GeoSLAM, Laserkeilaus
Mikä erottaa laserkeilaimen syvyyskamerasta?
Ympäristöämme voidaan mallintaa kolmiulotteisesti useilla eri menetelmillä esimerkiksi laserkeilaimilla ja syvyyskameroilla. Nämä laitteet tuottavat pistepilviä, jotka muodostuvat useista pistemäisistä havainnoista, eli pisteistä, kolmiulotteisessa avaruudessa. Näitä pisteitä voi olla miljoonia, jolloin ne muodostavat yhdessä 3D-muotoja. Vaikka lopputuloksien pistepilvet soveltuvat moniin tarkoituksiin, vaikuttaa sen tuottamiseen käytetty laite sen käyttötarkoitukseen. Tarkastellaan seuraavaksi yhden laserkeilaimen ja yhden syvyyskameran toimintaa. Laserkeilaimena on GeoSLAM ZEB-REVO RT ja syvyyskamerana Matterport Pro2 3D-kamera.
Laserkeilaimet kuten ZEB-REVO RT tuottavat pistepilviä laservalon avulla. Ne lähettävät laservaloa tietyllä aallonpituudella, joka kohteeseen osuessaan heijastuu takaisin. Tästä yksinkertaistettu piirros kuvassa 1. Laserkeilain havaitsee takaisin heijastuneen laservalon ja muodostaa 3D-etäisyyshavainnon eli pisteen. Tämän pisteen sijainnin laserkeilain voi laskea esimerkiksi laservalon etenemiseen kuluneen ajan ja sen lähtösuunnan pohjalta. Näistä heijastumista muodostuvista pisteistä muodostuu lopulta pistepilvi.
Kuva 1. ZEB-REVO RT lähettää ja vastaanottaa laservaloa, jota kuvassa punaiset kaksipäiset nuolet esittävät. Samalla itse laite pyörii vihreän nuolen mukaiseen suuntaan.
Kattavimman laserkeilauspistepilven saa, kun kerää havaintoja kohteesta useista suunnista. Tällöin ei yksikään nurkka jää mallintamatta. Tämä on tehty tehokkaaksi ZEB-REVO RT laserkeilaimessa, koska sen kanssa voi kävellä ympäri kohdetta mittauksen aikana. Tästä syystä sillä aineiston kerääminen on huomattavasti nopeampaa kuin muilla 3D-mallinnusmenetelmillä. Laserkeilattuun pistepilveä voidaan vapaasti muokata jälkilaskennassa esimerkiksi värjäämällä aineisto osittaisesti havainnointihetken kuvilla tai vain harmaasävyillä.
Miten Matterport Pro 2 3D-kamera eroaa tästä? Matterport lähettää myös valoa tarkemmin sanottuna infrapuna-aallonpituudella, joka muodostaa kohteen pinnalle tunnetun muotoisen kuvion. Tätä ei paljaalla silmällä erota, mutta laitteen kamera ja tarkoitukseen suunniteltu sensori havaitsevat sen. Kohteeseen osuessaan valokuvio mukautuu kohteen pinnan mukaisesti, joten laite kykenee kuvion havaintojen pohjalta muodostamaan pistehavintoja. Nämä pistehavainnot muodostavat lopulta pistepilven. Kuvassa 2 on yksinkertaistettu piirros kohteeseen heijastetusta kuviosta.
Kuva 2. Punaiset katkoviivat kuvastavat lähetettyä valokuviota, jota Matterport Pro 2 3D-kamera havainnoi sensorilla ja kameralla (oranssit katkoviivat).
Matterport Pro 2 3D-kameralla saa kattavan pistepilven helposti siirtämällä laitetta aina muutaman metrin päähän edellisestä kuvauspaikasta. Tämä on helppoa, koska laitetta ohjataan tabletilta ja samalla voidaan tarkastella aineiston kattavuutta. Laite tuottaa myös tehokkaasti värillisen mallin kohteesta Matterportin pilvipalveluun, josta mallin voi ladata muutamassa formaatissa pientä kustannusta vastaan omalle koneelle.
Fyysisen toimintaperiaatteen lisäksi tärkein ero näiden laitteiden välillä on niiden soveltuvuus eri käyttötarkoituksiin. ZEB-REVO RT:llä voidaan kerätä minuuteissa kattavaa aineistoa sekä sisätiloista, maan alta että ulkoa. Matterport ei tästä jää kauas, koska sillä voidaan kerätä aineistoa sekä sisätiloissa että maan alla. Ulkona aineiston kerääminen Matterportilla on hankalaa, koska lähetetty valokuvio on auringon valon kanssa samalla aallonpituudella. Ulkona mittaaminen on kuitenkin mahdollista auringonlaskun jälkeen. Mittauksen nopeuteen vaikuttaa myös laitteen mittausetäisyys, koska lyhyellä mittausetäisyydellä (alle 10 m) täytyy kerätä aineistoa useammasta paikasta, jotta saadaan tarpeeksi havaintoja. Käyttötarkoituksen mukaan on myös tärkeää valita laite, jonka mittausmenetelmällä saavutetaan toivottu lopputuloksen tarkkuus. Seuraavassa taulukossa 1 ovat molempien laitteiden tarkkuudet, aallonpituudet ja mittausetäisyydet, jotka määrittävät edellä mainituilla tavoilla laitteiden soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin.
Taulukko 1. Laitteiden ominaisuudet.
Tarkastellaan menetelmien eroja samasta kohteesta kerätyn aineiston avulla. Kävimme keräämässä aineistoa Temppeliaukion kirkosta molemmilla laitteilla. Taulukossa 2 näkyy, kuinka nämä menetelmät eroavat toisistaan käytössä. ZEB-REVO RT on huomattavasti nopeampi menetelmä aineiston keruussa, koska laitteen kanssa voi kävellä samalla kun se laserkeilaa. Pistepilven koko on myös isompi ZEB-REVO RT:llä, mutta pistepilven koko vaihtelee aina kohteen mukaan. Lisäksi Matterportin automaattinen pilvilaskenta poistaa Matterportin pistepilvestä kohinan, mutta laserkeilaimen pistepilvessä kohinaa ei ole poistettu.
Valmiin pistepilven saaminen eroaa laitteiden välillä, koska Matterport toteuttaa pistepilven automaattisesti ja laserkeilain vaatii käyttäjän apua. Matterportin kohdalla käyttäjä lataa aineiston tabletilta Matterportin pilvipalveluun ja palvelu aloittaa automaattisen prosessoinnin. Kun prosessointi on valmis, lähettää palvelu siitä tiedon sähköpostilla käyttäjälle. Viimeisenä vaiheena käyttäjän tulee kirjautua pilvipalveluun ja ladata MatterPak-tiedosto, joka sisältää pistepilven värillisenä xyz-formaatissa.
ZEB-REVO RT:n valmiin pistepilven saaminen eroaa Matterportin automatisoidusta pistepilven prosessoinnista. Prosessointi alkaa, kun käyttäjä lataa laserkeilaimesta kerätyn aineiston tietokoneelle. Tämä ladattu aineisto avataan GeoSLAM Hub -ohjelmistossa, jossa käyttäjä voi halutessaan vaikuttaa pistepilven prosessointiasetuksiin. Tämä ei kuitenkaan ole pakollista, koska ohjelmiston olettamat asetukset toimivat hyvin erilaisilla aineistoilla. Kun asetukset on valittu, aloittaa ohjelmisto pistepilven automaattisen prosessoinnin. Valmiin prosessoinnin jälkeen, käyttäjä voi tarkastella pistepilveä ohjelmistossa ja tallentaa sen valitsemassaan formaatissa. Lopullisen pistepilven tuottaminen riippuu aina kohteesta, mutta normaalisti prosessoinnissa kuluu yhtä kauan kuin aineiston keruussa. Tällä kertaa kuitenkin teimme muutamia siistimisiä pistepilvelle kuten ikkunoiden heijastumien ja aloituksesta syntyvien mittaaja havaintojen poiston.
Taulukko 2 Menetelmien erot mittaustilanteessa.
Kuvaparissa 3 on kuvat molempien menetelmien pistepilvistä. Kuten näistä pistepilvistä havaitaan, eivät menetelmät eroa paljoakaan lopputulokseltaan. Suurin ero on se, että ZEB-REVO RT:n pistepilvi ei ole väritetty mittaushetken väreillä vaan laitteen luomilla harmaasävyillä.
Kuva 3. Temppeliaukion kirkon alttari pistepilvinä sekä Matterport Pro 2 3D-kameralla että ZEB-REVO RT laserkeilaimella.
Eroavista menetelmistään huolimatta molemmille laitteille löytyy käyttötilanteensa. Matterport on tehty käyttäjäystävälliseksi helpon käyttöliittymän ja automaattisen värjätyn pistepilven prosessoinnin avulla. Se on parhaimmillaan sisätilojen visualisoinnissa ja dokumentoinnissa. Vastaavasti ZEB-REVO RT:stä on luotu käyttäjäystävällinen yksinkertaisen käyttöliittymän ja nopeutensa avulla. Laite on tehokkaimmillaan monikerroksisissa sisätilamallinnuksissa, metsissä sekä tunneleissa. On siis hyvä pitää mielessä millainen kohde on kyseessä ja millä menetelmällä siitä saa parhaan mahdollisen tuloksen.
Kirjoittaja
Aino Keitaanniemi, DI
GeoSLAM ZEB-REVO RT
Käsikeilain
