Luento 5 Mittakuva 1
Aiheita Mittakuva Muunnokset informaatiokanavassa. Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot. Stereokuva, konvergentti kuva. Koordinaatistot. Kuvien orientoinnit. Sisäinen orientointi. Ulkoinen orientointi. Pystykuva. Viistokuva. Oikaistu kuva. Mittakaava ja mittakaavaluku. Maastovirhe. Korkeusmalli. Georeferointi. Ilmakuva, ortokuva. Ortokuvan tuottaminen. Ortokartoitus. 2
Muunnokset informaatiokanavassa I Kolmiulotteinen kohde voidaan dokumentoida esittämällä se 2-D kuvina tai 3-D malleina. Dokumentointi edellyttää kohteen 3-D geometrian havaitsemista ja mittaamista. Fotogrammetriassa tämä perustuu kohteen valokuvaamiseen ja sen rekonstruoimiseen näiltä valokuvilta. Rekonstruointi voidaan jakaa geometrisiin ja radiometrisiin muunnoksiin, jotka eivät suinkaan ole toisistaan riippumattomia. 3
Muunnokset informaatiokanavassa II Tässä yhteydessä keskitytään kuitenkin tarkastelemaan lähinnä geometrisia muunnoksia kohteen ja mallin välisesssä informaatiokanavassa. Vastaavasti voitaisiin käsitellä myös kohteen värejä ja pinnan tekstuuria. Kun kohteesta rekonstruoituun pintamalliin liitetään tekstuuri, puhutaan ortokuvasta tai fotorealistisesta 3-D mallista. 4
Muunnokset informaatiokanavassa 1 5
Perspektiivinen muunnos 3-D kohde muunnetaan 2-D kuviksi. Muunnos tehdään optisesti, yleensä keskusprojektiokuvauksena. Yhden kuvan kuvasisällön määrittää sen perspektiivi eli projektiokeskuksen sijainti kohteen suhteen. Perspektiivi talletetaan kuvaamalla se eli leikkaamalla projektiokeskuksen kautta kulkeva valonsädekimppu kuvatasolla. Saman valonsädekimpun uudet samanaikaiset tasoleikkaukset eivät voi sisältää kohteesta mitään geometrista lisätietoa. Fotogrammetrian yleisessä tapauksessa käytetäänkin vähintäin kahta eri perspektiivistä talletettua kuvaa kohteesta. 6
Muunnokset informaatiokanavassa 2 7
Projektiivinen muunnos 2-D kuva muunnetaan toiseksi 2-D kuvaksi. Muunnos voi käsittää latentin valokuvan kehittämisen näkyväksi kuvaksi - filmille, videolle, tietokoneen näytölle - ja sen perimmäisenä tarkoituksena on tehdä kuvasta tulkintakelpoinen. Muunnos voi olla projektiivinen, eli kuva voidaan projisioida vinolle tasolle, tai sen sivusuhteita voidaan muuntaa. Näillä muunnoksilla ei kuitenkaan voida muuttaa kuvan alkuperäistä perspektiiviä. Yleisin projektiivinen muunnos käsittää tätänykyä kuvan digitoimisen. 8
Muunnokset informaatiokanavassa 3 9
Rekonstruktiivinen muunnos 2-D kuvat muunnetaan kohteen 3-D kuvaksi. Muunnos ratkaistaan matemaattisesti. Jos kuvat on digitoitu, kohdemalli on useimmiten digitaalinen. Digitaalisesta kohdemallista voidaan tuottaa myös analoginen malli, valokuva - tai kuva uudesta perspektiivistä. Matemaattinen muunnos 2-D kuvista 3-D kohdemalliksi toteutettiin aiemmin optisesti tai mekaanisesti erityisesti tähän tarkoitukseen kehitetyillä stereokartoituskojeilla. 10
Mt. Aron, kuva ja malli (Kuva: Saara Mattila, TKK) 11
Stereo photogrammetric reconstruction 12
Mittakuva (Halonen, 1965) 13
Piirtovirhe (Halonen, 1965) 14
Piirtovirhe 15
Piirtovirhe 16
Piirtovirheetön kuva (Pöntinen, 1998) 17
TKK korjaamaton 18
TKK korjattu 19
Kalibrointi (Kuva: Geodeettinen laitos) 20
Suorat suorina (Kuva: Pöntinen ja Kukko) 21
Kuva: Albertz, 2001 Kuvaus 22
Koordinaatistot 23
Kuvaus kuvatasolle 24
Kuvaus kuvaparille 25
Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot Yksinkertaisin tulkintatilanne on silloin, kun kohde on taso ja tämä taso on yhdensuuntainen kuvatason kanssa. Tällöin kuva ja kohde ovat yhdenmuotoiset. Kohteen geometriset suhteet muuntuvat kuvauksesta toiseen lineaarisesti. Kuvalle voidaan määrittää yksi mittakaavaluku, jolla kerrottuna kaikki kuvahavainnot voidaan muuntaa kohteen geometrisia suhteita vastaaviksi. Mittakaavaluvun määrittämiseen riittää yksi kuvalta havaittu etäisyys, jonka pituus on tunnetaan myös kohteessa. 26
Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot II Jos kohde on taso, mutta kuvan suhteen vino, kohteen ja sen kuvauksen projektiivinen suhde on murtolineaarinen. Suoralla olevien janojen suhteiden suhde säilyy (kaksoissuhde). Tasolla havaittujen kohteiden muoto voidaan muuntaa kohteen geometrisia suhteita vastaavaksi, mikäli kaksoisuhde on määritetty kahden erisuuntaisen suoran suunnassa. Projektiivinen muunnos määritetään havaitsemalla kuvalta vähintään neljä pistettä, joiden koordinaatit tunnetaan kohteessa. 27
Projektiivinen oikaisu (Oikaistu kuva: Pöntinen, 1999) 28
Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot III Jos kohde on kolmiulotteinen, sen muotoa ei voi määrittää yksinomaan yhden kuvan havainnoin. Fotogrammetrian yleinen ratkaisu on käyttää kolmiulotteisen kohteen rekonstruoimiseen kahta tai useampaa kuvaa (stereokartoitus, pistetihennys, kolmiomittaus, kolmiointi). Rekonstruoiminen perustuu kuvien yht'aikaiseen projisioimiseen. 29
Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot IV Jos kuvia on vain yksi, kohteen kolmiulotteisuuden ratkaisemisen täytyy perustua joko "ilmiselviin" olettamuksiin tai muihin täydentäviin havaintoihin (yksikuvamittaus). Rakennuksesta voidaan olettaa, että se on suorakulmainen, jolloin sen seinät voidaan kartoittaa projisioimalla ne särmiön pinnalle yhdeltäkin kuvalta (kuvan oikaisu). 30
Geometrisen tulkinnan vaihtoehdot V Kolmiulotteisen mittaamisen muita vaihtoehtoja ovat geodeettiset mittaukset, erilaiset optiset ja mekaaniset 3-D koordinaattimittaukset, ja uusimpana etäisyyskuvaukset (laserkeilaus) Vastaavasti täydennyskartoitus ja maastotietokannan ajantasaistus voidaan perustaa aiemmin mitattuun maanpinnan korkeusmalliin (monoplotting, yksikuvakartoitus). Tällöin kartoitus tehdään joko ortokuvalta tai kuvalta, joka on projisioitu pintamallille. 31
Stereo- ja konvergenttikuvaus 32
Stereokuva (Tuula Hannonen, 1996) 33
Stereokuva 34
Konvergenttikuva 35
Konvergenttikuva (Tuula Hannonen, 1996) 36
Konvergenttikuva 37
Sisäinen orientointi (Halonen, 1965) 38
TKK sisäinen orientointi 39
Ulkoinen orientointi 40
Keskusprojektio 41
Pakopiste 42
Pääpiste, horisontti, kuvanadiiri 43
Nadiiri ja zeniitti 44
Lintuperspektiivi 45
Sammakkoperspektiivi 46
Pystykuva 47
Viistokuva 48
Keskusprojektion mittakaava 49
Keskusprojektio (Halonen, 1965) 50
Mittakaava ja mittakaavaluku 51
Hanko, satelliittikuva KFA-1000 (f = 1011 mm) 52
Hanko, kartta 53
Mittakaava 54
Mittakaavan projektiovirhe vinolla tasolla 55
Maastovirhe 56
Korkeusmalli 57
Ilmakuva 58
Ortokuva Ortokuva 59
Tosiortokuva 60
Ilmakuvapari stereokuvana 61