Luentokalvot
Luentokalvot
Luentokalvot
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Luento 7<br />
Stereokartoituskojeet<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 1
Stereokartoitus<br />
(Hannu Hyyppä, Petri Rönnholm, TKK)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 2
Fotogrammetrinen prosessi<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 3
Stereokartoituskoje<br />
• Stereokartoituskojeessa kuvaparin<br />
stereoskooppinen tarkastelu ja tarkka 3-D<br />
koordinaattien mittaus on yhdistetty toisiaan<br />
tukeviksi toiminnoiksi.<br />
• Kojeen käyttäjä eli stereo-operatööri tulkitsee<br />
stereomallia ja osoittaa kartoitettavia<br />
yksityiskohtia mallilla liikkuvan<br />
avaruusmittamerkin avulla.<br />
• Stereomalli on kohteen muodoltaan tarkka<br />
rekonstruktio.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 4
Multiplex-stereokoje<br />
Kuvapari<br />
Optinen<br />
oikaisu<br />
Kohteen<br />
anaglyfikuva<br />
Avaruusmittamerkki<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 5
Oikaisu ja kaksoisprojektio<br />
stereokuvaksi<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 6
Avaruusmittamerkki<br />
Mittamerkit<br />
kuvilla<br />
Illuusio<br />
mittamerkistä<br />
Silmät<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 7
Rakenne I<br />
• Stereokuvapari<br />
– normaaliasentoinen, tai lähes normaaliasentoinen<br />
– vähäiset kallistukset sallittu ja voidaan korjata<br />
orientoinnin yhteydessä<br />
– digitoitu kuva, tai filmidiapositiivi tai paperikuva<br />
• Stereonäyttö<br />
– kuvien projisiointi<br />
– kuvien erottelu okulaari-, anaglyfi-, polarisaatiotai<br />
vuorotteluperiaatteella<br />
• Avaruusmittamerkki<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 8
Rakenne II<br />
• Laskinosa<br />
– kuva- ja kohdekoordinaattien väliset muunnokset<br />
• Orientoinnit<br />
– sisäinen orientointi<br />
– keskinäinen orientointi normaaliasentoisuuden<br />
palauttamiseksi<br />
– absoluuttinen orientointi mallikoordinaatiston<br />
muuntamiseksi kohdekoordinatistoon<br />
• Piirturi<br />
– automaatti, pisteiden rekisteröinti<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 9
Analogiset ja analyyttiset<br />
stereokojeet<br />
• Stereokartoituskojeet on jaettu<br />
analogisiin ja analyyttisiin sen mukaan,<br />
miten koordinaattien avaruusohjaus on<br />
toteutettu.<br />
– Analogisissa kojeissa kohdekoordinaattien<br />
ja kuvakoordinaattien välinen muunnos<br />
ratkaistaan analogisesti, joko optiseen tai<br />
mekaaniseen projektioon perustuen.<br />
– Analyyttisissä stereokartoituskojeissa<br />
muunnos lasketaan tietokoneella.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 10
Zeiss Stereoplanigraph<br />
Optinen avaruusohjaus<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 11
Wild Autograph A8<br />
Mekaaninen avaruusohjaus<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 12
Mekaaninen avaruusohjaus<br />
• Kuvakannatin<br />
2D<br />
koordinaatit<br />
Kuvapiste<br />
Projektiokeskus<br />
3D<br />
koordinaatit<br />
Avaruusohjain<br />
Kuvakannatin<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 13
Stereotarkastelu<br />
Mittamerkki<br />
Stereo-okulaarit<br />
Avaruusohjain<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 14
Orientointi<br />
• Stereomalli saadaan aikaan siten, että kuvat<br />
projisioidaan tarkastelutilaan ja orientoidaan<br />
alkuperäistä kuvaustilannetta vastaavaan<br />
asemaan keskenään.<br />
• Avaruusmittamerkki liitetään<br />
stereomalliin projisioimalla merkki erikseen<br />
kummallakin kuvalla kohtaan, joka vastaa<br />
senhetkistä 3D sijaintia (avaruusohjaus).<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 15
Orientointi<br />
Kameravakio c<br />
Kappa κ<br />
Pääpiste<br />
Phi φ<br />
Kanta B<br />
Omega ω<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 16
Wild Autograph B8<br />
XYZ<br />
Projektio<br />
karttatasoon<br />
dZ<br />
Pantografi<br />
(muunnos kartan mittakaavaan)<br />
Piirturi<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 17
Analyyttinen stereokoje I<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 18
Avaruusohjaus I<br />
1. Operatööri siirtää mittamerkin paikkaan<br />
(XYZ).<br />
2. Tietokone laskee vastaavat kuvakoordinaatit<br />
(xy)’ ja (xy)’’ ja määrittää mittamerkin<br />
paikan kummallakin kuvalla.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 19
Avaruusohjaus II<br />
3. Kuvakannattimia siirretään vastaava<br />
matka sähköisesti servo-ohjaimilla.<br />
4. Kuvankannattimien liikkeet mitataan ja<br />
tarkistetaan, että mittamerkin<br />
osoittamat kuvakoordinaatit (xy)’ ja<br />
(xy)’’ vastaavat jatkuvasti<br />
mallikoordinaatteja XYZ<br />
• suljettu takaisinkytkentä<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 20
Avaruusohjaus III<br />
• Kun tämä toistetaan riittävän suurella<br />
taajudella (30 Hz), mittamerkin viivettä ei voi<br />
havaita ja avaruusohjaus tuntuu todelliselta.<br />
• Analyyttisen stereokojeen erityisenä etuna on<br />
myös se, että avaruusohjauksessa voidaan<br />
– käsitellä muitakin kameramalleja kuin<br />
keskusprojektio,<br />
– systemaattiset kuvausvirheet (optiikan<br />
piirtovirheet, ilmakehän refraktio, karttaprojetiot,<br />
jne.) voidaan huomioida<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 21
Wild Aviolyt<br />
Analyyttinen stereokoje<br />
Numeerinen piirturi<br />
Tietokone<br />
Stereookulaarit<br />
X<br />
Y<br />
Z<br />
Avaruusohjaus XYZ<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 22
Matra Traster<br />
Stereokuvaruutu<br />
Polarisaatiolasit<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 23
Zeiss Planicomp<br />
Kuvakannattimet<br />
Avaruusohjaus XYZ<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 24
Stereokartoituskojeiden<br />
kehitys<br />
• Analogiset stereokartoituskojeet<br />
– autografit<br />
• optiset tai mekaaniset avaruusohjaimet stereomallin<br />
muodostamiseen kuvaparilta<br />
• Analyyttiset stereokojeet<br />
– analyyttiset plotterit<br />
• ei avaruusohjaimia, vaan tietokoneella laskien<br />
• Digitaaliset stereotyöasemat<br />
• ei kuvakannattimia<br />
• uusimpana uutuutena vapaa stereotarkastelu<br />
(autostereoskopia)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 25
Digitaaliset stereotyöasemat<br />
• Analogisten stereokartoituskojeiden<br />
merkitys on 1990-luvulla hävinnyt.<br />
• Uusimmissa kartoitusjärjestelmissä<br />
fotogrammetriset kojeet on korvattu<br />
digitaalisilla kuvatyöasemilla.<br />
• Niissä fotogrammetriset toiminnot<br />
sisältyvät digitaalisten kuvien<br />
geometriseen käsittelyyn ennen kuvien<br />
projisiointia kuvanäytölle.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 26
Digitaalinen<br />
stereokartoituskoje I<br />
Kuva: Carl Zeiss AG<br />
Kuva: Leica Geosystems<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 27
Digitaalinen<br />
stereokartoituskoje II<br />
• Stereokartoitus edellyttää sitä, että<br />
työasemaan liitetään steronäyttö ja<br />
stereofotogrammetrinen ohjelmisto, eli<br />
työasemasta tehdään digitaalinen<br />
stereokartoituskoje.<br />
• Stereokartoitusta varten kuvapari<br />
oikaistaan stereonäytölle<br />
stereokuvauksen normaalitapauksen<br />
mukaisesti.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 28
Oikaisu stereokuvauksen<br />
normaalitapaukseen<br />
• Georeferoitu kuvapari<br />
oikaistaan kuvanäytön<br />
tasolle niin, että<br />
sydänsäteet projisioituvat<br />
yhdensuuntaisiksi.<br />
• Tätä kutsutaan<br />
epipolaarioikaisuksi, ja<br />
kuvaparia<br />
epipolaarioikaistuksi<br />
kuvapariksi tai<br />
epipolaarikuvaksi.<br />
Epipolaarioikaistu<br />
kuvapari<br />
Sydänsäde<br />
Georeferoitu<br />
kuvapari<br />
Kuvanäyttö<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 29
Avaruusohjaus<br />
• Kuvapari orientoidaan ja oikaistaan<br />
projektiivisesti siten, että se vastaa<br />
stereokuvauksen normaalitapausta.<br />
• Stereoskooppinen tulkinta ja kartoitus<br />
tehdään 3D kuvanäytöllä, eikä erillistä<br />
avaruusohjausta enään tarvita.<br />
• Avaruusohjaimena toimii tietokoneen<br />
3D kursori.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 30
Digitaalinen<br />
stereokartoituskoje III<br />
• Oikaisu tehdään kuvien<br />
georeferointitietojen perusteella.<br />
– Epipolaarioikaistuilla kuvapareilla<br />
vasemman ja oikean kuvan välillä ei ole<br />
pystyparallaksia eli y’= y’’.<br />
• Avaruusmittamerkin 3D sijaintia<br />
määrittävät X, Y, ja Z koordinaatit<br />
muunnetaan kuvaparin 2D liikkeiksi x’,<br />
y’ ja px.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 31
Digitaalinen<br />
stereokartoituskoje IV<br />
• Kun käyttäjä liikuttaa<br />
avaruusmittamerkkiä stereomallilla,<br />
mittamerkin 3D liikkeet muunnetaan<br />
kuvien 2D liikkeiksi.<br />
– vasemmalla kuvalla (x’, y’)<br />
–oikealla (x’+px , y’).<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 32
DVP Digital Video Plotter<br />
Stereoskooppi<br />
Split screen -stereonäyttö<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 33
Split screen -stereonäyttö<br />
Vasen kuva Oikea kuva<br />
Kuvaruutunäyttö<br />
Peilistereoskooppi<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 34
Kaksoisprojektio rinnakkain<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 35
Kaksoisprojektio päällekkäin<br />
(Kimmo Nurminen)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 36
Stereolasien polarisaatiotasot<br />
Stereolasit<br />
120 Hz<br />
kuvaruutunäyttö<br />
Polarisaatiokaihtimet<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 37
Stereonäytön polarisaatiotasot<br />
120 Hz<br />
kuvaruutunäyttö<br />
Polarisaatiokaihtimet<br />
Stereolasit<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 38
LeicaHelava SocetSet<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 39
EspaSystems<br />
Maanmittauslaitoksen ylläpitämän valtakunnallisen maastotietokannan tiedonkeruussa<br />
siirryttiin vuonna 2001 käyttämään EspaCity-sovellusta.<br />
Työasemalla tulkitaan digitaalisia stereo-ortokuvia ja editoidaan<br />
suoraan Smallworldin maastotietokantaa.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 40
Autostereoskopia I<br />
• Lentikulaarinäyttö<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 41
Autostereoskopia II<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 42
Analogiset kartoituskuvat I<br />
• Toistaiseksi valtaosa suurimittakaavaisesta<br />
kartoitustoiminnasta perustuu analogiakuvien<br />
käyttöön<br />
– Kuvat ovat pääasiassa värikuvia, jotka otetaan<br />
kartoitusmittakameralla.<br />
– Kuvausjärjestelmän erotuskyky on vähintään 40<br />
lp/mm ja parhaimmillaan 60 lp/mm.<br />
– Yksi ilmakuva on kooltaan 230 mm x 230 mm ja<br />
sisältää 1.5 Gb kuvatietoa.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 43
Analogiset kartoituskuvat II<br />
• Kuvausjärjestelmän "heikoin" lenkki on filmi, joka<br />
deformoituu kuvaus- ja kartoitushetkien välillä.<br />
– Kartoitusmittakameran geometrinen tarkkuus on<br />
kertaluokkaa 1 µm, mikä vastaa suhteellista tarkkuutta 1 :<br />
230 000 kuva-alalla.<br />
• Vaikka kuvan deformaatiota voidaan pääosin<br />
kontrolloida reunamerkein, niiden jäännösvirheiden<br />
vaikutusta rekonstruoidun kohdemallin<br />
deformoitumiseen on kontrolloitava myös hyvällä<br />
lähtöpistegeometrilalla.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 44
Digitaaliset kartoituskuvat I<br />
• Digitaalisia kartoituskuvia voidaan<br />
tuottaa joko<br />
– skannaamalla kuvauksen jälkeen filmiltä,<br />
tai<br />
– kuvaamalla suoraan digitaalisella<br />
kameralla.<br />
• Digitaalisten kameroiden käyttö<br />
kartoituskuvauksiin on lisääntymässä ja<br />
vilkkaan kehitystyön kohteena.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 45
Digitaaliset kartoituskuvat II<br />
• Kartoituskuvat digitoidaan ns.<br />
fotogrammetrisilla skannereilla. Joissain<br />
erikoistilanteissa tulevat kyseeseen<br />
myös mikrodensitometrit,<br />
julkaisuskannerit tai diaskannerit.<br />
• Digitaalinen kartoituskuvaus on joko<br />
korkearesoluutioista satelliittikuvausta<br />
tai ilmakuvausta digitaalisin kameroin.<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 46
Tuotantojärjestelmiä<br />
Suomessa<br />
• FM-Kartta Oy (www.fm-kartta.fi)<br />
– Roll film scanner Leica DSW600, Windows XP<br />
– Kuvankäsittelyohjelmisto Photoshop, WindowsNT.<br />
– Suoraan skannerista saadaan tiilitettyä TIFF:iä ja<br />
pääjakeluformaatti on TIFF, formaattimuunnoksia<br />
tehdään yleisimpiin käytössä oleviin formaatteihin<br />
– Mittausohjelmisto Inpho Match-AT<br />
– Ortokuvatuotanto PCI OrthoEngine<br />
– Suuriformaattinen väritulostin HP 2500 (600 dpi)<br />
– Aineiston saa CD-R, DVD-R, DVD+R, LTO 100/200<br />
GB<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 47
Ilmakuvaskannerit<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 48
Fotogrammetriset skannerit<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 49
Digitaalinen ilmakuvaus<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 50
Bush broom -geometria<br />
Lentosuunta<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 51
Master Cone<br />
4 Color Cones<br />
Panchromatic Cones<br />
(Timo Sääski, FM-Kartta Oy)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 52
Matriisikuvan geometria<br />
11 500 pistettä<br />
7 500 pistettä<br />
Lentosuunta<br />
(Timo Sääski, FM-Kartta Oy)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 53
Vexcel Ultracam-D<br />
• digitaalinen laajakulmakamera<br />
• matriisi CCD-tekniikkaan perustuva ”frame-kamera”<br />
• tallentaa samanaikaisesti mv-, väri- ja väärävärikanavat<br />
• tallentaa 9 mikrometrin resoluutilla 11500 * 7500<br />
pikseliä<br />
– 500m: kuvakoko 517m*337m, 4.5 cm maastoresoluutio<br />
– 1500m: kuvakoko 1552m*505m, 7 cm maastoresoluutio<br />
– 3000m: kuvak. 3105m*2025m, 27cm maastoresoluutio<br />
(Timo Sääski, FM-Kartta Oy)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 54
Vexcel Ultracam-D<br />
• ei filmiä, ei skannausta<br />
• hyvä radiometria, hyvä geometria<br />
• mv-, väri- ja väärävärikuvilla sama<br />
geometria<br />
• vähemmällä valolla, pitkä kuvauskausi<br />
• automaattinen kuvanmuodostus<br />
• edulliset kokonaiskustannukset<br />
(Timo Sääski, FM-Kartta Oy)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 55
Vexcel Ultracam-D<br />
Skannattu kuva<br />
Digikuva<br />
(Timo Sääski, FM-Kartta Oy)<br />
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 56
Change language