FOTOGRAMETRIE: HISTORIE, METODA, TYPY, APLIKACE - VĚDA - 2025

Fotogrametr ed je technika pro odebírání prostorové informace z obrázků, zejména letecké snímky, ale i těch, které bere na zemi nebo pod mořem. Z této informace jsou kvantifikovány rozměry a pozice reprezentovaných objektů.

Fotografie jsou ploché, jako na obrázku 1, ale skrze ně je možné odhadnout například výšku budov nebo skal, buď s ohledem na silnici, moře nebo jiný bod. odkaz.

Obrázek 1. Letecký snímek pořízený za účelem provedení fotogrammetrického průzkumu. Zdroj: Wikimedia Commons. Fotografie D Ramey Logan

Vytváření obrazů, které jsou velmi blízké realitě, není nic nového. Velký Leonardo da Vinci (1452-1519) byl průkopníkem perspektivy a zdokonalil své zásady pomocí tzv. Úběžníků.

Úběžnými body jsou místa na obzoru, kde se rovnoběžné linie sbíhají, což divákovi dává pocit hloubky.

Leonardo to udělal s malbami a kresbami vyrobenými ručně, ale od chvíle, kdy byla fotografie vynalezena, se v 19. století začaly fotografie používat i pro technické účely.

Stejně tak Aimé Laussedat (1819-1907) a Albrecht Meydenbauer (1834-1921) považovali otce moderní fotogrammetrie. Laussedat vytvořil podrobné topografické mapy v roce 1850 tím, že na plán položil různé pohledy.

Meydenbauer, který byl architektem, použil tuto techniku ​​na dokumentaci budov, které, pokud by byly zničeny, by mohly být díky uloženým informacím kompletně přestavěny.

V 80. letech moderní výpočetní technika učinila fotogrammetrii velkým skokem vpřed a minimalizovala čas potřebný pro zpracování obrazu.

Fotogrametrická metoda

Obecně řečeno, metoda spočívá v pořizování snímků objektů, jejich zpracování a konečném výkladu. Hlavní prvky popisu základního principu jsou uvedeny na obrázku 2:

Obrázek 2. Základní princip zachycení obrazu. Zdroj: F. Zapata.

Nejprve je potřeba snímač, který zachytí obraz a také čočku, aby každý paprsek světla přicházející z určitého bodu zasáhl senzor na stejném místě. Pokud k tomu nedojde, je bod zaregistrován jako překryv, což má za následek rozmazaný nebo rozostřený obraz.

Pro rekonstrukci objektu je ve fotogrametrii zajímavý pouze přímočarý paprsek nakreslený černě na obrázku 2. To je ten, který prochází bodem zvaným střed perspektivy v čočce.

Pokud tento paprsek, který jde přímo z objektu, prochází čočkou a dosáhne senzoru, je požadovaná vzdálenost.

Stereoskopické vidění

Přirozená vize člověka je stereoskopická. To znamená, že můžeme vědět, do jaké vzdálenosti jsou objekty, díky skutečnosti, že mozek zpracovává zachycené obrazy a vyhodnocuje reliéfy.

Každé oko tak zachycuje mírně odlišný obraz, a pak mozek vykonává práci s interpretací jako jeden, s reliéfem a hloubkou.

Ale na plochém výkresu nebo fotografii není možné vědět, jak daleko nebo jak blízko je objekt, protože informace o hloubce byla ztracena, jak je graficky vysvětleno na obrázku 3.

Jak jsme již řekli, jde o hlavní paprsek, ale neexistuje způsob, jak zjistit, zda je blíže, protože objekt je malý, nebo je-li dále, ale patří k něčemu většímu.

Obrázek 3. Na plochém obrázku nelze určit hloubku objektů. Zdroj: F. Zapata.

Aby se vyřešil problém s blízkostí, jsou pořízeny dva mírně odlišné obrázky, jak je ukázáno níže na obrázku 4.

Obrázek 4. Průsečík těchto dvou čar nám umožňuje najít skutečné umístění bodu v prostoru. Zdroj: F. Zapata.

Poznáním průniku paprsků pomocí triangulace se zjistí poloha objektu, ze kterého pocházejí. Tento postup se nazývá „párování bodů“ a provádí se pomocí speciálně navržených algoritmů, protože je nutné postup opakovat se všemi body objektu.

K dosažení dobrých výsledků se také berou v úvahu podrobnosti, jako je poloha, úhel a další vlastnosti kamery.

Typy

V závislosti na způsobu získávání obrázků existuje několik typů fotogrametrie. Pokud jsou snímky pořízeny ze vzduchu, jedná se o leteckou fotogrametrii.

A pokud se berou na zemi, technika se nazývá pozemská fotogrametrie, což byla první praktická aplikace této techniky.

Letecká fotogrametrie je dnes jednou z nejpoužívanějších odvětví, protože umožňuje generovat vysoce přesné plány a mapy. Snímky lze také získat pomocí satelitu, v tomto případě mluvíme o vesmíru nebo satelitní fotogrametrii.

Podobně je fotogrametrie klasifikována podle použitých přístrojů a léčby podle obrázku, což může být:

-Analogový

-Analytici

-Digitální

V analogové fotogrametrii jsou zobrazování a zpracování zcela optické a mechanické.

V analytické fotogrametrii jsou snímky analogové, ale zpracované v počítači. A konečně, v digitální fotogrametrii jsou jak rám, tak systém zpracování digitální.

Fotogrametrie vs. topografie

Cílem topografie je také reprezentovat venkovský nebo městský terén v letadle a zdůraznit zajímavá místa. A naopak, pokud je to nutné, vezměte body letadla a umístěte je do vesmíru.

Z tohoto důvodu mají topografie a fotogrametrie mnoho společného, ​​nicméně tato má některé výhody:

- Je to téměř vždy levnější.

- Získávání údajů - průzkum - je rychlejší, vhodné pro velké plochy.

- Funguje nejlépe na velmi drsném terénu, pokud není pokryta hustou vegetací.

- Všechny body jsou registrovány stejně.

- Informace lze uložit a není nutné se do pole vracet, abyste je získali znovu.

Fotogrametrie jednoho obrázku

Obecně není možné rekonstruovat fotografovaný objekt z jedné fotografie, ledaže by se použily nějaké další informace, protože, jak jsme již viděli, na plochém obrázku není záznam hloubky.

Obrázky stále poskytují cenné informace, i když s určitými omezeními.

Předpokládejme například, že chcete identifikovat lupiče v obchodě nebo v bance. Obraz z dohledové kamery lze použít k určení výšky a postavy osoby, která se dopustila trestného činu, porovnáním se známou velikostí nábytku nebo jiných osob v obraze.

Obrázek 5. Židle jsou stejné velikosti a my okamžitě víme, která je nejbližší. Na druhé straně rovnoběžné čáry na podlaze, které se sbíhají v dálce, poskytují pocit hloubky na fotografii. Zdroj: Pixabay.

Aplikace

Fotogrametrie je široce používána v různých oborech, jako je architektura, inženýrství a archeologie. Jak bylo vysvětleno dříve, je aplikováno ve forenzní vědě a samozřejmě pro speciální efekty ve filmech.

Ve strojírenství mohou dobré obrázky například odhalit informace o reliéfu a konfiguraci terénu. Zde jsou některé konkrétní oblasti velkého zájmu:

- Studie komunikačních tras.

- Stanovení tras.

-Ehmotné pohyby.

-Územní plánování.

- Studie hydrografických pánví.

- Letecké průzkumy pro průzkum těžby.

Fotogrametrie je navíc velmi cenným nástrojem v:

- Architektura: při zvyšování památek a budov.

- Archeologie: rekonstruovat staré budovy ze zbytků zachovaných dnes.

- Zoologie: pomáhá vytvářet trojrozměrné modely současných a zaniklých zvířat.

- Mechanika: při modelování automobilů, motorů a všech druhů strojů.

Reference

1. Blog týmu Adam Technologies. Jak funguje fotogrametrie? Obnoveno z: adamtech.com.au.
2. Armillary, Applied Geomatics. Fotogrammetrické techniky. Obnoveno z: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Fotomodelerové technologie. Jak funguje fotogrametrie? Obnoveno z: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Úvod do fotogrammetrie a kartografie aplikovaný ve stavebnictví. Publikoval University of Extramadura.
5. Sánchez, J. Úvod do fotogrametrie. University of Cantabria. Obnoveno z: ocw.unican.es.