FOTOGRAMMETRI: HISTORIK, METOD, TYPER, APPLIKATIONER - VETENSKAP - 2025

Den fotogrametr ed är en teknik för att extrahera rumslig information från bilder, särskilt flygbilder, men också de som tagits på land eller under havet. Från denna information kvantifieras dimensionerna och positionerna för de representerade objekten.

Fotografiska bilder är platta, som de som visas i figur 1, men genom dem är det möjligt att uppskatta till exempel höjden på byggnader eller stenar, antingen med avseende på vägen, havet eller en annan punkt. referens.

Bild 1. En flygbild som tagits för att utföra en fotogrammetrisk undersökning. Källa: Wikimedia Commons. Fotografi av D Ramey Logan

Skapandet av bilder som är mycket nära verkligheten är inte nytt. Den stora Leonardo da Vinci (1452-1519) var en pionjär i perspektivet och perfektionerade hans principer genom användning av så kallade försvinnande punkter.

Försvinnande punkter är de platser i horisonten där de parallella linjerna går samman, vilket ger tittaren en känsla av djup.

Leonardo gjorde det med målningar och teckningar gjorda för hand, men från det ögonblick som fotografiet uppfanns, på 1800-talet, började foton också användas för tekniska ändamål.

Så gjorde Aimé Laussedat (1819-1907) och Albrecht Meydenbauer (1834-1921), betraktade modern fotogrammetrias fäder. Laussedat byggde detaljerade topografiska kartor 1850 genom att lägga över olika perspektiv på en plan.

För sin del använde Meydenbauer, som var en arkitekt, tekniken för att dokumentera byggnader, som, om de förstördes, kunde byggas helt igen tack vare lagrad information.

På 1980-talet gjorde modern datorfotogrammetri ett stort steg framåt, vilket minimerade tiden för bildbehandling.

Photogrammetry-metod

I stort sett består metoden av att ta bilder av objekt, bearbeta dem och slutligen tolka dem. De viktigaste elementen för att beskriva grundprincipen anges i figur 2:

Bild 2. Grundprincip för att ta en bild. Källa: F. Zapata.

Först och främst behövs en sensor för att fånga bilden och även en lins, så att varje ljusstråle som kommer från en punkt, träffar sensorn på samma plats. Om detta inte händer registreras punkten som ett överlägg, vilket resulterar i en oskarp bild eller en fokuserad bild.

För att rekonstruera objektet är det bara den rätlinjiga strålen som dras i svart i figur 2. Det är intressant för fotogrammetri. Detta är den som passerar genom den punkt som kallas perspektivcentret i linsen.

Om den strålen, som går direkt från objektet, passerar genom linsen och når sensorn, är det avstånd som söks.

Stereoskopisk syn

Människans naturliga vision är stereoskopisk. Detta innebär att vi kan känna till avstånd som objekten är, tack vare att hjärnan bearbetar de tagna bilderna och utvärderar lättnaderna.

Så varje öga fångar en annorlunda bild, och sedan gör hjärnan arbetet med att tolka dem som ett, med lättnad och djup.

Men i en platt ritning eller fotografi är det inte möjligt att veta hur långt eller hur nära ett objekt är, eftersom informationen om djupet förlorades, vilket förklaras grafiskt i figur 3.

Som vi har sagt är punkten på huvudstrålen, men det finns inget sätt att veta om det är närmare eftersom objektet är litet, eller om det är längre bort, men det tillhör något större.

Bild 3. I en platt bild kan inte djupet på objekt fastställas. Källa: F. Zapata.

Så för att fixa närhetsproblemet tas två något olika bilder, som visas nedan i figur 4.

Bild 4. Korsningen mellan de två linjerna gör att vi kan hitta den verkliga platsen för punkten i rymden. Källa: F. Zapata.

Genom att känna skärningspunkten mellan strålarna genom triangulering upptäcks positionen för objektet från vilket de kommer. Den här proceduren kallas "point matching" och den görs med hjälp av specialdesignade algoritmer, eftersom det är nödvändigt att upprepa proceduren med alla objektets punkter.

Detaljer som position, vinkel och andra egenskaper hos kameran beaktas också för att uppnå goda resultat.

typer

Beroende på hur bilder förvärvas finns det flera typer av fotogrammetri. Om bilderna tas från luften är det flygfotogrammetri.

Och om de tas på marken kallas tekniken markfotogrammetri, som var den första praktiska tillämpningen av tekniken.

Flygfotogrammetri är en av de mest använda grenarna idag, eftersom den möjliggör generering av mycket exakta planer och kartor. Bilderna kan också förvärvas via en satellit, i vilket fall vi talar om rymd eller satellitfotogrammetri.

Likaså klassificeras fotogrammetri enligt de instrument som används och behandlingen som ges till bilden, vilket kan vara:

-Analog

-Analytics

-Digital

Vid analog fotogrammetri är bildbehandling och bearbetning helt optiska och mekaniska.

Vid analytisk fotogrammetri är ramarna analoga men bearbetas på datorn. Och slutligen, inom digital fotogrammetri, är både ramen och processystemet digitala.

Fotogrammetri vs. topografi

Topografin syftar också till att representera den lantliga eller urbana terrängen på ett plan och belyser intressanta platser. Och omvänt, om nödvändigt, ta planens punkter och placera dem i rymden.

Av denna anledning har topografi och fotogrammetri mycket gemensamt, men det senare har vissa fördelar:

- Det är nästan alltid billigare.

- Förvärvet av data - undersökning - är snabbare, lämpligt för stora områden.

- Fungerar bäst i mycket grov terräng, om inte täckt av tjock vegetation.

- Alla poäng registreras lika.

- Informationen kan sparas och det är inte nödvändigt att återvända till fältet för att få den igen.

Enbilds fotogrammetri

I allmänhet är det inte möjligt att rekonstruera ett fotograferat objekt från ett enda fotografi, såvida inte någon annan ytterligare information används, eftersom vi, som vi redan har sett, inte har någon djupregistrering i en platt bild.

Fortfarande ger bilderna värdefull information, om än med vissa begränsningar.

Anta som exempel att du vill identifiera en rånare i en butik eller bank. En bild från övervakningskameran kan användas för att bestämma höjden och byggnaden för den som begick brottet genom att jämföra den med den kända storleken på möbler eller andra personer i bilden.

Bild 5. Stolarna har samma storlek och vi vet omedelbart vilka som är närmast. Å andra sidan ger de parallella linjerna på golvet som konvergerar i fjärran känslan av djupet i fotot. Källa: Pixabay.

tillämpningar

Fotogrammetri används allmänt inom olika discipliner, såsom arkitektur, teknik och arkeologi, för att nämna några. Som förklarats tidigare tillämpas det inom kriminalteknik och naturligtvis för specialeffekter i filmer.

Inom teknik kan bra bilder avslöja information om t.ex. en terrängs lättnad och konfiguration. Här är några specifika områden av stort intresse:

- Studie av kommunikationsvägar.

-Etablering av rutter.

-Jorden rörelser.

-Stadsplanering.

-Studie av hydrografiska bassänger.

-Flytundersökningar för gruvprospektering.

Dessutom är fotogrammetri ett mycket uppskattat verktyg i:

- Arkitektur : vid uppförande av monument och byggnader.

- Arkeologi : att rekonstruera gamla byggnader från resterna bevarade idag.

- Zoologi : hjälper till att skapa tredimensionella modeller av nuvarande och utrotade djur.

- Mekanik : i modellering av bilar, motorer och alla typer av maskiner.

referenser

1. Adam Technologies Team Blog. Hur fungerar fotogrammetri? Återställd från: adamtech.com.au.
2. Armillary, Applied Geomatics. Fotogrammetriska tekniker. Återställd från: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Photomodeler Technologies. Hur fungerar fotogrammetri? Återställd från: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Introduktion till fotogrammetri och kartografi tillämpad på civilingenjör. Publicerad av University of Extramadura.
5. Sánchez, J. Introduktion till fotogrammetri. University of cantabria. Återställd från: ocw.unican.es.