Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аэрофотоснимок с небольшой высоты для использования в фотограмметрии. Расположение: залив Три арки, пляж Лагуна, Калифорния.

Фотограмметрия - это наука и технология получения надежной информации о физических объектах и ​​окружающей среде посредством процесса записи, измерения и интерпретации фотографических изображений и структур изображений электромагнитного излучения и других явлений. [1]

Фотограмметрия появилась в середине XIX века практически одновременно с появлением самой фотографии . Использование фотографий для создания топографических карт было впервые предложено французским геодезистом Домиником Ф. Араго примерно в 1840 году.

Термин фотограмметрия был введен прусским архитектором Альбрехтом Мейденбауэром [2], который появился в его статье 1867 года «Die Photometrographie». [3]

Есть много вариантов фотограмметрии. Одним из примеров является извлечение трехмерных измерений из двумерных данных (т. Е. Изображений); например, расстояние между двумя точками, лежащими в плоскости, параллельной плоскости фотографического изображения, можно определить путем измерения их расстояния на изображении, если известен масштаб изображения. Другой способ - извлечение точных цветовых диапазонов и значений, представляющих такие величины, как альбедо , зеркальное отражение , металличность или окклюзия окружающей среды из фотографий материалов для целей визуализации, основанной на физических характеристиках .

Фотограмметрия с близкого расстояния означает сбор фотографий с меньшего расстояния, чем традиционная аэрофотограмметрия (или орбитальная). Фотограмметрический анализ может применяться к одной фотографии или может использовать высокоскоростную фотосъемку и дистанционное зондирование для обнаружения, измерения и записи сложных 2D- и 3D- полей движения путем ввода результатов измерений и анализа изображений в вычислительные модели в попытке последовательной оценки с повышением точности , фактические трехмерные относительные движения.

С самого начала со стереоплоттерами, которые использовались для нанесения контурных линий на топографические карты , теперь он имеет очень широкий спектр применения, например, сонар , радар и лидар .

Методы [ править ]

Модель данных фотограмметрии [4]

Фотограмметрия использует методы из многих дисциплин, включая оптику и проективную геометрию . Захват цифровых изображений и фотограмметрическая обработка включает в себя несколько четко определенных этапов, которые позволяют создавать 2D или 3D цифровые модели объекта как конечного продукта. [5] Модель данных справа показывает, какой тип информации может входить и выходить из фотограмметрических методов.

В 3D координаты определяют местоположение точек объекта в 3D пространстве . Эти координаты изображения определяют местоположение точек изображений объекта на пленке или электронном устройстве формирования изображения. Внешнее ориентирование [6] из камеры определяет свое местоположение в пространстве и направлениях его просмотра. Внутренняя ориентация определяет геометрические параметры процесса формирования изображения. Это в первую очередь фокусное расстояние объектива, но также может включать описание искажений объектива. Дальнейшие дополнительные наблюдения играют важную роль: с масштабными линейками , в основном известное расстояние между двумя точками в пространстве или известные фиксированные точки., создается соединение с основными измерительными устройствами.

Каждая из четырех основных переменных может быть входом или выходом фотограмметрического метода.

Алгоритмы фотограмметрии обычно пытаются минимизировать сумму квадратов ошибок по координатам и относительным смещениям опорных точек. Эта минимизация известна как настройка пакета и часто выполняется с использованием алгоритма Левенберга – Марквардта .

Стереофотограмметрия [ править ]

«Стереофотограмметрия» перенаправляется сюда. Не следует путать со стереофотограмметрией рентгена .
Основная статья: 3D-реконструкция из нескольких изображений
Основная категория: стереофотограмметрия
Смотрите также: Компьютерное стереозрение

Особый случай, называемый стереофотограмметрией , включает оценку трехмерных координат точек на объекте, используя измерения, сделанные на двух или более фотографических изображениях, сделанных с разных позиций (см. Стереоскопию ). Общие точки обозначены на каждом изображении. Линия обзора (или луч) может быть построена от местоположения камеры до точки на объекте. Именно пересечение этих лучей ( триангуляция ) определяет трехмерное положение точки. Более сложные алгоритмы могут использовать другую информацию о сцене, которая известна априори , например симметрии., в некоторых случаях позволяя восстанавливать трехмерные координаты только с одной позиции камеры. Стереофотограмметрия становится надежным методом бесконтактных измерений для определения динамических характеристик и форм колебаний невращающихся [7] [8] и вращающихся структур. [9] [10]

Интеграция [ править ]

Фотограмметрические данные могут быть дополнены данными о диапазоне от других методов. Фотограмметрия более точна в направлении x и y, в то время как данные о диапазоне, как правило, более точны в направлении z [ необходима ссылка ] . Эти данные о дальности могут быть предоставлены такими методами, как LiDAR , лазерные сканеры (с использованием времени пролета, триангуляции или интерферометрии), дигитайзеры белого света и любой другой метод, который сканирует область и возвращает координаты x, y, z для нескольких дискретных точек (обычно называемые « облака точек »). На фотографиях можно четко определить края зданий, в то время как облако точек не может. Полезно объединить преимущества обеих систем и интегрировать их для создания лучшего продукта.

Трехмерная визуализация может быть создана путем географической привязки аэрофотоснимков [11] [12] и данных LiDAR в одной и той же системе отсчета, ортотрансформирования аэрофотоснимков, а затем наложения ортотрансформированных изображений поверх сетки LiDAR. Также возможно создавать цифровые модели местности и, таким образом, трехмерную визуализацию, используя пары (или кратные) аэрофотоснимков или спутниковых снимков (например, спутниковые снимки SPOT ). Такие методы, как адаптивное стереосогласование методом наименьших квадратов, затем используются для создания плотного массива соответствий, которые преобразуются с помощью модели камеры для создания плотного массива данных x, y, z, которые можно использовать для создания цифровой модели местности и ортоизображения.товары. Системы, в которых используются эти методы, например система ITG, были разработаны в 1980-х и 1990-х годах, но с тех пор были вытеснены LiDAR и подходами на основе радаров, хотя эти методы все еще могут быть полезны при построении моделей рельефа из старых аэрофотоснимков или спутниковых изображений.

Приложения [ править ]

Воспроизвести медиа
Видео 3D-модели бюста Горацио Нельсона в музее Монмута , созданное с помощью фотограмметрии
Воспроизвести медиа
Каркасная 3D-модель черепа неандертальца Гибралтара 1 , созданная с помощью 123d Catch

Фотограмметрия используется в таких областях, как топографическое картографирование , архитектура , машиностроение , производство , контроль качества , полицейские расследования, культурное наследие и геология . Археологи используют его для быстрого создания планов больших или сложных участков, а метеорологи используют его для определения скорости ветра торнадо, когда невозможно получить объективные данные о погоде.

Фотография человека, использующего контроллер для исследования 3D-фотограмметрии Future Cities от DERIVE, воссоздающего Токио.

Он также используется для объединения живых выступлений с компьютерными изображениями при пост-продакшене фильмов ; Матрица - хороший пример использования фотограмметрии в кино (подробности см. В дополнениях к DVD). Фотограмметрия широко используется для создания фотореалистичных экологических активов для видеоигр , включая исчезание Итан Картер , а также EA DICE «s Star Wars Battlefront . [13] Главный герой игры Hellblade: Senua's Sacrifice был создан на основе фотограмметрических моделей захвата движения актрисы Мелины Юргенс. [14]

Фотограмметрия также широко применяется при проектировании столкновений, особенно в автомобилях. Когда возникает судебный процесс по поводу ДТП и инженерам необходимо определить точную деформацию, имеющуюся в транспортном средстве, обычно прошло несколько лет, и единственное, что осталось, - это фотографии места происшествия, сделанные полицией. Фотограмметрия используется для определения степени деформации рассматриваемого автомобиля, что связано с количеством энергии, необходимой для создания этой деформации. Затем энергия может быть использована для определения важной информации о столкновении (например, скорости во время удара).

Отображение [ править ]

Фотопечать - это процесс создания карты с «картографическим улучшением» [15], которая была нарисована с фотомозаики [16], которая представляет собой «составное фотографическое изображение земли», или, точнее, в качестве контролируемой фотомозаики, где »отдельные фотографии исправлены для наклона и приведены к общему масштабу (по крайней мере, в определенных контрольных точках) ".

Исправление изображений обычно достигается путем «подгонки проецируемых изображений каждой фотографии к набору из четырех контрольных точек, положение которых было получено из существующей карты или наземных измерений. Когда эти исправленные, масштабированные фотографии помещаются в сетку контрольных точек. , хорошее соответствие между ними может быть достигнуто за счет умелой обрезки и подгонки, а также использования областей вокруг основной точки, где смещения рельефа (которые не могут быть устранены) минимальны ». [15]

«Вполне разумно сделать вывод, что некоторая форма фотокарты станет стандартной общей картой будущего». [17] предлагают [ кто? ], что «фотокартирование может оказаться единственным способом получить разумное преимущество» из будущих источников данных, таких как высотные самолеты и спутниковые снимки. Аэрофотоснимки с самым высоким разрешением в GoogleEarth - это изображения с пространственным разрешением примерно 2,5 см (0,98 дюйма). Фотокарта ортоизображений с самым высоким разрешением была сделана в Венгрии в 2012 году с пространственным разрешением 0,5 см (0,20 дюйма).

Археология [ править ]

Фотокарта археологических раскопок в полевых условиях с помощью портативного компьютера.

Демонстрируя связь между ортофотопланами и археологией , [18] Исторические аэрофотоснимками фотографии были использованы для помощи в разработке реконструкции миссии Вентуры , что руководствуются раскопки стен структуры.

БПЛА Pteryx , гражданский БПЛА для аэрофотосъемки и фотомэппинга со стабилизированной головкой камеры

Фотосъемка с высоты птичьего полета широко применяется для картографирования остатков поверхности и раскопок археологических памятников. Предлагаемые платформы для захвата этих фотографий включают: военные шары времен Первой мировой войны; [19] резиновые метеорологические шары; [20] воздушных змеев ; [20] [21] деревянные платформы, металлические каркасы, сооруженные над выемкой из котлована; [20] лестницы, как отдельно стоящие, так и скрепленные шестами или досками; трехногие лестницы; одно- и многосекционные опоры; [22] [23] сошки; [24] [25] [26] [27] штативы; [28] четвероногих, [29] [30]и автовышки («сборщики вишни»). [31]

Цифровые фотографии, сделанные с рук в районе надира над головой, использовались с географическими информационными системами ( ГИС ) для записи обнажений при раскопках. [32] [33] [34] [35] [36]

Фотограмметрия все чаще используется в морской археологии из-за относительной простоты картографирования участков по сравнению с традиционными методами, что позволяет создавать трехмерные карты, которые можно отображать в виртуальной реальности. [37]

3D моделирование [ править ]

Похожее приложение - сканирование объектов для автоматического создания из них трехмерных моделей. Созданная модель часто все еще содержит пробелы, поэтому часто требуется дополнительная очистка с помощью таких программ, как MeshLab , netfabb или MeshMixer. [38]

Google Планета Земля использует фотограмметрию для создания трехмерных изображений. [39]

Существует также проект под названием Rekrei, который использует фотограмметрию для создания 3D-моделей утерянных / украденных / сломанных артефактов, которые затем размещаются в Интернете.

Программное обеспечение [ править ]

Основная категория: Программное обеспечение для фотограмметрии

Существует множество пакетов программного обеспечения для фотограмметрии; см. сравнение программного обеспечения для фотограмметрии .

См. Также [ править ]

Основная категория: Фотограмметрия
  • Эме Лосседат  - французский картограф и фотограф, «отец фотограмметрии».
  • Сбор 3D-данных и реконструкция объекта
  • 3D-реконструкция из нескольких изображений
  • Аэрофотосъемка
  • Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондирования  - Организация
  • Уравнение коллинеарности  - набор из двух уравнений, используемых в фотограмметрии и компьютерном стереозрении, чтобы связать координаты в плоскости датчика (в двух измерениях) с координатами объекта (в трех измерениях).
  • Компьютерное зрение  - компьютеризированное извлечение информации из изображений
  • Корреляция и отслеживание цифровых изображений
  • Эдуард Девиль
  • Эпиполярная геометрия  - Геометрия стереозрения
  • Геоинформатика  - применение методов информатики в географии, картографии и геонауках.
  • Геоматическая инженерия
  • Географическая информационная система  - система для сбора, управления и представления географических данных.
  • Международное общество фотограмметрии и дистанционного зондирования
  • Мобильное картографирование
  • Перископ  - инструмент для наблюдения из скрытого положения
  • Фотопечать
  • Дальномер  - Устройство для определения расстояния до объекта
  • Общество дистанционного зондирования и фотограмметрии  - британское научное общество
  • Сплошное изображение
  • Стереоплоттер
  • Одновременная локализация и отображение  - вычислительная задача построения карты с отслеживанием местоположения агента внутри нее.
  • Структура из движения
  • Геодезия  - техника, профессия и наука определения положения точек, а также расстояний и углов между ними.
  • Видеограмметрия

Ссылки [ править ]

  1. ^ ASPRS онлайн архивации 20 мая 2015, в Wayback Machine
  2. ^ https://www.cices.org/pdf/P&RSinformation.pdf
  3. ^ Альбрехт Мейденбауэр: Die Photometrographie . В: Wochenblatt des Architektenvereins zu Berlin Jg. 1, 1867, № 14, S. 125–126 ( Digitalisat ); № 15, S. 139–140 ( Digitalisat ); № 16, S. 149–150 ( Digitalisat ).
  4. ^ Wiora, Георг (2001). Optische 3D-Messtechnik: Präzise Gestaltvermessung mit einem erweiterten Streifenprojektionsverfahren (докторская диссертация). ( Оптическая 3D-метрология: точное измерение формы с помощью метода расширенной проекции бахромы ) (на немецком языке). Гейдельберг: Ruprechts-Karls-Universität. п. 36 . Проверено 20 октября 2017 года .
  5. ^ Sužiedelytė-Visockienė Дж, Bagdžiūnaitė R, Malys Н, Maliene В (2015). «Фотограмметрия ближнего действия позволяет документировать деформации архитектурного наследия, вызванные окружающей средой» . Журнал экологической инженерии и менеджмента . 14 (6): 1371–1381. DOI : 10,30638 / eemj.2015.149 .
  6. ^ Ина Ярве; Наталья Либа (2010). «Влияние различных принципов внешней ориентации на общую точность триангуляции» (PDF) . Technologijos Mokslai . Эстония (86): 59–64. Архивировано из оригинального (PDF) 22 апреля 2016 года . Проверено 8 апреля 2016 .
  7. ^ Sužiedelytė-Visockienė, Юрате (1 марта 2013). «Анализ точности измерения точек изображения с близкого расстояния в ручном и стереофоническом режимах» . Геодезия и картография . 39 (1): 18–22. DOI : 10.3846 / 20296991.2013.786881 .
  8. ^ Бакерсад, Джавад; Карр, Дженнифер; и другие. (26 апреля 2012 г.). Динамические характеристики лопасти ветряной турбины с использованием корреляции 3D цифровых изображений . Труды SPIE . 8348 .
  9. ^ Лундстрем, Трой; Бакерсад, Джавад; Незрецкий, Кристофер; Авитабиле, Питер (1 января 2012 г.). «Использование методов высокоскоростной стереофотограмметрии для извлечения информации о форме из рабочих данных ветряной турбины / ротора». Темы модального анализа II, Том 6 . Материалы конференции серии Общества экспериментальной механики. Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр.  269 -275. DOI : 10.1007 / 978-1-4614-2419-2_26 . ISBN 978-1-4614-2418-5.
  10. ^ Лундстрем, Трой; Бакерсад, Джавад; Незрецкий, Кристофер (1 января 2013 г.). «Использование высокоскоростной стереофотограмметрии для сбора эксплуатационных данных на вертолете Robinson R44». Специальные темы в структурной динамике, Том 6 . Материалы конференции серии Общества экспериментальной механики. Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр.  401 -410. DOI : 10.1007 / 978-1-4614-6546-1_44 . ISBN 978-1-4614-6545-4.
  11. ↑ А. Сечин. Цифровые фотограмметрические системы: тенденции и разработки. Геоинформатика. №4, 2014, с. 32-34 .
  12. ^ Ахмади, FF; Эбади, Х (2009). «Интегрированная система управления фотограмметрической и пространственной базой данных для получения полностью структурированных данных с использованием изображений с воздуха и дистанционного зондирования» . Датчики . 9 (4): 2320–33. DOI : 10.3390 / s90402320 . PMC 3348797 . PMID 22574014 .  
  13. ^ «Как мы использовали фотограмметрию, чтобы запечатлеть каждую деталь для Star Wars ™ Battlefront ™» . 19 мая 2015.
  14. ^ «Захват движения в реальном времени позади 'Hellblade ' » . engadget.com .
  15. ^ а б Петри (1977: 50)
  16. ^ Петри (1977: 49)
  17. ^ Робинсон и др. (1977: 10)
  18. ^ Estes et al. (1977)
  19. ^ Каппер (1907)
  20. ^ a b c Парень (1932)
  21. ^ Баском (1941)
  22. ^ Шварц (1964)
  23. ^ Уилтшир (1967)
  24. ^ Криглер (1928)
  25. ^ Хэмпл (1957)
  26. ^ Уиттлси (1966)
  27. ^ Фант и Лой (1972)
  28. ^ Straffin (1971)
  29. ↑ Симпсон и Кук (1967)
  30. ^ Хьюм (1969)
  31. ^ Sterud и Пратт (1975)
  32. ^ Крейг (2000)
  33. ^ Крейг (2002)
  34. ^ Крейг и Олдендерфер (2003)
  35. ^ Крейг (2005)
  36. ^ Craig et al. (2006)
  37. ^ "Фотограмметрия | Морская археология" . 2019-01-19. Архивировано из оригинала на 2019-01-19 . Проверено 19 января 2019 .
  38. ^ СДЕЛАТЬ: 3D-печать Анны Казюнас Франция
  39. ^ Гопал Шах, Невероятные трехмерные изображения Google Планета Земля, объяснение , 2017-04-18

Источники [ править ]

  • «Археологическая фотография», Antiquity , 10 , pp. 486–490, 1936.
  • Баском, У. Р. (1941), «Возможные применения воздушно-космической фотографии в археологии и этнологии», Академия наук штата Иллинойс, Труды , 34 , стр. 62–63
  • Каппер, Дж. Э. (1907), «Фотографии Стоунхенджа с военного шара» , Archaeologia , 60 (2), стр. 571–572, doi : 10.1017 / s0261340900005208
  • Крейг, Натан (2005), Формирование ранних заселенных деревень и появление лидерства: проверка трех теоретических моделей в Рио-Илаве, бассейн озера Титикака, Южный Перу (PDF) , доктор философии. Диссертация, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, Bibcode : 2005PhDT ....... 140C , заархивировано из оригинала (PDF) 23 июля 2011 г. , получено 9 февраля 2007 г.
  • Крейг, Натан (2002), «Запись крупномасштабных археологических раскопок с помощью ГИС: Дзискайрумоко - у озера Титикака в Перу» , ESRI ArcNews , Spring , получено 9 февраля 2007 г.
  • Крейг, Натан (2000), «Построение ГИС в реальном времени и цифровая запись данных на Дзискайрумоко, раскопки Перу» , Бюллетень Общества американской археологии , 18 (1), заархивировано из оригинала 19 февраля 2007 г. , извлечено 9 февраля 2007 г.
  • Крейг, Натан; Адендерфер, Марк (2003), «Предварительные этапы разработки системы записи цифровых данных в реальном времени для археологических раскопок с использованием ArcView GIS 3.1» (PDF) , Журнал ГИС в археологии , 1 , стр. 1-22 , извлечено 9 Февраль 2007 г.
  • Крейг, Н., Олдендерфер, М. и Мойес, Х. (2006), «Многомерная визуализация и анализ рассеянных фотокартированных артефактов» (PDF) , Journal of Archaeological Science , 33 (11), стр. 1617–1627, doi : 10.1016 / j.jas.2006.02.018 , архивировано из оригинала (PDF) 4 октября 2007 г.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Эстес, JE, Jensen, JR & Тинний, LR (1977), "Использование исторической фотографии для картирования археологических объектов", журнал полевой археологии , 4 . (4), стр 441-447, DOI : 10,1179 / 009346977791490104CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Fant, JE & Loy, WG (1972), «Геодезия и составление карт», Экспедиция Миннесоты в Мессении
  • Гай, ООП (1932), "Фотография с воздушного шара и археологические раскопки", Antiquity , 6 , стр. 148–155.
  • Hampl, F. (1957), "Archäologische Feldphotographie", Archaeologia Austriaca , 22 , стр. 54–64.
  • Хьюм, И. Н. (1969), Историческая археология , Нью-Йорк.
  • Kriegler, K. (1929), "Über Photographische Aufnahmen Prähistorischer Gräber", Mittheliungen der Anthropologischen Gesellschaft в Вене , 58 , стр. 113–116.
  • Питри, G. (1977), "Ортофотопланы", Труды Института британских географов , Королевского географического общества (с Институтом британских географов), Wiley, 2 (1), стр 49-70,. Дои : 10,2307 / 622193 , JSTOR  622193
  • Робинсон, AH, Моррисон, JL и Meuehrcke, PC (1977), "Картография 1950-2000", Труды Института британских географов , Королевское географическое общество (с Институтом британских географов), Wiley, 2 (1), стр. . 3-18, DOI : 10,2307 / 622190 , JSTOR  622190CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  • Шварц, Г.Т. (1964), «Стереоскопические изображения, полученные с помощью обычной одиночной камеры - новая техника для археологов», Археометрия , 7 , стр. 36–42, doi : 10.1111 / j.1475-4754.1964.tb00592.x
  • Симпсон, DDA и Бук, FMB (1967), «Фотограмметрическое планирование в Грантулли Пертшире», Antiquity , 41 , стр. 220–221.
  • Straffin, D. (1971), "Устройство для вертикальной археологической фотографии", Plains Anthropologist , 16 , стр. 232–234.
  • Уилтшир, младший (1967), "Полюс для фотографии с высокой точки обзора", Промышленная коммерческая фотография , стр. 53–56.

Внешние ссылки [ править ]

  • История фотограмметрии
  • Обзор фотограмметрии на веб-сайте Cultural Heritage Imaging