FOTOGRAMMETRIA: HISTORIA, MENETELMÄ, TYYPIT, SOVELLUKSET - TIEDE - 2026

Fotogrametr ED on tekniikka talteen paikkatietoja kuvia, varsinkin ilmakuvia, mutta myös ne otettu maalla tai meren alla. Näiden tietojen perusteella esitetyn objektin mitat ja sijainnit määritetään kvantitatiivisesti.

Valokuvakuvat ovat tasaisia, kuten kuvassa 1, mutta niiden kautta on mahdollista arvioida esimerkiksi rakennusten tai kallioiden korkeus joko tien, meren tai muun pisteen suhteen viite.

Kuva 1. Ilmakuva, joka on otettu fotogrammetrisen tutkimuksen suorittamiseksi. Lähde: Wikimedia Commons. Valokuva: D Ramey Logan

Todellisuuteen hyvin lähellä olevien kuvien luominen ei ole uusi. Suuri Leonardo da Vinci (1452-1519) oli näkökulman edelläkävijä, ja paransi periaatteitaan ns. Katoamispisteiden avulla.

Häviämispisteet ovat horisontissa olevia paikkoja, joissa rinnakkaisviivat yhtyvät, antaen katsojalle syvyyden tunteen.

Leonardo teki sen käsin tehdyillä maalauksilla ja piirustuksilla, mutta valokuvauksen keksimisen hetkestä lähtien, 1800-luvulla, valokuvia käytettiin myös teknisiin tarkoituksiin.

Samoin Aimé Laussedat (1819-1907) ja Albrecht Meydenbauer (1834-1921), joita pidettiin nykyaikaisen fotogrammetrian isinä. Laussedat rakensi yksityiskohtaiset topografiset kartat vuonna 1850 upottamalla suunnitelman eri näkökulmat.

Meydenbauer, joka oli arkkitehti, sovelsi puolestaan ​​tekniikkaa dokumentoida rakennuksia, jotka tuhoutuessaan voidaan kokonaan rakentaa uudelleen varastoidun tiedon ansiosta.

1980-luvulla moderni laskenta teki fotogrammetrian huomattavan harppauksen eteenpäin, minimoimalla kuvankäsittelyyn tarvittava aika.

Valokuvamittausmenetelmä

Yleisesti ottaen menetelmä koostuu kuvien ottamisesta esineistä, niiden käsittelemisestä ja lopulta tulkinnasta. Perusperiaatteen kuvaamisen tärkeimmät elementit on esitetty kuvassa 2:

Kuva 2. Kuvan sieppauksen perusperiaate. Lähde: F. Zapata.

Ensinnäkin, kuvan ja linssin sieppaamiseen tarvitaan anturi, jotta jokainen pisteestä tuleva valonsäde osuu anturiin samassa paikassa. Jos näin ei tapahdu, piste rekisteröidään peittokuvana, jolloin kuva on epäselvä tai epätarkka.

Objektin rekonstruoimiseksi vain kuviossa 2 mustalla piirretty suoraviivainen säde on mielenkiintoinen fotogrammetrian suhteen. Tämä kulkee linssissä perspektiivikeskuksen nimeltä kulkevan pisteen läpi.

Jos se suora esine, joka menee suoraan esineestä, kulkee linssin läpi ja saavuttaa anturin, on etsittävä etäisyys.

Stereoskooppinen visio

Ihmisen luonnollinen visio on stereoskooppinen. Tämä tarkoittaa, että voimme tietää etäisyydet, joihin esineet ovat, johtuen siitä, että aivot käsittelevät otettuja kuvia ja arvioivat helpotuksia.

Joten jokainen silmä vangitsee hieman erilaisen kuvan, ja aivot sitten tulkitsevat niitä yhtenä helpotuksena ja syvyydenä.

Mutta litteässä piirroksessa tai valokuvassa ei ole mahdollista tietää, kuinka kaukana tai kuinka lähellä esine on, koska syvyyttä koskevat tiedot kadotettiin, kuten kuvassa 3 graafisesti selitetään.

Kuten olemme sanoneet, kohta on pääradalla, mutta ei ole mitään tapaa tietää, onko se lähempänä, koska esine on pieni tai onko se kauempana, mutta kuuluu johonkin suurempaan.

Kuva 3. Tasaisessa kuvassa esineiden syvyyttä ei voida määrittää. Lähde: F. Zapata.

Joten läheisyysongelman korjaamiseksi otetaan kaksi hieman erilaista kuvaa, kuten alla kuvassa 4 esitetään.

Kuva 4. Kahden viivan leikkaus antaa meille mahdollisuuden löytää pisteen todellinen sijainti avaruudessa. Lähde: F. Zapata.

Tietäen säteiden leikkauspiste kolmiomittauksen avulla, havaitaan kohteen sijainti, josta ne tulevat. Tätä proseduuria kutsutaan "pistesovitukseksi" ja se suoritetaan käyttämällä erityisesti suunniteltuja algoritmeja, koska on välttämätöntä toistaa toimenpide kaikkien objektien pisteiden kanssa.

Hyvän tuloksen saamiseksi otetaan myös huomioon yksityiskohdat, kuten kameran sijainti, kulma ja muut ominaisuudet.

Tyypit

Kuvien hankkimistavasta riippuen fotogrammetria on erityyppisiä. Jos kuvat on otettu ilmasta, se on ilmavalokuvametriaa.

Ja jos ne otetaan maassa, tekniikkaa kutsutaan maanpäälliseksi fotogrammetriaksi, joka oli tekniikan ensimmäinen käytännöllinen sovellus.

Ilmafotometria on nykyään yksi yleisimmin käytetyistä haaroista, koska se mahdollistaa erittäin tarkkojen suunnitelmien ja karttojen luomisen. Kuvia voidaan hankkia myös satelliitin kautta, jolloin puhutaan avaruus- tai satelliittien fotogrammetriasta.

Samoin fotogrammetria luokitellaan käytettyjen välineiden ja kuvan käsittelyn perusteella, mikä voi olla:

-Analoginen

-Analytics

-Digitaalinen

Analogisessa fotogrammetriassa kuvantaminen ja käsittely ovat täysin optisia ja mekaanisia.

Analyyttisessä fotogrammetriassa kehykset ovat analogisia, mutta prosessoidaan tietokoneella. Ja lopuksi digitaalisessa fotogrammetriassa sekä kehys että prosessointijärjestelmä ovat digitaalisia.

Fotogrammetria vs. topografia

Topografian tavoitteena on myös edustaa maaseutu- tai kaupunkimaastoa tasossa korostamalla kiinnostavia kohteita. Ja päinvastoin, ota tarvittaessa tason kohdat ja aseta ne avaruuteen.

Tästä syystä topografialla ja fotogrammetrialla on paljon yhteistä, mutta viimeksi mainituilla on joitain etuja:

- Se on melkein aina halvempaa.

- Tietojen hankinta - kysely - on nopeampaa, sopivaa suurille alueille.

- Toimii parhaiten erittäin karkealla maastolla, ellei paksu kasvillisuus peitä sitä.

- Kaikki pisteet rekisteröidään tasapuolisesti.

- Tiedot voidaan tallentaa, eikä niiden palauttaminen kentälle ole tarpeen.

Yhden kuvan fotogrammetria

Yleensä ei ole mahdollista rekonstruoida valokuvattua kohdetta yhdestä valokuvasta, ellei käytetä jotain muuta lisätietoa, koska kuten olemme jo nähneet, litteässä kuvassa ei ole syvyyden tietuetta.

Kuvista kuitenkin löytyy arvokasta tietoa, vaikkakin joillakin rajoituksilla.

Oletetaan esimerkiksi, että haluat tunnistaa ryöstökaupan tai pankin. Valvontakamerasta saatua kuvaa voidaan käyttää rikoksen tekijän korkeuden ja rakenteen määrittämiseen vertaamalla sitä tunnettujen huonekalujen tai muiden kuvassa olevien ihmisten kokoon.

Kuva 5. Tuolit ovat samankokoisia ja tiedämme heti, mikä on lähinnä. Toisaalta, etäisyyden myötä suuntaavat lattian yhdensuuntaiset viivat tarjoavat valokuvassa syvyyden tunteen. Lähde: Pixabay.

Sovellukset

Fotogrammetriaa käytetään laajasti useilla tieteenaloilla, kuten arkkitehtuurissa, tekniikassa ja arkeologiassa muutamia mainitakseni. Kuten aiemmin selitettiin, sitä käytetään oikeuslääketieteessä ja tietysti elokuvien erikoistehosteissa.

Suunnittelussa hyvät kuvat voivat paljastaa tietoja esimerkiksi maaston helpotuksesta ja kokoonpanosta. Tässä on erityisiä mielenkiintoisia alueita:

- Viestintäreittien tutkimus.

- Reittien perustaminen.

-Hänliikkeet.

-Kaupunkisuunnittelu.

-Vesihistoriallisten altaiden tutkimus.

- Kaivostoiminnan etsintää koskevat ilmastotutkimukset.

Lisäksi fotogrammetria on erittäin arvostettu työkalu:

- Arkkitehtuuri: muistomerkkien ja rakennusten korottamisessa.

- Arkeologia: vanhojen rakennusten jälleenrakentaminen nykyään säilyneistä jäännöksistä.

- Eläintiede: auttaa tekemään kolmiulotteisia malleja nykyisistä ja sukupuuttoon kuolleista eläimistä.

- Mekaniikka: autojen, moottorien ja kaikenlaisten koneiden mallinnuksessa.

Viitteet

1. Adam Technologies -ryhmän blogi. Kuinka fotogrammetria toimii? Palautettu osoitteesta: adamtech.com.au.
2. Tytöt, soveltuva geomaattiikka. Fotogrammetriset tekniikat. Palautettu osoitteesta: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Photomodeler Technologies. Kuinka fotogrammetria toimii? Palautettu osoitteesta: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Johdanto fotogrammetriaan ja kartografiaan rakennustekniikassa. Julkaissut Extramaduran yliopisto.
5. Sánchez, J. Johdatus fotogrammetriaan. Kantabrian yliopisto. Palautettu: ocw.unican.es.