Filtracja Chmury Punktów w Agisoft Metashape: Szczegółowy Przewodnik
- Szczegóły
Agisoft Metashape to nowoczesne oprogramowanie, które służy do modelowania 3D i fotogrametrii. Zostało zaprojektowane tak, aby dostarczać wyniki specyficzne dla danych branż. Program umożliwia przetwarzanie obrazów z kamer RGB lub wielospektralnych, w tym systemów z wieloma kamerami. Ponadto, pozwala na przetwarzanie do gęstych chmur punktów, tworzenie teksturowanych modeli wielokątnych, prawdziwej ortomozaiki georeferencyjnej oraz DSM/DTM.
W dalszej części artykułu omówimy proces filtracji chmury punktów w Agisoft Metashape, niezbędny do uzyskania precyzyjnych i wiarygodnych rezultatów w fotogrametrii.
Szkolenia z Fotogrametrii i Agisoft Metashape
Organizujemy i przeprowadzamy szkolenia na terenie Polski, kierowane do instytucji państwowych, osób prywatnych i firm. Program zajęć dostosowany jest do wymagań i specyfikacji danej branży, m.in.: geodezji, budownictwa, archeologii, ochrony środowiska, leśnictwa.
Kurs obejmuje zagadnienia związane z przygotowaniem i wykonywaniem misji fotogrametrycznych przy użyciu dronów w celu uzyskania wysokiej jakości ortofotomap i numerycznych modeli terenu. Na szkoleniu używane są drony firmy DJI oraz specjalistyczne oprogramowanie do planowania, realizacji i przetwarzania danych z nalotów fotogrametrycznych m.in. Quantum GIS, C-GEO, AutoCAD, DroneDeploy, DJI Pilot oraz Agisoft.
Szkolenie jest dostosowywane indywidualnie do potrzeb klienta w zakresie wykorzystywania produktów takich jak gęste chmury punktów, numeryczne modele pokrycia terenów, ortofotomapy oraz ich konkretnych zastosowań w danej branży. Przeprowadzamy kursy podstawowe oraz zaawansowane trwające od 2 do 3 dni w zależności od ilości zagadnień i potrzeb klienta. Szkolenia organizowane są w salach warsztatowych na terenie Krakowa lub prowadzone w siedzibie klienta po wcześniejszym ustaleniu szczegółów.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Podczas kursów wykorzystywany jest dron DJI Phantom 4 Pro wraz z oprogramowaniem do planowania misji: DroneDeploy, Pix4DCapture, PrecisionFlight. W trakcie zajęć stosowane są techniki pomiaru fotopunktów przy użyciu zestawu GPS RTK, Total Station, oprogramowanie do przetwarzania zdjęć cyfrowych: Agisoft Metashape Professional oraz QGIS i CAD. Uczestnicy otrzymują także dostęp do skryptów do ćwiczeń i innych materiałów szkoleniowych.
Zastosowanie Agisoft Metashape w Dokumentacji Miejsc Zdarzeń
Dokumentacja zdarzeń drogowych, lotniczych czy kolejowych obejmujących swym zasięgiem duży, zróżnicowany obszar, na którym znajduje się mnóstwo istotnych śladów wymaga zastosowania odpowiedniej techniki pomiarowej, która zagwarantuje możliwie szybkie, precyzyjne i pełne cyfrowe zabezpieczenie miejsca zdarzenia z dbałością o najmniejsze detale.
W tej sytuacji stosowana jest integracja danych z różnych urządzeń w taki sposób aby stanowiły one wspólną bazę wyjściową do dalszych prac i analiz wyjaśniających okoliczności i przyczyny zdarzenia.
Test odbył się na terenie Centrum Szkoleniowego Policji w Legionowie, na którym zostało przygotowane symulowane miejsce zdarzenia lotniczego upadku śmigłowca Mi-2 na terenie zalesionym, co zwiększa poziom trudności w podejściu do tego zagadnienia. Na miejscu zaaranżowano takie ślady i obiekty jak śmigłowiec leżący na lewym boku, trzy manekiny (denaci), elementy odzieży, silnik GTD oraz śmigła.
Kluczowym zagadnieniem było przyjęcie wspólnego układu odniesienia SLO1/SLO2/SPO dla wszystkich danych, które zebrano podczas testowania różnych technik mierniczych. Wyznaczenie układu opierało się na zmierzeniu trzech punktów definiujących naroże tego budynku.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Fotogrametria Jednoobrazowa i Program CYBID Photorect
Następnym zadaniem było przygotowanie obszaru pod realizację fotogrametrii jednoobrazowej, która wykorzystywana jest w programie CYBID Photorect do wykonania przekształcenia perspektywicznego obrazu cyfrowego do podkładu metrycznego. Nowa funkcjonalność oprogramowania Photorect umożliwia automatyczne rozpoznawanie znaczników w postaci pierścieni kodowych, które umieszczane są w otoczeniu obszaru podlegającemu przekształceniu na zdjęciu cyfrowym.
Program rozpoznaje identyfikator markerów i wraz z dołączonym plikiem eSURV zawierającym pomierzone współrzędne 3D tych punktów, wstawia długości referencyjne dla sieci punktów, dokonując tym samym przekształcenia zdjęcia do rzutu ortometrycznego czyli zdjęcie zostaje wygenerowane w taki sposób jakby oś aparatu była skierowana prostopadle do obszaru fotografowanego. Dodatkowo program został rozbudowany o narzędzia do korekcji jakości zdjęć wraz z filtracją niewyraźnych obszarów na obrazie.
Aby poprawnie dokonać transformacji zdjęć, dla każdego obiektu rozłożyliśmy minimum 4 punkty, przy czym każdy marker musi mieć połączenie z co najmniej trzema innymi znacznikami. W ten sposób zabezpieczyliśmy dwa rodzaje śladów: na powierzchni śmigłowca oraz denata znajdującego się kilka metrów od śmigłowca.
Planowanie Sieci Fotogrametrycznej i Wykorzystanie Fotopunktów
Po zakończeniu rozmieszczania znaczników pierścieniowych przystąpiliśmy do planowania sieci fotogrametrycznej dla realizacji lotu dronem nad obszarem miejsca zdarzenia. Jako fotopunkt przyjęty został wzór szachownicy o wymiarze 15×15 cm, który zastabilizowany na powierzchni terenu jest łatwo rozpoznawalny na obrazie cyfrowym, tym samym wpływając na większą precyzję pomiaru tych punktów podczas przetwarzania danych w programie Agisoft MetaShape Professional.
Fotopunkty pomierzone tachimetrem w przyjętym układzie odniesienia pozwalają na wygenerowanie chmury punktów lub ortofotomapy w układzie SLO1/SLO2/SPO. Ortofotomapa jest tworzona wraz z plikiem tekstowym, który zawiera wszelkie informacje o lokalizacji oraz rozmiarze obrazu aby zachować jego metryczność i proporcje po imporcie do programu.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Łącznie rozmieściliśmy dziewięć punktów na obszarze o powierzchni 1400 m2. Dla ułatwienia identyfikacji markerów użyliśmy różowego spraya oznaczając bezpośrednią okolicę markerów przez wrysowanie linii wokół znacznika.
Dokumentacja Miejsca Zdarzenia z Wykorzystaniem Różnych Technologii
Ostatnim etapem przygotowania dokumentacji miejsca zdarzenia było umiejscowienie dodatkowych markerów do skanowania ręcznego oraz skanowania laserowego 3D. W pierwszym przypadku markery w postaci AprilTag mają za zadanie zwiększenie wydajności optymalizacji chmury punktów oraz ułatwienie ponownego skanowania w miejscu, w którym pomiar został zakończony. Natomiast skaning laserowy wykorzystuje markery szachownicowe do rejestracji skanów z różnych stanowisk do jednego wspólnego układu odniesienia oraz umożliwia wykonanie transformacji chmury z układu urządzenia do układu przyjętego przez operatora na miejscu zdarzenia.
Posiadając rozmieszczone kodowe znaczniki pierścieniowe, szachownice zarówno do fotogrametrii realizowanej z drona jak i do rejestracji i transformacji skanów oraz markery AprilTag do optymalizacji danych ze skanera ręcznego mogliśmy rozpocząć pomiar współrzędnych tych znaczników oraz dostępnych śladów przy wykorzystaniu systemu eSURV.
Pomiar Systemem eSURV
Pomiar systemem eSURV stanowił podstawowy, wyjściowy pokład pod integrację wszystkich danych zebranych innymi technikami pomiarowymi. Zaimportowany plik do programu CrimeSIM zawierał informacje o lokalizacji wszelkich markerów fotogrametrycznych oraz określał położenie śmigłowca wraz z śladami znajdującymi się na symulowanym miejscu zdarzenia.
Mimo, że pomiar tachimetryczny realizowany jest z dokładnością nawet do 1 mm to ze względu na pomiar pojedynczych punktów jest to reprezentacja danych w dużym stopniu zgeneralizowana tj. pojedynczy obiekt opisany jest przez kilka lub kilkanaście punktów a nie jak to ma miejsce w skaningu laserowy przez tysiące lub nawet miliony punktów. Jednakże jest to nadal niezawodna technika dokumentacji zdarzeń ze względu na szybkość pomiaru oraz pełną kontrolę nad rejestracją danych czyli operator w pełni decyduje o tym w jaki sposób i co w danej chwili jest mierzone.
Równolegle podczas pracy na systemie eSURV, nasz ekspert od programu Photorect prowadził dokumentację fotograficzną śladów do wykonania testu zaimplementowanych nowych rozwiązań, które w najbliższym czasie zostaną oficjalnie wdrożone do sprzedaży. Po zaimportowaniu zdjęcia do programu oraz danych z tachimetru rozpoczęliśmy automatyczną identyfikację punktów przypisując im współrzędne, na bazie których algorytm wyznacza precyzyjnie długości referencyjne uwzględniane podczas procesu przekształcenia zdjęcia.
Wykorzystanie Drona w Dokumentacji Miejsca Zdarzenia
Tak samo jak przy każdej technice pomiarowej również i tutaj operator musi wykonać analizę terenu pod względem występowania przeszkód w postaci obiektów pionowych, określenie miejsce startu i lądowiska dla wielowirnikowca oraz dostępność przestrzeni powietrznej do wykonania rejestracji zdjęć miejsca zdarzenia.
Planowanie misji fotogrametycznej jest w pełni uzależnione od warunków terenowych panujących na miejscu realizacji zadania oraz wymagań w stosunku do wynikowej ortofotomapy a tym samym jej rozdzielczości terenowej. Ważne jest aby podczas planowania misji uwzględnić pokrycie między szeregami zdjęć min. 40% a pomiędzy obrazami w linii nie mniej niż 70%. To zagwarantuje nam pełne odtworzenie 3D obszaru objętego zasięgiem nalotu.
W przypadku naszego testu zdecydowaliśmy się na przyjęcie 85% pokrycia pomiędzy obrazami zarówno w szeregu jak i w linii nalotu. Wybór ten był oparty o decyzję realizacji misji 3D czyli podwójny lot zdefiniowany przez siatkę, ponieważ testom poddano również analizę jakości chmury punktów uzyskanej ze zdjęć cyfrowych jako podkład do wykonania analizy miejsca zdarzenia lotniczego. Dron realizował zadanie z wysokości 30 metrów względem powierzchni ziemi, a ukończył je w ciągu 12 minut.
W efekcie przetwarzania danych w programie Agisoft MetaShape Standard otrzymaliśmy gęstą chmurę punktów, która jest etapem przejściowym generowania ortofotomapy. Chmura jest w pełni metryczna, z naturalnym nasyceniem barw RGB, dzięki czemu obiekty 3D są bardzo zbliżone kolorystycznie do ich odpowiedników w rzeczywistości. Jednak zauważalny jest problem zaszumienia zbioru danych przez punkty będące efektem odtworzenia położenia liści i drzew w 3D, co zakłóca czytelność informacji na chmurze.
Chmura punktów jest przekształcana do postaci wektorowej jako siatka mesh, która jest w pewnym stopniu generalizacją gęstego zbioru danych. W dużym uproszczeniu taki podkład służy pod rzutowanie treści zdjęcia na siatkę 3D a w efekcie wygenerowania rzutu 2D jako ortofotomapy miejsca zdarzenia.
Filtracja Chmury Punktów w Agisoft Metashape
Ulepszona opcja filtrowania podczas gęstego dopasowywania stereo pomaga zredukować szum na końcowej powierzchni. Dzięki temu możliwe jest zachowanie cienkich struktur w scenie.
Agisoft Metashape jest wzbogacony o techniki uczenia maszynowego. Takie podejście umożliwia odpowiednią interpretację zeskanowanych danych. Funkcja klasyfikacji semantycznej automatycznie grupuje punkty fotogrametryczne do klas ziemi, roślinności, budynków, dróg i samochodów.
Algorytmy w oprogramowaniu TerraScan są dedykowane w zasadzie bezpośrednio do fotogrametrycznego przetwarzania chmury punktów. W takich przypadkach bardzo pomocne są rozwiązania oparte na algorytmie TerraScan Fit to Reference, wpasowujące chmury punktów DIM w oparciu o obszary, które nie podlegają zmianom (np. połacie dachowe), w celu wykrywania i obliczanie postępujących zmian objętości obiektów.
Agisoft Metashape: Funkcje i Możliwości
- Zaawansowane możliwości edycji modeli dla precyzyjnych rezultatów.
- Eksport plików .LAS umożliwia skorzystanie z klasycznych metod edycji chmury punktów.
- Metashape pozwala na procesowanie w grupach, dzięki czemu możesz zautomatyzować powtarzające się czynności.
- Szybkie opracowanie wyników na bazie wybranego spektrum.
- Procesowanie danych z wielu kamer dla artystycznych projektów kinematograficznych, gier komputerowych, etc.
- Agisoft Metashape ma możliwość przetworzenia ponad 50 000+ zdjęć poprzez lokalny klaster.
- Agisoft Metashape jest zoptymalizowanym narzędziem pod względem wielordzeniowych procesorów i systemów wieloprocesorowych.
Licencje Agisoft Metashape
Istnieje wiele wariantów licencji Agisoft Metashape - w tym licencje jedno- i wielostanowiskowe, licencje edukacyjne, oraz licencje na różne liczby stanowisk. Zapraszamy do kontaktu w celu ustalenia jaka licencja będzie dla Państwa najbardziej odpowiednia.
Wykorzystanie Agisoft Metashape w Różnych Branżach
Agisoft Metashape Professional to świetne narzędzie do przetwarzania obrazowania lotniczego. Z dużym powodzeniem Metashape Professional jest wykorzystywany do modelowania elewacji i wnętrza historycznych budynków. Po otrzymaniu ortorektyfikowanych zdjęć takich obiektów, mogą być one użyte do tworzenia wirtualnych wycieczek lub służyć jako makiety ilustrujące muzealne wystawy.
Wysoce dokładne modele geometryczne tworzone przez Metashape pozwalają na dokładne pomiary objętości zarówno wykopalisk jak i zwałowisk. Korzystając ze zdjęć lotniczych wykonywanych w odstępach czasu, można kontrolować zmiany objętości, erozję gleby czy cofanie się lodowców.
Dzięki obsłudze obrazowania panchromatycznego, wielospektralnego i termalnego, Metashape Professional przydaje się w projektach uwzględniających dane z niestandardowych źródeł np. zmiany roślinności, analiza gleby, pożary czy badania nocne. Archeologia coraz bardziej polega na metodach fotogrametrycznych, zarówno w przypadku modelowania artefaktów jak i mapowania wykopalisk.
Ze względu na wyjątkowy poziom szczegółowości i fotorealizm, Metashape Professional spełnia wysokie wymagania branży animacyjnej i jest wykorzystywany przy produkcji gier oraz filmów.
Alternatywne Oprogramowanie do Fotogrametrii
Oprócz Agisoft Metashape, istnieje wiele innych programów do fotogrametrii, które oferują różne funkcje i możliwości. Niektóre z nich to:
- Autodesk ReCap
- RealityCapture
- 3DF Zephyr
- Bentley iTwin Capture Modeler
- Simactive Correlator3D
- DroneDeploy
- PhotoModeler
- WebODM
- Pix4Dmapper
- Socet GXP
Teledetekcja i LIDAR w Geodezji
Teledetekcja, jako interdyscyplinarna dziedzina nauki i technologii, umożliwia pozyskiwanie informacji o obiektach oraz zjawiskach zachodzących na Ziemi bez fizycznego kontaktu z terenem, co stanowi fundament nowoczesnej geodezji. Podstawowym mechanizmem działania jest rejestracja promieniowania elektromagnetycznego odbitego lub emitowanego przez badane powierzchnie, z następową analizą spektralną i geometryczną, co przekłada się na możliwość ekstrakcji szczegółowych danych o pokryciu terenu, strukturze geologicznej czy stanie wegetacji.
LIDAR (Light Detection and Ranging) opiera się na emisji krótkich impulsów laserowych i pomiarze czasu przejścia odbitego sygnału, co pozwala na precyzyjne odzwierciedlenie kształtu terenu oraz obiektów nad nią - drzew, budynków czy elementów infrastruktury. W geodezji dominują trzy kategorie skanerów: naziemne (TLS - Terrestrial Laser Scanning), lotnicze montowane na samolotach czy helikopterach (ALS - Airborne Laser Scanning) oraz dronowe (ULS - UAS Laser Scanning), z których każdy znajduje zastosowanie w inwentaryzacjach o różnej skali i precyzji.
Integracja teledetekcji i LIDAR w codziennej pracy geodetów umożliwia realizację zadań, które kiedyś wymagały znacznie więcej czasu, osób i zasobów.
Wyzwania i Ograniczenia Teledetekcji i LIDAR
Stosowanie teledetekcji i LIDAR-u przynosi geodetom liczne korzyści, ale obie technologie niosą ze sobą również wyzwania, które należy świadomie uwzględnić już na etapie planowania projektu. Do kluczowych zalet zaliczyć można: znaczne przyspieszenie pozyskiwania danych, możliwość pracy w trudno dostępnych albo niebezpiecznych miejscach bez ryzyka dla personelu, oraz wysoki poziom automatyzacji przetwarzania przy wykorzystaniu algorytmów uczenia maszynowego.
Z drugiej strony, ograniczenia tych metod wiążą się z: wysokimi kosztami zakupu i utrzymania sensorów, koniecznością posiadania zaawansowanego oprogramowania oraz licencji na moduły analityczne, a także potrzebą szkoleń specjalistycznych dla operatorów i analityków. Dodatkowo, jakość danych teledetekcyjnych jest silnie zależna od warunków atmosferycznych - zachmurzenie i opady mogą całkowicie uniemożliwić wykonanie pomiaru satelitarnego lub lotniczego, natomiast gęsta roślinność i przeszkody terenowe wpływają negatywnie na zasięg i dokładność sygnału LIDAR.
Przepisy i Standardy Jakości Danych Teledetekcyjnych i LIDAR
Dla każdej firmy geodezyjnej kluczowe jest przestrzeganie obowiązujących przepisów Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii (GUGiK), które określają standardy jakości danych teledetekcyjnych i LIDAR. Zgodnie z wytycznymi GUGiK z 2025 r., każdy operat oparty na danych satelitarnych lub lotniczych musi być poprzedzony dokumentacją źródłową potwierdzającą kalibrację sensorów oraz procedury kontroli jakości, opisujące tolerancje błędów geometrycznych i radiometrycznych.
tags: #agisoft #Metashape #filtracja #chmury #punktów
