Фотограмметрия что это такое

Фотограмметрия

Свое начало фотограмметрия берет, безусловно, с появления фотографии и почти сразу же стереофотографии. Развитие техники, летательных аппаратов, оптики привело к громадному развитию фотограмметрии и использования ее в картографировании. Созданию в России Высшего Геодезического управления 15 марта 1919 года способствовала именно потребность в создании топографических карт всей территории страны и возможность применения для этого методов фотограмметрии. Значимые успехи в развитии наук и новых отраслей: радиоэлектроники, автоматических систем управления, математического аппарата и вычислительной техники, физических открытий и приборостроения, космической геодезии и картографии, компьютерных технологий информационных систем способствовали современному уровню и состоянию фотограмметрии в настоящий момент. Возникают способы аэрофотограмметрических, морских, космических съемок с различными методами получения информации о поверхностях земной и водной поверхностей.

Предмет изучения фотограмметрии

Измерения по световым записям это, пожалуй, самое короткое и точное определение фотограмметрии, происходящее из греческого перевода этого сложного слова. Более детальное академическое объяснение можно сформулировать в следующем виде. Наука, позволяющая с помощью фотографирования, способов обработки снимков и специальных технологий получать изображения и определять по ним пространственное положение физических объектов на местности и их характеристики имеет название фотограмметрия. Кроме этого фотограмметрию можно считать новой технологией дистанционного зондирования при определении геометрических свойств предметов, процессов, их анализа и предоставления в графическом виде сведений по группе фотоснимков, снятых из разных положений фотокамеры.

Основой метода фотограмметрии являются фотоснимки. Изучение и измерения геометрии физического изображения снимков придает этой основе уровень научного подхода и практического применения.

Использование для изучения объектов и их количественных характеристик и свойств одиночных фотоснимков является фотограмметрическим способом. Применение для этого двух снимков уже считается стереофотограмметрическим методом.

В современных условиях фотограмметрические способы используются в трех направлениях по развитию:

Задачи фотограмметрии

Основными задачами такой научно-технической дисциплины, как фотограмметрия считаются:

Фотограмметрия в геодезии

В фотограмметрии используются все современные средства съемок, включая профессиональные цифровые фотокамеры, телевизионные съемочные системы, сканерные лазерные установки, радиолокационные системы и другие.

Сущность фотограмметрического способа съемки применяемого в геодезии сводится к непосредственному фотографированию камерой фототеодолита местности и геодезическими измерениями для пространственного ориентирования съемочных пунктов геодезического обоснования.

Фотограмметрическая камеральная обработка заключается в измерениях снимков на специальных оптико-механических приборах (стереокомпараторах), позволяющая получить плановое и высотное (пространственное) положение объектов на снимках, наблюдать их в четырехмерной системе координат с изменением во времени и дальнейшего составления топографических планов и карт.

Классификация фотограмметрии

Фотограмметрию можно разделить на две части фотограмметрической науки:

В состав общей фотограмметрии входят все теоретические основы, изучение методов и средства применения, классической трехмерной фотограмметрии и динамической четырехмерной, с учетом в качестве четвертой координаты времени.

К прикладной относятся все области использования фотограмметрии:

Достоинства и недостатки

Важными преимуществами фотограмметрии следует выделить такие, как:

Недостатков значительно меньше, что тоже можно отнести к преимуществам фотограмметрии. Они складываются из следующих причин:

Применение фотограмметрии в кино и игровой индустрии

В последние годы фотограмметрия нашла свое место в современной киноиндустрии, объемное изображение фильмов по так называемой 3D технологии получило особую популярность у молодежи. Главный метод мультипликации с ее самого начала развития всегда завораживал своими конечными результатами в виде популярных мультипликационных фильмов.

Особо следует отметить применения технологического процесса фотограмметрии в разработке современных компьютерных игр. Он заключается в пошаговом качественном фотосканировании и получении при помощи специальных программ объемной геометрии от многочисленных фотоизображений различных ракурсов.

Источник

Фотограмметрия

Фотограмметрия появилась в середине XIX века, практически одновременно с появлением самой фотографии. Применять фотографии для создания топографических карт впервые предложил французский геодезист Доминик Ф. Араго примерно в 1840 г.

В простейшем случае пространственные координаты точек объекта определяются путём измерений, выполняемых по двум или более фотографиям, снятым из разных положений. При этом на каждом изображении отыскиваются общие точки. Затем луч зрения проводится от местоположения фотоаппарата до точки на объекте. Пересечение этих лучей и определяет расположение точки в пространстве. Более сложные алгоритмы могут использовать другую, известную заранее, информацию об объекте: например, симметрию составляющих его элементов, в определённых случаях позволяющую реконструировать пространственные координаты точек лишь по одному фотографическому изображению.

Алгоритмы, применяемые в фотограмметрии, имеют целью минимизировать сумму квадратов множества ошибок, решаемую обычно с помощью алгоритма Левенберга — Марквардта (или метода связок), основанного на решении нелинейных уравнений методом наименьших квадратов.

Содержание

Области применения фотограмметрии

Фотограмметрия находит применение в различных видах деятельности:

Общие принципы фотограмметрии

Фотограмметрия использует способы и приёмы различных дисциплин, в основном, заимствованные из оптики и проективной геометрии.

На схеме показаны четыре основных типа данных, которые могут быть как входными, так и выходными при производстве фотограмметрических работ:

К элементам внешнего ориентирования относятся трёхмерные координаты центра проекции, продольный и поперечный углы наклона снимка и угол поворота. К элементам внутреннего ориентирования относятся, в первую очередь, фокусное расстояние объектива (хотя может учитываться и характер искажений, вносимых при съёмке: например, дисторсия объектива, деформация фотоматериала и пр.) и двухмерные координаты главной точки.

Дополнительные наблюдения помогают точнее определять расстояния и координаты точек объекта, а также уточнять масштабы и саму систему координат.

Достоинства фотограмметрии

См. также

Литература

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Фотограмметрия» в других словарях:

фотограмметрия — фотограмметрия … Орфографический словарь-справочник

фотограмметрия — Дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и пространственного положения объектов по их фотоснимкам; наибольшее применение имеет при создании топографических карт. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС… … Справочник технического переводчика

Фотограмметрия — (от греч. phos, род. падеж photos свет, gramma запись, изображение и metreo измеряю * a. photogrammetry; н. Photogrammetrie; ф. photogrammetrie; и. fotogrametria) науч. техн. дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и… … Геологическая энциклопедия

ФОТОГРАММЕТРИЯ — Построение изображений предметов в горизонтальной или вертикальной плоскости по снятым предварительно фотографиям. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. фотограмметрия (фото. гр. gramma запись +… … Словарь иностранных слов русского языка

фотограмметрия — дисциплина, использующая фотоснимки для проведения топографической съемки и составления карт, в том числе трехмерных и гипсометрических. Идея использовать фотоснимки в картографии появилась вскоре после изобретения фотоаппарата в середине 19 в.… … Географическая энциклопедия

фотограмметрия — и, ж. photogrammétrie f., нем. Photogrammetrie < фото+ гр. gramma запись + metreo меряю. Прикладная наука, разрабатывающая превращение в точные планы воздушных перспективных фотоснимков. 1925. Вейгелин Сл. авиа. спец. Техническая дисциплина,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ФОТОГРАММЕТРИЯ — ФОТОГРАММЕТРИЯ, использование фотографических изображений для измерения расстояний и площадей в ГЕОДЕЗИИ. Фотографии, сделанные с самолетов или орбитальных спутников (см. СПУТНИК, ИСКУССТВЕННЫЙ) дают возможность использования точных измерений для … Научно-технический энциклопедический словарь

ФОТОГРАММЕТРИЯ — ФОТОГРАММЕТРИЯ, фотограмметрии, мн. нет, жен. (от греч. phos свет, gramma запись и metreo измеряю) (спец.). Определение истинной величины предмета путем измерения фотографического его изображения; составление планов местности по фотографическим… … Толковый словарь Ушакова

фотограмметрия — сущ., кол во синонимов: 1 • аэрофотограмметрия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Источник

Фотограмметрия, как наука¶

После проведения аэрофотосъёмки или космической съёмки результаты снимков необходимо обработать. Именно этим и занимаемся такая наука как фотограмметрия.

Фотограмметрия — это научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением характеристик объектов, таких как форма, размеры, положение в пространстве и других свойств объектов, по фотографическим изображениям.

Дисциплина использует все существующие виды изображений, полученные с помощью фотокамер, цифровых камер, телевизионных камер, сканерных съемочных систем, радиолокационных и лазерных съемочных систем и т.д. и развивается по трем основным направлениям.

Первое направление связано с созданием карт и планов по снимкам. Это направление часто называют фототопографией.

Второе направление связано с применением фотограмметрии для решения прикладных задач в различных областях науки и техники: в архитектуре, строительстве, медицине, криминалистике, автомобилестроении, робототехнике, военном деле, геологии и т.д. Это направление в фотограмметрии называют наземной или прикладной фотограмметрией.

Третье направление – это космическая фотограмметрия. Снимки Земли, полученные из космоса, используются для изучения ее природных ресурсов и для контроля за охраной окружающей среды. Снимки других небесных тел, в частности Луны, Венеры, Марса, позволяют изучить их рельеф и получить много другой полезной информации.

Такое широкое применение фотограмметрии обусловлено следующими ее достоинствами:

Фотограмметрия как наука появилась в середине 19 столетия, через 13 лет после появления фотографии. Однако использование перспективных изображений при составлении топографических карт осуществлено значительно раньше. Теоретическое обоснование возможности определения формы, размеров и положения объекта в пространстве по его перспективному изображению было дано в 1759 году И. О. Ламбертом в работе «Свободная перспектива». В 1764 году великий русский ученый М. В. Ломоносов в инструкции для географических исследований России предложил составлять перспективные рисунки местности с помощью камеры-обскуры. В 1839 году французский ученый Ж. М. Дагер применил для фиксации изображения, получаемого с помощью такой камеры, светочувствительное серебро, которое наносилось на металлическую пластинку. На этой пластинке получалось позитивное фотографическое изображение. Так появилась фотография.

Применять фотографии для создания топографических карт впервые предложил французский геодезист Доминик Ф. Араго примерно в 1840 г., а в 1860 г. французский военный инженер Э. Лосседа выполнил фотографирование Парижа с воздушного шара и по фотоснимкам создал план, точность которого оказалась выше плана, полученного геодезическим методом. Этой работой было положено начало фотограмметрического метода съемки, который в последующие годы совершенствовался и стал применяться во многих странах.

В России первые фототопографические съемки были выполнены в 1891-1898 гг. инженерами Н.О. Виллером, Р.Ю. Тиле, П.И. Щуровым для целей трассирования железных дорог в Закавказье и Восточной Сибири.

В истории развития фотограмметрии можно выделить три основных периода, которые можно условно назвать как аналоговая, аналитическая и цифровая фотограмметрия.

Рисунок 1 – стереокомпаратор К. Пульфриха

Аналитическая фотограмметрия. Этот этап в развитии фотограмметрии начинается с появлением ЭВМ (примерно в 1950г.). Начиная с этого времени стали развиваться аналитические методы фотограмметрической обработки снимков, которые продолжают совершенствоваться и по настоящее время. В 1957 г. У.В. Хелава (Канада) разработал первый аналитический универсальный прибор, представляющий собой сочетание стереокомпаратора и электронной вычислительной машины. На стереокомпараторе выполнялись измерения координат точек снимков, а на ЭВМ – все преобразования этих измерений в проекцию карты. По сравнению с аналоговыми приборами аналитические позволяют значительно повысить точность обработки снимков и производительность. Таких приборов и систем было разработано достаточно много (Швейцария, Германия, Франция, Италия, Россия и Украина). В настоящее время они не выпускаются, но используются на производстве.

Цифровая фотограмметрия начала развиваться с появлением цифровых изображений. В начале 90-х годов прошлого столетия появились первые коммерческие цифровые фотограмметрические системы, позволяющие решать все фотограмметрические задачи на компьютере, включая стереоскопическое наблюдение и измерение снимков на экране компьютера. Отличительной особенностью цифровых фотограмметрических систем является возможность широкой автоматизации всех процессов преобразования снимков в карту. Это направление в развитии фотограмметрии в настоящее время является основным и уже широко применяется на производстве.

Современная технология обработки материалов аэрофототопографической съемки предполагает получение цифровых топографических или специальных карт (планов) соответствующего содержания:

Цифровая карта – это карта (план) в цифровой форме, обеспечивающей возможность ее хранения, манипулирования и отображения. При этом математическая основа цифровой карты, проекция, разграфка, точность и др. остаются такими же, как и для соответствующей ей аналоговой карты.

Цифровая модель местности (ЦММ) – совокупность информации о положении, характеристиках объектов местности, связях между ними, а также топографической поверхности, представленные в форме, доступной для обработки на программном обеспечении.

Основой для получения цифровой карты является цифровая модель местности (ЦММ), в составе которой можно выделить и цифровую модель рельефа (ЦМР).

Цифровая модель рельефа (ЦМР) – информация о рельефе местности, представленная совокупностью точек с известными координатами и высотами, связей между ними и способа определения высот новых точек по их известным плановым координатам.

Для решения задач цифровой фотограмметрии на современном этапе развития применяются полнофункциональные цифровые фотограмметрические системы, ориентированные на решение всего комплекса задач по созданию топографических и специальных карт и планов, эксплуатируются во многих специализированных топографо-геодезических и изыскательских организациях и не только.

Огромным плюсом сегодняшнего времени стало появление трёхмерных технологий, позволяющие получать модели цифровых карт, ЦММ и ЦМР в режиме 3D, что значительно усовершенствовало такую дисциплину как фотограмметрия.

На сегодняшний день можно смело сказать, что фотограмметрия переживает взрывной рост в архитектуре и строительстве, социально­-культурной сфере, киноиндустрии и анимации в компьютерных играх.

Для примера возьмем мониторинг процесса строительства — весьма актуальная проблема. Уже несколько лет 3D­ модель объекта строительства используют для отображения прогресса стройки. Например, готовая в срок часть объекта на модели отображается зеленым, находящаяся в процессе — желтым, к строительству которой еще не приступили — серым (или скрыта вовсе), а просроченная — красным. Однако эти данные могут быть необъективны, так как не показывают непосредственно строительную площадку, а определить общий прогресс по фотографиям, как правило, довольно тяжело.

Фотограмметрия предлагает инновационное решение этой проблемы. Используется БЛА, который по заданной траектории облетает строительную площадку и производит аэрофотосъемку объекта. Далее массив фотографий выгружается в один из программных комплексов и производится сборка актуальной модели. Установив период облета, будь то неделя или месяц, удается отследить объективный прогресс строительства, который можно использовать для отчетов начальству. С помощью дополнительного ПО можно даже сравнивать эти две модели и подсвечивать разницу в них.

Рисунок 5 – Фотограмметрия в архитектуре

Социально-­культурная сфера — это другая область инновационного применения фотограмметрии. Сейчас в музеях и выставочных центрах во всем мире наиболее популярна технология виртуального тура. Это набор сферических панорам, соединенных между собой ссылками для перехода. У нее определенно есть свои плюсы — это дешево, быстро и просто.

С помощью фотограмметрии можно создать интерактивный трехмерный тур в виртуальной реальности. Фотореалистичность, универсальность, интерактивность — отличие колоссальное. Цифровой камерой делается массив фотографий, например, скульптуры и комнаты, в которой она находится. Далее этот массив загружается в программные продукты, и после доработки специалистами на выходе мы имеем трехмерную комнату со скульптурой, которую можно буквально обойти вокруг и посмотреть со всех ракурсов.

В последние годы фотограмметрия нашла свое место в современной киноиндустрии, объемное изображение фильмов по так называемой 3D технологии получило особую популярность у молодежи. Главный метод мультипликации с ее самого начала развития всегда завораживал своими конечными результатами в виде популярных мультипликационных фильмов. А всем известный фильм «Аватар» Дж. Кэмерона был частично совмещен с анимацией и технологиями фотограмметрии для воссоздания эффектной планеты «Пандора».

Особо следует отметить применения технологического процесса фотограмметрии в разработке современных компьютерных игр. Он заключается в пошаговом качественном фотосканировании и получении при помощи специальных программ объемной геометрии от многочисленных фотоизображений различных ракурсов. К примеру, с помощью такой технологии были созданы игры «Star Wars: Battlefront» и «Cyberpunk 2077»

Примечательно, что теперь с помощью фотограмметрии и специального ПО любой желающий может с легкостью создать любую 3D модель существующего объекта с помощью камеры и сделанных на неё фотоснимках. Именно этому мы и научимся с вами в следующем разделе.

Источник

(Надеюсь) всё, что нужно знать о фотограмметрии

В моих предыдущих статьях я всегда пропускал введение в фотограмметрию, потому что существует множество ознакомительных инструкций. Однако недавно я заметил, что большинство из них не рассматривает подробно, как нужно правильно снимать изображения. Поэтому я решил создать собственное руководство обо всём, что знаю в фотограмметрии.

Эта статья предназначена для следующих категорий пользователей:

Выражаю особую благодарность Югославу Пендичу (Jugoslav Pendić) за редактирование и дополнение этой статьи. Ещё я благодарю команду, занимающуюся 3D-сканированием, за ликвидацию пробелов в моих знаниях.

Что такое фотограмметрия?

Если вы читаете эту статью, то, надеюсь, вы уже знаете, что такое фотограмметрия. Если вкратце, то это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов.

Хотя эта техника совсем не нова, она намного старее современного процесса, и она широко использовалась в картографии и геодезии. Она стала более популярной благодаря доступности из-за увеличения мощности компьютеров, что позволило ей распространиться в другие области, такие как видеоэффекты и разработка игр.

Если вы хотите быстро ознакомиться с началами фотограмметрии, рекомендую изучить следующие материалы:

Программное обеспечение

Существует множество программ для фотограмметрии, которые можно использовать для обработки снятых изображений. Обычно все они дают достаточно хорошие результаты. Однако одни приложения могут иметь преимущества в некоторых областях. Но всё-таки стоит заметить, что хотя правила съёмки фотографий и одинаковы для всего ПО, существуют специфические для разных приложений рекомендации, потому что каждая программа обрабатывает данные по-своему. Эти рекомендации позволяют полностью использовать возможности ПО, и я советую потратить время на ознакомление с ними.

Например, из-за медленности вычислений в Agisoft вы можете стремиться записать в одно изображение как можно деталей. А Reality Capture стремится отфильтровывать эти фоновые детали, потому что они могут вносить шум. Однако Reality Capture быстрее, поэтому для неё можно просто сделать больше фотографий.

И ещё одно примечание: все описания основаны на моём личном опыте работы с этим ПО, который может отличаться от вашего. Рекомендую изучить эти варианты ПО (или другие) и самостоятельно сделать выбор.

Есть также пакет SuRe, который интересен тем, что даже работа с ним многому вас учит — у него есть GUI (самые первые версии работали только с командной строкой) и авторы очень открыто рассказывают о том, что они предлагают. Тем не менее, SuRe почти полностью направлена на использование с камерами большого формата, авторы продают свой код для включения в более удобное пользователям окружение. В SuRe даже нет этапа «выстраивания», он полагается на данные, экспортированные из Pix4D, Agisoft или других продуктов. Он имеет преимущество в скорости генерирования плотных облаков точек и удивительно точно текстурирует модели, но невероятно жаден до ОЗУ, даже больше, чем Agisoft. Кроме того, создаваемые им модели (сетки) имеют потрясающую детализацию, однако с ними сложно работать, если у вас нет мощного компьютера. Пакет не бесплатен, но связавшись с авторами, можно получить его для использования в научных целях.

Компьютер

Требования к компьютеру зависят от выбранного ПО, однако с помощью исследований и экспериментов я выяснил, что для большинства пакетов рекомендуемыми минимальными требованиями являются следующие:

Оборудование

При работе с фотограмметрией обычно используются следующие инструменты:

В качестве высокоточного устройства позиционирования используется мобильное устройство DGPS (differential GPS) или тахеометр. Это в основном относится к использованию дронов для разметки рельефа и в геодезии. Три точки — это самый минимум, возможно, вам понадобится больше. Они располагаются таким образом, чтобы точки равномерно распределялись по всей документируемой области, а несколько находилось в центре. Этого очень сложно добиться на месте съёмки, и обычно такой подход используется в проектах с большим финансированием. Определение масштаба здесь не является проблемой, но позиционирование при геодезических работах означает, что из окончательного результата получаются планы, анализы или средства контроля. Т.е. обычно они будут использоваться в рабочем пространстве GIS.

Инструкции

В этом разделе содержатся общие советы по правильной съёмке изображения и о том, на что стоит обратить внимание.

Во-первых, прочитайте великолепную статью Искусство фотограмметрии: как делать снимки, в ней очень хорошо всё объяснено.

Во-вторых, вот общие советы, полученные с форумов по Reality Capture, от 3D Scanning User Group и из личного опыта.

В-четвёртых, всегда следует с самого начала определяться с целевых разрешением. На самом деле, вам может понадобиться не такое большое разрешение, как вы думаете, что сэкономит время обработки. Разрешение зависит от параметров обработки, разрешения изображений и количества фотографий. Всё это можно и нужно иметь в виду. При сканировании камней для игры, чтобы получить модели высокого разрешения может хватить 20 снимков, в особенности если поверх отсканированной тестуры наложить процедурную текстуру с деталями. Если вы сканируете замок, вам тоже может не понадобиться большое разрешение. Просто отсканируйте замок в низком разрешении, выберите ключевые повторяющиеся элементы и отсканируйте их в высоком разрешении. Затем сгенерируйте остальное. Может возникнуть и противоположная ситуация: потребуется 500 снимков для сканирования одного камешка.

Чаще всего вам не понадобится режим Ultra High Settings в Agisoft или High settings в Reality Capture.

Практика

Теперь, когда вы кое-что знаете о фотограмметрии, вот несколько интересных примеров, которые стоит попробовать:

Другие способы сканирования

Следует знать, что фотограмметрия — не решение всех задач. Существуют другие способы сканирования, в некоторых случаях срабатывающие лучше.

Заключение

Приступайте к работе, не сомневайтесь, постоянно практикуйтесь и пробуйте сканировать любым доступным оборудованием.

Если вы прочитали эту статью и все остальные, на которые я ссылался, и теперь не знаете, что ещё можно изучить, то прочитайте мою статью «Процесс создания готовых игровых текстур и ресурсов с помощью фотограмметрии». Также можно прочитать другие мои статьи на веб-сайте моей игры World Void на странице Devlog.

Если у вас есть вопросы, или вы считаете, что я что-то упустил, то свяжитесь со мной в Твиттере: @JosephRAzzam.

Источник