FOTOGRAMMETRIE: GESCHIEDENIS, METHODE, TYPEN, TOEPASSINGEN - WETENSCHAP - 2024

De fotogrametr ed is een techniek voor het extraheren van ruimtelijke informatie uit beelden, in het bijzonder luchtfoto's, maar ook degenen die op het land of onder de zee. Uit deze informatie worden de afmetingen en posities van de weergegeven objecten gekwantificeerd.

Fotografische afbeeldingen zijn vlak, zoals weergegeven in figuur 1, maar via deze afbeeldingen is het mogelijk om bijvoorbeeld de hoogte van gebouwen of rotsen te schatten, hetzij ten opzichte van de weg, de zee of een ander punt. referentie.

Figuur 1. Een luchtfoto gemaakt om een ​​fotogrammetrisch onderzoek uit te voeren. Bron: Wikimedia Commons. Foto door D Ramey Logan

Het creëren van beelden die heel dicht bij de werkelijkheid staan, is niet nieuw. De grote Leonardo da Vinci (1452-1519) was een pionier in perspectief, die zijn principes perfectioneerde door het gebruik van zogenaamde verdwijnpunten.

Verdwijnpunten zijn de plaatsen aan de horizon waar de parallelle lijnen samenkomen, waardoor de kijker een gevoel van diepte krijgt.

Leonardo deed het met met de hand gemaakte schilderijen en tekeningen, maar vanaf het moment dat fotografie werd uitgevonden, in de 19e eeuw, begonnen foto's ook voor technische doeleinden te worden gebruikt.

Dat gold ook voor Aimé Laussedat (1819-1907) en Albrecht Meydenbauer (1834-1921), die als de grondleggers van de moderne fotogrammetrie worden beschouwd. Laussedat bouwde in 1850 gedetailleerde topografische kaarten door verschillende perspectieven op een plan te leggen.

Meydenbauer, die architect was, paste de techniek van zijn kant toe om gebouwen te documenteren die, als ze werden vernietigd, volledig konden worden herbouwd dankzij de opgeslagen informatie.

In de jaren tachtig zorgde de moderne computerwereld ervoor dat fotogrammetrie een grote sprong voorwaarts maakte, waardoor de tijd die nodig was voor beeldverwerking tot een minimum werd beperkt.

Fotogrammetrie-methode

In grote lijnen bestaat de methode uit het maken van afbeeldingen van objecten, deze te bewerken en tenslotte te interpreteren. De belangrijkste elementen om het basisprincipe te beschrijven, zijn weergegeven in figuur 2:

Figuur 2. Basisprincipe van het maken van een afbeelding. Bron: F. Zapata.

Allereerst is er een sensor nodig om het beeld vast te leggen en ook een lens, zodat elke lichtstraal die van een punt komt, de sensor op dezelfde plek raakt. Als dit niet gebeurt, wordt het punt geregistreerd als een overlay, wat resulteert in een wazig of onscherp beeld.

Om het object te reconstrueren, is alleen de rechtlijnige straal die in zwart getekend is in figuur 2 van belang in fotogrammetrie, dit is degene die door het punt gaat dat het perspectiefcentrum in de lens wordt genoemd.

Als die straal, die rechtstreeks van het object komt, door de lens gaat en de sensor bereikt, is de gezochte afstand.

Stereoscopisch zicht

De natuurlijke visie van de mens is stereoscopisch. Dit betekent dat we kunnen weten tot welke afstanden de objecten zich bevinden, dankzij het feit dat de hersenen de vastgelegde beelden verwerken en de reliëfs evalueren.

Dus elk oog legt een iets ander beeld vast, en dan doen de hersenen het werk om ze als één te interpreteren, met opluchting en diepte.

Maar in een platte tekening of foto is het niet mogelijk om te weten hoe ver of hoe dichtbij een object is, aangezien de diepte-informatie verloren ging, zoals grafisch uitgelegd in Figuur 3.

Zoals we al zeiden, het punt is op de hoofdstraal, maar er is geen manier om te weten of het dichterbij is omdat het object klein is, of dat het verder weg is, maar het behoort tot iets groters.

Figuur 3. In een platte afbeelding kan de diepte van objecten niet worden bepaald. Bron: F. Zapata.

Om het nabijheidsprobleem op te lossen, worden dus twee enigszins verschillende afbeeldingen gemaakt, zoals hieronder weergegeven in afbeelding 4.

Figuur 4. Door het snijpunt van de twee lijnen kunnen we de werkelijke locatie van het punt in de ruimte vinden. Bron: F. Zapata.

Als we het snijpunt van de stralen kennen door triangulatie, wordt de positie van het object waar ze vandaan komen ontdekt. Deze procedure wordt "puntmatching" genoemd en wordt gedaan met behulp van speciaal ontworpen algoritmen, aangezien het nodig is om de procedure te herhalen met alle punten van een object.

Er wordt ook rekening gehouden met details zoals positie, hoek en andere kenmerken van de camera om goede resultaten te verkrijgen.

Soorten

Afhankelijk van hoe afbeeldingen worden verkregen, zijn er verschillende soorten fotogrammetrie. Als de beelden vanuit de lucht zijn genomen, is het luchtfotogrammetrie.

En als ze op de grond worden genomen, wordt de techniek terrestrische fotogrammetrie genoemd, wat de eerste praktische toepassing van de techniek was.

Luchtfotogrammetrie is tegenwoordig een van de meest gebruikte takken, omdat hiermee zeer nauwkeurige plattegronden en kaarten kunnen worden gegenereerd. De beelden kunnen ook worden verkregen via een satelliet, in dat geval spreken we van ruimte- of satellietfotogrammetrie.

Evenzo wordt fotogrammetrie geclassificeerd volgens de gebruikte instrumenten en de behandeling die aan de afbeelding wordt gegeven, die kan zijn:

-Analoog

-Analyses

-Digitaal

Bij analoge fotogrammetrie zijn beeldvorming en verwerking volledig optisch en mechanisch.

Bij analytische fotogrammetrie zijn de frames analoog maar worden ze op de computer verwerkt. En tot slot zijn bij digitale fotogrammetrie zowel het frame als het verwerkingssysteem digitaal.

Fotogrammetrie vs. topografie

De topografie is ook bedoeld om het landelijke of stedelijke terrein in een vliegtuig weer te geven en aandachtspunten te markeren. En omgekeerd, neem indien nodig de punten van het vliegtuig en plaats ze in de ruimte.

Om deze reden hebben topografie en fotogrammetrie veel gemeen, maar dit laatste heeft enkele voordelen:

- Het is bijna altijd goedkoper.

- Het verzamelen van gegevens - survey - is sneller, geschikt voor grote gebieden.

- Werkt het beste op zeer ruw terrein, tenzij bedekt door dichte begroeiing.

- Alle punten worden gelijk geregistreerd.

- De informatie kan worden opgeslagen en het is niet nodig om terug te keren naar het veld om deze opnieuw op te halen.

Fotogrammetrie met enkele afbeelding

Over het algemeen is het niet mogelijk om een ​​gefotografeerd object van een enkele foto te reconstrueren, tenzij er andere aanvullende informatie wordt gebruikt, omdat zoals we al hebben gezien, er in een plat beeld geen diepte wordt vastgelegd.

Toch bieden de afbeeldingen nog steeds waardevolle informatie, zij het met enkele beperkingen.

Stel dat u een overvaller in een winkel of bank wilt identificeren. Een afbeelding van de bewakingscamera kan worden gebruikt om de hoogte en bouw van de persoon die het misdrijf heeft gepleegd te bepalen, door deze te vergelijken met de bekende afmetingen van meubels of andere mensen op de afbeelding.

Figuur 5. De stoelen zijn even groot en we weten meteen welke het dichtst in de buurt is. Aan de andere kant zorgen de parallelle lijnen op de vloer die in de verte samenkomen voor het gevoel van diepte in de foto. Bron: Pixabay.

Toepassingen

Fotogrammetrie wordt op grote schaal toegepast in verschillende disciplines, zoals architectuur, techniek en archeologie, om er maar een paar te noemen. Zoals eerder uitgelegd, wordt het toegepast in de forensische wetenschap en natuurlijk voor speciale effecten in films.

In de techniek kunnen goede afbeeldingen informatie onthullen over bijvoorbeeld het reliëf en de configuratie van een terrein. Hier zijn enkele specifieke gebieden die van groot belang zijn:

-Studie van communicatieroutes.

-Opzetten van routes.

-Aarde bewegingen.

-Stedelijke planning.

-Studie van hydrografische bekkens.

-Luchtonderzoeken voor mijnbouwprospectie.

Bovendien is fotogrammetrie een zeer gewaardeerd hulpmiddel bij:

- Architectuur : bij het oprichten van monumenten en gebouwen.

- Archeologie : om oude gebouwen te reconstrueren op basis van de overblijfselen die vandaag bewaard zijn gebleven.

- Zoölogie : helpt bij het maken van driedimensionale modellen van huidige en uitgestorven dieren.

- Mechanica : bij het modelleren van auto's, motoren en allerlei soorten machines.

Referenties

1. Adam Technologies Team Blog. Hoe werkt fotogrammetrie? Hersteld van: adamtech.com.au.
2. Armillair, toegepaste geomatica. Fotogrammetrische technieken. Hersteld van: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Photomodeler Technologies. Hoe werkt fotogrammetrie? Hersteld van: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Inleiding tot fotogrammetrie en cartografie toegepast op civiele techniek. Gepubliceerd door de Universiteit van Extramadura.
5. Sánchez, J. Inleiding tot fotogrammetrie. Universiteit van Cantabrië. Hersteld van: ocw.unican.es.