ФОТОГРАММЕТРИЯ: ИСТОРИЯ, МЕТОД, ВИДЫ, ПРИМЕНЕНИЕ - НАУКА - 2025

Fotogrametr ред представляет собой метод для извлечения пространственной информации из изображений, особенно аэрофотоснимков, но и на суше или в море. На основе этой информации определяются размеры и положение представленных объектов.

Фотографические изображения плоские, как то, что показано на рисунке 1, но с их помощью можно оценить, например, высоту зданий или скал, относительно дороги, моря или другой точки. ссылка.

Рис. 1. Аэрофотоснимок, сделанный для фотограмметрической съемки. Источник: Wikimedia Commons. Фотография Д. Рэми Логана.

Создание изображений, максимально приближенных к реальности, не ново. Великий Леонардо да Винчи (1452-1519) был пионером перспективы, совершенствуя свои принципы с помощью так называемых точек схода.

Точки схода - это места на горизонте, где сходятся параллельные линии, давая зрителю ощущение глубины.

Леонардо делал это с картинами и рисунками, сделанными вручную, но с момента изобретения фотографии в 19 веке фотографии стали использоваться и в технических целях.

Так же поступали Эме Лаусседат (1819–1907) и Альбрехт Мейденбауэр (1834–1921), считавшиеся отцами современной фотограмметрии. В 1850 году Лаусседат построил подробные топографические карты, наложив на план разные точки зрения.

Со своей стороны, Мейденбауэр, который был архитектором, применил эту технику для документирования зданий, которые в случае разрушения могли быть полностью восстановлены благодаря сохраненной информации.

В 1980-х годах современные вычисления сделали фотограмметрию большим шагом вперед, сведя к минимуму время, необходимое для обработки изображений.

Фотограмметрический метод

Вообще говоря, метод состоит в получении изображений объектов, их обработке и, наконец, их интерпретации. Основные элементы, описывающие основной принцип, показаны на рисунке 2:

Рисунок 2. Базовый принцип захвата изображения. Источник: Ф. Сапата.

Прежде всего, необходим датчик для захвата изображения, а также линза, чтобы каждый луч света, исходящий из точки, попадал на датчик в одном и том же месте. Если этого не происходит, точка регистрируется как наложение, и в результате получается размытое или расфокусированное изображение.

Для реконструкции объекта интерес для фотограмметрии представляет только прямолинейный луч, нарисованный черным цветом на рисунке 2. Это тот луч, который проходит через точку, называемую центром перспективы в объективе.

Если этот луч, который идет прямо от объекта, проходит через линзу и достигает датчика, это расстояние, которое ищется.

Стереоскопическое зрение

Естественное зрение человека стереоскопично. Это означает, что мы можем знать расстояния, на которых находятся объекты, благодаря тому, что мозг обрабатывает снятые изображения и оценивает рельефы.

Таким образом, каждый глаз захватывает немного разные изображения, а затем мозг интерпретирует их как одно, с рельефом и глубиной.

Но на плоском рисунке или фотографии невозможно узнать, как далеко или насколько близко находится объект, поскольку информация о глубине была потеряна, как это графически показано на рисунке 3.

Как мы уже сказали, точка находится на главном луче, но нет способа узнать, ближе ли она, потому что объект маленький, или находится дальше, но принадлежит чему-то большему.

Рис. 3. На плоском изображении невозможно определить глубину объектов. Источник: Ф. Сапата.

Итак, чтобы решить проблему близости, были сделаны два немного разных изображения, как показано ниже на рисунке 4.

Рисунок 4. Пересечение двух линий позволяет нам найти реальное местоположение точки в пространстве. Источник: Ф. Сапата.

Зная пересечение лучей путем триангуляции, определяется положение объекта, от которого они исходят. Эта процедура называется «сопоставление точек» и выполняется с использованием специально разработанных алгоритмов, так как необходимо повторить процедуру со всеми точками объекта.

Для получения хороших результатов также принимаются во внимание такие детали, как положение, угол и другие характеристики камеры.

Типы

В зависимости от способа получения изображений существует несколько типов фотограмметрии. Если снимки сделаны с воздуха, это аэрофотограмметрия.

А если они снимаются на земле, эта техника называется земной фотограмметрией, и это было первое практическое применение этой техники.

Аэрофотограмметрия - одна из наиболее широко используемых сегодня областей, поскольку она позволяет создавать высокоточные планы и карты. Изображения также могут быть получены через спутник, и в этом случае мы говорим о космической или спутниковой фотограмметрии.

Аналогичным образом фотограмметрия классифицируется в зависимости от используемых инструментов и обработки изображения, которые могут быть:

-аналог

-Analytics

-Цифровое

В аналоговой фотограмметрии формирование изображений и обработка полностью оптических и механических.

В аналитической фотограмметрии кадры аналоговые, но обрабатываются на компьютере. И, наконец, в цифровой фотограмметрии и рамка, и система обработки являются цифровыми.

Фотограмметрия vs. топография

Топография также направлена ​​на отображение сельской или городской местности на плоскости с выделением достопримечательностей. И наоборот, при необходимости возьмите точки плоскости и разместите их в пространстве.

По этой причине топография и фотограмметрия имеют много общего, однако последняя имеет ряд преимуществ:

- Практически всегда дешевле.

- Сбор данных - обследование - быстрее, подходит для больших площадей.

- Лучше всего работает на очень пересеченной местности, если она не покрыта густой растительностью.

- Все баллы учитываются одинаково.

- Информация может быть сохранена, и нет необходимости возвращаться в поле для ее повторного получения.

Фотограмметрия одного изображения

В общем, невозможно восстановить сфотографированный объект по одной фотографии, если не используется какая-либо другая дополнительная информация, потому что, как мы уже видели, на плоском изображении нет записи глубины.

Тем не менее, изображения по-прежнему предоставляют ценную информацию, хотя и с некоторыми ограничениями.

В качестве примера предположим, что вы хотите идентифицировать грабителя в магазине или банке. Изображение с камеры наблюдения можно использовать для определения роста и телосложения человека, совершившего преступление, путем сравнения его с известным размером мебели или другими людьми на изображении.

Рисунок 5. Стулья одинакового размера, и мы сразу знаем, какой из них ближе всего. С другой стороны, параллельные линии на полу, сходящиеся на расстоянии, создают ощущение глубины на фотографии. Источник: Pixabay.

Приложения

Фотограмметрия широко применяется в различных дисциплинах, таких как архитектура, инженерия и археология, и многие другие. Как объяснялось ранее, он применяется в криминалистике и, конечно же, для спецэффектов в фильмах.

В инженерии хорошие изображения могут, например, раскрыть информацию о рельефе и конфигурации местности. Вот некоторые конкретные области, представляющие большой интерес:

-Изучение путей сообщения.

-Установка маршрутов.

-Движение Земли.

-Городское планирование.

-Изучение гидрографических бассейнов.

-Аэроразведка для горных работ.

Кроме того, фотограмметрия очень ценится в:

- Архитектура : в возведении памятников и построек.

- Археология : реконструировать старые здания из сохранившихся сегодня остатков.

- Зоология : помогает создавать трехмерные модели существующих и исчезнувших животных.

- Механика : в моделировании автомобилей, двигателей и всех видов техники.

Ссылки

1. Блог команды Adam Technologies. Как работает фотограмметрия? Получено с: adamtech.com.au.
2. Армиллярная, прикладная геоматика. Фотограмметрические методы. Получено с: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Фотомоделирующие технологии. Как работает фотограмметрия? Получено с: photomodeler.com.
4. Кирос, Э. 2014. Введение в фотограмметрию и картографию применительно к гражданскому строительству. Издано Экстрамадурским университетом.
5. Санчес, Дж. Введение в фотограмметрию. Университет кантабрии. Получено с: ocw.unican.es.