06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

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Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für PhotogrammetrieAuthor: search.filters.author.Balz, Timo

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    Radargrammetric DSM generation by semi-global matching and evaluation of penalty functions
    (2022) Wang, Jinghui; Gong, Ke; Balz, Timo; Haala, Norbert; Sörgel, Uwe; Zhang, Lu; Liao, Mingsheng
    Radargrammetry is a useful approach to generate Digital Surface Models (DSMs) and an alternative to InSAR techniques that are subject to temporal or atmospheric decorrelation. Stereo image matching in radargrammetry refers to the process of determining homologous points in two images. The performance of image matching influences the final quality of DSM used for spatial-temporal analysis of landscapes and terrain. In SAR image matching, local matching methods are commonly used but usually produce sparse and inaccurate homologous points adding ambiguity to final products; global or semi-global matching methods are seldom applied even though more accurate and dense homologous points can be yielded. To fill this gap, we propose a hierarchical semi-global matching (SGM) pipeline to reconstruct DSMs in forested and mountainous regions using stereo TerraSAR-X images. In addition, three penalty functions were implemented in the pipeline and evaluated for effectiveness. To make accuracy and efficiency comparisons between our SGM dense matching method and the local matching method, the normalized cross-correlation (NCC) local matching method was also applied to generate DSMs using the same test data. The accuracy of radargrammetric DSMs was validated against an airborne photogrammetric reference DSM and compared with the accuracy of NASA’s 30 m SRTM DEM. The results show the SGM pipeline produces DSMs with height accuracy and computing efficiency that exceeds the SRTM DEM and NCC-derived DSMs. The penalty function adopting the Canny edge detector yields a higher vertical precision than the other two evaluated penalty functions. SGM is a powerful and efficient tool to produce high-quality DSMs using stereo Spaceborne SAR images.
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    Echtzeitvisualisierung von SAR-Effekten mittels programmierbarer Grafikhardware
    (2007) Balz, Timo; Fritsch, Dieter (Prof. Dr.-Ing. habil.)
    Für die Entwicklung neuer SAR-Systeme sowie bei der Interpretation und Auswertung von SAR-Daten sind SAR-Simulatoren wichtige Hilfsmittel. Die Berechnungszeit der SAR-Simulation spielt dabei, sowohl für viele wissenschaftliche Anwendungen als auch für die Sensorentwicklung eine eher untergeordnete Rolle. Bei der SAR-Echtzeitvisualisierung spielt die exakte Simulation eine Nebenrolle, stattdessen besteht das Ziel darin, SAR-Effekte in Echtzeit zu visualisieren. Jedoch sind damit weder neue Sensoren noch neue Konfigurationen zu simulieren bzw. zu entwickeln. Die Anwendungsbereiche liegen in der interaktiven Anwendung, z.B. bei der SAR-Auswertung, oder in der Bereitstellung simulierter Daten für automatische Mustererkennungsverfahren. Auch für die Missionsplanung oder für die Lehre und Ausbildung ist die Rechenzeit ein entscheidender Faktor. Mittels der immer leistungsfähigeren und flexibler programmierbaren Grafikkarten können SAR-Effekte in Echtzeit visualisiert werden. Radarbilder unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von den Bildern passiver Fernerkundungssysteme. Bei der Simulation von SAR-Bildern müssen die Unterschiede in Geometrie und Radiometrie berücksichtigt werden. Die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Computergrafik erlaubt eine immer realistischere Darstellung virtueller Welten. Diese Technik kann auch zur Darstellung von Radardaten benutzt werden. Hierfür sind allerdings einige Anpassungen nötig. Die durch den sogenannte Vertex-Shader der Grafikkarte dynamisch veränderten Geometrien, werden an den Pixel-Shader weitergereicht. Dieser ist für die Berechnung der Radiometrie zuständig. Durch die flexible Programmierbarkeit der Pixel-Shader können unterschiedliche Methoden zur Berechnung der Rückstreuung elektromagnetischer Wellen implementiert werden. Die Echtzeitvisualisierung hat jedoch auch ihre Grenzen. Im Gegensatz zu der üblicherweise in SAR-Simulatoren verwendeten Ray-Tracing-Methode werden bei der auf der Grafikkarte berechneten Rasterisierung die Strahlen nicht verfolgt. Deswegen können keine Mehrfachreflexionen dargestellt werden. SAR-Effektvisualisierung in Echtzeit eröffnet dem Nutzer eine Vielzahl neuer Möglichkeiten. Die Interaktivität der Simulation führt zu Verbesserungen in der Missionsplanung, der Lehre und bei der Auswertung von SAR-Daten. Die fehlenden Mehrfachreflexionen sind für viele Anwendungen irrelevant. Von der rasanten Entwicklung im Bereich der Computergrafik kann die SAR-Simulation profitieren. Der Einsatz von Grafikhardware für die SAR-Simulation ist ein neuer Ansatz, der dies ermöglicht.
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    Three- and four-dimensional topographic measurement and validation
    (2021) Rocca, Fabio; Li, Deren; Tebaldini, Stefano; Liao, Mingsheng; Zhang, Lu; Lombardini, Fabrizio; Balz, Timo; Haala, Norbert; Ding, Xiaoli; Hanssen, Ramon
    This paper reports on the activities carried out in the context of “Dragon project 32278: Three- and Four-Dimensional Topographic Measurement and Validation”. The research work was split into three subprojects and encompassed several activities to deliver accurate characterization of targets on land surfaces and deepen the current knowledge on the exploitation of Synthetic Aperture Radar (SAR) data. The goal of Subproject 1 was to validate topographic mapping accuracy of various ESA, TPM, and Chinese satellite system on test sites in the EU and China; define and improve validation methodologies for topographic mapping; and develop and setup test sites for the validation of different surface motion estimation techniques. Subproject 2 focused on the specific case of spatially and temporally decorrelating targets by using multi-baseline interferometric (InSAR) and tomographic (TomoSAR) SAR processing. Research on InSAR led to the development of robust retrieval techniques to estimate target displacement over time. Research on TomoSAR was focused on testing or defining new processing methods for high-resolution 3D imaging of the interior of forests and glaciers and the characterization of their temporal behavior. Subproject 3 was focused on near-real-time motion estimation, considering efficient algorithms for the digestion of new acquisitions and for changes in problem parameterization.