MINV12 Pe 12:15-14:00

Fotogrammetrian ja ilmakuvauksen perusteita III

Tähän mennessä käsiteltyä: kuvauksen suunnittelu, ilmakuvaus, skannaus, ilmakolmiointi, 3D eteenpäinleikkaus/yhteensovitus

Tällä luennolla (3)

- stereofotogrammetriaa (stereokuvaus, kuvien normalisointi)- fotogrammetrian automatisaatio (digitaalista fotogrammetriaa)- ilmakuvien geometria ja radiometria (kamera-kohde-aurinko geom.)- ilmakuvien tulkinnasta metsäsovellusten kannalta

Viimeisellä luennolla (4) “Yksittäisen puun tulkinta ilmakuvilta”

- referenssiaineiston keruu maastosta- tavoitteista - YPNIT/STRS:n mahdollisuuksista- menetelmiä 2D- menetelmiä 3D

MINV12 Pe 12:15-14:00

Stereoskooppinen mittaaminen (Binocular vision)

- Kuva kummallekin silmälle ilman pystyparallakseja- Toisiaan vastaaviin kuvapisteisiin suuntautuvien näkösäteiden tulee leikata avaruudessa

Tietokoneen näytöllä- anaglyfi, polarisoitu valo, kuvien vuorottelu

Tarvitaan kuvien “stereonormaalitapaukset” vastinpisteet samoilla riveillä (row)Ratkaistaan kuvien orientointi 1) Kuvat kierretään pystykuviksi2) Kuvia kierretään kuvakannan suhteen3) Tulostetaan kuvaparin kuvat

DEMO 6

MINV12 Pe 12:15-14:00

Fotogrammetrian automatisaatio

• Kuvaus (kehitys) Manuaalista (UAV), Digikamerat

• Digitointi skannerilla Automatiikkaa

• Sisäinen orientointi + Reunamerkkien automaattinen reunamerkkimuunnos mittaus

• Kuvien ulkoinen orientointi Liitospisteiden autom. mittausSuora georeferointi

• Kuvamittaukset Autom. yhteensovitus(Soveltajan taso)

Perinteiset menetelmät työläitä ja vaativat erikoisosaamista.

MINV12 Pe 12:15-14:00

Reunamerkkimuunnos ja kameran sisäinen orientointi

Tasomuunnos “filmiltä digikuvalle ja takaisin”

Fotogrammetriset laskelmat tehdään kuvakoordinaateilla digikuvan käsittely pikselikoordinaateilla.

Voidaan huomioida filmin geometrisia vääristymiä.

Kalibroinnissa huomattujen linssivirheiden kompensointi.

Kalibrointitodistuksesta havainnot reunamerkeille (4/8 kpl) kuvakoordinaateissa + kuvalta mittaukset pikseleinä => estimointi

MINV12 Pe 12:15-14:00

Reunamerkkimuunnos ja kameran sisäinen orientointi

Operaattori mittaa yhden skannatun kuvan reunamerkit ja syöttää kalibrointitiedot (reunamerkkien kuvakoordinaatit)

Korrelaatiopohjaisella menetelmällä autom. mittaus osapikselitarkkuudella. Operaattori “laaduntarkkailija”.

DEMO 7

Hyväksyttävä RMSE 410 um.

(x,y) = f(Row,Col) + (x,y)(x,y)piirtovirheet

MINV12 Pe 12:15-14:00

Liitospisteiden automaattinen mittaus

Liitospisteillä kuvat sidotaan toisiinsa ilmakolmioinnin yhteydessäLiitospisteillä voidaan konstruoida 3D stereomalli (keskinäinen orientointi)

MINV12 Pe 12:15-14:00

Liitospisteiden automaattinen mittaus

Stereokuvauksessa (pystyilmakuvat) vastinpisteet miltei samoilla riveillä haku-alue rajoittuu

Jos kuville on suora georereferointi, voidaan niille laskea epipolaarigeometria haku-alue rajoittuu entisestään

Puoliautomaattisia menetelmiä; perustuvat kuvien yhteensovitukseen; kuvilta etsitään tekstuuriltaan mielekkäitä kohteita (pisteitä, reunoja), joita yhteensovitetaan; yleensä hierarkkisella tekniikalla (kuvapyramidi).

Yhteensovitus “sub-pixel” tarkkuudella.

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ulkoinen orientointi

Jos liitospisteiden mittaus on tehokasta, ja käytössä on suora gereferointi, tarvitaan enää vähän signaloituja tukipisteitä.

Niiden autom. mittaus kuvilta onnistuu vain jos on tiedossa hyvät likiarvot ja signaalit on esim. orientoitu tunnetulla tavalla.

MINV12 Pe 12:15-14:00

Automaattiset kuvamittaukset

Sovellustaso: Eri sovelluksiin tarvitaan kuvilta varsin eri asioita.Soveltaja speksaa kuvien laadun ja geometrian eo. vaiheet “kuvaus-skannaus-sis.orientointi-ulkoinen orientointi” toteutetaan kuvatoimittajan puolesta. Työn vaiheet raportoidaan laaduntarkkailua varten.

Perinteiset tuotteet:

- Topografinen kartoitus ja sen automatisointi (maastomallit, maankäyttö, tiestö jne. )

Uudet tuotteet, jäävät soveltajan kontolle (tai...)

- puukohtaiset 3D mittaukset- 3D kuviointi

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ilmakuvien Kamera-Kohde-Aurinko –geometria...

Kuvatulkinta ja –mittaus:

Visuaalinen / manuaalinen (operaattori) →puoliautomaattinen → autonominen

Monoskooppinen (2D) – stereoskooppinen (2,5D) – multiskooppinen (3D)

Geometria ja RadiometriaKohteiden ja kuvauksen GR Haitta vai mahdollisuus?

MINV12 Pe 12:15-14:00

KAMERA-KOHDE-AURINKO -geometria

Filmi/sensori “mittaa” saapunutta valoa, joka matkaa ilmakehän/linssin/suodattimien halki, jotka vaikuttavat radiometriaan.

Kohteet heijastavat valoa kohti kameraa, kohteesta lähtevän valon ominaisuudet vaihtelevat suunnan mukaan.

Efekti on selkeä “pintamaisilla” homogeenisilla kohteilla. Seuraavalla kalvolla Hyytiälän konehallin tasainen huopakate nähtynä viidestä suunnasta ensin kahdella kuvalla 5 s sisällä sitten kolmella kuvalla noin 3 min myöhemmin. Kirkkain kuva A, siinä konehalli jää kameran ja auringon väliin. Tummin kuva C, siinä kattoa katsellaan auringon suunnasta.asteluvut ilmaisevat off-nadir kulmia. Valkoisella neliöllä ilmaistaan kohteen sijainti filmillä. Säteen matka ilmakehässä ja linssisysteemissä pitenee kulman mukana.

MINV12 Pe 12:15-14:00

KAMERA-KOHDE-AURINKO -geometria

MINV12 Pe 12:15-14:00

Sävyarvopiirteiden hyödyntäminen

- Yhden kuvauksen (sää,auringon korkeuskulma, filmin kehitys) sisällä voi olettaa, ettei kuvien välistä kalibrointia tarvita.

- Kuvan sisältä on löydettävä invariantteja piirteitä tai osattava kalibroida piirre s.e. KAMERA-KOHDE-AURINKO geometrian aih. variaatio kompensoituu.

Max infra – invariassi hypoteesi

Voisivatko valolatvuksen maksimisävyarvot olla invariantteja KOHDE-KAMERA_AURINKO –geometrialle ?

MINV12 Pe 12:15-14:00

Max Infra – invariassi hypoteesi - NÄRE (vrt. konehalli)

Radiometriaja puulaji

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ilmakuvatulkinta – geom. ja tekstuuripiirteet

CIR 2002, 1:6000, f = 153 mmFront-lit

CIR 2004, 1:6000, f = 210 mmFront-lit

Tekstuuripiirteiden hyödyntäminen

Latvuksen ja versojen geometria sekä heijaistusominaisuudet tuottavat mittakaavariippuvuus; 1:5000 10m = 5 cm + “liike blur” + filmin MTF + optiikan MTF

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ilmakuvatulkinta – puiden “3D näkyminen”

Auringon elevaatio 33 50o

varjojen pituus 153 83 %

Laajakulmakameran katselukulma 0 46o katve “kohteen takana”.

Kuvalla näkyy latvuksia (kohteita)a) suorassa valossab) puolivarjossac) “täysvarjossa”d) katveessa (siis eivät näy kuvalla)

Tulkittaessa sävyarvoja tulisi tietää eo. tapauksille a) c) niiden heijastusominaisuudet / spektri / radiometrinen signaali kuvalla.

Suorassa valossa näkyvät vain pää- ja lisävaltapuiden latvat; välipuut näkyvät pienemmällä tn. ja aluspuut jäävät varjoon (shading) / katveeseen (occlusion) DEMO 8

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ilmakuvatulkinta – puiden “3D näkyminen”

R (IR)RGB

G (R) B (G)

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ilmakuvatulkinta – puiden “3D näkyminen”

RGB

R (IR) Histogram equalization(local)

MINV12 Pe 12:15-14:00

Ilmakuvatulkinta – puiden “3D näkyminen”

Logistinen regressiopinta latvuksen leveyden mitattavuudelle (0/1) puun suhteellisen pituuden ja katselukulman funktiona

MINV12 Pe 12:15-14:00

Topografinen 1:16000 kevätkuvaus

Keskikesän 1:8000 väri-infra kuvaus

Ilmakuvatulkinta – Aineistojen yhteiskäyttö?

Ilmakuvatulkinta – Mittakaava

- Mittakaava ~ kuvilta mitattavat yksityiskohdat- Mittakaava → ilmakehän vaikutus radiometriaan - Kuvien lkm = f (peitot, mittakaava)- Mittakaavaluvun kaksinkertaistuessa kuvamäärä putoaa 25 %:iin- Kuvauksen kustannukset ~ f(lentoaika)- Kuvamateriaalikustannukset ~ kuvauksen ja kuvien orientoinnin kust.

3D tulkinnassa voidaan yhdistää useita kuvausmittakaavoja.

- Puun (ainespuuta antava) latvus 2-10 m leveä latvus mitattavissa kun MK > 1:30000.- Latva ja oksat 5-30 cm (?); MK > 1:10000.

Huom! Konstrasti vaikuttaa erotuskykyyn / yksityiskohtien havaittavuuteen.