Luento 7 Stereokartoituskojeet 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 1
Stereokartoitus (Hannu Hyyppä, Petri Rönnholm, TKK) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 2
Fotogrammetrinen prosessi 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 3
Stereokartoituskoje Stereokartoituskojeessa kuvaparin stereoskooppinen tarkastelu ja tarkka 3-D koordinaattien mittaus on yhdistetty toisiaan tukeviksi toiminnoiksi. Kojeen käyttäjä eli stereo-operatööri tulkitsee stereomallia ja osoittaa kartoitettavia yksityiskohtia mallilla liikkuvan avaruusmittamerkin avulla. Stereomalli on kohteen muodoltaan tarkka rekonstruktio. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 4
Multiplex-stereokoje Kuvapari Optinen oikaisu Kohteen anaglyfikuva Avaruusmittamerkki 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 5
Oikaisu ja kaksoisprojektio stereokuvaksi 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 6
Avaruusmittamerkki Mittamerkit kuvilla Illuusio mittamerkistä Silmät 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 7
Rakenne I Stereokuvapari normaaliasentoinen, tai lähes normaaliasentoinen vähäiset kallistukset sallittu ja voidaan korjata orientoinnin yhteydessä digitoitu kuva, tai filmidiapositiivi tai paperikuva Stereonäyttö kuvien projisiointi kuvien erottelu okulaari-, anaglyfi-, polarisaatiotai vuorotteluperiaatteella Avaruusmittamerkki 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 8
Rakenne II Laskinosa kuva- ja kohdekoordinaattien väliset muunnokset Orientoinnit sisäinen orientointi keskinäinen orientointi normaaliasentoisuuden palauttamiseksi absoluuttinen orientointi mallikoordinaatiston muuntamiseksi kohdekoordinatistoon Piirturi automaatti, pisteiden rekisteröinti 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 9
Analogiset ja analyyttiset stereokojeet Stereokartoituskojeet on jaettu analogisiin ja analyyttisiin sen mukaan, miten koordinaattien avaruusohjaus on toteutettu. Analogisissa kojeissa kohdekoordinaattien ja kuvakoordinaattien välinen muunnos ratkaistaan analogisesti, joko optiseen tai mekaaniseen projektioon perustuen. Analyyttisissä stereokartoituskojeissa muunnos lasketaan tietokoneella. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 10
Zeiss Stereoplanigraph Optinen avaruusohjaus 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 11
Wild Autograph A8 Mekaaninen avaruusohjaus 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 12
Mekaaninen avaruusohjaus Kuvakannatin 2D koordinaatit Kuvapiste Projektiokeskus 3D koordinaatit Avaruusohjain Kuvakannatin 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 13
Stereotarkastelu Mittamerkki Stereo-okulaarit Avaruusohjain 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 14
Orientointi Stereomalli saadaan aikaan siten, että kuvat projisioidaan tarkastelutilaan ja orientoidaan alkuperäistä kuvaustilannetta vastaavaan asemaan keskenään. Avaruusmittamerkki liitetään stereomalliin projisioimalla merkki erikseen kummallakin kuvalla kohtaan, joka vastaa senhetkistä 3D sijaintia (avaruusohjaus). 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 15
Orientointi Kameravakio c Kappa? Pääpiste Phi f Kanta B Omega? 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 16
Wild Autograph B8 XYZ Projektio karttatasoon dz Pantografi (muunnos kartan mittakaavaan) Piirturi 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 17
Analyyttinen stereokoje I 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 18
Avaruusohjaus I 1. Operatööri siirtää mittamerkin paikkaan (XYZ). 2. Tietokone laskee vastaavat kuvakoordinaatit (xy) ja (xy) ja määrittää mittamerkin paikan kummallakin kuvalla. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 19
Avaruusohjaus II 3. Kuvakannattimia siirretään vastaava matka sähköisesti servo-ohjaimilla. 4. Kuvankannattimien liikkeet mitataan ja tarkistetaan, että mittamerkin osoittamat kuvakoordinaatit (xy) ja (xy) vastaavat jatkuvasti mallikoordinaatteja XYZ suljettu takaisinkytkentä 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 20
Avaruusohjaus III Kun tämä toistetaan riittävän suurella taajudella (30 Hz), mittamerkin viivettä ei voi havaita ja avaruusohjaus tuntuu todelliselta. Analyyttisen stereokojeen erityisenä etuna on myös se, että avaruusohjauksessa voidaan käsitellä muitakin kameramalleja kuin keskusprojektio, systemaattiset kuvausvirheet (optiikan piirtovirheet, ilmakehän refraktio, karttaprojetiot, jne.) voidaan huomioida 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 21
Wild Aviolyt Analyyttinen stereokoje Numeerinen piirturi Tietokone Stereookulaarit X Y Z Avaruusohjaus XYZ 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 22
Matra Traster Stereokuvaruutu Polarisaatiolasit 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 23
Zeiss Planicomp Kuvakannattimet Avaruusohjaus XYZ 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 24
Stereokartoituskojeiden kehitys Analogiset stereokartoituskojeet autografit optiset tai mekaaniset avaruusohjaimet stereomallin muodostamiseen kuvaparilta Analyyttiset stereokojeet analyyttiset plotterit ei avaruusohjaimia, vaan tietokoneella laskien Digitaaliset stereotyöasemat ei kuvakannattimia uusimpana uutuutena vapaa stereotarkastelu (autostereoskopia) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 25
Digitaaliset stereotyöasemat Analogisten stereokartoituskojeiden merkitys on 1990-luvulla hävinnyt. Uusimmissa kartoitusjärjestelmissä fotogrammetriset kojeet on korvattu digitaalisilla kuvatyöasemilla. Niissä fotogrammetriset toiminnot sisältyvät digitaalisten kuvien geometriseen käsittelyyn ennen kuvien projisiointia kuvanäytölle. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 26
Digitaalinen stereokartoituskoje I Kuva: Carl Zeiss AG Kuva: Leica Geosystems 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 27
Digitaalinen stereokartoituskoje II Stereokartoitus edellyttää sitä, että työasemaan liitetään steronäyttö ja stereofotogrammetrinen ohjelmisto, eli työasemasta tehdään digitaalinen stereokartoituskoje. Stereokartoitusta varten kuvapari oikaistaan stereonäytölle stereokuvauksen normaalitapauksen mukaisesti. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 28
Oikaisu stereokuvauksen normaalitapaukseen Georeferoitu kuvapari oikaistaan kuvanäytön tasolle niin, että sydänsäteet projisioituvat yhdensuuntaisiksi. Tätä kutsutaan epipolaarioikaisuksi, ja kuvaparia epipolaarioikaistuksi kuvapariksi tai epipolaarikuvaksi. Epipolaarioikaistu kuvapari Sydänsäde Georeferoitu kuvapari Kuvanäyttö 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 29
Avaruusohjaus Kuvapari orientoidaan ja oikaistaan projektiivisesti siten, että se vastaa stereokuvauksen normaalitapausta. Stereoskooppinen tulkinta ja kartoitus tehdään 3D kuvanäytöllä, eikä erillistä avaruusohjausta enään tarvita. Avaruusohjaimena toimii tietokoneen 3D kursori. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 30
Digitaalinen stereokartoituskoje III Oikaisu tehdään kuvien georeferointitietojen perusteella. Epipolaarioikaistuilla kuvapareilla vasemman ja oikean kuvan välillä ei ole pystyparallaksia eli y = y. Avaruusmittamerkin 3D sijaintia määrittävät X, Y, ja Z koordinaatit muunnetaan kuvaparin 2D liikkeiksi x, y ja px. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 31
Digitaalinen stereokartoituskoje IV Kun käyttäjä liikuttaa avaruusmittamerkkiä stereomallilla, mittamerkin 3D liikkeet muunnetaan kuvien 2D liikkeiksi. vasemmalla kuvalla (x, y ) oikealla (x +px, y ). 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 32
DVP Digital Video Plotter Stereoskooppi Split screen -stereonäyttö 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 33
Split screen -stereonäyttö Vasen kuva Oikea kuva Kuvaruutunäyttö Peilistereoskooppi 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 34
Kaksoisprojektio rinnakkain 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 35
Kaksoisprojektio päällekkäin (Kimmo Nurminen) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 36
Stereolasien polarisaatiotasot Stereolasit 120 Hz kuvaruutunäyttö Polarisaatiokaihtimet 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 37
Stereonäytön polarisaatiotasot 120 Hz kuvaruutunäyttö Polarisaatiokaihtimet Stereolasit 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 38
LeicaHelava SocetSet 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 39
EspaSystems Maanmittauslaitoksen ylläpitämän valtakunnallisen maastotietokannan tiedonkeruussa siirryttiin vuonna 2001 käyttämään EspaCity-sovellusta. Työasemalla tulkitaan digitaalisia stereo-ortokuvia ja editoidaan suoraan Smallworldin maastotietokantaa. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 40
Autostereoskopia I Lentikulaarinäyttö 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 41
Autostereoskopia II 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 42
Analogiset kartoituskuvat I Toistaiseksi valtaosa suurimittakaavaisesta kartoitustoiminnasta perustuu analogiakuvien käyttöön Kuvat ovat pääasiassa värikuvia, jotka otetaan kartoitusmittakameralla. Kuvausjärjestelmän erotuskyky on vähintään 40 lp/mm ja parhaimmillaan 60 lp/mm. Yksi ilmakuva on kooltaan 230 mm x 230 mm ja sisältää 1.5 Gb kuvatietoa. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 43
Analogiset kartoituskuvat II Kuvausjärjestelmän "heikoin" lenkki on filmi, joka deformoituu kuvaus- ja kartoitushetkien välillä. Kartoitusmittakameran geometrinen tarkkuus on kertaluokkaa 1 µm, mikä vastaa suhteellista tarkkuutta 1 : 230 000 kuva-alalla. Vaikka kuvan deformaatiota voidaan pääosin kontrolloida reunamerkein, niiden jäännösvirheiden vaikutusta rekonstruoidun kohdemallin deformoitumiseen on kontrolloitava myös hyvällä lähtöpistegeometrilalla. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 44
Digitaaliset kartoituskuvat I Digitaalisia kartoituskuvia voidaan tuottaa joko skannaamalla kuvauksen jälkeen filmiltä, tai kuvaamalla suoraan digitaalisella kameralla. Digitaalisten kameroiden käyttö kartoituskuvauksiin on lisääntymässä ja vilkkaan kehitystyön kohteena. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 45
Digitaaliset kartoituskuvat II Kartoituskuvat digitoidaan ns. fotogrammetrisilla skannereilla. Joissain erikoistilanteissa tulevat kyseeseen myös mikrodensitometrit, julkaisuskannerit tai diaskannerit. Digitaalinen kartoituskuvaus on joko korkearesoluutioista satelliittikuvausta tai ilmakuvausta digitaalisin kameroin. 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 46
Tuotantojärjestelmiä Suomessa FM-Kartta Oy (www.fm-kartta.fi) Roll film scanner Leica DSW600, Windows XP Kuvankäsittelyohjelmisto Photoshop, WindowsNT. Suoraan skannerista saadaan tiilitettyä TIFF:iä ja pääjakeluformaatti on TIFF, formaattimuunnoksia tehdään yleisimpiin käytössä oleviin formaatteihin Mittausohjelmisto Inpho Match-AT Ortokuvatuotanto PCI OrthoEngine Suuriformaattinen väritulostin HP 2500 (600 dpi) Aineiston saa CD-R, DVD-R, DVD+R, LTO 100/200 GB 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 47
Ilmakuvaskannerit 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 48
Fotogrammetriset skannerit 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 49
Digitaalinen ilmakuvaus 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 50
Bush broom -geometria Lentosuunta 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 51
Master Cone 4 Color Cones Panchromatic Cones (Timo Sääski, FM-Kartta Oy) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 52
Matriisikuvan geometria 11 500 pistettä 7 500 pistettä Lentosuunta (Timo Sääski, FM-Kartta Oy) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 53
Vexcel Ultracam-D digitaalinen laajakulmakamera matriisi CCD-tekniikkaan perustuva frame-kamera tallentaa samanaikaisesti mv-, väri- ja väärävärikanavat tallentaa 9 mikrometrin resoluutilla 11500 * 7500 pikseliä 500m: kuvakoko 517m*337m, 4.5 cm maastoresoluutio 1500m: kuvakoko 1552m*505m, 7 cm maastoresoluutio 3000m: kuvak. 3105m*2025m, 27cm maastoresoluutio (Timo Sääski, FM-Kartta Oy) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 54
Vexcel Ultracam-D ei filmiä, ei skannausta hyvä radiometria, hyvä geometria mv-, väri- ja väärävärikuvilla sama geometria vähemmällä valolla, pitkä kuvauskausi automaattinen kuvanmuodostus edulliset kokonaiskustannukset (Timo Sääski, FM-Kartta Oy) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 55
Vexcel Ultracam-D Skannattu kuva Digikuva (Timo Sääski, FM-Kartta Oy) 2008 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 56