Ortokuvien tuottaminen - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen ...
Ortokuvien tuottaminen - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen ...
Ortokuvien tuottaminen - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus<br />
Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
Luento 7: <strong>Ortokuvien</strong> <strong>tuottaminen</strong><br />
Luento 7: <strong>Ortokuvien</strong> <strong>tuottaminen</strong><br />
Ortokuvaus<br />
Oikaisuvaihtoehdot<br />
Uudelleennäytteistys<br />
<strong>Ortokuvien</strong> laatukomponentit<br />
Oikaisun geometrinen tarkkuus<br />
Satelliittikuvien oikaisu<br />
Pushbroom-kuvien oikaisu<br />
Kuvamosaiikit<br />
Rakennusten oikaisu ortokuvilla<br />
Ortokuvaustoimintaa Suomessa<br />
Esimerkkejä ortokuvien käytöstä Suomessa<br />
Kir<strong>ja</strong>llisuutta<br />
Ortokuvaus<br />
(Alkuperäinen luento: Henrik Haggrén, 11.10.2002<br />
Muutoksia: Ei<strong>ja</strong> Honkavaara 25.09.2005)<br />
• Ortokuva on karttaprojektioon oikaistu ilmakuvamosaiikki eli siitä on poistettu<br />
maaston korkeuseroista johtuvat mittakaavaerot. Ortokuva tuotetaan ilma- tai<br />
satelliittikuvilta. Orto-oikaisussa oikaisupintana käytetään maanpintaa tai<br />
kohteen pintaa, joka määritetään korkeusmallilla. Orto-oikaisussa kuvan<br />
perspektiivi muutetaan keskusprojektiokuvasta kohtisuoraksi yhdensuuntaisprojektioksi.<br />
• Ortokuvauksen edellytyksenä on, että alueelta on olemassa korkeusmalli.<br />
Aiemmin korkeusmallin <strong>ja</strong> ortokuvan valmistusprosessit liittyivät kiinteästi<br />
toisiinsa. Nykyisin ortokuva tuotetaan yhä useammin vanhan korkeusmallin<br />
päälle. Laserkeilauksella tuotettujen korkeusmallien käyttö on lisääntymässä.<br />
Korkeusmallin laadulla on erittäin suuri vaikutus ortokuvan geometriseen<br />
tarkkuuteen. (Lisätieto<strong>ja</strong>: FKS ortokuvaohje)<br />
• Kuvien orto-oikaisu edellyttää niiden orientointien määrittämistä. Tarkin keino<br />
hankkia orientointitiedot on kolmioida kuvat blokkeina. Tällöin liitospisteillä<br />
varmistetaan se, että kuvamosaiikin saumakohdissa kuvat sopivat<br />
geometrisesti yhteen. Muita keino<strong>ja</strong> ovat suorageoreferointi (DG; Luento 5) <strong>ja</strong><br />
yksittäisten kuvien taaksepäinleikkaus. (Lisätieto<strong>ja</strong>: FKS ortokuvaohje)<br />
• Ortokuvaus pyritään tekemään nadiirikuvauksena. Kuvan valmistamisen<br />
kannalta on sitä parempi mitä kapeampaa kuvakulmaa nadiirikuvauksessa<br />
käytetään. Tämä toteutetaan käytännössä käyttämällä kamerassa pidempää<br />
polttoväliä, kuvaamalla ylempää, tai ottamalla kuvia tihempään eli käyttämällä<br />
suurempaa malli- <strong>ja</strong> jonopeittoa.<br />
• Ortokuvauksen sovellukset perustuvat sen havainnollisuuteen <strong>ja</strong> nopeaan<br />
valmistusprosessiin. Kuva käy vanhan kartan poh<strong>ja</strong>ksi sellaisenaan <strong>ja</strong> käyttäjä<br />
1
näkee muutokset suoraan ortokuvalta. Ortokuvaus voidaan tuottaa myös<br />
stereokuvina, mikä edesauttaa kohteen tulkintaa.<br />
• Digitaalisena valmistettu ortokuva toimii maastokartoituksen digitointipoh<strong>ja</strong>na.<br />
Hyvänä esimerkkinä on Suomessa toteutettu peltolohkotietokanta,<br />
jossa lohkorajojen digitointi perustuu ortokuvatulkintaan.<br />
• Digitaaliset ortokuvat <strong>ja</strong>otellaan maanpintaortokuviin sekä tosiortokuviin<br />
riippuen maanpintaan kuulumattomien kohteiden käsittelytavasta. Muita<br />
ortokuvatuotteita ovat ortokuvaparit, stereo-ortokuvat, ortokuvakartat,<br />
perspektiiviset visualisoinnit sekä ortokuvatulosteet. Tyypillisesti ortokuvat<br />
leikataan soveltuvaan karttalehti<strong>ja</strong>koon, <strong>ja</strong> usein ortokuva muodostetaan<br />
useasta orto-oikaistusta ilmakuvasta mosaikoimalla. (FKS ortokuvaohje)<br />
• Maanpintaortokuva muodostetaan käyttäen maanpintaa kuvaavaa<br />
korkeusmallia (DTM). Tällaisella ortokuvalla ainoastaan maanpinta on<br />
ortogonaaliprojektiossa, mutta korkeusmalliin kuulumattomat kohteet<br />
ovat perspektiivisesti vääristyneitä. Esimerkkejä maanpintaa<br />
kuvaavista korkeusmalleista ovat Maanmittauslaitoksen<br />
valtakunnalliset korkeusmallit Korkeusmalli25 <strong>ja</strong> Korkeusmalli10.<br />
• Tosiortokuva muodostetaan käyttäen kohteen pintamallia (DSM),<br />
johon kuuluvat myös rakennetut kohteet. Tällöin kaikki kohteet ovat<br />
ortogonaaliprojektiossa. Tosiortokuvan muodostamista varten kuvaus<br />
joudutaan suorittamaan erittäin suurilla sivu- <strong>ja</strong> pituuspeitoilla, jotta<br />
myös katvealueet saadaan ortokuvalle.<br />
• Ortokuva voi olla myös maanpintaortokuvan <strong>ja</strong> tosiortokuvan<br />
välimuoto. Tällaisella ortokuvalla esim. tiestö <strong>ja</strong> siihen kuuluvat<br />
rakenteet (sillat, rampit yms.) voidaan oikaista oikealle korkeudelle,<br />
mutta muilta osin oikaisu suoritetaan maanpinnan mukaan.<br />
• Ortokuvapari muodostuu stereopeiton omaavista ortokuvista.<br />
Ortokuvaparilla oikaisupinta näkyy tasona, koska sen suhteen<br />
perspektiivi on poistettu, mutta kaikki oikaisupinnan ylä- <strong>ja</strong> alapuoliset<br />
kohteet, mukaanluettuna korkeusmallin virheet, näkyvät<br />
kolmiulotteisina.<br />
• Stereo-ortokuva muodostetaan stereomallista tekemällä stereoparin<br />
toisesta kuvasta normaali ortokuva <strong>ja</strong> sille stereo-ortokuvapari<br />
(stereomate) stereomallin toisesta kuvasta keinotekoisesti lisäämällä<br />
siihen korkeusmallista johdettu parallaksi. Tällöin koko näkymä on<br />
kolmiulotteinen.<br />
• Digitaalinen ortokuvakartta muodostetaan yhdistämällä ortokuvaan<br />
karttatieto<strong>ja</strong>.<br />
• Havainnollisuuden lisäämiseksi ortokuva voidaan esittää<br />
korkeusmallin päällä <strong>ja</strong> sitä voidaan tarkastella sopivasta<br />
perspektiivistä.<br />
• Digitaalisista ortokuvista <strong>ja</strong> ortokuvakartoista voidaan tehdä erilaisia<br />
tulosteita, esim. paperi- tai valokuvatulosteita.<br />
• Ortokuva lasketaan käyttäen tehtävään soveltuvaa ohjelmistoa. Itse<br />
ortokuvanmuodostus voidaan nähdä eräajotyyppisenä prosessina, jonka<br />
syöttötieto<strong>ja</strong> ovat kuvat, orientointitiedot <strong>ja</strong> korkeusmalli. <strong>Ortokuvien</strong><br />
laskennan jälkeen tarvittavia toimenpiteitä yleensä ovat kuvamosaiikkien<br />
muodostus sekä kuvan sävyjen käsittely. Ortokuvanmuodostus voidaan tehdä<br />
mm. fotogrammetrisilla ohjelmistoilla tai kaukokartoitusohjelmistoilla.<br />
2
• Yleensä ortokuvatuotannon osaprosesseiksi luetaan digitaalinen kuvatuotanto,<br />
orientointien määritys, korkeusmallinmuodostus <strong>ja</strong> ortokuvan laskenta.<br />
Filmikameroihin perustuvassa ortokuvatuotannossa näiden työvaiheiden<br />
osaprosessit ovat seuraavat:<br />
• Kuvatuotanto: kuvaus, kuvien kehitys <strong>ja</strong> skannaus<br />
• Orientointi: sisäinen orientointi, suora tai epäsuora orientointilaskenta<br />
• Korkeusmallinmuodostus<br />
• Ortokuvanmuodostus: ortokuvanlaskenta, sävyjen käsittely,<br />
mosaikointi<br />
<strong>Ortokuvien</strong> <strong>tuottaminen</strong>. (Madani, 1996)<br />
Suomessa käytettävien ilmakuvakameroiden polttovälit ovat laa<strong>ja</strong>kulmaoptiikalla 150<br />
mm <strong>ja</strong> välikulmaoptiikalla 210 mm. Ortokuvaus, samoin kuin kaikki kartoituskuvaus,<br />
3
tehdään pystykuvauksena. Kartta on ortogonaaliprojektiossa. Ortokuva vastaa karttaa<br />
vain kuvan nadiiripisteessä.<br />
Ortokuvan tuottamisen kannalta on sitä parempi, mitä etäämpää kuvat otetaan. Etäältä<br />
kuvattaessa kuvan sisäiset mittakaavaerot pienenevät <strong>ja</strong> useimmiten myös<br />
kuvauslaitteen avauskulma on pienempi. Kapean avauskulman etu<strong>ja</strong> ovat valaistuksen<br />
tasaisuus <strong>ja</strong> hyvä näkyvyys maanpintaan koko kuvan alueella.<br />
4
Oikaisuvaihtoehdot<br />
• Yksinkertaisin oikaisu on kuvan projisiointi toiselle tasolle, esimerkkeinä<br />
julkisivukuvien oikaisu tai ilmakuvien oikaisu nadiirikuviksi. Oikaisu tehdään<br />
2-D projektiivisena muunnoksena. Kuva ei ole ortokuva, vaan oikaistu kuva,<br />
<strong>ja</strong> siinä kuvan alkuperäinen projektiivisuus säilyy muuttumattomana.<br />
• Satelliittikuvilla maanpinnan korkeuserojen merkitys on vähäisempi kuin<br />
ilmakuvilla, koska kuvausetäisyydet ovat kymmen- <strong>ja</strong> satakertaisia,<br />
sääsatelliiteilla jopa tuhatkertaisia matalimpiin ilmakuvauksiin verrattuna.<br />
Satelliittikuvien oikaisu tehdäänkin lähinnä kuvan muuttamiseksi<br />
karttakoordinaatistoon. Oikaisumalleina käytetään joko 2-D polynome<strong>ja</strong> tai 3-<br />
D murtopolynome<strong>ja</strong>.<br />
• Orto-oikaisusta puhutaan oikeastaan vasta silloin, kun ilmakuva oikaistaan<br />
karttaprojektioon. Ortokuvassa maaston korkeuseroista <strong>ja</strong> kuvan<br />
kallistuskulmista aiheutuva mittakaavan vaihtelu kuvan eri osien välillä<br />
poistetaan <strong>ja</strong> kaikkien oikaistujen kuvapisteiden kuvamittakaava on sama.<br />
Oikaisumallina käytetään keskusprojektion mukaista perspektiivimallia eli<br />
kollineaarisuusehtoa maanpinnan <strong>ja</strong> kuvan välillä. Ortokuvaa tuotettaessa<br />
poistetaan kuvasta myös tunnetut kuvausvirheet (refraktio, maankaarevuus <strong>ja</strong><br />
optiikan piirtovirheet).<br />
• Ortokuvaoikaisu voidaan tehdä kaistaleittain tai pisteittäin. Analogiakuvien<br />
orto-oikaisu tehdään optisesti <strong>ja</strong> kuva projisioidaan kaistaleina. Esimerkiksi 1 :<br />
5,000 poh<strong>ja</strong>kartan oikaistaan filmille 5 mm leveinä kaistoina <strong>ja</strong> kaistat<br />
valotetaan 0.1 mm kaistaleina. Digitaalinen ortokuva oikaistaan aina<br />
pisteittäin.<br />
Projektiivinen <strong>ja</strong> perspektiivinen kuva.<br />
5
Ortokuva, jonka koko on 500 x 500 pikseliä 2 metrin pikselikoolla, Boston. (© MIT<br />
Digital Orthophoto Browser)<br />
Uudelleennäytteistys<br />
• Ortokuva tulostetaan (uudelleennäytteistetään) kartan koordinaatistoon siten,<br />
että yksittäinen pikseli saa koordinaattiarvo<strong>ja</strong> tasavälein. Ruutu<strong>ja</strong>ko voi olla<br />
esimerkiksi 10 cm, 20 cm, 0,5 m, 1 m. Hyvänä periaatteena on se, että<br />
digitoidun kuvan pikselikoko on sama tai pienempi kuin ortokuvan<br />
pikselikoko.<br />
• Ortokuvan pikselin keskipisteen koordinaatit projisioidaan maanpinnalta<br />
kuvalle <strong>ja</strong> pikselin harmaasävyarvo luetaan projisiointikohtaa lähinnä olevista<br />
kuvan pikseleistä<br />
o Lähimmän naapurin menetelmässä harmaasävyarvoksi otetaan<br />
projisiointikohtaa lähinnä olevan pikselin harmaasävyarvo<br />
sellaisenaan. Tämä on laskennallisesti kevein vaihtoehto, mutta<br />
aiheuttaa ortokuvaan geometrista virhettä, joka voi olla puolen pikselin<br />
luokkaa.<br />
o Harmaasävyarvo voidaan laskea myös useista pikseleistä<br />
interpoloimalla. Hyvin yleinen vaihtoehto on bilineaarinen<br />
interpolointi neljän lähimmän naapurin harmaasävyarvoista. Tämä<br />
menetelmän huonona puolena on se, että se keskiarvoistaa kuvaa <strong>ja</strong><br />
vähentää kuvan kontrastia.<br />
o Laskennallisesti raskaampia menetelmiä ovat kuutio- <strong>ja</strong> palapolynomiinterpolointi<br />
sekä sinc-funktioon perustuva interpolointi. Näiden<br />
käyttö lisääntyy tietokoneiden laskentatehon lisääntyessä.<br />
6
Korkeusmalli tihennetään ortokuvan tuottamiseksi. Tihentäminen tehdään<br />
interpoloimalla. Suomessa on maanmittauslaitoksen ylläpitämän, koko maan kattavan<br />
korkeusmallin ruutukoko 25 metriä. Jos ortokuva tuotetaan 1 metrin pikselikoolla,<br />
maanpintaa esittävä korkeusmalli interpoloidaan myös 1 metrin ruudukoksi.<br />
7
Bilineaarinen interpolointi.<br />
Digitaalinen ortokuva tuotetaan tasavälisenä ruudukkona. Jokaista ruutua vastaa ruutu<br />
tihennetyllä korkeusmallilla. Tämän koordinaateilla lasketaan ruudun keskipisteen<br />
si<strong>ja</strong>inti ilmakuvalla. Pistettä vastaava harmaasävy interpoloidaan lähimmistä<br />
pikseleistä.<br />
8
Kuvautumismalli<br />
<strong>Ortokuvien</strong> laatukomponentit<br />
Interpolointi<br />
• Ks. FKS ortokuvaohje<br />
• Yleiset laatumittarit<br />
o Si<strong>ja</strong>intitarkkuus eli geometrinen tarkkuus<br />
o Spatiaalinen erotuskyky<br />
o Radiometrinen laatu<br />
o Spektraali laatu<br />
• Kuvausolosuhteisiin liityvät tekijät<br />
o Häiriöt (pilvet, pilviharsot, pilvenvarjot, utu, sumu, savu, roskat yms.)<br />
o Auringon korkeuskulma<br />
o Kuvausa<strong>ja</strong>nkohta (kevät, kesä, syksy, talvi)<br />
• <strong>Ortokuvien</strong> erityiset laatutekijät<br />
o Mosaikoinnin laatu <strong>ja</strong> vierekkäiset ortokuvat<br />
o Korkeusmallista aiheutuvat karkeat virheet: kuvan kaksinkertaistuminen<br />
tai katoaminen, kuvan venyminen<br />
9
Oikaisun geometrinen tarkkuus<br />
• Koska ortokuva tuotetaan korkeusmallin perusteella, korkeusmallin virheet<br />
vaikuttavat merkittävästi ortokuvan geometriseen tarkkuuteen. Korkeusmallin<br />
laatu riippuu ensisi<strong>ja</strong>isesti kohteen korkeusvaihteluista, pistetiheydestä,<br />
pisteiden tarkkuudesta sekä mallin a<strong>ja</strong>ntasaisuudesta. Korkeusvirhe vaikuttaa<br />
siten, että mitä suurempi kuvaussäteen <strong>ja</strong> nadiirisuoran (projektiokeskuksen<br />
kautta kulkevan luotisuoran) välinen kulma on, sitä suurempi ortokuvalle<br />
syntyvä si<strong>ja</strong>intivirhe on. Nadiiripisteessä (nadiirisuoran <strong>ja</strong> maanpinnan<br />
leikkauspiste) korkeusmallin virheestä aiheutuva ortokuvan si<strong>ja</strong>intivirhe on 0.<br />
Ortokuvan si<strong>ja</strong>intitarkkuus on siis periaatteessa parempi kuvan keskiosassa<br />
kuin kuvan reunalla. Käytännössä ortokuva usein muodostetaan<br />
mosaikoimalla, jolloin kuvalla on useita nadiiripisteitä.<br />
• Kohteet, jotka eivät sisälly korkeusmalliin tai joiden korkeusarvo on<br />
virheellinen, kuvautuvat siis ortokuvalla väärään paikkaan. Oikaisupinnan<br />
alapuolella olevat kohteet kuvautuvat säteettäisesti nadiiripistettä kohti <strong>ja</strong><br />
oikaisutason yläpuolella olevat kohteet ”kaatuvat” nadiiripisteestä poispäin.<br />
Esimerkiksi maanpintaortokuvilla rakennusten sokkelit ovat kohdallaan, mutta<br />
katot ovat kuvautuneet maastovirheen verran väärään paikkaan.<br />
Tosiortokuvalla kaikki kohteet ovat kohdallaan. Merkittävät korkeusmallin<br />
puutteet voivat aiheuttaa karkeita virheitä, kuten ”venymistä”. Korkeusmallin<br />
virheistä aiheutuvia ortokuvan si<strong>ja</strong>intivirheitä voidaan huomattavasti pienentää<br />
käyttämällä suuria peittoprosentte<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> muodostamalla mosaiikit<br />
mahdollisimman lähellä nadiiripistettä si<strong>ja</strong>itsevista kuva-alueista sekä<br />
käyttämällä kapeakulmaista optiikkaa.<br />
• Myös oikaisumalli eli kuvan <strong>ja</strong> maaston välinen muunnosfunktio vaikuttaa<br />
tuloskuvan geometriseen laatuun.<br />
• Oikaistavan kuvan perspektiivi vaikuttaa tuloskuvaan esteettisesti. Kun<br />
oikaisupinta on maanpinta, kaikki siitä poikkeavat kohteet kuten rakennukset,<br />
sillat <strong>ja</strong> puusto kuvautuvat alkuperäisen kuvan esittämässä perspektiivissä.<br />
Selvimmin tämä näkyy mosaiikin saumakohdissa, jossa kaksi eri<br />
perspektiivissä otettua kuvaa joudutaan liittämään toisiinsa. Tätä vaikutusta<br />
voi parantaa käyttämällä tarkempaa pintamallia, käyttämällä kuvista vain<br />
keskiosaa <strong>ja</strong> sovittamalla mosaiikin saumat luonnonmukaisiin kuviorajoihin.<br />
• Ortokuvaa tuotettaessa kertaalleen digitoitu ilmakuva näytteistetään uudelleen.<br />
Tämä heikentää kuvan erotuskykykyä.<br />
• Esimerkkilaskelma oikaisun tarkkuudesta (tentti 21.1.2002)<br />
o Excel-tiedosto oikaisun_tarkkuus.xls<br />
10
Ortokuva 500 x 500, 0,5 m pikselikoolla, alkuperäisen kuvan keskeltä. (© MIT<br />
Digital Orthophoto Browser)<br />
Ortokuva 500 x 500, 0,5 m pikselikoolla, alkuperäisen kuvan reunalta. Tässä kuvassa<br />
rakennusten poh<strong>ja</strong>t kuvautuvat kartalla oikein, mutta muut osat väärin. Kuvan käyttö<br />
ortokuvana on hankalaa. Mikäli tiedot alkuperäisen ilmakuvan sisäisestä <strong>ja</strong> ulkoisesta<br />
orientoinnista ovat käytettävissä, kuvan rakennukset voidaan mallintaa. Ilmakuvan<br />
keskellä näkyvien rakennusten osalta tämä ei olisi mahdollista. (© MIT Digital<br />
Orthophoto Browser)<br />
11
Ortokuvan kuva-ala ilmakuvalla, kun sivupeitto on q <strong>ja</strong> pituuspeitto p <strong>ja</strong> tätä vastaava<br />
suurin säteettäinen etäisyys kuvan keskipisteestä.<br />
12
Korkeusero dH aiheuttaa kuvalla säteettäissiirtymän dr. Korkeusmallin epätarkkuus<br />
aiheuttaa vastaavasti virheen ortokuvalle.<br />
13
Errors caused by height errors<br />
Effect of -2 m height error<br />
Max error 1.3 m<br />
Example of errors caused by<br />
orientations<br />
Max error -1.9 m<br />
Esimerkki korkeusmallista <strong>ja</strong> orientoinnista aiheutuvista ortokuvan virheistä<br />
Satelliittikuvien oikaisu<br />
Satelliittikuvien oikaisu karttakoordinaatistoon on yleisimpiä satelliittikuvien<br />
esikäsittelyjä, sillä vasta oikaistuun kuvaan voidaan yhdistää muuta<br />
karttakoordinaatistossa olevaa vektori- tai rasterimuotoista tietoa.<br />
• SPOT- <strong>ja</strong> Landsat-kuvien oikaisu. Maanmittauslaitoksessa automaattinen<br />
oikaisu perustuu PerusCD:n kahden metrin vesimaskista tehtyyn<br />
piirretietokantaan. Piirretietokanta sisältää mm. järvien <strong>ja</strong> saarten painopisteet<br />
<strong>ja</strong> ympärysmitat. Oikaistavasta satelliittikuvasta (infrakanava) kynnystetään<br />
vesistöt <strong>ja</strong> muodostetaan piirretietokantaa vastaavia vesistön piirrepisteitä.<br />
Vastinpisteiden avulla muodostetaan oikaisussa tarvittava tukipisteistö kuvan<br />
oikaisemiseksi karttakoordinaatistoon. Tällä hetkellä automaattista oikaisua<br />
voidaan tehdä Suomen alueelta Spotin kolmikanavaisille (XS) <strong>ja</strong> Landsatin<br />
TM-kuville. | Tietoa Maasta 4/1996 |<br />
• Tutkakuvien oikaisu. Maanmittauslaitoksessa oikaistaan ERS-satelliittien<br />
SAR-kuvat joko likimääräisesti rataparametrien avulla, tarkemmin<br />
tukipisteiden avulla tai tarkimmalla menetelmällä tukipisteiden <strong>ja</strong><br />
korkeusmallin avulla. Korkeusmallin käyttö oikaisussa on erittäin<br />
suositeltavaa. Välttämätöntä se on esimerkiksi eri aikaan otettujen kuvien<br />
oikaisemisessa yhdeksi aikasar<strong>ja</strong>ksi. Likimääräinen oikaisu soveltuu<br />
öljypäästöjen seurannan kaltaisiin käyttökohteisiin, joissa useiden kymmenien<br />
metrien ero kuvalla <strong>ja</strong> maastossa ei ole ratkaisevaa. | Tietoa Maasta 6/1996 |<br />
14
Pushbroom-kuvien oikaisu<br />
True-ortojen tuotanto ADS40 kuvista (www.istar.com)<br />
– Pintamalli forward-, backward- <strong>ja</strong> nadir-kuvista<br />
– Orto-oikaisu<br />
– Mosaikointi nadiiria lähinnä si<strong>ja</strong>itsevista kuvanosista<br />
– Rinnakkaisprosessointi<br />
–<br />
www.istar.com<br />
(Rainer Sandau, Peter Fricker, A. Stuart Walker, 1999)<br />
15
Kuvamosaiikit<br />
• Mosaikointi<br />
o leikkaus<br />
• pikselin kuvasisältö haetaan siitä kuvasta, jonka nadiiripiste on<br />
lähimpänä<br />
• sauma sijoitetaan kohteen kuviorajoihin, jolloin naapurikuvien<br />
mahdollinen sävyero on visuaalisesti "luonnonmukainen"<br />
• automaattinen mosaikointi: suorat tai ”automaattiset” ra<strong>ja</strong>t<br />
o radiometrinen kor<strong>ja</strong>us<br />
• "hot spot"-ilmiö näkyy sävyeroina kuvan sisällä, eli kuvanosat<br />
ovat varjo<strong>ja</strong> vasten kuvattaessa tummempia kuin myötävaloon<br />
kuvattaessa<br />
• valoisuusero voidaan osittain kompensoida sopivia maske<strong>ja</strong><br />
käyttäen<br />
• fysikaaliset menetelmät<br />
(© FM-Kartta Oy, Pekka Savolainen, 1998)<br />
16
"Hot spot"-ilmiö syntyy auringon valaisemana kohtaan, jossa valo hei<strong>ja</strong>stuu suoraan<br />
tulosuuntaansa <strong>ja</strong> varjot jäävät katveeseen (retrohei<strong>ja</strong>stus). Ilmiö aiheuttaa kuvan<br />
alueella epälineaarisen valaistuseron, joka on suurin varjojen suunnassa <strong>ja</strong> pienin tätä<br />
vastaan kohtisuorassa suunnassa (myötävalo/vastavalo-ilmiö). Valaistuseroa pyritään<br />
mallintamaan esimerkiksi ns. BRDF-funktiolla (bidirectional radiometric distribution<br />
function), mutta käytännössä sen kor<strong>ja</strong>aminen on ilmakuvilta hankalaa. Sen si<strong>ja</strong>an<br />
ilmakuvasta kor<strong>ja</strong>taan kameran vignetoitumis-ilmiön tuottama valaistusero. Vignetoituminen<br />
johtuu sulkimen aukon varjosta <strong>ja</strong> näkyy kuvalle tulevan valon vähenemisenä<br />
kuvan laidalla. Vignetoitumisilmiö on symmetrinen kuvan pääpisteen suhteen.<br />
18
Dodging. The mosaicked image on the left shows “hot” spots in the far left corner.<br />
The image on the right shows a seamless output with the use of specialized color<br />
balancing procedures in ERDAS IMAGINE 8.5 that remove “hot spots” from aerial<br />
photography and other off-nadir imagery. Image courtesy of AERO-METRIC, Inc.<br />
(Sheboygan, WI). (http://www.erdas.co.uk/news/colour_balance.htm, 2001).<br />
Osakuva ilmakuvamosaiikista, vasemmalla ennen sävyntasausta, oikealla<br />
sävyntasauksen jälkeen. (© Carl Zeiss, Inc./ OrthoVista).<br />
19
Suorat vs. maastokohteisiin piilotetut mosaiikkira<strong>ja</strong>t. (© FM-Kartta Oy, Pekka<br />
Savolainen, 1998)<br />
Ortokuvan radiometrinen kor<strong>ja</strong>us sisältyy globaalin yhteensovituksen ratkaisuun.<br />
Vasemmalla paloittain oikaistu ortokuva, oikealla globaalin yhteensovituksen<br />
tuloksena tuotettu ortokuva.<br />
Geometrinen virhe, joka johtuu korkeusmallin likimääräisyydestä. Korkeusmalli<br />
määräytyy globaalin yhteensovituksen yhteydessä <strong>ja</strong> virhe kor<strong>ja</strong>antuu.<br />
20
Ortokuva sopii sellaisenaan poh<strong>ja</strong>kartaksi. Kartoitusohjelmistoon sisältyy myös ns.<br />
"map publishing"-osio. (Kuva: Leica Helava SocetSet,<br />
http://www.gdesystems.com/socet/brochure/socet_brochure.html).<br />
Ortokuvamosaiikki Bostonista. Kuvan koko on 2 km x 4 km <strong>ja</strong> pikselikoko on 8 m.<br />
(© MIT Digital Orthophoto Browser)<br />
21
Ortokuvaindeksi, Boston ympäristöineen. (© MIT Digital Orthophoto Browser)<br />
(© FM-Kartta Oy, Pekka Savolainen, 1998)<br />
22
(© FM-Kartta Oy, Pekka Savolainen, 1998)<br />
(© FM-Kartta Oy, Pekka Savolainen, 1998)<br />
23
Rakennusten oikaisu ortokuvilla<br />
Orto-oikaisu sekä maaanpinnan että siinä olevien rakenteiden osalta ("true orto")<br />
24
Automatic Correction of Houses in Digital Orthoimages (ETH Zürich)<br />
Jos maastovirhe kor<strong>ja</strong>taan ylikulkusillan kohdalla alla kulkevan tienpinnan korkeuden<br />
mukaan <strong>ja</strong> sillalta <strong>ja</strong>tkuvan tien osalta oikean tienpinnan korkeuden mukaan, tien<br />
geometria vääristyy. "True orto"-kor<strong>ja</strong>uksella saadaan ylikulkusillat kor<strong>ja</strong>ttua oikeaan<br />
asemaan sillalla kulkevan tien suhteen. (Kuva: Leica Helava SocetSet,<br />
http://www.gdesystems.com/socet/brochure/socet_brochure.html).<br />
25
Ortokuvaustoimintaa Suomessa<br />
• Ortokuvatuotantoa tekevät Suomessa mm. Finnmap, FM-Karta Oy,<br />
Maanmittauslaitos, Sito Oy, Suomen Kartoitus <strong>ja</strong> Mittaus SKM Oy,<br />
Tieliikelaitos sekä useat kunnat.<br />
• Ortokuvasto<strong>ja</strong><br />
o MMM:n maanlaajuiset LPIS ortokuvat<br />
o MML:n MTJ ortokuvat<br />
o Metsäkeskusten ortokuvatuotanto<br />
o Kaavan poh<strong>ja</strong>kartta<br />
o www.ilmari.fi: Novon <strong>ja</strong> FM-Kartta Oy:n toteuttama internetpoh<strong>ja</strong>inen<br />
ilmakuvapalvelu<br />
Esimerkkejä ortokuvien käytöstä Suomessa<br />
<strong>Ortokuvien</strong> käyttötavat voidaan luokitella esimerkiksi mittaus-, analysointi-,<br />
suunnittelu-, visualisointi- sekä katselukäyttöön. Seuraavassa esitetään joitakin<br />
esimerkkejä ortokuvien tuotannosta <strong>ja</strong> käytöstä<br />
• Maa- <strong>ja</strong> metsätalousministeriö on käyttänyt ortokuvia valtakunnallisen<br />
peltolohkotietokannan (LPIS, Land Parcel Identification System)<br />
muodostamisessa: ortokuvilta on digitoitu tietokantaan peltolohkot sekä tukia<br />
hakeville maanviljelijöille on tulostettu paperimuotoiset ortokuvakartat<br />
yhdistämällä ortokuva <strong>ja</strong> vektorimuotoiset lohkotiedot. Käynnissä on jo toinen<br />
ortokuvatuotanto LPIS:ä varten. Ensimmäisellä kerralla ortokuvat tuotettiin 1<br />
m maastopikselikoolla 1:60000-mittakaavaisista mustavalkoisista<br />
olemassaolevista Topografikunnan kuvaamista ilmakuvista; korkeusmallina<br />
käytettiin MML:n Korkeusmalli25:ttä. Toisella kerralla kuvamateriaalina on<br />
käytetty uusia 1:31000 väri-infrakuvauksia <strong>ja</strong> MML:n valtakunnallista<br />
Korkeusmalli25:ttä. <strong>Ortokuvien</strong> maastopikselikoko on 0,5 m. LPIS ortokuvien<br />
si<strong>ja</strong>intikeskivirhe on valtaosassa maata alle 2,5 m.<br />
• Ortokuvia käytetään metsäsovellutuksissa laa<strong>ja</strong>sti, mm. kuvioiden<br />
ra<strong>ja</strong>amisessa sekä puulajisuhteiden arvioimisessa. Metsäsovellutusten<br />
ortokuvat tuotetaan useimmiten 1:31000 väri-infrakuvista 0,5 m<br />
maastopikselikoolla. Korkeusmallina käytetään MML:n valtakunnallista<br />
Korkeusmalli25:ttä. <strong>Ortokuvien</strong> sävyt säädetään metsäsovellutuksiin<br />
soveltuviksi.<br />
• Kaavoitusmittausasetuksen 6§:n mukaan kaavan poh<strong>ja</strong>kartta voi olla<br />
perinteisen viivakartan tarkkuudella laaditun ortomosaiikin <strong>ja</strong> tarpeellisten<br />
viivamerkintöjen yhdistelmä (ilmakuvakartta). Ilmakuvakartassa on<br />
osoitettava vähintään maanpinnan korkeussuhteet sekä viivamerkinnöin<br />
kiinteistö<strong>ja</strong>otus, rakennukset <strong>ja</strong> tiet, tarpeellinen nimistö sekä merkittävät<br />
johdot. Kaavoitusmittausohje esittää suositellun menetelmän kaavan<br />
poh<strong>ja</strong>kartan osana käytettävän ortokuvan tuotannolle.<br />
• Kunnan toiminnoista ortokuvia voivat hyödyntää mm. mittaustoimi,<br />
maankäytön suunnittelu, liikennesuunnittelu, viheraluesuunnittelu <strong>ja</strong> –<br />
rakentaminen, elinkeino- <strong>ja</strong> yrityspalvelut, rakennusvalvonta,<br />
ympäristönvalvonta sekä pelastustoimi. Intranetissä tai internetissä kuvat<br />
saadaan suuren käyttäjäjoukon käyttöön.<br />
• Lisätieto<strong>ja</strong>: FKS ortokuvaohje<br />
26
Kir<strong>ja</strong>llisuutta<br />
• Kaavoitusmittausohjeet, Maanmittaushallituksen julkaisu n:o 94.<br />
• Ei<strong>ja</strong> Orava, 1994. Digitaaliset ortokuvat, TKK, diplomityö, Espoo 1994.<br />
• Mikael Johansson, Scott B. Miller, A. Stewart Walker, 1995. Digital<br />
orthophotography at the National Land Survey of Sweden, Espoo 1995.<br />
• Ohjeita ortokuvien tuotannolle <strong>ja</strong> käytölle Suomessa. <strong>Fotogrammetrian</strong> <strong>ja</strong><br />
<strong>kaukokartoituksen</strong> seura, julkaisu 1/2005.<br />
http://www.fgi.fi/osastot/foto/projektit/ortokuva_etusivu.html<br />
Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus<br />
Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
27
Change language