ФОТОГРАММЕТРІЯ: ІСТОРІЯ, МЕТОД, ТИПИ, ДОДАТКИ - НАУКА - 2025

Fotogrametr ред являє собою метод для вилучення просторової інформації з зображень, особливо аерофотознімків, а й на суші або в морі. З цієї інформації вимірюються розміри та положення представлених об'єктів.

Фотографічні зображення є плоскими, як ті, що показані на рисунку 1, але через них можна оцінити, наприклад, висоту будівель чи скель, або щодо дороги, моря чи іншої точки. довідник.

Малюнок 1. Повітряне зображення, зроблене для проведення фотограмметричного зйомки. Джерело: Wikimedia Commons. Фотографія D Ramey Logan

Створення образів, дуже близьких до реальності, не є новим. Великий Леонардо да Вінчі (1452-1519) був піонером перспективи, удосконалюючи свої принципи за допомогою використання так званих точок зникнення.

Точки, що зникають, - це місця на горизонті, де сходяться паралельні лінії, надаючи глядачеві відчуття глибини.

Леонардо робив це картинами та малюнками, зробленими вручну, але з моменту, коли була винайдена фотографія, в 19 столітті фотографії також почали використовувати в технічних цілях.

Так вважали Айме Лауседат (1819-1907) та Альбрехт Мейденбауер (1834-1921) батьками сучасної фотограмметрії. У 1850 році Лауседат побудував детальні топографічні карти, наклавши на план різні перспективи.

Зі свого боку Мейденбауер, який був архітектором, застосував техніку для документування будівель, які, якщо їх зруйнувати, можуть бути повністю відновлені завдяки збереженій інформації.

У 1980-х роках сучасні обчислення зробили фотограмметрію великим стрибком вперед, мінімізуючи час, необхідний для обробки зображень.

Метод фотограмметрії

У широкому розумінні метод складається із зйомки зображень предметів, їх обробки та остаточної інтерпретації. Основні елементи для опису основного принципу вказані на рисунку 2:

Малюнок 2. Основний принцип зйомки зображення. Джерело: Ф. Сапата.

Перш за все, потрібен датчик для зйомки зображення, а також лінзи, щоб кожен промінь світла, який виходив з точки, потрапляв на датчик у тому ж місці. Якщо цього не відбувається, точка реєструється як накладення, що призводить до розмивання або зображення фокусу.

Для реконструкції об'єкта фотограметрією цікавий лише прямолінійний промінь, намальований чорним кольором на малюнку 2. Це той, що проходить через точку, що називається центром точки зору в лінзі.

Якщо той промінь, який йде безпосередньо від об'єкта, проходить крізь лінзу і досягає датчика - це відстань, яку потрібно шукати.

Стереоскопічний зір

Природне бачення людини є стереоскопічним. Це означає, що ми можемо знати відстані, до яких знаходяться об’єкти, завдяки тому, що мозок обробляє захоплені зображення та оцінює рельєфи.

Тож кожне око знімає дещо інший образ, і тоді мозок робить роботу з їх інтерпретацією як єдине, з полегшенням і глибиною.

Але на плоскому малюнку чи фотографії неможливо дізнатися, наскільки далеко і наскільки близько знаходиться об’єкт, оскільки інформація про глибину була втрачена, як це пояснено графічно на рисунку 3.

Як ми вже говорили, точка знаходиться на головному промені, але немає способу дізнатися, чи ближче він, тому що об’єкт невеликий, або якщо він знаходиться далі, але він належить до чогось більшого.

Малюнок 3. На плоскому зображенні глибину предметів не можна визначити. Джерело: Ф. Сапата.

Щоб вирішити проблему близькості, зроблено два трохи різних зображення, як показано нижче на рисунку 4.

Малюнок 4. Перетин двох прямих дозволяє нам знайти реальне розташування точки в просторі. Джерело: Ф. Сапата.

Знаючи перетин променів тріангуляцією, виявляється положення об’єкта, з якого вони походять. Ця процедура називається «узгодження точок» і виконується за допомогою спеціально розроблених алгоритмів, оскільки процедуру потрібно повторити з усіма точками об’єкта.

Деталі, такі як положення, кут та інші характеристики камери, також враховуються для отримання хороших результатів.

Типи

Залежно від того, як набуваються зображення, існує кілька видів фотограмметрії. Якщо зображення зроблені з повітря, це повітряна фотограмметрія.

А якщо їх взяти на землю, методику називають наземною фотограмметрією, що було першим практичним застосуванням методики.

Повітряна фотограмметрія є однією з найбільш широко використовуваних галузей сьогодні, оскільки вона дозволяє створювати високоточні плани та карти. Зображення можна також придбати через супутник, і тоді ми говоримо про космічну або супутникову фотограмметрію.

Аналогічно, фотограмметрія класифікується відповідно до використовуваних інструментів та обробки зображень, яка може бути:

-Аналог

-Аналітики

-Дігітальний

В аналоговій фотограмметрії візуалізація та обробка повністю оптичні та механічні.

В аналітичній фотограмметрії кадри є аналоговими, але обробляються на комп'ютері. І нарешті, в цифровій фотограмметрії і кадр, і система обробки є цифровими.

Фотограмметрія vs. топографія

Топографія також має на меті представити сільську чи міську місцевість на площині, висвітлюючи визначні місця. І навпаки, при необхідності візьміть точки площини і розмістіть їх у просторі.

З цієї причини топографія та фотограмметрія мають багато спільного, проте остання має деякі переваги:

- Це майже завжди дешевше.

- Збір даних - опитування - швидше, доцільно для великих районів.

- Найкраще працює на дуже пересіченій місцевості, якщо не покрита густою рослинністю.

- Усі бали реєструються однаково.

- Інформацію можна зберегти, і не потрібно повертатися в поле, щоб отримати її знову.

Фотограмметрія одного зображення

Взагалі неможливо реконструювати сфотографований об’єкт із однієї фотографії, якщо не буде використана якась інша додаткова інформація, оскільки, як ми вже бачили, на плоскому зображенні немає запису глибини.

Проте зображення все ще надають цінну інформацію, хоча і з деякими обмеженнями.

Як приклад, припустимо, ви хочете ідентифікувати грабіжника в магазині чи банку. Зображення з камери спостереження може бути використане для визначення висоти та конструкції особи, яка вчинила злочин, порівнюючи його з відомими розмірами меблів або інших людей на зображенні.

Малюнок 5. Стільці однакового розміру, і ми відразу знаємо, який найближчий. З іншого боку, паралельні лінії на підлозі, що сходяться на відстані, забезпечують відчуття глибини на фотографії. Джерело: Pixabay.

Програми

Фотограмметрія широко застосовується в різних дисциплінах, таких як архітектура, інженерія та археологія. Як було пояснено раніше, його застосовують у криміналістиці та, звичайно, для спеціальних ефектів у фільмах.

Наприклад, в техніці хороші зображення можуть виявити інформацію про рельєф та конфігурацію місцевості. Ось деякі конкретні сфери, що представляють великий інтерес:

-Вивчення маршрутів зв'язку.

-Встановлення маршрутів.

-Розні рухи.

-Міське планування.

-Дослідження гідрографічних басейнів.

-Авіаційні зйомки для розвідки видобутку.

Крім того, фотограмметрія є дуже вдячним інструментом у:

- Архітектура : в піднятті пам’яток та споруд.

- Археологія : реконструювати старі споруди із збережених сьогодні останків.

- Зоологія : допомагає скласти тривимірні моделі сучасних і вимерлих тварин.

- Механіка : в моделюванні автомобілів, двигунів і всіх видів техніки.

Список літератури

1. Блог команди Adam Technologies. Як працює фотограмметрія? Відновлено з: adamtech.com.au.
2. Armillary, Applied Geomatics. Фотограмметричні прийоми. Відновлено з: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Фотомодульні технології. Як працює фотограмметрія? Відновлено з: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Вступ до фотограметрії та картографії, застосованих до цивільного будівництва. Опубліковано Університетом Екстрамадури.
5. Санчес, Дж. Вступ до фотограмметрії. Університет Кантабрії. Відновлено з: ocw.unican.es.