Jump to content

Фотограмметрия

(Перенаправлено с Фотограмметрического )
Аэрофотоснимок с малой высоты для использования в фотограмметрии. Местоположение: Три-Арч-Бэй , Лагуна-Бич, Калифорния.

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

Фотограмметрия штаб-квартиры Фазенда-ду-Пинхал, Сан-Карлос-СП, Бразилия.

Хотя изобретение метода приписывают Эме Лосседа , [ 2 ] Термин «фотограмметрия» ввёл прусский архитектор Альбрехт Мейденбауэр. [ 3 ] которая появилась в его статье 1867 года «Die Photometrographie». [ 4 ]

Фотограмметрия штаб-квартиры Фазенда-ду-Пинхал, Сан-Карлос-СП, Бразилия.

Существует множество 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 окружающая окклюзия, из фотографий материалов для целей физического рендеринга .

Фотограмметрия с близкого расстояния относится к сбору фотографий с меньшего расстояния, чем традиционная воздушная (или орбитальная) фотограмметрия. Фотограмметрический анализ может быть применен к одной фотографии или может использовать высокоскоростную фотографию и дистанционное зондирование для обнаружения, измерения и записи сложных 2D и 3D полей движения путем ввода измерений и анализа изображений в вычислительные модели в попытке последовательно оценить с возрастающей точностью. , реальные трехмерные относительные движения.

Начиная со стереоплоттеров, используемых для построения контурных линий на топографических картах , теперь он имеет очень широкий спектр применений, таких как гидролокаторы , радары и лидары .

Модель данных фотограмметрии [ 5 ]
Тууре Леппянен, Реконструкция I : 2D-изображение из 3D-модели, построенной методами фотограмметрии на основе сотен фотографий японского сада с уровня земли.

Фотограмметрия использует методы многих дисциплин, включая оптику и проективную геометрию . Захват цифрового изображения и фотограмметрическая обработка включают в себя несколько четко определенных этапов, которые позволяют создавать 2D или 3D цифровые модели объекта в качестве конечного продукта. [ 6 ] Модель данных справа показывает, какой тип информации может входить и выходить с помощью фотограмметрических методов.

Трехмерные координаты определяют расположение точек объекта в трехмерном пространстве . Координаты изображения определяют расположение изображений точек объекта на пленке или электронном устройстве формирования изображений. Внешняя ориентация [ 7 ] камеры определяет ее положение в пространстве и направление обзора. Внутренняя ориентация определяет геометрические параметры процесса визуализации. В первую очередь это фокусное расстояние объектива, но оно также может включать в себя описание искажений объектива. Дальнейшие дополнительные наблюдения играют важную роль: с помощью масштабных линеек , по сути, известного расстояния в две точки в пространстве или известных фиксированных точек , создается связь с основными единицами измерения.

Каждая из четырех основных переменных может быть входными или выходными данными фотограмметрического метода.

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

Стереофотограмметрия

[ редактировать ]

Особый случай, называемый стереофотограмметрией , включает оценку трехмерных координат точек объекта с использованием измерений, выполненных на двух или более фотографических изображениях, снятых с разных позиций (см. Стереоскопия ). На каждом изображении указаны общие точки. Линия обзора (или луч) может быть построена от места расположения камеры до точки на объекте. Именно пересечение этих лучей ( триангуляция ) определяет трехмерное расположение 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 бесконтактным методом измерения для определения динамических характеристик и форм колебаний невращающихся [ 8 ] [ 9 ] и вращающиеся конструкции. [ 10 ] [ 11 ] Собрание изображений с целью создания фотограмметрических моделей правильнее было бы назвать полиоскопией, по имени Пьера Сегена. [ 12 ]

Интеграция

[ редактировать ]

Фотограмметрические данные могут быть дополнены данными о дальностях, полученными другими методами. Фотограмметрия более точна в направлениях x и y, тогда как данные о дальности обычно более точны в направлении z. [ нужна ссылка ] . Эти данные о расстоянии 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 называемые « облаками точек »). Фотографии могут четко определить края зданий, тогда как контуры облаков точек не могут этого сделать. Полезно объединить преимущества обеих систем и интегрировать их для создания лучшего продукта.

3D-визуализация может быть создана путем географической привязки аэрофотоснимков. [ 13 ] [ 14 ] и данные LiDAR в одной и той же системе координат, ортотрансформируя аэрофотоснимки, а затем накладывая ортотрансформированные изображения поверх сетки LiDAR. Также возможно создавать цифровые модели местности и, таким образом, 3D-визуализации, используя пары (или несколько) аэрофотоснимков или спутниковых фотографий (например, спутниковых изображений SPOT ). Такие методы, как адаптивное стереосопоставление методом наименьших квадратов, затем используются для создания плотного массива соответствий, которые преобразуются с помощью модели камеры для создания плотного массива данных x, y, z, который можно использовать для создания цифровой модели местности и продуктов ортоизображения . Системы, использующие эти методы, например система ITG, были разработаны в 1980-х и 1990-х годах, но с тех пор были вытеснены подходами на основе LiDAR и радаров, хотя эти методы все еще могут быть полезны при построении моделей рельефа на основе старых аэрофотоснимков или спутниковых изображений.

Приложения

[ редактировать ]
Видео 3D-модели бюста Горацио Нельсона в музее Монмута , созданной с использованием фотограмметрии.
Гибралтара 1 3D-каркасная модель черепа неандертальца , созданная с помощью 123d Catch

Фотограмметрия используется в таких областях, как топографическое картографирование , архитектура , кинопроизводство , инженерия , производство , контроль качества , полицейские расследования, культурное наследие и геология . Археологи используют его для быстрого создания планов крупных или сложных объектов, а метеорологи используют его для определения скорости ветра торнадо , когда объективные данные о погоде не могут быть получены.

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

Он также используется для объединения живого действия с компьютерными изображениями при постобработке фильмов ; «Матрица» — хороший пример использования фотограмметрии в кино (подробности приведены в дополнениях к DVD). Фотограмметрия широко использовалась для создания фотореалистичных объектов окружающей среды для видеоигр, включая The Vanishing of Ethan Carter, а также EA DICE от Star Wars Battlefront . [ 15 ] Главный герой игры Hellblade: Senua's Sacrifice был создан на основе фотограмметрической модели захвата движения, снятой актрисой Мелиной Юргенс. [ 16 ]

Фотограмметрия также широко используется при проектировании столкновений, особенно в автомобилях. Когда возникает судебный процесс по поводу столкновения и инженерам необходимо определить точную деформацию автомобиля, обычно проходит несколько лет, и единственным доказательством, которое остается, являются фотографии места аварии, сделанные полицией. Фотограмметрия используется для определения степени деформации рассматриваемого автомобиля, что связано с количеством энергии, необходимой для создания этой деформации. Затем эту энергию можно использовать для определения важной информации о столкновении (например, скорости в момент удара).

Картирование

[ редактировать ]

Фотокартография — это процесс создания карты с «картографическими улучшениями». [ 17 ] которые были нарисованы из фотомозаики [ 18 ] это «композитное фотографическое изображение земли», а точнее, как управляемая фотомозаика, где «отдельные фотографии исправлены по наклону и приведены к единому 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 на основе существующей карты или на основе наземных измерений. После исправления масштабированные фотографии размещаются на сетке контрольных точек». , хорошее соответствие между ними может быть достигнуто путем умелой обрезки и подгонки и использования участков вокруг главной точки, где смещения рельефа (которые невозможно устранить) минимальны». [ 17 ]

«Вполне разумно заключить, что некая форма фотокарты станет стандартной общей картой будущего». [ 19 ] Они продолжают предлагать [ ВОЗ? ] что «фотокартографирование, по-видимому, является единственным способом извлечь разумную выгоду» из будущих источников данных, таких как высотные самолеты и спутниковые снимки.

Археология

[ редактировать ]
Использование настольного компьютера для фотографирования археологических раскопок в полевых условиях.

Демонстрируя связь между ортофотопланированием и археологией , [ 20 ] Исторические аэрофотоснимки были использованы при разработке реконструкции миссии Вентуры, которая руководила раскопками стен сооружения.

Pteryx UAV , гражданский БПЛА для аэрофотосъемки и фотокартографии с головкой камеры, стабилизированной по крену.

Фотография с высоты птичьего полета широко применялась для картирования наземных остатков и раскопок на археологических объектах. Среди предлагаемых платформ для съемки этих фотографий: военные воздушные шары времен Первой мировой войны; [ 21 ] резиновые метеорологические шары; [ 22 ] воздушные змеи ; [ 22 ] [ 23 ] деревянные площадки, металлические каркасы, возведенные над выходом котлована; [ 22 ] лестницы как одиночные, так и скрепленные шестами или досками; трехногие лестницы; опоры одно- и многосекционные; [ 24 ] [ 25 ] сошки; [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] штативы; [ 30 ] четвероногие, [ 31 ] [ 32 ] и автовышки («сборщики вишни»). [ 33 ]

Ручные цифровые фотографии, расположенные вблизи надира, использовались с географическими информационными системами ( ГИС ) для записи изображений раскопок. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]

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 визуализировать в виртуальной реальности . [ 39 ]

Несколько похожее приложение — сканирование объектов для автоматического создания их 3D-моделей. Поскольку фотограмметрия основана на изображениях, существуют физические ограничения, когда эти изображения представляют собой объект с темной, блестящей или прозрачной поверхностью. В таких случаях созданная модель часто все еще содержит пробелы, поэтому дополнительная очистка с помощью такого программного обеспечения, как MeshLab , netfabb или MeshMixer. часто по-прежнему необходима [ 40 ] В качестве альтернативы, покраска таких объектов матовой поверхностью распылением может удалить любые прозрачные или блестящие свойства.

Google Earth использует фотограмметрию для создания 3D-изображений. [ 41 ]

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

Рок-механика

[ редактировать ]

Трехмерные облака точек высокого разрешения, полученные с помощью БПЛА или наземной фотограмметрии, можно использовать для автоматического или полуавтоматического извлечения свойств горной массы, таких как ориентация неоднородностей, стойкость и расстояние. [ 42 ] [ 43 ]

Программное обеспечение

[ редактировать ]

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

Apple фотограмметрии представила API под названием Object Capture для macOS Monterey на Всемирной конференции разработчиков Apple 2021 года . [ 44 ] Для использования API требуется MacBook под управлением macOS Monterey и набор захваченных цифровых изображений. [ 45 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ ASPRS онлайн. Архивировано 20 мая 2015 г., в Wayback Machine.
  2. ^ «История фотограмметрии и современное использование» . 8 июня 2022 г.
  3. ^ «Фотограмметрия и дистанционное зондирование» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 30 августа 2017 г.
  4. ^ Альбрехт Мейденбауэр: Фотометрография . В: Еженедельник Берлинской ассоциации архитекторов , том 1, 1867, № 14, стр. 125–126 ( цифровая копия ); № 15, стр. 139–140 ( цифровая копия ); № 16, стр. 149–150 ( цифровая копия ).
  5. ^ Виора, Джордж (2001). Технология оптических 3D-измерений: Точное измерение формы с помощью метода проецирования расширенной полосы (Докторская диссертация). ( Оптическая 3D-метрология: точное измерение формы с помощью расширенного метода проецирования полос ) (на немецком языке). Гейдельберг: Университет Рупрехта-Карла. п. 36 . Проверено 20 октября 2017 г.
  6. ^ Сужиеделите-Висоцкене Ю, Багджюнайте Р, Малис Н, Малиене В (2015). «Фотограмметрия с близкого расстояния позволяет документировать деформацию архитектурного наследия, вызванную окружающей средой» . Журнал экологической инженерии и менеджмента . 14 (6): 1371–1381. дои : 10.30638/eemj.2015.149 .
  7. ^ Ина Ярве; Наталья Либа (2010). «Влияние различных принципов внешней ориентации на общую точность триангуляции» (PDF) . Технологиос Моксай (86). Эстония: 59–64. Архивировано из оригинала (PDF) 22 апреля 2016 г. Проверено 8 апреля 2016 г.
  8. ^ Сужиеделите-Висоцкене, Юрате (1 марта 2013 г.). «Анализ точности измерения точек изображения с близкого расстояния в ручном и стереорежиме» . Геодезия и картография . 39 (1): 18–22. Бибкод : 2013GeCar..39...18S . дои : 10.3846/20296991.2013.786881 .
  9. ^ Бакерсад, Джавад; Карр, Дженнифер; и др. (26 апреля 2012 г.). Динамические характеристики лопасти ветряной турбины с использованием корреляции трехмерных цифровых изображений . Труды SPIE . Том. 8348.
  10. ^ Лундстрем, Троя; Бакерсад, Джавад; Низрецкий, 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 . Серия материалов конференций Общества экспериментальной механики. Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр. 269–275 . дои : 10.1007/978-1-4614-2419-2_26 . ISBN  978-1-4614-2418-5 .
  11. ^ Лундстрем, Троя; Бакерсад, Джавад; Незрецкий, Кристофер (1 января 2013 г.). «Использование высокоскоростной стереофотограмметрии для сбора эксплуатационных данных на вертолете Robinson R44». Специальные темы структурной динамики, Том 6 . Серия материалов конференций Общества экспериментальной механики. Спрингер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр. 401–410 . дои : 10.1007/978-1-4614-6546-1_44 . ISBN  978-1-4614-6545-4 .
  12. ^ Робер-Уден, Жан-Эжен (1885) _[Маги и забавная физика] ( https://archive.org/details/magieet Physique00hougoog /page/n167/mode/2up "iarchive: magieet Physique00hougoog/page/n167/mode/2up ")._ Париж: Кальман Леви, с. 112
  13. ^ А. Сечин. Цифровые фотограмметрические системы: тенденции и разработки. Геоинформатика. № 4, 2014, стр. 32–34. Архивировано 21 апреля 2016 г. в Wayback Machine .
  14. ^ Ахмади, ФФ; Эбади, Х (2009). «Интегрированная фотограмметрическая и пространственная система управления базами данных для получения полностью структурированных данных с использованием изображений аэрофотосъемки и дистанционного зондирования» . Датчики . 9 (4): 2320–33. Бибкод : 2009Senso...9.2320A . дои : 10.3390/s90402320 . ПМЦ   3348797 . ПМИД   22574014 .
  15. ^ «Как мы использовали фотограмметрию, чтобы запечатлеть каждую деталь в Star Wars Battlefront™» . 19 мая 2015 г.
  16. ^ «Захват движения в реальном времени в «Адском клинке» » . engadget.com . 8 августа 2017 г.
  17. ^ Перейти обратно: а б Петри (1977: 50)
  18. ^ Петри (1977: 49)
  19. ^ Робинсон и др. (1977:10)
  20. ^ Эстес и др. (1977)
  21. ^ Каппер (1907)
  22. ^ Перейти обратно: а б с Гай (1932)
  23. ^ Баском (1941)
  24. ^ Шварц (1964)
  25. ^ Уилтшир (1967)
  26. ^ Криглер (1928)
  27. ^ Хэмпл (1957)
  28. ^ Уиттлси (1966)
  29. ^ Фант и Лой (1972)
  30. ^ Наказание (1971)
  31. ^ Симпсон и Кук (1967)
  32. ^ Хьюм (1969)
  33. ^ Стеруд, Юджин Л.; Пратт, Питер П. (1975). «Археологическая внутриплощадочная запись с фотографией» . Журнал полевой археологии . 2 (1/2): 151. дои : 10.2307/529625 . ISSN   0093-4690 . JSTOR   529625 .
  34. ^ Крейг (2000)
  35. ^ Крейг (2002)
  36. ^ Крейг и Альдендерфер (2003)
  37. ^ Крейг (2005)
  38. ^ Крейг и др. (2006)
  39. ^ «Фотограмметрия | Морская археология» . 19 января 2019 г. Архивировано из оригинала 19 января 2019 г. Проверено 19 января 2019 г.
  40. ^ MAKE:3D printing by Anna Kaziunas France
  41. ^ Гопал Шах, Объяснение невероятных 3D-изображений Google Earth , 18 апреля 2017 г.
  42. ^ Томас, Р.; Рикельме, А.; Кано, М.; Пастор, Дж.Л. Паган, Дж.И.; Асенсио, JL; Руффо, М. (23 июня 2020 г.). «Оценка устойчивости скальных откосов по 3D облакам точек, полученным с помощью беспилотного летательного аппарата» . Журнал дистанционного зондирования (55): 1. doi : 10.4995/raet.2020.13168 . hdl : 10045/107612 . ISSN   1988-8740 .
  43. ^ Рикельме, Адриан; Томас, Роберто; Кано, Мигель; пастор Хосе Луис; Абеллан, Антонио (01 октября 2018 г.). «Автоматическое картирование устойчивости разрывов горных пород с использованием трехмерных облаков точек» . Механика горных пород и горная инженерия . 51 (10): 3005–3028. дои : 10.1007/s00603-018-1519-9 . ISSN   1434-453X .
  44. ^ «Apple RealityKit 2 позволяет разработчикам создавать 3D-модели для AR, используя фотографии iPhone» . ТехКранч . 8 июня 2021 г. Проверено 9 марта 2022 г.
  45. ^ Эспосито, Филипе (9 июня 2021 г.). «Практическое занятие: в macOS 12 появился новый API Object Capture для создания 3D-моделей с помощью камеры iPhone» . 9to5Mac . Проверено 26 сентября 2022 г.

Источники

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 05b5c326d39e17d01b62946e0adb6c1c__1722960720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/05/1c/05b5c326d39e17d01b62946e0adb6c1c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Photogrammetry - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)