Luento 1 Fotogrammetria prosessina Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Transkriptio

1 Luento 1 Fotogrammetria prosessina Maa Fotogrammetrian perusteet 1

2 Maa Fotogrammetrian perusteet (3 op) Sisältyy geomatiikan koulutusohjelman perusmoduuliin A1. Kurssin kuvaus Stereofotogrammetria. Stereoskooppinen kuvankäsittely. Geometriset perusteet: keskusprojektio, stereokuvaus, parallaksimittaus, stereomallien muodostaminen, 3D koordinaattimittaus stereomallilla. Kartoitus- ja mittaussovellukset Maa Fotogrammetrian perusteet 2

3 Ohjelma 2007 Luennot Henrik Haggrén, Petri Rönnholm, Anita Laiho- Heikkinen ja Nina Heiska Harjoitukset Hanne Junnilainen Milka Nuikka, Heikki Kauhanen Tentti Aikataulu Kurssi sisältyy 3. periodiin, Maa Fotogrammetrian perusteet 3

4 Opetustavoitteet Kaikki se, mitä jokaisen geomatiikan koulutusohjelman opiskelijan vähintään tulee tietää stereofotogrammetrian kartoituskäytöstä, mitä fotogrammetriaa ja kaukokartoitusta pääaineinaan opiskelevien tulee omaksua stereofotogrammetrian teoriasta ennen yleiskurssia, ja mitä mm. tieto- ja viestintätekniikan opiskelijat tarvitsevat hyödyntäessään stereofotogrammetriaa 3D kuvankäsittelyssä Maa Fotogrammetrian perusteet 4

5 Luennot 2007 I. Fotogrammetria prosessina II. Stereokuvaus III. Orientoinnit IV. Georeferointi V. Stereokuvauksen tarkkuus VI. Ilmakuvaus VII. Stereokartoituskojeet VIII. Kartoitussovellukset IX. Muut sovellukset X. Visualisointi 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 5

6 Harjoitusaiheet 1. Stereokuvan piirto 2. Stereoelokuvan tekeminen 3. Laskuharjoitukset 4. Kuvauksen simulointi 5. Ekskursio Espoon kaupungille 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 6

7 Luentoajat Luennot maanantaisin 12-14, sali M1 keskiviikkoisin 8-10, Sali M1 Aikataulu Ma Ke Ma Ke Ma Ke Ma Ke Ma Ke HH HH PR HH HH ALH HH PR NH PR 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 7

8 Kirjallisuus Karl Kraus: Photogrammetry, Volume 1, Fundamentals and standard processes, Dümmler, Bonn 1993 Luku 1. Introduction, s. 1-3 Luku 2. Preliminary mathematics, s Luku 3. Cameras, photography and planning in photogrammetry, s Luku 4. Stereo-restitution, s Luku 6. Orthophotography, s Luennot 2007 Luentomonisteet 2005, soveltuvin osin, viitteet luennoilla Maa Fotogrammetrian peruskurssi Maa Fotogrammetrian yleiskurssi 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 8

9 Luento 1 Kurssin asema koulutusohjelmissa fotogrammetria prosessina koulutusohjelmana oppimispolkuna toimintoketjuna sovelluksena palautetaan mieliin fotogrammetrian peruskäsitteitä 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 9

10 Geomatiikan perusmoduuli A1 Teoriaa. Yhteenveto, esim. kartoitusprosessista: Mitä jokaisen geomatiikan opiskelijan tulee vähintään tietää.? Opiskelija valitsee joko geoinformatiikan tai geodesian ja fotogrammetrian, tai molemmat Maa Fotogrammetrian perusteet 10

11 Ydinaines Tiedot Fotogrammetrinen mittausprosessi Stereokuvan laskeminen Stereokuvien mittatarkkuus ja kuvausten suunnittelu Perusteet kuvien ja 3D mallien orientoinneista Fotogrammetriset mittauslaitteistot (analyyttiset, digitaaliset) Ilmakuvaus ja sopivan kuvamateriaalin hankinta Stereomallin mittaus Johdanto kartoitusprosessiin 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 11

12 Ydinaines Taidot Stereokuvauksen suunnittelu Stereokuvausten virhetarkastelu Stereomittaus Ilmakuvauksen suunnittelu Kuvan orientointien laskeminen (erikoistapaukset) 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 12

13 Täydentävä tietämys Tiedot Näyttötekniikat Laserkeilaus Kaksoissuhde Taidot Stereokuvien piirtäminen 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 13

14 Geomatiikan perusmoduuli A1 Theory Insight to mapping processes What every geomatics student must know at least from photogrammetry, remote sensing, cartography, and geoinformation techniques? Students will choose either geoinformatics, or geodesy and photogrammetry, or both Maa Fotogrammetrian perusteet 14

15 Geomatiikan jatkomoduuli A2 Completing the candidate s degree. Additional theory, introduction to applications. A candidate has a good insight on essential tasks of surveying. He has not detailed knowledge on surveying expertise, but he is capable in finding out necessary information to carry out the tasks. The professional competence at this stage depends also on chosen B1 and on freely chosen courses Maa Fotogrammetrian perusteet 15

16 Geomatiikka ja kiinteistötalous B1 Real-estate economics A land surveyors competence for. will provide the parallel to proceed to general application of real-estate economics (B2). Other options for B1-modules media technology, information technology, computer science Maa Fotogrammetrian perusteet 16

17 Progressiivinen oppiminen Theory of constructive learning 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 17

18 Fotogrammetria 2006 Johdanto Maa keskusprojektio valokuvaus kuvan tulkinta Perusteet Maa stereomalli Tasoituslasku Maa-6.xxx stereoskooppinen esittäminen 3D mallikoordinaattien laskeminen Yleiskurssi Maa Analyyttinen fotogrammetria I Maa Digitaalinen fotogrammetria I kameramalli kuvajoukko Maa matemaattiset mallit estimointiteoria koordinaattimuunnokset piirteiden irroitus 3D kohdekoordinaattien laskeminen kuvien yhtensovitus 3D kohteen rekonstruointi Digitaalinen kuvankäsittely Maa Käytännön fotogrammetria Maa kartoitusprosessi ilmakuvaus ja laserkeilaus 3D ympäristön mallintaminen 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 18

19 Fotogrammetria 2005 Johdanto Tasoituslasku Maa Peruskurssi Maa-6.xxx Analyyttinen fotogrammetria I Maa Maa Digitaalinen fotogrammetria I Maa Yleiskurssi Maa Digitaalinen kuvankäsittely Käytännön fotogrammetria Maa Maa Maa Fotogrammetrian perusteet 19

20 Fotogrammetrian kursseista I Fotogrammetrian opintojaksoilla opitaan tekniikat, joita käytetään kolmiulotteisen ympäristön kolmiulotteiseen mallintamiseen sovellusalueista riippumatta. Fotogrammetrian perusteissa ja yleiskurssilla hankitaan fotogrammetrian tieteenalalle ominaiset fysiikan ja matematiikan perustiedot, jotka liittyvät erityisesti ympäristötiedon kolmiulotteiseen käsittelyyn Maa Fotogrammetrian perusteet 20

21 Fotogrammetrian kursseista II Digitaalisen kuvankäsittelyn opintojakso tarjoaa perustiedot kuvamuotoisen signaalinkäsittelyn tekniikoihin. Vastaava opintojakso voidaan suorittaa myös lääketieteellisen fysiikan ja informaatiotekniikan koulutusohjelmissa. Fotogrammetrian käytännön ja erikoissovellusten kursseissa pääpaino on ajankohtaisissa mittaus- ja kartoitustehtävissä Maa Fotogrammetrian perusteet 21

22 Geomatiikan jatkomoduuli A2 Kandidaattitutkinnon pää. Lisäteoriaa, mutta myös sovellukset kulkevat mukana. Kandidaatti suoriutuu maanmittausalan keskeisistä tehtävistä ja on sisäistänyt niiden yleiskuvan. Kandidaatille ei ole opetettu ammatillisia yksityiskohtia, mutta hän pystyy hankkimaan tarpeellisen tiedon tehtävän suorittamiseksi. Ammattitaito riippuu myös B1-valinnasta sekä vapaasti valittavista opinnoista Maa Fotogrammetrian perusteet 22

23 Geomatiikan syventävä moduuli A3 Fotogrammetria ja kaukokartoitus Sovelluksia lisää. Tämän jälkeen voi tehdä bisnestä. Insinöörin taidot. Projektin läpivieminen. Tutkijan alku Kiinnostus tieteen tekemiseen Maa Fotogrammetrian perusteet 23

24 Fotogrammetrian kursseista III Analyyttisen fotogrammetrian ja digitaalisen fotogrammetrian kurssit antavat syvälliset tiedot kolmiulotteista ympäristöä kuvaavien geometristen ja radiometristen suureiden määrittämiseen, ja kohteen mallintamiseen, sekä havaintoihin sisältyvän epävarmuuden hallitsemiseen, ja tämän epävarmuuden arvioimiseen kohdemallilla Maa Fotogrammetrian perusteet 24

25 Erikoismoduuli C Fotogrammetria Tutkija Syventyminen teoriaan ja sovelluksiin. Diplomi-insinööri Valmius tuotekehitykseen ja tutkimukseen. Bisnes-ihminen Taloudellisten lainalaisuuksien sisäistäminen maanmittausalan tuotantosovelluksissa ja liiketoiminnassa.??? 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 25

26 Fotogrammetriaa johdantokurssista Mitä tietoa kuvaamalla kyetään hankkimaan? Geometria ja radiometria? Milloin kuva on oikea tapa tiedonhankintaan? Ortokuvaa voidaan käyttää mittapohjana, oikaisematonta kuvaa ei! Miksi?! Kuvien georeferointi käsitteenä. Parallaksimittaus oikaistulta kuvalta? Rakennuksen korkeuksia voidaan mitata myös yhdeltä kuvalta? Milloin ei? Stereokuvien yhdistäminen ja parallaksin mittaaminen stereokuvalta. Muutosten tulkinta: Nuuksion ilmakuva - GoogleEarth. 2D-kuvamuunnokset ja kuvalta mittaaminen: Perusteisiin? Mittakaava kuvilla Maa Fotogrammetrian perusteet 26

27 Fotogrammetrinen mittausprosessi I Fotogrammetrinen mittausprosessi on valokuvaamiseen perustuva peräkkäisten toimintojen ketju, jolla 3D kohteesta tuotetaan geometrialtaan tulkittu 3D malli. Sen vaiheita ovat kohteen kuvaaminen, kuvien esikäsittely, kuvien 3D tulkinta, ja kohteen ja näkymän esittäminen 3D mallina Maa Fotogrammetrian perusteet 27

28 Fotogrammetrinen mittausprosessi II Fotogrammetrian menetelmien kannalta tärkeimmät osatehtävät sisältyvät kuvien geometriseen käsittelyyn eli orientointeihin, joilla hallitaan koordinaatistomuunnokset kohteesta kuville ja kuvilta edelleen 3D mallille. Soveltaminen Off-line: Scene Reconstruction On-line: Dimensional control 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 28

29 Orientoinnit Yhden kuvan Sisäinen orientointi Ulkoinen orientointi Kahden kuvan eli kuvaparin Sisäinen orientointi Keskinäinen orientointi Absoluuttinen orientointi 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 29

30 Näkymän rekonstruointi 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 30

31 Fotogrammetrinen prosessi I 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 31

32 Fotogrammetrinen prosessi II 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 32

33 Fotogrammetrinen prosessi III 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 33

34 Ilmakuvaus Stereokuvaus Laserkeilaus (Uwe Lohr, TopoSys) 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 34

35 Kuvien orientointi 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 35

36 Stereokartoitus (Hannu Hyyppä, Petri Rönnholm, TKK) 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 36

37 3D mallinnus (Katri Koistinen, TKK) (Arzu Çöltekin, TKK) 2007 Maa Fotogrammetrian perusteet 37