Maa-57.301 Fotogrammetrian yleiskurssi

Luento 11: Analyyttinen stereomittaus

AIHEITA

• Stereomittaus
• Analyyttisen stereomittauskojeen toiminta
• Orientoinnit
• Analyyttisen stereomittauskojeen edut analogiakojeisiin nähden
• Digitaaliset stereofotogrammetrian työasemat

Stereomittaus

• Stereomittaus on kohteen kartoitusta stereomallilta. Kartoitus tehdään stereokojeella.
• Stereomittauksen osatehtäviä ovat stereotulkinta ja 3-D kohdekoordinaattien mittaus.
• Mittaus perustuu kuvaparin tulkintaan ja edellyttää kuvaparin orientointia stereomalliksi.
• Mittaus tehdään kohdekoordinaatistossa, johon stereomalli on orientoitu. Kohdekoordinaatistona voi väliaikaisesti toimia myös kojeen mallikoordinaatisto.
• Mittausta ohjataan stereohavainnoin ja kohdekoordinaatein.
• Stereohavaintoihin perustuvalla ohjauksella tarkoitetaan sitä visuaalista tulkintaa, jolla stereo-operatööri osoittaa kartoitettavan kohdepiirteen.
• Koordinaattiohjausta käytetään tehtävissä, joissa tulkinta edellyttää kohteesta johdettavaa säännönmukaisuutta.
• Esimerkkejä
• Korkeuskäyrät tulkitaan lukitsemalla mittamerkin Z-ohjaus käyrän korkeusasemaan.
• Ruutuverkkona havaittava korkeusmalli tulkitaan X- ja Y-suunnissa tasavälisenä solmupisteistönä. Mittamerkki ohjataan kuhunkin solmupisteeseen, jossa stereo-operatööri tulkitseen maapinnan korkeuden.
• Tielinjan profiilikäyrä tulkitaan ohjaamalla mittamerkin liike käyrän tasoprojektion f(X,Y) suuntaan.
• Stereomittauskojeet jaetaan analyyttisiin ja analogisiin sen perusteella, miten kohde- ja kuvakoordinaattien välinen muunnos toteutetaan. Analyyttisissä kojeissa muunnos lasketaan numeerisesti, kun taas analogiakojeissa muunnokset toteutetaan mekaanisesti (mekaaninen avaruusohjaus) tai optisesti (optinen kaksoisprojektio).
• Analyyttisiä stereomittauslaitteita ja -järjestelmiä ovat
• analyyttiset stereomittauskojeet
• digitaalisen stereofotogrammetrian työasemat.

Analyyttisen stereomittauskojeen toiminta

• Analyyttisen stereomittauskojeen mittamerkkiä ohjataan mekaanisesti joko 3-D kursoria tai käsi- ja jalkapyöriä käyttäen. Mekaaniset liikkeet rekisteröidään (X, Y, Z) ja niistä lasketaan vastaavat kuvakannattimen liikkeet (dx', dy', dx'', dy''). Kuvakannattimien liikkeet toteutetaan servo-moottoreilla ns. suljettuna takaisinkytkentänä. Kun viive 3-D ohjauksen ja kuvaliikkeiden välillä on tarpeeksi lyhyt, alle 40 ms, ihmisen ja koneen väliset mekaaniset toiminnot mielletään visuaalisiksi liikkeiksi stereomallilla.
• Analyyttisen stereomittauskojeen mekaaninen tarkkuus perustuu kuvakannattimien liikkeiden tarkkaan ja jatkuvaan seuraamiseen. Toteutunut liike mitataan kuvakoordinaatteina (x', y', x'', y''). Liikeanturit on kytketty kuvakannattimiin ja ovat joko rotaatio- tai lineaariantureita.
• Analyyttinen stereomittauskoje toimii joko komparaattori- tai stereokojemoodissa.
• Komparaattorimoodissa havaitaan yhtä kuvaa kerrallaan ja havaittavina suureina ovat kuvakoordinaatit (x', y') tai (x'', y''). Tätä käytetään, kun kuvaparia ei ole orientoitu stereomalliksi. Mittamerkkiä ohjataan kumallakin kuvalla kojeen X- ja Y-liikkeillä.
• Stereokojemoodissa havaitaan mallikoordinaatteja. Tätä käytetään, kun kuvapari on keskinäisesti orientoitu. Mittamerkkiä ohjataan X-, Y- ja Z-liikkein, jotka muunnetaan mittamerkin liikkeiksi kuvakoordinaatistossa (x', y', x'', y''). X- ja Y-ohjausta käytetään stereomallilla liikkumiseen ja Z-ohjausta mittamerkin kohdistamiseen mallin pinnalle.
• Jos kuvien ulkoinen orientointi tunnetaan tai jos kuvat on orientoitu kojeella jo aiemmin, mallin uusi orientointi voidaan tehdä pelkästään sisäisin orientoinnein.

Orientoinnit

Analyyttisen stereomittauskojeen edut analogiakojeisiin nähden

• Koje on tarkka, koska analogiakojeen avaruusohjaimet ja muut hienomekaaniset, mutta kuluvat laskinosat on korvattu numeerisin laskuohjelmin.
• Kojeen tarkkuutta lisää se, että kaikki mittausjärjestelmän systemaattiset virheet, kuten optiikan piirtovirheet tai filmien muodonmuutokset, voidaan korjata kuvahavainnoista sisäisen orientoinnin yhteydessä.
• Analogiakojeiden mekaniikasta aiheutuneita kuvaparin geometrisia rajoituksia, joilla määriteltiin hyvinkin tarkasti sallitut ääriarvot  kuvakallistuksille, kantasuhteelle, kameravakiolle, kuvakoolle ja kuvakulmalle, ei analyyttisillä stereokmittauskojeilla ole.
• Analyyttiset stereomittauskojeet mahdollistavat rakenteensa puolesta kuvausgeometrialtaan hyvinkin erilaisten kuvien kartoituskäytön, mikäli kuvien sisäinen geometria tunnetaan. Esimerkkejä tällaisista kuva-aineistoista ovat olleet mm. satelliittikuvat ja pienkamerakuvat.
• Koska stereokojeeseen on kytketty tietokone, sitä on voitu käyttää ilmakolmioinnin 'on-line'-laskentaan. Havainnot on voitu tarkistaa välittömästi ja mahdolliset puuttuvat havainnot täydentää ja virheelliset identifioinnit korvata uusilla havainnoilla.

Analyyttisen stereomittauksen erityisenä etuna on pidettävä sitä, että kartoitustyössä voidaan kuvausjärjestelmän systemaattiset virheet poistaa havainnoista laskennollisesti. Analogisissa stereokojeissa tämä ei ollut mahdollista. Kuvahavainnoista korjataan kamerakohtaisesti mm. pääpiste ja optiikan piirtovirheet, kuvakohtaisesti koordinaatiston mittakaavaerot ja vinous, sekä kohdekohtaisesti maankaarevuuden, karttaprojektion ja ilmakehän refraktion aiheuttamat poikkeamat suoraviivaisesta kuvauksesta. (../../../220/luennot/3/3.html#Kuvausvirheet)

Digitaaliset stereofotogrammetrian työasemat

• Epipolaarioikaistu kuvapari
• ../../../300/luennot/9/9.html#Digitaalinen%20fotogrammetrinen%20stereoty%F6asema