FOTOGRAMMETRI: HISTORIE, METODE, TYPER, APPLIKATIONER - VIDENSKAB - 2025

Den fotogrametr ed er en teknik til at udvinde geografisk information fra billeder, især luftfotografier, men også dem, der træffes på land eller under havet. Fra denne information kvantificeres dimensioner og positioner for de repræsenterede objekter.

Fotografiske billeder er flade, som den, der er vist i figur 1, men gennem dem er det muligt at estimere for eksempel bygningers eller klippers højde, enten med hensyn til vejen, havet eller et andet punkt reference.

Figur 1. Et luftbillede taget for at udføre en fotogrammetrisk undersøgelse. Kilde: Wikimedia Commons. Fotografi af D Ramey Logan

Oprettelsen af ​​billeder, der er meget tæt på virkeligheden, er ikke ny. Den store Leonardo da Vinci (1452-1519) var en pioner inden for perspektiv og perfektionerede sine principper ved hjælp af såkaldte forsvindingspunkter.

Forsvindende punkter er de steder i horisonten, hvor de parallelle linjer konvergerer, hvilket giver seeren en følelse af dybde.

Leonardo gjorde det med malerier og tegninger lavet for hånd, men fra det øjeblik fotografering blev opfundet, i det 19. århundrede, begyndte også fotos at blive brugt til tekniske formål.

Det gjorde Aimé Laussedat (1819-1907) og Albrecht Meydenbauer (1834-1921), som blev betragtet som fæsterne til moderne fotogrammetri. Laussedat byggede detaljerede topografiske kort i 1850 ved at overlægge forskellige perspektiver på en plan.

På sin side anvendte Meydenbauer, der var arkitekt, teknikken til at dokumentere bygninger, som, hvis de blev ødelagt, kunne genopbygges fuldt ud takket være de lagrede oplysninger.

I 1980'erne gjorde moderne computing fotogrammetri til et stort spring fremad, hvilket minimerede den tid, der kræves til billedbehandling.

Photogrammetry metode

I store træk består metoden af ​​at tage billeder af objekter, behandle dem og til sidst fortolke dem. Hovedelementerne til at beskrive det grundlæggende princip er angivet i figur 2:

Figur 2. Grundlæggende princip for optagelse af et billede. Kilde: F. Zapata.

Først og fremmest har du brug for en sensor til at fange billedet og også en linse, så hver lysstråle fra et punkt rammer sensoren samme sted. Hvis dette ikke sker, registreres punktet som et overlay, hvilket resulterer i et sløret eller ude af fokusbillede.

For at rekonstruere genstanden er det kun den retlinede stråle, der er trukket med sort i figur 2., af interesse for fotogrammetri. Dette er det, der passerer gennem det punkt, der kaldes perspektivcentret i linsen.

Hvis den stråle, der går direkte fra objektet, passerer gennem linsen og når sensoren, er det den ønskede afstand.

Stereoskopisk syn

Menneskenes naturlige vision er stereoskopisk. Det betyder, at vi kan kende de afstande, objekterne er, takket være det faktum, at hjernen behandler de optagne billeder og evaluerer relieffer.

Så hvert øje fanger et lidt andet billede, og så gør hjernen arbejdet med at fortolke dem som et med lettelse og dybde.

Men i en flad tegning eller fotografi er det ikke muligt at vide, hvor langt eller hvor tæt et objekt er, da dybdeinformationen gik tabt, som forklaret grafisk i figur 3.

Som vi har sagt, er punktet på hovedstrålen, men der er ingen måde at vide, om det er tættere, fordi objektet er lille, eller hvis det er længere væk, men det hører til noget større.

Figur 3. I et fladt billede kan objekternes dybde ikke bestemmes. Kilde: F. Zapata.

Så for at løse nærhedsproblemet tages to lidt forskellige billeder, som vist nedenfor i figur 4.

Figur 4. Skæringspunktet mellem de to linjer giver os mulighed for at finde den rigtige placering af punktet i rummet. Kilde: F. Zapata.

Når man kender krydset mellem strålerne ved triangulering, opdages placeringen af ​​det objekt, de kommer fra. Denne procedure kaldes "point matching", og den udføres ved hjælp af specielt designet algoritmer, da det er nødvendigt at gentage proceduren med alle objektspunkter.

Detaljer såsom placering, vinkel og andre egenskaber ved kameraet tages også med i betragtning for at opnå gode resultater.

typer

Afhængig af hvordan billeder erhverves, er der flere typer fotogrammetri. Hvis billederne er taget fra luften, er det luftfotogrammetri.

Og hvis de tages på jorden, kaldes teknikken terrestrisk fotogrammetri, som var den første praktiske anvendelse af teknikken.

Luftfotogrammetri er en af ​​de mest anvendte grene i dag, da det tillader generering af meget nøjagtige planer og kort. Billederne kan også fås via en satellit, i hvilket tilfælde vi taler om rum- eller satellitfotogrammetri.

Ligeledes klassificeres fotogrammetri i henhold til de anvendte instrumenter og behandlingen givet til billedet, hvilket kan være:

-analog

-Analytics

-Digital

I analog fotogrammetri er billeddannelse og behandling fuldstændigt optisk og mekanisk.

I analytisk fotogrammetri er rammene analoge, men behandles på computeren. Og til sidst i digital fotogrammetri er både rammen og behandlingssystemet digitale.

Fotogrammetri vs. topografi

Topografien sigter også mod at repræsentere det landlige eller bymæssige terræn på et plan og fremhæve seværdigheder. Og omvendt, om nødvendigt, tag punkterne på flyet og placer dem i rummet.

Af denne grund har topografi og fotogrammetri meget til fælles, men sidstnævnte har nogle fordele:

- Det er næsten altid billigere.

- Indsamling af data - undersøgelse - er hurtigere, velegnet til store områder.

- Arbejder bedst i meget hårdt terræn, medmindre det er dækket af tyk vegetation.

- Alle point registreres lige.

- Oplysningerne kan gemmes, og det er ikke nødvendigt at vende tilbage til feltet for at hente dem igen.

Enkeltbillede-fotogrammetri

Generelt er det ikke muligt at rekonstruere et fotograferet objekt fra et enkelt fotografi, medmindre der bruges anden yderligere information, for som vi allerede har set, er der i et fladt billede ikke nogen dybdeoptegnelse.

Stadig giver billederne stadig værdifuld information, omend med nogle begrænsninger.

Antag som et eksempel, at du vil identificere en røver i en butik eller bank. Et billede fra overvågningskameraet kan bruges til at bestemme højden og opbygningen af ​​den person, der begik forbrydelsen, ved at sammenligne den med den kendte størrelse på møbler eller andre personer på billedet.

Figur 5. Stolene har samme størrelse, og vi ved straks, hvilke der er tættest. På den anden side giver de parallelle linjer på gulvet, der konvergerer i afstanden, følelsen af ​​dybde på billedet. Kilde: Pixabay.

Applikationer

Fotogrammetri anvendes bredt inden for forskellige discipliner, såsom arkitektur, ingeniørarbejde og arkæologi, for at nævne nogle få. Som forklaret tidligere anvendes det inden for retsmedicinsk videnskab og naturligvis til specialeffekter i film.

Inden for teknik kan gode billeder afsløre information om f.eks. Et terræns lindring og konfiguration. Her er nogle specifikke områder af stor interesse:

-Studie af kommunikationsruter.

-Etablering af ruter.

- Jordbevægelser.

-Byplanlægning.

-Studie af hydrografiske bassiner.

-Luftundersøgelser til efterforskning af minedrift.

Derudover er fotogrammetri et meget værdsat værktøj i:

- Arkitektur: i opdræt af monumenter og bygninger.

- Arkæologi: at rekonstruere gamle bygninger fra resterne, der er bevaret i dag.

- Zoologi: hjælper med at fremstille tredimensionelle modeller af nuværende og uddøde dyr.

- Mekanik: i modellering af biler, motorer og alle slags maskiner.

Referencer

1. Adam Technologies Team Blog. Hvordan fungerer fotogrammetri? Gendannes fra: adamtech.com.au.
2. Armillary, Applied Geomatics. Fotogrammetriske teknikker. Gendannes fra: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Photomodeler Technologies. Hvordan fungerer fotogrammetri? Gendannes fra: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Introduktion til fotogrammetri og kartografi anvendt til civilingeniør. Udgivet af University of Extramadura.
5. Sánchez, J. Introduktion til fotogrammetri. University of cantabria. Gendannes fra: ocw.unican.es.