Фотограмметрия

редактировать
Выполнение измерений с помощью фотографии Аэрофотоснимок с небольшой высоты для использования в фотограмметрии. Местоположение: залив Три-Арк, Лагуна-Бич, 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 другие явления.

Фотограмметрия появилась в середине 19 века, почти одновременно с появлением фотографии. Использование фотографий для создания топографических карт было впервые предложено французским геодезистом Домиником Ф. Араго примерно в 1840 году.

Термин фотограмметрия был придуман прусским архитектором Альбрехт Мейденбауэр, опубликовавший в 1867 году его статью «Die Photometrographie».

Существует много вариантов фотограмметрии. Одним из примеров является извлечение трехмерных измерений из двумерных данных (т.е. изображений); например, расстояние между двумя точками, которые лежат в плоскости, параллельной фотографической плоскости 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 окружающая среда. occlusion из фотографий материалов для целей физически обоснованного рендеринга.

Фотограмметрия ближнего действия относится к сбору фотографий с меньшего расстояния, чем традиционная аэрофотограмма (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 с помощью ввод измерений и анализа изображений в вычислительные модели в попытке последовательно оценить, с возрастающей точностью, фактические трехмерные относительные движения.

С самого начала с стереоплоттеров, используемых для нанесения контурных линий на топографических картах, теперь он имеет очень широкий спектр применения, например сонар, радар и лидар.

Содержание
  • 1 Методы
    • 1.1 Стереофотограмметрия
  • 2 Интеграция
  • 3 Приложения
    • 3.1 Отображение
    • 3.2 Археология
    • 3.3 3D-моделирование
  • 4 Программное обеспечение
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки
Методы
Модель данных фотограмметрия

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. Модель данных справа показывает, какой тип информации может входить и выходить из фотограмметрических методов.

Трехмерные координаты определяют положение точек объекта в трехмерном пространстве. Координаты изображения определяют расположение изображений точек объекта на пленке или устройстве электронного изображения. Внешнее ориентирование камеры определяет ее положение в пространстве и направление обзора. внутренняя ориентация определяет геометрические параметры процесса визуализации. Это в первую очередь фокусное расстояние объектива, но также может включать описание искажений объектива. Дальнейшие дополнительные наблюдения играют важную роль: с помощью масштабных полос, в основном известного расстояния между двумя точками в пространстве или известных фиксированных точек, создается соединение с основными единицами измерения.

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 пучка и часто выполняется с использованием алгоритма Левенберга – Марквардта.

стереофотограмметрии

Особый случай, называемый стереофотограмметрия, включает оценка трехмерных координат точек на объекте с использованием измерений, выполненных на двух или более фотографических изображениях, сделанных с разных позиций (см. стереоскопия ). Общие точки обозначены на каждом изображении. Линия обзора (или луч) может быть построена от местоположения камеры до точки на объекте. 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 камеры. должность. Стереофотограмметрия становится надежным методом бесконтактных измерений для определения динамических характеристик и форм колебаний невращающихся и вращающихся структур.

Интеграция

Фотограмметрические данные с данными плотного диапазона, которые сканеры дополняют друг с другом. Фотограмметрия более точна в направлении x и y, в то время как данные о дальности, как правило, более точны в направлении z. Эти данные о диапазоне могут быть получены с помощью таких методов, как LiDAR, лазерных сканеров (с использованием времени пролета, триангуляции или интерферометрии), дигитайзеров белого света и любого другого метода, который сканирует область и возвращает координаты x, y, z. для нескольких дискретных точек (обычно называемых «облаками точек »). На фотографиях можно четко обозначить 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 и данных LiDAR в одной и той же системе отсчета, ортотрансформирования аэрофотоснимков и последующего нанесения 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 могут использоваться для создания цифровой модели местности и ортофотопланы. Системы, использующие эти методы, например Система ITG была разработана в 1980-х и 1990-х годах, но с тех пор была вытеснена LiDAR и радиолокационными подходами, хотя эти методы все еще могут быть полезны при построении моделей рельефа из старых аэрофотоснимков или спутниковых изображений.

Приложения
Файл: Видео 3D-модели бюста Горацио Нельсона в музее Монмаута, Уэльс, созданное с помощью photogrammetry.ogv Воспроизвести медиа Видео 3D-модели бюста Горацио Нельсона в Музее Монмута, созданное с использованием фотограмметрии Файл: 3D-модель Гибралтара 1, созданная с помощью photogrammetry.ogv Воспроизвести медиа Гибралтар 1 3D-каркасная модель черепа неандертальца, созданная с помощью 123d Catch

Фотограмметрия используется в таких областях, как топографическое картирование, архитектура, машиностроение, производство, контроль качества, полиция расследование, 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 трехмерной фотограмметрии, Future Cities от DERIVE, воссоздающего Токио.

Она также используется для объединения живого действия с компьютерными изображениями в фильмах постпродакшн ; Матрица - хороший пример использования фотограмметрии в пленке (подробности приведены в дополнениях к DVD). Фотограмметрия широко использовалась для создания фотореалистичных объектов окружающей среды для видеоигр, включая Исчезновение Итана Картера, а также Star Wars Battlefront от EA DICE. Главный герой игры Hellblade: Senua's Sacrifice был заимствован из фотограмметрических моделей захвата движения, снятых актрисой Мелиной Юргенс.

Фотограмметрия также широко используется в инженерии столкновений, особенно в автомобилях. Когда происходит судебное разбирательство по поводу несчастных случаев, 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 энергию можно использовать для определения важной информации о столкновении (например, скорости во время удара).

Отображение

Фотокартирование - это процесс создания карты с «картографическими улучшениями», которая была нарисована из фотомозаики, которая является «составным фотографическим изображением земли». или, точнее, как управляемая фотомозаика, где «отдельные фотографии исправляются для наклона и приводятся 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 размещаются на сетке контрольных точек хорошее соответствие может быть достигнуто между ними посредством умелой обрезки и подгонки, а также использования областей вокруг главной точки, где смещения рельефа (которые не могут быть устранены) минимальны. "

«Вполне разумно сделать вывод, что некая форма фотокарты станет стандартной общей картой будущего». далее предполагаем, что «фотокартирование может оказаться единственным способом получить разумное преимущество» 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

Использование портативного компьютера для фотокартирования археологических раскопок в полевых условиях

Демонстрация связи между ортофотопланом и археологией, исторические аэрофотоснимки фотографии были использованы для помощи в разработке реконструкции миссии Вентура, которая руководила раскопками стен сооружения.

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

Верхняя фотография широко применяется для картирования остатков поверхности и раскопок на археологических объектах. Предлагаемые платформы для съемки этих фотографий включали: военные шары времен Первой мировой войны; резиновые метеорологические шары; воздушные змеи ; деревянные площадки, металлические каркасы, сооружаемые над выемкой из котлована; лестницы как отдельно, так и скрепленные шестами или досками; трехногие лестницы; одно- и многосекционные опоры; сошки; штативы; четвероногие и автовышки («сборщики вишни»).

Ручные цифровые фотографии, сделанные в районе надира над головой, использовались с географическими информационными системами (ГИС ) для записи обнажений при раскопках.

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

3D-моделирование

Похожее приложение - сканирование объектов для автоматического создания из них 3D-моделей. Созданная модель часто все еще содержит пробелы, поэтому часто требуется дополнительная очистка с помощью программного обеспечения, такого как MeshLab, netfabb или MeshMixer.

Google Планета Земля использует фотограмметрию для создания трехмерных изображений.

Программное обеспечение

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

См. также
Ссылки
Дополнительная литература
Внешние ссылки
Поищите фотограмметрию в Викисловаре, бесплатном словаре.
На Викискладе есть материалы, связанные с Фотограмметрия.
Последняя правка сделана 2021-06-02 04:12:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте