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Acquisition of the 3D boundary of the Triglav glacier from archived non-metric panoramic images

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Abstract:

Abstract A panoramic, non-metric, Horizont camera has been used for regular, monthly, close-range photography of the rapidly retreating Triglav glacier in Slovenia since 1976. The unfavourable geometry of the convergent images taken from the two camera stations has made any direct stereoscopic observation and recording impossible. The aim of this research was to define the most useful method for acquiring 3D data from these panoramic, convergent images. The Horizont camera was calibrated and three methods were then tested: the generation of pseudo-orthophotographs, the application of 2D clinometry and the interactive orientation of a detailed digital elevation model (DEM) on the images. The third turned out to be the only method suitable for determining the boundary of the Triglav glacier.The interactive orientation of a detailed DEM on the Horizont images is described in detail. The 3D glacier boundary can be acquired from individual Horizont images (camera stations A and B) enabling the computation of the glacier’s area and theoretical volume. By repeating the glacier boundary acquisition for different orientation parameters, the standard deviations of the glacier area and theoretical volume were computed. Because of the more precise average area and volume measurements achieved with the camera station B images, only these were chosen for the glacier disappearance study. Every third year between 1976 and 2005 the Horizont images were used to compute the changes in the area and volume of the glacier. The glacier area was found to have reduced to 8% of its earlier size, from 15 ha in 1976 to 1·2 ha in 2000. However, owing to harsher than average winters since then the decline in the glacier area was found to have slowed in the past decade (2000 to 2009). The glacier’s theoretical volume decreased roughly exponentially from 1976 to 2005.

French
Résumé

Une caméra Horizont panoramique et non métrique est utilisée depuis 1976 pour la photographie rapprochée périodique, à une cadence mensuelle, du glacier Triglav (Slovénie) caractérisé par son recul rapide. Des images convergentes sont acquises depuis deux stations dans la direction du glacier, géométrie défavorable qui rend impossible l’observation stéréoscopique. Le but de cette recherche était de définir la méthode la plus efficace pour obtenir des données 3D à partir de ces images panoramiques convergentes. La caméra Horizont a étéétalonnée et trois méthodes ont été testées: la production de pseudo-orthophotos, la mise en œuvre d’une clinométrie 2D, et l’orientation interactive d’un MNT détaillé sur les images. Cette troisième méthode s’est avérée être la seule viable pour déterminer la limite du glacier Triglav.

L’orientation interactive d’un MNT détaillé sur les images Horizont est décrite en détail. Les limites 3D du glacier peuvent être obtenues à partir d’images Horizont individuelles (stations A et B), ce qui permet le calcul de l’aire du glacier et de son volume théorique. En renouvelant la détermination des limites du glacier pour différents paramètres d’orientation, les écarts-types de l’aire et du volume théorique du glacier ont été calculés. Les images de la station B ayant conduit à des mesures d’aire et de volume plus précises, seules ces images ont été utilisées pour étudier la disparition du glacier. Tous les trois ans de 1976 à 2005, les images Horizont ont été utilisées pour calculer les changements de surface et de volume du glacier. Il a ainsi pu être observé que l’aire du glacier avait diminué jusqu’à 8% de sa taille d’origine, de 15 ha en 1976 à 1·2 ha en 2000. Toutefois, les hivers ayant ensuite été plus rigoureux que la moyenne, le recul du glacier a ralenti dans la dernière (2000–2009). Quant au volume théorique du glacier, il a diminué d’une manière à peu près exponentielle de 1976 à 2005.

Keywords: 3D data acquisition from a single image; Horizont camera; Triglav glacier; clinometry; convergent panoramic images; interactive orientation; shape-from-shading

Document Type: Research Article

DOI: https://doi.org/10.1111/j.1477-9730.2011.00622.x

Affiliations: 1: ( )( dalibor.radovan@gis.si)Geodetic Institute of Slovenia, Ljubljana, Slovenia, Email: mihaela.triglav@gis.si 2: ( )Anton Melik Geographical Institute, Ljubljana, Slovenia, Email: matej@zrc-sazu.si 3: ( )University of Ljubljana, Faculty of Civil and Geodetic Engineering, Ljubljana, Slovenia, Email: mojca.kosmatin-fras@fgg.uni-lj.si

Publication date: 2011-03-01

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