10 basistermen die je moet kennen voor fotogrammetrie

Hier is een overzicht van de basisprincipes van fotogrammetrie en de belangrijkste ideeën waarmee u bekend moet zijn.

Fotogrammetrie is het proces van meten met beelden. Dit kunnen afbeeldingen zijn die zijn vastgelegd met een breed scala aan apparaten, waaronder drones, vliegtuigen en handheld-camera’s, om er maar een paar te noemen. Deze afbeeldingen worden gebruikt om nauwkeurige en nauwkeurige 2D- en 3D-modellen te genereren. Talloze industrieën kunnen profiteren van die reconstructies, variërend van openbare veiligheid tot industriële inspecties tot landbouw.

De theorieën en concepten achter fotogrammetrie kunnen in het begin ingewikkeld lijken. Daarom hebben we een lijst gemaakt met de top 10 dingen waarvan we denken dat je ze moet weten als je fotogrammetrie gebruikt. Zij zijn:

1. Geometrie
2. Radiometrie
3. Triangulatie
4. Interne & externe parameters
5. Initiële en berekende parameters
6. RTK & PPK
7. Coördinatie systeem
8. Tie punten
9. Grondbemonsteringsafstand:
10. Volumemeting

Met deze lijst kunt u de basisideeën achter fotogrammetrie begrijpen, begrijpen hoe de technologie werkt en klaar zijn om deze in uw eigen vakgebied toe te passen!

Geometrie

Geometrie is een reeks kenmerken die we gebruiken om de grootte, vorm, oriëntatie en positie van iets te definiëren. Deze informatie kan worden gereconstrueerd en geanalyseerd met fotogrammetriesoftware. Dus hoe werkt dat? Een foto legt “colineariteit” vast . Colineariteit, op een basisniveau, betekent dat er ten minste drie punten op dezelfde lijn verschijnen. Bij fotogrammetrie beschouwen we die lijn als een lichtstraal. Er zijn dus drie fundamentele punten op deze lichtstraal, of lijn: een object, het punt waarop de camera scherpstelt en het beeld van dat object op de sensor van de camera.

Met de juiste software kun je nu interpreteren hoe de punten die een lichtstraal snijden deel uitmaken van een groter tafereel dat door de camera is vastgelegd. De lengte en hoek van de “lijn” wordt beïnvloed door de exacte locatie van de camera toen de foto’s werden gemaakt. Fotogrammetriesoftware analyseert het gedrag van licht en colineaire elementen om de geometrie van de scène na te bootsen.

Radiometrie

Radiometrie is een methode om elektromagnetische straling te analyseren. Het is een manier om te meten hoe licht interageert met verschillende objecten, inclusief golflengten van energie die niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog. Wat heeft dat met fotogrammetrie te maken?

Telkens als je naar een object kijkt, zie je licht van specifieke kleuren naar je teruggekaatst. Er zijn meer kleuren dan je kunt zien – we nemen alleen waar wat onze ogen kunnen waarnemen. Als je bijvoorbeeld naar planten kijkt, zie je meestal een overwicht van groen. Groen licht wordt door planten weerkaatst omdat ze het niet gebruiken als ze energie van de zon opnemen. Met radiometrie kun je meten hoe planten dat licht weerkaatsen – en ook de hoeveelheden en variaties van licht die we met het blote oog niet kunnen zien.

Om radiometrie in fotogrammetrie te gebruiken, kunt u specifieke sensoren en camera’s gebruiken die nabij-infrarood licht opvangen, ook wel multispectrale sensor genoemd. Deze camera’s analyseren licht anders dan een standaard RGB (Rood-groen-blauw) camera. De gegevens van die gespecialiseerde camera’s kunnen worden gebruikt voor landbouwfotogrammetrie . Als u die gegevens door gespecialiseerde formules laat lopen, kunt u een vegetatie-index maken . Dit is een 2D-kaart van een gewas of veld die analyseert hoe planten licht reflecteren. De manier waarop een plant licht reflecteert, zal u vertellen over zijn gezondheid, groeifase en of hij onder stress staat voordat u hem met eigen ogen kunt zien. Dankzij deze methode van het gebruik van drones en remote sensing, kunnen telers fotogrammetrie gebruiken om meer over hun gewas te weten te komen dan voor het menselijk oog zichtbaar is.

Triangulatie

De foto’s die worden verzameld voor fotogrammetrie zijn 2D, en voor veel outputs – zoals digitale oppervlaktemodellen of puntenwolken – moeten we die gegevens converteren om bruikbaar te zijn in 3D. Triangulatie is de techniek voor het maken van 3D puntmetingen.

Triangulatie wordt ook door onze ogen gebruikt. Het idee is dat afbeeldingen die vanaf verschillende locaties zijn gemaakt, kunnen worden gebruikt om een ​​3D-model te maken door de verschillen ertussen te vergelijken. Elke foto vertegenwoordigt een andere zichtlijn en deze kunnen worden bevestigd met andere foto’s om kruispunten tussen punten te vinden. Zoals we zagen bij colineariteit en geometrie, kun je deze gegevens gebruiken om afstanden te meten, en door overlapping tussen meerdere foto’s toe te voegen, kun je triangulatie gebruiken om een ​​3D-model te maken.

Interne & externe parameters

We hebben de basiswetenschap besproken achter hoe we foto’s kunnen converteren naar 2D- en 3D-modellen. Om van deze technologie te profiteren, moet u een geschikt hulpmiddel voor het verzamelen van fotogrammetriegegevens hebben, zoals een drone of camera.

Elke camera heeft bepaalde mogelijkheden binnen zijn ontwerp. Deze specificaties zijn van invloed op de werking van de camera, bijvoorbeeld of deze een shutter heeft of niet . De parameters omvatten:

• Interne cameralens
• Positie van het cameraprojectiecentrum
• De rotatiematrix die de cameraoriëntatie definieert

Sommige van deze parameters zijn intern voor de camera (bijvoorbeeld de lens van de camera), terwijl andere extern zijn, zoals de positie van de camera wanneer foto’s worden gemaakt. Bij het verwerken van foto’s met fotogrammetriesoftware moeten deze parameters worden gedefinieerd om ervoor te zorgen dat er tijdens de verwerking rekening mee wordt gehouden. Dit zorgt voor nauwkeurigheid in de outputs, aangezien de software de verwerkingsinstellingen aanpast aan de gebruikte camera.

Initiële en berekende parameters

Om ervoor te zorgen dat we nauwkeurige reconstructies kunnen maken, hebben we wat basisinformatie nodig over de apparatuur die wordt gebruikt om de scène te reconstrueren: de camera (en, indien relevant, de drone). De camera kan worden gedefinieerd door twee sets parameters. Ten eerste hebben de interne parameters te maken met de geometrie van de camera zelf. De manier waarop de camera licht interpreteert, is specifiek voor de camera en beïnvloedt de verwerking van beelden voor een 3D-reconstructie. Aan de andere kant bepalen de externe parameters de positie en oriëntatie van de camera toen deze de foto’s maakte.

In een ideale wereld zou die informatie voor ons beschikbaar zijn vanaf het moment dat een afbeelding wordt vastgelegd via metadata, maar deze is niet altijd nauwkeurig. Als gevolg hiervan verzamelt gespecialiseerde fotogrammetriesoftware alle initiële parameters van een project voordat ze worden verwerkt.

De software optimaliseert vervolgens die parameters of berekent een reeks parameters die de geometrie, positie en oriëntatie van de camera nauwkeuriger weergeven. Ze worden gewijzigd van de initiële parameters in de berekende. Deze wijzigingen zorgen voor de nauwkeurigheid van een project. Hoe nauwkeuriger een project is, hoe meer toepassingen het kan worden gebruikt. Als een 3D-model tot op enkele centimeters nauwkeurig is, kan het voldoen aan de industrienormen zoals gedefinieerd door certificeringsinstanties, en worden gebruikt voor grote bouw- of landmeetkundige projecten, of zelfs bij juridische onderzoeken naar ongevallen en reconstructie van plaats delict.

RTK & PPK

We hebben ‘nauwkeurigheid’ al een paar keer genoemd. Nauwkeurigheid is een van de belangrijkste aandachtspunten van fotogrammetrie: hoe zorg je ervoor dat het 3D-model dat je hebt gemaakt waarheidsgetrouw is? Hier zijn verschillende methoden voor, en ze zijn afhankelijk van nauwkeurige geolocatie – in staat zijn om precies te bepalen waar je je op aarde bevindt.

RTK (real-time kinematic) en PPK (post-processing kinematic) zijn methoden voor het meten en vastleggen van geolocatiegegevens. Het zijn beide GPS-correctietechnologieën die locatiegegevens verzamelen, fouten identificeren en correcties aanbrengen tijdens of na het inmeten.

RTK vindt plaats tijdens een survey of dronevlucht. Een drone of tool voor het verzamelen van gegevens, heeft een GNSS RTK-ontvanger die gegevens van satellieten verzamelt en verbinding maakt met een lokaal basisstation of netwerk om geolocatie-informatie te verzamelen tijdens het vastleggen van afbeeldingen. Deze gegevens worden op de foto’s getagd. De cameraposities worden realtime berekend aan de hand van een lokaal basisstation. De berekeningen worden gebruikt om de camerapositie te corrigeren als deze niet nauwkeurig wordt vastgelegd, wat helpt om de nauwkeurigheid horizontaal en verticaal binnen twee of drie centimeter te brengen.

PPK werkt door te worden voltooid na het verzamelen van gegevens en kan worden gebruikt bij afwezigheid van hardware met RTK-mogelijkheden. De drone schrijft geocoördinaten op elk beeld op basis van de ingebouwde GNSS-ontvanger van de drone. Tegelijkertijd zal een basiseenheid (zoals een CORS-netwerk of GNSS-basisstation) ook positie-informatie opnemen. Deze gegevens worden gebruikt om geolocatiepunten en referenties te bepalen. PPK kan worden gebruikt als RTK geen optie is of als er geen tiepoints beschikbaar zijn, zoals in snel in kaart brengende missies of rampenherstel-dronemissies.

Beide technieken dienen het gemeenschappelijke doel om de nauwkeurigheid van een project te waarborgen door het tot op centimeters nauwkeurig te houden (indien correct uitgevoerd). Er is enige discussie over de vraag of PPK of RTK beter is , en het is meestal projectafhankelijk. Welke u ook gebruikt, deze zullen u helpen om professionele resultaten te creëren die kunnen worden gebruikt voor toepassingen in de echte wereld, zoals landmeten of terreinbewaking.

Coördinatie systemen

Een coördinatensysteem is een manier om referentielijnen of krommen te organiseren om locaties in de ruimte te definiëren. Er zijn verschillende coördinatensystemen die over de hele wereld worden gebruikt, zoals sommige landen hun eigen hebben.

Een persoon die fotogrammetrieverwerkingssoftware gebruikt, moet bepalen welk coördinatensysteem hij gebruikt voordat hij zijn gegevens verwerkt. Anders zou de software de geolocatiegegevens verkeerd kunnen interpreteren en onnauwkeurige metingen kunnen geven of zelfs de uiteindelijke output kunnen vervormen.

Verschillende coördinatensystemen zullen na verwerking enigszins verschillende resultaten opleveren vanwege variaties tussen systemen. Daarom is het belangrijk om te weten welk coördinatensysteem u gebruikt bij het verzamelen van gegevens, zodat het tijdens de verwerking in de software kan worden gedefinieerd en u resultaten kan geven die correct laten zien waar u zich bevindt – in plaats van uw projectsite voor iets heel anders te verwarren!

Tie punten

Een koppelpunt is een punt dat gemeenschappelijk is voor verschillende afbeeldingen die kunnen worden gebruikt om ze met elkaar te verbinden. Het zijn ankerpunten – een locatie waar de geografische positie absoluut is. Er zijn verschillende namen voor verbindingspunten (bijv. grondcontrolepunten of controlepunten).

Ground Control Points, of GCP’s, zijn punten met bekende coördinaten. Ze worden nauwkeurig gemeten met een RTK- of PPK GNSS-ontvanger – of een soortgelijk apparaat dat een total station wordt genoemd. GCP’s worden gebruikt om een ​​project nauwkeurig te lokaliseren om u een reconstructie te geven die waarheidsgetrouw is.

Checkpoints zijn als GCP’s, maar ze geven geen geografische referentie aan een project. In plaats daarvan worden ze gebruikt om de geometrische nauwkeurigheid van het project te beoordelen.

Met GCP’s en controlepunten kan een landmeter er zeker van zijn dat hun fotogrammetrie-output correct is gelokaliseerd en dat de metingen van het 2D- of 3D-model nauwkeurig zijn.

Grondbemonsteringsafstand:

In het voortdurende thema van nauwkeurigheid komt grondbemonsteringsafstand, of GSD . GSD is de afstand tussen twee aangrenzende pixelcentra gemeten op de grond. Zo relateren we afstanden op het scherm aan afstanden in de werkelijkheid.

Hoe groter de GSD-waarde, hoe lager de ruimtelijke resolutie van het beeld. Hierdoor heb je minder details.

Dit is prima als je een enorm landschap aan het onderzoeken bent en een algemeen overzicht van een gebied wilt krijgen. Als u echter op zoek bent naar fijnere elementen voor een crashonderzoek of gedetailleerde topografie, wilt u misschien een kleinere GSD om uitgebreider in het model te kunnen zoeken.

GSD wordt bepaald door de vlieghoogte en de cameraspecificaties, waaronder de beeldbreedte, de sensorbreedte en de brandpuntsafstand. Een GSD van 5 cm betekent dat één pixel op het beeld lineair 5 cm op de grond vertegenwoordigt (wat betekent dat het 25 vierkante centimeter weergeeft). Een GSD van 30 cm betekent dat één pixel gelijk is aan 900 vierkante centimeter (ofwel 30 x 30 cm). Het verschil is enorm. Een kleinere GSD kan worden bereikt door dichter bij de grond te vliegen, maar zal resulteren in een grotere dataset en langere verwerkingstijden. Professionele fotogrammetristen zullen hun gegevensverzameling aanpassen aan de GSD die ze willen.

Dit is misschien een bekend concept, in tegenstelling tot sommige van de andere die we hebben genoemd! Het is misschien ook een van de eenvoudigste. Volumes kunnen worden gemeten aan de hand van de basis van een object in vergelijking met de hoogte of diepte.

Het meten van volumes met fotogrammetrie wordt gebruikt door professionals in de bouw die werken aan projecten waarbij voorraadbeheer betrokken is, evenals door landmeters of operators van openbare veiligheid die terrein moeten analyseren. Het gebruik van fotogrammetrie om voorraden of volumes te meten, bespaart tijd en verbetert de veiligheid, omdat de landmeter niet op een stapel hoeft te lopen om het profiel van het materiaal te meten. Het maakt handmatige, omslachtige apparatuur overbodig en kan zelfs worden aangevuld met geautomatiseerde dronevluchten en automatische gegevensuploads naar PIX4Dcloud. Het hele proces resulteert in tijd- en geldbesparingen, wat een direct rendement op de investering oplevert door het gebruik van fotogrammetrie.