Makalah ini menjelaskan perkembangan metode koreksi geometrik citra dari satelit EROS A1. Metode koreksi didasarkan pada model orbit/ketinggian yang tepat. Hasil dari percobaan terhadap metode mendemonstrasikan kemungkinan ortorektifikasi scene EROS A1 sampai ketelitian sub piksel. Metode tersebut sekarang digunakan dalam produksi standar citra EROS A1 teroktorektifikasi di fasilitas produksi Metria.
1. Pendahuluan
Satelit EROS A1 diluncurkan dengan sukses pada tanggal 5 Desember 2000, dan merupakan seri pertama dari 6 satelit pencitraan beresolusi tinggi yang diluncurkan oleh ImageSat International. Satelit A1 menghasilkan citra beresolusi 1,8 m dalam model standar, sementara satelit-satelit B1-B5 akan menghasilkan citra dengan resolusi 1 m. Satelit A1 juga bisa meroperasi dalam model over-sampling khusus.
EROS A1 diluncurkan ke orbit polar yang sun-synchronous pada ketinggian 480 km. Data yang diperoleh dikirim ke jaringan global stasiun penerima. Kecepatan pengiriman data adalah 70 Mbit/detik dalam frekuensi X-band. Stasiun penerima memperoleh, menyimpan, dan memproses data, dan membuat scene sistem terkoreksi, metadata yang dapat diperoleh melalui infrastruktur ImageNet.
Perusahaan Swedia, Spacemetric AB telah mengembangkan model perekaman fisik untuk EROS A1 sehingga bisa digunakan dalam proses ortorektifikasi citra EROS A1. Model ini telah diwujudkan dalam sistem produksi citra di Metria, Kiruna, yang sejak bulan September 2001 sudah mampu mengkoreksi EROS A1 sampai ketelitian sub piksel untuk citra EROS A1 yang standar.
2. KAMERA EROS A1
Kamera NA30 pada satelit EROS A1 merupakan penyiam push-broom dengan dua susunan CCD, termasuk detektor yang berjumlah lebih dari 7000 pada fokus pesawat. Detektor tersebut peka pada range spektral 0,5 – 0,9 mikron dan dicoba dengan penjumlahan kedalaman 11 bit.
Kamera secara rigid menempel ke satelit, sehingga pembidikan kamera dilakukan menggunakan sistem kontrol pergerakan untuk menggerakkan seluruh satelit. Sensor menyiam secara asynchronous, sehingga memungkinkan satelit untuk bergerak lebih cepat daripada pada saat perekaman. Satelit bergerak dengan kecepatan terbalik yang konstan, untuk memperoleh perekaman pada kecepatan yang lebih rendah, memungkinkan detektor untuk diam lebih lama melewati setiap daerah. Dengan cara ini sensor akan bisa memperoleh lebih banyak cahaya, dan meningkatkan ketajaman, serta perbandingan signal-to-noise.
Satelit bisa berubah 45 derajat dalam setiap arah pada orbitnya, menyediakan kemampuan untuk merekam daerah yang berbeda dalam lintasan yang sama. Kemampuan kamera untuk membidik dan merekam juga memungkinkan perekaman secara stereo pada orbit yang sama.
Karakteristik satelit dan kamera untuk perekaman dengan model standar ditunjukkan dalam tabel Parameter Sistem EROS berikut :
3. MODEL GEOMETRIK
EROS A1 bisa diperoleh dalam dua format, yaitu format iA yang merupakan data mentah, dan format iB yang merupakan data terkoreksi. Model yang akan dikembangkan hanya format 1A, sebab memungkinkan untuk menghubungkan posisi piksel ke bidang fokus kamera.
Model geometrik yang dipilih untuk pemodelan scene EROS A1 bisa dibagi menjadi beberapa bagian yang berbeda. Orientasi bagian luar termasuk model orbit satelit dan model variasi ketinggian. Orientasi bagian dalam termasuk model scan instrument. Model ini telah diaplikasikan dengan sukses terhadap beberapa sensor satelit yang berbeda. ([1], [2], [3], [4])
a. Model Orbit Satelit
Model satelit didasarkan pada 6 parameter Keppler, yang secara bersama-sama dengan komponen wilayah tingkat dua yang konstan pada potensial gravitasi bumi, mampu menjelaskan pergerakan satelit dengan ketelitian yang cukup tinggi untuk persyaratan koreksi EROS A1.
a sumbu semi mayor
e eksentrisitas
i inklinasi
? = ?0 +d?/dt * t
? = ?0 +d?/dt * t argument of perigee
M = M0 +dM/dt * t anomali rata-rata
b. Model Ketinggian
Pengukuran ketinggian dari pesawat diperoleh dalam bentuk polinom piece-wise tingkat tiga untuk roll, pitch, dan yaw. Koreksi tambahan terhadap sudut ketinggian dimodelkan dengan polinomial tingkat dua, yatu :
Roll = roll terukur(t) + a0 + a1 * t + a2 * t2
Pitch = pitch terukur(t) + b0 + b1 * t + b2 * t2
Yaw = yaw terukur(t) + c0 + c1 * t + c2 * t2
Dimana koefisian ai, bi, dan ci harus ditentukan terlebih dahulu. Ini dianggap bahwa polinomial tingkat dua akan sesuai untuk pemodelan error ketinggian dalam interval waktu he pada scene lengkap.
c. Model scan Push-broom
Model scan dasar merupakan vektor line-of-sight dari detektor pada fokus pesawat melalui pusat optis pada teleskop, lalu ke titik di bumi. Vektor ini tegak lurus ke sumbu roll platform satelit. Deviasi yang kecil dari ketegaklurusan ini diikutkan dalam perhitungan melalui matriks pelurusan badan kamera yang dapat diperoleh dalam scene metadata.
4. MODEL PENYESUAIAN PARAMETER
Agar bisa memperoleh model dengan ketelitian yang tinggi pada scene tertentu, parameter model harus diperkirakan dan dipilih dengan menggunakan ground control point. Penyesuaian parameter mengikuti metode yang dikembangkan dalam [1], yang merupakan penyesuaian least-square, dengan kemungkinan untuk memberi bobot pada parameter. Bobot parameter digunakan untuk menentukan, dimana parameter turut berperan dalam penyesuaian.
Hanya parameter orientasi bagian luar yang disesuaikan. Dari 6 parameter Keppler, 2 parameter dibiarkan tetap konstan. Oleh karena eksentrisitas orbit yang sangat kecil, eksentrisitas dan argument of perigee bisa dibuat konstan tanpa kehilangan keakuratan yang signifikan.
Metode penyesuaian membutuhkan nilai a priori untuk parameter. Beberapa ephemeris disediakan dengan scene EROS mentah. Salah satunya digunakan untuk menjalankan orbit. Parameter koreksi ketinggian dimulai dari nol. Posisi permulaan yang dihitung dari metadata kurang akurat, biasanya diatas 1 km, tetapi masih cukup sesuai dengan pull-in range dari metode tersebut.
5. PENGUJIAN AKURASI
Tampilan model telah dievaluasi dengan 7 scene EROS A1 dari 3 tempat yang berbeda di Swedia bagian selatan.
Ground control point untuk pengujian tempat diukur dalam ortofoto udara digital yang diperoleh dari Swedish national Land Survey. Ukuran piksel dalam ortophoto digital adalah 1 meter, dengan perkiraan ketepatan planimetris sekitar 1 – 1,5 meter. Ketinggian diinterpolasi dari DEM dengan interval grid 50 meter dari Swedish National Land Survey, dengan perkiraan ketepatan kemiringan sekitar 2 meter pada titik grid. Swedish RT90 digunakan sebagai sistem referensi geodetis.
Posisi titik kontrol kemudian diukur dalam tiap scene dengan perkiraan ketepatan planimetris sekitar 0,25 piksel. Secara rata-rata, 26 titik bisa diukur dalam tiap scene. Titik kontrol akan didistribusikan ke seluruh area scene.
Pengukuran titik kontrol digunakan untuk penyesuaian least-square pada parameter model dalam tiap scene. Sebagaimana hanya 11 parameter model bebas yang telah disesuaikan, proses penyesuaian melibatkan sistem over-determined yang tinggi (dengan 6 titik kontrol sistem menjadi over-determined). Ini berarti bahwa residual error pada model setelah penyesuaian memberikan perkiraan yang baik terhadap ketepatan model. Hasil dari penyesuaian ditunjukkan dalam tabel berikut :
Untuk memperoleh verifikasi yang bebas terhadap ketepatan produk akhir dibawah kondisi produksi normal, scene pertama disesuaikan hanya dengan 9 titik kontrol. RMS error dalam scene akhir yang telah direktifikasi kemudian dievaluasi dengan menggunakan 21 titik uji yang independen terhadap titik kontrol. Hasil dari evaluasi ditunjukkan dalam tabel berikut :
6. KESIMPULAN
Hasil dari evaluasi model sensor EROS menunjukkan bahwa scene EROS A1 bisa dikoreksi dengan ketepatan 1 piksel. Kenyataan bahwa seluruh scene yang digunakan dalam pungujian memiliki residual rms yang sama atau lebih rendah daripada 1 piksel (kecuali arah y pada scene 5) menunjukkan kestabilan metode tersebut. Hal ini juga menunjukkan bahwa ketepatan subpiksel bisa diperoleh dengan setidaknya menggunakan 9 titik kontrol dalam proses penyesuaian. Secara keseluruhan, ada suatu kemungkinan untuk mengimplementasikan model EROS ke lingkungan produksi yang sebenarnya.
[1] T. Westin, "Precision rectification of SPOT imagery", Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 56, No 2, pp. 247-253. , 1990.
[2] T. Westin, "Photogrammetric Potential of JERS-1 OPS" International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B4, Vienna, pp. 937-942, 1996.
[3] T. Westin, "Geometric rectification of European historical archives of Landsat 1-3 MSS imagery", Proceedings of the ISPRS workshop "Sensors and mapping from space 1999", Hannover, Germany, September 27-30, 1999.
[4] T. Westin, "Geometric modelling of imagery from the MSU-SK conical scanner", Bulletin SFPT, no 159, pp 55-58, 2000.
sumber:www.lantmateriet.se
