Luento 8: Kolmiointi AIHEITA. Kolmiointi. Maa-57.301 Fotogrammetrian yleiskurssi. Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



Samankaltaiset tiedostot
Luento 4 Georeferointi Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Luento 6: Stereo- ja jonomallin muodostaminen

Luento 4 Georeferointi

Luento 6: 3-D koordinaatit

Luento 11: Stereomallin ulkoinen orientointi

Luento 7: Fotogrammetrinen mittausprosessi

Luento 2: Kuvakoordinaattien mittaus

Luento 5: Kuvakoordinaattien laskeminen ja eteenpäinleikkaus

Luento 5: Stereoskooppinen mittaaminen

Luento 7: Kuvan ulkoinen orientointi

Luento 3: Kuvahavainnot

Fotogrammetrian termistöä

Maa Fotogrammetrian perusteet

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 9: Analyyttinen stereomittaus. Kuvien oikaisu. Ortokuvaus

Luento 6 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 7 3-D mittaus. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 5. Stereomittauksen tarkkuus Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Luento 10 3-D maailma. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

(Petri Rönnholm / Henrik Haggrén, ) Luento 1: Opintojakson järjestäytyminen. Motivointia. Kertausta. Kuvamittauksen vaihtoehdot.

Luento 9. Stereokartoituskojeet

Luento 2 Stereokuvan laskeminen Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Teoreettisia perusteita II

Luento 9 3-D mittaus. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 7 Stereokartoituskojeet Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Ilmakolmioinnin laadunvalvonta fotogrammetristen pintamallien ja laserkeilausaineiston avulla

Luento 10: Optinen 3-D mittaus ja laserkeilaus

Maa Kameran kalibrointi. TKK/Fotogrammetria/PP

Luento 4: Kiertomatriisi

Maa Fotogrammetrian erikoissovellutukset (Close-Range Photogrammetry)

Luento Fotogrammetrian perusteet. Henrik Haggrén

Luento 7 Stereokartoituskojeet Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Luento 6 Mittausten suunnittelu II. erikoissovellukset

Fotogrammetrisen kartoituksen opintojaksot

Luento 4: Kolmiointihavainnot

Luento 6: Kolmiointi digitoiduin kuvin.

MAA-C2001 Ympäristötiedon keruu

Raidegeometrian geodeettiset mittaukset osana radan elinkaarta

Luento 4 Kolmiulotteiset kuvat. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

LIITE 1(5) TYÖOHJELMA NUMEERISEN KAAVAN POHJAKARTAN LAATIMINEN. 1. Tehtävän yleismäärittely

Luento 6: Kolmiointi digitoiduin kuvin.

Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu

Luento 1 Fotogrammetria prosessina Maa Fotogrammetrian perusteet 1

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

FOTOGRAMMETRINEN PISTETIHENNYS

Luento 5: Kolmioinnin laskenta

Mittaushavaintojen täsmällinen käsittelymenenetelmä

Luento 11: Kartoitusprojektit

Luento 8: Ilmakuvaus AIHEITA. Kuvauslajit. Maa Fotogrammetrian perusteet. Luento-ohjelma

JHS 185 Asemakaavan pohjakartan laatiminen Liite 5 Kaavoitusmittauksen ja asemakaavan pohjakartan laadunvalvonta

Mittausten suunnittelu I

Fotogrammetrian kartoitusprosessit. Henrik Haggrén

Luento 4: Kuvien geometrinen tulkinta

UAV LENNOKIN HYÖDYNTÄMINEN MAASTOTIETOKANNAN AJANTASAIS- TUKSESSA

Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu

Luento 13: Mittausovellukset

Kaupunkimallit

Lomakkeessa kuvataan hankittava palvelu, sille asetettavia vaatimuksia sekä hankinnalle asetettavia vaatimuksia.

LIITE 1(5) TYÖOHJELMA ASEMAKAAVAN POHJAKARTAN TÄYDENNYSKARTOITUS. 1. Tehtävän yleismäärittely

Jos ohjeessa on jotain epäselvää, on otettava yhteys Mänttä-Vilppulan kaupungin kiinteistö- ja mittauspalveluihin.

Korkeusjärjestelmän muutos ja niiden sijoittuminen tulevaisuuteen

Marja Leskinen KOLMIULOTTEISEN GRAFIIKAN GENEROINTI. Kokkolan kaupunki

Luento 1: Fotogrammetria? Opintojakson sisältö ja tavoitteet.

Luento 3: Keskusprojektiokuvaus

Malleja ja menetelmiä geometriseen tietokonenäköön

Deformoituvan metallirakenteen fotogrammetrinen muodonmuutosmittaus

iwitness-harjoitus, kohteen mallinnus

iwitness-harjoitus, kohteen mallinnus

Luento 3: 3D katselu. Sisältö

Maa Fotogrammetrian perusteet ILMAKUVAUS

Maanmittauspäivät 2014 Seinäjoki

Luento 2: Stereoskopia

Fotogrammetris geodeettinen menetelmä metsäalueen tarkkaan kartoittamiseen sekä syitä ja muita keinoja maastoaineiston tarkkaan paikantamiseen

Luento 4 Kolmiulotteiset kuvat. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 4: Kolmiointihavainnot

Taso 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste, suora

SIPOON KUNNAN KAAVOITUKSEN POHJAKARTAN LAATIMINEN SEKÄ ILMAKUVAUS BASTUKÄRRIN ALUEELLA

TURKU.

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

JHS xxx Asemakaavan pohjakartan laatiminen Liite 5 Kaavoitusmittauksen ja asemakaavan pohjakartan laadunvalvonta

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Maa Fotogrammetrian erikoistyö TIESUUNNITTELUSSA KÄYTETTÄVIEN KARTTA- JA MALLIAINEISTOJEN TUOTTAMINEN. Erno Puupponen, 45021M

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

Camflight x8:n RPAS-ilmakuvaus väylämäisessä

KOSTEUSMITTAUSRAPORTTI

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

Stereopaikannusjärjestelmän tarkkuus (3 op)

Luento 1 Koko joukko kuvia! Moniulotteiset kuvat Maa Johdanto valokuvaukseen, fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

RAKENNETTUJEN VESIHUOLTOLINJOJEN MAASTOKARTOITUSOHJE ESPOO JA KAUNIAINEN

7.4 PERUSPISTEIDEN SIJAINTI

HALLIEN TARKASTUSTOIMINTA FOTOGRAMMETRI- AN AVULLA

Lahden kaupungin N2000- korkeusjärjestelmävaihdos. Petri Honkanen, Lahden kaupunki Tekninen- ja ympäristötoimiala,maankäyttö

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

Riihimäen Vesi. Rakennettujen vesihuoltolinjojen tarkemittausohje

Avaruuslävistäjää etsimässä

UAV-kopteri Jyväskylän kaupunkiympäristössä. Juha Kantanen Jyväskylän kaupunki

HAUSJÄRVEN KUNNAN TAAJAMIEN POHJAKARTTOJEN LAADINNAN TARJOUSPYYNTÖ

Geotrim TAMPEREEN SEUTUKUNNAN MITTAUSPÄIVÄT

4 LUKUJONOT JA SUMMAT

Transkriptio:

Maa-57.301 Fotogrammetrian yleiskurssi Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (P. Rönnholm / H. Haggrén, 12.10.2004) Luento 8: Kolmiointi AIHEITA Kolmiointi Nyrkkisääntöjä Kuvablokki Blokin pisteet Komparaattorit Ylivientipisteet Ilmakolmiointi fotogrammetrian kartoitussovelluksissa Lähtöpisteet Stereokartoituksen tukipisteistö Kolmiointi muissa sovelluksissa Kolmiointi Kolmioinnin perusajatuksena on tuottaa mittauspisteille tarkkoja 3-D koordinaatteja ja kuville tarkat orientointitiedot. Kolmiointi tehdään aina usean kuvan muodostelmassa eli blokissa, ja blokin kuvat orientoidaan yhtäaikaisesti toisiinsa. Kolmioionti voidaan tehdä sädekimpputasoituksella (kohteena kuvahavainnot) tai mallikolmioinnilla, jossa käytetään stereokuvilta mitattuja 3D malleja (kohteena 3D pisteet). Kolmioinnilla määritettyjen uusien pisteiden keskinäinen tarkkuus perustuu ensisijaisesti ns. blokin geometriaan, eli siihen, miten hyvin kuvat liittyvät geometrisesti toisiinsa. Blokin geometriaa voidaan parantaa havaitsemalla lisää kuvien välisiä yhteisiä pisteitä. Yksittäisen kolmiointipisteen tarkkuus on suoraan verrannollinen kuvahavaintojen tarkkuuteen. Yleensä mittauspisteet signaloidaan ja havainnot tehdään 2-D havaintoina suoraan kuvilta. Signaloinnilla varmistutaan myös siitä, että kaikilla kuvilla havaitaan samoja pisteitä. Tällä on erityisesti merkitystä konvergenttikuvauksissa. Kolmiointi tehdään usein suoraan kohteen koordinaatistoon, jolloin tunnettuja kohdekoordinaatteja voidaan käyttää blokin geometrian parantamiseen. Kartoitusmittauksissa näin tehdään aina. Jos blokin geometria on hyvä, kolmioinnilla voidaan määrittää myös kameran sisäiset orientointitiedot, kuten kameravakio, pääpisteen paikka kuvalla ja linssivirheet (=kameran kalibrointi). Esimerkkejä kolmiointisovelluksista ovat o stereokartoituksen tukipisteiden mittaus o kiinteistörajojen rajamerkkien mittaus o muodonmuutosmittaukset teollisissa sovelluksissa o kamerakalibroinnit.

Kolmioinnissa kuvahavainnot tehdään liitospisteinä. Liitospisteet ovat kuvien välisiä vastinpisteitä, joko signaloituja tai luonnollisia pisteitä, jotka on havaittu tarkasti. Kuvahavainnoista lasketaan sädekimput kameran sisäisen orientoinnin tiedoin ja sädekimput tasoitetaan blokkina. Kolmioinnin aikana ratkaistaan kuvien ulkoiset orientoinnit ja liitospisteiden 3-D koordinaatit siten, että ne parhaiten vastaavat kuvahavaintoja. Kun osa liitospisteitä on kolmionnin lähtöpisteitä, joille tunnetaan koordinaatit maastossa, blokki orientoituu samaan koordinaatistoon. Tarkinta mittausta edellyttävät kohdepisteet voidaan havaita liitospisteinä. Loput kohdepisteet mitataan eteenpäin leikaten Nyrkkisääntöjä Nyrkkisääntöjä blokkitasoituksen tarkkuudesta, Kraus I mukaan (analogiakuvat tai hyvin skannatut digitaalikuvat + analyyttinen stereotyöasema/komparaattori/digitaalinen stereotyöasema + signaloidut pisteet): Tasotarkkuus maastossa = ± 0.003 mm kuvalla Korkeustarkkuus maastossa = ± 0.003 % lentokorkeudesta Esimerkki 1: ilmakuvaus lentokorkeudella 3000 m, kameravakio 210 mm. Verrannosta saadaan: 3000 / (tasotarkkuus maastossa) = 210 / (±0.003)

<=> tasotarkkuus maastossa = 3000 * ±0.003 / 210 = ±0.042857 m ± 4 cm Korkeustarkkuus maastossa = ± 0.00003*3000 = ± 0.09 m = ± 9 cm Nyrkkisääntöjä signaalien koosta, Kraus I mukaan (esimerkkikameran polttoväli n. 210 mm, vaikuttaa lentokorkeuteen): signaalin halkaisija (cm) = mittakaavaluku / (300:sta 600:aan) Pienimittakaavainen, 1:30 000, lentokorkeus n. 6 km signaalin halkaisija = 50:stä 100:aan cm 1:15 000, lentokorkeus n. 3 km signaalin halkaisija = 25:stä 50:een cm Suurimittakaavainen, 1:4000, lentokorkeus n. 0.8 km signaalin halkaisija = 7:stä 13:a cm Kuvablokki Kuvablokki on usean kuvan muodostama kokonaisuus, jossa kuvien keskinäinen asema on tunnettu. Kuvablokki muodostetaan havaitsemalla kuvien välisiä yhteisiä kohdepiirteitä. Piirteet voivat olla jatkuvia tai pistemäisiä. Jatkuvat piirteet voivat olla yksiulotteisia käyriä tai kaksiulotteisia pintoja. Pistemäiset kohteet näkyvöitetään signaloimalla. Perinteisesti kuvablokin muodostamiseen on käytetty pisteitä, jotka ovat joko kohteella signaloituja tai kuvauksen jälkeen tulkittuja ja kuville merkittyjä ns. ylivientipisteitä. Kuvablokin pisteet havaitaan yksin kuvin ns. komparaattorimittauksena, jonka tuloksena saadaan vastinpiirteiden kuvakoordinaatit. Digitaalisten kuvien tapauksessa tämä vaihe sisältää kuvien digitoinnin ja pisteenhaun. Blokin muodostuminen yhteenliitetyistä jonoista.

Blokkikolmiointi sädekimpputasoituksella: Lähtökohtana kollineaarisuusyhtälöt Virheyhtälöt kuvahavainnoille. Virheyhtälöt lähtöpisteille. Lisäksi sädekimpputasoitukseen voidaan liittää lisäparametreja. Blokin pisteet Kuvablokin yhteydessä puhutaan pisteistä useissa eri merkityksissä o kolmiointipisteitä ovat kaikki kolmioinnin blokkitasoitukseen osallistuvat pisteet o liitospiste on mikä tahansa kahden tai useamman kuvan yhteinen piste, jolla kuvat liitetään toisiinsa blokkia muodostettaessa (= blokin sisäinen liitospiste) o lähtöpiste on kolmiointipiste, jonka koordinaatteja käytetään blokin sitomiseen johonkin ulkoiseen koordinaatistoon (= blokin ulkoinen liitospiste) o tihennyspiste on uusi piste, jolle määritetään 3-D koordinaatit kolmioinnin avulla o tukipiste on kolmiointipiste, jonka koordinaatteja käytetään blokin deformaatioiden kontrolloimiseen o ylivientipiste on piste kuvalla, joka siirretään kuvalta toiselle ja useimmiten identifioidaan naapurikuvilta stereoskooppisesti Komparaattorit Kolmioinnin kuvahavainnot tehdään yleensä ns. "monokomparaattorihavaintoina", koska kuvien keskinäistä orientointia ei kolmionnin alkuvaiheessa tunneta. Kun kolmiointi tehdään signaloimattomilla liitospisteillä, vastinpisteiden löytäminen ja havaitseminen naapurikuvilta edellyttää stereotarkastelua. Siitä huolimatta, että liitospiste havaitaan stereotarkastelua käyttäen, varsinainen mittaus voidaan tehdä monokomparaattorilla. Tällöin kuitenkin piste merkitään stereotarkastelua käyttäen ja yliviedään esimerkiksi mekaanisesti, jolloin pisteen havaittu paikka löytyy jokaiselta kuvalta uudestaan ilman stereotulkintaa. kuvalla. Merkintä voi olla myöskin piirros. Komparaattoreita ovat

o monokomparaattori yksi kuvakannatin mittausta varten yksi okulaari (monocular) tai kaksi okulaaria (binocular) monoskooppinen kuvatulkinta mitattavat suureet komparaattorikoordinaatteja o monokomparaattori-ylivientikoje toinen kuvakannatin stereotulkintaa varten ylivientimekanismi o stereokomparaattori kaksi kuvakannatinta mittausta varten stereoskoopinen kuvatulkinta mitattavat suureet komparaattorikoordinaatteja ja parallakseja Ylivientikojeet o varsinaiset pisteen ylivientikojeet, komparaattorikoordinaattien mittaus ei mahdollista (esim. Wild PUG IV). o komparaattori-ylivientikojeet (esim. Kern CPM-1). o digitaaliset fotogrammetriset kuvatyöasemat Ylivientipisteet Liitospisteitä kuvien, stereomallien ja jonojen välillä Mitattavan pisteen identifiointia ja merkitsemistä kuvalta toiselle, useimmiten stereotulkintaa käyttäen Yliviety piste merkitään o mekaanisesti (reikä emulsioon) o graafisesti (skitsi paperikuvalle) o digitaalisesti (digitoidun kuvanosan tallentamista pikselikoordinaatein) Luonnollisia pisteitä o savupiiput, katon nurkat o kaivon kannet o teiden risteykset Mittaustarkkuus on huonompi kuin signaloiduilla pisteillä, koska ylivientiin sisältyy aina tulkintaepätarkkuutta. Yhden kuvan liistospisteet blokissa.

Kuvien väliset liitokset blokissa. Stereokomparaattorit ja ylivientikojeet (Luento 2) Ilmakolmiointi fotogrammetrian kartoitussovelluksissa Ilmakolmiointia käytetään fotogrammetrisissa kartoitussovelluksissa esimerkiksi o stereokartoituksessa stereomallien tukipisteiden koordinaattien määrittämiseen, o ortokuvauksessa kuvien ulkoisten orientointien määrittämiseen, tai o signaloitujen rajamerkkien koordinaattien määrittämiseen. Tihennyspisteet ilmakuvablokissa.

Lähtöpisteet Lähtöpisteet ovat joko XYZ-, XY- tai Z-koordinaateiltaan tunnettuja runkopisteitä kohdekoordinaatistossa. Ilmakolmiointi edellyttää kohdekoordinaatiston näkymistä (= signaloidut lähtöpisteet) blokin alueella: XY-koordinaattien osalta blokin reunoilla ja sisällä noin neljän kuvakannan välein, Z-koordinaattien osalta keskimäärin kahden kannan välein. Huomaa, että lähtöpisteitä ei edellytetä joka kuvalle, vaan stereomallien edellyttämät tukipisteistö voidaan tihentää ilmakolmioinnilla. Lähtöpistetarvetta voidaan oleellisesti vähentää keräämällä kameran projektiokeskuksen koordinaatteja GPS-havaintoina lennon aikana. Stereokartoituksen tukipisteistö Stereokartoitus edellyttää hyvää tukipisteistöä, jotta malli voidaan orientoida ulkoisesti maastokoordinaatistoon. Stereomallin tukipisteistön tulee ulottua naapurimallien yhteiselle liitosalueelle, eli vähintään yksi 3Dpiste kussakin nurkassa. Lisäksi mallin sisäistä tarkkuutta pitää voida kontrolloida korkeustukipisteillä koko mallin alueella. Uusia tukipisteistä voidaan hankkia a) ilmakolmioinnilla tai b) maastomittauksin. Stereomallit kuvajonolla ja tihennyspisteet stereomallilla. Kolmiointi muissa sovelluksissa Esimerkkejä o Hochjochferner (Omega-projekti) o Jabal Haroun (FJHP) Deformaatiomittaukset (muodonmuutosmittaukset) Mittausaseman kalibrointi

Taivutetun levyn muodon tarkistus kolmioimalla. Levyn mittauspisteiden koordinaatit 3D koordinaatit ratkaistaan blokkikolmioinnin kuluessa. (http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/image01.html; "Katri Oksanen's Image Collection" http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/kuvaindex.html) Mittauspisteet kuvittain. (http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/image02.html; "Katri Oksanen's Image Collection" http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/kuvaindex.html)

Kuvamittausasema kahdeksalla kameralla. Kuvamittausaseman kalibrointi perustuu kolmiointiin, jossa kunkin kameran keskinäinen orientointi määritetään pelkästään liitospistehavaintojen perusteella. ("Katri Oksanen's Image Collection" http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/kuvaindex.html) Liitospistehavainnot kuuden kameran blokissa. (http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/image17.html; "Katri Oksanen's Image Collection" http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/kuvaindex.html)

Jäännösvirheet kuvilla blokkitasoituksen jälkeen. (http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/image15.html; "Katri Oksanen's Image Collection" http://foto.hut.fi/research/hankkeet/3d2000/images/kuvaindex.html) Maa-57.301 Fotogrammetrian yleiskurssi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10