FOTOGRAMMETRI: HISTORIE, METODE, TYPER, APPLIKASJONER - VITENSKAP - 2025

Den fotogrametr ed er en teknikk for ekstrahering av romlig informasjon fra bilder, særlig luftfoto, men også de som ble tatt på land eller under vann. Fra denne informasjonen blir dimensjonene og posisjonene til de representerte objektene kvantifisert.

Fotografiske bilder er flate, som de som er vist i figur 1, men gjennom dem er det mulig å estimere for eksempel høyden på bygninger eller steiner, enten med hensyn til veien, sjøen eller et annet punkt. referanse.

Figur 1. Et luftbilde tatt for å utføre en fotogrammetrisk undersøkelse. Kilde: Wikimedia Commons. Fotografi av D Ramey Logan

Opprettelsen av bilder veldig nær virkeligheten er ikke ny. Den store Leonardo da Vinci (1452-1519) var en pioner av perspektiv, og perfeksjonerte prinsippene hans ved bruk av såkalte forsvinningspunkter.

Forsvinningspunkter er stedene i horisonten der de parallelle linjene konvergerer, og gir betrakteren en følelse av dybde.

Leonardo gjorde det med malerier og tegninger laget for hånd, men fra det øyeblikket fotografiet ble oppfunnet, på 1800-tallet, begynte også bilder å bli brukt til tekniske formål.

Slik gjorde Aimé Laussedat (1819-1907) og Albrecht Meydenbauer (1834-1921), regnet som fedrene til moderne fotogrammetri. Laussedat bygde detaljerte topografiske kart i 1850 ved å overlegge forskjellige perspektiver på en plan.

For hans del anvendte Meydenbauer, som var arkitekt, teknikken for å dokumentere bygninger, som, hvis de ble ødelagt, kunne bygges fullstendig takket være den lagrede informasjonen.

På 1980-tallet gjorde moderne databehandling fotogrammetri til et stort spring fremover, noe som minimerte tiden som er nødvendig for bildebehandling.

Photogrammetry metode

Stort sett består metoden av å ta bilder av objekter, behandle dem og til slutt tolke dem. Hovedelementene for å beskrive det grunnleggende prinsippet er angitt i figur 2:

Figur 2. Grunnprinsipp for å ta et bilde. Kilde: F. Zapata.

Først av alt er det nødvendig med en sensor for å fange bildet og også en linse, slik at hver lysstråle som kommer fra et punkt, treffer sensoren på samme sted. Hvis dette ikke skjer, blir punktet registrert som et overlegg, noe som resulterer i et uskarpt bilde eller et fokuseringsbilde.

For å rekonstruere objektet er det bare den rettlinjede strålen som er tegnet i svart i figur 2. som er av interesse for fotogrammetri.

Hvis den strålen, som går direkte fra objektet, passerer gjennom linsen og når sensoren, er avstanden som blir søkt.

Stereoskopisk syn

Den naturlige visjonen til mennesker er stereoskopisk. Dette betyr at vi kan kjenne til avstandene gjenstandene er, takket være det faktum at hjernen behandler de fangede bildene og evaluerer lettelsene.

Så hvert øye fanger et litt annet bilde, og så gjør hjernen arbeidet med å tolke dem som et, med lettelse og dybde.

Men i en flat tegning eller fotografi er det ikke mulig å vite hvor langt eller hvor nær et objekt er, siden informasjonen om dybden gikk tapt, som forklart grafisk i figur 3.

Som vi har sagt, er poenget på hovedstrålen, men det er ingen måte å vite om det er nærmere fordi objektet er lite, eller om det er lenger borte, men det tilhører noe større.

Figur 3. I et flatt bilde kan dybden på objekter ikke bestemmes. Kilde: F. Zapata.

Så for å fikse nærhetsproblemet blir det tatt to litt forskjellige bilder, som vist nedenfor i figur 4.

Figur 4. Skjæringspunktet mellom de to linjene lar oss finne den virkelige plasseringen av punktet i rommet. Kilde: F. Zapata.

Når man kjenner skjæringspunktet mellom strålene ved triangulering, blir plasseringen av objektet de kommer fra oppdaget. Denne prosedyren kalles "point matching", og den gjøres ved hjelp av spesialdesignede algoritmer, siden det er nødvendig å gjenta prosedyren med alle punktene til et objekt.

Detaljer som plassering, vinkel og andre egenskaper ved kameraet tas også i betraktning for å oppnå gode resultater.

typer

Avhengig av hvordan bilder anskaffes, er det flere typer fotogrammetri. Hvis bildene er tatt fra luften, er det luftfotogrammetri.

Og blir de tatt på bakken, kalles teknikken terrestrisk fotogrammetri, som var den første praktiske anvendelsen av teknikken.

Luftfotogrammetri er en av de mest brukte grenene i dag, ettersom den tillater generering av svært nøyaktige planer og kart. Bildene kan også skaffes gjennom en satellitt, i så fall snakker vi om rom- eller satellittfotogrammetri.

På samme måte klassifiseres fotogrammetri i henhold til instrumentene som er brukt og behandlingen gitt på bildet, som kan være:

-Analog

-Analytics

-Digital

I analog fotogrammetri er bildebehandling og prosessering fullstendig optisk og mekanisk.

I analytisk fotogrammetri er rammene analoge, men behandles på datamaskinen. Og til slutt, innen digital fotogrammetri, er både rammen og prosesseringssystemet digitale.

Fotogrammetri vs. topografi

Topografien tar også sikte på å representere det landlige eller urbane terrenget på et fly, og fremhever interessante steder. Og omvendt, hvis nødvendig, ta punktene på flyet og plasser dem i rommet.

Av denne grunn har topografi og fotogrammetri mye til felles, men det siste har noen fordeler:

- Det er nesten alltid billigere.

- Innhenting av data - undersøkelse - er raskere, passende for store områder.

- Fungerer best i veldig ulendt terreng, med mindre det er dekket av tykk vegetasjon.

- Alle poeng er registrert likt.

- Informasjonen kan lagres, og det er ikke nødvendig å gå tilbake til feltet for å skaffe den igjen.

Enkeltbildes fotogrammetri

Generelt er det ikke mulig å rekonstruere et fotografert objekt fra et enkelt fotografi, med mindre noe annen tilleggsinformasjon blir brukt, fordi det som vi allerede har sett, ikke er noen dybdeopptegning i et flatt bilde.

Bildene gir fortsatt verdifull informasjon, om enn med noen begrensninger.

Anta som et eksempel at du vil identifisere en raner i en butikk eller bank. Et bilde fra overvåkingskameraet kan brukes til å bestemme høyden og bygningen til personen som begikk forbrytelsen, ved å sammenligne den med den kjente størrelsen på møbler eller andre personer i bildet.

Figur 5. Stolene har samme størrelse, og vi vet umiddelbart hvilke som er nærmest. På den annen side gir de parallelle linjene på gulvet som konvergerer i det fjerne, følelsen av dybde i bildet. Kilde: Pixabay.

applikasjoner

Fotogrammetri er mye brukt i forskjellige fagområder, for eksempel arkitektur, ingeniørvitenskap og arkeologi, for å nevne noen. Som forklart før, brukes det i rettsmedisinske vitenskaper og selvfølgelig for spesialeffekter i filmer.

I prosjektering kan gode bilder avsløre informasjon om for eksempel relieff og konfigurasjon av et terreng. Her er noen spesifikke områder av stor interesse:

-Studie av kommunikasjonsveier.

-Etablering av ruter.

- Jordbevegelser.

-Urban planlegging.

-Studie av hydrografiske kummer.

-Flyundersøkelser for gruvedrift.

I tillegg er fotogrammetri et veldig verdsatt verktøy i:

- Arkitektur : i heving av monumenter og bygninger.

- Arkeologi : å rekonstruere gamle bygninger fra restene som er bevart i dag.

- Zoologi : hjelper til med å lage tredimensjonale modeller av nåværende og utdødde dyr.

- Mekanikk : i modellering av biler, motorer og alle slags maskiner.

referanser

1. Adam Technologies teamblogg. Hvordan fungerer fotogrammetri? Gjenopprettet fra: adamtech.com.au.
2. Armillary, Applied Geomatics. Fotogrammetriske teknikker. Gjenopprettet fra: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Photomodeler Technologies. Hvordan fungerer fotogrammetri? Gjenopprettet fra: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Introduksjon til fotogrammetri og kartografi anvendt på sivilingeniør. Publisert av University of Extramadura.
5. Sánchez, J. Introduksjon til fotogrammetri. University of cantabria. Gjenopprettet fra: ocw.unican.es.