fotogrametri - Photogrammetry

Fotogrametride kullanım için alçak irtifa hava fotoğrafı. Yer: Three Arch Bay, Laguna Plajı, CA.

Fotogrametri , elektromanyetik radyant görüntü ve diğer fenomenlerin fotoğrafik görüntülerini ve modellerini kaydetme, ölçme ve yorumlama süreci yoluyla fiziksel nesneler ve çevre hakkında güvenilir bilgi elde etme bilimi ve teknolojisidir.

Fotogrametri terimi, 1867 tarihli "Die Photometrographie" makalesinde yer alan Prusyalı mimar Albrecht Meydenbauer tarafından yapılmıştır.

Fotogrametrinin birçok çeşidi vardır. Bir örnek, iki boyutlu verilerden (yani görüntülerden) üç boyutlu ölçümlerin çıkarılmasıdır; örneğin, fotoğrafik görüntü düzlemine paralel bir düzlemde uzanan iki nokta arasındaki mesafe, görüntünün ölçeği biliniyorsa, görüntü üzerindeki mesafeleri ölçülerek belirlenebilir . Başka bir doğru ekstraksiyonudur rengi gibi miktarlarda temsil aralıkları ve değerler albedo , güvenli yansıma , metallik veya ortam oklüzyonu amaçları için malzeme fotoğraflardan fiziksel göre işleme .

Yakın mesafe fotogrametrisi, geleneksel hava (veya yörünge) fotogrametrisinden daha az bir mesafeden fotoğraf koleksiyonunu ifade eder. Fotogrametrik analiz, bir fotoğraf tatbik edilebilir, ya da kullanabilir yüksek hızlı fotoğraf ve algılama uzak , ölçü tespit ve karmaşık 2D ve 3D kaydetmek için hareket alanları ölçümleri ve besleme ile görüntü analizi içine hesaplama modelleri artan hassasiyeti ile tahmin ardışık çabasıyla , gerçek, 3B göreli hareketler.

İle başından itibaren stereoplotters arsa için kullanılan kontur çizgileri üzerinde topografik haritalarda , artık gibi kullanımların çok geniş bir yelpazesine sahiptir sonar , radar ve lidar .

yöntemler

Fotogrametrinin bir veri modeli

Fotogrametri, optik ve projektif geometri dahil olmak üzere birçok disiplinden yöntemler kullanır . Dijital görüntü yakalama ve fotogrametrik işleme, son ürün olarak nesnenin 2B veya 3B dijital modellerinin oluşturulmasına izin veren, iyi tanımlanmış birkaç aşama içerir. Sağdaki veri modeli, fotogrametrik yöntemlerden ne tür bilgilerin girebileceğini ve çıkabileceğini gösterir.

3 boyutlu koordinatlar olarak obje noktalarının konumlarını tanımlayan 3D uzayda . Görüntü koordinatları film ya da bir elektronik görüntüleme cihazında nesne noktaların görüntülerin yerlerini tanımlar. Dış yöneltme kameranın alan ve görüntüleme yönündeki konumunu tanımlar. İç yönlendirme görüntüleme işlemi geometrik parametrelerini tanımlar. Bu öncelikle merceğin odak uzaklığıdır, ancak mercek bozulmalarının tanımını da içerebilir. Diğer ek gözlemler önemli bir rol oynar: Ölçek çubukları ile , temelde uzayda iki noktanın bilinen bir mesafesi veya bilinen sabit noktalar ile temel ölçüm birimlerine bağlantı oluşturulur.

Dört ana değişkenin her biri bir fotogrametrik yöntemin girdisi veya çıktısı olabilir .

Fotogrametri algoritmaları tipik olarak, referans noktalarının koordinatları ve göreli yer değiştirmeleri üzerindeki hataların karelerinin toplamını en aza indirmeye çalışır . Bu minimizasyon demet ayarlaması olarak bilinir ve genellikle Levenberg-Marquardt algoritması kullanılarak gerçekleştirilir .

stereofotogrametri

Stereofotogrametri adı verilen özel bir durum, farklı konumlardan alınan iki veya daha fazla fotoğrafik görüntüde yapılan ölçümleri kullanarak bir nesne üzerindeki noktaların üç boyutlu koordinatlarının tahmin edilmesini içerir (bkz. stereoskopi ). Her görüntüde ortak noktalar belirlenir. Kamera konumundan nesne üzerindeki noktaya bir görüş hattı (veya ışın) oluşturulabilir. Noktanın üç boyutlu konumunu belirleyen bu ışınların kesişimidir ( nirengi ). Daha karmaşık algoritmalar , sahne hakkında önceden bilinen , örneğin simetriler gibi diğer bilgileri kullanabilir ve bazı durumlarda yalnızca bir kamera konumundan 3B koordinatların yeniden oluşturulmasına izin verebilir. Stereofotogrametri, dönmeyen ve dönmeyen yapıların dinamik karakteristiklerini ve mod şekillerini belirlemek için temassız sağlam bir ölçüm tekniği olarak ortaya çıkmaktadır.

Entegrasyon

Fotogrametrik veriler, diğer tekniklerden elde edilen aralık verileriyle tamamlanabilir. Fotogrametri x ve y yönünde daha doğrudur, menzil verileri ise genellikle z yönünde daha doğrudur. Bu menzil verileri, LiDAR , lazer tarayıcılar (uçuş süresi, üçgenleme veya interferometri kullanılarak), beyaz ışıklı sayısallaştırıcılar ve bir alanı tarayan ve çoklu ayrık noktalar için x, y, z koordinatlarını döndüren diğer teknikler (genellikle " nokta bulutları " olarak adlandırılır ). Nokta bulutu ayak izi yapamadığında, fotoğraflar binaların kenarlarını net bir şekilde tanımlayabilir. Daha iyi bir ürün yaratmak için her iki sistemin avantajlarını birleştirmek ve entegre etmek faydalıdır.

Hava fotoğraflarının ve LiDAR verilerinin aynı referans çerçevesinde coğrafi olarak referanslandırılması, hava fotoğraflarının ortorektif hale getirilmesi ve ardından ortorektifiye edilmiş görüntülerin LiDAR ızgarasının üzerine yerleştirilmesiyle bir 3D görselleştirme oluşturulabilir . Hava fotoğrafları veya uydu (örneğin SPOT uydu görüntüleri) çiftlerini (veya çoklularını) kullanarak dijital arazi modelleri ve dolayısıyla 3D görselleştirmeler oluşturmak da mümkündür . Uyarlanabilir en küçük kareler stereo eşleme gibi teknikler daha sonra, dijital arazi modeli ve ortogörüntü ürünleri üretmek için kullanılabilecek yoğun bir x, y, z verisi dizisi üretmek için bir kamera modeli aracılığıyla dönüştürülen yoğun bir yazışma dizisi üretmek için kullanılır . Bu teknikleri kullanan sistemler, örneğin ITG sistemi, 1980'lerde ve 1990'larda geliştirildi, ancak o zamandan beri LiDAR ve radar tabanlı yaklaşımlar tarafından değiştirildi, ancak bu teknikler eski hava fotoğraflarından veya uydu görüntülerinden yükseklik modellerinin türetilmesinde hala faydalı olabilir.

Uygulamalar

Horatio Nelson büstünün Monmouth Müzesi'nde fotogrametri kullanılarak üretilmiş 3 boyutlu modelinin videosu
123d Catch ile oluşturulan Cebelitarık 1 Neandertal kafatası 3D tel kafes modeli

Fotogrametri, topografik haritalama , mimari , mühendislik , imalat , kalite kontrol , polis soruşturması, kültürel miras ve jeoloji gibi alanlarda kullanılmaktadır . Arkeologlar , büyük veya karmaşık alanların planlarını hızla üretmek için kullanırlar ve meteorologlar , nesnel hava verileri elde edilemediğinde kasırgaların rüzgar hızını belirlemek için kullanır.

3D Fotogrametri deneyimini keşfetmek için kontrol cihazını kullanan kişinin fotoğrafı, DERIVE tarafından hazırlanan Gelecek Şehirler, Tokyo'yu yeniden yaratıyor.

Aynı zamanda birleştirmek için kullanılan canlı aksiyon ile bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüler filmlerde üretim sonrası ; Matrix filmde fotogrametri kullanımına iyi bir örnektir (ayrıntılar DVD ekstralarında verilmiştir). Fotogrametri dahil video oyunları için fotogerçekçi çevre varlıkları oluşturmak için yoğun biçimde kullanıldı Ethan Carter Vanishing yanı sıra EA DICE 'ın Yıldız Savaşları Battlefront . Hellblade: Senua's Sacrifice oyununun ana karakteri , aktris Melina Juergens'in fotogrametrik hareket yakalama modellerinden türetilmiştir.

Fotogrametri ayrıca çarpışma mühendisliğinde, özellikle otomobillerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kazalar için dava açıldığında ve mühendislerin araçta mevcut olan deformasyonu tam olarak belirlemesi gerektiğinde, birkaç yıl geçmesi yaygındır ve geriye kalan tek kanıt polis tarafından çekilen kaza yeri fotoğraflarıdır. Fotogrametri, söz konusu arabanın ne kadar deforme olduğunu belirlemek için kullanılır ve bu, bu deformasyonu üretmek için gereken enerji miktarı ile ilgilidir. Enerji daha sonra çarpışmayla ilgili önemli bilgileri (darbe anındaki hız gibi) belirlemek için kullanılabilir.

haritalama

Fotoğraf haritalama , "yerin birleşik fotografik görüntüsü" olan bir fotomozaikten veya daha doğrusu, "bireysel fotoğrafların eğim için düzeltildiği ve getirildiği kontrollü bir fotomozaik olarak çizilen "kartografik iyileştirmeler" ile bir harita yapma sürecidir. ortak bir ölçeğe (en azından belirli kontrol noktalarında)."

Görüntülerin düzeltilmesi genellikle "her fotoğrafın yansıtılan görüntülerinin, konumları mevcut bir haritadan veya yer ölçümlerinden türetilen bir dizi dört kontrol noktasına sığdırılmasıyla sağlanır. Bu doğrultulduğunda, ölçekli fotoğraflar bir kontrol noktaları ızgarası üzerine yerleştirilir. , ustaca budama ve yerleştirme ve rölyef yer değiştirmelerinin (kaldırılamayan) minimum olduğu ana nokta etrafındaki alanların kullanılmasıyla aralarında iyi bir uyum sağlanabilir."

"Bir tür fotoğraf haritasının geleceğin standart genel haritası olacağı sonucuna varmak oldukça mantıklı." yüksek irtifa uçakları ve uydu görüntüleri gibi gelecekteki veri kaynaklarından "fotoğraflamanın makul avantajlardan yararlanmanın tek yolu gibi görüneceğini" önermeye devam edin. GoogleEarth'teki en yüksek çözünürlüklü hava fotoğraf haritaları, yaklaşık 2,5 cm (0,98 inç) uzamsal çözünürlüklü görüntülerdir. Orto görüntülerin en yüksek çözünürlüklü fotoğraf haritası, 2012 yılında Macaristan'da 0,5 cm (0,20 inç) uzamsal çözünürlükle yapılmıştır.

Arkeoloji

Alandaki bir arkeolojik kazıyı fotoğraflamak için bir pentop bilgisayar kullanma

Ortofoto haritalama ve arkeoloji arasındaki bağlantıyı gösteren tarihi hava fotoğrafları fotoğrafları, yapının duvarlarının kazılarına rehberlik eden Ventura misyonunun yeniden yapılandırılmasına yardımcı olmak için kullanıldı.

Pteryx UAV , hava fotoğrafçılığı ve rulo stabilize kamera kafası ile fotoğraf haritalama için sivil bir İHA

Tepegöz fotoğrafçılığı, arkeolojik alanlarda yüzey kalıntılarının ve kazı maruziyetlerinin haritalanması için yaygın olarak uygulanmaktadır. Bu fotoğrafları çekmek için önerilen platformlar şunları içeriyordu: I. Dünya Savaşı'ndan Savaş Balonları; kauçuk meteorolojik balonlar; uçurtmalar ; ahşap platformlar, metal çerçeveler, bir kazı açıklığı üzerine inşa edilmiştir; hem tek başına hem de direkler veya kalaslarla bir arada tutulan merdivenler; üç ayaklı merdivenler; tek ve çok bölümlü direkler; iki ayaklılar; tripodlar; tetrapodlar ve havadan kovalı kamyonlar ("kiraz toplayıcılar").

Kazı maruziyetlerini kaydetmek için coğrafi bilgi sistemleri ( GIS ) ile birlikte nadiren elde tutulan baş üstü dijital fotoğraflar kullanılmıştır .

Geleneksel yöntemlere kıyasla haritalama alanlarının göreceli kolaylığı nedeniyle, sanal gerçeklikte oluşturulabilen 3B haritaların oluşturulmasına izin veren fotogrametri, deniz arkeolojisinde giderek daha fazla kullanılmaktadır .

3D modelleme

Bir dereceye kadar benzer bir uygulama, nesnelerin otomatik olarak 3D modellerini yapmak için taranmasıdır. Üretilen model genellikle hala boşluklar içerir, bu nedenle MeshLab , netfabb veya MeshMixer gibi yazılımlarla ek temizleme genellikle hala gereklidir.

Google Earth , 3D görüntüler oluşturmak için fotogrametri kullanır.

Ayrıca, kayıp/çalıntı/kırık eserlerin 3D modellerini yapmak için fotogrametriyi kullanan ve daha sonra çevrimiçi olarak yayınlanan Rekrei adlı bir proje var .

Yazılım

Fotogrametri için birçok yazılım paketi bulunmaktadır; fotogrametri yazılımının karşılaştırmasına bakın .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Kaynaklar

Dış bağlantılar