Pitkän kantaman aktiivinen hyperspektraalinen laserkeilaus



Samankaltaiset tiedostot
TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) PITKÄN KANTAMAN AKTIIVINEN HYPERSPEKTRAALINEN LASER- KEILAUS

Ympäristön aktiivinen kaukokartoitus laserkeilaimella: tutkittua ja tulevaisuutta

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)

Matterport vai GeoSLAM? Juliane Jokinen ja Sakari Mäenpää

Rataverkon kunnon ja liikkuvan kaluston akustinen valvonta kuituoptiikan avulla

UAV-alustainen hyperspektrikuvaus; testimittaus Terrafame Oy:n kaivosalueella Sotkamossa Maarit Middleton Geologian tutkimuskeskus

3D-kuvauksen tekniikat ja sovelluskohteet. Mikael Hornborg

Teledyne Optech Titan -monikanavalaser ja sen sovellusmahdollisuudet

Korkean suorituskyvyn lämpökameran käyttö tulipesämittauksissa. VI Liekkipäivä, Lappeenranta Sami Siikanen, VTT

Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

TIIVISTELMÄRAPORTTI HAJASPEKTRISIGNAALIEN HAVAITSEMINEN ELEKTRONISESSA SO- DANKÄYNNISSÄ

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

Hokuyo turvalaserskanneri UAM-05

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Älykäs datan tuonti kuljetusongelman optimoinnissa. Antoine Kalmbach

Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa

Talvikunnossapidon laadun seuranta

Tekoälykokeiluprojekti. Henkilökohtaisen kalenterin optimointi tekoälyllä Skycode Oy (ent. Suomen Mediatoimisto Oy)

Johdatus tekoälyyn. Luento : Koneoppiminen. Patrik Hoyer. [ Kysykää ja kommentoikaa luennon aikana! ]

Mikroskooppisten kohteiden

MONIKANAVAISET OHJELMOITAVAT VAHVISTIMET

Maastokartta pistepilvenä Harri Kaartinen, Maanmittauspäivät

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

Tiedonkeruu ja analysointi

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

Projektisuunnitelma ja johdanto AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Paula Sirén

Laskennallinen menetelmä puun biomassan ja oksien kokojakauman määrittämiseen laserkeilausdatasta

TEEMU ROOS (KALVOT MUOKATTU PATRIK HOYERIN LUENTOMATERIAALISTA)

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) MATALAN INTENSITEETIN HAJASPEKTRISIGNAALIEN HAVAITSEMINEN JA TUNNISTAMINEN ELEKTRONISESSA SODANKÄYNNISSÄ

Samurai helppokäyttöinen ohjelma melun ja värähtelyjen mittauksiin

Jatkuvatoiminen monitorointi vs. vuosittainen näytteenotto

Laserkeilauksella kattavaa tietoa kaupunkimetsistä

Kaukokartoitustiedon käyttö LUKE:ssa

Kvanttiavainjakelu (Kvantnyckeldistribution, Quantum Key Distribution, QKD)

JOHDATUS TEKOÄLYYN TEEMU ROOS

JOHDATUS TEKOÄLYYN TEEMU ROOS

Park systems XE-100 atomivoimamikroskoopin käyttöohje

FCG Planeko Oy Puutarhakatu 45 B Turku. Kyrön kylä, Pöytyä Tärinäselvitys Selvitysalue. Geomatti Oy työ 365

Green BEAM. LAX 300 G ristilaser luotitoiminnolla. Vihreät laserlinjat optimaaliseen näkyvyyteen kirkkaissa sisätiloissa

JOHDATUS TEKOÄLYYN TEEMU ROOS

VÄRISPEKTRIKUVIEN TEHOKAS SIIRTO TIETOVERKOISSA

Mobiilikartoitusdatan prosessointi ja hyödyntäminen

Jarno Kaakkunen Nanoteknologiaa koneenrakentajille Toiminnallisten pintojen valmistus femtosekunti laserpulssiablaatiolla

Opetuskalvot aiheesta pietsokontrollerit

Malleja ja menetelmiä geometriseen tietokonenäköön

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)

Hissimatkustajien automaattinen tunnistaminen. Johan Backlund

Leica Sprinter Siitä vain... Paina nappia

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

ModerniOptiikka. InFotonics Center Joensuu

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) Pitkän kantaman hyperspektraalinen etämittausteknologia

Tiedonkeruu ja analysointi

Luento 10: Optinen 3-D mittaus ja laserkeilaus

Säilörehunurmen sadon määrän kaukokartoitus

IARU Reg. 1 V/U/SHF-taajuusjakosuositus

Spektroskooppiset menetelmät kiviaineksen laadun tutkimisessa. Lasse Kangas Aalto-yliopisto Yhdyskunta- ja ympäristötekniikka

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

LAS- ja ilmakuva-aineistojen käsittely ArcGIS:ssä

Ionisoivan säteilyn havainnointi ja näytteenotto UAS-järjestelmällä

NSS sähköteleturvaseminaari

LED-tekniikan käyttö kuusen ja männyn taimien tuotannossa Johanna Riikonen, LUKE, Suonenjoki. Kuvat: Pekka Voipio

Blue Line Gen2 TriTech -liiketunnistimet

Tautikartoitus CAR- ja partitiomalleilla

LEHDISTÖTIEDOTE. Nikon tuo markkinoille uuden sukupolven. kuvankäsittelyohjelmiston. Capture NX2: entistä tehokkaampi ja helppokäyttöisempi

Verkkodatalehti. VL18L-3P324 V18 Laser SYLINTERINMALLISET VALOKENNOT

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ

Tekoäly ja alustatalous. Miten voit hyödyntää niitä omassa liiketoiminnassasi

Kanavamittaus moderneja laajakaistaisia HFjärjestelmiä

Uutta Terra-ohjelmissa

SPS ZOOM D Laserkeilain

Metsähovin satelliitilaser lähiavaruuden kohteiden karakterisoinnissa

Riistapäivät 2015 Markus Melin Itä Suomen Yliopisto Metsätieteiden osasto

Kaukokartoitusmenetelmien hyödyntämis- mahdollisuuksista maaainesten oton valvonnassa ja seurannassa

UVB-säteilyn käyttäytymisestä

Radiointerferometria II

Pulssitaajuiset röntgenlaitteet teollisuus ja tutkimuskäytössä

S09 04 Kohteiden tunnistaminen 3D datasta

UUDET TUOTTEET Laser Scan -mikrometri, kiinteä USB-näyttö LSM 5200

Geotrim TAMPEREEN SEUTUKUNNAN MITTAUSPÄIVÄT

PLL CIRCUIT. 2.4 GHz MIC BUILT-IN LCD TFT VID-TRANS300 VID-TRANS310 VID-TRANS320 NIGHT VISION IR LED SUOMI PAN & TILT KÄYTTÖOHJE CHANNELS UNIT

Poikkeavuuksien havainnointi (palvelinlokeista)

Sustainable steel construction seminaari

Julkinen Mobiililaserkeilaukset rataverkolla

BOREAALISEN METSÄN SITOMAN SÄTEILYN (FPAR) ARVIOIMINEN SATELLIITTIMITTAUKSISTA SATELLIITTIMITTAUSTEN PERUSTEITA METSÄTIETEEN PÄIVÄN TAKSAATTORIKLUBI

Varoitusjärjestelmä turvallisemman työympäristön puolesta

DATAFLEX. Vääntömomentin mittausakselit DATAFLEX. Jatkuvan päivityksen alaiset tiedot löytyvät online-tuoteluettelostamme, web-sivustosta

IMPEDANSSITOMOGRAFIA AIVOVERENVUODON DIAGNOSOINNISSA - TARVE UUDELLE TEKNOLOGIALLE

Protect-DG Kohti uusia tekniikoita vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa

Metsäkoneiden sensoritekniikka kehittyy. Heikki Hyyti, Aalto-yliopisto

SISÄVERKKOMÄÄRÄYS 65 A/2014 M ASETTAA VAATIMUKSIA ANTENNIURAKOINNILLE

Infrastruktuurista riippumaton taistelijan tilannetietoisuus INTACT

Verkkodatalehti DHSP30-T2V1FPNNNNNXXS DUSTHUNTER SP30 VALON SIRONTAAN PERUSTUVAT PÖLYMITTARIT

Monisensoripaikannusta kaikissa ympäristöissä

Mitä on konvoluutio? Tutustu kuvankäsittelyyn

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

CAD/CAM Software with world class precision and control. What s Uusi

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

Lajittelumenetelmät ilmakehän kaukokartoituksen laadun tarkkailussa (valmiin työn esittely)

KEINOÄLY AVUKSI ELÄMÄNLAADUN PARANTAMISEEN

Jäähdytysturva Oy Koivukummuntie Vantaa puh (0) info@jaahdytysturva.fi

Transkriptio:

Pitkän kantaman aktiivinen hyperspektraalinen laserkeilaus MATINE:n Tutkimusseminaari, 18.11.2015 Helsinki Sanna Kaasalainen, Olli Nevalainen, Teemu Hakala Paikkatietokeskus

Sisällys Taustaa Multispektraaliset ja hyperspektraaliset sensorit FGI HSL Aikaisempi tutkimus Vuoden 2015 hankkeen tavoitteet 2015 tuloksia Uusi sensori Fokuksen vaikutus Valomonistimen kokeilu Kohteentunnistus Johtopäätökset

Aktiiviset Multi/ Hyperspektraaliset sensorit Aktiivinen hyperspektraalinen kuvaus: jokaista kuvan pikseliä vastaa spektri Multi/hyperspektraalinen laserkeilaus: hyperspektraalinen 3-ulotteinen pistepilvi Teemu Hakala, FGI Nischan et al., 2007: three-dimensional hyperspectral image cube. Two dimensions are spatial, and one spectral

Hyperspektraalinen vs. multispektraalinen 2014 NEOS Sweet Spots Blog

FGI:n hyperspektrilidar (HSL) Superjatkumolaser ja keilausjärjestelmä Tuottaa 3-ulotteisia spektraalisia pistepilviä Mittausetäisyys alunperin n ~20m, pulssitaajuus 5 khz Tallentaa 8 spektrikanavaa (500-1000 nm, ~20nm FWHM) Skannausnopeus max 60 /s pystysuunnassa Vaakaresoluutio valittavissa

HSL: optinen järjestely Punainen: Valkoinen laser R: 2D skanneri M: Off-axis parabolipeili S: Spektrografi A: 16 elementin vyöryfotodiodimatriisi 8 kanavan 1GHz digitointikortti ja PC -

Data

Tausta: Hyperspektrilidar kohteentunnistuksessa, aikaisempi tutkimus Testatut esimerkkikohteet ovat erotettavissa taustastaan spektrinsä perusteella: luotettava kohdemateriaalien tunnistus Erottuminen oli selvintä infrapuna-aallonpituuksilla (>780 nm) Etuja tavalliseen hyperspektraalikuvantamiseen verrattaessa: Parempi kyky havaita varjossa sijaitsevia kohteita Laserkeilaindatan 3-ulotteisuus auttaa rajaamaan kohteiden 3D muodon kätkeminen luonnolliseen taustaan vaikeutuu Julkaisu: Puttonen et al., 2015. Optical Engineering, 54(1), 013105. http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.54.1.013105

Aikaisempi tutkimus Vuoden 2014 MATINE-hanke: Aktiivinen hyperspektraalinen etäkuvantamisteknologia: pitkän kantaman sovellus hahmontunnistukseen Yhteistyössä GL (Paikkatietokeskus) ja MIKES (nyk. VTT) Tavoitteena oli laajentaa HSL:n sovellettavuutta edelleen hahmontunnistuksen suuntaan. Tulosten yhdistäminen VTT:n kanssa. Keskeiset tulokset: Haasteita optiikan parantamisessa Spektrografin korvaaminen hilalla tuotti alustavia tuloksia 50m kantamalla Uusi kuitu: lisätutkimusta kantaman edelleen pidentämiseksi Kehitetty hahmontunnistusalgoritmi kohteiden automaattiseen tunnistukseen Algoritmi soveltuu suoraan myös pidemmän kantaman dataan 9

Vuoden 2015 hankkeen tavoitteet 1. Kehittää demonstraatio (proof-of-concept) pitkän kantaman keilausteknologiasta ja tuottaa ensimmäiset pitkän kantaman pistepilvet sekä konsepti spektri-informaation kalibroinnista 2. Jatkokehittää datankäsittely- ja kohteentunnistusalgoritmejä pitkän kantaman sovelluksille 3. Tuottaa ensimmäiset tulokset kohteiden erottamisesta pitkän kantaman pintamittauksessa (naamioverkko vs. luonnonkohteet) sekä suositukset ja tekninen suunnitelma laitteen jatkokehitykselle

2015 Tuloksia: kantaman pidennyksen kokeilu Uuden herkemmän vyöryfotodiodin (First sensor MOD501568) ja vanhan sensorin etäisyyskalibrointi: signaaliero Spectralonista tulleille paluupulsseille samanlaisilla fokuksilla. 11

2015 Tuloksia: fokuksen vaikutus ja etäisyyskalibrointi 1 Signaaliero spectralonista tulleille paluupulsseille eri fokuksilla. 12

2015 Tuloksia: fokuksen vaikutus ja etäisyyskalibrointi 2 Signaaliero spectralonista tulleille paluupulsseille eri fokuksilla. 8 metrissä n. 3-kertainen signaali verrattuna 6.85 m fokusointiin. 13

2015 Tuloksia: valomonistin Micro FM SMA-3005 nopea ja herkkä valomonistinmatriisi (SiPM) Detektorimatriisin jokainen elementti havaitsee jopa 1 fotonin Suodatin Thorlabs FB600 (FWHM 40 nm) korvasi spektrografin 14

2015 Tuloksia: valomonistin Spectralon-levyn antama signaali n. 62 m etäisyydellä. (Huom. että detektori toimii negatiivisella kiihdytysjännitteellä, jolloin signaalit on negatiivisia.) 15

2015 Tuloksia: valomonistin Vihreän lehden antama signaali n. 62 m etäisyydellä. 16

2015 Tuloksia: valomonistin Sammalen antama signaali n. 62 m etäisyydellä. 17

Kantaman pidennys: johtopäätökset Herkemmällä vyöryfotodiodilla maksimi signaali parantui fokusointietäisyydellä jopa 75% Valomonistin antaa paremman signaalin kuin tähänastiset kokeilut n. 62 metrin päästä Kantamaa voi pidentää edelleen mm. Tehostamalla optiikkaa Suuritehoisemmalla laserilla Suodattamalla pois spektrialueita, joilla mittauksia ei haluta tehdä Jäähdyttämällä sensoria ja lisäämällä vahvistusta Kokeiltiin myös vahvistinta, mutta havaittiin myös kohinan kasvavan, jolloin signaalikohinasuhde ei parantunut

2015 kohteentunnistus: Spektrikirjaston ( opetusdatan ) luominen Erilaisten piirteiden (spektritieto ja kohteenmuoto) testaaminen luokittelussa Eri luokittelu algoritmien testaaminen opetusdatan avulla mm. Knn (k-nearest Neighbours), luokittelupuu, neuroverkko Pistekohtaisen luokittelun (piste kerrallaan) vertailu aluekohtaiseen luokitteluun (pistepilven vokselointi)

2015 tuloksia: kohteentunnistus Kohteiden automaattinen luokittelu tunnettuihin spektrikirjaston kohteisiin: K nearest neighbors (KNN) luokittelu. Luokittelijan on opettamiseen on käytetty dataa useammasta eri mittauksesta. 940 000 pisteen luokittelu 30.8s (1 CPU: 3.4 Ghz) Olli Nevalainen, FGI 20

2015 tuloksia: kohteentunnistus Kohteiden automaattinen luokittelu tunnettuihin spektrikirjaston kohteisiin: luokittelupuu Olli Nevalainen, FGI 21

2015 tuloksia: kohteentunnistus Kuvat & tulokset: Eetu Puttonen (Puttonen et al., 2015) Kohteiden erottuminen eri kasvillisuusindeksien ja kanavien yhdistelmillä Mahdollistaa multispektraalisen laserin käyttämisen kantaman edelleen pidentämiseksi Lisäksi selvitetty eri vaihtoehtoja nopeamman digitoinnin saavuttamiseksi 22

2015 johtopäätökset: Kehitettiin automaattinen kohteentunnistus ja luokittelu hyperspektraalisille pistepilville Etukäteen luodon spektrikirjaston avulla reaaliaikainen tunnistus on mahdollista Saatiin hyvä signaali n. 62 metrin kantamalla olemassaolevalla valonlähteellä (100mW superjatkumolaser) Tutkittiin eri vaihtoehtoja kantaman edelleen pidentämiseksi, vaatii suurempia muutoksia kuin tässä hankkeessa oli mahdollista Etäisyyskalibroinnista ja hahmontunnistuksesta on tekeillä 2 julkaisua tieteellisiin lehtiin, lisäksi kirjotetaan suositukset jatkokehitykselle 23

Yhteistyö VTT (ent. MIKES) FGI: Kaukokartoituksen ja Fotogrammetrian osasto PVTUTKL 24