M-57.29, Fotogrmmetrin erikoistyö Monoplotting Ann Erving 58394J
Sisällysluettelo Sisällysluettelo... 2 1. Johdnto... 3 2. Perusperite j histori... 3 3. Trvittvt ineistot... 4 3.1 Vlokuv kohteest... 4 3.2 korkeusmlli... 5 4. Orientoinnit... 5 4.1 sisäinen orientointi... 6 4.2 Ulkoinen orientointi... 6 5. Lskennn mtemttinen mlli... 7 6. Automtisointi... 1 7. Trkkuus... 11 8. Sovelluslueet... 11 9. Monoplotting vs. stereoplotting... 12 1. Ohjelmi... 13 1.1 Brist... 13 1.2 DiMoTeP... 13 11. Om tutkimus DiMoTeP-ohjelmll... 14 12. Johtopäätelmät... 18 Viitteet...18 2
1. Johdnto Monoplotting on yksikuvmittusmenetelmä, jonk vull voidn yhdeltä kuvlt mitt kohteen 3D-koordinttej. Mittmist vrten trvitn inostn yksi kuv j mstomlli kohteest, sekä lisäksi tieto näiden sijinnist kohteeseen nähden. Mitään erikoisi digitointilitteit ti stereotrkstelun mhdollistvi kojeit ei trvit, vn nykyään jo joisskin fotogrmmetrisiss mittusohjelmiss on vihtoehton monoplotting-mittus. Snlle monoplotting ei löydy Suomen kielelle vstv käännöstä, joten käytän tässä työssä sn monoplotting. Tämä erikoistyö esittelee monoplotting-mittusmenetelmän loitten sen historist j jtken trkemmin miituksen kulkuun j siinä trvittviin ineistoihin. Huomiot on kiinnitetty myös erilisiin utomtisointimhdollisuuksiin, menetelmän trkkuuteen j sen sovelluslueisiin. Esimerkinomisesti työssä on esitelty kksi ohjelm, joiden vull kuvilt on mhdollist mitt kohdekoordinttej monoplotting-menetelmällä. Lopuksi olen testnnut mittmist fotogrmmetrin lbortorion omill ineistoill DiMoTep-ohjelm käyttäen. 2. Perusperite j histori Yhdeltä kuvlt voi kohteen mitt vin kksiulotteisesti, ellei kuvn lisäksi mitään muut informtiot ole stvill. Jos tuloksen hlu 3D-koordintit, kohteest trvitn mstomlli sekä vlokuv (stelliittikuv, ilmkuv, ortokuv, mkuv, pnorm..., jonk sisäinen j ulkoinen orientointi tunnetn. Juuri tällisen mittmisen mhdollist monoplotting (Kuv 1. Kuv voi oll pysty- ti viistokuv. Lskennss kuvkoordintit x, y muunnetn kohdekoordintteihin X, Y, Z. Ainostn kohteet, jotk on mllinnettu mstomlliin, voidn mitt. (Rönnholm P. et. l., 25 Kuv 1: Monoplotting-menetelmän perusperite. (Doneus M., 1999 3
Digitlisen monoplotting-menetelmän iden esitti ensimmäisenä B. Mkrovic vuonn 1973. Vikk jtus oli hyvä j sillä oli suuri käyttöpotentili, ei siitä juuri kuultu mitään tämän jälkeen. Vst 198-luvun loppupuolell menetelmää testttiin kunnoll käytännössä. Monoplottingmittmist käytettiin tuolloin hyväksi krtttiedon päivittmisessä. Menetelmää pidettiin stereokrtoituksen hlpn, helppon j jop epämmttimisen korvikkeen, jot käytettiin vin pienissä j erikoisiss sovelluksiss. Se ei siis niinkään ollut yleinen krtoitusmenetelmä. (Stefnovic P. et. l., 1989 Digitlisen monoplottingin lun ikoin digitlisi korkeusmllej oli hrvss j myöskin eriliset digitliset litteet menetelmän suorittmiseksi olivt hyvin klliit. Kuitenkin jo 198- luvun loppupuolell digitliset litteet muuttuivt edullisemmiksi. Korkeusmllej kuitenkin oli vielä hyvin vähän digitlisess muodoss. Toinen ongelm oli hyvien digitointilitteiden puute, vikk litteit sikin jo melko hlvll. (Stefnovic P. et. l., 1989 Nykyään nämä ongelmt eivät ole enää esteenä monoplotting-menetelmän käytölle. Myös stelliittikuvien hyvän trkkuuden johdost myös niitä on nykyään mhdollist käyttää yksikuvmittukseen (Willneff J. et l., 25. 3. Trvittvt ineistot Monoplotting-mittusmenetelmää vrten trvitn kohteest olev vlokuv sekä smlt lueelt olev mstomlli ti jotin muut korkeusinformtiot. Kohteen esittävä kuv voi oll oikestn mikä thns vlokuv riippumtt siitä, onko se otettu stelliitist, lentokoneest, ti mnpinnlt. Kuvn on vin oltv trpeeksi trkk j sen sisäinen j ulkoinen orientointi on tunnettv. Myös krttprojektioon oikistu ilmkuv eli ortokuv käy. Kuten jo edellä kerrottiin, kuv voi oll sekä pysty- että viistokuv. Kuvn sisäinen j ulkoinen orientointi on tunnettv, jott mittus kuvlt on mhdollist. Sisäistä orietointi vrten kuvnottokmer on klibroitv j ulkoist orientointi vrten kuvlt tulee näkyä joitkin koordinteiltn tunnettuj pisteitä. Orientointej käsitellään trkemmin luvuss 4. 3.1 Vlokuv kohteest Kuv voi oll nykyään melkein mikä vn, kunhn se on riittävän trkk j sen orientointiprmetrit voidn sd selville. Stelliittikuv otetn stelliitist, jok kulkee vruudess mt kiertävällä rdll. Trkkoj stelliittikuvi voidn käyttää monoplotting-mittuksess (High-Resolution Stellite Imgery, HRSI (Willneff J. et l., 25. Ilmkuv ts otetn lentokoneest. Ilmkuvkmer on erityisen trkk, sillä sen objektiivin geometri on lähes virheetön j järjestelmän erotuskyky on vähintään 3-4 viivpri millimetrillä (Hggrén H. et. l., 24. Ilmkuv onkin trkkuutens j informtiivisuutens tki eniten käytetty kuv-ineito monoplotting-mittuksess. Ortokuv on krttprojektioon oikistu ilmkuv, jok on kohtisuorss kohdekoordintiston z- kseli vstn. Oikisu suoritetn georeferoimll (Rönnholm P. et. l., 24. Georeferointi trkoitt kuvien sitomist mstokoordintistoon joko ortokuvin ti esimerkiksi stereomllein. 4
Prosessiin kuuluvt ulkoisten orientointien määritys sekä ortokuvien tpuksess orto-oikisu. Tähän trvitn ilmkuv, korkeusmlli sekä orientointiprmetrit (Honkvr E., 23. 3.2 korkeusmlli Korkeustiedoksi käy esimerkiksi mstomlli, lueelt muuten vin tunnettuj mstonkorkeuksi, tieto siitä että kohde on vksuor tso j kikill z-pisteillä on sm rvo, ti että kohde koostuu erilisist tsoist. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Mstomlli (DEM, Digitl Elevtion Model sisältää mston korkeustiedon x-, y-, j z- koordinttein. Mstomlli koostuu yleensä säännöllisestä hilst, jonk ruutujen solmukohdt sisältävät korkeustiedot (Kuv 2. Ruudut mukilevt näin mston korkeusmuotoj tsoin. Mlli voi oll myös kolmioverkko, jok sdn optimoitu tsiseksi esimerkiksi Delnykolmioinnin vull (Kuv 2b. Tällöin stunnisesti lueell sijitsevt pisteet sisältävät korkeustiedot, joiden välille muodostetn yhteyksiä siten että muodostuu kolmioit. Delnykolmioinnin vull kolmioist tulee mhdollisimmn tssivuisi. (Tykkälä T., 25 b Kuv 2: Mstomlli säännöllisenä hiln j b kolmioverkkon. (Inno-CAD Oy, 26 4. Orientoinnit Kuten jo luvuss 3 kerrottiin, kuvlt on tunnettv sen sisäinen j ulkoinen orientointi, jott monoplotting-mittus kohteest on mhdollist. Sisäisessä orientoinniss rtkistn koordinttimuunnoksen prmetrit 2D-kuvhvinnoist 3D-kmerkoordintistoon. Ulkoisess orientoinniss ts selvitetään kmern sento kohdekoordintistoss (X, Y, Z, joss myös mstomlli on. Orientoinnin muuttuji ovt kmern kuvushetkinen sijinti (X, Y, Z sekä kiertoprmetrit kolmen kselin ympäri (omeg, fii, kpp. (Hggrén H., 22 5
4.1 sisäinen orientointi Sisäinen orientointi trkoitt projektiokeskuksen sijinnin määrittämistä kuvtsoon nähden. Muuttuji ovt kmervkio c j kuvn pääpisteen koordintit p x j p y. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Sisäisen orientointi tehdään yleensä klibroimll kmer ennen käyttöä, j se koostuu usemmst eri viheest. Klibroitess otetn kuvi esimerkiksi testikentästä, jok sisältää koordinteiltn tunnettuj tähyksiä. Klibrointi onnistuu myös yhden kuvn vull, mutt on trkemp usemmll kuvll. Monen kuvn tpuksess tulokset sdn tsoittmll. Tähykset digitoidn kuvilt j koordinttirvoille tehdään seurvt muunnokset. Ensin tehdään koordintiston xy-siirto, joss määritetään pääpisteen pikk oikeksi. Tämän jälkeen kierretään kuv z-kselin ympäri (j siis myös pääpisteen ympäri (Kuv 3. Kierto voidn lske joko reunmerkeistä ti pääpisteen koordinttien x- j y-eroist. Sitten lsketn mittkvkerroin, jok sdn esimerkiksi reunmerkkien välisistä etäisyyksistä. Lopuksi vielä muutetn kmerkoordinttien z-koordintiksi kmervkio c miinusmerkkisenä. Sisäisessä orientoinniss voidn lisäksi tehdä muitkin korjuksi trpeen mukn. Esimerkkinä minittkoon kmern optiikn piirtovirheiden korjus. (Hggrén H., 22 Kuv 3: Sisäisessä orientoinnniss tphtuv kierto pääpisteen ympäri. (Hggrén H., 22 4.2 Ulkoinen orientointi Ulkoisen orientoinnin vull määritetään kmerkoordintiston sijinti kohdekoordintistoon nähden (Kuv 4. Usein kohdekoordintisto on lueell käytetty koordintisto. Muuttuji ovt kmern projektiokeskuksen koordintit ( X, Y, Z kohdekordintistoss sekä kiertokulmt ( ω, ϕ, γ kmer- j kohdekoordintiston välillä. Usein ulkoinen orientointi tehdään jälkikäteen, sillä piknpäällä tehtävä orientointi kohdekoordintistoon esimerkiksi settmll kmer 6
tunnetulle pisteelle j suuntmll se toiselle tunnetulle pisteelle ei ole kovin trkk. (Hggrén H. et. l., 25 Kuv 4: Ulkoinen orientointi. (Hggrén H., 22 Ulkoinen orientointi voidn määrittää myös keskinäisen j bsoluuttisen orientoinnin vull. Tällöin kuvpisteet orientoidn ensin keskinäisesti siten, että kohteest muodostuu kolmiulotteinen mlli. Keskinäisessä orientoinniss toist kuv siirretään j kierretään siten, että sen sento j sijinti täsmäävät toisen kuvn knss. Tämän jälkeen mlli sidotn ulkoiseen koordintistoon vähintään kolmen pisteen vull, joiden sijnti tunnetn ulkoisess koordintistoss. (Hggrén H. et. l., 25 5. Lskennn mtemttinen mlli Tksepäinleikkus vruudess muodost perustn monoplotting-mittusmenetelmälle. Tksepäinleikkus voidn jk khteen eri työviheeseen, joit ovt kuvn ti sädekimpun ulkoisen orientoinnin määrittäminen tukipisteiden vull sekä tuntemttomien mstopisteiden määrittäminen. Oletetn, että sisäinen orientointi on jo suoritettu esimerkiksi klibroimll kmer. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Ensin siis suoritetn kuvn ulkoinen orientointi. Tällöin lsketn kuv- j mstokoordinttien välinen yhteys. Tunnettuj prmetrej lskennss ovt tukipisteiden msto- j kuvkoordintit eli X, Y, Z j x, y, z sekä sisäisellä orientoinnill sdut projektiokeskuksen kuvkoordintit x, y, z. Tuntemttomi prmetrejä ts ovt projektiokeskuksen koordintit kohdekoordintistoss X, Y, Z j kiertomtriisin ost xx. Suureet xx sisältävät kiertokulmt ω, ϕ j γ, joten tuntemttomi prmetrej on yhteensä kuusi. Näiden kuuden prmetrin rtkisemiseksi trvitn vähintään kolme kolmiulotteist tukipistettä. (Schwidefsky K. et. l., 1978 7
Kiertomtriisi sisältää kierrot x -, y - j z -kselin ympäri j kiertokulmi ovt ω, ϕ j γ. Yhdistämällä kikkien kselien ympäri tehtävät kierrot, sdn lopullinen kiertomtriisi R. (Schwidefsky K. et. l., 1978 11 12 13 R = 21 22 23, missä 31 32 33 11 12 13 21 22 23 31 32 33 = cosϕ cosγ = cosϕ sin γ = sinϕ = cosω sin γ + sinω sinϕ cosγ = cosω cosγ sinω sinϕ sin γ = sinω cosϕ = sinω sin γ cosω sinϕ cosγ = sinω cosγ + cosω sinϕ sin γ = cosω cosϕ Kun lsketn kuv- j kohdekoordinttien välinen yhteys ottmll huomioon välillä olevt kierrot kolmen kselin ympäri, sdn yleiset kuvutumisyhtälöt: ( X X ( Z Z = 11 31 ( x x ( x x + + 12 32 ( y y ( y y + + 13 33 ( z z ( z z ( Y Y ( Z Z = 21 31 ( x x ( x x + + 22 32 ( y y ( y y + + 23 33 ( z z ( z z, missä z z = c xx kiertomtriisin lkiot X, Y, Z mstokoordintit x, y, z kuvkoordintit X, Y Z projektiokeskuksen mstokoordintit,, y, z x projektiokeskuksen kuvkoordintit Kuvutumisyhtälöiden käänteiset muodot ovt seurvliset (yhden kuvn ulkoinen orientointi: ( x x ( z z = 11 13 ( X ( X X X + + 21 23 ( Y Y ( Y Y + + 31 33 ( Z Z ( Z Z ( y y ( z z = 12 13 ( X ( X X X + + 22 23 ( Y Y ( Y Y + + 32 33 ( Z Z ( Z Z 8
Kosk kuvutumisyhtälöt ovt epälinerisi, ei tksepäinlekkust void yleensä rtkist suorll menetelmällä. Siksi yleisesti käytetäänkin itertiivist menetelmää. Kuudelle tuntemttomlle prmetrille nnetn lähtölikirvot j 1. steen srjkehitelmäyhtälöiden vull voidn joht seurvt virheyhtälöt. (Schwidefsky K. et. l., 1978 x x x x x x x v x d d d dx dy x X Y Z + = + ω + ϕ + γ + + + ω ϕ γ ( dz y y y y y y y v y d d d dx dy y X Y Z + = + ω + ϕ + γ + + + ω ϕ γ ( dz, missä v x j v y ovt iteroinnin tuloksen stvt korjukset. Tässä tpuksess ei huomioid linkn sisäisen orientoinnin korjuksi, vn otetn huomioon pelkät tukipisteet. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Jos käytettävissä on usemmn kuin kolmen tukipisteen 3D-koordintit, edellä olevist yhtälöistä muodostetn normliyhtälöt j rtkistn kuusi tuntemtont dx, dy, dz, dω, dϕ j d γ. Näiden vull sdut korjukset lisätään likirvoihin j lsketn uusill prnnetuill likirvoill uudet rvot edellä esitetyille virheyhtälöille. Tätä jtketn lisäten korjukset in viimeisimpiin likirvoihin, kunnes konvergointi on riittävä. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Likirvoj määritettäessä Z :lle johdetn rvo lentokorkeuden perusteell (jos on kyse ilmkuvist j X j Y voidn rvioid tunnettujen tukipisteiden koordinttien vull. Jos on kyse pystykuvst, määritetään ω :n j ϕ :n rvoiksi j γ :n rvoksi likimääräinen lentosuunt. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Kolmiulotteisen tksepäinleikkuksen yhteydessä esiintyy termi vrllinen pint. Jos lskennss käytetään vin minimimäärää eli kolme tukipistettä, muodostuu näiden kolmen pisteen kutt kulkev j niiden tso vstn kohtisuor ympyrälieriö. Tätä ympyrälieriötä kutsutn vrlliseksi pinnksi, jos myös kuvn projektiokeskus sijitsee lieriön vipll. Jos näin käy, jää tksepäinleikkuksen rtkisu differentilisesti epämääräiseksi. Tällinen tpus voidn välttää käyttämällä usemp kuin kolme tukipistettä. Nämä ylimääräiset pisteet sv sijit ympyrälieriön vipll, eikä se vikut trkn rtkisun svuttmiseen. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Vielä on jäljellä hluttujen pisteiden ( X p, Yp lskent. Kun kohteest on tiedoss korkeusmlli tms., voidn hlutut mstokoordintit lske kuvutumisyhtälöiden vull. Tässä lsketn orientoidun kuvsäteen j hlutun mstopisteen kutt kulkevn vksuorn tson leikkuspiste. (Schwidefsky K. et. l., 1978 Kohdekoordinttien tsisijinnin ( X p, Yp voi määrittää myös esim. pienimmän neliösummn menetelmällä. Kun kuvsäde leikk mstomllin, voidn tehdään useit iterointikierroksi, jott mittun kohteen trkk 3D-sijinti stisiin selville. Tämä toimenpide on esitetty kuvss 5. (Willneff J. et l., 25. 9
Kuv 5: Koordinttirvojen interpolointi kuvn j mstomllin vull. (Willneff J. et l., 25, Figure 1. Kohteen Z-rvon lskemiseksi on kehitetty muitkin kuin interpolointiin perustuvi menetelmiä. Vihtoehtoisten menetelmien kehittämiseen on johtnut se, että yleisesti interpolointimenetelmä on työläs. Ongelmksi voi myös muodostu se, että kuvsäde leikk korkeusmllin usemmss kuin yhdessä pikss (Kuv 6. Tällöin lskent tuott useit rtkisuj, joilloin hluttu kohdepiste jää rtkisemtt. (Juregui M. et l., 1998 Kuv 6: Kuvsäde leikk korkeusmllin usemmss kuin yhdessä pikss. (Juregui M. et l., 1998, Figure 2. 6. Automtisointi Monoplotting-mittust voidn utomtisoid jossin määrin. Pääosin utomtisointi käytetään kohteiden irroittmisess digitliselt kuvlt. Opertio koostuu khdest osst. Ensimmäinen on kohteen tunnistus, jok käsittää kuvn tulkinnn, sen ymmärtämisen j siinä olevien kohteiden luokittelun. Toinen os on kohteen sijinnin määritys reunviivn vull. (Agouris P. et. l., 1994 Nykyään käytössä olevt reunnirroitusoperttorit voidn jk trkkuusominisuuksiens mukn seurvsti. 1. Hyvä trkkuus kohteiden luokitteluss 2. Hyvä trkkuus reunviivojen tunnistuksess 1
Ei ole olemss operttori, jok luokittelisi kohteet trksti j smll tunnistisi hyvin reunviivt. Nämä kksi menetelmää voidn kuitenkin yhdistää, jolloin sdn puoliutomttinen monoplotting (semi-utomtic monoplotting. (Agouris P. et. l., 1994 Yhdistäminen tphtuu seurvsti. Ensin tyyppiä 1 olev operttori tehdään mnulisesti. Yhdeltä kuvlt siis etsitään hlutut kohteet, luokitelln kohde tiettyyn luokkn j määritetään suurpiirteinen kohteen reunviivn sijinti. Kohteiden reunviivojen tunnistus trkemmin tehdään tyyppiä 2 olevll operttorill. Näin kuvll olevt kohteet tulevt trksti tunnistettu j niiden sijinti määritettyä. (Agouris P. et. l., 1994 Automtisoinnin tso riippuu siitä, miten trkkn kohteet on tunnistettv mnulisesti. Esimerkiksi miten mont pistettä täytyy tunnist utomttisen reunnirroituksen iknsmiseksi j kuink lähelle oike reun nämä pisteet on mnulisesti merkittävä. Reunviivojen sijinnin trkk utomttinen määritys korv eniten ikvievän prosessin nopell j objektiivisell tvll. (Agouris P. et. l., 1994 Automtisointi voidn myös käyttää tksepäinmuunnoksen lskennss, jolloin likirvot määritetään täysin utomttisesti. (Schwidefsky K. et. l., 1978 7. Trkkuus Trkkuus riippuu korkeusmllin, kuvn j sen sisältämän informtion trkkuudest (Flühler M., 24(progrm. Korkeusmllin trkkuus ts riippuu siitä, kuink tiheästi korkeustieto on kerätty, mikä on korkeustiedon esitystp j minkälist interpolointimenetelmää käytetään, kun lsketn kuvsäteen leikkust korkeusmllin knss (Juregui M. et l., 1998. Lisäksi trkkuuteen vikuttvt menetelmät, joiden vull lsketn kuvn ulkoinen j sisäinen orientointi. Tämä trkoitt sitä, että koordinttimuunnos kuvlt kohteeseen on tehtävä riittävällä trkkuudell. Willneff J. et l., 25 on käyttänyt stelliittikuvist tehtävässä monoplotting-mittuksess orientointiin ffiinist muunnost sekä rtionlipolynomikertoimi (rtionl polynomil coefficients, RPCs. (Willneff J. et l., 25 Willneff J. et l., 25 on tutkimuksissn osoittnut, että trkkuus yksittäisten pisteiden mittuksess oli pienempi kuin pikseli, kun kuvt oli orientoitu yhden pikselin trkkuudell j mstomllin trkkuus oli,4 metriä. Tutkimuksess käytettiin IKONOS j QuickBird stelliittikuvi sekä Brist-ohjelmn monoplotting-mittusmhdollisuutt. Trkkuutt tutkittiin vertmll monoplotting-mittuksen tuloksi Brist-ohjelmll tehtyihin stereo- j monikuvmittuksiin. (Willneff J. et l., 25 8. Sovelluslueet Ennen monoplotting-menetelmää suositeltiin käytettäväksi silloin, kun mittuksell ei tvoiteltu suurt trkkuutt. Nykyään stvill on erittäin trkkoj kuvi j mstomllej, joten monoplotting-mittuksen trkkuus on melko hyvä. Jos stereokuvi ei ole stvill ti stereokrtoitus ei muuten ole mhdollist, on monoplotting hyvä vihtoehto. Nykyään on olemss ohjelmi, joiss on yksikuvmittukseen trvittvt toiminnot. Näillä ohjelmill monoplottingmittus käy helposti j nopesti. 11
Menetelmää on käytetty esimerkiksi metsätloudess, jäätikkötutkimuksiss sekä pint-l j tilvuuslskennss. Metsätloudess monoplotting on hyödyksi rjojen mittmisess j eri ikoin otettujen kuvien nlysoinniss j vertmisess. Jäätikkötutkimuksiss trkkilln jäätiköiden liikkeitä. Pint-l- j tilvuuslskennss määritetään lueen koko j sen sisältämää mmss erilisiin trkoituksiin. (Flühler M., 24(progrm Sovelluslueit on jo nyt useit, j tekniikn vielä kehittyessä vrmsti vielä pljon lisää on tuloss. Kuv 7: Monoplotting-menetelmän sovelluskohteit. (Flühler M., 24(progrm 9. Monoplotting vs. stereoplotting Monoplotting-menetelmän kilpilijoit ovt muun muss stereoplotting (stereomittus, ortokuvilt digitointi j digitointi muilt kuin ortokuvilt. (Stefnovic P. et. l., 1989 Stereomittuksess mittj näkee mston trksti kolmiulotteisen, j tuloksen on hyvä trkkuus. Stereomittuksess ei trvit linkn mstomlli, sillä stereonäkymä korv sen. Yksikuvmittuksess ts trvitn vin yksi kuv, kun stereomittuksess trvitn kksi kuv jotk peittävät toisin. Stereomittuksess mittjn tulee ost mitt korkeudet oikein, j tämä vtii jonkin verrn hrjoittelu jott kolmiulotteisen näkymän os tulkit oikein. (Stefnovic P. et. l., 1989 12
1. Ohjelmi 1.1 Brist Brist on Melbournen Yliopistoss kehitetty sovellus trkkojen stelliittikuvien käsittelyyn. Brist-ohjelmlle on tehty monoplotting-toteutus, joss orientointeihin voi vihtoehtoisesti käyttää joko rtionlipolynomikertoimi (rtionl polynomil coefficients, RPCs ti ffiinist muunnost. Mittus on mhdollist missä thns koordinttisysteemissä. Ohjelm lskee tsosijinnin pienimmän neliösummn menetelmällä, j lopullinen korkeusrvo määritetään interpoloimll korkeusmllist. Käyttäjä voi mitt yksittäisiä pisteitä, viivoj, korkeuseroj j rkennusten nurkkpisteitä. Ohjelmll on mhdollist tehdä erilisi koordinttimuunnoksi, jott kikki tieto olisi smss kordintistoss. (Willneff J. et l., 25 Rkennusten korkeuksien mittminen on mhdollist tietyin erikoistoimenpitein (Kuv 8. Rkennuksen mn pinnll olev nurkk mittn tvllisell monoplotting-menetelmällä. Tämän jälkeen mittn rkennuksen kton nurkkpiste, jok on suorn ensimmäiseksi mittun pisteen yläpuolell. Pienimmän neliösummn menetelmällä lsketn 3D-koordintit rkennuksen lkupisteelle (mnpinnll olev j kuvkoordintit kttopisteelle. Alkupisteen X j Y koordinttej sekä kttopisteen kuvkoordinttej käytetään Z-rvon lskemiseen. Z-rvo on rkennuksen kton korkeusrvo. (Willneff J. et l., 25 Kuv 8: Rkennuksen korkeuden mittus Brist-ohjelmll. (Willneff J. et l., 25, Figure 3. Rkennusten mittminen yhdeltä stelliittikuvlt on mhdollist seurvin ehdoin. Ainkin yksi pohjpiste on näkyvissä kuvll j se pystytään mittmn monoplotting-menetelmällä. Pohjpistettä vstv kttopiste on myös mhdollist mitt. Oletuksen on, että kttopisteet ovt kikki smss tsoss. Jokisell kttopisteellä on vstv pohjpiste, jok lsketn korkeusmllin leikkuksen. (Willneff J. et l., 25 1.2 DiMoTeP DiMoTeP (Digitl Monoplotting Teching Progrm on opetuskäyttöön trkoitettu monoplottingmittusohjelm (Kuv 9. Ohjelm on vpsti stvn internetissä osoitteess http://www.photogrmmetry.ethz.ch -> Reserch -> Projects -> Students works. Ohjelmn on tehnyt Mtthis Flühler osn diplomityötään kesällä 24. 13
DiMoTeP jkutuu khteen osn. Teoreettinen os käsittelee monoplotting-mittuksen perusteet, j tätä voidn käyttää esimerkiksi luennoill j hrjoituksiss. Toinen os sisältää demon, jonk vull voi oikell ineistoll suoritt mittuksi monoplotting-menetelmällä. Ohjelm trvitsee ilm- ti ortokuvn orientointitietoineen sekä korkeusmllin, jonk jälkeen ohjelm lskee kohteen 3D-koordintit reliikisen. Mittustulokset voi tllent joko teksti- ti VRLM-tiedoston visulisointi vrten. Kuv 9: DiMoTeP-ohjelmn loitussivu (Flühler M., 24(progrm 11. Om tutkimus DiMoTeP-ohjelmll Testsin DiMoTep-ohjelm Fotogrmmetrin j Kukokrtoituksen lbortorion omill ineistoill. Testiineiston minull oli Hngon sristoss sijitsevst kpest slmest eli Huensuolest otettu ilmkuv sekä smlt lueelt olev korkeusmlli. Ilmkuvn sisäinen j ulkoinen orientointi olivt tunnettuj. Kuv sisälsi myös reunmerkit, joten ne oli helppo mitt kuvlt ohjelmn vull. Korkeusmlli oli säännöllinen ruudukko xyz-tiedoston. Yhden ruudun koko korkeusmllill oli 4*4 metriä. Ohjelm toimii seurvsti. Aluksi vlitn käytettävä ortokuv ti ilmkuv, jonk pitää oll jpgformtiss. Itse vlitsin testissäni ilmkuvn. Seurvksi vlitn korkeusmlli, jonk täytyy oll säännöllinen ruutuverkko xyz- ti rc-tiedoston. Ohjelmlle syötetään tiedot kmervkiost, pääpisteen pikst, reunmerkkien sijinnist sekä ulkoisen orientoinnin muunnosprmetreist 14
(Kuv1. Lisäksi kuvlt mittn reunmerkit (Kuv 11, j ohjelm lskee näistä mittuksist residulit kullekin reunmerkille (Kuv 12. Kuv 1: DiMoTeP-ohjelmn käyttöliittymä, kun vlitn ineisto mittust vrten. (Flühler M., 24(progrm 15
Kuv 11: Reunmerkkien mittminen DiMoTeP-ohjelmll. (Flühler M., 24(progrm Kuv 12: Ohjelmn lskemt residulit mittuille reunmerkeille. (Flühler M., 24(progrm Kun kikki trvittvt tiedot on syötetty j reunmerkit mitttu, voi itse kuvlt mittminen lk. Tällöin vtn ikkun, joss näkyy itse kuv, kuvkoordintit x j y, kohdekoordintit X, Y j Z, sekä muit trvittvi tietoj (Kuv 13. 16
Kuv 13: DiMoTeP-ohjelmn mittusikkun. (Flühler M., 24(progrm Ohjelmll voi mitt pisteitä ti viiv, j mittustulokset voi tllent erilliseen tiedostoon jtkokäyttöä vrten (Tulukko 1. ID X Y Z 1 38935.8 3315.85 3.51 2 38936.61 3311.23 4.3 3 38934.93 3397.28 4.48 4 38936.35 339.78.6 5 38933.96 3388.13 3.16 6 38933.34 3382.37 3.6 7 38928.47 3375.35 3.34 8 38925.24 337.58 2.13 Tulukko 1: Kuvss 13 mittun viivn pisteiden koordintit. Ohjelm testtessni törmsin muutmiin ongelmiin. Aluksi käytin ineiston Jordnist otettu mkuv j smn lueen korkeusmlli. Käyttämäni kuv ei sisältänyt reunmerkkejä. Ohjelm edellyttää mittmisen onnistumiseksi reunmerkkien mittmist, joten merkitsin itse kuvlle nämä kohdt suorn pääpisteen sijinnin vull. Näillä ineistoill mittminen ei onnistunut. 17
Kuv kyllä tuli näkyviin mittusikkunss, j kuvkoordintit olivt oikein. Kohdekoordinteiksi ohjelm ntoi in rvon -9999,. Liekö ongelmn ollut se, että käytin testissä ilmkuvn sijst mkuv. Jordnin ineiston jälkeen otin käyttööni Huensuolen mterilit, j tällöin ohjelm toimi melko moitteettomsti. Sekä pisteiden että viivn mittminen onnistui, j tulokset pystyi tllentmn tekstitiedostoon. Välillä ohjelm sttoi jumiutu, jos hiirtä liikutti liin nopesti kuvn päällä. Täytyy kuitenkin muist, että DiMoTep on Diplomityönä tehty demo-ohjelm, jot on testttu vin muutmill ineistoill. Käytettävien ineistojen täytyy oll trksti oikess formtiss, jott niitä voi käyttää. 12. Johtopäätelmät Monoplotting-mittus on melko uusi mittusmenetelmä. Kun B. Mkrovic vuonn 1973 ensimmäisenä esitteli menetelmän, ei sitä tuolloin vielä kovinkn moni ottnut käyttöön. Vikk ide on yksinkertinen, vtii menetelmä toimikseen digitlisess muodoss olevn mstomllin sekä oikenliset litteet, joill mittus voidn suoritt. Siihen ikn digitlisess muodoss olevi mstomllej oli hyvin vähän j mittuslitteet olivt klliit. Nykyään mterilit j litteet eivät enää ole ongelmn, j menetelmää onkin käytetty moniss eri sovelluksiss. Menetelmän helppouden nsiost lähes kuk thns voi mitt monoplottingmenetelmällä, sillä muut ei trvit kuin ineistot, tietokone j mittmiseen soveltuv ohjelm. Viitteet (Agouris P. et. l., 1994 Agouris P., Stllmnn D., Li H., 1994, Semi-Automtic Monoplotting on Digitl Photogrmmetric Sttion, Interntionl Archives of Photogrmmetry nd Remote Sensing, Vol. 3/2, ISPRS Commission II, Intercommission II/III, Cnd, pp. 146-153 (Doneus M., 1999 Doneus M., 1999, Aeril Archive, Anlysis of Obliques, Institute for prehistory nd protohistory of the University of Vienn, http://www.univie.c.t/luftbildrchiv/rchiv/_mno.htm, sivu päivitetty 2.4.1999, sivu luettu 23.1.26 (Flühler M., 24(progrm Flühler M., 24, Digitl Monoplotting Teching Progrm DiMoTep version 1.1, Diplom thesis Photogrmmetry, Swiss Federl Institute of Technology Zürich (Flühler M., 24(mnul Flühler M., 24, Mnul for the Digitl Monoplotting Teching Progrm DiMoTep, Diplom thesis Photogrmmetry, Swiss Federl Institute of Technology Zürich 18
(Hggrén H., 22 Hggrén H., 22, Fotogrmmetrin yleiskurssi, Luento 4, Kuvhvinnot, Fotogrmmetrin j kukokrtoituksen lbortorio, http://foto.hut.fi/opetus/31/luennot/4/4.html, sivu päivitetty 11.1.22, sivu luettu 23.1.26 (Hggrén H. et. l., 25 Hggrén H., Koistinen K., 25, Fotogrmmetrin perusteet, Luento 7, Fotogrmmetrinen mittusprosessi, Fotogrmmetrin j kukokrtoituksen lbortorio, http://foto.hut.fi/opetus/3/luennot/7/7.html, sivu päivitetty 21.2.25, sivu luettu 23.1.26 (Hggrén H. et. l., 24 Hggrén H., Koistinen K., 24, Fotogrmmetrin perusteet, Luento 8, Ilmkuvus, Fotogrmmetrin j kukokrtoituksen lbortorio, http://foto.hut.fi/opetus/3/luennot/8/8.html, sivu päivitetty 1.2.24, sivu luettu 23.1.26 (Honkvr E., 23 Honkvr E., 23, Digitlisten kuvien ltu, Mnmittustieteiden Seurn julkisu n:o 4, Mnmittustieteiden päivät 2.-21.11.23, Pikseleitä j pistepilviä kuvuksen uudet ulottuvuudet, Mnmittustieteiden Seur ry, Suomen Mnmittusinsinöörien Liitto ry, Espoo, pp. 48, http://mts.fgi.fi/pivt/23/pperit/honkvr.pdf, sivu luettu 6.1.26 (Inno-CAD Oy, 26 Inno-CAD Oy, 26, Mstomllikuvt (Kuv 2: http://www.innocd.com/suunnit.htm, sivu päivitetty 15.1.26, sivu luettu 23.1.26 (Juregui M. et l., 1998 Juregui M., Vilchez J., Chcón L., 1998, A Procedure for mp updting using digitl monoplotting nd DTMs, IAPRS, Vol. 32, Prt 4, GIS-Between Visions nd Applictions, ISPRS Commission IV Symposium on GIS, Stuttgrt, Germny, pp. 27 (Rönnholm P. et. l., 24 Rönnholm P., Hggrén H., 24, Fotogrmmetrin yleiskurssi, Luento 9, Ortokuvus, Fotogrmmetrin j kukokrtoituksen lbortorio, http://foto.hut.fi/opetus/31/luennot/9/9_pr24.html#ortokuvus_, sivu päivitetty 13.1.24, sivu luettu 23.1.26 (Rönnholm P. et. l., 25 Rönnholm P., Hggrén H., 25, Fotogrmmetrin yleiskurssi, Luento 1, Yksikuvmittus, Fotogrmmetrin j kukokrtoituksen lbortorio, http://foto.hut.fi/opetus/31/luennot/1/1_pr25.html#yksikuvmittus, sivu päivitetty 13.9.24, sivu luettu 23.1.26 (Schwidefsky K. et. l., 1978 Schwidefsky K., Ackermnn F., 1978, Fotogrmmetri, Otpino, Espoo, pp. 149 (Stefnovic P. et. l., 1989 Stefnovic P., Drummond J., Oybode T., 1989, Digitl monoplotting: Its potentil nd relistion, Technicl Ppers 1989 ASPRS/ACSM Annul Convention, Americn Congress on Surveying nd Mpping, ASPRS, Bethesd, MD, USA, pp. 29 19
(Tykkälä T., 25 Tykkälä T., 25, Deluny-kolmiointi, Seminriesitelmä, T-16.85 Geometriset lgoritmit, Tietotekniikn ossto, TKK, Espoo (Willneff J. et l., 25 Willneff J., Poon J., Frser C., 25, Single-imge high-resolution stellite dt for 3D informtion extrction, Coopertive Reserch Center for Sptil Informtion & Deprtment of Geomtics, University of Melbourne, ISPRS Hnnover Workshop 2