Fotogrammetrian kartoitusprosessit. Henrik Haggrén

Samankaltaiset tiedostot
Luento 5 Fotogrammetrian perusteet

LINSSI- JA PEILITYÖ TEORIAA. I Geometrisen optiikan perusaksioomat

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

Maa , Fotogrammetrian erikoistyö. Monoplotting. Anna Erving 58394J

( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 321 Päivitetty Saadaan yhtälö. 801 Paraabeli on niiden pisteiden ( x,

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 6 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

Luento 5: Kuvakoordinaattien laskeminen ja eteenpäinleikkaus

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

7.lk matematiikka. Geometria 1

Luento 8: Kolmiointi AIHEITA. Kolmiointi. Maa Fotogrammetrian yleiskurssi. Luento-ohjelma

Luento 6: Stereo- ja jonomallin muodostaminen

Luento 7: Fotogrammetrinen mittausprosessi

Digitaalinen videonkäsittely Harjoitus 5, vastaukset tehtäviin 25-30

Luento 4 Georeferointi

Luento 11: Stereomallin ulkoinen orientointi

MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?

θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

Luento 7: Kuvan ulkoinen orientointi

Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1

Luento 4 Georeferointi Maa Fotogrammetrian perusteet 1

4 Pinta-alasovelluksia

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

Suorat, käyrät ja kaarevuus

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Luento 3: Kuvahavainnot

Sähkömagneettinen induktio

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

sin θ θ θ r 2 sin 2 θ φ 2 = 0.

TYÖ 30. JÄÄN TIHEYDEN MÄÄRITYS. Tehtävänä on määrittää jään tiheys.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

601 Olkoon tuntematon kateetti a ja tuntemattomat kulmat α ja β Ratkaistaan kulmat. 8,4 = 12. Ratkaistaan varjon pituus x. 14 x = 44,

Teoreettisia perusteita II

b) (max 3p) Värähtelijän jaksonajan ja taajuuden välinen yhteys on T = 1/ f, eli missä k on jousen jousivakio. Neliöimällä yllä oleva yhtälö saadaan

6 Integraalilaskentaa

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

6 Kertausosa. 6 Kertausosa

Matematiikan tukikurssi

Fotogrammetrian termistöä

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

Sarjaratkaisun etsiminen Maplella

Tasogeometriassa käsiteltiin kuvioita vain yhdessä tasossa. Avaruusgeometriassa tasoon tulee kolmas ulottuvuus, jolloin saadaan kappaleen tilavuus.

Teoriaa tähän jaksoon on talvikurssin luentomonisteessa luvussa 10. Siihen on linkki sivulta

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

b) (max 3p) Värähtelijän jaksonajan ja taajuuden välinen yhteys on T = 1/ f (++), eli

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

Paraabelikin on sellainen pistejoukko, joka määritellään urakäsitteen avulla. Paraabelin jokainen piste toteuttaa erään etäisyysehdon.

ArcGIS for Server. Luo, jaa ja hallitse paikkatietoa

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

Riemannin integraalista

5.4 Ellipsi ja hyperbeli (ei kuulu kurssivaatimuksiin, lisätietoa)

VEKTOREILLA LASKEMINEN

VEKTORILASKENTA. Timo Mäkelä SISÄLTÖ: 1 VEKTORIN KÄSITE...1

Pythagoraan lause. Pythagoras Samoslainen. Pythagoraan lause

Luku 15. Integraali. Esimerkki Suoraan edellisen luvun derivointikaavojen perusteella on voimassa

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

Kertaustehtävien ratkaisut

763333A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 1 Kevät 2014

4 Taso- ja avaruuskäyrät

4. Määritä oheisen kehän plastinen rajakuorma. Tarkista, ettei myötöehtoa rikota missään. Piirrä tasapainoehdot toteuttava taivutusmomenttijakauma.

Luento 4: Kiertomatriisi

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

Kohteen turvaluokitus on

Viikon aiheet. Pinta-ala

A-Osio. Valitse seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi, joihin vastaat. A-osiossa ei saa käyttää laskinta.

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

Tampereen teknillinen yliopisto hum Konstruktiotekniikan laitos. MEC-2430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk 1 Syksy 2012.

Vastaa tehtäviin 1-4 ja valitse toinen tehtävistä 5 ja 6. Vastaat siis enintään viiteen tehtävään.

Luento 2 Stereokuvan laskeminen Maa Fotogrammetrian perusteet 1

VEKTOREILLA LASKEMINEN

3.3 KIELIOPPIEN JÄSENNYSONGELMA Ratkaistava tehtävä: Annettu yhteydetön kielioppi G ja merkkijono x. Onko

Analyyttiset funktiot ja integrointiteorian alkeita

Luento Fotogrammetrian perusteet. Henrik Haggrén

2. Digitaalisten kuvien peruskäsitteet 2.1. Visuaalinen havaitseminen

LUKU 10. Yhdensuuntaissiirto

5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

9 A I N. Alkuperäinen piiri. Nortonin ekvivalentti R T = R N + - U T = I N R N. Théveninin ekvivalentti DEE SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Mittaushavaintojen täsmällinen käsittelymenenetelmä

Osoita, että kaikki paraabelit ovat yhdenmuotoisia etsimällä skaalauskuvaus, joka vie paraabelin y = ax 2 paraabelille y = bx 2. VASTAUS: , b = 2 2

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

2.1 Vaillinaiset yhtälöt

Rekursioyhtälön ratkaisutapa #1: iteratiivinen korvaus

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

Transkriptio:

Fotogrmmetrin krtoitusprosessit Henrik Hggrén

Fotogrmmetrin krtoitusprosessit Tehtävä Kolmiulotteisen kohteen ti näkymän j siinä tphtuvien muutosten rekonstruointi Työviheet 1 Kohteen kuvminen 2 Kuvien orientoinnit 3 Kohteen krtoitus 4 Kohteen mllintminen Dynminen prosessi Muutosten j deformtioiden hvitseminen

Fotogrmmetrinen prosessi

Mittuksen kohde? Tuntemton geometri Kohdekoordintisto Ensikrtoitus Tunnettu geometri Täydennyskrtoitus, jntsistus Muutosten seurnt, rkentmisen j kokoonpnon ldunvlvont

1 Kohteen kuvminen Kuvlle tlletetn kohde j koordintisto Kuvus tehdään kmeroill, jotk muuntvt 3D kohteen 2D kuvksi Kuvus on keskusprojektiokuvus - Kollinerisuusehto - kuvussäteet ovt suori - Tsomisuusehto - kohdepisteet kuvutuvt kikki smlle tsolle

Tso zz = cc Suor OO PP ll Mittkv Koordintiston kierto R T

Stereokuvus

Stereokuvuksen normlitpus Kuvpri, jonk kuvuskselit ovt yhdensuuntiset, j kntvektori on kohtisuorss kuvus kuvuskseleihin nähden.

Krtoituskuv = kohde + koordintisto Kiintopiste Krtt, 3-D mlli

Ilmkuvblokki

(Dieter Fritsch, 214) 11

Kuvblokki sisätilss Suvi Tähtinen, 215

Building Rome in Dy - Noh Snvely, Cornell University, 211 Luento 1 M-57.25 214 (Jn-Michel Frhm, 214) 13

Luento 1 M-57.25 214 (Dieter Fritsch, 214) 14

2.1 Kmer? Tuntemton geometri Kmern klibrointi Tunnettu geometri Sisäinen orientointi Itseklibrointi Lisämuuttujt kuvhvintoihin ddxxx, ddyyy dddd(xx, yy )

Kuvhvintojen korjus Kollinerisuusehto edellyttää, että kuvhvintojen systemttiset virheet korjtn ennen blokkitsoitust. = Sisäinen orientointi Jos blokin geometri on hyvä, kolmioinnill voidn määrittää myös kmern sisäiset orientointitiedot kmervkio, pääpisteen pikk kuvll, j linssivirheet = Itseklibrointi.

2.2 Kuvien orientoinnit 2.21 Yhden kuvn ulkoinen orientointi 2.22 Stereokuvn orientointi 2.23 Kuvblokin lskent

Orientointikoordintistot Kuvn sisäinen orientointi - Kmerkoordintisto Kuvn ulkoinen orientointi - Kohdekoordintistoss Stereomllin orientointi - Mllikoordintisto on luss toisen kuvn kmerkoordintisto - Mllikoordintisto muunnetn kohdekoordintistoon, kun riittävä määrä lähtöpisteitä on hvittu Kuvblokki - Kohdekoordintistoss

2.21 Yhden kuvn ulkoinen orientointi Kmern sijinti kohdekoordintistoss Kuvussuunt kohdekoordintistoss 1. Suor georeferointi Kmer jlustll: keskistys j tsus Kmer liikkeessä: GPS, INS 2. Tksepäinleikkus kuvhvinnoist Signloidut lähtöpisteet Kohteest irrotetut luonnolliset piirteet

2 Ulkoinen orientointi p i p i O O O P z y x 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 Kiertomtriisi 3 koordintti 3 kiertokulm Ulkoinen koordintisto Sisäinen koordintisto

21 Vihtoehtoj Kllistuskulmien j kiihtyvyyksien mittus, IMU Orientointi kuvuspikll Kuvuslustn stelliittipiknnus Ei vihtoehtoj Lskemll tukipisteistä Blokkitsoitus

2.22 Stereokuvn orientointi 1. Keskinäinen orientointi Vstinpisteiden hku SIFT Muunnos khden kmerkoordintiston välillä Riippumttomt kuvprit Kuvliitos 2. Absoluuttinen orientointi Koordintistomuunnos kmerst kohteeseen

23 Normlisentoinen stereokuvpri 1 1 ' ' ' 1 1 1 p P z y x m Z Y X + = x p p B m = Ei kiertoj, ei siirto, vin mittkv!

Vstinpisteiden kuvhvinnot 24

25 Mllikoordintisto z y b x = 1 x

26 Orientoinnin tulos Projektiokeskukset Kierrot

27 Eteenpäinleikkus 1 1 1 1 1 ' ' ' 1 1 1 p p O P z y x m Z Y X + = X Z Y x z y 2 2 33 32 31 23 22 21 13 12 11 2 2 2 " " " p p O z y x P z y x m b b b Z Y X + = Azimuth=2,7 Elevtion=,4 Roll=-,2 b x =1 b y =-89,29 b z =-1,4

28 Absoluuttinen orientointi + = z y x R m Z Y X Z Y X O O O Koordintiston siirto Koordintiston kierto Mittkv Huom! Muunn ensin mittkv smksi.

yleisku rssi Mittkv Muunnos on yhdenmuotoismuunnos B b Mittkvluku B m = = b S s s 1 m S

3 Mittkvn määritys z y x S = 46,2 mm

3D muunnos vruudess ZZ YY cos xxyy 1 xx XX XX YY ZZ = XX YY ZZ + mm 11 12 13 21 22 23 31 32 33 Yhdenmuotoismuunnos - Kolme siirto - Kolme kierto - Mittkv Kiertomtriisi RR cos xxxx cosyyxx coszzxx RR = cos xxyy cos yyyy cos zzyy cos xxzz cos yyzz cos zzzz Kiertomtriisin lkioill projisioidn xxxxxx koordintiston yksikkövektorit XXXXXX koordintiston yksikkövektoreiksi xx yy zz

2.23 Kuvblokin lskent 1. Likimääräinen ulkoinen orientointi Kuvittinen ulkoinen orientointi Keskinäisen j bsoluuttisen orientoinnin kutt 2. Trkt ulkoiset orientoinnit Blokkitsoitus

33 Epäsuor rtkisu Ilmkolmioinnin yhteydessä kuvien orientoinnit lsketn epäsuorsti. Rtkisu lähtee liikkeelle orientointisuureiden j kohdekoordinttien likirvoist. Likirvojen vull muodostetn kuvusyhtälöt kohteest kuvlle. Lsketn jäännösvirheet kuvill hvittu lskettu Kuvusyhtälöt linerisoidn Kuvusyhtälöiden tuntemttomiksi tulevt orientointisuureiden prnnukset. Virheyhtälöiden differentilikertoimiksi tulevt orientoinnin muutosten vikutukset kuvkoordintteihin. Yhtälöiden vull rtkistn korjukset orientointisuureille. Prnnettujen likirvojen vull muodostetn uudet kuvusyhtälöt. Rtkisu toistetn, kunnes orientointisuureist lsketut kuvkoordintit vstvt kuvlt hvittuj kuvkoordinttej. Lskent lopetetn, kun jäännösvirheiden neliösumm ei enään pienene.

34 Kuvblokki Kuvhvinnot Kuvien orientoinnit Pisteen kohdekoordintit Kohdekoordintisto

35 Perspektiivinen kuvminen R T Huom yleinen käytäntö kmerkoordintiston koordinttikselien suunniksi: x - j y -kselit kuvll positiivisennoss, z -kseli positiivinen kuvjn päin, Smoin kiertomtriisin suunt: R T kohteest kmern, R kmerst kohteeseen.

Otetn trksteluun lin yhtälö j rtkistn mittkvluku kuvhvintojen j 3D-pisteen välille (x,y,z ) x' y' z' = 1 m 11 12 13 21 22 23 31 32 33 X X Y Y Z Z mittkvtso (X,Y,Z) 1 z' m 1 m = c [ ( X X ) + ( Y Y ) + ( Z Z )] = 13 23 33 c [ ( X X ) + ( Y Y ) + ( Z Z )] 13 23 33 z' = Tässä käänteisessä kvss mittkvluku kertoo, kuink pitkälle sädettä tulee seurt 3D pisteestä, jott se leikk kuvtson.

Sijoitetn mittkvluku khteen ylempään yhtälöön x' = c y' = c 11 13 12 13 ( X X ) + 21( Y Y ) + 31( Z Z ) ( X X ) + ( Y Y ) + ( Z Z ) 23 ( X X ) + 22( Y Y ) + 32( Z Z ) ( X X ) + ( Y Y ) + ( Z Z ) 23 33 x' 1 = y' m z' 11 12 13 x' 1 = y' m z' 1 m = c Tuloksen stiin kollinerisuusyhtälöt eli muunnos kohteest kuvtsolle!! 33 11 12 13 21 22 23 21 22 23 31 32 33 31 32 33 X X Y Y Z Z X X Y Y Z Z [ ( X X ) + ( Y Y ) + ( Z Z )] 13 23 33

Sädekimpputsoitus 38

39 Virheyhtälöt pisteen kuvukselle ),,,,,,,, ( ),,,,,,,, ( P P P Oi Oi Oi i i i x pi ypi P P P Oi Oi Oi i i i x pi xpi Z Y X Z Y X f y v Z Y X Z Y X f x v κ ϕ ϖ κ ϕ ϖ = + = + Hvintovirheet Kuvhvinnot Kmern kiertokulmt Projektiokeskuksen kohdekoordintit Pisteen kohdekoordintit

Hvinnot sisältävät hjont Kuvhvintojen perusteell seurtn säteitä kohteeseen, mutt virheiden tki ne eivät välttämättä leikk toisin Tyypillisesti käytetään pienimmän neliösummn menetelmää (PNS), joss kohdepisteen koordintit vlitn siten, että niistä lskettujen kmerkoordinttien j vstvien kuvhvintojen välisten jäännösvirheiden neliösumm on minimissään

3 Krtoitus 1. Yksi kuv Ortokuvus Monoplotting 2. Stereokuv Kuvien yhteensovitus Pistepilvet 3. Kuvblokki Eteenpäinleikkus

Kohteen tulkint Stereomittus Digitlinen pintmlli - DSM, Digitl surfce model - DEM, Digitl elevtion model - DTM, Digitl terrin model Trkk pistemittus - Eteenpäinleikkus uselt kuvlt Deformtioiden mittus

45 Pistetihennyksen hierrki Pistetihennys voidn käsittää koordintiston tihentämisenä kohteess. Koordintisto tihentyy hierrkisesti. Geodeettinen runkopisteistö Nämä ovt joko kiintopisteitä ti stelliittipiknnukseen perustuvi tilpäisiä pisteitä. Geodeettiset pisteet määrittävät krtoituskoordintiston j toimivt fotogrmmetrisen tihennyksen lähtöpisteinä. Fotogrmmetrisen kolmioinnin pisteet Kolmiointi tehdään kuvblokkin, joss kuvien väliset liitospisteet muodostvt uuden tihennyspisteistön. Pisteiden koordintit määritetään blokkitsoituksen, jonk tuloksen sdn myös kuvien ulkoiset orientointitiedot. Eteenpäinleiktut pisteet Blokkitsoituksen yhteydessä voidn mitt liitospisteiden lisäksi myös muit trksti määriteltyjä j näkyvöitettyjä kohdepisteitä. Nämä eivät osllistu blokkitsoitukseen, vn koordintit määritetään usen kuvn yhteisin eteenpäinleikkuksin. Krtoituspisteet Tihein krtoitettu pisteistö, jot käytetään kohteen pintmllin lskemiseen. Pinnn krtoitus tehdään joko kuvpreittin stereomlleilt ti lserkeiluksen pistepilvestä. Tekstuuri Pintmllille projisioitu tekstuuri. Pintmlliss koordintiston on tihennetty jtkuvksi funktioksi kohteen pinnll. Pintmllin trkkuus riippuu krtoituspisteiden tiheydestä j mittustrkkuudest.

46 Pistetihennyksen hvinnot Geodeettiset pisteet Geodeettinen dtumi j geodeettiset hvinnot Ilmkolmiointi, vruuskolmiointi Kuvblokki, kuvhvinnot j lähtöpisteet, joko kiintopisteet ti muuten piknnetut pisteet, piknnushvinnot Eteenpäinleikkus vruudess Monikuvmittust, orientoidut kuvt j suunthvinnot kuvilt Krtoitus Stereomittust (ti lserkeiln suunt j pulssin kulkuik) Teksturointi, ortokuvus Yksikuvmittust, pisteen suunt j pintmlli

47 Geodeettinen runkopisteistö Tukipisteiden näkyvöitys Stelliittipiknnus Lähtöpisteiden mittus

48 Fotogrmmetrisen kolmioinnin pisteet Orientoinnin likirvohvinnot Lähtöpisteet Liitospisteiden mittus Blokkitsoitus Ulkoinen orientointi

49 Eteenpäinleiktut pisteet Ulkoiset orientoinnit 3D lskent Tulkint j mittus 3D rutlnkmlli

5 Kohteen rekonstruointi R

51 Krtoituspisteet 3D rutlnkmlli 3D pintmlli Stereomittus

3D pintmlli 52

Teksturoitu pintmlli 53

Dynmiset krtoitusprosessit Muutosten j deformtioiden hvitseminen 1. Kohteen geometri on tunnettu Mitttv ominisuus on liike kohteess, kun ts kuvuslustn liike j muutos kmern orientoinniss määritetään näkymän perusteell. Esimerkki: Ajoneuvon liikerdn mittus peräkkäisiltä stelliittikuvilt. 2. Kuvusjärjestelmän geometri on tunnettu Mitttv ominisuus on muutos kohteen geometriss Esimerkki: Vlmistuksen ikn tuotteess ilmenevien deformtioiden mittus j tulosten käyttö teollisen tuotntoprosessin ohjmiseen.

Prosessin ohjus j trkstus

4 Kohteen mllintminen Kuv Mittkuv Oikistu kuv ti kuvmosiikki 2D + 1D krtt Ortokuv Topogrfinen krtt Mstotietoknt Kntkrtt 3D mllit Ympäristömlli CityGML Rkennusmlli, BIM Tuotemllit, CAD/CAM Arkkitehtuurimllit Virtulimlli Piirteiden tulkint j mittus Geometrinen mllintminen Pintojen teksturointi

Kuvmosiikki, kuvyhdelmä Aluekuvus, soveltuu mston j rkennetun ympäristön krtoittmiseen.

Topogrfi ortokuv - pohjkrtt

3D mlli