Luento 4 Georeferointi 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 1
Sisältö Georeferointi käsitteenä Orientoinnit Stereokuvaparin mittaus Stereomallin ulkoinen orientointi (= absoluuttinen orientointi) 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 2
Orientoinnit georeferoinnissa Sisäinen orientointi Ulkoinen orientointi yksi kuva suoraan maastomalliin kuvapari keskinäinen orientointi stereomalliksi stereomallin ulkoinen orientointi maastomallille 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 3
Georeferointi? Sijaintia koskevan tiedon liittäminen kuvaan ja kuvan liittäminen sijaintia koskevaan tietoon. Kuvan sijainti? Kohteen sijainti? Geo-kohde XYZ piste 3D mallilla maanpinta, rakennus,... Kuva xy piste kuvalla 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 4
Maaston koordinaatistot Satelliittipaikannus kuvauskoneen navigointi, WGS84 Maastopaikannus kartoitus, paikallinen koordinaatisto näkyvöitetään signaalein Kuva: Ossi Jokinen, Maanmittauslaitos 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 5
Kuvan georeferointi Georeferoinnissa kuvaan liitetään tiedot kameran sisäisestä ja ulkoisesta orientoinnista. Sisäinen orientointi kameravakio c pääpiste x O ja y O Ulkoinen orientointi kuvanottopaikka X O,Y O, ja Z O kierrot ja kallistukset,,, ja, tai,, ja. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 6
Kamera Kuvavektori kamerakoordinaatistossa. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 7
Kuvavektori kamerasta kohteeseen. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 8
Kohteesta kuvalle Kollineaarisuusyhtälöt kuvahavaintojen ja kohdepisteiden välillä. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 9
Kuvalta kohteeseen Stereokuvauksen yleinen tapaus ja erityisesti silloin, kun on kyse kuvablokista. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 10
Eteenpäinleikkaus I Eteenpäinleikkauksella määritetään uuden kohdepisteen avaruuskoordinaatit. Toiminto kuuluu osana fotogrammetrian ns. päätehtävään eli kohteen rekonstruoimiseen kahden tai useamman sädekimpun avulla. Käsittelemme tässä fotogrammetrian päätehtävää stereokuvaparin tapauksessa. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 11
Eteenpäinleikkaus II Eteenpäinleikkaus tehdään orientoiduilta kuvilta. Orientointina käy joko kuvaparin keskinäinen orientointi mallikoordinaatistossa tai kummankin kuvan ulkoinen orientointi kohdekoordinaatistossa. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 12
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 13
Stereokuvaus I Stereokuvauksen normaalitapauksessa valitaan 3-D koordinaatistoksi kuvaparin toisen kameran kamerakoordinaatisto. Tällöin kiertomatriisi on yksikkömatriisi, toisen kuvan projektiokeskus pysyy origona, ja toisen kuvan projektiokeskus on (B, 0, 0). Kameravakion arvo eli yhteisen kuvatason etäisyys kuvakannasta on tässä c. Kameraoptiikan ja kuva-anturin virheet korjataan kuvahavainnoista. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 14
Stereokuvaus II Kohdepisteen 3-D koordinaatit lasketaan (X, Y, Z) ns. parallaksikaavalla, ensin Z, sen jälkeen kuvapisteen mittakaavaluku M, ja lopuksi X ja Y. Jos parallaksihavainnon virhe tunnetaan, sen likimääräinen vaikutus (dz) etäisyyshavaintoon voidaan laskea differentioidulla parallaksikaavalla. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 15
Eteenpäinleikkaus III 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 16
Eteenpäinleikkaus IV 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 17
Eteenpäinleikkaus V 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 18
Eteenpäinleikkaus VI 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 19
3D mittaus 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 20
Laatikot I Oheisessa esimerkissä on kuvattu laatikoita pöydällä ja tarkoitus on mitata laatikoiden sekä alla olevan pöytälevyn päämitat. Mittaus tehdään havaitsemalla kohteiden nurkkapisteet kummaltakin kuvalta ja laskemalla sen jälkeen nurkkien 3-D koordinaatit. Päämitat lasketaan nurkkapisteiden avaruusetäisyyksinä. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 21
Laatikot II Kuvat on otettu digitaalikameralla, jonka kuvakoko on 1280 x 1024 pikseliä. Kameravakiona käytetään arvoa 1360 pikseliä, joka on määritetty etukäteen. Kuvapari on pyritty kuvaamaan stereokuvauksen normaalitapauksen mukaisesti ja kuvakanta on 0.62 m. Lisäksi mitattiin kameran projektiokeskuksen korkeus lattiatasosta, joka oli 1.58 m. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 22
Kuvapisteen mittaus 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 23
Kamerakoordinaatit 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 24
Parallaksikaavat Kohdekoordinaatit X, Y ja Z lasketaan kamerakoordinaateista x, y ja c joko - tai 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 25
Laatikot, kuvahavainnot Laatikko 1 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 26
Mittaushavainnot ja kamerakoordinaatit. Parallaksit on laskettu erotuksena px = x'' - x' (vaakaparallaksi). Jos kuvat olisi otettu tarkasti stereokuvauksen normaalitapauksen mukaisesti ja kuvista olisi korjattu kameraoptiikan aiheuttamat piirtovirheet, kuvien y'- ja y''-koordinaatit olisivat kohdistustarkkuuden puitteissa samat py = y'' - y' => 0 (pystyparallaksi). Nyt niissä on jopa kymmenen pikselin suuruisia eroja. Tässä esimerkissä tällä ei ole merkitystä, koska tarkoitus on havainnollistaa 3-D koordinaattimittauksen periaatetta. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 27
Keskinäinen orientointi Tarkoissa mittaus- ja kartoitustehtävissä tunnetut kuvavirheet otetaan huomioon ja kuvapari oikaistaan normaaliasentoon ennen stereomittauksia (keskinäinen orientointi). 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 28
Laatikot, kohdekoordinaatit 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 29
Lasketut 3-D koordinaatit Koordinaatit on laskettu parallaksikaavoilla. Sen jälkeen päämitat on laskettu vinoina avaruusetäisyyksinä päätepisteiden koordinaattieroista (S_measured) ja laskettu niiden keskiarvot (S_mean). Tätä keskiarvoa on lopuksi verrattu siihen etäisyyteen, joka on mitattu mittanauhalla samasta päämitasta suoraan kohteella (S_true). Vertailusta nähdään, että tässä tapauksessa mittausepävarmuus on luokkaa 5-10 %, kun tällä samalla kuvaparilla se voisi tarkasti mitaten olla niinkin pieni kuin 0.01 %. 2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 30
2007 Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 31