Kordamisküsimused aines digitaalne fotogramm-meetria 2016 (0)

Kordamisküsimused aines digitaalne fotogramm - meetria 2016
1.Fotogramm-meetria etapid, kui ajalooline nähtus

• I etapp optiline-mehhaaniline meetod Selle tarvis olid suured, keerulised ja kallid instrumendid , mida oli võimalik käsitseda ainult suurte kogemustega, mille tulemuseks oli fotogramm-meetria operaatori ameti loomine. Mitte ainult orienteerimise töö vaid ka igasugune järgnevatest töödest näiteks mõõtmine, kaardistamine ja nii edasi tehti kõik mehhaaniliselt. Hiljem hakati seda etappi nimetama analoog fotogramm-meetriaks.
  
• II etapp Analüütiline meetod Koos arvutite kavandamisega tekkis idee kavandada ümber orienteerimine analoogilt algoritmiliseks, läbi valemite koos parameetritega arvutis arvutatud ja salvestatud. Varustus muutus märgatavalt väiksemaks, odavamaks ja lihtsamini käsitsetavaks ning oli varustatud lineaar ja pöörde impulsside lugejatega, et registreerida seadmete koordinaate ja servomootoritega, mis andsid võimaluse vahetult arvutiga fotosid paigutada. Siiski tehti tööd ikka ehtsate (analog) fotodega ja ikka vajati kõrge täpsusega mehhaanilist ja optilist varustuse osa nn analüütilist plotterit. Selle järgi nimetati antud etappi analüütiliseks fotogramm-meetriaks.
  
• III etapp Digitaalne meetod Nagu kõik teavad on viimastel aastakümnetel arvutite võimsus tõusnud hingevõtva kiirusega. Miks mitte kasutada digitaalpilt ja teha töö otse arvutis? Tänapäeval on isegi lihtsas personaalarvutis piisavalt võimsust ja salvestusmahtu, et käsitseda digitaalpilte. See on praegune etapp – digitaal fotogramm-meetria.
  

• Foto – Originaal aerofoto filmil
  
• Kujutis – Aerofoto digitaalne esitus – skaneeritud film või foto, mis on kohe digitaalse kaameraga tehtud
  
• Mudel (pildi paar) – marsruudi sees kaks kõrvuti asetsevat pilti
  
• Marsruut – kõik kattuvad pildid, mis on tehtud üksteise järgi ühe lennu suuna sees
  
• Blokk – kõikide marsruutide kõik pildid
  
• Baas – vahemaa kahe kõrvuti asetseva pildi projektsiooni tsentrite vahel
  

• 1` = 12`` = 30.48 cm 1`` = 2.54 cm
  

1 m = 3.281` 1 cm = 0.394``
2.Fotogramm-meetrilised skannerid ning nende resolutsioon

• Geomeetriline skaneerimise resolutsioon
  

esitatakse ühikutega "dots per inch " (täppe tolli kohta) [dpi] või mikromeetrites [μm] ning see kajastab maksimaalses täpsuses, mida on võimalik saavutada. 600 dpi (42 μm)
skaneerimise resolutsioon [dpi] ja [μm] teisendamine toimub järgmiste valemite järgi:

• Piksli suurus [μm] = 25400 / lahutusvõime [dpi]-s
  
• Lahutusvõime [dpi] = 25400 / piksli suurus [μm]-s
  

Radiomeetriline skaneerimise resolutsioon
Absoluutne miinimum, mis fotogramm-meetrilisel skanneril peab olema on võimalus skaneerida hall skaalas (pankromaatiline) 8 bit fotosi, mis tähendab 256 halli tooni. Värvifotode puhul on vaja tavaliselt 24 bit,(8 # 3) mis tähendab 8bit või 256 tooni kõigist kolmest põhivärvist.(RGB)

• Praegu on CD-ROMil ettevalmistatud tarkvaraga võimalik kasutada ainult hallskaala fotosid (8bit / 256 halli väärtus) Ka värvipilte võib skaneerida 8bit-ga ja salvestada nagu hallskaala pilte või 24bit-iga ning pärast jagada kolme väljavõttesse igaüks 8 bit-i, millest ühte kasutatakse.
  
• Tuleviku võimalus on, skaneerida 24 bit-ga ja arvutada “segatud” monokroomse pildi kasutades tuntud valemit:
  

Halltooni väärtus = 0.3*punane + 0.11*roheline + 0.59*sinine
4.Digitaase kujutise saamine kujutise sensorite abil

• Kui traditsioonilised kaamerad kasutavad kujutise saamiseks ja säilitamiseks filmi, siis digitaalsed kaamerad kasutavad (pidevat) 3D seadet , mida kutsutakse kujutise sensoriks.
  
• Sensori definitsioon ehk Anduri definitsiooniks võiks olla – seade, mis avastab, salvestab end mõõdab füüsikalise suuruse (valgustundlikke dioode) ja edastab selle elektrisignaalina.
  
• Tänapäeval on CCD tehnoloogia valdav mitte ainult eetris, vaid ka videorakendustes. Nt faksid, koopiamasinad, skannerid, vöötkoodide lugejad – kõik nad kasutavad CCD-d, et muuta valgusmuster kasulikuks informatsiooniks. Satelliidid kasutavad keskkonna vaatlemiseks, mõõdistamiseks ja seireks samuti CCD kaameraid.
  

5.Digitaalse kaamerate tüübid (2 OSA OPTIKA –digitaalne toodang) maatrikskaamerad 4 kandilised pildid, formaadi järgi, vaateväljanurga järgi, fookuse järgi (väiksed . ja ribakaamera.

Väikese formaadilased kaamerad, mis teevad pilte suuruses 1000*1000 kuni 200*300 pikslit

Keskmise formaadiga digitaalsed kaamed 4000*400 pikslit

Suure formaadiga kaamerad 6000*6000
6. Piksel kui digitaalse kujutise element.
Digifotokaamera sensori piksel on kindlate mõõtetega, objektiivid on fikseeritud fookusekaugusega, sellele vastab pikslile alati teatud mõõtmetega ruudukujuline ala maapinnal.iga sensori piksel registreerib GSD-ga defineeritud alalt lähtuvat energiat.
Üks diood salvestab ühe piksli. Piksel on punktide (footonite) hulk, mis mahub täpselt ära ühele dioodile .
7.Digitaalse kujutise suurus.

• Digitaalse kujutise, nii prinditud kui ekraanil oleva, kvaliteet sõltub pildi loomisel kasutatud pikslite arvust ehk resolutsioonist.
  
• Maksimaalne arv, mida saab saavutada sõltub sellest, kui palju fotosaite on kasutatud kujutise sensoril pildi saamisel.
  
• Rohkem piksleid lisab detaile ja teravustab ääri. Digitaalse kujutise piisaval suurendamisel on näha pikslite efekt, mida kutsutakse pikseliseerimiseks.
  

8.Digitaalse kujutise resolutsioon. ( Kaamera või skanneri resolutsiooni määramine)
Kaamerate ja skannerite piltide suurusi on kahte tüüpi: optilised ja interpoleeritud. Kaamera või skanneri optiline resolutsioon on absoluutne number, sest kujutise sensori fotosaidid on füüsilised seaded, mida saab loendada. Resolutsiooni täiendamiseks teatud ulatuses tuleb kasutada teatud tarkvara . Seda protsessi kutsutakse interpoleeritud resolutsiooniks – pikslite lisamine kujutisele.
Kaamera või skanneri resolutsiooni määramine
Resolutsioon on määratud antud keskkonnas olevate fotosaitide arvuga. Resolutsiooni määramiseks on kaks võimalust – sensori mõõtmed pikslites või pikslite koguarv . Nt võib sama kaamera resolutsioon olla väljendatud kui 1200x800 pikslit või 960- tuhat pikslit.
8.Digitaalse kujutise loomine. (Valguskiirtest kujutiseni)

• Katiku avanedes kogub digitaalne kaamera kujutise sensorile valgust. Kui lääts fokusseerib mingi fragmenti, siis osad fotosaidid salvestavat erinevat heledust
  
• Iga koht konverteerib sinna langeva valguse elektriliseks laenguks. Mida heledam valgus, seda suurem laeng. Kui katik sulgub ning säritus on lõpetatud , siis sensor jätab salvestatud mustri meelde. Erinevad laengute tasandid konverteeritakse seejärel digitaalseteks numbriteks, mida saab kasutada digitaalse kujutise loomisel
  

Foto tegemisel püütakse kujutise sensorile iga piksel kinni üksiku fotosalvesti kaudu.
a)Arvuti jagab ekraani või prinditud lehe pikslite ruudustikuks, sarnaselt kujutise sensoriga. b)Seejärel kasutab väärtusi, mis on salvestatud digitaalsesse pilti, et määrata kindlaks iga üksiku piksli heledust ja värvi.
Mida tugevam signaal ühele pikslile vastava dioodi kohta saadakse, seda suurem on
selle dioodi pinnale avaldunud valguse rõhk ehk seda heledam on selle dioodi pinnale langenud valgus.
9.Digitaalse kujutise värvid.
Mustvalge (pankromaatiline hallskaala), naturaalsed värvid (RGB), värviline infrapuna (valevärv, CIR)
Kui 8 bitist värvi kasutatakse iga RGB värvi jaoks saadakse kolme kanali kombineerimisel 24bit värv.
CMYK- cyan magenta yellow, K extra black)lahutatavad värvid

• RGB- Ekraanil on iga piksel moodustatud kolmesest punktigrupist: punasest , rohelisest ja sinisest.
  
• Värvilised fotograafilised kujutised põhinevad harilikult kolmele peamisele värvile – punasele, rohelisele ja sinisele (RGB). Seda kutsutakse täiendavate värvide süsteemiks, sest kui need kolm värvi on kombineeritud võrdselt moodustavad nad valge (joonis). Seda kombinatsiooni kasutatakse iga kord, kui valgusest soovitakse saada värvi, ükskõik kas ekraanil või inimese silmas. Esimene kommertsiaalselt edukas sellise süsteemi kasutus leiutati Lumerie’ vendade poolt 1903.aastal, mida tuntakse Autochrome’i protsessina. Nad värvisid tärklisekiud punaseks, roheliseks ja siniseks ning kasutasid värviliste kujundite loomiseks klaastaldrikutel.
  

10.Traditsioonilised aerofoto tüübid (elektromagnetiline spekter). Tüüpilised aerofotod on saadaval kas:

• Must-valge ( 400-700 nanomeetrid ; pankromaatiline, hallskaala)
  
• Naturaalsed värvid (punane, sinine ja roheline)
  
• Värviline infrapuna (valevärv (punane = CIR peegeldus )
  

11.Pildi formaadid , nende sarnasus ja erinevus, kasutuse võimalused.
mida digikaamerad kasutavad on JPG, TIF ja RAW.

JPG-failid on 8-bitised ja mahult kõige väiksemad.

TIF-failid on samuti 8-bitised, kuid mahult keskmiselt 8 korda suuremad kui JPG.

RAW-failid (16bit, mahult jpg ja tif vahel, kujutis tuleb aparaadist suhteliselt töötlemata kujul,iga piksli puhul võimalik 4096 tooni mitte 256,värviruum avaram kui JPG/tif, põhiliselt kasutatakse fototöötluses)
Jpg- (tähistatakse vahel ka JPEG ) on enamlevinud failiformaat piltide salvestamisel digikaamera mälukaardile. Selle eeliseks on
a)suhteliselt väike failisuurus ja seetõttu küllalt kiire salvestusaeg.
b)suur ühilduvus: nendest failidest saavad aru nii digikaamerad, kõik pilditöötlusprogrammid, internetibrauserid ja seda loetelu saaks veelgi jätkata.
Pakib kadudega
TIF on väga suured, ja seepärast salvestab digikaamera neid väga aeglaselt.
TIFi plusspoolele kanda ühilduvus kõigi pilditöötlus- ja kujundusprogrammidega.
Hea kvaliteediga
RAW on väga suured, ja seepärast salvestab digikaamera neid väga aeglaselt.
TIFi plusspoolele kanda ühilduvus kõigi pilditöötlus- ja kujundusprogrammidega.
12.Kõrgusandmete kogumise võimalused (kirjeldada lühidalt vähemalt 4 erinevat võimalust).
1) topomõõdistusel – kaartidel anti kõrgus edasi kas punkti või isojoonena, väga täpne
2) fotogrammmeetriline – aerofotode abil saadakse koostada suure ala kohta üsna täpne mudel
3) laserskaneerimine (lidar) – ruumiandmed kogutakse kiiresti punktipilvena, täpseim meetod omalaadsete seas, saadakse ka taimestiku alt, päike ei mõjuta töö aega
4) töö digitaalses stereojaamas- fotogrammeetriline viis, kõrgusandmeid mudeli näol võib genereerida nii ühtlase vahega punktidena, või punktidena kõrguse muutumise kohal
13.Kõrgusmudelid – DEM, DTM ja DSM erinevused.
DEM- digital elevation model on kindlas mõõtkavas kõrguslik mudel, mis annab visuaalse võimaluse maastiku nähea. Ta on punktide kogum, kus igapunkti kohta on teada kolm koordinaati , ehk punkti plaaniline asukoht ja kõrgu. Mudeli moodustavad punktid võivad paikneda ühtlaste regulaarsete( grid ) või ebaregulaarsete reljeefi iseloomulikke punkte ühendava kolmnurkade võrguna(TIN) DTM (digital terrain model), DSM mis iseloomustab taimkatte ja ehitiste kõrgusi (Digital Surface Model)
14.Digitaalse kõrgusmudeli esitamise võimalused.
Neid esitatakse kas visualiseerides: reljeefi hajususena erinevatel värviskaaladel, kõrgusvõrgustikuna (TIN, GRID), isojoonte ehk kõrgusjoontena, venitatud pildina,
Neid võib esiatada 2 või 3 mõõtmelisena nig kas punktidena võrgustikus või kontuurkaardina
15.Millised kõrgusmudelite formaadid
Vektor TIN – kolmnurkadest koosnev, GRID – ühtlaste vahedega võrgustik, GRID kui rastermudel –mille iga piksel kujutab keskmist maapinna kõrgust, dokumentfail – ASCII fail mis koosneb punkti ID’st ja kolmest koordinaadist
16.Kõrgusmudeli loomine
Valitakse strateegia vastavalt pinna reljeefile (mägine, tasane ,veeala,linn jne). Hiljem saab kõrgusmudelit parandada, muutes kõrguspunktide asukohti, või viies need õigele kõrgusele.
17. 3D kujutise vaatlusvahendid
Peegelstereoskoop,3D prillid
18. Fotogramm-meetria tehnika Eestis ning tehtud tööde analüüs (vaata Maa-ameti kodu leht ja muu)
19. ORTOFOTO VALMISTAMISE PROTSESS PROGRAMMIS PHOTOMOD (DEMO VERSIOONI 5.0 JA KASUTUSJUHENDI PÕHJAL)
TOPOGRAAFILISTE KAARTIDE VALMISTAMINE
Põhikaart . Ja Baaskaart kõige tähtsamad kaardid.
Põhikaart
Baaskaart
Ortofoto
1: 10 000
1:50 000
Alus aerofoto
Alus - aerofoto
Alus- sat. pilt
TRIANGULATSIOON
Sisemine
Koordin süsteem; f kaamera parameetrid ; distorsiooni parameetrid
Suuremõõtkavaline topokaart
Väikemõõtkavaline
Välimine orienteerimine
Fotoblokk- markeerimine linnas
Digi versioon 1:10 000, paber 1:20 000.
Vastastikune orienteerimine
Piki ja põikikattumine
Vastutaja Maa-amet
Tasandus
Kõrgusmudeli loomine – peab tegema eel- regioonid (nende parandus) + TIN mudel  teeme ortofoto
Põhikaardil kujutatud, asustus, veekogud, teed ja el liinid , pinnamood maakasutus kohanimed, geodeetilise mõõdistus-võrgu punktid... jm.
Tootnud on Eesti Kaardikeskus, Regio, EoMap (pole enam).
Põhikaardilt saab määrata neljas koordinaatsüsteemis koordinaate: L-est 97, NSVL 1942, UTM ristkoordinaadid ; ...
2065 põhikaardil lehti.
Projektsioon Lamberti konformne kooniline, algus punkt x = 6375 km y= 500 km
Põhikaardi valmimise skeem: Projekt  aeropildistamine aerofototriangulatsioon, ortofotode valmistamine 1. stereokaardisatmine + välitöö 2. võrdlemine olemasolevate kaardimaterjalidega  kartograafia kontroll + reljeefi digimine  digikaart 1:10 000, Trükikaart 1:20 000.
20. Fotogramm-meetriaga tegelevad firmad Eestis
Eesti kaardikeskus; Maa-ameti fotogramm-meetria osakond (kaardistamine, toormine, haldamine , andmete uuendamine (3 a tagant). , TerraPro.
Mis asutus mille eest vastutab? Maa-amet kartograafia fotogramm-meetria alase tegevuse suunamine, korraldamine ja koordineerimine . Nt kui soovin teha fotogramm-meetrilisi töid, selleks tuleb küsida luba Maa-ametist
Mida teevad: ortofotod ja kõrgusmudelite koostamine ja uuendamine; digitaalsete aeropildistus materjalide ja ortofotode arhiveerimine; toodetud FGliste andmete metaandmebaasi pidamine; riigihangete läbiviimiseks vajalike fotogramm-meetriliste materjalide ettevalmistus.
Ortofotod GSD väga hea 16-24 cm.
21. Pildi orienteerimise elemendid (Fotogramm-meetria õpik)
Sisemine orienteerimiseks täpsustatakse esmalt kaamera andmed (joonis 4), millest võetakse parandid. Maatrikspiltide puhul valitakse kaamera tüüp, fookuskaugus , kalibreerimise aeg, fiktiivsed punktid, piksli suurus ja distorsioon.

• Fotogramm-meetria esimeseks ülesandeks iga foto orientatsiooni taastamine, mis tähendab, et peame defineerima nende kõikide piltide asukohad, mida kasutada soovime objekti koordinaatide süsteemis.
  
• Sisemised orienteermiselemendid on:
  
• fk – aerofotoaparaadi fookuskaugus; Δx ja Δy on peakiire e objektiivi optilise telje ja aerofoto tasapinna lõikepunkti koordinaadid aerofoto koordinaadistikus.
  
• Sisemise orienteerimise elemendid on määratud väga suure täpsusega (tavaliselt ±0,01mm).
  
• Objektiivi fookuskaugus on alati näha aerofoto servas ja Δx ja Δy suurused on antud aerofotoaparaadi passis.
  
• Praktiliste ülesannete lahendamisel võetakse Δx ja Δy väga tihti võrdseks nulliga, st kokkulangevaks aerofototsentriga. Kõnekeeles loetaksegi aerofoto telgede lõikepunkti aerofoto peapunktiks.
  
• Välimised orienteerimiselemendid.
  
• Need määravad kiirtekimbu asendi ruumis. Neid võib jagada kaheks:
  
• 1) joonelised Xs, Ys, Zs
  
• 2) nurgalised A, αx, κ (kapa), ω; α, κ (kapa), A
  
• Joonelised elemendid määravad projekteerimistsentri s asukoha ruumis. Täpsemalt võttes Xs ja Ys määravad nadiirpunkti aluse N asukoha ja Zs on projekteerimistsentri s kõrgus maapinnast.
  
• Kolm nurgalist elementi α, κ (kapa) ja A või siis neli A, αx, κ (kapa) ja ω kuuluvad nurgaliste suuruste hulka.
  
• α – optilise telje kaldenurk vertikaaljoone suhtes. Seda nurka võib esitada kahe projektsioonina αx e pikikaldenurk ja ω ehk põikikaldenurk.
  
• κ (kapa) on aerofotoaparaadi pöördenurk pildistamise momendil ja nurk A on asimuut ehk nurk tõelise meridiaani ja optilise peatelje projektsiooni vahel.
  
• Välised projekteerimiselemendid on määratud ligikaudselt aga võivad olla ka tundmatud. Kaasajal määratakse välise orienteerimise elemendid GPS-i ja teiste meetodite abil sidudes aerofoto geodeetilise alusvõrguga. Kuid ikkagi jääb määramine pealju ebatäpsemaks kui sisemise orienteerimise puhul. Sellega ei saa me taastada projekteeritavate kiirte kimpusid kõrge täpsusega.
  
• Praktikas orienteeritakse aerofotod mitte välise orienteerimise elementide järgi, vaid tugipunktide e orientiirpunktide abil.
  

22. koordinaatide süsteemid geodeesias ja fotogramm-meetrias (Fotogramm-meetria ja geodeesia loengu materjalid ja fotogramm-meetria õpik)
23. MEHITAMATA ÕHUSÕIDUKID.
KLASSIFITSEERIMINE

• EHITUSE JÄRGI: tuulelohe , õhupall, õhulaev, kopter, deltaplaan , lennuk
  
• LENNU ULATUSE JA KESTVUSE JÄRGI:
  
  • Väikese vastupidavusega õhusõidukid õhus püsida alla 5 tunni, tegevusraadius alla 100 km.
    
  • Keskmise vastupidavusega õhusõidukid õhus püsida 5-24 tundi ja lennu ulatus suurem kui 100 km.
    
  • Pika vastupidavusega 24 tundi kuni rohkem õhus püsida, tegevusraadius 1500 km.
    
• MAKSIMAALSE KÕRGUSE JÄRGI:
  
  • Madala lennukõrgusega kuni 1 km
    
  • Keskmise lennukõrgusega kuni 10 km
    
  • Kõrge lennukõrgus üle 10 km
    

Ilma mootorita sõidukid
Tuulelohed – sutton flowform 16 lohe; kerge üles seada, stabiilsust lisav saba.
360 kraadi panoraammudelid
Tehakse 2 pilti: maapinnalt taeva suunas; taevast kasutades tuulelohet; - kasutatakse „kala silma „objektiivi millel on 180 kraadi vaade. Pilt tuulelohelt on lõunapoolsem ja maapinnalt põhjapoolsem.
Panoraammudeli moodustamine I tehakse kaks pilti õhust ja maapinnalt; II ringikujuliste piltide lahti keeramine PTMac programmiga.; III Lõpuks tuuakse need 2 pilti kokku. Pilt taevast venitatakse vertikaalseks et maaosa oleks peidetav maapinna pildi taha.
Õhupallid : Krundid, müügiobjektid, ummikud.
Mootoritega õhusõidukid:
KLASSIFITSEERITAKSE:

• LENNUKI MOOTORITÜÜBI JÄRGI:
  
  • kolbmootorid
    
  • elektrimootorid
    
  • GAASITURBIINMOOTORID (TÄNAPÄEVAL POPULAARSEM)
    
• JUHTIMISE JÄRGI:
  
  • Manuaalne – inimpiloodi abil
    
  • Poolautomaatne – autopiloot aitab kontrollida lennukit ja inimene otsustab kuhu suunda lennata
    
  • Täisautomaatne – kogu info (kiirendusanduritest, magneetomeetrst, infrapuna vastuvõtjatest) on salvestatud ja seda enam muuta ei saa enne kui lend on lõppenud, kasutatakse ka GPS asukoha tuvastamiseks.
    

Võrdluses on täisautomaatne väga hästi kõik välja tulnud vastupidiselt manuaalsele.
Mehitamata õhusõidukite eelised:

• Kasutatakse kõrge riskiga olukordades ja raskesti ligipääsetavates kohtades, ohustamata inimeste elu.
  
• Andmete kogumise suur ajalisus ja ruumilisus
  
• Autonoomsed ja stabiliseeritud
  
• Odavus
  
• Kasulikkus
  
• Ei vaja õhkutõusuks lennurada.
  

Mehitamata õhusõidukid Eestis
Helicam
Kaugjuhitav, juhitakse kahekesi, väike vibratsioon , tuulekindel, puudub minimaalne kõrguse piirang.
Vähem kasutakse UAV Swan õhku lastakse katapultiga, maandub langevarju abil; kõrgus 100-3000m .
NATO - Global Hawk , 45 milj €; kiirus 575km/h; lennukaugus 16113km; lennulagi 18288, pikkus 14,5 m; kõrgus 4,7m.
Maapealne baasjaam : võib olla hoone sees ja väljas.
Mehitamata õhusõidukid Eestis (asustused)
Coptercam - mehitamata lennutehnika arenduse ja valmistamisega; müüvad helikopter autopiloote Ace One, Ace Waypoint ja Wookong; min piirangud, võimalik kinnitada foto- video-termokaamera.