Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen"

Risto Pesonen
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Luento 5 Mittakuva 1

2 Aiheita Mittakuva Muunnokset informaatiokanavassa. Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot. Stereokuva, konvergentti kuva. Koordinaatistot. Kuvien orientoinnit. Sisäinen orientointi. Ulkoinen orientointi. Pystykuva. Viistokuva. Oikaistu kuva. Mittakaava ja mittakaavaluku. Maastovirhe. Korkeusmalli. Georeferointi. Ilmakuva, ortokuva. Ortokuvan tuottaminen. Ortokartoitus. 2

3 Muunnokset informaatiokanavassa I Kolmiulotteinen kohde voidaan dokumentoida esittämällä se 2-D kuvina tai 3-D malleina. Dokumentointi edellyttää kohteen 3-D geometrian havaitsemista ja mittaamista. Fotogrammetriassa tämä perustuu kohteen valokuvaamiseen ja sen rekonstruoimiseen näiltä valokuvilta. Rekonstruointi voidaan jakaa geometrisiin ja radiometrisiin muunnoksiin, jotka eivät suinkaan ole toisistaan riippumattomia. 3

4 Muunnokset informaatiokanavassa II Tässä yhteydessä keskitytään kuitenkin tarkastelemaan lähinnä geometrisia muunnoksia kohteen ja mallin välisesssä informaatiokanavassa. Vastaavasti voitaisiin käsitellä myös kohteen värejä ja pinnan tekstuuria. Kun kohteesta rekonstruoituun pintamalliin liitetään tekstuuri, puhutaan ortokuvasta tai fotorealistisesta 3-D mallista. 4

5 Muunnokset informaatiokanavassa 1 5

6 Perspektiivinen muunnos 3-D kohde muunnetaan 2-D kuviksi. Muunnos tehdään optisesti, yleensä keskusprojektiokuvauksena. Yhden kuvan kuvasisällön määrittää sen perspektiivi eli projektiokeskuksen sijainti kohteen suhteen. Perspektiivi talletetaan kuvaamalla se eli leikkaamalla projektiokeskuksen kautta kulkeva valonsädekimppu kuvatasolla. Saman valonsädekimpun uudet samanaikaiset tasoleikkaukset eivät voi sisältää kohteesta mitään geometrista lisätietoa. Fotogrammetrian yleisessä tapauksessa käytetäänkin vähintäin kahta eri perspektiivistä talletettua kuvaa kohteesta. 6

7 Muunnokset informaatiokanavassa 2 7

8 Projektiivinen muunnos 2-D kuva muunnetaan toiseksi 2-D kuvaksi. Muunnos voi käsittää latentin valokuvan kehittämisen näkyväksi kuvaksi - filmille, videolle, tietokoneen näytölle - ja sen perimmäisenä tarkoituksena on tehdä kuvasta tulkintakelpoinen. Muunnos voi olla projektiivinen, eli kuva voidaan projisioida vinolle tasolle, tai sen sivusuhteita voidaan muuntaa. Näillä muunnoksilla ei kuitenkaan voida muuttaa kuvan alkuperäistä perspektiiviä. Yleisin projektiivinen muunnos käsittää tätänykyä kuvan digitoimisen. 8

9 Muunnokset informaatiokanavassa 3 9

10 Rekonstruktiivinen muunnos 2-D kuvat muunnetaan kohteen 3-D kuvaksi. Muunnos ratkaistaan matemaattisesti. Jos kuvat on digitoitu, kohdemalli on useimmiten digitaalinen. Digitaalisesta kohdemallista voidaan tuottaa myös analoginen malli, valokuva - tai kuva uudesta perspektiivistä. Matemaattinen muunnos 2-D kuvista 3-D kohdemalliksi toteutettiin aiemmin optisesti tai mekaanisesti erityisesti tähän tarkoitukseen kehitetyillä stereokartoituskojeilla. 10

11 Mt. Aron, kuva ja malli (Kuva: Saara Mattila, TKK) 11

12 Stereo photogrammetric reconstruction 12

13 Mittakuva (Halonen, 1965) 13

14 Piirtovirhe (Halonen, 1965) 14

15 Piirtovirhe 15

16 Piirtovirhe 16

17 Piirtovirheetön kuva (Pöntinen, 1998) 17

18 TKK korjaamaton 18

19 TKK korjattu 19

20 Kalibrointi (Kuva: Geodeettinen laitos) 20

21 Suorat suorina (Kuva: Pöntinen ja Kukko) 21

22 Kuva: Albertz, 2001 Kuvaus 22

23 Koordinaatistot 23

24 Kohteen kuvaus 24

25 Kohde ja kamera 25

26 Kuvaus kuvatasolle 26

27 Kuvaus kuvaparille 27

28 Kuvaus kuvaparille 28

29 Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot Yksinkertaisin tulkintatilanne on silloin, kun kohde on taso ja tämä taso on yhdensuuntainen kuvatason kanssa. Tällöin kuva ja kohde ovat yhdenmuotoiset. Kohteen geometriset suhteet muuntuvat kuvauksesta toiseen lineaarisesti. Kuvalle voidaan määrittää yksi mittakaavaluku, jolla kerrottuna kaikki kuvahavainnot voidaan muuntaa kohteen geometrisia suhteita vastaaviksi. Mittakaavaluvun määrittämiseen riittää yksi kuvalta havaittu etäisyys, jonka pituus on tunnetaan myös kohteessa. 29

30 Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot II Jos kohde on taso, mutta kuvan suhteen vino, kohteen ja sen kuvauksen projektiivinen suhde on murtolineaarinen. Suoralla olevien janojen suhteiden suhde säilyy (kaksoissuhde). Tasolla havaittujen kohteiden muoto voidaan muuntaa kohteen geometrisia suhteita vastaavaksi, mikäli kaksoisuhde on määritetty kahden erisuuntaisen suoran suunnassa. Projektiivinen muunnos määritetään havaitsemalla kuvalta vähintään neljä pistettä, joiden koordinaatit tunnetaan kohteessa. 30

31 Projektiivinen oikaisu (Oikaistu kuva: Pöntinen, 1999) 31

32 Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot III Jos kohde on kolmiulotteinen, sen muotoa ei voi määrittää yksinomaan yhden kuvan havainnoin. Fotogrammetrian yleinen ratkaisu on käyttää kolmiulotteisen kohteen rekonstruoimiseen kahta tai useampaa kuvaa (stereokartoitus, pistetihennys, kolmiomittaus, kolmiointi). Rekonstruoiminen perustuu kuvien yht'aikaiseen projisioimiseen. 32

33 Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot IV Jos kuvia on vain yksi, kohteen kolmiulotteisuuden ratkaisemisen täytyy perustua joko "ilmiselviin" olettamuksiin tai muihin täydentäviin havaintoihin (yksikuvamittaus). Rakennuksesta voidaan olettaa, että se on suorakulmainen, jolloin sen seinät voidaan kartoittaa projisioimalla ne särmiön pinnalle yhdeltäkin kuvalta (kuvan oikaisu). 33

34 Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot V Kolmiulotteisen mittaamisen muita vaihtoehtoja ovat geodeettiset mittaukset, erilaiset optiset ja mekaaniset 3-D koordinaattimittaukset, ja uusimpana etäisyyskuvaukset (laserkeilaus) Vastaavasti täydennyskartoitus ja maastotietokannan ajantasaistus voidaan perustaa aiemmin mitattuun maanpinnan korkeusmalliin (monoplotting, yksikuvakartoitus). Tällöin kartoitus tehdään joko ortokuvalta tai kuvalta, joka on projisioitu pintamallille. 34

35 Stereo- ja konvergenttikuvaus 35

36 Stereokuva (Tuula Hannonen, 1996) 36

37 Stereokuva 37

38 Konvergenttikuva 38

39 Konvergenttikuva (Tuula Hannonen, 1996) 39

40 Konvergenttikuva 40

41 Sisäinen orientointi (Halonen, 1965) 41

42 TKK sisäinen orientointi 42

43 Ulkoinen orientointi 43

44 Keskusprojektio 44

45 Pakopiste 45

46 Pääpiste, horisontti, kuvanadiiri 46

47 Nadiiri ja zeniitti 47

48 Lintuperspektiivi 48

49 Sammakkoperspektiivi 49

50 Pystykuva 50

51 Viistokuva 51

52 Keskusprojektion mittakaava 52

53 Keskusprojektio (Halonen, 1965) 53

54 Mittakaava ja mittakaavaluku 54

55 Hanko, satelliittikuva KFA-1000 (f = 1011 mm) 55

56 Hanko, kartta 56

57 Mittakaava 57

58 Mittakaavan projektiovirhe vinolla tasolla 58

59 Maastovirhe 59

60 Korkeusmalli 60

61 Ilmakuva 61

62 Ortokuva Ortokuva 62

63 Tosiortokuva 63

64 Ilmakuvapari stereokuvana 64

Samankaltaiset tiedostot

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen Luento 5 Mittakuva 1 Aiheita Mittakuva Muunnokset informaatiokanavassa. Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot. Stereokuva, konvergentti kuva. Koordinaatistot. Kuvien orientoinnit. Sisäinen orientointi. Ulkoinen