Maa-57.260 Fotogrammetrian erikoissovellutukset

Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

(Henrik Haggrén, 19.1.2001)

Luento 8: Kuvaus- ja mittauskalusto.

AIHEITA

Camera types

Digital Cameras

INCA, Geodetic Services, Inc. "This intelligent camera is known as the INCA". Kodak MegaPlus 6.3 with integrated PC back.

Panoraamakuvaus

All panoramic image sequences are processed and composed to distortion free wide angle images (Figure 5). The algorithm for composing
the panoramic images has been presented in (Pöntinen, 2000).  In our examples a sequence of three images with an overlap of approximately 30 %

 This view corresponds to an approximate angle of view of 120°.  The size of the image is 4660 x 1000 pixels, whereas the size of a single original frame (above) is 1280 x 1024 pixels.


 


Large Format Cameras

CRC-1 Close Range Camera, Geodetic Services, Inc. (GSI). Kamerat on suunniteltu erittäin tarkkaan mittauskäyttöön. CRC-1:n kuvakoko on 230 mm x 230 mm ja siinä käytetään standardi ilmakuvafilmiä (9,5 inch x 125 ft rulla, noin 140 kuvaa). Vaihdettavat objektiivit ovat: super-wide (88° x 88°, f = 120 mm) ja medium angle (50° x 50°, f = 240 mm). Objektiivit voidaan fokusoida äärettömästä lähietäisyydelle, jolloin kuvamittakaava on suurimmillaan 1 : 11. Valotusajat voidaan valita väliltä B - 1/250 s ja aukko pienimmillään f/45. Filmikasetilla on imulevy, joka on valmistettu erittäin tarkaksi tasoksi, tasomaisuus ± 1 µm (ultra flat). Levyyn upotetuilla mini-projektoreilla valotetaan filmille takaa päin 5 x 5 reseau-ristikko. Tällä kontrolloidaan filmille valotushetken jälkeen aiheutuvat muodonmuutokset. Optiikoita voidaan kiertää kameran rungon suhteen valotusten välillä. Näin toistetuilta kuvilta tehdyt  kuvahavainnot saadaan toisistaan riippumattomiksi. Tämä edesauttaa myös epäkeskisten kuvausvirheiden kalibrointia blokkitasoituksen yhteydessä (pääpiste ja epäkeskinen piirtovirhe). Tarkka mittaus edellyttää mittauspisteiden näkyvöittämistä. CRC-kamerat on suunniteltu retro-tähysten käyttöön. Tähykset valaistaan ympyräsalamalla, joka sijoitetaan optiikan ympärille. Kamera painaa n. 20 kg ja sen koko on 35 cm x 35 cm x 30 cm.

The STARS Simultaneous Triangualtion and Resection system, a PC-based data reduction system for close-range industrial photogrammetry. Tukee erityisesti CRC-kameroiden kuvien havaintotyötä AutoSet-komoparaattorilla: Automatisoitu pisteenhaku, karkeiden ja puolikarkeiden virheiden haku ja niiden vaikutuksen analysoiminen, virheiden eliminoiminen, havaintojen uusiminen, jne. STARS'in blokkitasoitusohjelma soveltuu suurten kuvablokkien käsittelyyn ja useamman kameran yhteistasoitukseen. Kamerat voivat olla ei-mittakamaeroita. Tasoituspisteiden määrää ei ole rajoitettu, esimerkkinä yli 20'000 tähyksen kolmioinnit. STARS sisältää mittausverkon suunnittelun ja simuloimisen blokin geometristen suoritusarvojen laskemiseksi. Ohjelman tulosten jatkokäsittelyä varten STARS-järjestelmään on liitetty ohjelmat 3-D koordinaatistomuunnoksille, geometriseen mallintamiseen, pistehavaintojen sovittamiseen geometrisiin piirteisiin (suorat, tasot, ympyränkaaret, lieriö-, pallo- ja paraboliset pinnat), kappaleen mitatun ja suunnitellun geometriaan vertaamiseen. STARS sisältää ohjelman myös geodeettiseen 3-D kolmiointiin teodoliittihavainnoilla.

RCC-3, a remote camera controller for industrial measurement tasks, CRC-1 mounted on motorized pan head with video viewfinder attached. Battery powered hydraulic lift, for camera heights from 2 to 23 feet (from 0,5 to 7 m). Remotely controlled actuation of shutter. Weight of 600 lb (270 kg), dimensions of 32 x 54 x79 inches (0,8 x 1,4 x 2,0 m).

AutoSet-1 monokomparaattori. AutoSet-komparaattorit on suunniteltu erittäin tarkkaan mittaustyöhön, joten niiden 2-D koordinaattimittauksen johteet on tuettu graniittialustalle. Alustan koko on 24 x 30 x 5 inches (72 x 90 x 30 cm). Komparaattorit toimivat automaattisella pisteenhaulla, ja kuvat digitoidaan puolijohdevideokameroilla. Kuvakannattimen koko on 9,5 x 9,5 inches (240 x 240 mm). Kannattimen xy-johdeliikkeiden numeerinen kohdistustarkkuus on RMS-arvona 0,30 µm ja edestakaisin palautuvan mittaushavainnon kohdistustarkkuus RMS-arvona 0,10-0,20 µm. Kuvan lukupään xy-liikkeen huippunopeus on 10 cm/s, ja pisteiden mittaustahti parhaimmillaan 2 pistettä sekunnissa. Automaattinen pisteenhaku on nopeaa, mikäli kohteen pinnan näkyvöittämiseeen on käytetty tähysnauhoja. Paino 700 lbs (320 kg) ja koko 30 x 38 x 42 inches (76 x 96 x 107 cm). Fotogrammetriset mittaustarkkuudet CRC-1 kameraa ja AutoSet-komparaattoria käytettäessä ovat olleet parhaimmillaan luokkaa 1 : 500'000.

 AutoSet's digitizing pad.

Rollei LFC Large Format Camera, Rollei Fototechnic GmbH. Kamera on suunniteltu teollisuusmittaustehtäviin, joissa edellytetään kuvakoordinaateilta 1 - 2 µm:n mittaustarkkuutta ('> 50,000' very high accuracy ). Kameran kuvakoko on 230 x 230 mm ja siinä voidaan käyttää ilmakuvafilmejä. Objektiivin ympärillä olevia valaisimia käytetään kuvattaessa retrotähyksin näkyvöitettyjä mittauspisteitä. Käännettävää mattalevyä käytetään réseau-ristien valaisemiseen.

Rollei Réseau-Scanner RS1, Rollei Fototechnic GmbH. Skanneri toimii joko kuvaskannerina tai automaattisena komparaattorina. Skannattava tai mitattava kuva - diapositiivi tai negatiivi - asetetaan kuvakannattimen ja réseau-levyn väliin. Kuvakannatin on kooltaan 288 x 270 x 10 mm, samoin réseau-levy, jossa on 2 mm:n ruuduin 116 x 116 réseau-ristiä, ristin viivanleveys 12 µm, pituus 200 µm. Skannerin lukupäässä on CCD kuva-anturi (NXA 1011/01 CCIR frame transfer image sensor), jonka koko 7,8 x 5,3 mm. Kuvausoptiikkana on Schneider M-Companon 1:4, f = 28 mm, kuvausmittakaava on 1,5:1. Kun skanneria käytetään pisteiden mittaamiseen, lukupää ohjataan sille réseau-ruudulta, jossa mitattava piste sijaitsee. Koska askelmoottorien paikannustarkkuus on vain 0,063 mm, lukupään tarkka paikka havaitaan komparaattorin réseau-risteistä: ristit valaistaan, kuva digitoidaan ja ristit luetaan. Tämän jälkeen luetaan varsinainen mitattava kuva. Se valaistaan takaa päin,  digitoidaan ja mittauspisteet havaitaan. Mikäli mitattava kuva on otettu réseau-kameralla, mitatut kuvakoordinaatit oikaistaan suoraan kameran réseau-ristien koordinaatistoon. Skannerin koko on 50 x 50 x 32 cm.

Medium Format Cameras

 CRC-2 Close Range Camera, Geodetic Services, Inc. (GSI). Objektiivit: super-wide (83° x 83°, f = 65 mm), wide (65° x 65°, f = 90 mm) ja medium angle (51° x 51°, f = 120 mm), kaikki fokusoitavissa välillä 4 feet -  (1,2 m - ). Valotusajat välillä B - 1/125 s, pienin aukko f/45. "Ultra flat"-imulevy 25 reseau-pisteellä. Kameran paino 20 lb. (9 kg), dimensiot 9 x 9 x 10 inches (23 x 23 x 26 cm).

Universal Messkammer UMK 13/18, Carl Zeiss Jena

  Wild P31 Universal Terrestrial Camera, Wild Heerbrugg, Ltd, 1977. Kamera toimii itsenäisenä mittakamerana pakkokeskitysjalustalla. Kamerarunko optikoineen on vaihdettavissa ja käytettävissä ovat kamerat polttoväleillä 4,5 cm (super-wide-angle), 10 cm (wide-angle) ja 20 cm (normal angle). Yllä olevassa kuvassa kamerat on esitetty järjestyksessä: laajakulma-, normaalikulma-, ylilaajakulmakamera. Optiikoiden radiaaliset piirtovirheet ovat max. ± 4 µm. Kameroiden kuvakoko on 102 x 127 mm (4 x 5 inches), ja niissä voidaan käyttää joko lasilevyä tai  laakafilmiä. Laajakulma- ja normaalikulmakameroiden pääpiste on epäkeskinen ja kuvautuu kuville ristinä. Kamera voidaan suunnata jalustalla  pystyakselinsa ympäri 360° kiinteävälisin pykälin, samoin vaaka-akselinsa suhteen välillä - 45° - +100°, sekä kuvausakselinsa ympäri 90°, 180° ja 270° ja 360°. Ylilajakulmakamera painaa 7,2 kg, laajakulma- 5,6 kg, ja normaalikulmakamera 5,2 kg. P31 kamerat soveltuvat tarkkaan mittaus- ja kartoituskäyttöön ('< 50,000' high accuracy).


P31 kameroiden ominaisuuksia
Super-wide-angle camera Wide-angle camera Normal-angle camera
Polttoväli 4,5 cm 10 cm 20 cm
Aukko f/5,6-22 f/8-22 f/8-22
Tehokas kuva-ala 92 x 118 mm 83 x 17 mm 83 x 16 mm
Pääpisteen siirto - 15 mm 12 mm
Kuvakulma 105,3° x 91,3° 61,2° (± 30,6°) x
44,2° (+31,1° / -13,1°)
32,0° (± 16,0°) x
23,0° (+15,7° / -7,3°)
Kiinteä fokusetäisyys 7 m 25 m 35 m
Terävänä kuvautuva alue f/5,6: 3,6 m - 
f/22:  1,5 m - 
f/8: 12,4 m - 
f/22: 6,6 m - 
f/8:   26 m - 53 m
f/22: 18 m - 640 m
Lähifokusointi - välirenkain: 7 m, 4 m, 2,5 m, 2,1 m, 1,8 m, 1,6 m, 1,4 m välirenkaalla: 
lisäksi: 22 m, 16 m, 13 m, 11 m, 9 m, 8 m

Wild P32 Terrestrial Camera, Wild Heerbrugg, Ltd, 1981. Kamera on suunniteltu käytettäväksi joko teodoliittiin kiinnitettynä mittakamerana tai pareittain kytkettynä, itsenäisenä stereokamerana. Teodoliitteina tulevat kyseeseen Wildin mallit T1A, T1, T16 ja T2. Kameran objektiivin polttoväli on 64 mm, himmentimen aukkoluku välillä f/8 - f/22. Radiaalinen piirtovirhe on alle ± 4 µm. Kuvakoko on 60 x 80 mm, ja kuvakulma 64° (32° + 32°) x 49° (32° + 17°). Kamerassa voidaan käyttää joko lasilevyä 6,5 x 9 cm, laakafilmiä tai rullafilmiä. Kameran kuvaportissa on lasilevy, johon on uurrettu reunamerkit ja kameran pääpiste. Kamera on fokusoitu kiinteästi 25 m:n etäisyydelle. Terävyysalue on aukolla f/8 7,3 m - , aukolla f/22 3,3 m - , jos terävänä kuvautumisen kriteerinä pidetään kuvapisteen halkaisijan kokoa 0,05 mm. Kameran suljin on Compur-keskussuljin ja valotusajat 1 - 1/500 s ja B. Kameraa voidaan kallistaa teodoliitilla vaakatason suhteen ± 30°. Kamera painaa 2,9 kg, varusteineen 9,6 kg. Kamera suunnataan kohteeseen teodoliitilla. Suuntaamiseen voidaan käyttää myös kuvaporttiin asetettavaa mattalasia, johon on sitä varten uurrettu ristikko. Ristikon avulla kamera on helposti suunnattavissa esimerkiksi rakennuksen julkisivun mukaan. P32 kamera soveltuu tarkkaan kartoituskäyttöön ('< 10,000' good accuracy).

The PBA32 Base Bar, Wild Heerbrugg, Ltd, 1981. Stereokanta kahdelle Wild'in P32-kameralle. Stereokanta voidaan asettaa joko 20 cm, 30 cm tai 40 cm pituiseksi. Kun P32-kameroita käytetään stereoparina, niiden kiinteä fokusointi on sovitettava stereokameran käyttöetäisyyksille. Tämä tehdään tehtaalla ja vaihtoehtoiset fokusointialueet ovat 25 - 2,5 m, 1,4 -1,0 m ja 0,9 - 0,7 m.

Hasselblad MK 70, Viktor Hasselblad Ab. MK 70 on mittakamera, joka on rakennettu Hasselbladin 500EL järjestelmäkameran rungolle. Tämä mittakamera oli käytössä amerikkalaisten ensimmäisellä kuulennolla 1969, silloin nimellä Hasselblad 500EL Data Camera. Hasselbladin mittakamerassa kameran runkoon on kuvaporttiin asetettu réseau-levy, jossa on 5 x 5 ristikko 10 mm ruuduin. Kamerassa käytetään 70 mm perforoitua filmiä. Kameraoptiikat on valmistanut Carl Zeissin ja vaihtoehtoja on kaksi MK Biogon 60 mm f/5,6 (medium angle), ja MK Planar 100 mm f/3,5 (normal angle).


Carl Zeiss MK lenses for Hasselblad MK 70
60 mm f/5,6 Biogon 100 mm f/3,5 Planar
Focal length 61,6 mm 100,5 mm
Max. effect. aperture f/5,6 f/3,5
Diaphragm f/5,6 - f/45 f/3,5 - f/22
Angle of view 52 gon (46,8°) 33 gon (29,7°)
Distortion nom. 3, max. 15 µm nom. 5, max 10 µm
MTF value, 20 lp/mm mean value 0,75 0,70
Synchro-Compur shutter B, 1 - 1/500 s B, 1 - 1/500 s
Focusing range  0,9 m -  fixed focus
Weight 750 g 520 g

Hasselblad 61018 Camera Body. Kameran runko ja sen kuvaporttiin asennettu réseau-levy. Filminsiirtomoottori ja akku sijaitsevat rungon alaosassa.

Rolleiflex 6006 metric, Rollei Fototechnic GmbH. 6 x 6 -koon mittakamera, jossa on kuvaporttiin asennettu kiinteä réseau-levy. Levyllä on 11  x 11 réseau-ristiä 5 mm:n ruuduin. Kameran kuvakoko on 6 x 6 cm (2¼ x 2¼  inches) ja runkona on peiliheijastuskamera. Filmien herkkyysarvot on asetettavissa välillä 15 - 39 DIN / 25 - 6400 ASA, ja lehtisulkimen suljinajat voidaan säätää välille 1/500 - 30 s ja B. Filminsiirto on motorisoitu ja kamerassa käytetään vaihdettavia filmikasetteja. Kameran objektiivit ovat Carl Zeissin metric-sarjan objektiiveja, joiden piirtokyky on koko kuva-alalla vähintään 25 lp/mm, pääpisteen toistotarkkuus on 50 µm, symmetrinen piirtovirhe on kalibroitu, ja fokusointietäisyydet on merkitty.


Carl Zeiss metric lenses for Rolleiflex 6006 metric
Type
lens elements / groups
aperture range
angle of view, 
diagonal - horizontal
weight
Distagon f4/40 mm metric
10 / 9
4 - 32
88° - 69°
1475 g
Distagon f4/50 mm metric
7 / 7
4 - 32
75° - 57°
840 g
Distagon f3,5/60 mm metric
7 / 7
3,5  - 22
67° - 49°
770 g
Planar f2,8/80 mm metric
7 / 5
2,8 - 22
52° - 38°
590 g
Makro-Planar f1,4/120 mm metric 
6 / 4
4 - 32
36° - 26°
960 g
Sonnar f4/150 mm metric
5 / 3
4 - 32
29° - 21°
890 g
Sonnar f5,6/250 mm metric
4 / 3
5,6 - 45
18° - 13°
1150 g
Tele-Tessar f5,6/350 mm metric
4 / 4
5,6 - 45
13° - 9°
1650 g

Rolleiflex 6006 metric, kuva ja siinä kuvautuvat réseau-ristit.

 Small Format Cameras

Rolleiflex 3003 metric, Rollei Fototechnic GmbH. Kinofilmikoon eli 135-koon mittakamera, jossa on kuvaporttiin asennettu kiinteä réseau-levy. Levyllä on 5 x 7 réseau-ristiä 5 mm:n ruuduin. Kameran kuvakoko on 24 x 36 mm ja runkona on peiliheijastuskamera. Filmien herkkyysarvot on asetettavissa välillä 15 - 39 DIN / 25 - 6400 ASA. Suljin on metalliverhosuljin, jonka suljinajat voidaan säätää välille 1/2000 - 16 s ja B. Kamerassa käytetään  Carl Zeissin metric-sarjan objektiiveja, joiden piirtokyky on koko kuva-alalla vähintään 25 lp/mm, pääpisteen toistotarkkuus on 50 µm, symmetrinen piirtovirhe on kalibroitu, ja fokusointietäisyydet on merkitty. "Hinweis: Dieses Modell ist zum Jahresende 2001 nicht mehr verfügbar."

Carl Zeiss metric lenses for Rolleiflex 3003 metric
Type
lens elements / groups
aperture range
angle of view
weight
Distagon f3,5/15 mm metric
13 / 12
3,5 - 22
110°
620 g
Distagon f4/18 mm metric
10 / 9
4 - 22
100°
350 g
Distagon f4/18 mm metric
9 / 8 (floating elements)
2 - 22
74°
530 g
Distagon f4/18 mm metric
9 / 8 (floating elements)
1,4 - 16
61°
471 g
Planar f1,4/50 mm metric 
7 / 6
1,4 - 16
46°
230 g
Makro-Planar f2,8/60 mm metric
6 / 4
2,8 - 22
39°
570 g
Planar f1,4/85 mm metric
6 / 5
1,4 -16
29°
537 g

Rolleiflex 3003 metric, kameran kuvaporttiin asennettu réseau-levy ja sen ristit.

Rolleiflex 3003 metric, kuva ja siinä kuvautuvat réseau-ristit.
 

Leica R5 Elcovision camera, Wild Leitz / Wild Heerbrugg Ltd, 1988. 135-koon mittakamera, jossa kuvaporttiin on asennettu 5 x 7 ristin réseau-levy.

Elcovision 10, Wild Leitz / Wild Heerbrugg Ltd, 1988. "Universal three-dimensional data-acquisition system", perustuu Leican R5-kameralla otettujen kuvien tulkintaan ja mittaamiseen sekä fotogrammetriseen laskentaan. Kuvat tulkitaan monoskooppisesti ja 2-D koordinaatit mitataan  kuvasuurennoksilta. Kuvaorientoinnit lasketaan suoraan tai blokkitasoituksella ja3-D kohdekoordinaatit eteenpäinleikaten. Havainnot käsitellään edelleen CAD-ohjelman tuella ja tulokset esitetään graafisesti. Tavanomaiset Elcovision-sovellukset ovat liittyneet arkkitehtuurin, arkeologian, poliisin yms. sovelluksiin, joissa mittaustarkkuudet ovat luokkaa '< 2,000' moderate accuracy.

3-D Scanners

Dual-axis synchronized scanner. (Beraldin et al., 1993)


Maa-57.260 Fotogrammetrian erikoissovellutukset
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13