Σχολή Αγρονόµων Τοπογράφων Μηχανικών ΕΜΠ. Αποτυπώσεις Μνηµείων Υπεύθυνος Διδάσκων: Γεωργόπουλος Ανδρέας. Περί φωτογραµµετρίας

Transcript

1 Σχολή Αγρονόµων Τοπογράφων Μηχανικών ΕΜΠ Αποτυπώσεις Μνηµείων Υπεύθυνος Διδάσκων: Γεωργόπουλος Ανδρέας Περί φωτογραµµετρίας

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Crea:ve Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Περί Φωτογραµµετρίας ü Βασικές αρχές ü Ο ρόλος της Φωτογραµµετρίας στην τεκµηρίωση των µνηµείων ü Φωτογραµµετρική επεξεργασία ü Ιδιαιτερότητες εφαρµογής ü Προγραµµατισµός λήψεων

4 ... ή αλλιώς...

5 ... δηλαδή στην ουσία... Χ, Υ, Ζ σηµείων Γραµµικό σχέδιο Εικονιστικό προϊόν

6 Albrecht Meydenbauer Εµπνευστής Αρχιτεκτονικής Φωτογραµµετρίας το

7 ως αποτέλεσµα της πτώσης του από την εκκλησία στο Βέτσλαρ! το 1885 ίδρυσε το Βασιλικό Πρωσικό Ινστιτούτο Φωτογραµµετρίας.

8 Ψηφιακή Εικόνα

9 Βασικές αρχές n Προσοµοίωση της ανθρώπινης όρασης B A C Μαθηµατική γεωµετρική περιγραφή ενός φυσικού φαινοµένου

10 Η Φωτογραµµετρική Διαδικασία y x á Συλλογή Πληροφορίας Στοιχειώδεις Μετρήσεις O Προσδιορισµός & Εφαρµογή Γεωµετρικού Μοντέλου A Τελικά προϊόντα Αναλυτική ή Ψηφιακή Επεξεργασία Χ, Υ, Ζ

11 Συλλογή Πληροφορίας ή λήψη των φωτογραφιών Φωτογραφικές Μηχανές Πλατφόρµες λήψης Φακός Φιλµ Φως Φίλτρο

12 Φωτογραφικές Μηχανές Η φωτογραφική µηχανή είναι το µόνο όργανο µέτρησης και καταγραφής διαθέσιµο στον φωτογραµµέτρη n Μετρητικές µηχανές Κατασκευασµένες ειδικώς για φωτογραµµετρικές εφαρµογές. Οργανα γνωστής εσωτερικής γεωµετρίας για ακριβείς µετρήσεις και καταγραφή n Ηµι-µετρητικές µηχανές Διασκευασµένες ερασιτεχνικές µηχανές, ώστε να προσοµοιώσουν τις µετρητικές. Μια υβριδική λύση για ένα όχι και τόσο ακριβές µετρητικό όργανο n Μη µετρητικές µηχανές Ερασιτεχνικές µηχανές του εµπορίου χωρίς καµµία γνώση της εσωτερικής γεωµετρίας. Απλά µετρητικά όργανα µειωµένης ακρίβειας

13 Πλατφόρµες Λήψης Αερόστατα Καλαθοφόρο όχηµα Αεροµοντέλα

14 Πλατφόρµες Λήψης Ειδικές κατασκευές Αετοί Ελικόπτερα

15 Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας Φωτογραµµετρία είναι ουσιαστικά- ο µετασχηµατισµός της κεντρικής προβολής σε ορθή ΚΠ ΟΠ Το βασικό πρόβληµα αυτού του µετασχηµατισµού είναι το γεγονός ότι η τρίτη διάσταση δεν ανιχνεύεται εύκολα στην 2D εικόνα 2D? 3D

16 Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας n Το πρόβληµα της χαµένης τρίτης διάστασης δεν υφίσταται, όταν το αντικείµενο δεν διαθέτει τρίτη διάσταση, δηλ. όταν είναι ένα επίπεδο αντικείµενο!! n Στην περίπτωση αυτή στην 2D εικόνα εµφανίζεται ένα 2D αντικείµενο. Ετσι ο µετασχηµατισµός είναι αντιστρέψιµος. 2D! Αναγωγή 2D

17 Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας n Αναγωγή καλείται ο προβολικός µετασχηµατισµός της εικόνας ενός 2D αντικειµένου σε ορθή προβολή 1 Y a X a a Y a X a y 1 Y a X a a Y a X a x = = x, y X, Y

18 Παράδειγµα εφαρµογής - Αναγωγή 1/2 Αρχική εικόνα Ανηγµένη Αντίθεση - Φωτεινότητα Επέµβαση στα pixel

19 Παράδειγµα εφαρµογής - Αναγωγή 2/2 Παραγωγή δυαδικής (binary) εικόνας Επεξεργασία ψηφιδωτό à διανυσµατικό (raster to vector)

20 Μονοεικονική Αναγωγή Αποτύπωση του Καθολικού της Μονής του Προφήτη Ηλία - Δήµου Κεντρικού Ζαγορίου Διπλωµατική Εργασία: Γ. Κοττίκας & Ξ. Παππά, 1999

21 Βόρεια όψη Γενικές διαστάσεις: 16.6 (µήκος) x 8.3 (ύψος)

22 Ψηφιακή αναγωγή

23 Βόρεια όψη (φωτοµωσαϊκό)

24 Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας Στην περίπτωση ενός 3D αντικειµένου, ο µετασχηµατισµός από τις 2D της εικόνας στις 3D του χώρου είναι αδύνατος και έτσι... η Επιστήµη αναζητά βοήθεια από τη Φύση!! Η στερεοσκοπική όραση χρησιµοποιείται, ώστε να εκµεταλλευθούµε την ικανότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου να αντιλαµβάνεται και να ανιχνεύει το βάθος από δύο επικαλυπτόµενες εικόνες

25 Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας Για να προσδιοριστεί η θέση µιας ακτίνας (ευθείας) στον 3D χώρο, θα πρέπει να είναι γνωστά µερικά από τα παρακάτω: a O Η θέση του σηµείου στην εικόνα (x,y) Η θέση του κέντρου προβολης (Xo,Yo,Zo) Ο προσανατολισµός του άξονα λήψης (ω,φ,κ) Οι συντεταγµένες του σηµείου στο χώρο (X.Y.Z) A... και δεν θα πρέπει να ξεχνάµε ότι τα a, A and O κείνται επ ευθείας

26 Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας Η εξίσωση αυτής της ευθείας στο χώρο των 3D δίνεται από: x y c = λ R ωφκ X Xo Y Y Z Zo Για κάθε σηµείο που εµφανίζεται σε περισσότερες από µία εικόνες, επιλύεται ένα σύστηµα αντίστοιχων εξισώσεων, ώστε να προσδιοριστούν τα X, Y and Z του σηµείου, µε την προϋπόθεση ότι είναι γνωστές οι άλλες παραµέτροι (Εµπροσθοτοµία). Οι εικονοσυντεταγµένες (x, y) µετρώνται άµεσα στις εικόνες και τα Xo, Yo, Zo, ω, φ, και κ προσδιορίζονται µε τη βοήθεια σηµείων στο αντικείµενο µε γνωστές γεωδαιτικές συντεταγµένες (Φωτοσταθερά) o

27 Φωτογραµµετρικά όργανα n Εικόνες " αναλογικές " ψηφιακές n Αριθµητικά δεδοµένα Ø X Y Z Ø c, x o, y o, Δr ορθές προβολές

28 Φωτογραµµετρικά όργανα Επιθυµητές λειτουργίες Αρχές οργάνων n Στερεοσκοπική παρατήρηση και σκόπευση n Μέτρηση και προσδιορισµός Χ, Υ, και Ζ n Δυνατότητα σχεδίασης σε ορθή προβολή Υλοποιούµενες λειτουργίες n Στερεοσκόπια ή άλλη µέθοδος και ιπτάµενη µάρκα n Μέτρηση εικονσυν/νων και συνεχής εκτέλεση εµπροσθοτοµίας n Σύνδεση µε σχεδιαστικό περιβάλλον

29 Ψηφιακοί Φωτογραµµετρικοί Σταθµοί n Z/I SSK ImageStation n Leica Photogrammetric Suite n Racurs Photomod n BAE Systems Socet Set n Inpho suite n DVP, ISM, κ.τ.λ.

30 Λογισµικά φωτογραµµετρικής επεξεργασίας n Εµπορικά λογισµικά Topcon ImageMaster Photomodeler (Scanner) PhotoScan (SfM Structure from Motion) κ.τ.λ. n Διαδικτυακές υπηρεσίες ARC3D Photosynth Microsoft 123D Catch Autodesk (Photofly)

31 Ψηφιακή Φωτογραµµετρική επεξεργασία n Διανυσµατική απόδοση n Δηµιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Αντικειµένου ή Επιφανείας (DOM, DSM) n Παραγωγή ορθοφωτογραφίας και ορθοφωτοµωσαϊκού n Δηµιουργία τρισδιάστατου µοντέλου µε υφή

32 123D Catch

33 Παράγωγα Γεωµετρική Τεκµηρίωση Καθολικού Ι.Μ. Δαφνίου Εικονιστικά παράγωγα 1:25

34 Παράγωγα Γεωµετρική Τεκµηρίωση Καθολικού Ι.Μ. Δαφνίου Εικονιστικά παράγωγα 1:25

35 Συνδυασµός δεδοµένων 3D ψηφιακά γραµµικά σχέδια + 2D εικονιστικά παράγωγα

36 Ιδιαιτερότητες αποτυπώσεων σε µεγάλη κλίµακα n Πολύπλοκα αντικείµενα n Κοντινές αποστάσεις λήψης n Μεγάλες διαφορές αναγλύφου σε σχέση µε την απόσταση λήψης n Μεγάλες απαιτήσεις ακριβείας n Διαφορετικά συστήµατα αναφοράς n Δυσκολίες φωτογράφισης n Απαιτήσεις για εναλλακτικά προϊόντα

37 Φωτογραµµετρικές Λήψεις n Προγραµµατισµός Μονοεικονική ή στερεοσκοπική κάλυψη Κλίµακα & GSD (µέγεθος εδαφοψηφίδας) Φακός & Βαθµονόµηση Β/Η, επικάλυψη Κάλυψη αντικειµένου Φωτοσταθερά (αριθµός, κατανοµή) Απόδοση υφής

38 Προβληµατισµός n Όψη n Οριζόντια Τοµή n Κατακόρυφη τοµή

39

40 n Κατακόρυφη τοµή Προβληµατισµός n Τοµή αναβαθµών, τοίχων και στέγης n Προβολή Κιονοστοιχίας (?) Β & Ν, δυτικού τοίχου εσωτερικά, αετώµατος (?)

41 n Όψη Προβληµατισµός Λεπτοµέρειες αναβαθµών Κίονες Θριγκός

42 Φωτογραµµετρικές Λήψεις n Λήψη φωτογραφιών Φωτισµός, φωτοµέτρηση Έκθεση (κλείστρο, διάφραγµα) Χρήση τρίποδα Ευαισθησία (ISO) HDR (High Dynamic range)

43 HDR High Dynamic Range n Παραγωγή νέας ψηφιακής εικόνας από άλλες µε διαφορετικές εκθέσεις (φωτισµούς), ώστε να επιτευχθεί το ιδανικό αποτέλεσµα

44 Χρηµατοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.