فتوگرامتری چیست؟ – هر آنچه در مورد تصویرسنجی باید بدانید

۳۵۹۳ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۱۶ اسفند ۱۴۰۱
زمان مطالعه: ۲۱ دقیقه
فتوگرامتری چیست؟ – هر آنچه در مورد تصویرسنجی باید بدانید

فتوگرامتری یا تصویرسنجی، علم اندازه‌گیری مشخصات هندسی المان‌های سه‌بعدی از روی تصاویر دوبعدی است. این علم، در حوزه‌های مختلفی نظیر نقشه‌برداری، مهندسی، کشاورزی، رباتیک، هنر و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. بر اساس موقعیت قرارگیری تجهیزات تصویربرداری، فتوگرامتری به دو روش اصلی هوایی و زمینی تقسیم می‌شود. دوربین‌های عکس‌برداری و فیلمبرداری، از متداول‌ترین تجهیزات فتوگرامتری به شمار می‌روند. در این مقاله، به تعریف فتوگرامتری، کاربردها، تجهیزات و روش‌های اجرای آن می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته
997696

تصویرسنجی چیست ؟

تصویرسنجی یا «فتوگرامتری» (Photogrammetry)، هنر، علم و تکنولوژی مورد استفاده برای دستیابی به اطلاعات قابل اطمینان در مورد اشیای فیزیکی و محیط اطراف ما است. این اطلاعات، طی فرآیندهایی نظیر ثبت، اندازه‌گیری و تفسیر تصاویر دوبعدی، امواج الکترومغناطیسی و غیره به دست می‌آیند. هدف فتوگرامتری، تعیین خواص هندسی و تفسیر مفهومی اشیا و محیط از روی عکس یا داده‌های مشابه مورد است.

خواص هندسی، اطلاعاتی نظیر شکل کلی، موقعیت قرارگیری، وضعیت سطح، ساختار سه‌بعدی، جهت‌گیری و غیره را به نمایش می‌گذارند. خواص مفهومی، امکان تفسیر داده‌ها در یک چارچوب مشخص را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، با نگاه کردن به پیکسل‌های یک تصویر، می‌توان به وجود ساختمان در یک ناحیه پی برد یا حضور انسان در آن ناحیه را تشخیص داد.

مدل سه عبدی تهیه تصویر فتوگرامتری توسط پهپاد
پهپادها، از متداول‌ترین تجهیزات مورد استفاده در فتوگرامتری هستند.

تاریخچه فتوگرامتری به چه زمانی باز می گردد ؟

فتوگرامتری، قدمتی نزدیک به عکس‌برداری دارد. البته برخی از کارشناسان معتقدند که تاریخچه فتوگرامتری، به پیش از اختراع عکس‌برداری باز می‌گردد. 350 سال قبل از میلاد (بیش از 2300 سال پیش)، ارسطو، به فرآیندی برای نمایش سه‌بعدی تصاویر دوبعدی اشاره کرده بود. با این وجود، کاربرد گسترده فتوگرامتری به اوایل قرن 20 میلادی (اواخر قرن 13 شمسی) بازمی‌گردد. در این دوران، تصویرسنجی زمینی به طور موفق مورد استفاده قرار گرفت.

نصب دوربین بر روی هواپیمای جنگی قدیمی
نصب دوربین بر روی هواپیمای جنگی به منظور گرفتن تصاویر هوایی از مواضع دشمن

در بازه جنگ جهانی اول بین سال‌های 1914 تا ۱۹۱۸ میلادی (۱۲۹۳ تا ۱۲۹۷ شمسی)، فتوگرامتری هوایی توسعه یافت. تا دوره جنگ جهانی دوم بین سال‌های 1939 تا 1945 میلادی (سال‌های 1318 تا 1324 شمسی)، این روش فتوگرامتری برای مقاصد نظامی به کار گرفته می‌شد. پس از اتمام جنگ، تصویرسنجی در حوزه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار گرفت.

امروزه، این علم به عنوان روش اصلی تهیه نقشه‌ها، مخصوصا نقشه‌های نواحی غیرقابل دسترس، به شمار می‌رود. علوم زمین و طراحی مدل‌های سه‌بعدی، از حوزه‌های اصلی کاربرد فتوگرامتری هستند.

ریشه لغت فتوگرامتری چیست ؟

فتوگرامتری، از سه عبارت یونانی زیر گرفته شده است:

  • «فتوس» (Photos): نور
  • «گراما» (Gramma): رسم
  • «مترون» (Metron): اندازه‌گیری

این سه عبارت در کنار یکدیگر، اصطلاح فتوگرامتری (اندازه‌گیری با نور یا تصاویر) را تشکیل می‌دهند.

هدف فتوگرامتری چیست ؟

هدف اصلی فتوگرامتری، اندازه‌گیری دقیق مشخصات سه‌بعدی اشیا و عوارض زمین از روی عکس‌های دوبعدی است. از دیگر کاربردهای این علم می‌توان به تعیین مختصات، محاسبه پارامترهایی نظیر فاصله، ارتفاع، مساحت و حجم، تهیه نقشه‌های توپوگرافی، ساخت ابر نقاط، ایجاد مدل ارتفاعی و تصاویر پرسپکتیو اشاره کرد.

ایجاد مدل سه بعدی از روی ابر نقاط
محل سه‌بعدی حاصل از پردازش ابر نقاط

فتوگرامتری در چه حوزه هایی مورد استفاده قرار می گیرد ؟

فتوگرامتری، در اصل برای مقاصد نقشه‌برداری توسعه یافته است. این علم را می‌توان بخشی از علوم ژئودزی در نظر گرفت که در بسیاری از علوم مهندسی کاربرد دارد. البته نقش فتوگرامتری در علوم مرتبط با زمین پررنگ‌تر است.

از دیگر حوزه‌های کاربری تصویرسنجی می‌توان به بینایی کامپیوتری اشاره کرد. بینایی کامپیوتری، به آموزش کامپیوترها برای درک و تفسیر دنیای بصری می‌پردازد. این حوزه، به طور مستقیم با «هوش مصنوعی» (Artificial Intelligence) و «یادگیری ماشین» (Machine Learning) ارتباط دارد.

فتوگرامتری، در سنجش از دور نیز به کار می‌رود. سنجش از دور، فرآیند شناسایی و نظارت بر روی مشخصات فیزیکی یک ناحیه است که توسط اندازه‌گیری امواج و بازتاب آن‌ها از فاصله دور (ماهواره یا هواپیما) صورت می‌گیرد.

پردازش تصویر، ارتباط بسیار نزدیکی با فتوگرامتری و بینایی کامپیوتری دارد. این فرآیند، با انجام فعالیت‌های خاص بر روی یک عکس، کیفیت آن را بهبود می‌بخشد و اطلاعات مفیدی را از آن استخراج می‌کند. پردازش تصویر در بسیاری از علوم کامپیوتری و مهندسی استفاده می‌شود.

رباتیک، تخمین حالت و یادگیری ماشین، از دیگر حوزه‌های مرتبط با فتوگرامتری هستند. تمام حوزه‌های معرفی شده در این بخش در کنار فتوگرامتری، همدیگر را کامل می‌کنند. بسیاری از فعالیت‌های موجود در این علوم، به یکدیگر شباهت دارند. از این‌رو، بهره‌گیری همزمان از آن‌ها می‌تواند کیفیت و کاربری داده‌های به دست آمده از تحلیل تصاویر را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

تصویرسنجی هوایی

اغلب کاربردهای فتوگرامتری در حوزه‌های مختلف در ادامه آورده شده‌اند:

  • نقشه‌برداری
  • معماری: تهیه پلان، نظارت بر روی اجرا و رندرگیری
  • هنر: مستندسازی و استفاده از آثار هنری برای خلق آثار جدید
  • باستان‌شناسی: برداشت و اکتشاف نواحی ناشناخته زمین و دریا
  • مهندسی و طراحی: مهندسی معکوس قطعات موجود و یا طراحی بخش‌های جدید برای آن‌ها
  • کنترل کیفیت: ارزیابی کیفیت محصولات تولیدی
  • توسعه بازی‌های رایانه‌ای: طراحی صحنه و محیط سه‌بعدی بازی
  •  دیرینه‌شناسی: تهیه نقشه‌های سه‌بعدی دقیق برای کشف ساده‌تر موقعیت فسیل‌ها، مستندسازی و تعیین رویکردهای مناسب برای حفاری، پوشش و نگهداری یافته‌ها
  • تحقیقات جنایی و پزشکی قانونی: تهیه مدل سه‌بعدی صحنه جرم به منظور درک بهتر نحوه رخداد حادثه یا ساخت محیط‌های آموزش مجازی
  • پزشکی: اسکن بدن بیمار برای تهیه تجهیزات پزشکی سفارشی مانند پای مصنوعی، سمعک، کفش طبی و غیره
  • موزه‌داری: ساخت مدل سه‌بعدی کلکسیون‌ها و امکان بازدید مجازی از موزه
  • هواشناسی: تعیین سرعت طوفان و غیره
  • عکاسی: بهره‌گیری از بعد سوم برای عکس‌برداری از سوژه‌ها
  • میراث فرهنگی: بازسازی و نوسازی مجازی میراث فرهنگی

انواع روش های فتوگرامتری چه هستند ؟

تقسیم‌بندی انواع روش های فتوگرامتری، به روش تهیه تصاویر مورد استفاده در آن بستگی دارد. بر این اساس، فتوگرامتری، به دو روش اصلی هوایی و زمینی تقسیم می‌شود. در این بخش، به معرفی این روش‌ها و انواع آن‌ها می‌پردازیم.

فتوگرامتری زمینی یا برد کوتاه چیست ؟

«فتوگرامتری زمینی» (Terrestrial Photogrammetry)، یکی از روش‌های اصلی فتوگرامتری است که در آن، دوربین تصویربرداری بر روی سطح زمین قرار می‌گیرد. در صورتی که فاصله بین شی مورد نظر تا دوربین تصویربرداری در این روش، کمتر از 300 متر باشد، از آن با عنوان «فتوگرامتری برد کوتاه» (Close-Range Photogrammetry) یاد می‌شود.

اصول تصویرسنجی زمینی
گرفتن چند عکس از یک محدوده در تصویرسنجی زمینی

دوربین مورد استفاده در تصویرسنجی زمینی، معمولا بر روی سه‌پایه قرار می‌گیرد. البته امکان آویزان کردن دوربین از برج یا سوار کردن آن بر روی دیگر تجهیزات مخصوص نیز وجود دارد. برخی از دوربین‌های مورد استفاده در تصویرسنجی زمینی، امکان اندازه‌گیری جهت‌گیری زاویه‌ای یا تنظیم جهت‌گیری تحت یک زاویه مشخص را دارند. این ویژگی، برای تعیین جهت‌گیری نقاط کنترلی به کار می‌رود.

در فتوگرامتری زمینی، شی مورد نظر می‌تواند ثابت یا متحرک باشد. به همین دلیل، بر اساس وضعیت سکون سوژه تصویربرداری، این روش تصویرسنجی به دو نوع زیر تقسیم‌بندی می‌شود:

  • «فتوگرامتری زمینی ثابت» (Static Terrestrial Photogrammetry)
  • «فتوگرامتری زمینی متحرک» (Dynamic Terrestrial Photogrammetry)

فتوگرامتری هوایی چیست ؟

«تصویرسنجی هوایی» (Aerial Photogrammetry)، یکی از روش تهیه مدل‌های دوبعدی و سه‌بعدی از روی عکس‌های هوایی است.فتوگرامتری هوایی در ساخت مدل‌های سه‌بعدی از سطح زمین در پروژه‌های عمرانی، زمین‌شناسی و نقشه‌برداری کاربرد دارد. این روش، معمولا با تصویربرداری یک ناحیه از دو یا چند زاویه متفاوت اجرا می‌شود.

کوادکوپتر، از تجهیزات مورد استفاده برای اجرای عکس‌برداری هوایی
کوادکوپتر، یکی از تجهیزات متداول در عکس‌برداری هوایی

از تجهیزات مورد استفاده برای اجرای فتوگرامتری هوایی می‌توان به هواپیما، هلیکوپتر و پهپاد اشاره کرد. برای تهیه تصاویر هوایی، دوربین‌های عکسبرداری مخصوص بر روی این تجهیزات نصب می‌شوند. ثبت تصاویر هوایی، معمولا در یک ارتفاع ثابت با مسیر حرکت شمال به جنوب انجام می‌گیرد. در این روش، سطح زمین به چندین مقطع تقسیم شده و دو یا چند عکس با زوایای مختلف از هر مقطع تهیه می‌شود (تصویر زیر).

نحوه تهیه داده‌های تصویری یک مقطع سطحی در عکس برداری هوایی
نحوه تهیه داده‌های تصویری یک مقطع سطحی در عکس برداری هوایی

در صورت علاقه به یادگیری در مورد اصول ابتدایی ترسیم نقشه توپوگرافی با استفاده از داده های عکس برداری هوایی، مطالعه مطلب «نقشه توپوگرافی چیست و چگونه خوانده می شود؟ — آنچه باید بدانید به زبان ساده» را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

داده های اندازه گیری شده در فتوگرامتری چه هستند ؟

برخی از داده‌های حاصل از فتوگرامتری عبارت هستند از:

  • محل قرارگیری دوربین: اگر در مورد موقعیت اشیا موجود در یک عکس، اطلاعات کافی داشته باشیم، می‌توانیم موقعیت دوربین در لحظه عکس‌برداری را به دست بیاوریم.
  • محل قرارگیری اشیا: در صورت مشخص بودن محل قرارگیری دوربین، امکان تعیین موقعیت اشیا موجود در عکس فراهم می‌شود. البته نحوه به دست آوردن این اطلاعات، به تعداد دوربین‌ها، تعداد عکس‌ها، اطلاعات اضافی در رابطه با محیط و غیره بستگی دارد.
  • ساخت مدل سه‌بعدی: اگر چندین عکس از یک شی یا محدوده را داشته باشیم، می‌توانیم مدل سه‌بعدی آن را بازسازی کنیم. البته دقت این مدل با توجه به کیفیت، تعداد و زاویه برداشت عکس‌ها تعیین می‌شود.
  • اشیا مشابه و پیوستگی داده‌ها: ایجاد ارتباط بین اشیا مشابه در تصاویر، امکان تفسیر بهتر داده‌ها را فراهم می‌کند. هرچه پیوستگی بین داده‌ها بهتر باشد، کیفیت خروجی فتوگرامتری بالاتر خواهد بود.
  • شناسایی اشیا و تفسیر مفهومی: اختصاص گروه و کلاس به هر پیکسل، امکان تفسیر راحت‌تر آن‌ها و تشخیص اشیا مختلف را فراهم می‌کند.

داده های فتوگرامتری چگونه به دست می آیند ؟

دوربین‌های عکاسی و تجهیزات مشابه نظیر دوربین‌های فیلمبرداری حرفه‌ای (با امکان ثبت سریع تصاویر در بازه‌های زمانی کوتاه)، حسگرهای سونار، دستگاه‌های مسافت‌یاب لیزری، تجهیزات تصویربرداری فراطیفی یا حتی تلفن‌های هوشمند، امکان به دست آوردن داده‌های مناسب برای فتوگرامتری را فراهم می‌کنند. با این وجود، در اغلب موارد، منظور از تجهیزات برداشت فتوگرامتری، دوربین‌های عکاسی (تک‌چشمی، استریو و غیره) است.

دوربین Zeiss EMKA 15/23
دوربین Zeiss EMKA 15/23، از متداول‌ترین دوربین‌های مورد استفاده در فتوگرامتری هوایی است.

حسگرهای متداول برای فتوگرامتری کدام هستند ؟

از رایج‌ترین حسگرهای مورد استفاده برای تصویرسنجی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • دوربین‌های صنعتی: این دوربین‌ها معمولا به طور مستقیم به کامپیوتر وصل می‌شوند و پس از دریافت داده‌های تصویری، آن‌ها را به طور خودکار پردازش می‌کنند.
  • دروبین‌های غیرصنعتی: دوربین‌های غیرصنعتی نظیر دوربین‌های دیجیتال معمولی یا حتی دوربین گوشی‌های هوشمند، امکان تصویربرداری با وضوح قابل قبول را برای مقاصد فتوگرامتری فراهم می‌‌کنند. دوربین‌های گوشی‌های هوشمند، از حسگرهای دیگری مانند GPS، ژیروسکوپ و غیره نیز برخوردار هستند. ترکیب قابلیت‌های این حسگرها با یکدیگر می‌تواند کیفیت داده‌های ورودی تصویرسنجی را به طرز قابل‌توجهی افزایش دهد.
  • دوربین‌های رقومی یا «اولتراکم» (Ultracam): دوربین‌های رقومی به منظور تصویربرداری هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دوربین‌ها با بهره‌گیری از باندهای طیف نوری، تصاویری با وضوح بالا را ثبت می‌کنند. داده‌های حاصل از دوربین‌های رقومی، محدوده بسیار وسیعی از سطح زمین را پوشش می‌دهند. این حسگرها، در کنترل زمین نیز کاربرد دارند.
  • مسافت‌یاب‌های لیزری:‌ به کارگیری مسافت‌یاب‌های لیزری در فتوگرامتری، از رواج کمتری نسبت به دوربین‌ها برخودار است. این حسگرها با ارسال پرتو به سمت شی مورد نظر و اندازه‌گیری زمان برخورد و انعکاس پرتو، فاصله ایستگاه برداشت تا نقاط مختلف را به دست می‌آورند. مسافت‌های لیزری، از نظر اندازه‌گیری عمق، برتر از دوربین‌ها هستند. از این‌رو، ترکیب این ابزارها با یکدیگر می‌تواند بهترین نتیجه را در پی داشته باشد.
سنسورهای مورد استفاده در فتوگرامتری
دوربین صنعتی (بالا-راست)، دوربین دیجیتال (بالا-چپ)، دوربین رقومی (پایین-راست) و مسافت‌یاب لیزری

مزایای استفاده از دوربین های عکاسی در فتوگرامتری چیست ؟

به کارگیری دوربین‌های عکاسی در حوزه فتوگرامتری، مزایای مختلفی دارد که در ادامه به ارائه آن‌ها می‌پردازیم:

  • ثبت تصاویر بدون نیاز به تماس یا اصطلاحا «سنجش بدون تماس» (Contact Free Sensing) : سنجش بدون تماس، خطر کار با مواد سمی، داغ و یا منجمد را کاهش می‌دهد. این ویژگی، ضمن کاهش امکان آسیب رسیدن به مواد حساس، دسترسی به مکان‌های غیرقابل دسترس (اما قابل مشاهده) را امکان‌پذیر می‌کند.
  • تعدد اندازه‌گیری‌ها : ثبت تصاویر متعدد توسط دوربین‌ها و اندازه‌گیری پارامترهای مورد نظر، ساده‌تر از روش‌های دیگر است. هر پیکسل از یک تصویر، اطلاعات مشخصی را در اختیار ما قرار می‌دهد. بنابراین با ثبت عکس‌های زیاد، امکان دستیابی به اطلاعات بیشتر فراهم می‌شود.
  • پوشش نواحی بیشتر: با ثبت عکس‌های بیشتر، می‌‌توان نواحی وسیع‌تری را پوشش داد.
  • انعطاف‌پذیری در وضوح تصویر: موقعیت قرارگیری دوربین و ثبت تصاویر، انعطاف‌پذیر است. در صورت نزدیک کردن دوربین به اشیا و محیط مورد نظر، عکس‌های به دست آمده از جزئیات بیشتری برخوردار خواهند بود. بنابراین می‌توان مدل سه‌بعدی را با کیفیت و دقت بیشتری ساخت.
  • سنجش دوبعدی و سه‌بعدی: برخی از دوربین‌ها، امکان ثبت عمق عکس‌ها را فراهم می‌کنند. البته در صورت تنظیم دو دوربین معمولی با زوایه‌های مشخص نسبت به سوژه مورد نظر نیز می‌توان اطلاعات خوبی از پیکربندی سه‌بعدی به دست آورد.

از دیگر مزایای فتوگرامتری با دوربین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • تصویربرداری پویا توسط دوربین فیلمبرداری
  • امکان تفسیر داده‌ها توسط انسان (برخلاف روش‌هایی مانند مسافت‌یابی لیزری)
  • امکان به دست آوردن اطلاعات اضافی (به غیر از هندسه)
  •  مستندسازی فرآیند اندازه‌گیری توسط عکس‌های ثبت شده
  • امکان پردازش خودکار داده‌ها
  • امکان پردازش زنده داده‌ها

معایب استفاده از دوربین های عکاسی در فتوگرامتری چیست ؟

به کارگیری دوربین‌های عکاسی در فتوگرامتری، بدون عیب و محدودیت نیست. برخی از مهم‌ترین محدودیت‌های این تجهیزات نسبت به دیگر گزینه‌ها عبارت هستند از:

  • نیاز به نور: عکس‌برداری و فیلمبرداری توسط دوربین، به نور نیاز دارد. به این ترتیب، امکان ثبت تصاویر باکیفیت و مفید در حدود 50 درصد از طول شبانه‌روز از بین می‌رود. البته امکان به کارگیری نورپردازی‌های اضافی یا دوربین‌های دید در شب وجود دارد اما خروجی کار در این شرایط، به خوبی زمان وجود نور طبیعی نیست. مسافت‌یاب‌های لیزری، این عیب را ندارند. بنابراین کار با آن‌ها در هر ساعتی ممکن است.
  • وابستگی به جهت اندازه‌گیری: دوربین‌ها، شدت نور انعکاسی از یک جهت خاص (جهت‌گیری پیکسل‌ها نسبت به موقعیت دوربین) را نمایش می‌دهند. این موضع، امکان اندازه‌گیری مسافت نقاط را محدود می‌کند.
  • موانع و محدودیت‌های دیداری: امکان مشاهده داخل اشیا و طرف دیگر آن‌ها توسط تصاویر ثبت شده توسط دوربین‌‌های معمولی وجود ندارد. در این شرایط، رادارها عملکرد بهتری از خود به نمایش می‌گذارند.
  • دشوار بودن ساخت مدل‌های سه‌بعدی : با وجود امکان ساخت مدل‌سازی سه‌بعدی از روی عکس‌ها، این فرآیند بسیار پیچیده است؛ چراکه عکس‌ها، نمایش اجسام سه‌بعدی بر روی سطوح دوبعدی هستند. بنابراین، قطعا اطلاعات مربوط به بعد سوم عکس‌ها در هنگام ثبت آن‌ها از بین می‌رود.
  • دقت پایین نسبت به برخی از روش‌ها: دقت داده‌های حاصل از تصویربرداری با دوربین‌های معمولی، به عوامل متعددی بستگی دارد (مزیت انعطاف‌پذیری). به همین دلیل، این تجهیزات برای برخی از کاربری‌ها، عملکرد بسیار خوبی دارند اما برای برخی دیگر (کاربری‌های نیازمند دقت بالا)، نتیجه قابل قبولی را ارائه نمی‌دهند.

اصول فتوگرامتری با دوربین چیست ؟

برای درک مبانی فتوگرامتری، نحوه کارکرد دوربین‌های عکاسی را در نظر بگیرید. دوربین‌ها، تجهیزات اندازه‌گیری جهت هستند. در واقع، این تجهیزات، شدت نور دریافتی از یک جهت خاص را نمایش می‌دهند. به عنوان مثال، تصویر زیر را در نظر بگیرید. تصویر سمت راست، کوهستان واقعی (در فضای سه‌بعدی) بوده و تصویر سمت چپ، عکس ثبت شده از این کوهستان در فضای دوبعدی است. به ازای هر نقطه از کوهستان در فضای دوبعدی، یک نقطه معادل بر روی عکس دوبعدی ثبت می‌شود.

نقطه‌یابی در تصویرسنجی با دوربین

هر نقطه، شدت نور انعکاسی و جهت‌گیری انعکاس نور از آن نقطه را نمایش می‌دهد. به عنوان مثال، با توجه به موقعیت دوربین، می‌دانیم که جهت‌گیری نوک قله‌ها نسبت به دوربین یا رابطه بین جهت‌گیری‌ها چگونه است. با این وجود، نمی‌توانیم در مورد فاصله نوک قله تا دوربین اظهار نظر کنیم؛ چراکه در حین تصویربرداری، یک سری از اطلاعات مربوط به بعد سوم را از دست می‌دهیم. بازیابی این اطلاعات، کار ساده‌ای نیست. برای این کار، به چند تصویر از چند زاویه نیاز داریم.

تعیین موقعیت سه‌بعدی نقاط در تصویرسنجی با دوربین

تصویر بالا را در نظر بگیرید. به منظور دستیابی به داده‌های سه‌بعدی یک ساختمان، از آن در دو جهت متفاوت عکس می‌گیریم. با توجه به مشخص بودن موقعیت قرارگیری دوربین در نقاط عکس‌برداری و معلوم بودن جهت‌گیری نقاط روی ساختمان نسبت به دوربین، امکان تعیین موقعیت فضایی نقاط ساختمان فراهم می‌شود. بنابراین، در صورت داشتن اطلاعات اضافی راجع به محیط، می‌توان عکس‌های دوبعدی را به مدل‌های سه‌بعدی تبدیل کنیم.

عکس برداری از المان های سه بعدی

هنگام تصویربرداری، اطلاعات اشیا سه‌بعدی در فضای دوبعدی ثبت می‌شود. اشیا در دنیای واقعی، از مشخصاتی نظیر هندسه، موقعیت، جنس و غیره برخودار هستند. دوربین‌ها نیز از قابلیت‌های فنی نظیر نوع لنز و مشخصات محیطی نظیر موقعیت قرارگیری و جهت‌گیری برخوردارند. در صورت داشتن دوربین و شی مورد نظر، امکان ثبت تصویر شی بر اساس قوانین فیزیک فراهم می‌شود. گراف زیر، این رابطه را به ساده‌ترین شکل ممکن نمایش می‌دهد.

گراف مولفه‌های عکس‌برداری

به دست آوردن اطلاعات المان های سه بعدی از روی عکس

در بخش قبلی، فرآیند عکس‌برداری از المان‌های سه‌بعدی را به طور خلاصه بیان کردیم. فتوگرامتری، برخلاف این فرآیند عمل می‌کند. در فتوگرامتری، با داشتن چندین عکس، به اطلاعات مرتبط با شی در فضای سه‌بعدی می‌رسیم.

گراف اصول فتوگرامتری (برعکس تصویربرداری)

گراف بالا، نحوه عملکرد فتوگرامتری را نشان می‌دهد. به این عملکرد، برداشت معکوس می‌گویند. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، برای به دست آوردن اطلاعات اشیا و دوربین در فضای سه‌بعدی از روی تصاویر دوبعدی، به الگوریتم‌های مخصوص این کار نیاز داریم.

نقش الگوریتم های تفسیر داده در فتوگرامتری

تخمین مشخصات هندسی و مفهوم تصاویر، نیازمند توان پردازشی است. الگوریتم‌های ریاضی، نقش مهمی را در خروجی فتوگرامتری ایفا می‌کنند. الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشین، یکی از محبوبت‌ترین گزینه‌ها برای تفسیر ورودی‌های تصویرسنجی هستند. یادگیری ماشین و دیگر ابزارهای تحلیل تصویر، توسط زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف پیاده‌سازی می‌شوند. از این‌رو، بهره‌گیری از دانش برنامه‌نویسی، مسیر موفقیت در حوزه فتوگرامتری را هموارتر می‌کند.

مراحل اجرای فتوگرامتری چه هستند ؟

در این بخش، به معرفی مراحل کلی تصویرسنجی می‌پردازیم. این مراحل در تمام کاربردهای فتوگرامتری مشترک هستند. البته نحوه اجرا و تجهیزات مورد استفاده در آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد.

مرحله اول تصویرسنجی: تصویربرداری

برای شروع فرآیند فتوگرامتری،، مجموعه‌ای از تصاویر (عکس یا فیلم) از سوژه مورد نظر تهیه می‌شود. این تصاویر باید با یکدیگر همپوشانی داشته باشند. حداقل وضوح مورد نیاز برای دستیابی به داده‌های قابل اطمینان، به عوامل متعددی بستگی دارد. به عنوان مثال، یک دوربین 8 مگاپیکسلی (مانند دوربین گوشی‌های هوشمند)، برای تهیه عکس‌های معمولی کفایت می‌کند. با این وجود، برای دستیابی به بهترین نتیجه، استفاده از دوربین‌های 18 مگاپیکسلی یا بالاتر پیشنهاد می‌شود.

استفاده از دوربین تلفن هوشمند برای تصویرسنجی اشیا

هرچه زاویه دید دوربین بازتر بوده یا اصطلاحا لنز آن «واید» (Wide) باشد، نتیجه بهتری به دست می‌آید. تصاویر به دست آمده از دوربین‌های دارای لنز واید، از اعوجاج کمتری برخوردارند. از طرف دیگر، لنزهای چشم‌ماهی، برای به کارگیری در فتوگرامتری مناسب نیستند؛ مگر اینکه خروجی دوربین‌های مجهز به این لنزها، توسط نرم‌افزارهای مخصوص اصلاح شود.

تصویربرداری دایره‌ای به دور شی مورد نظر، بهترین خروجی را برای فتوگرامتری به همراه دارند. این نوع تصویربرداری، از سطح پایین با زاویه کمتر نسبت به سوژه شروع می‌شود و در ارتفاع بالاتر با زوایای بیشتر نسبت به سوژه ادامه می‌یابد. تصویر زیر، نمونه‌ای از یک سوژه فتوگرامتری و موقعیت‌های مناسب دوربین برای ثبت تصویر را نمایش می‌دهد.

موقعیت مناسب دوربین برای فتوگرامتری

بهتر است هر تصویر، حداقل 50 درصد با تصویر بعدی خود هم‌پوشانی داشته باشید. البته هم‌پوشانی ایده‌آل تصاویر برای کاربردهای فتوگرامتری، چیزی حدود 60 تا 80 درصد است. ثبت چند تصویر حاوی جزئیات سوژه نیز می‌تواند کار را تا حد زیادی بهبود بخشد. به منظور تصویربرداری توسط دوربین برای اجرای فتوگرامتری، نکات زیر را به خاطر داشته باشید:

  •  اگر شی یا محیط مورد نظر دارای سطح شفاف باشد، انعکاس نور به خوبی انجام نمی‌گیرید. در این شرایط، داده‌های به دست آمده برای فتوگرامتری مناسب نخواهند بود. بنابراین، سطح سوژه مورد نظر، باید مات باشد.
  • برخی از نرم‌افزارهای فتوگرامتری، قادر به پردازش تصاویر ثبت شده از سطوح بی‌عارضه نیستند. از این‌رو، برای اشیا و زمین‌های مسطح، باید از نرم‌افزارهای مخصوص استفاده کرد.
  • هرچه کنتراست بین رنگ سوژه مورد نظر و پس‌زمینه آن بیشتر باشد، نتیجه کار رضایت‌بخش‌تر خواهد بود.
  • نورپردازی یکنواخت در تمام تصاویر، دستیابی به خروجی باکیفیت را به همراه دارد. از این‌رو، هوای ابری به دیگر شرایط آب و هوایی ترجیح داده می‌شود.
  • برای یک سوژه کوچک، 40 تا 50 عکس کفایت می‌کند. هر چه ابعاد سوژه یا گستره محیط مورد نظر بیشتر شود، قطعا به عکس‌های بیشتری نیاز خواهد بود.
  • سوژه و محدوده مورد نظر، باید بخش قابل‌توجهی از عکس‌ها را به خود اختصاص دهند.
  • به هیچ وجه از سوژه‌های متحرک یا در حال تغییر تصویربرداری نشود.
  • در هر تصویر از عمق میدان کم و فوکوس بر روی شی/محدوده استفاده شود.
  • در فتوگرامتری زمینی، از تجهیزات مناسب برای کاهش لرزش دوربین و جلوگیری از تار شدن تصویر استفاده شود.
  • هرچه سخت‌افزار کامپیوتر (مخصوصا رم و گرافیک) بالاتر باشد، الگوریتم فتوگرامتری با سرعت و دقت بیشتری اجرا می‌شود.

مرحله دوم تصویرسنجی: بارگذاری تصاویر

قدم دوم در فرآیند فتوگرامتری، بارگذاری تصاویر ثبت شده از شی یا محدوده مورد مطالعه در یک نرم‌افزار تخصصی است. در بخش بعدی، به معرفی این نرم‌افزارها خواهیم پرداخت.

برخی از نرم‌افزارهای فتوگرامتری، امکان انتخاب دوربین را فراهم می‌کنند. برخی دیگر نیز فقط با دوربین‌های مخصوص سازگاری دارند. این ویژگی، به منظور مقایسه تصاویر با دیتابیس نرم‌افزار و بهینه‌سازی نتایج بر اساس پارامترهایی نظیر فاصله کانونی، نقطه اصلی و فرمت سنسور تصویر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آپلود تصاویر در نرم افزار فتوگرامتری

پس از واردن کردن تصاویر به درون نرم‌افزار، مناسب بودن آن‌ها برای فرآیند فتوگرامتری بررسی می‌شود. نرم‌افزار عکس‌های مناسب را با علامت سبز و عکس‌های نامناسب را با علامت قرمز مشخص می‌کند. در صورت نامناسب بودن شرایط تصویربرداری، احتمال رد شدن تعداد زیادی از عکس‌ها وجود دارد (مخصوصا اگر نور پس‌زمینه بسیار روشن باشد). در این حالت، می‌توان استفاده از نرم‌افزارهایی نظیر فتوشاپ، نور تصاویر را تعدیل کرد. البته این ترفند ممکن است برای تمام تصاویر جوابگو نباشد. به طور کلی، هرچه کنتراست بین المان‌های موجود در عکس‌ها بالاتر باشد، خروجی فتوگرامتری از کیفیت و دقت بالاتری برخوردار خواهد بود.

مرحله سوم تصویرسنجی: پردازش تصاویر و ساخت مدل سه بعدی

اغلب فرآیندهای محاسباتی فتوگرامتری به طور خودکار و توسط نرم‌افزارهای تخصصی انجام می‌گیرند. در این بخش، به معرفی برخی از قابلیت‌های مهم نرم‌افزارهای فتوگرامتری برای تبدیل عکس‌های دوبعدی به مدل‌های سه‌بعدی می‌پردازیم.

تناظریابی تصویر در فتوگرامتری

اغلب نرم‌افزارهای فتوگرامتری، مجموعه عکس‌های ورودی را به طور کاملا خودکار به مش‌های سه‌بعدی تبدیل می‌کنند. با این وجود، برخی دیگر از نرم‌افزارها، از کاربر می‌خواهند تا صحت داده‌های ورودی را مورد تایید قرار دهند. این کار طی فرآیند مجزایی به نام «تناظریابی تصویر» (Image Matching) صورت می‌گیرد. این قابلیت، امکان اعمال تغییر بر روی مجموعه تصاویر ورودی، پیش از شروع پردازش‌های کامپیوتری، فراهم می‌شود.

مثال تناظریابی تصویر در فتوگرامتری

در تناظریابی تصویر، نرم‌افزار، تصاویر مناسب برای پردازش را تعیین کرده و نواحی همپوشانی در چندین تصویر را پیدا می‌کند. این فرآیند به کنار هم قرار دادن قطعات یک پازل سه‌بعدی شباهت دارد. نرم‌افزار به کمک تناظریابی تصویر، روش حل پازل (ساخت مدل سه‌بعدی از روی عکس‌های دوبعدی) را فرا می‌گیرد.

استخراج عوارض در فتوگرامتری

«استخراج عوارض» (Feature Extraction)، یکی از فرآیندهای اصلی فتوگرامتری است که به شناسایی عوارض شی یا محیط مورد نظر می‌پردازد. این فرآیند، به منظور تشخیص عارضه‌های مشابه در دو یا چند تصویر و مطابقت آن‌ها با یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از نرم‌افزارهای فتوگرامتری، استخراج عوارض را به طور خودکار انجام می‌دهند. برخی دیگر از نرم‌افزارها نیز امکان اعمال تنظیمات دلخواه را پیش از شروع این فرآیند فراهم می‌کنند.

استخراج عوارض در فتوگرامتری
استخراج عوارض: چمن (بالا-راست)، ساختمان (بالا-چپ)، گلخانه (پایین-راست) و بوته‌زار (پایین-چپ)

در این مرحله، نرم‌افزار، به دنبال عوارض منحصر به فردی می‌گردد که در چندین تصویر تکرار شده باشند. ابزارها و الگوریتم‌های مورد استفاده برای این کار، به قدری دقیق هستند که امکان شناسایی سطح‌های براق، شفاف و بدون عارضه را فراهم می‌کنند. یکی از پرکاربردترین الگوریتم‌های استخراج عوارض در فتوگرامتری، «ساختار به وسیله حرکت» (Structure from Motion) یا به اختصار «SFM» است. این الگوریتم، به منظور شناسایی بافت‌های متراکم سطوح مورد استفاده قرار می‌گیرد.

SFM، تشخیص المان‌های مهم نظیر نقاط گوشه و خطوط را انجام می‌دهد. برای تشخیص مشخصه‌های دقیق‌تر مانند نوع نورپردازی و سایه، تکنیک پیشرفته‌ای به نام «سایه‌زنی از روی شکل» (Shape from Shape) به کار برده می‌شود.

پس از شناسایی تمام عوارض، احتمال وجود خطا در آن‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. به این فرآیند، «اعتبارسنجی هندسی» (Geometric Verification) می‌گویند. به منظور اطمینان از قرارگیری عوارض شناسایی شده در یک نقطه مشترک، SFM، یک معادله برای تشخیص نقاط معرف عوارض در تصاویر مختلف ایجاد می‌کند. این معادله، مجموعه‌ای از الگوریتم‌های پیچیده بر مبنای اصول هندسه تصویری است.

برخی از نرم‌افزارهای فتوگرامتری نظیر «COLMAP» به کاربر اجازه مشاهده فرآیند ایجاد عوارض سه‌بعدی را می‌دهند. در نرم‌افزار «Meshroom»، کاربر می‌تواند این فرآیند را در حین اجرا متوقف کند.

مثلث بندی در فتوگرامتری

در سال 1480 میلادی (سال 859 شمسی)، لئوناردو داوینچی روشی را برای تعیین موقعیت نقاش از روی نقاشی معرفی کرد. این روش با عنوان «مثلث‌بندی» (Triangulation) شناخته می‌شود. در این روش، نقاط معرف عوارض به صورت شبکه‌ای از مثلث‌های بهم‌پیوسته درمی‌آیند. به این ترتیب، با دانستن اندازه ضلع یکی از مثلث‌ها و زاویه همان مثلث، امکان تعیین موقعیت نقاط دیگر فراهم می‌شود. فرآیند پردازش تصویر در نرم‌افزارهای فتوگرامتری نیز به همین شکل است. موقعیت سه‌بعدی نقاط سطحی، بر اساس خروجی مراحل قبلی تخمین زده می‌شوند.

مثلث بندی در تصویرسنجی

به منظور مثلث‌بندی، خط دید دوربین تا سوژه در هر عکس، توسط نرم‌افزار بازسازی می‌شود. تقاطع خطوط دید به دست آمده از عکس‌های مختلف، مختصات سه‌بعدی المان‌های موجود در تصاویر را مشخص می‌کند. پس از تعیین ساختار هندسی، نرم‌افزار فتوگرامتری برای عمق بخشیدن به مدل سه‌بعدی، بافت و نورپردازی المان‌ها را مورد تحلیل قرار می‌دهد. سپس، نتایج حاصل از فرآیندهای تعیین مختصات نقاط و ویژگی‌های عمقی آن‌ها با یکدیگر ترکیب می‌شوند. خروجی کار، یک مش سه‌بعدی با فرمت‌هایی نظیر OBJ ،FBX ،PLY و STL است.

مثلث‌بندی در نرم‌افزارهای فتوگرامتری به طور خودکار انجام می‌شود. با این وجود، کاربران می‌توانند دقت محاسبات را با تغییر تنظیمات افزایش دهند. برخی از نرم‌‌افزارها، حتی امکان مشخص کردن تعداد مثلث‌های موجود در مش سه‌بعدی را فراهم می‌کنند. این قابلیت، بر روی اندازه فایل خروجی و سهولت اجرای پردازش ثانویه مدل تاثیر می‌گذارد. زمان پردازش تصاویر، به تنظیمات نرم‌افزار بستگی دارد. بنابراین، توجه داشته باشید که تنظیم اشتباه پارامترها می‌تواند مدت زمان گرفتن خروجی را چند برابر کند.

خروجی پردازش اولیه در فتوگرامتری

برخی از نرم‌افزارهای حرفه‌ای فتوگرامتری، از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای شناسایی مفهومی المان‌های درون تصویر نظیر ساختمان‌ها، خودروها، انسان‌ها و غیره بهره می‌گیرند. این الگوریتم‌ها، امکان حذف اشیای متحرک نظیر پرندگان و عابران پیاده را فراهم می‌کنند. الگوریتم‌هایی نظیر «برازش منحنی زنجیری» (Catenary Curve Fitting) نیز برای شناسایی شکل‌های نازک نظیر اسکلت‌های فولادی، خطوط انتقال برق و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مرحله چهارم تصویرسنجی: پردازش ثانویه

پردازش تصاویر، محاسبات پیچیده‌ای دارد. با این وجود، کاربران با بارگذاری تصاویر و انتخاب گزینه‌های مورد نظر خود می‌توانند به یک خروجی سه‌بعدی دست پیدا کنند. دشوارترین مرحله در فرآیندهای فتوگرامتری، پردازش ثانویه یا پس‌پردازش است. مدل‌های سه‌بعدی حاصل از پردازش تصاویر، معمولا عیب و نقص‌های مختلفی دارند. بنابراین، کاربر باید این عیب و نقص‌ها را پیدا و رفع کند. در اغلب موارد، جهت‌گیری و مقیاس خروجی نیز تنظیم می‌شود.

پردازش ثانویه در تصویرسنجی
تصویر واقعی، پردازش اولیه و پردازش‌های ثانویه

برخی از نرم‌افزارهای فتوگرامتری، از ابزارهای پردازش ثانویه بهره می‌برند. پس از اتمام این مرحله، امکان گرفتن خروجی STL از مدل نهایی و گرفتن پرینت سه‌بعدی یا وارد کردن آن در نرم‌افزارهای دیگر نظیر اتوکد فراهم می‌شود.

بهترین نرم افزارهای فتوگرامتری چه هستند ؟

از شناخته شده‌ترین و بهترین نرم‌افزارهای تصویرسنجی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • Agisoft Metashape
  • Autodesk ReCap
  • RealityCapture
  • AliceVision Meshroom
  • 3DF Zephyr
  • Colmap
  • Regard3D
  • VisualSFM
  • Photomodeler
  • Qlone

از میان گزینه‌های بالا، «Agisoft Metashape»، از محبوبیت بیشتری نزد کاربران ایرانی برخوردار است. بنابراین، در ادامه به معرفی قابلیت‌های این نرم‌افزار می‌پردازیم.

قابلیت های فتوگرامتری نرم افزار Agisoft Metashape

«اجی‌سافت متاشیپ» (Agisoft Metashape) یا «اجی‌سافت فتواسکن»، نام یک نرم‌افزار قدرتمند و قابل اطمینان در زمینه فتوگرامتری است. این نرم‌افزار در دو نسخه استاندارد و حرفه‌ای ارائه می‌شود.

نسخه استاندارد اجی‌سافت برای مدل‌های ساده کفایت می‌کند اما برای ساخت مدل‌های مرتبط با حوزه GIS، باید از نسخه حرفه‌ای این نرم‌افزار استفاده کرد.

مدل سه بعدی ساخته شده توسط Agisoft
مدل سه بعدی ساخته شده توسط Agisoft Metashape

از قابلیت‌های حرفه‌ای Agisoft Metashape می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مثلث‌بندی فتوگرامتریک: پشتیبانی از انواع روش‌های تصویربرداری نظیر کوتاه‌برد، هوایی و ماهواره‌ای، کالیبراسیون خودکار، پشتیبانی از پروژه‌های دارای چند دوربین، پشتیبانی از تصاویر اسکن شده و علائم
  • ویرایش و تقسیم‌بندی ابر نقاط متراکم: امکان ویرایش مدل برای دستیابی به نتایج دقیق، تقسیم‌بندی خودکار نقاط برای سفارشی‌کردن بازسازی‌های آتی، وارد کردن و خروجی گرفتن از داده‌های ابر نقاط
  • ویرایش و ایجاد مدل ارتفاعی دیجیتال: ساخت مدل دیجیتالی سطوح و یا عوارض زمین، ژئورفرنس کردن بر اساس داده‌های EXIF و GCP، پشتیبانی از سیستم مختصاتی EPSG
  • پشتیبانی از داده‌های LiDAR: پشتیبانی از داده‌های هوایی نقاط LiDAR، پشتیبانی از اسکنرهای لیزری بیرونی، کلاس‌بندی نقاط زمینی برای داده‌های LiDAR، نمایش اسکن‌های لیزری در نمای مدل
  • پشتیبانی از شاخص‌ها و نقاط کنترلی روی زمین: امکان وارد کردن داده‌های GCP برای ژئورفرنس کردن و کنترل دقت نتایج، تشخیص سریع ورودی‌های کدنویسی شده یا نشده GCP، ابزار تنظیم فاصله مبنا بدون نیاز به تجهیزات مکانیابی
  • اندازه‌گیری پارامترهای هندسی: فاصله، مساحت، حجم

برخی دیگر از قابلیت‌های کاربردی اجی‌سافت فتواسکن عبارت هستند از:

  • اندازه‌گیری‌های استریوسکوپی
  • ساخت و رندر مدل‌های سه‌بعدی
  • مدل‌سازی صحنه‌های پویا
  • ساخت تصاویر پانوراما
  • پردازش تصاویر چندطیفی
  • شناسایی خودکار کابل‌های انتقال برق
  • پردازش تصاویر ماهواره‌ای 
  • پشتیبانی از API پایتون و جاوا
  • پشتیبانی از پردازش شبکه
  • پشتیبانی از پردازش ابری

کاربردهای فتوگرامتری چه هستند ؟

فتوگرامتری، در بسیاری از حوزه‌های مرتبط با علوم زمین و علوم نظامی کاربرد دارد. در این بخش، به معرفی مهم‌ترین و متداول‌ترین کاربردهای تصویرسنجی می‌پردازیم.

کاربرد فتوگرامتری در نقشه برداری

یکی از قدیمی‌ترین و اصلی‌ترین کاربردهای تصویرسنجی، تهیه نقشه‌های شهری و زمین‌شناسی است. به علاوه، ساخت نقشه‌ها و مدل‌های سه‌بعدی شهرها نیز با استفاده از روش‌های فتوگرامتری انجام می‌گیرد.

نمای سه بعدی در گوگل ارث

برای نقشه‌برداری شهری، معمولا از تصویربرداری هوایی استفاده می‌شود. نقشه‌های گوگل مپ و گوگل ارث، به همین روش تهیه شده‌اند.

فتوگرامتری، در تهیه نقشه‌های توپوگرافی و دیگر نقشه‌های زمین‌شناسی نیز کاربرد دارد. این نقشه‌ها معمولا توسط داده‌های به دست آمده از حسگرهای نصب شده بر روی ماهواره‌ها، هواپیماها یا پهپادها تهیه می‌شوند.

کاربرد فتوگرامتری در کشاورزی

فتوگرامتری، در علوم کشاورزی نیز کاربرد دارد. به عنوان مثال، تصویر زیر را در نظر بگیرید. این تصویر، داده‌های عکس‌برداری هوایی از یک زمین کشاورزی را نمایش می‌دهد. نقاط سبز، چغندر قند و نقاط بنفش، علف هرز هستند.

تفسیر مفهومی تصویر زمین چغندر

فتوگرامتری، امکان تحلیل زمین کشاورزی و ارزیابی نحوه توزیع علف‌های هرز را فراهم می‌کند. به این ترتیب، مهندسان کشاورزی می‌توانند طرح مناسب برای کنترل رشد علف‌های هرز را ارائه دهند. این فقط یک مثال کوچک از کاربرد تصویرسنجی در حوزه کشاورزی بود. یکی دیگر از کاربردهای پیشرفته‌تر تصویرسنجی در کشاورزی، می‌توان به بخش‌بندی تصویر اشاره کرد.

بخش‌بندی تصویر زمین بر اساس کیفیت محصول کشاورزی
بخش‌بندی تصویر زمین بر اساس کیفیت محصول کشاورزی

با بخش‌بندی تصاویر هوایی زمین کشاورزی، امکان مشاهده عملکرد محصولات به صورت گروهی و یا منفرد (تصویر زیر) فراهم می‌شود. به این ترتیب، اطلاعات ارزشمندی راجع به مناسب بودن روش‌های انتخابی برای پرورش محصول به دست می‌آید.

شناسایی محصولات خراب
شناسایی محصولات

کاربرد فتوگرامتری در باستان شناسی

تصویرسنجی در مطالعه آثار باستانی کاربرد دارد. برای این منظور، معمولا یک ربات را به چندین دوربین عکس‌برداری و یا فیلمبرداری مجهز می‌کنند. این ربات، درون سازه قدیمی به تصویربرداری می‌پردازد. داده‌های به دست آمده به منظور ساخت مدل‌های سه‌بعدی از سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل‌ها، به باستان‌شناسان در مطالعه و اکتشاف آثار باستانی کمک می‌کنند.

کاربرد فتوگرامتری در باستان شناسی

کاربرد فتوگرامتری در رباتیک

عملکرد مناسب ربات‌های هوشمند و سیستم‌های خودمختار، به درک بصری آن‌ها از محیط اطراف‌شان بستگی دارد. به عبارت دیگر، سیستم‌های رباتیک هوشمند باید قادر به تفسیر المان‌هایی باشند که آن‌ها را توسط دوربین‌ها و دیگر سنسورهای خود مشاهده می‌کنند.

کاربرد فتوگرامتری در رباتیک

ماشین‌های خودران را در نظر بگیرید. این ماشین‌ها، مثال خوبی از کاربرد همزمان فتوگرامتری، بینایی کامپیوتری و یادگیری عمیق هستند. برای عملکرد صحیح، این ماشین‌ها باید قادر به تشخیص مسیر و موانع آن باشند. داده‌های حاصل از فتوگرامتری و بینایی کامپیوتری، این امکان را برای ماشین‌های خودران فراهم می‌کند. یادگیری عمیق نیز با کاهش درصد خطای تصمیم‌گیری، کارایی این ماشین را بهبود می‌بخشد.

کاربرد فتوگرامتری در ساخت و ساز

امروزه، استفاده از تکنولوژی تصویرسنجی برای طراحی و برنامه‌ریزی اجرای زیرساخت‌های عمرانی، به یک امر اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. تهیه مدل‌های سه‌بعدی زنده از وضعیت سازه، به پیمانکاران در مدیریت موثر پیشرفت پروژه کمک می‌کنند. به این ترتیب، هزینه‌ها و تاخیر در اتمام فعالیت‌ها کاهش می‌یابد.

کاربرد فتوگرامتری در ساخت و ساز

کاربرد فتوگرامتری در عملیات های خاکی

عملیات خاکی، فعالیت‌هایی نظیر آماده‌سازی، خاکبرداری، جابجایی، خاکریزی و تسطیح زمین در پروژه‌های عمرانی است. تصویرسنجی، امکان تهیه نقشه توپوگرافی از محل اجرای عملیات خاکی را فراهم می‌کند. داده‌های حاصل از فتوگرامتری، به منظور محاسبه دقیق احجام خاک مورد استفاده قرار می‌گیرند. این داده‌ها برای اعتبارسنجی فعالیت‌های انجام شده و اطمینان از مناسب بودن بودجه اختصاص‌یافته نیز به کار گرفته می‌شوند.

کاربرد فتوگرامتری در معدنکاری

تصویرسنجی، کارایی خوبی در حوزه معدن دارد. در پروژه‌های متوسط تا بزرگ معدنی، پیش از شروع مرحله استخراج (مرحله تجهیز کارگاه یا قبل‌تر)، یک تصویر هوایی باکیفیت از محدوده معدن تهیه می‌شود. تصویر، به منظور ارزیابی وضعیت توپوگرافی محدوده و برنامه‌ریزی برای تجهیز و استخراج مورد استفاده قرار می‌گیرد. با شروع استخراج ماده معدنی/باطله، پهپادهای مخصوص، در بازه‌های زمانی مشخص، به تصویربرداری از معدن می‌پردازند.

کاربرد فتوگرامتری در معدنکاری

داده‌های حاصل از تصویرسنجی، برای محاسبه سریع احجام دپوهای معدنی و نواحی قابل استخراج استفاده می‌شوند. دسترسی آسان به محاسبات احجام، نه تنها روند ثبت گزارش‌های تولید را بهبود می‌بخشد، بلکه سرعت تایید میزان مواد جابجا شده توسط پیمانکاران ترابری را نیز افزایش می‌دهد.

سوالات متداول در رابطه با فتوگرامتری

در این بخش، به برخی از پرتکرارترین سوالات در رابطه با فتوگرامتری به طور خلاصه پاسخ می‌دهیم.

تعریف فتوگرامتری چیست؟

فتوگرامتری، فرآیند اندازه‌گیری با استفاده از عکس است.

فتوگرامتری چه کاربردی دارد؟

کاربرد اصلی فتوگرامتری، تخمین هندسه سه‌بعدی محیط از روی داده‌های دوبعدی و تفسیر رابطه مفهومی بین داده‌ها است.

انواع تصاویر مورد استفاده در فتوگرامتری چه هستند ؟

تصاویر هوایی و زمینی، از انواع تصاویر مورد استفاده در فتوگرامتری هستند.

انواع فتوگرامتری چه هستند ؟

انواع فتوگرامتری بر اساس محل قرارگیری تجهیزات به دو نوع زمینی یا برد کوتاه و هوایی تقسیم می‌شوند.

فتوگرامتری برد کوتاه چیست ؟

یکی از انواع فتوگرامتری زمینی است که در آن، شی مورد نظر تا دوربین عکاسی، کمتر از 300 متر فاصله دارد.

ورودی فتوگرامتری چیست؟

داده‌های به دست آمده از دوربین عکاسی یا سنسورهای دیگر، ورودی‌های اصلی تصویرسنجی هستند.

خروجی فتوگرامتری چیست؟

خروجی فتوگرامتری، مدل سه‌بعدی معرف خواص هندسی و مفهومی شی یا محیط مورد مطالعه است.

مراحل فتوگرامتری چه هستند ؟

فتوگرامتری طی چهار مرحله شامل تصویربرداری، بارگذاری تصاویر در نرم‌افزار، پردازش اولیه (ساخت مدل اولیه) و پردازش ثانویه (ساخت مدل نهایی) انجام می‌شود.

تجهیزات فتوگرامتری چه هستند ؟

از متداول‌ترین سنسورهای مورد استفاده در فرآیند فتوگرامتری می‌توان به دوربین‌های صنعتی، دوربین‌های دیجیتال، دوربین‌های رقومی و مسافت‌یاب‌های لیزری اشاره کرد.

فرمت فایل خروجی نرم افزار فتوگرامتری کدام هستند ؟

فایل خروجی نرم‌افزار فتوگرامتری، معمولا با فرمت‌هایی نظیر PLY ،OBJ ،FBX و STL ایجاد می‌‌شوند.

بهترین نرم افزارهای فتوگرامتری چه هستند؟

Agisoft Metashape و Autodesk ReCap، دو مورد از بهترین نرم‌افزارهای مورد استفاده در تصویرسنجی هستند.

فتوگرامتری با چه رشته هایی ارتباط دارد ؟

تصویرسنجی با بسیاری از رشته‌ها نظیر نقشه‌برداری، عمران، معماری، باستان‌شناسی، زمین‌شناسی، طراحی، بازی‌سازی و غیره ارتباط دارد.

آیا فتوگرامتری شاخه ای از GIS است ؟

فتوگرامتری و سنجش از دور، از روش‌های مورد استفاده در GIS هستند.

بر اساس رای ۱۶ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
FormLabsمجله فرادرس
نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *