ФОТОГРАМЕТРИЯ: ИСТОРИЯ, МЕТОД, ВИДОВЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - НАУКА - 2025

В fotogrametr изданието е техника за извличане на пространствена информация от изображения, особено въздушни снимки, но също така и тези, взети на суша или под водата. От тази информация размерите и позициите на представените обекти се определят количествено.

Фотографските изображения са плоски, като тези, показани на фигура 1, но чрез тях е възможно да се прецени например височината на сгради или скали, било по отношение на пътя, морето или друга точка. справка.

Фигура 1. Въздушна снимка, направена за извършване на фотограметрично изследване. Източник: Wikimedia Commons. Снимка от D Ramey Logan

Създаването на изображения, много близки до реалността, не е ново. Великият Леонардо да Винчи (1452-1519) е пионер на перспективата, усъвършенствайки принципите си чрез използването на така наречените изчезващи точки.

Изчезващи точки са местата на хоризонта, където паралелните линии се сближават, придавайки на зрителя усещане за дълбочина.

Леонардо го е направил с картини и рисунки, направени на ръка, но от момента, в който е изобретена фотографията, през 19 век, снимките също започват да се използват за технически цели.

Така и Айме Лауседат (1819-1907) и Албрехт Майденбауер (1834-1921), считани за бащи на съвременната фотограметрия. Laussedat построи подробни топографски карти през 1850 г., като наслагва различни перспективи на план.

От своя страна Майденбауер, който беше архитект, прилага техниката за документиране на сгради, които, ако бъдат унищожени, могат да бъдат напълно възстановени благодарение на съхраняваната информация.

През 80-те години съвременните компютри правят фотограметрията голям скок напред, като свежда до минимум времето, необходимо за обработка на изображенията.

Метод на фотограметрия

Най-общо казано, методът се състои в правене на изображения на предмети, обработването им и накрая интерпретирането им. Основните елементи за описание на основния принцип са показани на фигура 2:

Фигура 2. Основен принцип на заснемане на изображение. Източник: Ф. Сапата.

На първо място ви е необходим сензор за заснемане на изображението, а също и обектив, така че всеки лъч светлина от точка да удари сензора на едно и също място. Ако това не се случи, точката се регистрира като наслагване и резултати от замъгляване или извън фокусиране.

За да се реконструира обектът, фотограметрията представлява интерес само праволинеен лъч, нарисуван в черно на фигура 2. Това е този, който преминава през точката, наречена център на перспектива в обектива.

Ако този лъч, който отива директно от обекта, преминава през лещата и достига до сензора, е търсеното разстояние.

Стереоскопично зрение

Естествената визия на хората е стереоскопична. Това означава, че можем да знаем разстоянията, до които са обектите, благодарение на факта, че мозъкът обработва заснетите изображения и оценява релефите.

Така всяко око улавя малко по-различен образ и тогава мозъкът върши работата по тълкуването им като едно цяло, с облекчение и дълбочина.

Но при плоска рисунка или снимка не е възможно да се знае на колко разстояние или колко близо е даден обект, тъй като информацията за дълбочината е загубена, както е обяснено графично на фигура 3.

Както казахме, точката е на главния лъч, но няма начин да се разбере дали е по-близо, защото обектът е малък, или ако е по-далеч, но принадлежи към нещо по-голямо.

Фигура 3. При плоско изображение не може да се определи дълбочината на обектите. Източник: Ф. Сапата.

Така че, за да се отстрани проблемът с близостта, се правят две малко различни изображения, както е показано по-долу на фигура 4.

Фигура 4. Пресичането на двете линии ни позволява да намерим реалното местоположение на точката в пространството. Източник: Ф. Сапата.

Познавайки пресечната точка на лъчите чрез триангулация, се открива положението на обекта, от който те идват. Тази процедура се нарича "съвпадение на точки" и се извършва с помощта на специално проектирани алгоритми, тъй като е необходимо процедурата да се повтори с всички точки на обект.

Подробности като позиция, ъгъл и други характеристики на камерата също се вземат предвид, за да се получат добри резултати.

Видове

В зависимост от начина на придобиване на изображения има няколко вида фотограметрия. Ако изображенията са взети от въздуха, това е въздушна фотограметрия.

И ако са взети на земята, техниката се нарича наземна фотограметрия, което беше първото практическо приложение на техниката.

Въздушната фотограметрия е един от най-широко използваните отрасли днес, тъй като позволява създаването на високо точни планове и карти. Изображенията могат да се получат и чрез сателит, в този случай говорим за космическа или сателитна фотограметрия.

По същия начин фотограметрията се класифицира в зависимост от използваните инструменти и обработката на изображението, която може да бъде:

-Analog

Google Анализ;

-Дигитален

При аналоговата фотограметрия изображенията и обработката са напълно оптични и механични.

При аналитичната фотограметрия кадрите са аналогови, но се обработват на компютъра. И накрая, в дигиталната фотограметрия както кадърът, така и системата за обработка са цифрови.

Фотограметрия vs. топография

Топографията също има за цел да представи селския или градския терен в равнина, като подчертава интересните точки. И обратно, ако е необходимо, вземете точките на равнината и ги поставете в пространството.

Поради тази причина топографията и фотограметрията имат много общо, но последната има някои предимства:

- Почти винаги е по-евтино.

- Събирането на данни - проучването - е по-бързо, подходящо за големи площи.

- Работи най-добре на много неравен терен, освен ако не е покрит от гъста растителност.

- Всички точки са регистрирани еднакво.

- Информацията може да бъде запазена и не е необходимо да се връщате в полето, за да я получите отново.

Фотограметрия с единично изображение

По принцип не е възможно да се реконструира фотографиран обект от една снимка, освен ако не се използва някаква друга допълнителна информация, тъй като както вече видяхме, в плоско изображение няма запис на дълбочина.

Все пак изображенията все още предоставят ценна информация, макар и с някои ограничения.

Като пример, да предположим, че искате да идентифицирате разбойник в магазин или банка. Изображение от камерата за наблюдение може да се използва за определяне на височината и конструкцията на лицето, извършило престъплението, като го сравнява с известния размер на мебелите или други хора в изображението.

Фигура 5. Столовете са със същия размер и веднага знаем кой е най-близкият. От друга страна, паралелните линии на пода, които се сближават в далечината, осигуряват усещането за дълбочина на снимката. Източник: Pixabay

Приложения

Фотограметрията се прилага широко в различни дисциплини, като архитектура, инженерство и археология, за да назовем само няколко. Както беше обяснено по-рано, той се прилага в криминалистиката и разбира се, за специални ефекти във филмите.

Например в инженерството добрите изображения могат да разкрият информация за релефа и конфигурацията на терен. Ето някои конкретни области от голям интерес:

-Изучаване на комуникационните пътища.

-Създаване на маршрути.

-Движения на земята.

-Градоустройство.

-Проучване на хидрографски басейни.

- Въздушни проучвания за проучване на минното дело.

Освен това фотограметрията е много ценен инструмент при:

- Архитектура: в издигането на паметници и сгради.

- Археология: за реконструкция на стари сгради от останките, запазени днес.

- Зоология: помага да се направят триизмерни модели на настоящи и изчезнали животни.

- Механика: при моделиране на автомобили, двигатели и всякакви машини.

Препратки

1. Блог на екипа на Adam Technologies. Как работи фотограметрията? Възстановено от: adamtech.com.au.
2. Armillary, приложна геоматика. Фотограметрични техники. Възстановени от: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Фотомодерни технологии. Как работи фотограметрията? Възстановена от: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Въведение във фотограметрията и картографията, прилагани в строителството. Публикувано от Университета в Екстрамадура.
5. Sánchez, J. Въведение във фотограметрията. Университет на Кантабрия. Възстановено от: ocw.unican.es.