Фотограмметрия что это: Фотограмметрия – что это?

Содержание

Фотограмметрия – что это?

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:

методов картографирования;
космической фотограмметрии и технологий по получению спутниковой фотографической информации с объектов земной и планетных поверхностей из космоса;
прикладной фотограмметрии и специального применения в различных областях общественной, производственной и медицинской деятельности.

Задачи фотограмметрии

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

изучение геометрических свойств, изображенных на фотографических снимках, всевозможных объектов местности снимаемой поверхности;

вскрытие всевозможных аналитических связей между точками местности и снимков;
установление расхождений связей и исключение их причин;
подготовка и реализация, разработанных фотограмметрических технологий по преобразованиям изображений.
получение плановых и картографических отображений и картины местности;
постоянный мониторинг, регулярные наблюдения и обновление каких угодно изменений ситуации на поверхности местности;
получение разнохарактерной оперативной информации.

Фотограмметрия в геодезии

Основным применением фотограмметрии считается создание топографических карт по фотоснимкам, снятыми специальными фотокамерами. Фотоаппараты, снимаемые изображения с наземных пунктов называются фототеодолитами, а съемка – фототеодолитная. Фотокамеры, задействованные в съемочном процессе с самолетов, вертолетов, беспилотных летательных аппаратов называются просто аэрофотоаппаратами, а съемки соответственно – аэрофотосъемки.

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:

общую;
прикладную.

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:

геодезическая;
научно-техническая;
топографическая;
космическая;
подводная;
применение при использовании природных ресурсов;
в горном деле и промышленности;
в географических и геофизических исследованиях;
в инженерной фотограмметрии при изысканиях, проектировании, строительстве, эксплуатации инженерных сооружений;
в археологических раскопках и изысканиях;
в медицинских исследованиях и диагностировании.

Достоинства и недостатки

Важными преимуществами фотограмметрии следует выделить такие, как:

возможность использования ее на значительной территории;

применение в труднодоступных (горных) и небезопасных точках;
быстрые сроки получения необходимой информации;
экономически эффективный способ, наиболее выгодный и менее затратный от других;
достоверность, объективность отображаемых поверхностей и возможность проверочных измерений в камеральных условиях;
высокая точность получения необходимых результатов за счет техники и методов обработки;
высокая производительность за счет автоматизации измерительных и вычислительных процессов;
возможность использования при динамически развивающихся событиях и ситуациях.
применение не контактного способа наблюдений и съемок.

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

зависимость фотографического процесса от метеорологических условий;
относительно сложная структура организационных работ.

Применение фотограмметрии в кино и игровой индустрии

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.

Фотограмметрия, как наука — Документация Pioneer September update 2021

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

Термин «фотограмметрия» происходит от трех греческих слов: photos – свет,

gramma – запись, metrio – измерение. Дословно – измерение светозаписи.

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:

Высокая точность, потому что снимки объектов получают прецизионными (с соблюдением высокой точности параметров) камерами, а обработку снимков выполняют строгими методами.
Высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет автоматизировать процессы измерений по снимкам и последующую обработку на компьютере.
Объективность и достоверность информации, за счет того, что информация об объекте получается фотографическим путем.

Возможность повторения измерений в случае получения спорных результатов.
Возможность получения в короткий срок информации о состоянии, как всего объекта, так и отдельных его частей.
Безопасность выполнения работ, так как измерения выполняются неконтактным методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека.
Возможность изучения неподвижных, а также медленно и быстро движущихся объектов, скоротечных и медленно протекающих процессов.

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.

Аналоговая фотограмметрия берет свое начало с изобретения в 1901 г. К. Пульфрихом стереокомпаратора (рисунок – 1). Этот прибор позволяет измерять координаты точек снимков составляющих стереопару.

Рисунок 1 – стереокомпаратор К. Пульфриха

Далее развитие фотограмметрии пошло по пути создания специальных оптических и механических приборов, предназначенных для непосредственного создания карт по аэро и наземным снимкам. Эти приборы позволяют выполнить все процессы преобразования снимков в карту. Первый такой прибор, стереоавтограф, был разработан в 1909 г. (Е. Орель) для создания карт по наземным снимкам. В 1915 г Газзер запатентовал стереопроектор, который стал прототипом мультиплекса, позволяющего построить стереоскопическую модель на экране по множеству снимков и измерять ее с целью создания карты. В 1932 г. Ф.В.Дробышев изобрел стереометр, позволяющий нарисовать рельеф местности непосредственно на снимках. Контурную часть карты получали по фотопланам, составленных по множеству трансформированных снимков. Трансформирование снимков выполняли на специальных приборах, называемых фототрансформаторами (рисунок – 2), которые позволяют преобразовать наклонный снимок в горизонтальный. В этот период было разработано достаточно много различных универсальных фотограмметрических приборов, как в России, так и за рубежом, которые используются в некоторых предприятиях и в настоящее время.

Рисунок 2 – Фототрансформатор

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.

Рисунок 3 – Цифровая модель местности (ЦММ)

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.

Рисунок 4 – Цифровая модель рельефа (ЦМР)

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.

Большинство архитекторов и проектировщиков сталкиваются с задачей реставрации старых зданий, а иногда и ремонта новых. Задача приобретает масштаб катастрофы в тот момент, когда срочно необходимы чертежи объектов с указанными размерами, а они утеряны или уже потеряли свою актуальность. В помощь архитекторам и другим специалистам, связанным с реконструкцией и реставрацией зданий, приходит именно фотограмметрия. Нужный объект фотографируется, а после по смежным изображениям выявляются одинаковые точки и определяется их положение в координатах базового снимка. Точки складываются воедино на воображаемых каркасах, и получается готовая модель (рисунок – 5).

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».

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.

Вопросы для самопроверки:

Какие три основные направления в фотограмметрии? Что они решают?
С чем связано появление такой науки как фотограмметрия?
Что такое цифровая карта?

(Надеюсь) всё, что нужно знать о фотограмметрии / Хабр

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:

Тех, кто никогда не использовал фотограмметрию или 3D-сканирование.
Тех, кто уже пользовался фотограмметрией, читал вводные инструкции и хочет улучшить качество сканирования.
Тех, кто уже всё это знает, но хочет проверить, не пропустил ли чего-нибудь.

Чтобы упростить прочтение, я разделил темы на разделы. Можете спокойно пропускать те, которые вы уже освоили. Если вы новичок, то крайне советую почитать все упоминаемые мной посты. Иногда я даю ссылки на несколько статей, рассматривающих одну тему. Изучите их, если найдёте свободное время. Эти статьи не зависят друг от друга, поэтому если вы уже читали некоторые предыдущие посты, то прошу меня простить за повторы.

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:

Хотя в этих ссылках упоминается Agisoft Photoscan, рассматриваемые понятия подходят для любого ПО фотограмметрии.

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.

Autodesk Remake: возможно, вы слышали о мобильном приложении Autodesk 123DCatch, облачном ПО для фотограмметрии, ограниченном 50 изображениями на проект, которые сжимаются до 3 мегапикселей. После него было выпущено ПО для ПК Memento, которое позже переименовали в Remake. Оно может работать как офлайн, так и в облаке. В Remake процесс генерации выполняется одним кликом, и пользователь почти не может контролировать обработку данных. Существуют бесплатная и профессиональная версии. В бесплатной версии есть ограничение в 125 изображений на проект и доступна только облачная обработка. Подписка на версию Pro стоит 30$ в месяц, ограничена 250 изображениями на проект, и имеет опцию офлайн-обработки. После обработки скана можно отредактировать его, очистить внутри Remake или импортировать сетку в другое ПО. Это полезная опция, которой я часто пользуюсь, хотя неплохо было бы иметь больше контроля над процессом генерирования сетки. В приложении также есть оптимизатор, снижающий количество полигонов сетки и опции запекания текстур, позволяющие быстро создать болванки объектов для уровней игры. Изучите также условия лицензии ваших сканов, потому что она может позволить Autodesk использовать их в качестве рекламных материалов.
Agisoft Photoscan: это очень популярное приложение, широко используемое в индустрии развлечений. Agisoft обеспечивает отличные результаты сканирования. предоставляет контроль над процессом генерирования сеток и имеет удобный интерфейс с подробной документацией. Стандартная версия стоит 180$, однако если вам нужна опция опорной точки, которая очень полезна при выполнении сканирования больших масштабов, то придётся купить профессиональную версию за 3500$. Несмотря на то, что в Agisoft нет ограничений на количество изображений, чем больше фотографий вы используете, тем более мощный компьютер вам нужен для обработки. Не говоря уж о том, что время обработки может быть достаточно большим. Изучите руководства и советы на веб-сайте техподдержки Agisoft. Вот полезное руководство по требованиям PhotoScan к памяти, где есть полезные таблицы. Например, вот таблица требований к ОЗУ для модели здания из изображений разрешением 12 мегапикселей.

Фотографии	20-50	100	200	500
Минимальное качество	100 МБ-300 МБ	150 МБ-450 МБ	300 МБ-1 ГБ	1 ГБ-3 ГБ
Низкое качество	500 МБ-1,5 ГБ	750 МБ-2,2 ГБ	1,5 ГБ-4,5 ГБ	4 ГБ-12 ГБ
Среднее качество	2 ГБ-6 ГБ	3 ГБ-9ГБ	6 ГБ-18 ГБ	15 ГБ-45ГБ
Высокое качество	8 ГБ-24 ГБ	12 ГБ-36 ГБ	24 ГБ-72 ГБ	60 ГБ-180 ГБ
Максимальное качество	32 ГБ-96ГБ	48 ГБ-144 ГБ	96 ГБ-288 ГБ	240 ГБ-720 ГБ

Reality Capture: это приложение может обрабатывать данные гораздо быстрее своих конкурентов, и управляться с огромным количеством изображений на обычном настольном компьютере, если в нём есть графический процессор NVidia. Reality Capture превосходит другое ПО благодаря функции быстрого выстраивания, позволяющей выстроить изображения за несколько секунд даже на ноутбуке. Это отличный инструмент для проверки данных прямо на месте съёмки, чтобы убедиться, что изображений достаточно. В Agisoft почти таких же скоростей выстраивания можно достичь при более низких настройках, но RC превосходит и значительно быстрее Agisoft в реконструкции облака точек. Стоит приложение 99€ за 3 месяца, однако в этой версии можно обрабатывать 2500 изображений на проект, чего, впрочем, более чем достаточно для сканирования любых объектов, кроме масштабных (замков, рельефа и т.д.). Если вам нужно обрабатывать больше изображений, придётся купить версию CLI, стоящую 7500€ в год. Обе версии имеют одинаковые функции, в том числе опорные точки. Стоит заметить, что пока Reality Capture не поддерживает 16-битный вывод. Впрочем, это довольно новое ПО, которое часто обновляется, и поддержка 16 бит рано или поздно появится.
Pix4d: если вам нужно обработать больше 2500 изображений, и у вас разовый проект, возможно, стоит выбрать Pix4d с ежемесячной подпиской за 350$. Приложение может обрабатывать большие объёмы данных на мощных компьютерах, и оно немного быстрее Agisoft. Из-за специализированного набора инструментов это ПО в основном распространено в промышленности и сельском хозяйстве. На канале в YouTube у Pix4d есть интересные вебинары, в которых рассказывается об эффективном использовании ПО и приводятся советы и подсказки по фотограмметрии. Надо заметить, что при тестировании мне не очень понравилось качество получившихся текстур, однако удалось улучшить их небольшой настройкой параметров.
Бесплатное ПО: существует множество бесплатных альтернатив, но, к сожалению, я их не тестировал. Я связался с сообществом, спросил его мнение, и получил следующие ответы. VSFM — это хорошее, хотя и устаревшее решение. К тому же, его нельзя использовать в коммерческих целях. Есть более современное ПО, например Micmac, MVS и Python Photogrammetry Toolbox (PPT), однако у него нет GUI, а недостаток документации и необходимость навыков программирования могут сделать его сложным для новичков. Несмотря на это, все эти решения функциональны, точны и очень гибки. У Micmac даже есть wiki-страница. Существует новое ПО Graphos с GUI, оно должно быть бесплатным или дешёвым, но оно пока ещё не выпущено, и об обновлениях давно не слышно.
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:

Процессор: рекомендую core i7 с не менее чем 4 физическими ядрами. Xeon — это хорошо, но многие пакеты, например, Reality Capture предпочитают количеству ядер их скорость. Рекомендуется компьютер с одним процессором.
Графический процессор: карта NVidia GTX с минимум 4 ГБ VRAM (больше 4 ГБ может и не понадобиться). Quadro по сравнению с GTX даёт малый прирост производительности, и GTX гораздо дешевле. Также можно использовать карты AMD, показавшие немного лучшую производительность в Agisoft, но, к сожалению, Reality Capture поддерживает только NVidia. Сдвоенные графические процессоры могут дать прирост производительности, например, двойные GTX 1060 или GTX 1080 (TITAN уже будет избыточным). При использовании Agisoft придётся отключить одно логическое (не физическое) ядро процессора на каждый графический процессор. Вот ссылка на оценки графических процессоров в Agisoft. Можно всегда найти самые новые оценки центральных и графических процессоров в Гугле.
ОЗУ: 32 ГБ — хороший выбор. Протестировав разные объёмы ОЗУ и изучив темы на форумах, я выяснил, что 32 ГБ — беспроигрышный вариант. Большинство сканов будет работать на 16 ГБ «со скрипом». Pix4D и Reality Capture без проблем работают с 32 ГБ, а Agisoft требуется увеличение объёма памяти в зависимости от количества и разрешения изображений. Важно добавить, что большинство процессоров i7 поддерживает до 64 ГБ ОЗУ.
Накопитель: большинство пакетов кэширует результаты на накопитель, чтобы снизить объём занимаемого ОЗУ, поэтому SSD снизит время обработки. Нужен накопитель ёмкостью не менее 240 ГБ, рекомендуется 512 ГБ. Всегда можно использовать дополнительный жёсткий диск для более дешёвого хранения изображений. Но это увеличит время первого этапа обработки, когда ПО загружает изображения с накопителя в память.
Система охлаждения: давайте не будем забывать, что обработка изображений занимает множество времени — дни, иногда даже недели. Поэтому нужно вложиться в хорошую систему охлаждения, чтобы снизить риск повреждения оборудования. Не работайте на ноутбуке, даже если у вас хороший игровой ноутбук с хорошей вентиляцией (например, MSI или Alienware). Он не рассчитан на такую нагрузку. (Я понимаю, что вы можете быть ограничены в средствах и настольный компьютер слишком дорог для вас, у всех бывали такие проблемы. Иногда я сам нарушал своё правило и использовал ноутбук, но это снижает срок его службы).

Оборудование

При работе с фотограмметрией обычно используются следующие инструменты:

Камера: это самое очевидное, невозможно делать снимки без камеры. Идеальный выбор — камера с самыми чёткими снимками (например, Nikon 810, Canon 5D), разрешение тоже важно, но не так сильно. Можно делать потрясающие сканы даже цифровой «зеркалкой» за 300$, просто нужно больше снимков. На самом деле появляется всё больше достойных сканов, сделанных на телефонную камеру. При возможности всегда стоит снимать в RAW, постпроцессинг с небольшим удалением шума и повышением резкости поможет увеличить разрешение. Вот пример скана, сделанного Милошем Лукачем (Milos Lukac) с помощью Canon 550D и Reality Capture.

Объектив: используйте объектив с постоянным фокусным расстоянием, чем чётче, тем лучше. Если у камеры объектив с переменным фокусным расстоянием и вы хотите использовать его, то выберите верхний или нижний предел и сохраняйте его на протяжении всей съёмки.

Пользователи Agisoft рекомендуют следующие настройки камеры:

ISO как можно ниже, предпочтительно не выше 400.
Скорость работы завтора как можно выше, предпочтительно не ниже 1/125.
Фокусное расстояние — используйте объектив 50 для минимизации искажений.
Диафрагма — рекомендуется значение f8. Учтите, что бóльшие значения не гарантируют хороших результатов, потому что объект на фоне может вносить шумы. Иногда лучше размыть его, чтобы ПО его игнорировало.
Баланс белого должен устанавливаться вручную и не должен меняться на протяжении всей съёмочной сессии.
Пульт камеры: его можно купить всего за пару долларов на Amazon, так почему бы и нет? Он особенно полезен, когда тень фотографа появляется на скане и приходится снимать с расстояния или камера находится слишком высоко для съёмки с высокого угла. К тому же, можно использовать его для съёмки «селфи».
SD-карта: если вы планируете снимать множество RAW, тогда неплохо бы приобрести хорошую SD-карту с большой ёмкостью. Только проверьте, совместима ли ёмкость накопителя с вашей камерой.
Монопод: он полезен, особенно если трясутся руки и невозможно использовать повышенную скорость затвора. К тому же он стоит всего 10$, так почему бы и нет?
Штатив: да, он вам понадобится, особенно при плохом освещении, когда вспышку использовать нельзя. Делайте с помощью него снимки с длинной экспозицией.
Калибровочная мишень (Color Checker): может быть полезен, если вам нужно отсканировать точные цвета. Посмотрите эту короткую инструкцию eat3D по использованию мишеней. Color Correct Reference Workflow.
Дрон: в основном он полезен при сканировании рельефа. В этом случае он должен летать по надиру. В Pix4d есть автоматизация этого процесса с помощью мобильного приложения. Оно хорошо интегрировано с дроном DJI. Также можно использовать дрон с GoPro. Дрон можно также использовать для сканирования зданий или крупных конструкций, в особенности для съёмки труднодоступных мест. Всегда можно объединить снятые с воздуха данные со снятыми «зеркалкой» на земле. На самом деле, это даже рекомендуется, потому что на не слишком дорогой дрон можно навесить только камеры определённых типов. Поэтому сочетание двух источников увеличит качество сканов.
CPL: кросс-поляризационная фотография — это полезная техника, состоящая из прикрепления поляризованного фильтра к источнику света (например, к вспышке) и объективу камеры для освещения модели без создания ярких участков, что помогает в создании более целостных и плоских текстур.
Специальное устройство для обессвечивания: это специальное устройство обычно используется для обессвечивания, т.е. удаления информации о свете (например, прямого освещения, общего освещения, отражённого освещения). относящейся к исходной среде, в которой находился сканируемый объект. Это позволяет добавить другую информацию о свете, соответствующую новой среде, в которую помещается скан. Epic Games использовала это устройство для создания демо Kite и написала пост о том, как создавались ресурсы для демо в открытом мире, ещё один пост о выборе оборудования и третий, в котором описывается процесс обессвечивания. Устройство состоит из 3 элементов: отражающего хромового шара, матового серого шара и калибровочной мишени, про которую я уже рассказывал. Это устройство обычно имеет какой-нибудь способ съёмки панорамных HDR-изображений среды, в которую оно помещено. Позже устройство используется для воссоздания тех же условий освещения отсканированного объекта. Затем снятое панорамное изображение используется для ориентирования виртуального хромового шара так же, как был расположен реальный. Матовый серый шар используется для измерения уровня освещения. С помощью этой информации можно рассчитать исходное освещение, запечь его на отсканированном объекте, а потом вычесть из исходной текстуры, получив неосвещённый объект. Если такое устройство вам недоступно, попробуйте использовать другую программную технику, позволяющую удалить информацию о свете из объекта. Она применялась в Star Wars Battlefront. Команда разработчиков Star Wars достаточно подробно описала рабочий процесс на GDC в хорошем докладе “Photogrammetry and Star Wars Battlefront”, который свободно доступен на GDC Vault. Я рекомендую вам посмотреть его, он действительно того стоит. Я тоже рассказывал о технике «обессвечивания текстуры» в этой статье.
Масштабная линейка или кодированные мишени: кодированные мишени — это отпечатанные маркеры, которые располагаются в сцене до начала съёмки и могут использоваться в Photoscan Professional как опорные точки для системы координат и определения масштаба, или для правильного сопоставления изображений, помогающего при регулировке камеры. Лучше использовать их при сканировании маленького объекта, требующего точного масштаба (например, если этого попросил заказчик). Этот способ также хорошо подходит для конструкций, которые нужно задокументировать похожим образом, но при этом нужна масштабная линейка побольше.
Опорные точки: они представляют действительные 3D-точки в сцене, принадлежащие скану, которые пользователь выделяет на нескольких изображениях для ручного выстраивания фотографий, которые не удалось выстроить программно. Обычно это происходит из-за недостаточности наложения между изображениями. Для выстраивания двух фотографий ПО требуется не менее трёх точек. Технически опорные точки не являются оборудованием, но используются в сочетании с высокоточным GPS для записи значений координат на месте съёмки. Их можно располагать в проекте для правильного выстраивания и масштабирования скана. Для снижения количества ошибок рекомендуется выбирать опорные точки как можно дальше друг от друга.
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.
Спрей: фотограмметрией не удастся отсканировать просвечивающие или отражающие поверхности. Решить эту проблему можно с помощью безвредного матирующего спрея. Если вам интересны подробности, можете посмотреть обучающее видео студии ten24 по 3D-сканированию отражающих объектов с помощью фотограмметрии. Можно использовать что-то вроде Krylon Dulling Spray, или попробовать применить пульверизатор с водорастворимой краской.
Поворотный стол: иногда сложно обходить объект вокруг, и тогда проще поворачивать сам объект относительно неподвижной камеры. Небольшой совет: закройте основание стола газетой, так вы получите дополнительные точки привязки (распознаваемые паттерны), которые упростят выстраивание модели.

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.

Не ограничивайте количество изображений, Reality Capture может осилить любое число. (Agisoft тоже сможет их обработать, но для этого потребуется большая вычислительная мощность.)
Используйте максимально доступное разрешение.
Каждая точка поверхности сцены должна быть чётко видна по крайней мере на двух высококачественных изображениях. Здесь работает правило «чем больше, тем лучше», и нужно стремиться хотя бы к трём изображениям, потому что для получения результатов большинство программ использует расчёт триангуляции. В Agisoft совершенно точно нужно больше трёх для уменьшения шума.
Всегда перемещайтесь при съёмке. Стоя на одной точке, вы получите только панораму, которая ничем не поможет созданию 3D-модели, и даже внесёт в скан ошибки. Перемещайтесь вокруг объекта по кругу, стремясь к 80% наложения между фотографиями.

Не меняйте точку обзора больше чем на 30 градусов.
Начните со съёмки всего объекта, двигайтесь вокруг него, а затем фокусируйтесь на деталях. Приближайтесь не резко, а постепенно.
Завершайте маршруты. При съёмке таких объектов как статуи, здания и подобных им нужно всегда двигаться вокург и заканчивать в том же месте, откуда начали.
Не останавливайтесь на одном обходе, сделайте несколько с различной высоты.
Поворачивайте камеру (горизонтальное и вертикальное перемещение обеспечивает лучшую калибровку).
Доверяйте своим инстинктам, экспериментируйте и не бойтесь нарушать правила, если это нужно.

В-третьих

, даже если вы не планируете использовать Agisoft, я крайне рекомендую прочитать Главу 2: Capturing photos из руководства пользователя в PDF. Она короткая, легко читается и понятна новичкам. В ней рассматриваются такие аспекты, как оборудование, настройки камеры, требования к объектам и сценам, препроцессинг изображений, разные варианты съёмки и ограничения. Вот несколько изображений, взятых из этого

PDF

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:

Отсканируйте камень, это лёгкая мишень и хорошая задача для начала. Постарайтесь сделать как можно меньше снимков для реконструкции полной сетки, а потом начните добавлять изображения для увеличения разрешения деталей.
Отсканируйте статую: статуя похожа на камень с интересными вогнутыми формами, которые немного повысят сложность работы.
Отсканируйте ботинок. Не знаю, зачем все так делают. Возможно, это какой-то ритуал инициации, или что-то подобное.
Отсканируйте узкий тоннель или лестничные проёмы. Сложность здесь в том, что у вас не будет достаточно пространства для перемещения и съёмки с разных углов. Хитрость в том, чтобы пересечь туннель, делая один снимок того, что перед вами при каждом шаге вперёд.
Отсканируйте интерьер. У Valve есть интересный подход, который вы можете попробовать.
Отсканируйте здание или даже замок, попробуйте сделать это с дроном и без него. Можно вскарабкаться на здание или воспользоваться длинным шестом с камерой. Подсказка.
Отсканируйте отражающую поверхность. Изучите это видео студии ten24 по 3D-сканированию отражающих объектов с помощью фотограмметрии.
Отсканируйте голову одной камерой. Это сложно, постарайтесь не двигаться, или попробуйте использовать поворотный стол.
Отсканируйте насекомое. Есть хороший пример отсканированного 2cgvfx насекомого.
Отсканируйте рельеф. Изучите ещё один подход Valve, но я крайне рекомендую исследовать подход с пролётом дрона по надиру.

Другие способы сканирования

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

Лидар — это геодезический способ измерения расстояния до цели подсветкой цели лазером. Лидар может быть быстрее в сборе 3D-данных, и он определённо эффективнее при сканировании растительности и полей, хотя этот способ и довольно дорогой. Лидар-сканнер тяжёлый, поэтому сложно будет прикрепить его к дрону, хотя некоторым компаниям удалось создать собственных дронов. Вот короткое видео, опубликованное Capturing Reality, в котором используется Reality Capture для комбинирования данных лазера с фотографиями для создания точной модели. Также в видео рассматриваются преимущества обоих способов.
David Laserscanner — это гораздо более дешёвая самодельная альтернатива, в которой для измерения и сканирования объекта тоже используется лазер. Её можно применять для сканирования мелких и средних объектов (например, катеров). Стоит заметить, что владельцем этого ПО недавно стала HP.
Сканер Artec — это ручной лазерный сканер, обеспечивающий хорошие результаты. Можно использовать для сканирования мелких предметов.
Microsoft Kinect тоже можно использовать для сканирования объектов и людей, но у него довольно низкое разрешение.
RTI — это вычислительный фотографический способ, снимающий форму поверхности объекта и позволяющий интерактивно изменять освещение объекта с любого направления. RTI также позволяет выполнять математическое усовершенствование формы поверхности объекта и цветовых атрибутов.

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.

Трехмерная фотограмметрия

Большинство современных цифровых устройств имеющих камеру умеют сохранять дополнительную информацию в файл фотографии. Например координаты места съёмки полученные с приёмника GPS, тип камеры, условия и способы его получения и т. п.

Программой для получения карт или 3D модели эта информация извлекается и записывается в специальный файл где указывается: высота, угол поворота камеры, данные долготы и широты. Программа использует технологии машинного зрения и фотограмметрии для нахождения общих точек на фотографиях. В результате каждому пикселю на фотографии находится соответствие на других снимках.

Каждое соответствие становится ключевой точкой. Если точка найдена на трех фотографиях и более, программа вычисляет координаты этой точки в пространстве и сохраняет их. Чем больше таких точек, тем точнее определяются координаты точки в пространстве. Чем больше совпадений на разных фотографиях, тем точнее будет модель. Наложение снимков от 60 до 80% является оптимальным.

Пространственные координаты каждой точки вычисляются методом триангуляции: от каждой точки съемки к выбранной точке автоматически проводится линия зрения, и их пересечение дает искомое значение.

Кроме того, в фотограмметрии применяются алгоритмы, целью которых является минимизирование суммы квадратов множества ошибок. Обычно для решения используют алгоритм Левенберга — Марквардта — метод оптимизации, направленный на решение задач о наименьших квадратах. Являющимся альтернативой методу Ньютона. Может рассматриваться как комбинация последнего с методом градиентного спуска или как метод доверительных областей.

В процессе обработки фотографий создается облако точек (совокупность всех пространственных координат фотографируемой поверхности), которое может использоваться для генерирования полигональной сетки (жарг. меш от англ. polygon mesh) – совокупности вершин, рёбер и граней, которые определяют форму многогранного объекта.

В заключение вычисляется разрешение и определяется, какие пиксели на фотографии соответствуют какому полигону. Для этого 3D модель развертывается в плоскость и затем пространственное положение точки ставится в соответствие оригинальной фотографии для задания цвета.

Фотограмметрия – это… Что такое Фотограмметрия?

Полагая, что приближённые значения элементов взаимного ориентирования известны, можно представить уравнение (6) в линейном виде:

a δα₁’ + b δα₂’ + с δω₂’ + d δχ₁’ + e δχ₂’ + l = V, (7)

где δα₁’,… e δμ₂’ – поправки к приближённым значениям неизвестных, а,…, е – частные производные от функции (6) по переменным α₁’,… χ₂’, l – значение функции (6), вычисленное по приближённым значениям неизвестных. Для определения элементов взаимного ориентирования измеряют координаты не менее пяти точек стереопары, а затем составляют уравнения (7) и решают их способом последовательных приближений. Координаты точек модели вычисляют по формулам (4), выбрав произвольно длину базиса В и полагая Xs₁ = Ys₁ = Zs₁ = 0, B_X= В, B_Y= B_Z = 0. При этом пространственные координаты точек m₁ и m₂ находят по формулам (2), а направляющие косинусы – по формулам (3): для снимка P₁ по элементам α₁’, ω₁’ = 0, χ₁’, а для снимка P₂ по элементам α₂’, ω₂’, χ₂’.

По координатам X’ Y’ Z’ точки модели определяют координаты точки объекта:

где t – знаменатель масштаба модели. Направляющие косинусы получают по формулам (3), подставляя вместо углов α, ω и χ продольный угол наклона модели ξ, поперечный угол наклона модели η и угол поворота модели θ.

Для определения семи элементов внешнего ориентирования модели – , , ξ, η, θ, t – составляют уравнения (8) для трёх или более опорных точек и решают их. Координаты опорных точек находят геодезическими способами или методом фототриангуляции. Совокупность точек объекта, координаты которых известны, образует цифровую модель объекта, служащую для составления карты и решения различных инженерных задач, например для изыскания оптимальной трассы дороги. Кроме аналитических методов обработки снимков, применяются аналоговые, основанные на использовании фотограмметрических приборов – Фототрансформатора, Стереографа, Стереопроектора и др.

Щелевые и панорамные фотоснимки, а также снимки, полученные с применением радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и других съёмочных систем, существенно расширяют возможности Ф., особенно при космических исследованиях. Но они не имеют единого центра проекции, и элементы внешнего ориентирования их непрерывно изменяются в процессе построения изображения, что осложняет использование таких снимков для измерительных целей.

Основные достоинства фотограмметрических методов работ: большая производительность, т.к. измеряются не объекты, а их изображения; высокая точность благодаря применению точных аппаратов и инструментов для получения и измерения снимков, а также строгих способов обработки результатов измерений; возможность изучения как неподвижных, так и движущихся объектов; полная объективность результатов измерений; измерения выполняются дистанционным методом, что имеет особое значение в условиях, когда объекты недоступны (летящий самолёт или снаряд) или когда пребывание в зоне объекта небезопасно для человека (действующий вулкан, ядерный взрыв). Ф. широко применяется для создания карт Земли, других планет и Луны, измерения геологических элементов залегания пород и документации горных выработок, изучения движения ледников и динамики таяния снежного покрова, определения лесотаксационных характеристик, исследования эрозии почв и наблюдения за изменениями растительного покрова, изучения морских волнений и течений и выполнения подводных съёмок, изысканий, проектирования, возведения и эксплуатации инженерных сооружений, наблюдения за состоянием архитектурных ансамблей, зданий и памятников, определения в военном деле координат огневых позиций и целей и др.

Лит.: Бобир Н. Я., Лобанов А. Н., Федорук Г. Д., Фотограмметрия, М., 1974; Дробышев Ф. В., Основы аэрофотосъемки и фотограмметрии, 3 изд., М., 1973; Коншин М. Д., Аэрофотограмметрия, М., 1967; Лобанов А. Н., Аэрофототопография, М., 1971; его же, Фототопография, 3 изд., М., 1968; Дейнеко В. Ф., Аэрофотогеодезия, М., 1968; Соколова Н. А., Технология крупномасштабных аэротопографических съемок, М., 1973; Русинов М. М., Инженерная фотограмметрия, М., 1966; Rüger W., Buchholtz A., Photogrammetrie, 3 Aufl, B., 1973; Manual of photogrammetry, v. 1–2, Menasha, 1966; Bonneval Н., Photogrammétrie générate, t. 1–4, P., 1972; Piasecki М. B., Fotogrametria, 3 wyd., Warsz., 1973.

А. Н. Лобанов.

Рис. 1. к ст. Фотограмметрия.

Рис. 2. к ст. Фотограмметрия.

Рис. 3. к ст. Фотограмметрия.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Введение в ортокартографирование—ArcGIS Pro | Документация

Доступно с лицензией Advanced.

Обзор

Фотограмметрия – это наука получения достоверных измерений из фотографических и цифровых снимков. Результатом процесса выполнения фотограмметрии часто являются ортоизображения, тематические карты, ГИС-слои или трехмерные (3D) модели реальных объектов или сцены. Существует два общих типа фотограмметрии: аэрофотограмметрия и наземная фотограмметрия.

В аэрофотограмметрии сенсор находится на борту спутника, беспилотного летательного аппарата или дрона, и чаще всего направлен вертикально вниз в сторону земной поверхности. Когда сенсор направлен прямо вниз, это называется вертикальным снимком или снимком из надира. Несколько перекрывающихся изображений, также называется стереоизображениями, собираются по мере пролета сенсора вдоль траектории полета. Изображения обрабатываются и создаются цифровые высотные данные и ортомозаики. Спутниковое изображение имеет геометрию с перспективой, что приводит к искажениям, уникальным для каждого изображения. Ортоизображения были геометрически скорректированы таким образом, чтобы полученное изображение было картографически целостно, а ортомозаики – это ортоизображения, которые были слиты в одно изображение. Можно также создавать другие продукты, например, векторные ГИС-слои с объектами типа дорог, зданий, гидрологии и других наземных объектов. Эти слои создаются с использованием ортоизображений в виде подложки или из стерео компиляции изображений в ArcGIS Pro.

В наземной фотограмметрии сенсор часто находится близко к объекту интереса и обычно не в надире, а скорее наблюдает горизонтально, под углом, или даже снизу вверх в случае картографирования инженерной структуры моста. Эти изображения моделируются математически немного различающимися между собой методами, поэтому и возникла необходимость отделить их от аэрофотограмметрии. Продукты похожи на аэрофотограмметрию, такую как 3D модели, инженерные чертежи и ортоизображения, но вместо картографической поверхности и объектов ландшафта объекты отображают другие составляющие поверхности, такие как здания, инженерные структуры, или вышки сотовой связи и опоры линии электропередач.

Инструменты и возможности, предоставляемые набором функциональности Esri Ortho Mapping, предназначены для работы с продуктами аэрофотограмметрии, для обеспечения создания и проверки карт, обнаружения изменений, а также для извлечения объектов. Эти инструменты позволяют использовать аэрофотоснимки, изображения с беспилотных устройств или спутниковые снимки, обрабатывать их и получать различные продукты с применением ортотрансформирования.

Ортоизображения

Ортотрансформирование – это процесс, который корректирует невязки, связанные с удаленным получением изображения, и создания в итоге картографически точного ортоизображения. Затем ортоизображения могут быть подогнаны по краям и сбалансированы по цветам – для получения бесшовной ортомозаики. Точность этой ортомозаики соответствует точности масштаба карты и может использоваться для выполнения измерений, а также для создания и обновления ГИС-слоев классов объектов. Для этого вам нужны снимки с известными позициями сенсора, его положения и калиброванная геометрическая модель для сенсора, а также цифровая модель поверхности (ЦМП).

Иногда известные местоположения и ориентация поступают пользователю вместе с самим изображением. Если это не так, требуется трансформировать изображение по наземным опорным точкам. Процесс уравнивания использует калибровку сенсора, информацию об ориентации сенсора, наземные опорные точки, связующие точки и ЦМП, чтобы предоставить точные положения и позиции. Это, в свою очередь, позволяет создавать ортоизображения с точностью карты.

Данные высот

Если есть подходящая ЦМР, она будет использоваться в процессе ортотрансформирования. В противном случае наборы данных высот, такие как цифровые модели местности (ЦММ) и цифровые модели поверхности (ЦМП), должны быть получены из стерео-изображений. Стереоизображение создается из двух или более изображений одного и того же наземного объекта, снятых с разных геолокационных позиций. Перекрывающиеся изображения собираются из разных точек наблюдения. Эта область перекрытия называется стерео-изображением, и подходит для создания цифровых наборов данных высот. Модель для создания этих 3D наборов данных требует наличия коллекции множества перекрывающихся изображений, без пробелов в перекрытии, информации о калибровке сенсора и ориентации, а также наземных опорных и связующих точек. Затем 3D-наборы данных создаются автоматически с помощью процесса, называемого сопоставлением изображений, где перекрывающиеся изображения перекрестно коррелируются для создания 3D-облаков точек, определяемых географическим местоположением (широта, долгота) и высотой.

Необходимость ортокартографирования

Ортотрансформирование по сути исправляет геометрические неточности, полученные при использовании платформы, сенсора и особых условий рельефа. Картографирование предполагает сопоставление границ, создание линии сшивки и выполнение цветового баланса множества изображений для создания набора данных ортомозаики. Такие совокупные процессы известны как орто картографирование.

Цифровые аэрофотоснимки, изображения с беспилотных устройств, отсканированные аэрофотоснимки и спутниковые снимки являются важным источником данных для картографии и сбора ГИС-данных, а также для визуализации данных. В сущности, информация, содержащаяся в большинстве карт и ГИС-слоев, была получена из снимков. Во-первых, изображения служат фоном, который предоставляет важный контекст ГИС-слоям, из которого создаются геопространственные связи. Во-вторых, изображения используются для создания или редактирования карт и ГИС-слоев путем оцифровки и присвоения атрибутов объектам интереса, таким как дороги, здания, гидрология и растительность.

Прежде чем эта геопространственная информация может быть оцифрована с изображения, оно должно быть скорректировано от различных типов ошибок и искажений, полученных в процессе сбора этого изображения. Существует два основных типа искажений, характерных для изображений, полученных с помощью дистанционного зондирования:

Радиометрические искажения – неточное преобразование значений отражения от земли в значения серого цвета или цифровых номеров (DNs) на изображении. Радиометрическая ошибка вызвана азимутом и высотой солнца, атмосферными условиями и ограничениями датчиков.
Геометрические искажения – неточный перевод масштаба и местоположения в изображении. Геометрическая погрешность обусловлена смещением рельефа, кривизной Земли, перспективными проекциями и погрешностью приборов.

Каждый из этих типов искажений устраняется в процессе ортотрансформирования и картирования. Список распространенных типов искажений изображения см. в таблице ниже. После того как искажения, влияющие на изображения, будут удалены, а отдельные изображения или сцены будут объединены в мозаику для получения ортофотоплана, его можно будет использовать как тематическую карту для точных измерений расстояния и углов. Преимущество ортоизображения состоит в том, что оно содержит всю информацию, видимую на изображениях, а не только объекты и слои ГИС, извлеченные из изображения и показанные на карте. Например, дорога, обозначенная на карте, имеет одинаковую ширину, в то время как дорога на ортоизображении имеет переменную ширину и обочины, что позволяет машинам экстренных служб проезжать, не теряя время в пробках, или на обочинах хранят строительные материалы и оборудование.

Процесс ортотрансформирования

Одним из наиболее важных продуктов, которые создаются в ходе фотограмметрической обработки, является ортопривязанная коллекция изображений, которая называется мозаика ортоизображений или просто ортомозаика. Построение ортоизображения включает деформирование исходного изображения таким образом, чтобы расстояния и площади совпадали с данными реальных измерений. Это достигается путем установления связи координат x, y изображения с реальными наземными опорными точками для определения алгоритма пересчета изображения. Аналогичным образом вычисляется математическая связь между координатами земли, отображаемыми цифровой моделью рельефа, и изображением, которая используется для определения правильного положения каждого пиксела в исходном изображении.

Поэтому объекты, измеренные в ортоизображениях, соответствуют измерениям, масштабу и углу тех же объектов на поверхности Земли, независимо от того, находятся ли они на плоской поверхности или на пересеченной местности. Итоговая точность ортоизображения основана на точности триангуляции, обратному углу надира при получении снимка, разрешении исходного изображения и точности модели рельефа.

Есть ряд требований для создания ортоизображения или ортомозаики из исходного изображения:

Цифровые изображения – могут быть в виде цифрового аэрофотоснимка, сканированного изображения или спутниковых изображений.
Файл калибровки камеры – включает измерения характеристик датчиков, таких как фокусное расстояние, размер и форма плоскости изображения, размер пиксела и параметры искажения объектива. В фотограмметрии измерение этих параметров называется внутренней ориентацией (IO), и они хранятся в файле модели камеры. Для получения информации о калибровке камеры в отчете, используемом для вычисления модели камеры анализируются данные с высокоточных камер аэрофотосъемки. Другие камеры потребительского уровня калибруются теми, кто работает с этими камерами, или они могут быть откалиброваны в процессе уравнивания во время ортотрансформирования.
Коэффициенты рационального многочлена (RPC) – предоставляются поставщиками спутниковых изображений. Коэффициенты рационального многочлена вычисляются для каждого спутникового изображения и описывают преобразование координат 3D-изображения в координаты 2D-земной поверхности в математической модели датчика, которая выражается как отношение двух выражений многочлена третьей степени. Коэффициенты этих двух рациональных многочленов вычисляются спутниковой компанией с учетом орбитального положения спутника и ориентации и строгой физической сенсорной модели. RPC заменяют необходимость использования строгой модели камеры и часто считаются заменой сенсорных моделей, если матрицы ошибки ковариации включены.
Точки уравнивания – состоят из наземных опорных точек, связующих точек и контрольных точек.
- Наземные опорные точки получаются, как правило,от местоположения наземной съемки и измерений. Вторичные опорные точки также могут быть получены из карты или существующего ортоизображения с известной точностью, если известная точность превышает ожидаемую точность нового ортоизображения на линейный коэффициент от трех до пяти раз. Эти точки на поверхности должны быть видимы на изображении.
- Связующие точки изображения создаются в областях перекрытия между соседними изображениями, составляющими мозаику. Эти точки служат для связывания всех изображений, составляющих мозаику ортоизображений. Они обычно вычисляются автоматически с использованием методов сопоставления изображений в области перекрытия.
- Контрольные точки используются для оценки точности процесса ортотрансформирования. Они являются наземными опорными точками съемки, которые не используемые при расчете фотограмметрического уравнивания.

Приведенная выше информация используется для вычисления ориентации изображения, необходимой для создания ЦМР и ортотрансформированной мозаики изображений из снимков. Вычисленные параметры ориентации изображения включают положение датчика в момент захвата изображения в таких координатах, как широта, долгота и высота (x, y, z). Положение сенсора выражается через omega, phi и kappa (крен, тангаж, рысканье).

Построение ортомозаики

В этом разделе описан основной процесс по созданию ортомозаики. ArcGIS Pro Содержит инструменты, возможности и руководства по выполнению процесса создания ЦМР и продуктов ортоизображений. Особенности создания набора данных ортомозаики с помощью инструментов Орто картография и мастеров подробно описаны в разделе Орто картография в ArcGIS Pro.

Ориентация изображения

Ориентация изображения – это предварительный процесс для создания ЦМР и ортоизображений. Это процесс получения пространственного местоположения и ориентации сенсора в каждый момент получения снимков. Знание высоты сенсора над землей позволяет вычислять области перекрытия смежных изображений, которое затем используется для включения генерации связующих точек. Процесс создания связующих точек помогает собрать изображения корректным образом в непрерывный блок. Он использует внутреннюю ориентацию, основанную на физических характеристиках датчика, и внешнюю ориентацию, основанную на наземном управлении и точках связи между изображениями.

Сбор связующих точек между множеством перекрывающихся изображений может быть утомительным и времязатратным. Инструмент Вычислить связующие точки автоматического определяет совпадающие точки в перекрывающихся областях между изображениями, используя методы взаимной корреляции. Эти связующие точки используются совместно с наземными опорными точками, которые также видимы на множестве изображений, для вычисления внешней ориентации каждого изображения, составляющего мозаику. Это означает, что наземные опорные точки должны быть фото-определяемыми (или видимыми) на изображении. Обычно фото-определяемые наземные опорные точки являются постоянными и легко идентифицируемыми объектами. Они могут быть нарисованными метками на автомагистрали или находиться в центре двух пересекающихся улиц.

Блочное уравнивание

Используя информацию наземных опорных точек и связующих точек, вычисление пакетного уравнивания вычисляет внешнюю ориентацию для каждого изображения, например, что они согласовываются с соседними изображениями. Ориентация целого блока изображений далее уравнивается, чтобы совпадать с земной поверхностью. Этот процесс блочного уравнивания производит самое лучшее статистически размещение изображений для всего непрерывного блока, уменьшая ошибки с учетом данных связующих и наземных точек. Скорректированное преобразование для каждого элемента изображения, содержащего блок, записывается в таблицу решений и сохраняется в рабочей области для ортомозаики.

Проверка качества и контроль качества

Когда блок изображений уравнивается для размещения его на поверхности Земли, очевидная ошибка уравненных точек представлена в таблице невязок. Ошибки легко выявляются, а точки с высоким значением невязки либо удаляются, либо чаще перемещаются вручную. Уравнивание выполняется до тех пор, пока общая погрешность и невязка в каждой точке будет приемлема.

Создание ЦМР

После завершения блочного уравнивания можно создать набор данных высот с помощью мастера ЦМР. Для создания ЦМР создается фотограмметрическое облако точек с использованием методов перекрестной корреляции изображений. ЦМР затем можно применить в процессе ортотрансформирования изображения, чтобы убрать искажения за счет рельефа и получить мозаику ортоизображений.

Можно создать два типа ЦМР:

ЦМП (цифровая модель поверхности) – цифровые высоты Земли, которые не включают высоту каких-либо объектов на ней. Она также называется высотами обнаженной земли. Набор данных высот земли ЦМП используется для создания ортоизображения и мозаики ортоизображений.
ЦММ (цифровая модель местности) – цифровые высоты Земли, включая высоту объектов на ней, таких как деревья и здания. ЦММ является ценным аналитическим набором данных, используемым для классификации объектов на ортоизображениях, например, различий асфальтового покрытия дорог и асфальтового покрытия крыш. Она не должна использоваться для ортотрансформирования изображения, если только исходное изображение не является вертикальным – без наклона зданий и других пространственных объектов, – для создания корректного ортоизображения.

Если местность плотно покрыта лесом или имеет другой густой растительный покров, то будет невозможно получить поверхность земли ЦМП, поскольку земля не видна. Самый подходящий продукт поверхности высот для участка с очень плотным лесом является ЦММ, которая создает поверхность, показывающую верхнюю часть полога леса.

Мастер ЦМР позволяет указывать различные параметры для создания облака точек высот и ЦМР. ЦМП затем можно применить в процессе ортотрансформирования изображения, чтобы убрать искажения за счет рельефа и получить мозаику ортоизображений.

Ортотрансформирование изображения

Ортотрансформированное изображение имеет постоянный масштаб, так что объекты представлены в их истинном положении относительно их положения на земле. Это позволяет выполнять точные измерения расстояний, углов и площадей на ортоизображении.

Ортотрансформирование выполняется путем установления связи координат x, y изображения с реальной наземной опорной точкой для определения алгоритма пересчета изображения. Аналогичным образом математическая связь между координатами земли, представленными цифровой моделью рельефа и изображением вычисляется и используется для определения правильного положения каждого пиксела в исходном изображении.

Мозаика ортоизображений создается с помощью мастера Ортомозаика. Входные объекты включают элементы блочного уравнивания, составляющие коллекцию изображений или ЦМП. Можно также использовать ЦМР поверхности земли. Мастер Ортомозаики позволяет задать параметры мозаики ортоизображений, такие как масштаб и формат данных, генерация линий сшивки и цветовая балансировка ортотрансформированных изображенияй для создания бесшовной ортомозаики.

На спутниковые снимки высокого разрешения в надире не сильно влияют искажения, присущие аэрофотоснимкам, из-за большого расстояния между сенсором и землей, большого фокусного расстояния датчика (порядка 10 метров) и малого поля зрения. Эти факторы, совместно с информацией о точной ориентации в виде коэффициентов RPC, приводят к тому, что точность ЦМР и плотность расположения менее важны при создании точного ортоизображения, при условии, что правильно выполнено уравнивание внешнего ориентирования и выбраны корректные опорные точки. Поэтому шаг создания ЦМР часто пропускается, и существующие ЦМР USGS NED или SRTM в совокупности с точными наземными опорными точками выдают в результате ортоизображения Класса I или Класса II масштаба 1:5 000 и мельче.

Если сбор обратно надиру является большим, либо фокусное расстояние слишком маленьким, то для точной ортопривязки потребуется более точная ЦМР с высоким разрешением.

Артефакты изображений

Различные типы артефактов, которые влияют на изображения, полученные с помощью дистанционного зондирования, и корректирующиеся в процессе ортотрансформирования, кратко описаны в таблице ниже.



Искажение перспективы	Искажение перспективы возникает из-за наклона угла наблюдения и расстояния между сенсором и целью на поверхности, а также из-за характеристик сенсора. Короткое фокусное расстояние сенсоров при аэросъемке приводит к большему искажению перспективы, чем длинные фокусные расстояния сенсоров, находящихся на спутниках. Перспектива просмотра будет показывать стороны здания, обращенные к сенсору и скрывать обратные части здания. Дополнительно, для изображений с перспективой масштаб изображения становится мельче при движении от надира. Другими словами, размер пиксела по поверхности Земли (GSD) меньше в сторону надира изображения и больше в сторону дальней границы изображения, а пикселы имеют трапециевидную форму.
Поле зрения (FoV)	FoV – это угловой экстент, видимый для сенсора во время съемки. Определяется размером сенсора, фокусным расстоянием и высотой. Фокусное расстояние – это эффективное расстояние от объектива рядом с центральной точкой до фокальной плоскости. Это определяет геометрию перспективы для изображения. Чем меньше фокусное расстояние, тем больше вносится искажений перспективы и тем шире FoV.
Дисторсия объектива	Объектив только аппроксимирует геометрию перспективы. В результате они искажают размещение и форму объектов, снятых в фокальной плоскости. Радиометрически, он также изменяет количество света, попадающего на фокальную плоскость. Оба типа искажений увеличиваются, как функция расстояния от центра изображения. Эти эффекты минимальны в центре и увеличиваются при движении к границам изображения.
Кривизна Земли	Искажение, вызванное кривизной Земли, больше всего распространено в изображениях, покрывающих большие экстенты Земли, или сделанных с большой высоты под большими наклонными углами. Оно обычно влияет на аэрофотоснимки, собранные с коротким фокусным расстоянием, с большой высоты, с широким FoV, или на спутниковые изображения, собранные полосами или блоками.
Смещение рельефа	Смещение рельефа вызывается разницей высот над или под датумом, что приводит к сдвигу в прозрачном размещении объектов на снимке. Это топографическое изменение в сочетании с ориентацией вида и полем зрения сенсора влияет на расстояние и масштаб, с которыми элементы отображаются на снимках.
Радиальное смещение	Например, на вертикальных снимках высокие объекты, типа радиомачт будут казаться выровненными из центра (надирной точки) изображения. Поскольку вершина мачты не лежит над нижней частью мачты на снимке, этот эффект называется смещением рельефа.
Сканирование	При сканировании аэрофотоснимков, искажения сначала возникают во время обработки пленки и хранения. Затем дополнительные искажения могут возникать в процессе сканирования из-за различных измерительных приборов сканирования. Эти ошибки могут быть по большей части скомпенсированы в процессе ортотрансформирования.

Связанные разделы

Отзыв по этому разделу?

Лазерное сканирование и архитектурные обмеры в Санкт-Петербурге | НПП “Фотограмметрия”

НПП “Фотограмметрия” предлагает весь комплекс услуг по производству точных архитектурных обмеров зданий и сооружений методами геодезии и фотограмметрии.
Мы выполняем:
– съемку (сканирование) фасадов зданий, декоративных деталей фасадов, кровли;
– внутренние обмеры зданий методом тахеометрической съемки;
– съемку (сканирование) интерьеров внутренних помещений.

Все обмеры производятся в единой системе координат с построением чертежей в формате .dwg

Заказчику могут быть выданы следующие виды обмерных чертежей: чертежи фасадов здания, отдельные чертежи архитектурных деталей фасадов в крупном масштабе, шаблоны этих деталей, план кровли, планы всех этажей, план стропильной системы, чертежи разрезов, чертежи разверток стен помещений с декоративными деталями, чертежи отдельных деталей интерьеров.
Вся продукция выполняется в соответствии с существующими ГОСТами и регулярно сдается в КГИОП.

Точность изображения архитектурных сооружений достигается в результате правильно и достоверно выполненных архитектурных обмеров.

Степень точности обмеров бывает различной и зависит от тех возможностей, какими обладает исполнитель и его квалификации.

На сегодняшний день НПП “Фотограмметрия” является лидером на рынке производства комплексных архитектурных обмеров в Санкт-Петербурге, предлагая заказчику продукцию наивысшего качества.

Ортофотоплан – ортогональная проекция точной трехмерной модели объекта на заданную плоскость. Данная форма фиксации сочетает в себе геометрические свойства обмерного чертежа с изобразительными свойствами фотоснимков.

Причем точность и детальность изображения могут быть обеспечены наивысшие, включая требования масштаба 1:1.

Войнаровский А.Е. ООО «НПП»Фотограмметрия»

На основе данных лазерного сканирования фирмой НПП “Фотограмметрия” была разработана технология создания трёхмерных (3D) моделей различных архитектурных объектов и промышленных установок.

Технология 3D моделирования позволяет увидеть объект с любой стороны, получить представление о его форме, размерах, сохранности и др.

3D модели представляют собой облака точек в черно-белом или цветном вариантах, а также каркасные, поверхностные или твердотельные модели объектов.

Для дальнейшей работы с облаком точек наша фирма предоставляет Заказчику специальное программное обеспечение ScanIMAGER. С помощью этого приложения Вы сможете делать измерения, вычислять объемы, получать разрезы, сечения и ортофотопланы отсканированных объектов.

Подробнее о программном продукте ScanIMAGER Вы можете узнать, посетив его официальный сайт www.scanimager.ru

Фотограмметрия – обзор | Темы ScienceDirect

3 Управление большими геопространственными данными

Геопространственные данные растут с огромной скоростью, собираются различными способами, включая фотограмметрию и дистанционное зондирование, а в последнее время – с помощью лазерного сканирования, мобильных карт, геолокации, датчиков, геотегированной сети содержание, географическая информация добровольцев и моделирование (Li et al., 2016a, b). Частично этот рост связан с расширением мощных вычислительных возможностей для обработки больших геопространственных данных.Например, в науке о климате моделирование климата проводится во все более высоком пространственно-временном разрешении, которое в значительной степени зависит от возможностей параллельных вычислений. Однако моделирование с более высоким пространственно-временным разрешением поставило перед исследователями новую задачу, которая заключается в эффективном управлении, анализе и визуализации результатов моделирования. Чтобы эффективно хранить, управлять и запрашивать большой набор геопространственных данных, необходимо учитывать структуру данных, моделирование и индексацию для индивидуализированного решения для управления большими геопространственными данными в зависимости от конкретного случая.

В науке о климате NetCDF / HDF – одна из наиболее часто используемых структур данных, которая состоит из многомерных переменных в их системах координат и некоторых из их названных вспомогательных атрибутов (Rew and Davis, 1990). Однако классическая модель данных имеет два очевидных ограничения: (1) отсутствие поддержки вложенной структуры, рваных массивов, типов данных без знака и типов, определяемых пользователем; и (2) ограниченная масштабируемость из-за плоского пространства имен для измерений и переменных.

Чтобы устранить ограничения классической модели данных, Li et al.(2017) предложили улучшенную модель данных на основе NetCDF / HDF, которая включает дополнительные именованные переменные, измерения, атрибуты, группы и типы. Переменные можно разделить на разные группы по определенной характеристике, например, по модельным группам, которые сгенерировали эти данные. При сохранении этих переменных в физическом файле каждая двумерная сетка будет разложена в одномерный поток байтов и сохранена отдельно, одна за другой, в файле данных.

Благодаря этой улучшенной модели данных эффективное управление этими данными по-прежнему остается сложной задачей из-за большого объема данных, а также из-за присущей геонаучным данным большой размерности.Кроме того, распределенные файловые системы, такие как MapReduce, становятся все более популярными для управления и обработки больших данных, но существует разрыв между моделью MapReduce и эффективной обработкой традиционного формата климатических данных (NetCDF / HDF). Чтобы решить эту проблему, Li et al. (2017) также предложили подход пространственно-временного индексирования для эффективного управления и обработки больших климатических данных с помощью MapReduce в хорошо масштабируемой среде. При использовании этого подхода большие климатические данные хранятся непосредственно в распределенной файловой системе Hadoop в исходном собственном файловом формате.Пространственно-временной индекс создается для объединения модели данных на основе логических массивов и физического макета данных, что обеспечивает быстрое извлечение данных при выполнении пространственно-временных запросов (рис. 11.2). На основе индекса применяется алгоритм разделения данных, позволяющий MapReduce достичь высокой локальности данных, а также сбалансировать рабочую нагрузку. Предлагаемый подход к индексации оценивается с использованием набора данных реанализа климата NASA Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications (MERRA). Результаты экспериментов показывают, что индекс может значительно ускорить запросы и обработку (примерно в 10 раз быстрее по сравнению с базовым тестом с использованием того же вычислительного кластера), сохраняя при этом небольшое отношение индекса к данным (0.0328%). Применимость подхода к индексации демонстрируется обнаружением климатических аномалий, развернутым на кластере NASA Hadoop. Этот подход также может поддерживать эффективную обработку общих пространственно-временных данных на основе массивов в различных областях наук о Земле без специальной настройки кластера Hadoop.

Рисунок 11.2. Структура пространственно-временного индекса.

Фотограмметрия

Фотограмметрия – это наука об измерении по фотографиям.

Входными данными для фотограмметрии являются фотографии, а выходными данными обычно являются карта, рисунок, измерение или трехмерная модель какого-либо объекта или сцены из реального мира. Многие карты, которые мы используем сегодня, созданы с помощью фотограмметрии и фотографий, сделанных с самолетов.

Фотограмметрию можно классифицировать несколькими способами, но один из стандартных методов – разделение поля в зависимости от положения камеры во время фотосъемки. На этой основе у нас есть аэрофотограмметрия и наземная (или ближняя) фотограмметрия.

В модели Aerial Photogrammetry камера устанавливается в самолете и обычно направлена вертикально к земле. Когда самолет летит по траектории, делается несколько перекрывающихся фотографий земли. Самолеты традиционно были пилотируемыми самолетами с неподвижным крылом, но сейчас многие проекты выполняются с использованием беспилотных летательных аппаратов и БПЛА. Традиционно эти фотографии обрабатывались на стереоплоттере (инструменте, позволяющем оператору видеть сразу две фотографии в стереофоническом виде), но теперь их часто обрабатывают автоматизированные настольные системы.

В модели Наземная фотограмметрия и фотограмметрия с близкого расстояния камера располагается на земле и устанавливается в ручном режиме, на штативе или вехе. Обычно этот тип фотограмметрии не является топографическим – то есть на выходе получаются не топографические продукты, такие как модели местности или топографические карты, а вместо этого чертежи, 3D-модели, измерения или облака точек. Повседневные камеры используются для моделирования и измерения зданий, инженерных сооружений, криминалистических исследований и происшествий, шахт, земляных работ, складов, археологических артефактов, съемочных площадок и т. Д.В сообществе специалистов по компьютерному зрению этот тип фотограмметрии иногда называют моделированием на основе изображений.

Список ресурсов и программного обеспечения для фотограмметрии см. На странице ссылок и ресурсов.

Что такое фотограмметрия? | Как сегодня используется фотограмметрия

На протяжении веков фотограмметрия играла решающую роль в нашем понимании далеких объектов и поверхности Земли. Его использование расширилось с годами и привело к появлению мощного набора революционных технологий в таких отраслях, как строительство, машиностроение, медицина и многие другие.

Фотограмметрия собирает измерения и данные об объекте, анализируя изменение положения двух разных изображений. Он использует такие вещи, как перспектива, расширенное программное обеспечение для обработки и анализ фотографий, чтобы выполнить работу, но это может происходить на земле или с воздуха. В этом руководстве мы расскажем о различных типах фотограмметрии и о том, как ее можно использовать.

Основы фотограмметрии

Процесс фотограмметрии может быть разным, но основная идея вращается вокруг сбора информации об объекте по его фотографиям.Фотографии сделаны с разных мест и под разными углами, что позволяет проводить точные вычисления, которые помогают аналитикам собирать данные, которые они ищут. Как правило, они используют такие вещи, как интерпретация фотографий и геометрические соотношения для сбора измерений. На основе данных, собранных с помощью фотограмметрии, мы можем создавать карты и 3D-модели реальных сцен.

Эта технология существует уже давно и является важной частью различных исследований в прошлом веке. Его принципы восходят к исследованию перспективы Леонардо да Винчи в 1480 году – и многие теории говорят, что это восходит к еще более древним временам.После изобретения полета и Второй мировой войны технология фотограмметрии действительно расширилась: появились мощные камеры и новые самолеты, построенные специально для аэрофотосъемки и лучшего позиционирования камеры. Все новые изобретения даже использовали фотограмметрию на Луне, чтобы нанести на карту ее поверхность во время миссий Аполлона.

Если мы разберем это слово, мы сможем ясно увидеть все составляющие фотограмметрии в игре. «Фотография» относится к свету, «грамм» означает рисунок, а «-метрия» относится к измерениям.Фотограмметрия использует фотографии для сбора измерений, с помощью которых мы можем создавать рисунки и модели.

Что такое аэрофотограмметрия?

Аэрофотосъемка – один из наиболее распространенных подходов к нанесению на карту местности. В этом процессе камера устанавливается на самолет и направлена на землю вертикальной или почти вертикальной осью. Когда самолет следует своей траектории полета, камера делает несколько перекрывающихся фотографий, которые затем обрабатываются так называемым стереоплоттером.

Стереоплоттер – это инструмент, который помогает определять высоту путем сравнения двух разных фотографий и выполнения необходимых расчетов. С помощью программного обеспечения для фотограмметрии мы можем обрабатывать эту информацию и создавать из нее цифровые модели.

Что такое земная фотограмметрия?

Эти изображения сделаны из фиксированного положения на земле, при этом ось камеры параллельна Земле. Данные о положении камеры, например ее координаты, собираются во время фотосъемки.Инструменты, используемые для наземной фотографии, часто являются теодолитами, хотя иногда используются и обычные камеры. Наземная фотограмметрия для съемки обычно требует меньше ресурсов и квалифицированных специалистов, но для покрытия большой части суши может потребоваться больше времени.

Что такое космическая фотограмметрия?

Переходя к большему масштабу, космическая фотограмметрия осуществляется с помощью камер, установленных на Земле, на искусственном спутнике или на Луне или другой планете.Фактически, фотограмметрия рекламировалась как ключевая часть исследования космоса даже в 60-х годах, а технологические достижения сделали ее еще более актуальной. Он может рассказать нам о структурах облаков, создать точные карты Земли и собрать данные о далеких планетах.

Типы фотографий

Поскольку аэрофотограмметрия – один из наиболее распространенных методов, давайте посмотрим, как эти фотографии классифицируются.

Обычно аэрофотоснимки попадают в одну из двух категорий:

Вертикальные фотографии: Эти изображения появляются, когда ось камеры расположена вертикально.Итак, если вы поместите камеру в самолет, ее объектив будет направлен на землю для обзора с высоты птичьего полета.

Фотографии под наклоном: Хотя ось может быть почти вертикальной, наклоны самолета могут вызвать непреднамеренный наклон изображения в одном направлении. В категории наклонных фотографий у нас есть наклонные фотографии, на которых видна линия горизонта, и фотографии с низким наклоном, на которых горизонт не виден. Классификация зависит от уровня наклона камеры относительно ее вертикальной оси.

Объектив камеры также может обеспечивать широкий диапазон покрытия. Например, сверхширокоугольный объектив захватывает большее поле зрения, чем объектив с нормальным углом. Он будет собирать больше изображения в поле зрения, но может создавать искажения по краям, в зависимости от конструкции объектива и камеры.

При сборе аэрофотоснимков операторы последовательно снимают множество изображений. Эти изображения должны перекрываться друг с другом, чтобы программное обеспечение для обработки изображений могло идентифицировать изменения и понимать, где размещены определенные объекты.Когда он может захватывать эти общие предметы, он может более эффективно объединять фотографии или собирать данные об их положении.

Каковы принципы фотограмметрии?

Этот процесс может быть сложным, но все сводится к концепции триангуляции. Триангуляция предполагает получение снимков как минимум из двух разных мест. Эти изображения создают линии обзора, которые ведут от каждой камеры к определенным точкам фотографируемого объекта. Пересечение этих линий играет роль в математических вычислениях, которые помогают получить трехмерные координаты указанных точек.

Триангуляция используется в самых разных областях, от сельского хозяйства до военной разведки, но обычно она связана с топографической съемкой. Геодезисты используют теодолиты и триангуляцию для определения местоположения точки с помощью угловых измерений. Сети триангуляции также могут помочь в геодезической системе за счет максимальной точности.

На самом деле это похоже на то, как наши глаза создают глубину. Восприятие глубины происходит, когда мы видим объект под немного разными углами, причем эти углы исходят от каждого из наших глаз.Наш мозг обрабатывает два изображения и превращает их в единое изображение, которое мы можем понять в процессе, называемом стереопсисом. Весь этот процесс похож на триангуляцию.

Необходимые функции

Некоторые аспекты необходимы для любой фотограмметрической модели. Эти функции включают:

Связующие точки: Связующие точки – это координаты, которые могут быть связаны между несколькими перекрывающимися изображениями. Как правило, это элементы, присутствующие на обеих или всех ваших фотографиях. Связующие точки помогают фотографии согласовать с общими координатами.
Наземные опорные точки (GCP): Опорные точки помогают ориентировать изображение относительно поверхности Земли. Они используют известные координаты для позиционирования изображения в реальном мире.
Регулировка связки: Регулировка помогает устранить любые искажения в наборе изображений. Это уменьшает ошибки от реальных и прогнозируемых точек изображения.

Типы фотограмметрии

Хотя мы можем классифицировать фотограмметрию на основе местоположения камеры, мы также можем разбить вещи по типу проводимой фотограмметрии.Эти типы различаются в зависимости от типа собираемых данных.

Две формы фотограмметрии, с которыми вы, вероятно, столкнетесь:

Интерпретирующая: Интерпретирующая фотограмметрия – это идентификация объектов и сбор значимых факторов из изображения с помощью тщательного и систематического анализа. Фотоинтерпретаторы собирают информацию о своих предметах, такую как характеристики и особенности, путем тщательного анализа и оценки фотографий. Работа может включать технологии дистанционного зондирования.Дистанционное зондирование сочетает интерпретацию фотографий с данными от инструментов дистанционного зондирования, таких как камеры на спутниках или самолетах и гидролокаторы на кораблях.
Метрическая система: Цель метрической фотограмметрии – найти размеры. Исследователь может извлечь определенные данные и измерения с фотографии с помощью другой информации о месте происшествия.

Метрическая фотограмметрия также охватывает контурное и топографическое картографирование:

Контурное картографирование фокусируется на плоскостях и включает элементы за пределами высоты, такие как дороги, реки и озера.Он игнорирует эти топографические особенности, сосредотачиваясь только на географических объектах.
Топографическая карта делает обратное, показывая форму местности, ее возвышения и контуры. Он показывает поверхность Земли в сравнении с определенной точкой отсчета, например уровнем моря, и также может использоваться для подводных поверхностей.

Использование фотограмметрии

Способы реализации фотограмметрии могут сильно различаться в зависимости от метода сбора, собранных данных, промышленного использования и совместимых технологий.

Некоторые продукты, получаемые в результате этого процесса, включают ортофотоплан, цифровые модели поверхности и цифровые модели местности. Ортомозаика – это, по сути, вид местности с высоты птичьего полета, которая корректируется для искажения и может охватывать широкие ландшафты. Цифровые модели поверхности и цифровые модели местности представляют уровни поверхности и высоту. Модели поверхности включают здания и деревья, в то время как модель ландшафта избавляется от всех этих функций, показывая высоту голой земли.

Наиболее распространенное применение фотограмметрии – создание карт из аэрофотоснимков.Это рентабельный и точный метод, позволяющий организациям, занимающимся планированием, таким как архитекторы, местные органы власти и строители, принимать четкие и обоснованные решения по своим проектам, не тратя месяцы на изучение ландшафта. Он также очень подробный и может предоставить исключительный уровень информации о местности.

Фотограмметрия широко используется во многих отраслях, от медицинских исследований до кино и развлечений. Вот некоторые из мест, где это можно найти:

1. Землеустройство

Мы уже обсуждали применение фотограмметрии в гражданской съемке, результаты которой используются многими организациями, включая строительные бригады, правительства, проектировщиков зданий и архитекторов.Все данные, собранные с помощью фотограмметрии, информируют их обо всем, от необходимых мер безопасности до потенциальных результатов проекта.

2. Инженерное дело

В мире инженерии фотография с дронов помогает оценивать участки для строительства, а также создавать перспективные изображения и 3D-рендеринг. Инженеры могут создавать изображения результатов проекта или превью, а также анализировать свой текущий прогресс.

3. Недвижимость

В эпоху цифровых технологий, когда от 80% до 81% миллениалов находят свои дома на мобильных устройствах, создание привлекательных и точных списков может значительно улучшить покупательский опыт и их понимание покупки.Зрители могут видеть дом со всех сторон и иметь четкое представление о том, на что они смотрят.

4. Военная разведка

Фотограмметрия также играет важную роль в сборе данных для военных программ. Для понимания ландшафта необходимы точные геолокационные модели с малым временем обработки. Аэрофотоснимки и фотограмметрические технологии могут работать вместе, чтобы быстро создавать точные 3D-карты без участия человека.

5. Медицина

Хотя вы, возможно, и не подумаете отнести сферу медицины к той же категории, что и топографическая съемка, 3D-модели, созданные с помощью фотограмметрических технологий, пригодятся для различных применений, связанных со здоровьем.Он также может работать вместе с технологией дистанционного зондирования, чтобы помочь поставить диагноз без инвазивных процедур.

6. Кино и развлечения

Фотограмметрия может сыграть большую роль в оформлении декораций и создании мира для множества фильмов и видеоигр. Трехмерное моделирование позволяет воплотить в жизнь уникальные объекты в виртуальном мире, например, городские пейзажи для последовательностей действий и точные исторические элементы, такие как статуи и здания. Одна из популярных франшиз, использующих фотограмметрию, – это игры Battlefield, в которых есть художественный стиль, который хорошо сочетается с этими 3D-рендерингами и воссозданиями.

Помимо построения мира, фотограмметрия также может помочь в разработке специальных эффектов и реальных декораций.

7. Криминалистика

Фотограмметрия также играет важную роль в расследовании преступлений. Это может помочь задокументировать и измерить точные данные о месте преступления и определить, что было физически возможно. Есть также много экспертов по фотограмметрии, которые могут помочь в зале суда.

8. Строительство и горнодобывающая промышленность

Инженеры-проектировщики и подрядчики могут использовать точные 3D-модели для мониторинга и планирования своих рабочих мест.Информация из фотограмметрической модели может помочь создать интеллектуальное рабочее место с датчиками и функциями безопасности, улучшающими окружающую среду. Эти модели работают в тандеме с подключенными автомобилями.

9. Спорт

Анализ движений спортсменов может помочь тренерам и исследователям лучше понять их действия. Они могут разрабатывать виртуальные системы тренировок и узнавать о физических усилиях, которые затрачивают игроки, отслеживая движения их тела. Топографические карты также пригодятся спортсменам на открытом воздухе, таким как пешие прогулки, альпинисты, лыжники и сноубордисты.Картографировать удаленные районы часто проще с помощью фотограмметрической технологии.

10. Сельское и лесное хозяйство

В сельском хозяйстве аэрофотоснимки могут дать представление о качестве почвы, графике полива, питании и вредителях. Используя эту информацию, фермеры могут корректировать свои графики посадки или регулировать полив и удобрения. Они также могут использовать фотограмметрию при оценке роста и повреждения урожая после штормов или наводнений.

Исследование лесов и управление ими стало значительно проще с помощью фотограмметрии.Он может создавать модели для анализа различных аспектов леса, таких как объем и высота древесины, чтобы лучше понять развитие леса.

Работа со специалистами по подготовке данных в TOPS

Если вы работаете в отрасли, где может быть полезна фотограмметрия, или если у вас есть другие потребности в 3D-моделировании и фотограмметрических данных, специалисты Take-Off Professional могут помочь вам в этом. Здесь, в TOPS, мы создаем подробные и точные модели поверхностей, чтобы помочь вам улучшить вашу работу. Аэрофотограмметрия – один из самых быстрых методов, которые мы используем, что делает ее особенно полезной, если вы оказались в нехватке времени.

Data – это наша специальность, и мы можем помочь с несколькими задачами, включая моделирование поверхности точек данных с дронов, создание топографических файлов и услуги индивидуальной фотограмметрии, которые соответствуют вашим конкретным потребностям. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о том, как TOPS может вывести ваш проект на новый уровень.

Что такое фотограмметрия? Как отрасли используют это?

В январе этого года на глиняном руднике недалеко от Голдена, штат Колорадо, Алена Искандерова сделала поразительное открытие: следы древнего родственника крокодила, сохранившиеся когда-то около 100 миллионов лет, были в значительной степени стерты эрозией.

За 11 лет с тех пор, как палеонтолог Мартин Локли, младший куратор Музея естественной истории Университета Колорадо и почетный профессор университета, впервые задокументировал место следа, окаменелые следы, оставленные животным, утратили большую часть своей глубины – примерно По словам Искандерова, от 7-12 миллиметров до 3-4 миллиметров.

То, что воздействие элементов может заметно уменьшить следы за такое короткое время, указывает не только на их хрупкость перед лицом изменения климата и других антропогенных угроз, сказала Искандерова, но и на важность фотограмметрии как средства сохранения геологической летописи. .

Что такое фотограмметрия?

Фотограмметрия – это наука о воссоздании объектов и окружающей среды в физическом мире с помощью фотографий. Техника включает в себя сшивание больших коллекций перекрывающихся фотографий для создания топографических карт, сеток и реалистичных цифровых 2D- и 3D-моделей. Программные инструменты помогают создавать эти цифровые активы, используя пиксельные данные из аэрофотоснимков, сделанных дронами, или фотографий с близкого расстояния с помощью портативных камер. От обследования строительных площадок и зон затопления до исследования участков окаменелостей и оценки состояния сельскохозяйственных культур – этот метод имеет множество применений.

«Иногда следы – единственное присутствие животных в любой палеосреде. Поэтому [фотограмметрия] очень важна для нас, чтобы знать, какие животные были там », – сказала она. «Следы также показывают нам их поведение. Иногда мы можем сказать, например, что группа динозавров мигрировала из одной точки в другую ».

Искандерова – фотограмметрист ближнего действия со специализацией в области палеонтологии. Она использует камеру Canon 5D Mark II с 24-миллиметровым объективом для выполнения большей части своей работы, которая включала документирование следов орнитисхиевых («птичьих») динозавров, небольших нор беспозвоночных и первых зарегистрированных мезозойских следов небольшой цапли. -подобная птица, получившая название Ignotornis mcconnelli .Большая часть ее работ происходит в формации Саут-Платт – богатой песчаником скальной породе в предгорьях Фронт-хребта Колорадо.

«Иногда следы – единственное присутствие животных в любой палеосреде. Поэтому [фотограмметрия] очень важна для нас, чтобы знать, какие животные были там ».

После создания сотен перекрывающихся изображений Искандерова использует Agisoft Metashape Pro 1.7, чтобы объединить их в одно трехмерное изображение. Выравнивая пиксели на фотографиях, программа визуализирует так называемое облако точек – трехмерное созвездие цветных точек, которые раскрывают контуры поверхности.Затем эти точки накладываются на слои с текстурированной сеткой для создания реалистичных визуализаций, включая карты глубины, показывающие геолокационные контуры поверхности.

«Вот почему фотограмметрию следует рассматривать как передовой метод исследования окаменелостей и следов», – написала Искандерова. «[Многие научные] статьи дают измерения в виде чисел, но не документируют, как измерения производятся по отношению к начальной и конечной точкам. Каждый ученый или помощник полевого работника будет проводить измерения по-своему.С помощью фотограмметрии вы можете записывать не только длину, ширину и глубину [треков], но также начальную и конечную точки ».

Подробнее о 3D-визуализацияхЦифровые близнецы: что они собой представляют и как формируют будущее

Фотограмметрическая визуализация одного из наиболее полных и хорошо сохранившихся мест следа крокодилов мелового периода с использованием Agisoft Metashape Pro 1.7. | Фото: Алена Искандерова

Наземный контроль к Major Robot

В фотограмметрии нет ничего нового. Многовековой метод восстановления измерений основан на принципах перспективной и проективной геометрии, практикуемых такими художниками, как Леонардо да Винчи, и формализованных в науку немецкими математиками Рудольфом Штурмом и Гвидо Хауком в конце 19 века.Тем не менее, эта область быстро развивается за счет инноваций в программном обеспечении и аэрофотосъемке.

Сегодня фотограмметрия используется в самых разных коммерческих приложениях, таких как общественная безопасность, строительство, гражданское строительство, автомобилестроение, сельское хозяйство и военная разведка. И растущее число вариантов использования стало благом для компаний-разработчиков программного обеспечения, которые предоставляют инструменты 3D-моделирования и постпроизводства.

Аналитические данные Data Bridge Market Research предсказывают, что совокупный годовой темп роста рынка программного обеспечения для фотограмметрии в период с 2021 по 2028 год составит более 13 процентов, при этом ожидается, что программное обеспечение для фотограмметрии достигнет рыночной стоимости в 2 доллара.56 миллиардов к 2028 году.

«Я думаю, что большая революция произошла с дронами», – сказал Тристан Рэндалл, руководитель стратегического проекта компании Autodesk, производящей архитектурное программное обеспечение. «Например, в контексте строительного проекта, когда вы хотите контролировать состояние своего объекта, вы можете приобрести дроны, которые стоят пару тысяч долларов. Так что сбор фотограмметрических данных стал намного проще ».

Рэндалл сказал мне, что для фотограмметрии

не требуются сложные камеры.Это можно сделать с помощью цифровых однообъективных зеркальных фотоаппаратов (DSLR), видеокамер, спутниковых фотографий или даже изображений, снятых с помощью iPhone – практически любой цифровой камеры, которая может хранить несколько изображений.

«Я думаю, что большая революция произошла с дронами … сбор фотограмметрических данных стал намного, намного проще».

Но низкая стоимость дронов открыла когда-то в значительной степени наземное применение целому ряду новых возможностей в воздухе – от создания крупномасштабных карт для оценки состояния сельскохозяйственных культур или планирования операций по оказанию чрезвычайной помощи до создания реалистичных 3D-моделей зданий, дорог и т. Д. зоны затопления.

Фотограмметрист может купить исправный дрон всего за 800 долларов, сказал Кристофер Кабат, владелец и основатель консалтинговой компании ProAerial Media. После программирования дрон может делать сотни фотографий крупномасштабных реальных объектов, таких как район или район города, за считанные часы.

Перед полетом пилот выбирает траекторию полета и количество фотографий, которые сделает камера, в зависимости от желаемого разрешения на выходе. Оснащенный, как правило, камерой диаметром от 1 до 2 дюймов на вращающемся стабилизаторе, дрон перемещается взад и вперед по ландшафту, делая сотни снимков для последующей обработки.

«Он буквально берет каждое изображение, берет все пиксели в каждом изображении и ищет другое изображение, по крайней мере, с тремя совпадающими пикселями», – сказал Кабат. «И так будет с каждой вашей фотографией».

В зависимости от целей проекта команды могут использовать фотограмметрию на основе дронов для создания фотореалистичных ортофотопланов с поправкой на кривизну Земли, захвата ценных объемных данных, таких как количество почвы, которую строительная команда должна извлечь, чтобы выкопать фундамент. или создайте модели интерьера для виртуальных домашних туров на таких сайтах недвижимости, как Zillow.Однако аэрофотограмметрия лучше всего подходит для крупномасштабных проектов, а не для мелких архитектурных деталей, которые часто отображаются с помощью лазерного сканирования.

Рэндалл рассказал мне, что в проекте Google Планета Земля по картированию городов в 3D на самом деле использовались обе технологии: большие регионы снимались с помощью фотограмметрии, а с помощью отсканированных вручную данных применялись функции построения подписи.

«Главное, что нужно помнить, – это то, что [облако точек] – это очень и очень точное представление физических характеристик сайта», – сказал Рэндалл.«Мы называем это« стрижкой газона », потому что вы перемещаете камеру в пересекающихся линиях. А затем вы используете эти фотографии, скажем, в движке вроде Autodesk ReCap, чтобы сшить их вместе ».

Трехмерная текстурированная сетка офисного парка площадью четыре акра, визуализированная в Pix4Dmapper из примерно 275 фотографий с дронов. | Фото: ProAerial Media

У фотограмметрии десятки вариантов использования. Но больше всего ажиотажа таится в строительстве.

За последнее десятилетие аэрофотограмметрия радикально изменила строительную отрасль.Вместо того, чтобы нанимать группу исследователей, чтобы тратить недели на фотографирование объекта со штативами с синхронизацией по GPS, разработчики могут отправить дрон – например, DJI Phantom 4 RTK или Autel Evo 2 RTK – в воздух, чтобы фиксировать условия на объекте за считанные часы, часто с гораздо меньшими затратами. стоимости, сказал Райан Суини, менеджер по продажам в Денверском офисе фотограмметрической компании Pix4D.

Дроны хороши при съемке фотографий с высоким разрешением, отчасти потому, что они летают очень низко – максимум 400 футов над землей (или выше, если они находятся в пределах досягаемости конструкции), по сравнению с минимум 500 футами над землей для пилотируемый человеком самолет, как это предусмотрено правилами Федерального управления гражданской авиации.Дроны также могут захватывать объект с нескольких точек зрения и достигать мест, которые в противном случае могли бы быть опасными для человека, например, опасных химических объектов.

На типичной строительной площадке около 500 изображений, снятых дроном за 30-минутный полет, могут быть обработаны на персональном настольном компьютере примерно за два часа, сказал Суини. Высота полета, качество камеры и уровень перекрытия фотографий влияют на качество облака точек и конечных результатов. 75-процентное перекрытие по горизонтали и вертикали является хорошей целью для набора качественных данных.

«Применение фотограмметрии дает вам возможность практически не отрывать глаз от места съемки. Вы можете очень просто визуально отслеживать прогресс [строительной площадки] ».

В дополнение к объединению фотографий инструменты программного моделирования, такие как Recap, Pix4D, или комплексные платформы аэрофотограмметрии, такие как 3DR и DroneDeploy, выравнивают пиксели с геотегами относительно декартовых координат местности, взятых локально или импортированных из сетевых данных GPS. Таким образом, восстановленные файлы изображений соотносятся один к одному с их реальным местоположением – то, что некоторые называют цифровыми двойниками.Эти выходные данные могут быть представлены в виде трехмерных моделей зданий, топографических карт, карт глубины, контурных линий и двухмерных ортофотопланов.

Поскольку эти визуализации имеют точность до нескольких дюймов, архитекторы и инженеры могут использовать их для обновления рабочих моделей «как построено», чтобы они отражали наземные условия.

Если строительная бригада перемещает запланированный тротуар на четыре дюйма к западу, чтобы избежать корневой системы, команде дизайнеров не нужно вручную обновлять визуализацию, сказал Кабат.Они могут импортировать обновленные данные облака точек в виртуальные среды, чтобы оперативно исправлять такие несоответствия.

Между тем, руководители строительства могут использовать 3D-модели для наблюдения за крупномасштабными проектами развития, работая удаленно.

«Применение фотограмметрии дает вам возможность практически не отрывать глаз от места съемки», – сказал Кабат. «Вы можете очень просто визуально отслеживать прогресс [строительной площадки]».

Подробнее о дронах 20 компаний, занимающихся дронами, в разных отраслях промышленности

Карта траектории полета дрона, созданная в Pix4Dmapper.| Снимок экрана: лазерное сканирование ProAerial Media

и фотограмметрия

Лазерные сканеры могут создавать 3D-модели и карты с высоким разрешением, часто с более высоким разрешением, чем то, которое может быть достигнуто с помощью фотограмметрии. Тем не менее, они, как правило, дороги – иногда за десятки тысяч долларов, как сказал мне Рэндалл, – и их должны перемещать на место операторы, чтобы «увидеть» свои цели.

«Вы можете представить себе строительную площадку в 20 милях от города», – сказал Рэндалл. «Пилоту нужно долететь до аэропорта, а потом возвращаться.Даже внутри здания вам придется перемещать сканирующий инструмент по всему объекту, чтобы снимать различные точки обзора ».

Но у фотограмметрии дронов тоже есть свои ограничения. По словам Кабата, большинство аэропортов США окружены сетками LAANC (возможность выдачи разрешений и уведомлений на малых высотах), которые требуют официального разрешения FAA в воздушном пространстве. Полет может быть отобран на заданной высоте, скажем, 137 футов, но попадать в ограниченную зону, которая ограничивает потолок полета до 100 футов. Если не скоординировать заранее, это может помешать картографическому проекту.

И недавняя волна криминальных инцидентов – дроны сбрасывают контрабанду в тюрьмы и летают в пределах досягаемости аэропортов, что приводит к отключению – привела к более строгим правилам полета дронов, сказал Рэндалл.

Руководство FAA Part 107 уже требует, чтобы все операторы небольших коммерческих дронов прошли проверку знаний и были зарегистрированы, но новое правило, вступившее в силу в апреле, требует, чтобы большинство дронов, летающих в воздушном пространстве США, были оснащены удаленным идентификатором. Согласно веб-сайту агентства, это «помогает FAA, правоохранительным органам и другим федеральным агентствам находить пункт управления, когда кажется, что дрон летит небезопасно или где ему запрещено летать.”

«Если бы вы летели в Северной Каролине, Иллинойсе, Висконсине – везде, где есть более густая растительность, фотограмметрия никогда не сможет интерпретировать наземные данные, потому что она не может проникнуть за навес деревьев».

Рэндалл сказал мне, что это, вероятно, означает, что у них есть возможность отключать дронов, представляющих потенциальную угрозу.

Дроны, а точнее их камеры, также плохо видят сквозь листву. Компания Кабата работает в пустынном ландшафте южной Невады и в районах Аризоны и Юты, где хорошо работает фотограмметрия.

«Но если вы летели в Северной Каролине, Иллинойсе, Висконсине – где бы ни была более густая растительность, фотограмметрия никогда не сможет интерпретировать наземные данные, потому что она не может проникнуть за навес деревьев», – сказал он.

Строительные кромки также могут быть проблематичными. В отличие от лазерных сканеров, которые измеряют расстояния как функцию времени, которое требуется световым лучам, чтобы отразиться от цели и вернуться к своему источнику, фотограмметрия использует сопоставление пикселей для приблизительного определения расстояния.

«Итак, в зависимости от того, что находится в этих пикселях, вы можете столкнуться с проблемами. Если вы снимаете прямо над зданием, вы не сможете представить этот вертикальный край с такой точностью », – сказал Кабат.

Карта глубины следа Ignotornis mcconnelli. | Изображение: Алена Искандерова

Документирование и сохранение хрупкой окружающей среды

Но технология быстро становится все более совершенной и адаптируемой. Кабат сказал мне, что недавно разработанные самолеты, которые должны появиться на рынке в ближайшее время, такие как DJI Mavic Pro 3, будут иметь заменяемую полезную нагрузку, что означает, что они позволят пользователям заменять стандартную камеру на камеру с масштабированием, тепловизионную камеру или LiDAR ( обнаружение света и дальность) камера.

Обещание модульных опций камеры захватывает таких практиков, как Kabat, но рынку новых технологий, вероятно, потребуется некоторое время, чтобы вырасти.

«Большинство людей до сих пор даже не знают, что такое фотограмметрия», – сказал Кабат. «Это самая большая проблема: просто показать людям, что вы можете использовать фотограмметрию для решения проблем».

«Это не что-то новое», – добавила Искандерова. «Но в некоторых областях, таких как, например, палеонтология, это относительно новая и развивающаяся область.И прямо сейчас я вижу много-много студентов, изучающих фотограмметрию и выполняющих проекты. Многие профессора старой школы также интересуются фотограмметрией ».

«Большинство людей до сих пор даже не знают, что такое фотограмметрия. Это самая большая проблема: просто показать людям, что вы можете использовать фотограмметрию для решения проблем ».

И остается активным полем для любителей. В нерабочее время Кабат прослеживает историю отдаленных участков юго-запада Америки с помощью дронов и портативных камер, снимая артефакты в городах-призраках и заброшенных шахтах недалеко от Лас-Вегаса, а также петроглифы коренных американцев, которые он находит вдоль Старой испанской национальной исторической тропы, идущей от Санта-Фе, Нью-Мексико, в Лос-Анджелес.

Недавно он обратился к некоммерческой организации Friends of Pando с предложением нанести на карту Pando, клональную колонию одиночной осины в южно-центральной части штата Юта, которая выглядит как группа отдельных деревьев, но связана генетически идентичной корневой системой, охватывающей 106 соток. Дерево, находящееся под угрозой исчезновения, является одним из старейших в мире и считается самым тяжелым живым организмом.

«Если бы вы использовали Google,« самое большое дерево », то это все равно был бы Генерал Шерман, секвойное дерево в Калифорнии», – сказал Кабат.«Но что касается самого большого организма, то это Пандо. В конечном итоге они хотят предоставить посетителям своего веб-сайта возможность виртуально гулять по осиновому лесу в зависимости от времени года ».

Хотя масштаб проекта отличается, он не так уж далек от того, что делает Искандерова на более детальном уровне со следами динозавров – воссоздает хрупкие очертания окружающей среды с помощью фотограмметрии, чтобы задокументировать его существование и, надеюсь, сохранить для потомков. .

«Со следами или любыми окаменелостями это в значительной степени детективная работа», – сказала она. «Вы просто заходите и медленно обнаруживаете больше деталей, создавая историю за останками».

Основы фотограмметрии – ресурсы ГИС

Что такое фотограмметрия?

Классическое определение фотограмметрии – это процесс получения метрической информации об объекте посредством измерения, сделанного на фотографии объекта. Фотограмметрия – это наука об измерениях по фотографиям. Фотограмметрия – это измерение деталей на фотографии.

Это касается метрического или измерительного аспекта процесса. В дополнение к этому аспекту интерпретации фотографий также задействован, в то время как технология используется для картографирования, где требуется сбор объектов.

Фундаментальная задача метрической информации выводится через установление геометрической взаимосвязи между изображением и объектом в том виде, в каком они существовали во время построения изображения.Как только это установлено, выводится другая информация об объекте.

Фотограмметрия описывается тремя словами:

«фото» – свет

«грамм» – рисунок

«метрия» – измерение

Результатом фотограмметрии обычно является карта, рисунок, измерение или трехмерная модель какого-либо реального объекта или сцены. Многие карты, которые мы используем сегодня, созданы с помощью фотограмметрии и фотографий, сделанных с самолетов.

Основные принципы фотограмметрии

Основным принципом фотограмметрии является триангуляция.Делая фотографии как минимум из двух разных мест, можно развить так называемую «линию обзора» от каждой камеры к точкам на объекте. Эти линии обзора (иногда называемые лучами из-за их оптической природы) математически пересекаются для получения трехмерных координат точек интереса. Триангуляция также является принципом, используемым теодолитами для измерения координат. Если вы знакомы с этими приборами, вы найдете много общего (и некоторые различия) между фотограмметрией и теодолитами.Еще ближе к дому триангуляция – это способ, которым ваши два глаза работают вместе, чтобы измерить расстояние (так называемое восприятие глубины).

Отделение фотограмметрии

Фотограмметрию можно классифицировать в зависимости от положения камеры во время фотосъемки. На этой основе у нас есть аэрофотограмметрия, земная фотограмметрия и космическая фотограмметрия.

1. Аэрофотограмметрия : Камера установлена в самолете и обычно направлена вертикально к земле.Аэрофотосъемка делается с воздуха специальной камерой, установленной в самолете, пролетающем над районом с вертикальной осью камеры или почти вертикальной. Когда самолет летит по траектории, делается несколько перекрывающихся фотографий земли. Эти фотографии обрабатываются на стереоплоттере (инструменте, позволяющем оператору видеть сразу две фотографии в стереофоническом режиме). Эти фотографии также используются в автоматизированной обработке для создания цифровой модели рельефа (ЦМР).

Аэрофотограмметрия

2.Земная фотограмметрия: – это та ветвь фотограмметрии, где фотографии берутся из фиксированного и обычно известного положения на земле или вблизи земли и с осью камеры горизонтально или почти так же. Положение и ориентация камеры часто измеряются непосредственно во время экспонирования. Инструмент, используемый для экспонирования такой фотографии, называется фототеодолитом.

Земная фотограмметрия

3. Космическая фотограмметрия: Космическая фотограмметрия охватывает все аспекты внеземной фотографии и последующего измерения, при котором камера может быть закреплена на Земле, помещена в искусственный спутник или расположена на Луне или планете.

Термин «интерпретация фотографий» применяется к той области фотограмметрии, в которой аэрофотоснимки или наземные фотографии используются для оценки, анализа, классификации и интерпретации изображений объектов, которые можно увидеть на фотографиях. Следовательно, фотограмметрию следует рассматривать как комбинацию измерения и интерпретации.

Типы фотограмметрии

Существует два типа фотограмметрии:

Интерпретативная фотограмметрия.
Метрическая фотограмметрия.
1. Контурное картографирование.
2. Топографическая съемка.

Интерпретативная фотограмметрия

Интерпретативная фотограмметрия включает в себя распознавание и идентификацию объектов и оценку их значимости посредством тщательного и систематического анализа фотографических изображений.

Эти изображения созданы на основе спутниковых снимков, которые воспринимают энергию в длинах волн
Образует основу для дистанционного зондирования (искусство или наука сбора информации об объекте или изображении без фактического физического контакта).
Интерпретация фотографий связана с изучением фотографических изображений, в то время как дистанционное зондирование включает не только анализ фотографии, но и использование данных, собранных с помощью инструментов дистанционного зондирования.

Метрическая фотограмметрия

Он заключается в выполнении точных измерений на фотографиях и другой информации для определения относительного расположения точек.

Стандартное применение метрической фотограмметрии состоит из контурного и топографического картографирования.
Приложения, используемые для определения расстояний, высот, площадей, объемов и поперечных сечений для составления топографических карт на основе фотографических измерений
Фотографии, использованные для этой цели, в основном аэрофотоснимки, но иногда используются и снимки с суши.

Классификация аэрофотоснимков

Аэрофотоснимки, которые обычно используются для картографирования и интерпретации фотографий, можно разделить на две основные категории, а именно.вертикальные и наклонные.

Вертикальная фотография :

Аэрофотоснимок, сделанный с оптической осью камеры, находящейся в вертикальном или почти вертикальном положении, классифицируется как вертикальный снимок. Когда рассматривается геометрия вертикальной фотографии, предполагается, что фотография сделана с истинно вертикальной оптической осью.

Наклонная фотография:

На практике ось камеры почти вертикальна. Но из-за неизбежного наклона самолета ось камеры непреднамеренно отклоняется от вертикали.Тогда полученная фотография называется наклонной фотографией.

Если наклон оси камеры от отвеса меньше 3 градусов, фотография называется вертикальной. Если угол наклона превышает 3 градуса, фотография называется наклонной. Наклоненные фотографии снова можно разделить на две категории, а именно. низкий косой и высокий косой.

Фотография под наклоном : Фотография под наклоном, на которой виден видимый горизонт, называется фотографией под высоким углом. Видимый горизонт: это линия, по которой кажется, что земля встречается с небом, видимым из точки.

Низкий наклонный снимок : снимок, на котором видимый горизонт не виден. Пара снимков с малым углом наклона, сделанных последовательно вдоль направления полета таким образом, что обе фотографии покрывают в основном одну и ту же область, называется сходящимися фотографиями.

Фотографии также могут быть классифицированы по угловому полю зрения аэрофотоаппарата как обычные, широкоугольные и сверх (сверх) широкоугольные фотографии.

Когда область покрывается вертикальной фотографией, фотографии обычно делаются серией параллельных проходов, называемых полетной полосой / пробегом.Фотографии обычно экспонируются таким образом, что область, охватываемая каждой последующей фотографией вдоль взлетно-посадочной полосы, дублирует или перекрывает часть покрытия предыдущей фотографии.

Этот притир вдоль летной полосы называется концевым нахлестом, а общая зона покрытия двух соседних пар фотографий, называемая в полетной полосе, называется стереоскопическим перекрытием (концевым нахлестом). Величина конечного круга обычно составляет от 55% до 65%.

Пара фотографий называется стереопарой.Положения камеры при каждой экспозиции, например. 1, 2, 3… называются станциями экспонирования, а высота камеры в момент экспонирования называется высотой полета.

Смежные взлетно-посадочные полосы фотографируются таким образом, чтобы было также общее покрытие, которое называется боковым перекрытием или боковым перекрытием, и обычно оно составляет от 25% до 30%. Фотографии двух или более боковых полос притирки, используемых для покрытия участка, называются блоком фотографий.

Требования к фотограмметрической технике

i) Перекрывающееся изображение для стереофонического просмотра, необходимое для трехмерного просмотра и измерения.

Стереопарная фотография

ii) Наземные контрольные точки (XYZ) для установления взаимного расположения между фотографией и землей.

зеленых точек, показывающих опорные точки

Преимущества фотограмметрии

Быстрое покрытие.
Низкие затраты.
Легко получить / получить доступ к информации с воздуха.
Показывает мельчайшие детали.

Применение фотограмметрии

Для подготовки планиметрических топографических карт (топографическая съемка) .
Для определения космического положения наземных объектов.
Для получения военной разведки (Военный / искусственный интеллект).
Для классификации почв (лесное / сельское хозяйство).
Для интерпретации геологии (Геология / археология).
Оценка ущерба урожаю в результате наводнений или других стихийных бедствий.
Для изготовления составного изображения земли.
Для перемещения существующих границ собственности.
В области медицины.

Автор:

Ниша Упадхьяй

Автор и администратор @ Ресурсы ГИС,

Старший научный сотрудник,

Отделение сельскохозяйственной физики,

Индийский научно-исследовательский институт сельского хозяйства,

Нью-Дели – Индия

Достичь ее:

Эл. Почта: [email protected]

Linkedin: in.linkedin.com/pub/nisha-upadhyay/57/6a9/183

Теги: 3D-модель, аэрофотограмметрия, высота полета, интерпретативная фотограмметрия, линия визирования, фотография с низким наклоном, метрическая фотограмметрия, нормальный угол, косая фотография, фотограмметрия, фотография, контурное отображение, космическая фотограмметрия, стереопара, супер (ультра) широкоугольная фотография, Земная фотограмметрия, теодолиты, наклонная фотография, топографическая съемка, вертикальная фотография, широкий угол
Краткое введение в фотограмметрию и дистанционное зондирование
Ниже приводится краткое введение в фотограмметрию и дистанционное зондирование для новичков в этой технологии, написанное Анилом Нарендраном Пиллаи, вице-президентом по геоматике SBL.
Фотограмметрия
Фотограмметрия, как следует из названия, представляет собой метод измерения трехмерных координат, в котором фотографии используются в качестве основной среды для метрологии (или измерений). Основным принципом фотограмметрии является триангуляция, точнее называемая воздушной триангуляцией. Делая фотографии как минимум из двух разных мест, можно развить так называемую «линию обзора» от каждой камеры к точкам на объекте. Эти линии обзора (иногда называемые лучами из-за их оптической природы) математически пересекаются для получения трехмерных координат точек интереса.
Выражение «фотограмметрия» было впервые использовано прусским архитектором Альбрехтом Мейденбауэром в 1867 году, который создал некоторые из самых ранних топографических карт и чертежей высот. Услуги фотограмметрии при топографическом картографировании хорошо зарекомендовали себя, но в последние годы этот метод широко применяется в областях архитектуры, промышленности, инженерии, судебной медицины, подводной медицины, медицины, геологии и многих других для получения точных трехмерных данных.
Ветви фотограмметрии
В фотограмметрии две широкие ветви
Метрическая фотограмметрия : занимается точными измерениями и вычислениями на фотографиях в отношении размера, формы и положения фотографических элементов и / или получение другой информации, такой как относительное расположение (координаты) объектов, площадей, объемов. Эти фотографии сделаны с помощью метрической камеры и в основном используются в инженерных областях. e.грамм. съемка и т. д.
Интерпретирующая фотограмметрия : занимается распознаванием и идентификацией фотографических характеристик на фотографии, таких как форма, размер, тень, узор и т. д., чтобы повысить ценность и интеллектуальность информации, видимой на фотографии (аннотация).
Дистанционное зондирование
Дистанционное зондирование – это технология, тесно связанная с фотограмметрией, поскольку она также собирает информацию из изображений. Термин происходит от того факта, что информация об объектах и функциях собирается без контакта с ними.Дистанционное зондирование отличается от фотограмметрии типом собираемой информации, которая, как правило, основана на различиях в цвете, поэтому землепользование и земной покров являются одними из основных результатов обработки данных дистанционного зондирования. Первоначально дистанционное зондирование было задумано для использования большого количества цветных полос на спутниковых изображениях для создания 2D-данных в первую очередь для ГИС. В настоящее время инструменты дистанционного зондирования используются со всеми типами изображений, чтобы помочь в сборе и получении двухмерных данных, таких как уклон. Сегодняшние программные инструменты, как правило, содержат гораздо более широкий спектр технологий обработки изображений, таких как мозаика изображений, трехмерная визуализация, ГИС, радар, а также фотограмметрия с электронным копированием.
Ключевые понятия:
Пространственное разрешение.
Радиометрическое разрешение.
Спектральное разрешение.
Временное разрешение
Пространственное разрешение описывает способность датчика определять детали наименьшего размера узора на изображении. Другими словами, расстояние между различимыми узорами или объектами на изображении, которые можно отделить друг от друга, часто выражается в метрах.
Спектральное разрешение – это чувствительность датчика к определенному диапазону частот (в основном для спутниковых и бортовых датчиков).Охватываемые диапазоны частот часто включают не только видимый свет, но также невидимый свет и электромагнитное излучение. Объекты на земле можно идентифицировать по отраженным волнам разной длины (интерпретируемым как разные цвета), но используемый датчик должен уметь определять эти длины волн, чтобы видеть эти особенности.
Радиометрическое разрешение часто называют контрастом. Он описывает способность датчика измерять мощность сигнала (акустическое отражение) или яркость объектов.Чем более чувствителен датчик к отражательной способности объекта по сравнению с его окружением, тем меньше объект, который может быть обнаружен и идентифицирован.
Временное разрешение зависит от нескольких факторов: сколько времени требуется спутнику, чтобы вернуться в (приблизительно) то же самое место в космосе, ширина полосы обзора датчика (связанная с его «следом») и наличие датчика может быть направлен вне надира. Это более формально известно как «период пересмотра».
Об авторе:
Анил Нарендран Пиллаи – (вице-президент по геоматике @ SBL)
Mr.Пиллаи возглавляет домен GSS (Геопространственные услуги) в SBL (www.sblcorp.com). Он проработал в сфере цифрового картографирования, дистанционного зондирования и ГИС более 23 лет. Он имеет более чем 23-летний опыт управления и координации ГИС-проектов и 12-летний опыт работы на высшем руководящем уровне. Он имеет обширный опыт во всех аспектах технологий и приложений аэрофотосъемки и спутниковой съемки. Он использовал спутниковые и аэрофотоснимки дистанционного зондирования для различных экологических приложений, включая анализ местоположения участков, лесное хозяйство, телекоммуникации и картографирование инженерных коридоров.Он имеет большой опыт управления проектами создания изображений ГИС и фотограмметрии для поддержки государственных и частных нужд. Его страсть заключается в анализе потребностей и документации, топографическом картировании (ArcGIS), управлении пространственными данными, целостности и безопасности, преобразовании данных ГИС и прогнозировании от множественные источники, пользовательское тестирование и документация программного обеспечения для обработки изображений, координация проектов и технические вопросы. Поддержка, межведомственное общение и поддержка, создание и управление трехмерными данными, управление проектами, цифровая фотограмметрия, обработка спутниковых изображений, предпродажные презентации.
SBL находится в авангарде использования новейших картографических технологий, таких как фотограмметрия и дистанционное зондирование, для удовлетворения потребностей в услугах ГИС во всемирной индустрии. Как ведущий поставщик услуг ГИС, SBL выполнила несколько сложных проектов аэрофотограмметрии для выполнения требований картографической фотограмметрии.
http://www.sblcorp.com/Geospatial-Services/photogrammetry-services.php
Поделиться статьей
Что такое фотограмметрия? – ГИС География
Интуиция в фотограмметрии
Если вы сделаете одиночный аэрофотоснимок, на снимке будет центральная точка , направленная прямо вниз.В этой центральной точке вы не можете видеть ни одну из сторон здания или объекта.
Но если вы посмотрите в другое место на изображении, вы увидите, что такие объекты, как здания, на фотографии имеют наклон над . Это радиальное смещение от центральной точки известно как смещение рельефа .
Фотограмметрия использует фотографии как минимум с двух разных точек обзора. Подобно тому, как работают ваши глаза, он получает глубину и перспективу благодаря отдельным точкам наблюдения.
Смещение рельефа в зависимости от параллакса
Смещение рельефа: Смещение рельефа происходит, когда здания, горы или вершины холмов смещаются из центральной проекции аэрофотоснимка из-за рельефа. Чем дальше объекты удаляются от центра изображения, тем больше смещение рельефа для элемента.
Цель фотограмметрии – исправить смещение рельефа на изображении за счет наложения стереоизображений. Вот почему самолеты зигзагообразно движутся на одной и той же площади , как газонокосилка .Несколько углов камеры создают необходимое перекрытие и параллакс.
ПАРАЛЛАКС: Стереографический параллакс – это очевидный сдвиг в относительном положении пространственных объектов при просмотре в разных местах. Это отличается от смещения рельефа, поскольку требует точечных наблюдений одного и того же объекта на отдельных фотографиях.
Вы получаете стереографический параллакс только тогда, когда получаете две или более точки обзора одного и того же объекта. Затем, если вы просматриваете объект с разных точек наблюдения, вы можете измерить смещение рельефа.
шагов по созданию фотограмметрической модели
Для создания фотограмметрической модели необходимо следующее:
TIE POINTS: Связующие точки связывают координаты из двух или более перекрывающихся изображений. Обычно связующие точки присваиваются объектам, которые визуально видны на двух или более фотографиях. Когда у вас есть перекрытия, связующие точки согласовывают фотографии вместе с помощью общих координат объектов.
НАЗЕМНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ ТОЧКИ (GCP): Установка наземного контроля ориентирует и позиционирует изображения в известных географических координатах на поверхности Земли.Добавляя наземные опорные точки, вы даете фотограмметрическим продуктам пространственную привязку к реальному миру.
НАСТРОЙКА ПАКЕТА: Выполнение настройки связки блоков удаляет геометрические искажения из набора изображений трехмерных точек в разных точках обзора. Этот процесс сводит к минимуму ошибку между наблюдаемыми и предсказанными точками изображения во время перепроецирования.
Связующие точки связывают ваши изображения вместе. Наземные контрольные точки дают ссылку на реальный мир. А настройки пакета сводят все вместе, сводя к минимуму ошибку.
продуктов, полученных на основе фотограмметрии
После выполнения уравнивания пакета можно создать несколько фотограмметрических продуктов:
ОРТОМОЗАИКА: Ортомозаика исправляет геометрическое искажение, присущее изображениям. Используя назначенные связующие точки и опорные точки, он может ссылаться на изображения в реальном мире. Конечный продукт представляет собой бесшовную мозаику, сшитую за счет совмещения краев и балансировки цвета.
ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ ПОВЕРХНОСТИ: Цифровая модель поверхности (DSM) отражает естественные и построенные элементы поверхности Земли, включая их высоту.Например, высота может определяться верхом зданий, кронами деревьев и линиями электропередач.
ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМЛИ: Цифровая модель местности (ЦМР) – это просто поверхность возвышения, представляющая голую землю. Когда вы убираете все особенности на Земле, это то, что представляет собой ЦМР. В зависимости от того, где вы живете, DTM является синонимом цифровой модели рельефа (DEM). Например, ASTER GDEM использует стереопары из двух изображений под разными углами и является примером фотограмметрической DEM.
КОНТУРЫ: Контуры представляют собой линии одинаковой высоты, являющиеся побочным продуктом цифровой модели местности. Они полезны для отображения крутизны склонов, обрывов, гребней и долин.
Программное обеспечение для фотограмметрии
PIX4D: Pix4D – очень популярный выбор для программного обеспечения для фотограмметрии, поскольку он прост в использовании и имеет большую базу пользователей. Pix4D дает вам прочную основу для инструментов фотограмметрии для любого типа дронов, спутников, сканов или перекрывающихся изображений самолетов.
ESRI ORTHOMAPPING: Орто-картография Esri прошла долгий путь с момента своего появления. Он предоставляет набор инструментов в ArcGIS Pro для добавления связующих точек, опорных точек и контрольных точек в рабочую область орто-картографии. Он позволяет настраивать, мозаику, совпадение краев и цветовой баланс любого из ваших продуктов для орто-картографии.
E-FOTO: Основными функциями E-foto являются фототриангуляция, стереоскопическое моделирование и коррекция местности. Это программное обеспечение предоставляет полностью функциональный набор инструментов для фотограмметрии, которые можно использовать бесплатно.E-foto содержит множество руководств и примеров, которые помогут вам стать экспертом по фотограмметрии.
.

Фотограмметрия – что это?

Предмет изучения фотограмметрии

Задачи фотограмметрии

Фотограмметрия в геодезии

Классификация фотограмметрии

Достоинства и недостатки

Применение фотограмметрии в кино и игровой индустрии

Фотограмметрия, как наука — Документация Pioneer September update 2021

Вопросы для самопроверки:

(Надеюсь) всё, что нужно знать о фотограмметрии / Хабр

Что такое фотограмметрия?

Программное обеспечение

Компьютер

Оборудование

Инструкции

Практика

Другие способы сканирования

Заключение

Трехмерная фотограмметрия

Фотограмметрия – это… Что такое Фотограмметрия?

Введение в ортокартографирование—ArcGIS Pro | Документация

Обзор

Ортоизображения

Данные высот

Необходимость ортокартографирования

Процесс ортотрансформирования

Построение ортомозаики

Ориентация изображения

Блочное уравнивание

Проверка качества и контроль качества

Создание ЦМР

Ортотрансформирование изображения

Артефакты изображений

Связанные разделы

Лазерное сканирование и архитектурные обмеры в Санкт-Петербурге | НПП “Фотограмметрия”

Фотограмметрия – обзор | Темы ScienceDirect

3 Управление большими геопространственными данными

Фотограмметрия

Что такое фотограмметрия? | Как сегодня используется фотограмметрия

Основы фотограмметрии

Что такое аэрофотограмметрия?

Что такое земная фотограмметрия?

Что такое космическая фотограмметрия?

Типы фотографий

Каковы принципы фотограмметрии?

Необходимые функции

Типы фотограмметрии

Использование фотограмметрии

1. Землеустройство

2. Инженерное дело

3. Недвижимость

4. Военная разведка

5. Медицина

6. Кино и развлечения

7. Криминалистика

8. Строительство и горнодобывающая промышленность

9. Спорт

10. Сельское и лесное хозяйство

Работа со специалистами по подготовке данных в TOPS

Что такое фотограмметрия? Как отрасли используют это?

Что такое фотограмметрия?

Наземный контроль к Major Robot

У фотограмметрии десятки вариантов использования. Но больше всего ажиотажа таится в строительстве.

и фотограмметрия

Документирование и сохранение хрупкой окружающей среды

Основы фотограмметрии – ресурсы ГИС

Краткое введение в фотограмметрию и дистанционное зондирование

Об авторе:

Что такое фотограмметрия? – ГИС География

Интуиция в фотограмметрии

Смещение рельефа в зависимости от параллакса

шагов по созданию фотограмметрической модели

продуктов, полученных на основе фотограмметрии

Программное обеспечение для фотограмметрии

Добавить комментарий Отменить ответ