(Henrik Haggrén, 11.10.2002)
Luento 2: Kuvamittauksen vaihtoehtoiset suoritustavat
AIHEITA
Tarkkuuden parantaminen kuvausgeometriaa muuttamalla
-
Kuvamittauksen tarkkuutta arvioidaan likimäärin parallaksikaavoista.
-
Kuvamittauksen tarkkuutta voidaan parantaa sopivalla kuvausgeometrialla.
Kuvausgeometria suunnitellaan kuitenkin aina mittaustehtävän
mukaan, ja vain hyvin harvoin on tarpeen käyttää hyväksi
kaikki seuraavassa luetellut mahdollisuudet.
-
Kuvausgeometria on hyvä, kun
-
kantasuhde on suurempi kuin 1 : 1,
-
kuvaamiseen käytetään mahdollisimman suurta polttoväliä
ja kuvakokoa,
-
kuvia otetaan useasta suunnasta ja eri puolilta kohdetta (konvergenttikuvaus),
-
mittauspisteet havaitaan kuvilta mahdollisimman tarkasti,
-
kuvilta tehdyt mittaushavainnot toistetaan tai samasta paikasta otetaan
useampia kuvia.
-
Kuvatulkinnan kannalta on hyvä, jos toistetut kuvat otetaan pienellä
kantasuhteella, esimerkiksi luokkaa 1 : 10 ... 20, koska tällöin
tulkinta voidaan tehdä stereoskooppisesti (stereokuvaus).
Etäisyysmittauksen tarkkuus paranee kuvakantaa suurentamalla (stereokuvaus).
Kuvakantaa voi kuitenkin suurentaa vain kuvakulman sallimissa puitteissa.
Pistehavainnon jokaisen koordinaatin tarkkuus paranee kuvahavainnon
tarkkuuden parantuessa. Kuvahavaintoa voi parantaa esimerkiksi kuvan erotuskykyä
parantamalla tai lisäämällä havaittujen kuvien lukumäärää.
Kuvan erotuskykyä voi lisätä myös käyttämällä
kuvaukseen pidempipolttovälistä optiikkaa.
Pidemmällä polttovälillä kuvakulma kapenee. Jos
mittaustarkkuutta tällöin parannetaan kuvakantaa pidentämällä,
kameraa on käännettävä (konvergenttikuvaus).
Konvergenttikuvauksella saadaan virhekuviota pyöristettyä eli
mittaustarkkuus tasoittuu eri koordinaattisuuntien kesken.
Stereokuvaus
-
Stereokuvauksessa kuvausakselit ovat yhdensuuntaiset ja kohtisuorassa kuvakantaan
nähden (myös: normaalikuvaus).
-
Stereokuvauksen tärkein merkitys on siinä, että se mahdollistaa
kuvien käytön kohteen stereoskooppiseen tulkintaan ja visualisointiin.
-
Koska kuvausakseleita ei voi kääntää kohteen suuntaan,
kohde kuvautuu vain osalle kuvaa, sitä pienemmälle osalle, mitä
pidempi kuvauskanta on.
-
Mittaustarkkuus on yleisesti ottaen hyvä. Etäisyyshavaintojen
osalta on huomattava, että epätarkkuus kasvaa etäisyyden
neliön suhteessa. Stereomittauksen kannalta kelvollisena mittausetäisyyden
rajana voidaan pitää kantasuhdetta luokkaa 1 : 10...20.
Stereokuvaus.
Stereokuvapari.
-
Harjoitus
-
stereokuvaus
-
stereomallin kokonaisplastiikka
Konvergenttikuvaus
-
Konvergenttikuvauksessa kuvausakselit suunnataan kohteeseen. Tällöin
kuvausakselien sanotaan konvergoivan.
-
Stereotulkinta on mahdollista vain, mikäli kuvat oikaistaan jälkikäteen
normaalitapauksen mukaisiksi (epipolaarioikaisu). Suuri kantasuhde vaikeuttaa
kuitenkin stereotulkintaa, koska kuvasisältö muuttuu sitä
enemmän mitä kauempaa toisistaan kuvat otetaan.
-
Konvergenttikuvauksissa koko kuva-ala voidaan hyödyntää
hyvin, koska mittauskohde voi täyttää koko kuvan.
-
Konvergenttikuvilta mitattujen kohdekoordinaattien tarkkuus on erittäin
hyvä.
Konvergenttikuvaus.
Konvergentti kuvapari.
Stereomittaus
-
Stereomittaus
-
Stereomittaus perustuu stereokuvaukseen. Kuvaus tehdään joko
kiinteäkantaisella ns. stereokameralla tai yhdellä kameralla,
mutta kahdesta asemasta.
-
Stereomittaus perustuu kohteen tulkitsemiseen kuvilta eli käytännössä
usein kuvauksen jälkeen. Sen takia kaikki tulkinnan kannalta olellinen
sellainen tieto, joka ei kuvilla tule näkymään, esimerkkinä
lähtöpisteet, on näkyvöitettävä ennen kuvausta.
Osa tulkinnasta voidaan tehdä kohteella kuvauksen jälkeen ja
merkitään esimerkiksi kuvista tehdyille kopioille.
-
Stereomittaus edellyttää stereomittauskojetta, jolla stereomalli
muodostetaan ja orientoidaan mittauskoordinaatistoon. Mallin mittaus on
jatkuvaa eli mallikoordinaatit lasketaan 'on line' ja kojeen mittamerkin
liikkeitä voidaan ohjata numeerisesti 3-D koordinaatein.
-
Malli digitoidaan stereotulkinnan perusteella. Mittaus voi olla valikoivaa,
eli
stereo-operatööri digitoi näkemänsä perusteella
vain ne pisteet ja piirteet, jotka parhaiten kuvaavat kartoitettavaa kohdetta.
Automaattisia työasemia käytettäessä yhä suurempi
osa stereomittauksesta tehdään myös sokeasti ("bulkkina"),
jolloin näyttenotto perustuu pistetiheyteen tai vastaavaan kriteeriin.
Tällöin näkemän tulkinta tehdään laskennallisin
menetelmin.
-
Kaksi kuvaa per stereomalli per yksityiskohta.
-
Mittaustarkkuus hyvä.
Stereomittauksen työvaiheet.
Ilmakuvilta digitoitu vuoren pintamalli.
Profiloitu soranäyte.
Yksin pistein mittaus
-
Tulkinta ennen kuvausta
-
Konvergenttikuvaus => monotulkinta
-
Kaksi tai useampi kuva per yksityiskohta
-
Kuvakoordinaattihavainnot
-
Mallikoordinaatit lasketaan 'off line'
-
Soveltuu yksin pistein kolmiointiin ja mittaamiseen
-
Mittaustarkkuus erinomainen
Yksin pistein mittauksen työvaiheet.
Lentokoneen deformaatiomittaus symmetriapisteistä.
Hawk.
Yksikuvamittaus
-
Yksikuvamittaus on kohteen mittausta yhdeltä kuvalta.
-
Yhdeltä kuvalta voi kohteen muodon mitata vain kaksiulotteisesti,
2-D koordinaatteina ja kuvan perspektiivistä. Kolmiulotteinen mittaaminen
yhdeltä kuvalta edellyttää etukäteistietoa kohteen
muodosta, kuten
-
kohde on taso,
-
kohde muodostuu tasoista, ja tasot ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan,
-
kohteen korkeusmalli on mitattu aiemmin,
-
kohde muodostaa pyörähdyspinnan jonkun symmetria-akselin ympäri,
jne.
-
Yksinkertaisimmillaan yksikuvamittaus soveltuu tasomaisille kohteille.
Tällöin kuva voidaan oikaista suoraan kohteen päätason
julkisivukuvaksi ja tulkita tämän tason osalta. Ne osat kuvalla,
jotka eivät sijaitse tällä tasolla, kuvautuvat väärin.
-
Jos kohteen pinnanmuoto tunnetaan, kuva voidaan oikaista kohtisuoraksi
julkisivukuvaksi. Oikaistu kuva voidaan tulostaa myös muissa projektioissa.
-
Jos kohteen pinnanmuotoa ei tunneta, muoto voidaan mitata kaksiulotteisina
profiileina. Mittaus edellyttää profiilien näkyvöittämistä
esimerkiksi valaisemalla kohdetta yhdensuuntaisin tasoin. Yksittäisen
profiilin muoto tulkitaan oikaistulta kuvalta.
-
Yksikuvamittauksen mittaustarkkuus on hyvä.
-
Käyttö:
-
kaukokartoitus satelliittikuvilta
-
ortokuvat karttojen ajantasaistuksessa
-
projektiivisesti oikaistut tasokuvat
-
3-D videoprofilointi
-
Kuvia
Yksikuvamittauksen periaate, kamera ja juovalaser.
Yksikuvamittauksen periaate, esimerkkikuva.
Yksikuvamittauksen periaate, fysikaalinen malli vs. projektiivinen malli.
Pöytäskanneri.
3-D skanneri.
Monikuvamittaus
-
Kohteen mittausta kuvaparilta tai kuvablokissa
-
Soveltuu kolmiulotteisille kohteille (myös tasoille)
-
Mittaustarkkuus hyvästä erinomaiseen
-
Käyttö:
-
ilmakolmiointi
-
stereokartoitus
-
3-D videodigitointi
-
on line-tuotannonohjaus
Monikuvamittauksen periaate, yksi kamera, monta kuvaa.
Monikuvamittauksen periaate, monta kameraa, monta kuvaa.
Maa-57.301 Fotogrammetrian
yleiskurssi