Luento 8 6.5.2016 Fotogrammetrian perusteet Henrik Haggrén
Sisältö Fotogrammetrinen kuvaaminen Avaruussuorat ja sädekimput Sisäinen ja ulkoinen orientointi Kollineaarisuusehto kohteen ja kuvan välillä Eteenpäinleikkaus avaruudessa Stereokuvauksen normaalitapaus Liittyy harjoitukseen Fotogrammetrinen stereomittaaminen Parallaksikaavat Kollineaarisuusyhtälöt
Photogrammetry and Remote Sensing The art, science, and technology of obtaining reliable information from noncontact imaging and other sensor systems about the Earth and its environment, and other physical objects, and processes through recording, measuring, analyzing and representation. 3D maps and models of physical phenomena
4 Fotogrammetrian vaihtoehdot I Laserkeilaus Yksikuvamittaus Kaksikuvamittaus
5 Fotogrammetrian vaihtoehdot II Stereo, käännetty, normaali tai pääpistettä siirtäen
6 Fotogrammetrian vaihtoehdot III Stereo Konvergentti
Lineaarinen kuvaus Kuvasäde, suora viiva avaruudessa Eteenpäinleikkaus, suorien leikkaus avaruudessa Sisäinen orientointi, sädekimpun muoto Ulkoinen orientointi, sädekimpun sijainti avaruudessa
Z P Y X
Z P O Y X
Z P O Y X
Z P O Y X
P
Camera obscura
VB-valokuvakeskus, Kuopio
Neulanreikä + optiikka = kamera Pinhole camera/1_pinhole.htm Aperture camera/2_aperture.htm Optics camera/3_optics.htm Focus camera/4_focus.htm Diaphragm camera/5_diaphragm.htm Camera camera/6_camera.htm
Optiikan piirtovirhe Kuvaus poikkeaa suorasta, koska lasilinssit taittavat valonsäteitä.
Albrecht Dürer (1471-1528) Dürer grid http://ewhsart.pbworks.com/w/page/73734053/intermediate%20art
24 Meydenbauer, 1867 Berlin, French Cathedral, 1882 Camera, plate size 40 cm x 40 cm, around 1890
25 Mittakuva Kameran sisäisen orientoinnin stabiilius tärkeä Erityinen huomio seuraaviin ominaisuuksiin Z pääpiste kameravakio Y kuvan geometria: suorakulmaisuus ja tasomaisuus X
Suuntahavainnot 1 26
27 Suuntahavainnot 2 Kolmioinnissa havaintoina käytetään kuvakoordinaatteja, jotka muunnetaan pääpistekeskisiksi kamerakoordinaateiksi. Kamerakoordinaatit vastaavat suuntahavaintoja, jotka ovat tuttuja geodeettisesta paikanmäärityksestä. Mittakamerassa, jonka kuvakoko on 230 mm x 230 mm, ja kameravakio c = 150 mm, jolloin 0,001 mm:n eli1 µm:n [mikrometrin, mikronin] erotuskyky kuvahavainnossa vastaa suuntahavainnon erotuskykyä 0,4 mgon kuvan keskellä, ja 0,3 mgon kuvan reunassa, tai kameravakio c = 210 mm, jolloin 0,001 mm:n erotuskyky kuvahavainnossa vastaa suuntahavainnon erotuskykyä 0,3 mgon kuvan keskellä, ja 0,2 mgon kuvan reunassa.
28 Large Format -mittakamerat Tarkimmat, filmikameroita tai skanneriperällä Kuvakoko 230 mm x 230 mm (ilmakuvafilmi) Mittauksissa saavutettavat tarkkuudet 1:500000 1:40000 Edellyttää jopa 1μm mittaustarkkuutta kuvalla filmille valotetaan réseau-ristit filmi imetään kiinni taustalevyyn valotuksen ajaksi usein käytetään retrotähyksiä ja optiikan ympärille rakennettua valonlähdettä tai salamaa Valmistajia: Geodetic Services Inc., Rollei Fototechnic GmbH
Digitaaliset kamerat 29
30 Digikamerat Ei tarvetta réseau-ristikolle eikä imulevylle Aiemmin ongelmana mittakameran hinta ja erotuskyky nyt kohtuuhinnoin päästään jopa 1:200000 tarkkuuksiin Mittauskojeet, komparaattorit ja stereokojeet, korvattu skannereilla ja tietokoneohjelmilla Alkuun CCD-videokameroita, nyt digikameroita esim. Nikon D100, Canon EOS 1 Ds, Olympus E20, jne. aukon ja tarkennuksen manuaalinen asettaminen tärkeää Objektiivivalikoima suuri
31 Pulnix TM-7 Kuvakoko 768 x 494 pikseliä Kennon koko 6,4 x 4,8 mm CCD ½ Pikselin koko 8 x 10 μm
32 Nikon D600 Kuvakoko 6016 x 4016 pikseliä (FX) 3936 x 2646 pikseliä (DX) 12 tai 14 bit Kennon koko 36 x 24 mm CMOS (FX) Pikselin koko 6 x 6 μm
33 Kennon ja kuvan koot 36 x 24 mm Nikon FX Canon full-frame Canon 1.3x Nikon DX Canon 1.6x
34 Kuvakulma 36 mm:n kuvasivulla f = 28 mm 60 mm 85 mm 120 mm 200 mm
Fotogrammetrinen panoraamakuvaus - 360 spherical panorama - samakeskiset kuvat - ei perspektiivivirhettä - pallotrigonometriaa
Panoraamakuva 2010 (Kari Pulli, 2010)
Nokia OZO (SLUSH 2015)
360º Panorama cameras 2016
39 Kuvaus pallopinnalle Collinearity Op P Exterior orientation XYZ ανκ
TKK Stereodrome 2005 (Raimo Laurén, 2003)
41 Perspektiivinen kuvaaminen R T Huomaa yleinen käytäntö kamerakoordinaatiston koordinaattiakselien suunniksi: x - ja y -akselit kuvalla positiiviasennossa, z -akseli positiivinen kuvaajaan päin, Samoin kiertomatriisin suunta: R T kohteesta kameraan, R kamerasta kohteeseen.
42 Sisäinen orientointi pp (xxxxxx) = xx yyy cc 2D kuvakoordinaateista 3D kamerakoordinaatteja Kuva muodostuu sädekimpuksi
43 Kohteen rekonstruointi R
44 Ulkoinen orientointi p i p i O O O P z y x a a a a a a a a a m Z Y X Z Y X + = ' ' ' 33 32 31 23 22 21 13 12 11 R X Z Y x z y T R Projektiokeskus Kiertomatriisi - 3 koordinaattia - 3 kiertokulmaa Ulkoinen koordinaatisto Sisäinen koordinaatisto
45 Vaihtoehtoja Kallistuskulmien ja kiihtyvyyksien mittaus, IMU Orientointi kuvauspaikalla Kuvausalustan satelliittipaikannus Ei vaihtoehtoja Laskemalla tukipisteistä Blokkitasoitus
46 Kuvaus ja mittaus Mittakamerat ja amatöörikamerat Mittakameralla on tarkka kuvausgeometria. Kameran sisäinen koordinaatisto tunnetaan. Mittakameran rakenne on stabiili. Kameran sisäinen geometria säilyy samana kuvauksen ajan. Kuvakoordinaatisto ja kamerakoordinaatisto Kuvakoordinaatisto määrittää kuvahavaintojen tarkan geometrian. Kamerakoordinaatisto sijoittaa kuvan kameran projektiokeskuksen suhteen.