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