Harmaasta maailmasta värikäs (GeoSLAMin matkassa osa 3)

Kuva 1. a) Intensiteetillä värjätty pistepilvi, b) osittain värjätty pistepilvi sekä c) laskennallisilla varjoilla värjätty pistepilvi.

Intensiteetti kuvaa materiaalin heijastuskykyä. Vaaleista pinnoista heijastuu paljon laserkeilaimen säteitä ja ne näkyvät vaaleina intensiteettiarvoina. Tummista kohteista heijastuvuus on heikompi ja intensiteettiarvo on myös tummempi. Tällä tavalla värjätty pistepilvi saadaan ZEB HORIZON -laserkeilaimella. Videon avulla värjätty pistepilvi yhdistää videon väriarvot pistepilveen. Tässä apuna käytetään laserkeilaimen keräämää tietoa kameran sijainnista ja videon kuvausajasta. Tämä onnistuu kaikilla GeoSLAM:in laserkeilaimilla, kun niihin on liitetty ZEB CAM -kamera. Lisäksi GeoSLAM tarjoaa laskennallisilla varjoilla värjätyn pistepilven. Tässä värit muodostuvat laserkeilaimen sijainnin ja kohteen havainnointi kulman perusteella.

ZEB CAM tarjoaa mahdollisuuden värjätä GeoSLAM-laserkeilaimen pistepilviä todellisilla väreillä. Tänään selvitämme miten sinun tulee kerätä aineistosi, jotta saat mahdollisimman hyvän pistepilven värjäyksen aikaiseksi. Värjätyn pistepilven kerääminen eroaa tavallisesta GeoSLAM-laserkeilaamisesta, koska kamera ei havainnoi yhtä suurta aluetta kuin laserkeilain (kuva 2). Tästä syystä värjäyksen lopputulos on osittainen.

Kuva 2. Ylhäältä päin kuvattuna laserkeilaimen havainnointialue (sinisellä) ja kameran havainnointialue (keltaisella). Laserkeilain havainnoi ympäristöään 270 asteen kulmassa, kun kameran kulma on vain 120 astetta. Kulmat eroavat myös pystysuunnassa laserkeilaimen 360 asteen kulmasta kameran 95 asteeseen.

Kuva 2. Ylhäältä päin kuvattuna laserkeilaimen havainnointialue (sinisellä) ja kameran havainnointialue (keltaisella). Laserkeilain havainnoi ympäristöään 270 asteen kulmassa, kun kameran kulma on vain 120 astetta. Kulmat eroavat myös pystysuunnassa laserkeilaimen 360 asteen kulmasta kameran 95 asteeseen

Miten saan parhaimman osittaisen värjäyksen GeoSLAM pistepilvelleni?

Kameran ja laserkeilaimen havainnointikulmien eron vuoksi täytyy värillisen pistepilven tuottaminen huomioida jo aineiston keruussa. Ensimmäiseksi kannattaa tarkistaa, että ZEB CAM on kytketty johdolla laserkeilaimeen. Johdon puuttuessa saadaan video kuvattua, mutta kameran sijainti jää saamatta. Tämän seurauksena videolla ei voida automaattisesti värjätä pistepilveä, koska kuvauspaikkoja ei pystytä yhdistämään pistepilveen. ZEB REVO RT -laserkeilainta käyttäessä näet yhdistetyn laitteen näytön oikeassa yläkulmassa oranssin kamerasymbolin, kun kamera on kytketty oikein. 

Värjätyn aineiston kerääminen on paras aloittaa tarkastelemalla kohdetta ja sen rakennetta värien ja arkkitehtuurin osalta. Kun olet kartoittanut kohteen voit suunnitella reitin, jonka aikana pystyt keräämään aineistot kaikista tarkastelun aikana listatuista erityisen tärkeistä kohteista. Tärkeiden kohteiden sijainnit voivat vaikuttaa, miten haluat suunnitella mittausreitin tai kohteen väriarvojen tallentamisen. Käydään seuraavaksi läpi värjätyn aineiston keruun huomiot ja mahdolliset toimet tärkeiden kohteiden havainnoinnista.

Aineiston keräämistavalla on merkitystä

Aineiston kerääminen kannattaa suorittaa hitaasti kävelemällä ja ajatella videon kuvaamista samalla tavalla kuin ottaisi valokuvia kohteesta. Tästä syystä kannattaa kamera pitää mahdollisimman vakaana eli vältellä nopeita liikkeitä, jotta kuva pysyy terävänä. Parhaimman värjäyksen varmistamiseksi kannattaa pysähtyä minuutin välein noin viideksi sekunniksi. Tällöin saat varmemmin vakaan ja kattavan kuva-aineiston. Lisäksi tärkeiden kohtien kohdalla voi pysähtyä ja osoittaa kameralla kohdetta kohden. Tällöin saadaan tärkeistä kohdista tarpeeksi kuvamateriaalia sen värjäämiseksi. 

Huomioi myös siirtymiset pysähdyksien jälkeen, jotta saat kattavan aineiston myös jatkettuasi matkaa. Tämä onnistuu vaikka kääntymällä hitaasti ympäri. Näin ollen voidaan tarkemmin kuvatut kohteet sitoa myös värjätyllä aineistolla muuhun aineistoon. Tämä toimii myös tilasta toiseen siirtyessä. Tällöin on parasta pysähtyä oviaukkoon ja osoittaa laserkeilaimelle pyörähtämällä molemmat tilat. Älä kuitenkaan liikuta kameraa liian nopeasti, jotta värjäys onnistuu. 

Mittauksen aikana täytyy kameran lisäksi huomioida SLAM-paikannus, jotta kuvat saadaan paikannettua varmasti oikeisiin kohtiin. Tämä onnistuu muodostamalla lenkkejä mittausreitille, jolloin kävelet samasta kohdasta toisen kerran. Näin ollen SLAM-paikannus voi tarkentaa tulosta, havaittuaan samat piirteet uudelleen. Lenkkien tekeminen on erityisen tärkeää esimerkiksi kapeilla käytävillä. Näiden värjäämisessä on parasta luoda lenkkejä käytävän sisällä ja kuvata tasapuolisesti molemmat käytävän reunat.

On myös tärkeää huomioida kohteen valaistus samoin kuin valokuvatessa. Oikealla valaistuksella varmistat hyvän värjäyksen lopputuloksen. Ulkona mitatessa hyvä valaistus saadaan tasaisen pilvisenä päivänä kuvatessa. Tällöin pilviverho hajottaa auringon valon suuremmalle alueelle ja kohde saa tasaisen valotuksen. Mikäli kuvaat kirkkaana päivänä, muodostuu suuria valotuseroja kuten varjoja ja kirkkaita valo kohtia. Näistä voi syntyä kohinaa lopulliseen pistepilveen.

Miltä kameralla värjätty pistepilvi näyttää?

Kävimme keräämässä osittain värjätyn aineiston korttelin julkisivusta joulukuun alun ainoana sateettomana päivänä. Mittaajan mieliksi päivä oli kirkas, mutta se näkyy myös tuloksissa. Kokeilimme siellä kahta erilaista aineiston keräystapaa (kuva 3). Molemmissa tavoissa kokeilimme millainen värjäys saadaan, mikäli kävelimme hitaasti lyhyillä pysähdyksillä. Ensimmäisessä tavassa kiertelimme julkisivun edessä muodostamalla useita pienempiä suljettuja kierroksia. Kierrosten aikana osoitimme kameralla koko ajan julkisivua sekä kohtisuorasti että hieman vinosti. Toisella tavalla kerätessä muodostimme vain yhden suljetun lenkin. Osoitimme kameralla myös koko ajan julkisivua, mutta kauempana ollessa pyrimme saamaan videota myös rakennuksen yläosista.

Kuva 3. Värjätty julkisivu ja sen edustalla tehty mittauspolku. Nuolet osoittavat kameran suuntauksen aineiston keruun aikana

Menetelmien välillä voidaan havaita pieniä eroja osittaisen värjäyksen osalta. Lopputulos on parempi, kun tehdään lenkkejä mittauksen aikana. Nämä lenkit mahdollistavat kuvien paremman sovituksen ja lisäävät samalla kuvamateriaalin määrää. Näin ollen julkisivun värien muutokset ovat selkeitä pistepilvessä. Kuvausajankohdan kirkas päivä näkyy pistepilvessä kohinana esim. seinässä on oikealla vaaleankeltainen kohta auringon vuoksi ja sinisiä pisteitä ikkunoiden heijastusten vuoksi. Näistä huolimatta aineistosta voi erottaa eri värit julkisivussa sekä niiden vaihtumiskohdat. 

Olemme kokeilleet osittaista värjäystä myös Temppeliaukion kirkossa. Siellä sopivassa valaistuksessa ja oikealla mittausreitillä saatiin onnistuneita osittaisia pistepilven värjäyksiä (kuva 4). Osittaisella pistepilven värjäyksellä voidaan tunnistaa kohteita, joiden tunnistaminen ei onnistuisi ilman värejä. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi Temppeliaukion kirkossa kallioseinän rakenne, josta voidaan tunnistaa erilaisia kivikoostumuksia. Pistepilven värjäyksen osittaisuus voidaan havaita, kun lähestytään kattoa. Mitä korkeammalle seinässä edetään sitä vähemmän pistepilvessä on väriarvoja. Tämä johtuu siitä, että emme kuvanneet seinien yläosia aineiston keruun aikana. Vaikka aineistossa ei ole värejä näillä alueilla, on sitä mahdollista tarkastella värittömänä pistepilvenä.

Kuva 4. Osittain värjätty pala Temppeliaukion kirkon seinästä. Seinästä voi tunnistaa kallion värien vaihdokset kuten sen, että vasemmassa laidassa kallio oli tummanharmaa ja muualla punertava.

Miten värjään aineiston kokonaan?

Aina intensiteettiarvot tai osittainen värjäys ei riitä. Jos haluat koko GeoSLAMillä kerätyn pistepilven värjätyksi, ratkaisusi on laajentaa ZEB HORIZON -laitteesi ZEB Discovery -laitteeseen.  Tällöin HORIZON yhdistetään 360 asteen kameran kanssa yhdeksi kokonaisuudeksi, jota voi kantaa selässä (Kuva 5). Tällä yhdistelmällä saadaan värjätty pistepilvi kattamaan suuremman osan pistepilvestä.

Kuva 5. ZEB Discovery yhdistää 360 asteen kameran ZEB HORIZONin pistepilveen.

ZEB Discoveryllä mitatessa kameran ja laserkeilaimen välillä ei ole havainnointikulmaeroa. Tästä syystä tavallisen GeoSLAM mittauksen mukaiset suljetut kierrokset riittävät kattavan aineiston saamiseksi. Mittauksen aikana on kuitenkin suositeltavaa edetä kävelynopeutta hitaampaa nopeutta ja välttämään äkillisiä käännöksiä. Kuten muihinkin GeoSLAM laserkeilaimiin, vaikuttaa valaistus myös ZEB Discoveryn  värjättyyn pistepilveen. Vältä siis suuria valaistuseroja. 

Jotta saat ZEB-CAM pistepilvesi harmaista värillisiksi, sinun tulee huomioida se jo aineistoa kerätessäsi. Aineiston keruun yhteydessä on tärkeää valita ajankohta, jolloin valaistus on mahdollisimman tasainen. Lisäksi mittauksen aikana täytyy huomioida kameran kuvauskulma ja edetä hitaasti välillä pysähdellen, jotta saadaan tarkkoja valokuvia kaikista tärkeistä kohteista. Tee myös mahdollisimman monta suljettua lenkkiä mittauksen aikana, jotta takaat kattavan videoaineiston sekä tarkan kuvien paikannuksen. Näiden toteutuessa saadaan hyvin värjättyjä GeoSLAM pistepilviä.