Digitaalinen ilmakuvaus lunasti lupauksensa
Kirjoittaja: Risto Ilves
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 4/2009)
Yhdellä digitaalisella kameralla pystytään tekemään Maanmittauslaitoksen koko vuoden ilmakuvatuotanto, kun aiemmin käytössä oli kaksi kuvauskalustoa. Määrän lisäksi myös laatu on parantunut.
Maanmittauslaitos teki ensimmäiset kuvaukset uudella digitaalisella ilmakuvakameralla elokuussa 2008. Varsinainen kuvatuotanto alkoi kesällä 2009, jolloin noin 90 prosenttia kuvattavissa alueista kuvattiin digitaalisella kameralla ja loput filmikameralla. Vuonna 2010 on tarkoitus siirtyä kokonaan digitaaliseen ilmakuvaukseen, ja filmikamerat pääsevät hyvin ansaitulle eläkkeelle.
Digitaalisten ilmakuvakameroiden kehittymistä on seurattu Maanmittauslaitoksessa pitkään. Tärkeimmät kamerat testattiin vuosina 2004–2005 yhteistyössä Geodeettisen laitoksen kanssa. Saatujen kokemusten perusteella hankintaa päätettiin siirtää, kunnes laitteistot ja ohjelmistot olisivat kehittyneet halutulle tasolle (testituloksista tarkemmin www.maankaytto.fi/arkisto/mk306/mk306_946_ilves.pdf).
Vuoden 2007 lopulla järjestelmät olivat kehittyneet toivotulla tavalla. Tarjouspyyntöön saatiin kolme vaatimukset täyttävää tarjousta: Leica ADS40, Vexcel UltraCamX ja Intergraph DMC. Voittajaksi selvisi Intergraphin DMC kamera, jonka toimitti Brock & Michelsen Tanskasta. Hintavertailussa huomioitiin hankintahinnan lisäksi huoltosopimus, sillä ylläpitohinnoilla on suuri merkitys todellisiin käyttökustannuksiin.
Uusi tekniikka toi uusia työvaiheita
Koska uusi kuvausjärjestelmä tuli osaksi jo toiminnassa olevaa tuotantojärjestelmää, käyttöönotossa piti huolehtia tiedon sujuva siirtyminen järjestelmästä toiseen. Filmikamera oli ollut viimeinen analoginen osa Maanmittauslaitoksen kuvatuotantoprosessissa. Filmit oli skannattu, minkä jälkeen kaikki työvaiheet ilmakolmioinnista stereokartoitukseen oli tehty digitaalisilla kuvilla. Vaikka ainoastaan kuvia tuottava sensori muuttui digitaaliseksi, koko tuotantoprosessi muuttui.
Kokonaan uutena työvaiheena on tullut digitaalisten kuvien prosessointi, jossa lopullinen kuva lasketaan kahdeksan kameran muodostamista osakuvista. Kaikista kuvauksista tallennetaan tietoa neljällä värikanavalla, joten niistä voidaan aina tuottaa mustavalko-, väri- ja väärävärikuvat.
Prosessoinnissa säädetään myös kuvan sävyt, jotta ne soveltuvat stereokartoitukseen mahdollisimman hyvin. Alkuperäisessä aineistossa värisävyt ovat 12 bitillä, stereotyössä käytetään 8 bitin kuvia. Suuremmasta sävyjen määrästä on hyötyä automaattisessa kuvamittauksessa, mutta mitään merkittävää hyötyä siitä ei havaittu stereotyöskentelyssä. Siksi ilmakolmiointi ja siihen liittyvä automaattinen pistemittaus tehdään pankromaattisilla (ts. mustavalkoisilla) 12 bitin kuvilla, mutta stereotyössä käytetään 8 bitin 4-kanavakuvia.
Automaattisessa pistemittauksessa käytetään pankromaattisia kuvia, koska värikuvien muodostamisessa käytettävä pansharpening-tekniikka aiheuttaa joitakin värivirheitä kirkkaiden kohteiden reunoille. Tämä ei haittaa interaktiivista työskentelyä mutta huonontaa hieman automaattisen mittauksen tarkkuutta.
Stereotyöskentelyssä käytettävän Espa-työaseman ohjelmistoa kehitettiin siten, että 4-kanavakuvien käyttö on helppoa. Operaattori voi vaihtaa väri- ja väärävärikuvan välillä kesken työskentelyn tai katsoa yksittäistä värikanavaa harmaasävykuvana. Tämä antaa lisämahdollisuuksia kuvatulkintaan, sillä kohteet erottuvat hieman eri tavoin eri värikanavilla.
Lopuksi kuvista lasketaan väri- ja vääräväriortokuvat, jotka ladataan ortokuvatietopalveluun sisäistä käyttöä varten. Kuvat ovat laskemista seuraavana päivänä käytössä JAKO-sovelluksien taustakuvina. Ulkoisiin palveluihin (Kansalaisen ja Ammattilaisen Karttapaikka, KTJ-selaintietopalvelu, Rasterirajapinta) kuvat tulevat näkyviin ensi vuoden alun ohjelmistopäivitysten myötä.
Ohjelmistotestaus käyttäjän vastuulla
Kokonaisuutena käyttöönotto on sujunut erittäin hyvin. Operoijat ovat oppineet hyvin käyttämään uusia ohjelmia ja laitteita, ja kuvatuotanto on sujunut erittäin nopeasti.
Laitteisto toimi hyvin koko kuvauskauden. Toimivuudesta kertoo paljon se, että järjestelmä piti uudelleen käynnistää ainoastaan kerran koko kauden aikana. Saadussa datassa ei ole ollut lopputuotteiden kannalta merkittäviä teknisiä ongelmia, vaan aineisto on vastannut laadullisesti ennakko-odotuksia.
Sen sijaan ohjelmistoissa on havaittu useita puutteita, joita toimittaja on joutunut korjailemaan. Ikävä totuus tuntuu olevan, että ohjelmistojen tekijät julkaisevat huonosti testattuja ohjelmistoja, joten loppukäyttäjät joutuvat tekemään liian paljon testaustyötä ja raportointia ohjelmistotuottajille.
Kuvatuotanto on uudella tekniikalla selvästi nopeampaa kuin filmikameralla toimiessa, sillä prosessointitehoa saa lisättyä helposti ja kohtuulliseen hintaan hankkimalla lisää työasemia tai ohjelmistolisenssejä. Filmilaboratorion tai skannauksen kapasiteetin kasvattaminen oli huomattavasti kalliimpaa.
Parempi kuvanlaatu mahdollistaa lentokorkeuden nostamisen
Digitaalikameran ansiosta kaikista kuvauksista saadaan aina sekä väri- että väärävärikuva. Myös kuvanlaatu on parempi, koska filmin rakeisuudesta johtuva kohina on poistunut. Tieteellisten julkaisujen mukaan digikuva on noin 1,5?–?2 kertaa parempi filmikuvaan verrattuna. Tämä hyöty on otettu irti kuvauskorkeutta nostamalla.
Aiemmin pääosa kuvauksista tehtiin noin kolmen kilometrin korkeudesta mittakaavaan 1:20 000. Digitaalisissa kuvauksissa yleisin lentokorkeus on viisi kilometriä, joka vastaa 50 cm:n maastoresoluutiosta. Yksi kuva kattaa siis entistä laajemman alueen.
Laadunvalvonta on myös lähempänä itse kuvausta. Kameranhoitaja voi jo lennon aikana katsoa, onko kuvien valotus kunnossa tai onko kuvissa jotain muita ongelmia, jotka vaativat uusintaa. Uusintakuvaus voidaan tehdä jopa saman lennon aikana eli enää ei tarvitse odottaa tuloksia filminkehityksestä.
Lisäksi digitaalisten kameroiden radiometrinen herkkyys on selvästi filmikameraa parempi, jolloin kuvauksia voidaan suorittaa huonommissa valaistusolosuhteissa. Kuvaukset voidaan siis aloittaa aikaisemmin aamulla ja illalla voidaan jatkaa pitempään. Tosin pitkät varjot hidastavat kuvatulkintaa, joten alempaa auringonkulmaa on tarkoitus käyttää ainoastaan poikkeustilanteissa.
Haasteena toimintavarmuus
Yhdellä kameralla toiminen asettaa omat haasteensa erityisesti kuvausalueiden suunnitteluun. Lisäksi ylläpidon tärkeys korostuu: jos laitteistoon tulee käytön estäviä ongelmia, niin ne pitää pystyä korjaamaan mahdollisimman nopeasti.
Vaihtoehtoisia toimintamalleja pitää kehittää. Maanmittauslaitos onkin aloittanut yhteistyöhankeen Ruotsin Lantmäterietin kanssa, jolla on vastaava kamerakalusto käytössään. Tekeillä on maiden välinen ”avunantosopimus”.
Värien mukaan tulo asettaa myös omat haasteensa kuvatuotannolle. Sävyjen tasalaatuisuuteen pitää kiinnittää entistä enemmän huomiota, jotta kuvat olisivat mahdollisimman monikäyttöisiä. Ideaalitilanteessa sama kohde näyttää samalta – jos sen värisävy ei ole muuttunut – kuvausajasta riippumatta. Nykyisin huomattavia sävyeroja on jopa peräkkäisillä kuvilla (johtuen esimekiksi myötä/vastavaloilmiöstä), puhumattakaan eriaikaisista kuvauksista. Odotettavissa on, että näihin ongelmiin saadaan ratkaisuja lähivuosina.
Ylläpito on haasteellista, koska tekniikka vanhenee nopeasti. Laitteita ja ohjelmistoja joudutaan usein päivittämään myös ulkoisista syistä, vaikka itse laite tai ohjelma toimisi hyvin. Jos esimerkiksi käyttöjärjestelmä muuttuu, ohjelmisto voi lakata toimimasta.
Myös kuvien arkistointi asettaa omat haasteensa. Aiemmin virallisena arkistona on toiminut filmi. Nyt digitaalisille kuville pitää järjestää pysyväisarkisto, josta kuvat ovat saatavissa vielä sadan vuoden päästä.
Yhteenvetona voisi sanoa, että käyttöönotto on sujunut erittäin hyvin ja tulevaisuuden odotukset ovat positiivisia. Tuotanto ja tuotteet kehittyvät eteenpäin, joten odotettavissa on entistä parempia tuotteita. Suurimpana haasteena tulee olemaan tuotantovarmuus, kun toimitaan yhdellä kamerajärjestelmällä.
Kirjoittaja on DI ja työskentelee Maanmittauslaitoksen Ilmakuvakeskuksessa kehittämistehtävissä. Kehittämishankkeet ovat lähinnä liittyneet digitaalifotogrammetriaan ja laserkeilaukseen.
Sähköposti: risto.ilves [at] maamittauslaitos.fi
2.6.2010 08:17