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Dense Image Matching vs. Airborne Laser Scanning – Comparison of two methods for deriving terrain models

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In this article the performance of dense image matching (DIM) is investigated regarding its capability to yield terrain data, especially close to free-flowing water ways. Therefore, over two study areas aerial images with ground sampling distances 10 cm and 6 cm, respectively, are used for matching with the software packages Match-T (Trimble) and SURE (nframes). The matching results over areas with varying vegetation density (open grassland, loose and dense vegetation) are then compared with ALS reference data. Two parameters are investigated: (a) the terrain coverage; i.e. the percentage of the terrain covered by the matching results; and (b) the height accuracy of the matching results in the terrain class. The results show that DIM can only deliver terrain data in areas with no or very loose vegetation. Additionally, it was found that in the case of open grassland the DIM terrain heights were systematically higher by 10 cm compared with the ALS terrain heights. This is caused by the fact that ALS can penetrate the vegetation to some extent whereas matching occurs on top of the grass. The very good height accuracy (as standard deviation) obtainable by DIM, which is only slightly worse than the ALS accuracy (6.5 cm vs. 4.5 cm), is encouraging. Motivated by these results new possible applications arise for the respective authorities (the German Federal Institute of Hydrology and the German Federal Water and Shipping Administration), e.g.capturing dry fallen areas of free flowing rivers during documentation at low water levels.



Vergleich von Bild-Matching und Laserscanning zur Ableitung von Geländemodellen. In diesem Aufsatz wird untersucht, in wie weit das Matching von digitalen Bildern für die Ableitung von digitalen Geländemodellen speziell im Bereich von freifließenden Bundeswasserstraßen verwendet werden kann. Dafür wird für Luftbilder über zwei Untersuchungsgebieten (Bodenpixel-größe 10 cm bzw. 6 cm) ein Matching mit zwei kommerziellen Programmen (Match-T (Trimble) und SURE (nframes)) durchgeführt. Die sich ergebenden Matching-Ergebnisse werden in Bereichen mit unter- schiedlicher Vegetationsdichte (offene Wiese, lockere und dichte Vegetation) mit Laserscanning-Referenz- daten verglichen. Zwei Parameter werden dabei un- tersucht: (a) die Geländeabdeckung, d. h. der Pro- zentsatz der Geländefläche, der durch die Matching-Ergebnisse abgedeckt wird; und (b) die Höhengenauigkeit der Matching-Ergebnisse in der Gelände- Klasse. Die Ergebnisse zeigen, dass per Bild-Matching Geländehöhen nur in Bereichen mit keiner oder nur lockerer Vegetation bestimmt werden können. Zusätzlich hat sich gezeigt, dass auf offenen Wiesen die Matching-Höhen systematisch um 10 cm höher als die ALS-Höhen liegen. Das ist eine Folge davon, dass das Lasersignal die Vegetation durch Lücken im Blattwerk zu einem gewissen Teil durchdringen während das Matching nur an den Grasspitzen erfolgen kann. Bemerkenswert ist die sehr gute Hö-hengenauigkeit (gemessen als Standardabweichung), die mithilfe von Bild-Matching erreicht werden kann. Sie ist mit 6.5 cm nur geringfügig schlechter als die ALS-Genauigkeit von 4.5 cm. Für die verantwortlichen Behörden (Bundesanstalt für Gewässerkunde, sowie Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bun- des) zeigen diese Ergebnisse neue mögliche Anwendungen auf, z. B. die Erfassung von trocken gefallenen Bereichen an Fließgewässern im Rahmen von Niedrigwasserdokumentationen.
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Keywords: ACCURACY; IMAGE MATCHING; LASER SCANNING; TERRAIN

Document Type: Research Article

Publication date: 2016-05-01

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