linearisation of the collinearity condition and the use of an iterative process to determine the  final  solution  using  the  least‐squares  method2.  The  process  also  requires  initial  approximate  values of the unknown parameters, some of which must be estimated by another least‐squares  solution. The core word for whole resection photogrammetry is a collinearity equation (Schenk  2005).  However there is a huge theoretical discussion about distinct resection methods in photometric  science for over last 40 years – the Church method (most simple and straightforward; Church  1980), Hadem and Rampal method (also known as “pyramid method”; Hadem 1981) and Abdel‐ Aziz  –  Karala  approach  (cited  as  Direct  Linear  Transformation;  Shih  –  Faig  1987)  to  mention  those most known and used. They differ mostly by number of computed inner and outer space  parameters of real and photographed objects and camera characteristics.  Finally we used Direct Linear Transformation based on 11 camera parameters (6 parameters of  outer and 5 parameters of inner orientation) for each image used in analysis.   Matlab environment

Final functions for computational process of image alignment and model building were written  in Matlab environment (Fig. 05) for the purpose of getting general algorithmic frames (E.g. Tab.  01, 02 and 03.).  

                                                             2

 http://en.wikipedia.org/wiki/Least_squares 

  Fig. 05. W Working enviro onment of Ma atlab 2009.    Collinearity ge eneral functio on in Matlab..  Tab. 01.  C function n [x,y]=co olinearity y_radial(c, ,xo,yo,k1,k2,Xo,Yo,Z Zo,omega,p phi,kappa,X X,Y,Z) % % %

Autho or: Archeo oConsult 2014 angle es in rad

R=R_from m_angles(o omega,phi,k kappa,0); x= xo-(c c*((R(1,1)*(X-Xo)+R( (1,2)*(Y-Y Yo)+R(1,3)* *(Z-Zo))/... (R(3,1)*( (X-Xo)+R(3, ,2)*(Y-Yo)+R(3,3)*(Z Z-Zo)))); y= yo-(c c*((R(2,1)*(X-Xo)+R( (2,2)*(Y-Y Yo)+R(2,3)* *(Z-Zo))/...

(R(3,1)*(X-Xo)+R(3,2)*(Y-Yo)+R(3,3)*(Z-Zo))));

distr2=((x-xo).^2+(y-yo).^2); distdx=(x-xo).*((k1*distr2)+(k2*(distr2).^2)); distdy=(y-yo).*((k1*distr2)+(k2*(distr2).^2)); x=x+distdx; y=y+distdy; xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

  Tab. 02. Abstract function of Direct Linear Transformation written in Matlab environment.

  function [P,so,VV,v,iter]=DLT(ximage,Xground,limit,maxiter) % Author: ArcheoConsult % 2014 % ximage=[x1 y1;x2 y2;...;xn yn] % Xground=[X1 Y1 Z1;...;Xn Yn Zn] for i=1:size(ximage,1) L(2*i-1,1)=ximage(i,1); L(2*i,1)=ximage(i,2); A(2*i-1,1)=Xground(i,1); A(2*i-1,2)=Xground(i,2); A(2*i-1,3)=Xground(i,3); A(2*i-1,4)=1; A(2*i-1,9)=-Xground(i,1)*ximage(i,1); A(2*i-1,10)=-Xground(i,2)*ximage(i,1); A(2*i-1,11)=-Xground(i,3)*ximage(i,1); A(2*i,5)=Xground(i,1); A(2*i,6)=Xground(i,2); A(2*i,7)=Xground(i,3); A(2*i,8)=1; A(2*i,9)=-Xground(i,1)*ximage(i,2); A(2*i,10)=-Xground(i,2)*ximage(i,2); A(2*i,11)=-Xground(i,3)*ximage(i,2); end dx=inv(A'*A)*(A'*L); xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Tab. 03. Exporting results of resection routines.  function export_resection_results(filename,im_name,control_image,exterior,err,so,v,ite r)

% Author: ArcheoConsult % October 2014

fid = fopen(filename,'wt'); fprintf(fid,'Matlab Photogrammetric Toolbox '); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'Resection Results:\n'); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'Image: %s \n',im_name); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'Exterior Orientation Parameters:\n'); fprintf(fid,'Xo = %f ± %f\n',exterior(1),err(1)); fprintf(fid,'Yo = %f ± %f \n',exterior(2),err(2)); fprintf(fid,'Zo = %f ± %f \n',exterior(3),err(3)); fprintf(fid,'omega = %f deg ± %f deg\n',exterior(4)*180/pi,err(4)*180/pi); fprintf(fid,'phi = %f deg ± %f deg\n',exterior(5)*180/pi,err(5)*180/pi); fprintf(fid,'kappa = %f deg ± %f deg\n',exterior(6)*180/pi,err(6)*180/pi); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'Iterations: %d \n',iter); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'sigma = %f \n',so); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'Image Residuals:\n'); for i=1:size(v,1)/2 fprintf(fid,'%g %f %f\n',control_image(i,1),v(2*i-1),v(2*i)); end fclose(fid); xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

 

Space resection analysis After  this  preliminary  preparation  and  software  development,  further  procedures  were  following:  1. Each couple of overlapping photos was analysed and processed via recognition routine  for generating a partial geometry (Fig. 06).  2. Direct  Linear  Transformation  scripts  were  applied  in  purpose  to  generate  basic  geometry  of  photographed  situation.  The  raw  result  was  produces  in  a  shape  of  Triangular  Irregular  Network  (TIN;  Fig.  07)  based  on  two  (usually  more)  photos  exclusively.  3. The  whole  process  was  repeatedly  iterated  with  all  photos  in  imagery  dataset  and  55  independent elevation models in TIN shape were created. 

  Fig. 06. Crreation of bun ndles of correelated photos in Matlab. 

  Fig. 07. Prrocess of Triangular Irregu ular Network ssurface generration in Mattlab. 

 

Results Spatial and dimension independent TINs created by steps mentioned above were consequently  rectified and correlated according control point targets (ground fix points) and bulked into one  final geometry. This step was performed in Autodesk Map 3D environment. Resulting geometry  (contoured Digital Elevation Model) is present on Fig. 08.  Regarding  the  fact  that  we  have  basic  geometry  at  disposal,  there  are  no  constraints  for  presenting it in the various visual modes. The only limitation is the possibilities of spectacular  software used for that. Figures 09. – 11. show the ability of Autodesk Map to offer various kind  of our single Digital Elevation Model.  Benefits and disadvantages of presented model‐generated scenario could be summarized:  1. Obviously  there  is  quite  straightforward  possibility  for  quick  generation  of  terrain  shapes  from  single  and  skills  undemanding  photo  set.  The  method  is  software  independent  and  process  presented  in  this  report  is  only  one  way  how  to  seize  the  solution of this problem.  2. The process itself and respective results are not unique and not groundbreaking by no  means. Geometry generating via the space resection photogrammetry is widely used in  production  environment  and  even  popular  applications.  Widespread  Google  Earth  application is one of many.  3. Although an intended goal was achieved there is no control mechanism concerning the  model precision and its spatial reliability – both in absolute and relative meaning. The  precision  could  be  verified  by  additional  geodetic  surveying  but  such  a  scenario  increases the time and budget demands. 

  Fig. 08. Diigital Elevatio on Model in th he contour sh hape. Createdd in Autodesk Map 3D softtware. 

  Fig. 09. Diigital Elevatio on Model like a exaggerateed triangular  r surface. Isom metric view frrom SW. Crea ated in  Autodesk Map 3D software. 

  D Elevatiion  Model  likke  an  exaggerrated  trianguular  surface  w with  draped  iimagery.  Isom metric  Fig.  10.  Digital  view from m SW. Created d in Autodesk Map 3D softtware. 

  Fig. 10. D Digital Elevatiion Model like contour pla an of surfacee with drapedd imagery. Crreated in Auttodesk  Map 3D software. 

 

 

References   HADEM 1981  Hadem, I.: Bundle Adjustment in Industrial Photogrammetry. Photogrammetria, 37 (1981): 45‐60. 

MOFFITT ‐ MIKHAIL 1980  Moffitt, F.H. ‐ E.M. Mikhail, 1980. Photogrammetry. New York 1980.  RILEY 2009  Riley, D.N.:  Aerial Archaeology in Britain. London 2009.  SCHENK 2005  Schenk, T.: Introduction to Photogrammetry. Columbus 2005.  SHIH ‐  FAIG 1987  Shih, T.Y.,  W. Faig: Physical Interpretation of the Extended DLT‐model. Proceedings of ASPRS Fall  Convention, Reno, Nevada 1987, 385‐394.   

 

 

Attachement 01 – list of aerial imagery from Duvansko Polje     

Lihat lebih banyak...

Comentarios

Copyright © 2017 DATOSPDF Inc.