Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Teledetekcja i fotogrametria I
Tok studiów:
2016/2017
Kod:
DGK-1-503-s
Wydział:
Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Geodezja i Kartografia
Semestr:
5
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Pyka Krystian (krisfoto@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Marmol Urszula (entice@agh.edu.pl)
dr inż. Rzonca Antoni (arz@agh.edu.pl)
dr inż. Borowiec Natalia (nboro@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Moduł obejmuje podstawy wiedzy z zakresu współczesnej fotogrametrii i teledetekcji. Dostarcza wiedzy i umiejętności umożliwiających wykonywanie najważniejszych produktów tych dziedzin.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Posiada wiedzę na temat rekonstrukcji wiązki promieni rzutujących w kamerze fotograficznej i jej orientacji w przestrzeni, zna i rozumie zasady geometrycznej rekonstrukcji przestrzeni na podstawie zdjęć fotogrametrycznych GK1A_W08, GK1A_W03, GK1A_W11, GK1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Egzamin
M_W002 Posiada wiedzę na temat wybranych metod ekstrakcji tematycznej z obrazów wielospektralnych GK1A_W16, GK1A_W08, GK1A_W03, GK1A_W11, GK1A_W13, GK1A_W14 Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Egzamin
M_W003 Posiada wiedzę na temat zasad projektowania i wykonywania najważniejszych pomiarów fotogrametrycznych GK1A_W09, GK1A_W10, GK1A_W05, GK1A_W06, GK1A_W03, GK1A_W04, GK1A_W11, GK1A_W12, GK1A_W13, GK1A_W14 Wykonanie ćwiczeń,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Egzamin
M_W004 Posiada wiedzę na temat tworzenia, zapisu i głównych cech charakterystycznych obrazu w najważniejszych sensorach wykorzystywanych w fotogrametrii i teledetekcji GK1A_W10, GK1A_W16, GK1A_W08, GK1A_W03, GK1A_W11, GK1A_W02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W005 Posiada wiedzę na temat zasad i metod tworzenia podstawowych produktów fotogrametrii GK1A_W16, GK1A_W05, GK1A_W06, GK1A_W04, GK1A_W11, GK1A_W12, GK1A_W13, GK1A_W14 Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Egzamin
Umiejętności
M_U001 Posiada umiejętności wykonania prostych pomiarów na podstawie zdjęć naziemnych GK1A_U15, GK1A_U16, GK1A_U09, GK1A_U06, GK1A_U20, GK1A_U10 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Posiada umiejętność interpretacji treści i przetwarzania obrazów satelitarnych w podstawowym zakresie GK1A_U15, GK1A_U16, GK1A_U14, GK1A_U13 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Posiada umiejętność stosowania wybranych metod ekstrakcji informacji z obrazów wielospektralnych GK1A_U15, GK1A_U19, GK1A_U14, GK1A_U07, GK1A_U13 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U004 Posiada umiejętność pozyskiwania danych do najważniejszych produktów stereofotogrametrii lotniczej: mapy wektorowej i NMT GK1A_U04, GK1A_U15, GK1A_U16, GK1A_U11, GK1A_U08, GK1A_U14, GK1A_U07, GK1A_U13 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z zakresu fotogrametrii i teledetekcji GK1A_K01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Posiada wiedzę na temat rekonstrukcji wiązki promieni rzutujących w kamerze fotograficznej i jej orientacji w przestrzeni, zna i rozumie zasady geometrycznej rekonstrukcji przestrzeni na podstawie zdjęć fotogrametrycznych + - + - - - - - - - -
M_W002 Posiada wiedzę na temat wybranych metod ekstrakcji tematycznej z obrazów wielospektralnych + - + - - - - - - - -
M_W003 Posiada wiedzę na temat zasad projektowania i wykonywania najważniejszych pomiarów fotogrametrycznych + - + - - - - - - - -
M_W004 Posiada wiedzę na temat tworzenia, zapisu i głównych cech charakterystycznych obrazu w najważniejszych sensorach wykorzystywanych w fotogrametrii i teledetekcji + - + - - - - - - - -
M_W005 Posiada wiedzę na temat zasad i metod tworzenia podstawowych produktów fotogrametrii + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Posiada umiejętności wykonania prostych pomiarów na podstawie zdjęć naziemnych - - + - - - - - - - -
M_U002 Posiada umiejętność interpretacji treści i przetwarzania obrazów satelitarnych w podstawowym zakresie - - + - - - - - - - -
M_U003 Posiada umiejętność stosowania wybranych metod ekstrakcji informacji z obrazów wielospektralnych - - + - - - - - - - -
M_U004 Posiada umiejętność pozyskiwania danych do najważniejszych produktów stereofotogrametrii lotniczej: mapy wektorowej i NMT - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z zakresu fotogrametrii i teledetekcji + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Fotogrametria

    1. Wprowadzenie, podstawy fotografii, fotogrametria 2D, zniekształcenia zdjęcia lotniczego
    Definicje fotogrametrii i teledetekcji, podział, historia rozwoju, pola zastosowań. Fotografia: formowanie obrazu przez obiektyw, budowa aparatu, parametry ekspozycji, głębia ostrości.
    Rzut środkowy. Potencjał kartometryczny zdjęcia. Przekształcenie rzutowe 2D. Rodzaje zdjęć lotniczych wg. kąta nachylenia. Zniekształcenia zdjęcia lotniczego z tytułu nachylenie zdjęcia i zróżnicowania wysokościowego terenu. Wykorzystanie fotogrametrii 2D.
    2. Projektowanie i wykonywanie fotogrametrycznych zdjęć lotniczych
    Blok zdjęć fotogrametrycznych. Pokrycie podłużne, poprzeczne, obszar modelu. Zasady projektowania bloków regularnych: warunki początkowe, obliczanie liczby zdjęć w szeregu i liczby szeregów. Kamery pomiarowe stosowane w fotogrametrii lotniczej. Rekomendacje w zakresie stosowanie obiektywów o różnym kącie rozwarcia. Kompensacja rozmazu. Fotogrametryczne statki powietrzne. Uproszczona analiza dokładności opracowania stereo-fotogrametrycznego
    3. Stereoskopia, obraz cyfrowy
    Stereoskopia naturalna, paralaksa fizjologiczna. Sztuczny efekt stereoskopowy, metody obserwacji stereo, warunek obserwacji zdjęć – punkty i linie epipolarne, pojęcie znaczka pomiarowego.
    Obraz cyfrowy: rozdzielczość geometryczna i radiometryczna, model barw RGB, histogram obrazu.
    4. Elementy orientacji zewnętrznej zdjęcia, orientacja wzajemna i bezwzględna modelu fotogrametrycznego
    Układ współrzędnych zdjęcia i kamery. Elementy orientacji zewnętrznej zdjęcia (EO).
    Istota orientacji wzajemnej (RO), strategie orientacji wzajemnej zdjęć prawie pionowych, związki analityczne.
    Istota orientacji bezwzględnej modelu (AO), związki analityczne.
    5. Aerotriangulacja, osnowa fotogrametryczna
    Podstawy aerotriangulacji metodą niezależnych wiązek. Równanie kolinearności. Ogólny zapis równań obserwacyjnych. Uwzględnianie w aero pomiarów EOZ w locie. Przykład małego bloku – statystyka nadliczbowości.
    Polowa osnowa fotogrametryczna, przykłady sygnalizacji fotopunktów.
    Fotogrametryczne wcięcie w przód – związki analityczne.
    6. Kalibracja kamery. Ortorektyfikacja, problem NMT/NMPT
    Fizyczna realizacja rzutu środkowego. Dystorsja obiektywu. Elementy orientacji wewnętrznej (IO). Metody kalibracji kamer. Kamery pomiarowe vs niemetryczne.
    Istota ortorektyfikacji, związki analityczne, ortoobraz, powtórne próbkowanie, dane do ortorektyfikacji. Pojęcie numerycznego modelu terenu i pokrycia terenu. Skutki stosowania NMT/NMPT w ortorektyfikacji – zwykła i prawdziwa ortofotomapa. Ortomozaika vs ortofotomapa.

  2. Teledetekcja

    7. Podstawy teledetekcji
    Promieniowanie elektromagnetyczne, okna atmosferyczne, obraz wielospektralny, kompozycje spektralne, krzywa spektralna, wskaźnik wegetacji, zakres i rozdzielczość spektralna, rozdzielczość radiometryczna. Wstęp do obrazowania satelitarnego, system Landsat i Sentinel 2.
    Klasyfikacja obrazów wielospektralnych, przebieg klasyfikacji nadzorowanej.
    8. Korekcja radiometryczna, systemy obrazowania satelitarnego
    Charakterystyka satelitarnych systemów obrazujących średnio i wysokorozdzielczych (zakres optyczny).
    Istota obrazowania radarowego, interferometria radarowa, przegląd systemów.
    Teledetekcyjny monitoring środowiska. Misja Sentinel,

Ćwiczenia laboratoryjne:
  1. Fotogrametria

    1. Podstawy fotografii
    Fotografia, budowa aparatu, kamery fotogrametryczne, wykonanie zdjęć przy różnych parametrach ekspozycji, badanie czynników wpływających na głębię ostrości zdjęcia.
    2. Wprowadzenie do fotogrametrii lotniczej
    Obliczanie przesunięć radialnych zdjęcia lotniczego. Projekt lotu fotogrametrycznego – określenie zasięgu lotu, obliczenie liczby zdjęć w szeregu i liczby szeregów, optymalizacja.
    3. Metody i produkty opracowania zdjęć lotniczych
    Test widzenia stereoskopowego. Orientacja wzajemna i bezwzględna modelu na stacji fotogrametrycznej. Pomiar 3D i opracowanie NMT. Fotogrametryczne opracowanie elementów mapy zasadniczej na podstawie modelu zdjęć lotniczych. Ortorektyfikacja zdjęcia lotniczego.
    4. Kalibracja kamery i opracowanie modelu małego obiektu
    Wykonanie serii zdjęć wzorca szachownicowego, obliczenie elementów orientacji wewnętrznej w tym dystorsji.
    Wykonanie szeregowych zdjęć makiety terenu. Wyrównanie bloku, generowanie gęstej chmury punków, opracowanie ortomozaiki.
    5. Fotogrametryczne wcięcie w przód
    Pomiar wybranych punktów na zdjęciach makiety (IO, EO zdjęć wyznaczone we wcześniejszym ćwiczeniu). Obliczenie współrzędnych 3D na podstawie 2. stereogramów o bazie podłużnej i z 1. poprzecznego. Analiza dokładności.

  2. Teledetekcja

    6. Proste operacje na kanałach spektralnych
    Wyświetlanie kanałów spektralnych dostarczonego obrazu wielospektralnego mapowaniem do zakresu 8 bitowego, dobór kanałów do kompozycji RGB, pomiar jasności piksela. Opracowanie znormalizowanego wskaźnika wegetacji, interpretacja wyniku.
    7. Klasyfikacja pokrycia terenu na podstawie obrazu wielospektralnego metodą nadzorowaną
    Indywidualny wybór fragmentu sceny Sentinel 2 o pow. ok. 250 km2.
    Przygotowanie obrazu do klasyfikacji. Wybór pól treningowych dla wskazanych form pokrycia terenu. Wykonanie klasyfikacji różnymi algorytmami. Analiza wyników.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 170 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 3 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 45 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 45 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 2 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa jest średnią wagowaną ocen z egzaminu i z ćwiczeń. Wagi dla obu ocen cząstkowych są takie same i wynoszą 0,5. Ocena z egzaminu oraz ocena z ćwiczeń uwzględniają przez wagowanie termin uzyskania tych ocen.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

• Wskazana znajomość podstaw geometrii wykreślnej
• Wskazana znajomość postaw algebry liniowej (operacje na wektorach i macierzach)
• Wskazana znajomość podstaw optyki i fizyki

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Kurczyński Z., Fotogrametria, PWN, 2014
Bernasik J., Mikrut S.: „Fotogrametria inżynieryjna” http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/obliczenia_inzynierskie/a_fotogrametria_inz/index.pdf
Wykłady i konspekty do ćwiczeń: http://fotogrametria.agh.edu.pl/wiki/bin/view/Dydaktyka

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Tokarczyk R., Stanios I.,”Kalibracja cyfrowego aparatu fotograficznego z wykorzystaniem darmowej wersji programu Aerosys”, Przegląd Geodezyjny Nr 6, str. 7-11, 2004.
Tokarczyk R., Huppert M., „Automatyczna detekcja i pomiar markerów w fotogrametrycznym systemie do trójwymiarowego pozycjonowania ciała dla celów rehabilitacji leczniczej”, Zeszyty Naukowe AGH, Półrocznik Geodezja, Tom 12, Zeszyt 2/1, 2006.
Tokarczyk R., Koprowski R., Wróbel Z., „Zastosowanie metod analizy obrazów w trójwymiarowym pozycjonowaniu ciała pacjenta”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.16, 2006.
Tokarczyk R., Pirowski T., „Badanie przestrzeni barwnej cyfrowego aparatu fotograficznego na przykładzie Minolty Dynax 5D”, Zeszyty Naukowe AGH, Półrocznik Geodezja, Tom 12, Zeszyt 2/1, 2006.
Praca zbiorowa pod redakcją Reginy Tokarczyk, „Automatyzacja pomiaru na obrazach cyfrowych w fotogrametrycznym systemie pomiarowym do badania wad postawy”, Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2007.
Tokarczyk R., Kolecki J., „Automatyczne identyfikacja punktów pola testowego AGH z wykorzystaniem pakietu Matlab”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.17, 2007.
Tokarczyk R., Kwoczyńska B., Ujma M., „Przegląd i charakterystyka wybranego darmowego oprogramowania fotogrametrycznego do celów dydaktycznych”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.20, 2010
Spytkowska A., M Guzik M., Myszka P., Pyka K., “Potencjał ortofoto”, Geodeta: magazyn geoinformacyjny, czerwiec 2015
Jachimski J.,Mierzwa W.,Mularz St., Pyka K., Cyfrowa fotogrametria i teledetekcja w Polsce, Geoinformatica Polonica, zeszyt 1, s. 11:36, 1999
Pyka K., Wprowadzenie do fotointerpretacji zdjęć z przykładami, rozdział w książce Zdjęcia lotnicze – Atlas fotointerpretacyjny, praca zbiorowa pod redakcją Jacka Kozaka i Krystiana Pyki, Wyd. MGGP Aero, s. 7-23, 2011
Dworak Z.T., Hejmanowska B., Pyka K., Problemy teledetekcyjnego monitoringu środowiska, tom II, Teledetekcja wód i powierzchni ziemi, UWND AGH Kraków, s. 1-186, 2011 (monografia)

Informacje dodatkowe:

Zaliczenie:
Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczenia zajęć. Z prawa tego może skorzystać student, który uczestniczył w zajęciach obowiązkowych, tj. opuścił nie więcej niż zapisana w regulaminie studiów ilość zajęć bez usprawiedliwienia. Prowadzący zajęcia ustala terminy i zasady zaliczeń w terminach poprawkowych.

Egzamin:
Obecność na wykładach nie jest obowiązkowa i nie warunkuje dopuszczenia do egzaminu. Student może przystąpić do egzaminu pod warunkiem posiadania zaliczenia z zajęć laboratoryjnych .

Sposób i tryb wyrównywania zaległości:
Ze względu na zróżnicowanie przypadków jest przedstawiony studentom na pierwszych zajęciach danej formy zajęć. Dla zajęć prowadzonych w laboratorium na materiałach i narzędziami dostępnymi tylko na uczelni dopuszcza się odrabianie zajęć usprawiedliwionych na zajęciach innych grup lub w czasie, w którym w laboratorium nie ma planowych zajęć.