Maa-57.301 Fotogrammetrian yleiskurssi

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

(P. Rönnholm / H. Haggrén, 19.10.2004)

Luento 10: Optinen 3-D mittaus ja laserkeilaus

AIHEITA

Optinen 3-D digitointi



Optinen 3-D digitointi kaaviokuvana.


Fotogrammetrinen näkymän rekonstruointi (3-D digitointi). Tuloksena saadaan parhaimmillaan 3-D fotorealistinen virtuaalimalli.


Yleiskaavio fotogrammetrisesta näkymän rekonstruoinnista.
 



  1. Tuki-ja kontollipisteiden mittaus 
  2. Digitaalisten kuvien hankinta
  3. 3-D geometrinen mallinnus
  4. 3-D fotorealistinen mallinnus

Etäisyydenmittaus laserkeilauksella


LIDAR (Light Detection and Ranging) on optinen tutka, joka toimii näkyvän valon, lähi-infran tai ultravioletin alueella. Laserkeilain tuottaa kohteesta kolmiulotteista informaatiota tekemällä etäisyyshavaintoja. Kohteen ja laserin välinen etäisyys mitataan laserpulssin kulkuajan perusteella ja tuloksena saadaan valtava joukko kolmiulotteisia pisteitä. Useat laserskannerit kykenevät vastaanottaman yhdelle havainnolle useampia kaikuja. "First pulse"-kaiut palaavat ensimmäisestä esteestä, joka tulee vastaan kuten rakennuksista, tien pinnasta, autoista, paljaasta maanpinnasta, kasvillisuudesta, lehvästöstä ja sähköjohdista (myös linnuista). "Last pulse"-kaiut vastaavat (lähes) ensimmäisen pulssin kaikua, jos vastassa on kiinteä kohde. Sen sijaan läpäisevissä kohteissa, kuten kasvillisuus, viimeinen kaiku voi suotuisissa olosuhteissa läpäistä lehvästön ja antaa etäisyyshavainnon maanpinnasta. Pisteet muodostavat digitaalisen korkeusmallin (DEM=digital elevation model) tai pintamallin (DSM=digital surface model=DEM+rakennukset ja puiden lehvästöt). DEM joudutaan muodostamaan DSM:stä suodattamalla pois kaikki maanpinnan tasosta poikkeavat kohteet.


Laserkeila läpäisee puiden latvukset.




    Panoramalaserkeilain ja "kamera"-laserkeilain




Laserkeilauksen tarkkuus on monien tekijöiden summa. Tarkkuuteen vaikuttavat esimerkiksi:
Palaavasta kaiusta voidaan tallentaa myös voimakkuus eli intensiteetti. Kohteen intensiteettiarvoon vaikuttavat esimerkiksi:
Laserkeilaus on tehokas menetelmä korkeusmallien hankintaan. Sen sijaan tarkkojen taiteviivojen löytäminen pistepilvestä on haasteellista. Taiteviivat löytyvät sitä luotettavammin mitä tiheämpää laseraineisto on.

Laserkeilaus soveltuu hyvin:
Lisää aiheesta: www.foto.hut.fi/opetus/220/luennot/13/13.html


Kuvan ja etäisyysmittauksen yhdistäminen

Fotogrammetrisilla mittauksilla ja laserkeilauksella on toisiaan täydentäviä ominaisuuksia. Käytännössä laserkeilaimella saadaan parempi korkeusmalli kuin mittaamalla ilmakuvilta. Erityisesti peitteisillä alueilla ero on huomattava, koska kuvilta ei nähdä lehvästön. Toisaalta tasotarkkuus on parempi fotogrammetrisissa mittauksissa. Lisäksi taiteviivat löytyvät luotettavammin ja värisävyt auttavat kohteen tulkittavuudessa.

Jotta kuvia ja laserin tuottamia pistepilviä voitaisiin yhdistää, molemmat aineistot tulee saada samaan koordinaatistoon -> orientointi. Menetelmät orientointien selvittämiseksi voidaan jakaa kahteen ryhmään:


1. Datat orientoidaan erikseen yhteiseen koordinaatistoon
  


2. Data orientoidaan keskinäisesti



Kuvan ja etäisyysmittauksen yhdistäminen tulevaisuudessa

Tulevaisuudessa voidaan  tuottaa kertamittauksella etäisyyskuva keilauksen sijaan. Lasersäde hajautetaan linssien avulla siten, että koko kohde valaistaan kerralla (hyvin lyhyeksi aikaa). 3D FPA (focal plane array) rekisteröi kohteesta palaavien signaalien kulkuajat pikseleittäin. Näin saadaan laskettua jokaiselle pikselille etäisyys (etäisyyskuva). Jos optinen kuva saadaan otettua samaan aikaan tai jälkikäteen rekisteröityä tarkasti etäisyyskuvan kanssa, saadaan jokaiselle pikselille sekä etäisyys että sävyarvo.



Konsepti tulevaisuuden mittausjärjestelmälle. Pikselipohjainen etäisyyskuva ja optinen tai multispektraalinen kuva otetaan yhtäaikaa.


Maa-57.301 Fotogrammetrian yleiskurssi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10