Luentokalvot - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen laboratorio
Luentokalvot - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen laboratorio
Luentokalvot - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen laboratorio
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Luento 9<br />
3-D mittaus<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
1
Luennot 2007<br />
JOHDANTO<br />
– Koko joukko kuvia! Kuvien moniulotteisuus.<br />
LUENNOT<br />
I. Kuvien ottaminen<br />
• Mitä kuvia <strong>ja</strong> miten Mitä kuvista nähdään<br />
II.<br />
III.<br />
IV.<br />
Kuvien esikäsittely<br />
• Miten kartoituskuvat alustetaan Miten havaitaan<br />
Kuvien analysointi<br />
• Miten kuvia tulkitaan Miten mitataan<br />
Kuvien esittäminen<br />
• Miten kuvat esitetään Miten moniulotteisuus<br />
havainnollistetaan<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
2
3-D mittaus<br />
• Säteettäissiirtymä. Yksikuvamittaus.<br />
• Parallaksimittaus. Avaruusmittamerkki.<br />
• Etäisyysmittaus stereokuvalla.<br />
– Etäisyysmittauksen epätarkkuus.<br />
• Korkeuserojen mittaaminen parallaksieroista.<br />
– Parallaksimittaus stereomikrometrillä.<br />
• Kolmiulotteinen mittaaminen.<br />
– 3D parallaksikaavat. Esimerkki: "Laatikot”.<br />
– Parallaksimittauksiin rajoittuvat stereokartoituslaitteet.<br />
• Stereomalli. Keskinäinen orientointi.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
3
Keskusprojektion mittakaava<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
4
Keskusprojektio<br />
(Halonen, 1965)<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
5
Mittakaava <strong>ja</strong> mittakaavaluku<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
6
Mittakaavan projektiovirhe<br />
vinolla tasolla<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
7
Korkeusmalli<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
8
Ilmakuva<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
9
Ortokuva<br />
Ortokuva<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
10
Tosiortokuva<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
11
Säteettäissiirtymä<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
12
Maastovirhe<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
13
Monumentin korkeus<br />
• Säteettäissiirtymään<br />
perustuva mittaus<br />
• Oheisen kuvan koko on 600 x<br />
593 pikseliä<br />
• Ikonos-satelliitin keilaimen<br />
kuva-alkio on maan pinnalla 1<br />
m<br />
• Satelliitin ratakorkeus on 680<br />
km.<br />
• Muistomerkin etäisyys satelliitin<br />
kuvanadiiriin on 180 km.<br />
• Kuva on pystykuva <strong>ja</strong><br />
maanpinta oletetaan tasoksi.<br />
• Huomattakoon, että kuvanadiiri<br />
on tässä tapauksessa kuvan<br />
ulkopuolella.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
14
Kuvausgeometria<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
15
Siirtymän mittaus kuvalta<br />
• Voidaan olettaa, että muistomerkki<br />
on pystysuorassa <strong>ja</strong> sen korkeus<br />
voidaan laskea kuvaustietojen<br />
perusteella.<br />
• Tulkitaan ensin muistomerkin<br />
pääpystysuora eli keskiakseli <strong>ja</strong><br />
piirretään se kuvalle sekä<br />
muistomerkin suunnassa että sen<br />
varjon suunnassa.<br />
• Suorien leikkauspiste on<br />
pääpystysuoran päätepiste maan<br />
pinnalla.<br />
• Toinen päätepiste on muistomerkin<br />
kärjessä.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
16
Mittaustulos<br />
• Muistomerkin pituus (säteettäissiirtymä) on kuvalta mitattuna<br />
45,9 pikseliä, mikä vastaa kohteella 45,9 m.<br />
• Havainnosta lasketaan muistomerkin korkeudeksi 173 m.<br />
• Todellinen korkeus on 169 m, jota vastaava säteettäissiirtymä<br />
olisi 44,8 m.<br />
• Ero johtuu sekä oletusten että havaintojen epätarkkuuksista.<br />
• Hyvä arvio kuvahavainnon epätarkkuudesta tässä esimerkissä<br />
olisi ± 0,5 pikseliä, mikä vastaa korkeudessa ± 2 m.<br />
• Kuvanadiirissa säteettäissiirtymää ei ole <strong>ja</strong> säteettäissirtymään<br />
perustuva korkeudenmittaus onkin mahdollista vain etäällä<br />
kuvanadiirista.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
17
Maanpinta ilmakuvalla<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
18
Maanpinta kartalla<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
19
Ilmakuvapari stereokuvana<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
20
Parallaksi<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
21
Parallaksien synty 1<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
22
Parallaksien synty 2<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
23
Parallaksit positiiviasennossa<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
24
Parallaksit negatiiviasennossa<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
25
Parallaksit<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
26
Parallaksin mittaaminen<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
27
Vaaka- <strong>ja</strong> pystyparallaksi<br />
• Parallaksi havaitaan kuvatasolla kuvakoordinaattien x'' <strong>ja</strong> x'<br />
erotuksena.<br />
• Tätä kuvakannan suuntaista parallaksia kutsutaan myös<br />
vaakaparallaksiksi erotuksena sitä vastaan kohtisuorasta y-<br />
eli pystyparallaksista.<br />
– Stereokuvauksen normaalitapauksessa kuvakoordinaatit y' <strong>ja</strong><br />
y' ovat aina yhtäsuuret eli pystyparallaksi on nolla (Miksi).<br />
• Vaakaparallaksi on nolla vain, jos kohde on äärettömän kaukana<br />
tai jos kuvat on otettu samasta pisteestä.<br />
– Kummassakin tapauksessa kuvat ovat identtiset eikä kuvia<br />
voi käyttää etäisyyksien mittaamiseen.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
28
Parallaksin muutokset I<br />
• Stereokuvauksen normaalitapauksessa<br />
– Parallaksi muuttuu<br />
• Kun kuvakanta kasvaa, parallaksi kuvalla kasvaa.<br />
• Kun polttoväli kasvaa, parallaksi kuvalla kasvaa.<br />
– Parallaksi pysyy samana<br />
• Samalla kohtisuoralla etäisyydellä olevien pisteiden<br />
parallaksi pysyy samana.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
29
Parallaksin muutokset II<br />
• Parallaksi ∞ = 0<br />
• Kun kuvakanta B<br />
kasvaa, parallaksi<br />
kasvaa<br />
• Kun polttoväli tai<br />
kameravakio c kasvaa,<br />
parallaksi kasvaa<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
30
Parallaksi<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
31
Parallaksi eri X-arvoilla<br />
Parallaktinen kulma muuttuu<br />
Parallaksi kuvalla ei muutu<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
32
Parallaksi eri Y-arvoilla<br />
Parallaktinen kulma muuttuu<br />
Parallaksi kuvalla ei muutu<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
33
Kohtisuora etäisyys<br />
Z<br />
c<br />
B<br />
p x<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
34
Ilmakuvapari ”Sokos”<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
35
Etäisyydenmittaus ilmakuvalla<br />
• Tunnetaan<br />
• kameravakio<br />
• kuvakanta<br />
• tai<br />
• lentokorkeus<br />
• kuvamittakaava<br />
• Havaitaan<br />
• parallaksi<br />
• Lasketaan<br />
• kohtisuora etäisyys<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
36
Parallaksin mittaaminen<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
37
Etäisyyserojen mittaus<br />
ilmakuvalla<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
38
Etäisyyserojen mittaus<br />
ilmakuvalla<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
39
Korkeuseron laskeminen<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
40
Korkeuseron laskeminen<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
41
Parallaksi ilmakuvalla<br />
Kuva: Albertz, 2001<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
42
Korkeuserojen mittaus<br />
stereokuvalla<br />
• Parallaksitanko<br />
• Stereomikrometri<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
43
Parallaksitanko<br />
• Peilistereoskooppi on fotogrammetrinen tullintakoje, jolla<br />
voidaan myös mitata maaston korkeusero<strong>ja</strong>.<br />
• Parallaksimittaukset tehdään ns. parallaksitangolla <strong>ja</strong> siihen<br />
liittyvällä mitta-asteikolla, stereomikrometrillä.<br />
– Tangon kummassakin päässä on lasilevyt, joihin on<br />
kaiverrettu kohdistusmerkit (mittamerkit) mitattavan<br />
kohdepisteen tarkkaa osoittamista varten.<br />
• Tangon pituutta säädetään sen oikessa päässä olevaa<br />
mikrometriruuvia kiertämällä.<br />
• Parallaksihavainnot luetaan mikroimetriruuvin kierroksia<br />
seuraavalta mitta-asteikolta.<br />
• Tangon vasemmassa päässä näkyvä mitta-asteikko liittyy<br />
parallaksihavaintojen vakio-osan eli kuvakannan säätämiseen.<br />
• Kuvakanta säädetään pääpisteiden mukaan sen jälkeen, kun<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
kuvat on orientoitu keskenään<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
44
Etäisyysmittauksen<br />
epätarkkuus I<br />
• Etäisyysmittauksen tarkkuus stereokuvauksen<br />
normaalitapauksessa on<br />
– suoraan verrannollinen<br />
• kuvan mittakaavaan, <strong>ja</strong><br />
• parallaksieron mittaustarkkuuteen, <strong>ja</strong><br />
– kääntäen verrannollinen<br />
• kantasuhteeseen.<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
45
Etäisyysmittauksen epätarkkuus<br />
II<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
46
Stereoskooppinen mittaus<br />
• Kohteen stereoskooppinen näkeminen perustuu<br />
parallakseihin.<br />
– Vastaavasti voidaan stereokuvaparilta mitata<br />
etäisyyksiä kuvanottopaikalta kohteeseeen.<br />
• Etäisyydet lasketaan parallakseista, jotka syntyvät,<br />
kun kohdetta kuvataan kahdesta suunnasta.<br />
– Normaalitapauksen mukaiselta kuvaparilta<br />
etäisyyksien laskemiseen riittää, että tunnetaan<br />
kuvanottopaikkojen väli (kuvakanta) <strong>ja</strong> kameran<br />
polttoväli (kameravakio).<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
47
Avaruusmittamerkki<br />
• Edessä<br />
• Takana<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
48
Avaruusmittamerkki<br />
Mittamerkit<br />
kuvilla<br />
Illuusio<br />
mittamerkistä<br />
Silmät<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
49
Avaruusmittamerkki<br />
• Optinen stereokartoituskoje<br />
Kuvat: Halonen, 1965<br />
Henrik Haggrén, 2007<br />
Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
50
Avaruusmittamerkki<br />
• Analyyttinen<br />
stereokartoituskoje<br />
Zeiss, PHODIS ST<br />
LH Systems, SOCET SET ®<br />
Henrik Haggrén, 2007 Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen,<br />
fotogrammetriaan <strong>ja</strong> kaukokartoitukseen<br />
51
Change language