Luento 4 Georeferointi

Transkriptio

1 Luento 4 Georeferointi 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 1 Sisältö Georeferointi käsitteenä Orientoinnit Stereokuvaparin mittaus Stereomallin ulkoinen orientointi (= absoluuttinen orientointi) 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 2

2 Orientoinnit georeferoinnissa Sisäinen orientointi Ulkoinen orientointi yksi kuva suoraan maastomalliin kuvapari keskinäinen orientointi stereomalliksi stereomallin ulkoinen orientointi maastomallille 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 3 Georeferointi? Sijaintia koskevan tiedon liittäminen kuvaan ja kuvan liittäminen sijaintia koskevaan tietoon. Kuvan sijainti? Kohteen sijainti? Geo-kohde XYZ piste 3D mallilla maanpinta, rakennus,... Kuva xy piste kuvalla 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 4

3 Maaston koordinaatistot Satelliittipaikannus kuvauskoneen navigointi, WGS84 Maastopaikannus kartoitus, paikallinen koordinaatisto näkyvöitetään signaalein Kuva: Ossi Jokinen, Maanmittauslaitos 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 5 Kuvan georeferointi Georeferoinnissa kuvaan liitetään tiedot kameran sisäisestä ja ulkoisesta orientoinnista. Sisäinen orientointi kameravakio c pääpiste x O ja y O Ulkoinen orientointi kuvanottopaikka X O,Y O, ja Z O kierrot ja kallistukset, α,ν, ja κ, tai κ, φ, ja ω Maa Fotogrammetrian perusteet 6

4 Kamera Kuvavektori kamerakoordinaatistossa Maa Fotogrammetrian perusteet 7 Kuvavektori kamerasta kohteeseen Maa Fotogrammetrian perusteet 8

5 Kohteesta kuvalle Kollineaarisuusyhtälöt kuvahavaintojen ja kohdepisteiden välillä Maa Fotogrammetrian perusteet 9 Kuvalta kohteeseen Stereokuvauksen yleinen tapaus ja erityisesti silloin, kun on kyse kuvablokista Maa Fotogrammetrian perusteet 10

6 Eteenpäinleikkaus I Eteenpäinleikkauksella määritetään uuden kohdepisteen avaruuskoordinaatit. Toiminto kuuluu osana fotogrammetrian ns. päätehtävään eli kohteen rekonstruoimiseen kahden tai useamman sädekimpun avulla. Käsittelemme tässä fotogrammetrian päätehtävää stereokuvaparin tapauksessa Maa Fotogrammetrian perusteet 11 Eteenpäinleikkaus II Eteenpäinleikkaus tehdään orientoiduilta kuvilta. Orientointina käy joko kuvaparin keskinäinen orientointi mallikoordinaatistossa tai kummankin kuvan ulkoinen orientointi kohdekoordinaatistossa Maa Fotogrammetrian perusteet 12

7 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 13 Stereokuvaus I Stereokuvauksen normaalitapauksessa valitaan 3-D koordinaatistoksi kuvaparin toisen kameran kamerakoordinaatisto. Tällöin kiertomatriisi on yksikkömatriisi, toisen kuvan projektiokeskus pysyy origona, ja toisen kuvan projektiokeskus on (B, 0, 0). Kameravakion arvo eli yhteisen kuvatason etäisyys kuvakannasta on tässä c. Kameraoptiikan ja kuva-anturin virheet korjataan kuvahavainnoista Maa Fotogrammetrian perusteet 14

8 Stereokuvaus II Kohdepisteen 3-D koordinaatit lasketaan (X, Y, Z) ns. parallaksikaavalla, ensin Z, sen jälkeen kuvapisteen mittakaavaluku M, ja lopuksi X ja Y. Jos parallaksihavainnon virhe tunnetaan, sen likimääräinen vaikutus (dz) etäisyyshavaintoon voidaan laskea differentioidulla parallaksikaavalla Maa Fotogrammetrian perusteet 15 Eteenpäinleikkaus III 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 16

9 Eteenpäinleikkaus IV Vasemman ja oikean kuvan yhteys maastoon (kuvahavainnot p1 ja p2 sekä maastopiste P1=P2) 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 17 Eteenpäinleikkaus V Maastopiste on sama Mittakaava lasketaan etäisyydestä kuvakantaan -> on molemmille kuville sama Jos kuvat ovat stereokuvauksen normaalitapauksessa, ei ole pystyparallaksia y p1=y p2. Jos kamera on ollut sama molemmille kuville, kuvatason etäisyys projektiokeskuksesta on sama z p1=z p2. Ainoa ero on siis vaakasuunnassa Maa Fotogrammetrian perusteet 18

10 Eteenpäinleikkaus VI Ratkaisemme mittakaavan yhtälöryhmän auki kirjoitetuista yhtälöistä, joissa esiintyy x Maa Fotogrammetrian perusteet 19 Eteenpäinleikkaus VII Z p Jos ratkaistu mittakaava sijoitetaan alkuperäisiin yhtälöihin, saadaan Maastopisteen P etäisyys stereokuvaparin kuvakannasta saadaan kertomalla kameravakio c=-z mittakaavalla = Bc p xp 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 20

11 Eteenpäinleikkaus VIII X p Y p Pisteen P X ja Y koordinaatit saadaan vastaavasti mittakaavalaskuista. Tässä X on laskettu vasemman kuvan kautta. X = Y = B p B p xp xp x' y' 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 21 3D mittaus 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 22

12 Laatikot I Oheisessa esimerkissä on kuvattu laatikoita pöydällä ja tarkoitus on mitata laatikoiden sekä alla olevan pöytälevyn päämitat. Mittaus tehdään havaitsemalla kohteiden nurkkapisteet kummaltakin kuvalta ja laskemalla sen jälkeen nurkkien 3-D koordinaatit. Päämitat lasketaan nurkkapisteiden avaruusetäisyyksinä Maa Fotogrammetrian perusteet 23 Laatikot II Kuvat on otettu digitaalikameralla, jonka kuvakoko on 1280 x 1024 pikseliä. Kameravakiona käytetään arvoa 1360 pikseliä, joka on määritetty etukäteen. Kuvapari on pyritty kuvaamaan stereokuvauksen normaalitapauksen mukaisesti ja kuvakanta on 0.62 m. Lisäksi mitattiin kameran projektiokeskuksen korkeus lattiatasosta, joka oli 1.58 m Maa Fotogrammetrian perusteet 24

13 Kuvapisteen mittaus 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 25 Kamerakoordinaatit 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 26

14 Parallaksikaavat Kohdekoordinaatit X, Y ja Z lasketaan kamerakoordinaateista x, y ja c joko -tai 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 27 Laatikot, kuvahavainnot Laatikko Maa Fotogrammetrian perusteet 28

15 Mittaushavainnot ja kamerakoordinaatit. Parallaksit on laskettu erotuksena px = x'' - x' (vaakaparallaksi). Jos kuvat olisi otettu tarkasti stereokuvauksen normaalitapauksen mukaisesti ja kuvista olisi korjattu kameraoptiikan aiheuttamat piirtovirheet, kuvien y'- jay''-koordinaatit olisivat kohdistustarkkuuden puitteissa samat py = y'' - y' => 0 (pystyparallaksi). Nyt niissä on jopa kymmenen pikselin suuruisia eroja. Tässä esimerkissä tällä ei ole merkitystä, koska tarkoitus on havainnollistaa 3-D koordinaattimittauksen periaatetta Maa Fotogrammetrian perusteet 29 Keskinäinen orientointi Tarkoissa mittaus- ja kartoitustehtävissä tunnetut kuvavirheet otetaan huomioon ja kuvapari oikaistaan normaaliasentoon ennen stereomittauksia (keskinäinen orientointi) Maa Fotogrammetrian perusteet 30

16 Laatikot, kohdekoordinaatit 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 31 Lasketut 3-D koordinaatit Koordinaatit on laskettu parallaksikaavoilla. Sen jälkeen päämitat on laskettu vinoina avaruusetäisyyksinä päätepisteiden koordinaattieroista (S_measured) ja laskettu niiden keskiarvot (S_mean). Tätä keskiarvoa on lopuksi verrattu siihen etäisyyteen, joka on mitattu mittanauhalla samasta päämitasta suoraan kohteella (S_true). Vertailusta nähdään, että tässä tapauksessa mittausepävarmuus on luokkaa 5-10 %, kun tällä samalla kuvaparilla se voisi tarkasti mitaten olla niinkin pieni kuin 0.01 % Maa Fotogrammetrian perusteet 32

17 2008 Maa Fotogrammetrian perusteet 33