(Petri
Rönnholm / Henrik
Haggrén, 10.9.2003)
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 (B/Z) 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