PHOTOGRAMMETRIE: GESCHICHTE, METHODE, TYPEN, ANWENDUNGEN - WISSENSCHAFT - 2025

Der fotogrametr ed ist eine Technik für räumliche Informationen aus Bildern zu extrahieren, insbesondere Luftaufnahmen, sondern auch genommen diejenigen an Land oder unter dem Meer. Aus diesen Informationen werden die Dimensionen und Positionen der dargestellten Objekte quantifiziert.

Fotografische Bilder sind flach, wie in Abbildung 1 gezeigt, aber durch sie ist es möglich, beispielsweise die Höhe von Gebäuden oder Felsen entweder in Bezug auf die Straße, das Meer oder einen anderen Punkt abzuschätzen. Referenz.

Abbildung 1. Ein Luftbild, das zur Durchführung einer photogrammetrischen Vermessung aufgenommen wurde. Quelle: Wikimedia Commons. Foto von D Ramey Logan

Die Schaffung von Bildern, die der Realität sehr nahe kommen, ist nicht neu. Der große Leonardo da Vinci (1452-1519) war ein Pionier der Perspektive und perfektionierte seine Prinzipien durch die Verwendung sogenannter Fluchtpunkte.

Fluchtpunkte sind die Stellen am Horizont, an denen die parallelen Linien zusammenlaufen und dem Betrachter ein Gefühl von Tiefe vermitteln.

Leonardo tat es mit von Hand gefertigten Gemälden und Zeichnungen, aber seit der Erfindung der Fotografie im 19. Jahrhundert wurden Fotos auch für technische Zwecke verwendet.

So galten Aimé Laussedat (1819-1907) und Albrecht Meydenbauer (1834-1921) als die Väter der modernen Photogrammetrie. Laussedat baute 1850 detaillierte topografische Karten, indem er einem Plan verschiedene Perspektiven überlagerte.

Der Architekt Meydenbauer seinerseits wandte die Technik an, um Gebäude zu dokumentieren, die bei Zerstörung dank der gespeicherten Informationen vollständig wieder aufgebaut werden konnten.

In den 1980er Jahren machte das moderne Rechnen die Photogrammetrie zu einem großen Fortschritt und minimierte den Zeitaufwand für die Bildverarbeitung.

Photogrammetrie-Methode

Im Großen und Ganzen besteht die Methode darin, Bilder von Objekten aufzunehmen, zu verarbeiten und schließlich zu interpretieren. Die Hauptelemente zur Beschreibung des Grundprinzips sind in Abbildung 2 dargestellt:

Abbildung 2. Grundprinzip der Bildaufnahme. Quelle: F. Zapata.

Zunächst wird ein Sensor zur Erfassung des Bildes sowie eine Linse benötigt, damit jeder von einem Punkt kommende Lichtstrahl auf den Sensor an derselben Stelle trifft. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Punkt als Überlagerung registriert und es entstehen unscharfe oder unscharfe Bilder.

Um das Objekt zu rekonstruieren, ist für die Photogrammetrie nur der in Abbildung 2 schwarz gezeichnete geradlinige Strahl von Interesse. Dieser Strahl geht durch den Punkt, der als Perspektivzentrum in der Linse bezeichnet wird.

Wenn dieser Strahl, der direkt vom Objekt ausgeht, durch die Linse geht und den Sensor erreicht, ist dies die gesuchte Entfernung.

Stereoskopisches Sehen

Das natürliche Sehen des Menschen ist stereoskopisch. Dies bedeutet, dass wir die Entfernungen der Objekte kennen können, da das Gehirn die aufgenommenen Bilder verarbeitet und die Reliefs auswertet.

Jedes Auge nimmt also ein etwas anderes Bild auf, und dann interpretiert das Gehirn sie als ein Bild mit Erleichterung und Tiefe.

In einer flachen Zeichnung oder Fotografie ist es jedoch nicht möglich zu wissen, wie weit oder wie nah ein Objekt ist, da die Tiefeninformationen verloren gegangen sind, wie in Abbildung 3 grafisch erläutert.

Wie wir gesagt haben, befindet sich der Punkt auf dem Hauptstrahl, aber es gibt keine Möglichkeit zu wissen, ob er näher ist, weil das Objekt klein ist oder ob es weiter entfernt ist, aber zu etwas Größerem gehört.

Abbildung 3. In einem flachen Bild kann die Tiefe von Objekten nicht bestimmt werden. Quelle: F. Zapata.

Um das Problem der Nähe zu beheben, werden zwei leicht unterschiedliche Bilder aufgenommen, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Der Schnittpunkt der beiden Linien ermöglicht es uns, die tatsächliche Position des Punktes im Raum zu ermitteln. Quelle: F. Zapata.

Wenn man den Schnittpunkt der Strahlen durch Triangulation kennt, wird die Position des Objekts entdeckt, von dem sie stammen. Diese Prozedur wird als "Punktanpassung" bezeichnet und unter Verwendung speziell entwickelter Algorithmen durchgeführt, da die Prozedur mit allen Punkten eines Objekts wiederholt werden muss.

Details wie Position, Winkel und andere Eigenschaften der Kamera werden ebenfalls berücksichtigt, um gute Ergebnisse zu erzielen.

Typen

Abhängig davon, wie Bilder aufgenommen werden, gibt es verschiedene Arten der Photogrammetrie. Wenn die Bilder aus der Luft aufgenommen werden, handelt es sich um Luftphotogrammetrie.

Und wenn sie am Boden aufgenommen werden, wird die Technik als terrestrische Photogrammetrie bezeichnet, was die erste praktische Anwendung der Technik war.

Die Luftbildphotogrammetrie ist heute eine der am weitesten verbreiteten Branchen, da sie die Erstellung hochpräziser Pläne und Karten ermöglicht. Die Bilder können auch über einen Satelliten aufgenommen werden. In diesem Fall sprechen wir von Weltraum- oder Satellitenphotogrammetrie.

Ebenso wird die Photogrammetrie nach den verwendeten Instrumenten und der Behandlung des Bildes klassifiziert. Dies können sein:

-Analog

-Analytics

-Digital

In der analogen Photogrammetrie sind Bildgebung und Verarbeitung vollständig optisch und mechanisch.

Bei der analytischen Photogrammetrie sind die Bilder analog, werden jedoch am Computer verarbeitet. Und schließlich sind bei der digitalen Photogrammetrie sowohl der Rahmen als auch das Verarbeitungssystem digital.

Photogrammetrie vs. Topographie

Die Topographie zielt auch darauf ab, das ländliche oder städtische Gelände in einer Ebene darzustellen und Punkte von Interesse hervorzuheben. Und umgekehrt, wenn nötig, nehmen Sie die Punkte des Flugzeugs und platzieren Sie sie im Raum.

Aus diesem Grund haben Topographie und Photogrammetrie viel gemeinsam, letztere hat jedoch einige Vorteile:

- Es ist fast immer billiger.

- Die Datenerfassung - Umfrage - ist schneller und für große Gebiete geeignet.

- Funktioniert am besten in sehr unebenem Gelände, sofern es nicht von dichter Vegetation bedeckt ist.

- Alle Punkte sind gleichermaßen registriert.

- Die Informationen können gespeichert werden und es ist nicht erforderlich, zum Feld zurückzukehren, um sie erneut zu erhalten.

Einzelbild-Photogrammetrie

Im Allgemeinen ist es nicht möglich, ein fotografiertes Objekt aus einem einzelnen Foto zu rekonstruieren, es sei denn, es werden andere zusätzliche Informationen verwendet, da, wie wir bereits gesehen haben, in einem flachen Bild keine Tiefenaufzeichnung vorhanden ist.

Trotzdem liefern die Bilder wertvolle Informationen, wenn auch mit einigen Einschränkungen.

Angenommen, Sie möchten einen Räuber in einem Geschäft oder einer Bank identifizieren. Ein Bild von der Überwachungskamera kann verwendet werden, um die Größe und den Körperbau der Person zu bestimmen, die das Verbrechen begangen hat, indem es mit der bekannten Größe von Möbeln oder anderen Personen auf dem Bild verglichen wird.

Abbildung 5. Die Stühle sind gleich groß und wir wissen sofort, welcher am nächsten ist. Andererseits vermitteln die parallelen Linien auf dem Boden, die in der Ferne zusammenlaufen, das Gefühl von Tiefe auf dem Foto. Quelle: Pixabay.

Anwendungen

Die Photogrammetrie ist in verschiedenen Disziplinen wie Architektur, Ingenieurwesen und Archäologie weit verbreitet, um nur einige zu nennen. Wie bereits erläutert, wird es in der Forensik und natürlich für Spezialeffekte in Filmen angewendet.

In der Technik können gute Bilder beispielsweise Informationen über das Relief und die Konfiguration eines Geländes liefern. Hier sind einige spezifische Bereiche von großem Interesse:

-Studie der Kommunikationswege.

-Errichtung von Routen.

-Erdbewegungen.

-Stadtplanung.

-Studie der hydrografischen Becken.

- Luftuntersuchungen zur Bergbauprospektion.

Darüber hinaus ist die Photogrammetrie ein sehr geschätztes Werkzeug in:

- Architektur : bei der Errichtung von Denkmälern und Gebäuden.

- Archäologie : Rekonstruktion alter Gebäude aus den heute erhaltenen Überresten.

- Zoologie : Hilft bei der Erstellung dreidimensionaler Modelle aktueller und ausgestorbener Tiere.

- Mechanik : bei der Modellierung von Autos, Motoren und allen Arten von Maschinen.

Verweise

1. Adam Technologies Team Blog. Wie funktioniert die Photogrammetrie? Wiederhergestellt von: adamtech.com.au.
2. Armillare, Angewandte Geomatik. Photogrammetrische Techniken. Wiederhergestellt von: armillary-geomatica.blogspot.com.
3. Photomodeler Technologies. Wie funktioniert die Photogrammetrie? Wiederhergestellt von: photomodeler.com.
4. Quirós, E. 2014. Einführung in die Photogrammetrie und Kartographie im Bauwesen. Herausgegeben von der University of Extramadura.
5. Sánchez, J. Einführung in die Photogrammetrie. Universität von Kantabrien. Wiederhergestellt von: ocw.unican.es.