Transcript 17. Introduktion till fotogrammetrin - Institutionen för naturgeografi

Introduktion till fotogrammetrin
Lars Harrie, Institutionen för naturgeografi och
ekosystemvetenskaper
Flera bilder är framtagna av Mikael Johansson, Lantmäteriet
Disposition
1)Introduktion
2)Tillämpningar av fotogrammetrin
3)Flygbilder
4)Fotografisk avbildning
5)Skalan i en flygbild
6)Avvikelse från centralprojektion
7)Ortofoto
Litteratur
Se läsanvisningarna
Fotogrammetri =
mätning i fotografisk bild, bildmätning
Fjärranalys =
mätningar av egenskaper hos omgivningen
från satellitbilder och flygbilder
Markanvändningskarta
Fjärranalys
och
bildtolkning
Flygbild
3D modell
Fotogrammetri
Topografisk karta/
geografisk databas
Höjdmodell
2. Tillämpningar av
fotogrammetrin
Terrestra mätningar
Bra för små områden. Ger låg mätosäkerhet.
Blir dyrt när stora områden ska karteras.
Fotogrammetriska mätningar
Är ett bra alternativ när stora områden ska karteras
och större mätosäkerhet kan accepteras.
Uppbyggnad av de nationella och
kommunala geografiska databaserna
Fotogrammetri
Geografisk
databas
Utförare av fotogrammetriska
mätningar
- Lantmäteriet
- Trafikverket
- Större kommuner
- Tekniska konsulter
Lantmäteriet och kommuner
genomför flygfotografering med ett
par års mellanrum
Ger bl.a. bra underlagsmaterial
för hur samhället utvecklas
Geometrisk bildanalys – besläktat med markfotogrammetrin
Bild tagen från Umeå universitets hemsida
Medicinsk fotogrammetri – används på t.ex. röntgenbilder
KS ortopedi / KTH Fotogrammetri
3. Flygbilder
Lina till
ballongen
Bild från Odenplan, Stockholm tagen från en ballong 1898.
Flyghöjd ungefär 300 meter. Skala ungefär 1:5600.
Från Minell et al., Flygbildsteknik och fjärranalys, 1993.
Focke-Wulf 58 Weihe.Lantmäteriets första flygplan. Köptes 1938.
Aero Commander - Lantmäteriet från 1970 till idag
Mätkameror
CCD-sensor
CCD-sensor i form av detektormatris med format 90 x 84 mm
för flygmätkameran Z/I DMC II.
Pixelstorlek i sensorn (ungefärligt): 5,5 μm
Antal rader ca 16 000 och kolumner ca 15 000
Matrisen rymmer alltså omkring 250 miljoner detektorelement
Exempel på bilder från en
digital mätkamera
© Lantmäteriet
Upplösning i bilderna
k
r
d
Exempel:
Pixelstorlek i bilden: 5,5 μm
Ungefärlig skala i bilden: 1:20 000
Ungefärlig geometrisk upplösning i bilden: d = 20 000 * 5,5 μm = 0,11 m
Ljusförhållanden i bilder
Ljus
Ursprunglig bild
Mörk
Tonutjämnad bild
© Lantmäteriet och Nämden för skoglig fjärranalys (1993)
4. Fotografisk avbildning
Bild
Centralprojektion
Karta
Ortogonal projektion
Bild från mätkamera
Rammärken
eller
Mätmärken
y’
Bildcentrum
eller
Bildhuvudpunkt
Koordinatsystem
i bilden
Observera:
Bildcentrum och
Bildhuvudpunkt
sammanfaller inte
alltid. Vi bortser
dock från det i
denna kurs.
x’
Inre orienteringen
c – kamerakonstanten
H – bildhuvudpunkten
O – Projektionscentrum
x – rammärken
radiell felteckning
Den inre orienteringen är känd från tillverkning/kalibrering av kameran
Yttre orienteringen
6 yttre orienteringselement per bild:
• Positionen för projektionscentrum
(Xo, Yo, Zo)
• Riktningen för kameraaxeln. Bestäms
av de tre rotationerna
(ω, φ, κ; omega, fi, kappa)
Lodlinje
Bildplan i
positivläge
Den yttre orienteringen kan approximativt
Bestämmas med externa sensorer
(t.ex. GPS och gyron) men bestäms
mer exakt i den fotogrammetriska
beräkningsprocessen.
Nadirpunkt
Källa: A. Boberg
Fotografisk avbildning
– baseras på centralprojektion
Inre orienteringen
– kamerans inre geometri
Yttre orienteringen
– kamerans position och riktning
Den yttre strålen (heldragen) rekonstrueras
genom kunskap om den inre (streckad)
5. Skalan i en flygbild
Skalfaktorn i en flygbild (m) är approximativt: m=h/c
där h är flyghöjden och c är kamerakonstanten.
Källa: A. Boberg
Skalvariationer
Skalan varier dock eftersom:
- Kameraaxeln sammanfaller inte helt med lodlinjen
(dvs. inga stränga lodbilder finns i praktiken)
- Topografin ger en radiell höjddeplacering
- Jordkrökning
Radiell höjddeplacering I
Radiell höjddeplacering II
Studier av likformiga trianglar ger:
Källa: A. Boberg
6. Avvikelser från centralprojektion
• Refraktion i atmosfären
• Problem i bildplanet
- bristande planhållning av film (analog kamera)
- brister i digitala sensorn (CCDn) (digital kamera)
• Ofullkomligheter i kamerans optik
(detta kan modelleras som en del av den inre
orienteringen – radiell felteckning)
Vidare måste man ta hänsyn till jordkrökning,
kartprojektionseffekter, etc.
Radiell felteckning
7. Ortofoto
Ortofoto
Ett fotografi som är transformerat från centralprojektion till ortogonalprojektion
Ortogonalprojektion –
Vad du skulle erhålla om du
observerade från ett
oändligt avstånd
(jfr ortografisk kartprojektion)
Skapande av ortofoto utifrån två flygbilder:
(N,E)=f(x1,y1,x2,y2)