Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus
(Alkuperäinen luento: Henrik
Haggrén, 25.10.2002
Muutoksia: Eija Honkavaara,
24.10.2004)
Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu
3-D mallien tiedonkeruu
Ilmakuvauksen vaihtoehdot ympäristömallien tiedonkeruussa
Digitaaliset kuvat käsitteissä
Ilmavalokuvan ja ilmavideokuvan käyttöominaisuuksista
Kaksikuvamittaus
3-D kaupunkimallit
Julkaisuja
- Nurminen, Kimmo, 2002. Digitaalisten ilmakuvien käyttö
kaupungin paikkatietojärjestelmässä (Digital Aerial Photographs in
Municipal Geographic Information System), diplomityö, TKK, 2002
"Ilmakuvat liittyvät paikkatietojärjestelmässä lähinnä tiedon ylläpitoon
ja esittämiseen. Tässä diplomityössä tarkastellaan suuri- ja
keskimittakaavaisten ilmakuvien käyttömahdollisuuksia kaupungin
paikkatietojärjestelmässä." (Nurminen, 2002)
"Nikinmäen
ortomosaiikki ja asekaavan pohjakarttaa, © Vantaan kaupungin mittausosasto
1997. Vantaan ortokuva-aineistoista Nikinmäki on geometrisesti tarkin. Alueella
oli jo valmiina merkittävä osa korkeuskäyrästöstä vektorimuotoisena ja loput
digitoitiin käsin MicroStation- ja Stella-ohjelmistoilla syyskesällä 1997.
Tiestö, luiskat, ojat, alueella sijaitseva jokiuoma ja muut kaavan pohjakartan
täydennettävät kohteet saatiin analyyttiseltä kojeelta 3D:nä. Koska alue on
Vantaan kaupungin koillisrajalla ja rajautuu Keravaan ja Sipooseen, Vantaan
ulkopuolisilla alueilla käytettiin Maanmittauslaitoksen 25x25 metrin
ruutukorkeusmallia. Kuvaus oli kuuden kuvan jono ja siten mosaiikin laidoilla
maastovirhe on jo merkittävä. Kuvien skannaus tehtiin Leica/Helava DSW200
–skannerilla 12.5 mm:n resoluutiolla." (Nurminen, 2002)
Tikkurilan ortomosaiikkia HMR-formaatissa ja
kaavan pohjakarttaa, © Vantaan kaupungin mittausosasto 1997. (Nurminen,
2002)
"Vapaalan
vuoden 2000 ortomosaiikki tehtiin alueen stereomallien yhteydessä. Kuvaus oli
tavallinen kaavan pohjakartan ylläpitokuvaus. Peitot olivat 60% / 30% eli eivät
parhaat ortokuvia ajatellen. Kuvaus oli signaloitu. Orto-oikaisussa käytettiin
Maanmittauslaitoksen mallia. Vapaalan kuvaus on tyyppiesimerkki
suuriresoluutioisesta kaupunkikuvauksesta. Ortokuvan maastopikseli voi olla
niinkin pieni kuin 5 cm. Useimmat paikalliset mosaiikit tultaneen kuitenkin
uudelleennäytteistämään 10 cm:iin." (Nurminen, 2002)
"Osa Ilolan
kantakartan stereotäydennyksestä. Nykyisessä kokoonpanossaan piirto-ohjelmisto
koostuu kahdesta pääohjelmistosta. MicroStation/J GeoGraphics ja Stella.
Stella-kohdeluokitus tulee
MicroStation:ssa toimivan STATTACH.MDL-sovelluksen kautta." (Nurminen,
2002)
"Ortokuvapari Hakunilasta, maastopikseli 12.5 cm, © Vantaan kaupungin
mittausosasto 1998. Mikäli ortokuvilta halutaan saada kauttaaltaan
kolmiulotteinen näkymä, luodaan stereoparin toisesta kuvasta tavallinen
ortokuva ja toiselle kuvalle tehdään orto-oikaisu keinotekoisella
vaakaparallaksilla px. Syntynyttä kuvaparia kutsutaan stereo-ortokuvapariksi.
Ortokuva on ortogonaaliprojektio ja sen stereopari
yhdensuuntainen vinoprojektio." (Nurminen, 2002)
- Heikkinen, Jussi, 2002.
Feature based photogrammetry. Erikoistyö,
TKK.
- 3-D mallien tiedonkeruu ilmakuvilta (Jussi Heikkinen, 1998)
- Virtuaalimallin tuotannon vaiheet:
- Tiedonkeruu
- Ilmakuvat, satelliittikuvat, laserkeilaus
- Maastomittaukset: geodeettiset,
fotogrammetria, laserkeilaus, tekstuurikuvat
- Paikkatiedot: korkeusmallit, kartat
- 3D-datan tuottaminen
- Rekisteröinti
- Geometrisen mallin luominen (usein monilla
resoluutioilla)
- Tekstuurin lisääminen malliin
- Renderöinti
3-D mallinnus. (Madani, 1996).
Straight line matching in a
stereopair. (Grün, 2000)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(John Danahy, 1999)
(John Danahy, 1999)
(John Danahy, 1999)
(John Danahy, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
- References
- Dieter Fritsch,
1999. Virtual cities and landscape models - what has photogrammetry
to offer?, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 3-14.
- Michael Gruber,
1999. Managing Large 3D Urban Databases, Photogrammetric Week '99,
Wichmann, 1999, p. 341-349.
- John Danahy, 1999.
Visualization Data Needs in Urban Environmental Planning and Design,
Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 351-365.
- Armin Gruen and
Xinhua Wang, 1999. CyberCity Modeler, a tool for interactive 3-D city
model generation, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 317-327.
- Jussi Heikkinen, 1998. 3D mallit, http://foto.hut.fi/opetus/3DMalli/start.html.
- Digitoidut kartoituskuvaukset
- Maaston korkeusmallin mittaus - havaintotyö
puoliautomaattista, maanpinnan seuraaminen toimii - malli editoitava
- Ilmakolmiointi - havaintotyö lähes
automaattista, toimii - blokki geometrisesti erittäin hyvä, koska kuvien
välisiä liitospisteitä voidaan käyttää lähes rajattomasti
- Digitaaliset ilmakuvaukset
- Ensimmäiset koekuvaukset 1990-luvun lopulla.
- 2004: Markkinoilla useita laajaformaattisia
digitaalisia ilmakuvakameroita, Luento 3
- Laserskannaukset
- Videokuvaus
- Valmiina tuotteena:
- Kehitystyö käynnissä:
- Aiempia kehityshankkeita:
- Viistokuvat
- Satelliittikuvaus
- Analogiakuvat - digitaaliset kuvat?
- Ilmakuvat käsitetään yleisesti lentokoneesta
otetuiksi analogisiksi valokuviksi.
- Ilmakuvausta tehdään myös videokuvauksena,
kuvaavilla spektroradiometreillä, tutkalla, mikroaaltoradiometreillä, ym.
- Satelliittikuvat käsitetään yleisesti
satelliitista otetuiksi digitaalisiksi kuviksi.
- Ilmakuvat - satelliittikuvat?
- Nykyisellään ei kuvaustekniikan eikä
kuvankäsittelytekniikan puolesta ole erityistä syytä korostaa eroa
ilmakuvien tai satelliittikuvien välillä.
- Kuvaustoimintana ilmakuvaus on
projektiluonteista.
- Satelliittikuvaus on jatkuvaa, mutta voidaan
tarpeen tuleen suorittaa myös tilauksesta.
- Perusominaisuudet kartoitussovelluksia
ajatellen
- Valokuva
- filmille
- kuvakoko 230 mm x 230 mm
- geometria, esim. 1 : 230,000
- resoluutio, esim 60 lp/mm
- digitoitava
- kuvien ulkoinen orientointi hallitaan
- Videokuva
- kuvanauhalle tai kovalevylle
- kuvakoko 512 x 512 pikseliä
- geometria, esim. 1 : 5-10,000
- resoluutio, esim. 400 p/juova
- digitoitu
- kuvien ulkoinen orientointi edellyttää
käytännössä myös kuvauksenaikaista paikannusta koneessa
- Kuvien informatiosisältö
- Ilmavalokuvan informaatiosisältö on
ylivertainen videokuvaan nähden. Suhde seuraavassa esimerkissä 4761:1 :
- Valokuva: (60 lp/mm x 230 mm)² = 13 800²
lp²
- Videokuva: 200² lp
- Aluekuvauksissa kuvien lukumääriä
verrattaessa videokuvaus on tehokkaampi. Suhde seuraavassa esimerkissä
1:100 :
- Valokuva: matalakuvauksissa kuvanottoväli 3
- 5 sekuntia => 450 kuvaa 30 minuutissa, jos kuvanottoväli 4
sekuntia.
- Videokuva: 30 min x 60 sek x 25 kuvaa/sek =
45.000 kuvaa/30_min
- Tutkijan näkemys näiden kahden
ilmakuvausmenetelmän tulevaisuudesta:
- Ilmakuvien käyttö kartoituskuvauksissa
perustuu yhä enemmän hyvän kuvageometrian hyödyntämiseen,
- 0.001 mm : 230 mm => 1 : 230,000.
- Videokuvauksen käytössä korostuu
radiometrinen hyödyntäminen,
- 25 kuvaa/sekunti
- suuri kuvamäärä ja katveet vähenevät,
- muutokset kuvalta toiselle vähäisiä,
- välitön tiedonkäsittely,
- mahdollisuus matalakuvaukseen myös
pilvisellä säällä.
- Kaksikuvamittaus on kolmiulotteista
kartoitusta ilmakuvilta ilman stereotarkastelua.
- Kaksikuvamittaus tehdään oikaisemattomillta
ilmakuvilta. Kuvien ulkoinen tunnetaan samoin kuin stereokartoituksessa. .
- Mittaus perustuu nadiirisuorien
hyväksikäyttöön. Nadiirisuora on ilmakuvalle projisioitu suora viiva, joka
kulkee kuvan nadiiripisteen kautta. Kaikki kohteen pystysuorat viivat ovat
nadiirisuoria.
- Jos maaston korkeusmalli tunnetaan, kohde
voidaan mitata kolmiulotteisesti yhdeltä kuvalta. Jos sama kohde havaitaan
uudestaan joltakin toiselta kuvalta, kohteen kolmiulotteinen sijainti
voidaan havaita nadiirisuoria käyttäen. Tällöin ei korkeusmallia tarvita
ja näitä havaintoja voidaan tarvittaessa käyttää korkeusmallin
editoimiseen.
Kaksikuvamittauksen geometria. (Rönnholm, 1997).
Kohdepisteen korkeus tulkitaan kaksikuvamittauksessa nadiirisuorien
avulla. (Rönnholm, 1997).
Kaksikuvamittauksen työvaiheet. (Rönnholm, 1997).
Kaksikuvamittauksella mitattuja talomalleja. (Rönnholm, 1997).
(Laurent Renouard and Frank
Lehmann, 1999)
Tekstuurikartta kolmiopinnalla. (E. Lindberg, 1997).
- ASPRS, Manual of
Photogrammetry, Fifth Edition, 2004. Chapter 14.1 3-Dimensional
Reconstruction and Virtual Reality 1015-1021
- Nurminen, Kimmo, 2002. Digitaalisten ilmakuvien käyttö
kaupungin paikkatietojärjestelmässä, diplomityö, TKK, 2002
- Mostafa Madani, 2001. Importance
of Digital Photogrammetry for a complete GIS. 5th Global Spatial Data
Infrastructure Conference, Cartagena, Columbia May 21-25, 2001 http://codazzi4.igac.gov.co/gsdi5/documentos/M_Madani.pdf
- OEEPE-koetyö Test on 3D-City Models
- Grün, Armin, 2000. Semi-automated
approaches to site recording and modeling, ISPRS, Commission V, Amsterdam
2000.
- Roman Englert, Eberhard
Gülch One-Eye Stereo System for the Acquisition of Complex 3D Building
Descriptions, GIS 4/1996, p. 16-21.
- Jenni Vepsäläinen Senaatintorin ja TKK:n päärakennuksen rautalankamallit