Maa-57.260 Fotogrammetrian erikoissovellutukset

Luento 5: Tukitiedon hankinta

AIHEITA

• Control data
• Homology
• Homolog point observations
• Scale bars
• Distance observations
• Coordinate observations
• References

Control data

• Tukitiedon käyttötarkoituksena on
• fotogrammetrisen osan kalibrointi
• kohdekoordinaatiston osoittaminen
• Yksinkertaisin tukitieto sisältyy kohteen stereoskooppiseen kuvaamiseen. Kohteen muoto nähdä ja tulkitaan stereokuvilta. Stereokartoitus perustuu näkemän tulkintaan.
• Fotogrammetrisen osan kalibrointi sinällään ei edellytä kohteeseen sidottua tukitietoa, vaan kalibrointi voidaan tehdä yksistään havaitsemalla riittävästi yhteisiä (= homologisia) pisteitä kohdetilasta.
• Kahden koordinaatiston yhteismitallisuuden vähimmäisvaatimus on mittakaava.
• Käytä näitä, tässä järjestyksessä:
• Homologiset kuvahavainnot.
• Vertausetäisyydet.
• Kohdetilan etäisyyshavainnot.
• Kohdetilan 3-D havainnot.
• Kohteen oman koordinaatiston muunnospisteet (= nimellispisteet) eivät kelpaa kalibroinnin tukitiedoiksi, vaan ainoastaan fotogrammetristen havaintojen sovittamiseen nimelliskoordinaatistoon tai nimellisgeometriaan.

Homology

• Homologisia kuvahavaintoja ovat kohdetilassa olevan yksittäisen pisteen kuvahavainnot kahdella tai useammalla kuvalla. Kuvien projektiokeskukset eivät voi olla samat.
• Fotogrammetrisen järjestelmän kalibroinnin perustaminen pelkkään homologiaan edellyttää verkon rakenteelta hyvää geometriaa:
• kamerat on sijoitettava toistensa suhteen konvergentisti,
• kohdepisteistön kolmiulotteisuuden on oltava todellista,
• kohdepisteitä tulee havaita runsaasti.
• Samaan kohdepisteeseen liittyvät kuvahavainnot muodostavat homologisten kuvapisteiden luotettavan joukon vain, jos kuvaukset ovat yht'aikaiset.
• Eriaikaisssa kuvauksissa vastinpisteiden homologia ei toteudu, mikäli kohdepiste liikkuu suhteessa edelliseen projektiokeskukseen.
• Vastinpiste ei välttämättä ole homologine piste, vaan vastinpiste on kuvalla oleva kohdepiste, jota voi vastata saman kohdepisteen kuva toisella kuvalla. Vastinpiste voi olla esimerkiksi kuvapistettä vastaava piste CAD-mallilla.

Homolog point observations

• Fotogrammetrisen osan kalibroinnissa
• Käytettävä aina, mikäli muuta tukitietoa ei ole käytettävissä.
• Kalibroinnilla pyritään vähintään kohteen 3-D muodon oikeaan rekonstruoimiseen (koordinaatiston kohtisuoruus ja samamittakaavaisuus).
• Jos kameran sisäinen orientointi tunnetaan, kalibrointi voidaan perustaa kahteen kuvaan.
• Mikäli kameran sisäinen orientointi on tuntematon, kalibrointi edellyttää vähintään kolmea erillistä kuvaa, joilla tiedetään sisäisen orientoinnin olevan saman.
• Mikäli kalibroidaan järjestelmää, jossa on useampia kameroita, homologisten pisteiden lisäksi on käytettävä homologisia etäisyyshavaintoja.
• Kohteen mittaamisessa
• Ilman tähystä
• Stereomittaus keskinäisesti orientoidulla mallilla perustuu aina homologisten pisteiden havaitsemiseen.
• Pintamallin mittaus usean kuvan keskinäisesti orientoidulla blokilla perustuu homologisiin pistehavaintoihin.
• Tähysten kanssa
• Kolmioinnissa yksin pistein mittaus perustuu homologisten pisteiden havaitsemiseen, mikäli kohdepisteet on signaloitu.

 
Stereometric camera Zeiss SMK40.
 

 
 Structured light suitable for stereoscopic surface mapping.
 

 
Structured light suitable for surface mapping based on spatial intersection.
 

 
 

Scale bars

• Etukäteen kalibroituja atäisyyksiä, jotka voidaan asettaa kohdetilaan.
• Yksi tai useampi etäisyys samalla kannalla.
• Etäisyysmittauksen tarkkuus n. 0.01 mm, t.s. tavanomaisissa mittaustehtävissä (suurehkot kohteet) kertaluokkaa tarkempi kuin kuvahavainnon mittaustarkkuus.
• Käyttö:
• Kuvamittausaseman kalibroinnissa käytetään yhtä kantalattaa, joka havaitaan useassa kohdassa mittaustilaa.

Yhdellä kantalatalla varmistetaan se, että fotogrammetrisen osan kalibroinnissa käytetään vain yhtä ja samaa etäisyyshavaintoa.
Tällöin mahdollinen virhe tai väärä painotus tässä etäisyyshavainnossa ei deformoi kohdemallia, vaan aiheuttaa ainoastaan mittakaavavirheen.
• Analogiakuvia käytettäessä käytetään useampia kantalattoja, ja ne sijoitetaan eri puolille mittaustilaa.

Scale bars as control data used for analog photogrammetry.

Distance observations

• Yksikin etäisyyshavainto soveltuu fotogrammetrisen osan kalibrointiin mittakaavan osalta.
• Useampaa etäisyyshavaintoa käytettäessä voidaan jossain määrin parantaa myös verkon rakennetta.
• Etäisyyshavaintojen mittaustarkkuus on mittanauhalla mitattaessa n. 1 - 2 mm, mikä on esimerkiksi rakennusmittauksissa samaa kertaluokkaa kuin kuvahavaintojen tarkkuus kuvalla.

Coordinate observations

• 3-D coordinates
• Käyttö:
• Fotogrammetrisen osan kalibrointiin
• Koordinaatiston osoittamiseen
• Kohdekoordinaatiston osoittamiseen orientoitaessa kuvablokkia, kuvaparia tai yksittäistä kuvaa kohteeseen. Kun 3-D havaintoja käytetään kuvausjärjestelmän kalibrointiin, mittausjärjestelmän koordinaatistoksi tulee suoraan kohdekoordinaatisto.
• Peruskoordinaatiston osoittamiseen kuvamittausaseman seuranta- tai päivityskalibroinnissa.
• Hankinta:
• Teodoliiteilla eteenpäinleikaten, tarkkuus n. 0.1 mm.
• Takymetrillä, tarkkuus n. 1 - 2 mm.
• Robotilla tai työkoneella, tarkkuus n. 0.1 mm.
• Kuvamittausasemalla eteenpäinleikaten, tarkkuus n. 0.1 - 0.05 pikseliä.
• Fotogrammetrisesti kolmioimalla, tarkkuus n. 0.005 - 0.020 mm.
• Edellä olevat tarkkuusluvut ovat likimääräisiä, ja perustuvat signaloituihin pisteiden käyttöön. Signaali voi olla toistuvissa mittauksissa myös kohteen yksityiskohta, jonka mallikuva on järjestelmän muistissa. Signaloimatta tulkittuja kohdepiirteitä käyttäen 3-D tarkkuusluvut ovat kertaluokkaa huonompia.
• 2-D coordinates
• Geometric grids can be used for controlling horizontally the model coordinate system.
• 1-D coordinates
• Vaaittuja korkeuksia käytetään etupäässä kohdemallin tasaamiseen.

 

3-D control points used for controlling the geometry of the XYZ object space coordinates.

2-D grid used for controlling the geometry of the XY model coordinates.

References

1. H. Haggrén, 1995. Implementation Issues for Orientation Algorithms.