Fotogrametrija: kaip iš nuotraukų gimsta žemėlapis ir 3D modelis
Fotogrametrija – tai matavimas iš nuotraukų: dronas sistemingai fotografuoja vietovę su dideliu persidengimu, o programa randa tuos pačius taškus daugelyje kadrų ir apskaičiuoja jų padėtį erdvėje. Rezultatas – ortofotoplanas, paviršiaus modelis (DSM), taškų debesis ar 3D modelis.
Kodėl tai svarbu
Kartografavimas ir inspekcijos – viena dažniausių profesionalių drono užduočių. Klientui reikia ne gražaus vaizdo, o išmatuojamo rezultato: ploto, tūrio, aukščio, defekto vietos. Kad jį gautumėte, reikia suprasti, ką programa daro su jūsų nuotraukomis ir kodėl kiekvienas skrydžio parametras turi pasekmių biure.
Mokykis
Matavimas iš nuotraukų
Fotogrametrija – mokslas apie objektų formos, dydžio ir padėties nustatymą iš nuotraukų. Esmė paprasta: jei tą patį tašką matote bent dviejose nuotraukose, padarytose iš skirtingų vietų, ir žinote, kur buvo kamera, galite apskaičiuoti to taško padėtį erdvėje – panašiai kaip dvi akys leidžia įvertinti atstumą.
Dronas šiam darbui puikiai tinka: jis gali skristi tiksliai suplanuota trajektorija, pastoviame aukštyje ir kas kelias sekundes daryti nuotrauką su GNSS koordinatėmis.
Ką daro programa: SfM ir tankusis atitikimas
- Raktiniai taškai. Kiekvienoje nuotraukoje randama tūkstančiai išskirtinių taškų (kampai, dėmės, tekstūra).
- Atitikimas. Tie patys taškai surandami kaimyninėse nuotraukose – todėl būtinas didelis persidengimas.
- Struktūra iš judesio (SfM). Vienu metu apskaičiuojamos kamerų padėtys, kameros vidiniai parametrai ir retas taškų debesis. Šis bendras sprendinys vadinamas pluoštų išlyginimu (angl. bundle adjustment).
- Tankusis atitikimas (MVS). Kai kameros „sustatytos“, apskaičiuojami milijonai taškų – tankusis taškų debesis.
- Produktai. Iš jo kuriamas paviršiaus modelis, ortofotoplanas, tinklelis (3D modelis).
Programa „mato“ tekstūrą. Vienalytis paviršius – sniegas, ramus vanduo, šviežias asfaltas, blizgantis stogas – turi mažai raktinių taškų, todėl ten dažnai lieka skylės ar klaidos.
Kameros vidiniai parametrai (židinio nuotolis, pagrindinis taškas, objektyvo iškraipymai) apskaičiuojami kartu su visa scena – tai vadinama savikalibracija. Todėl kartografavimo skrydžio metu nekeiskite priartinimo ir fokusavimo režimo: kiekvienas pakeitimas programai reiškia „naują kamerą“.
Pagrindiniai produktai trumpai
| Produktas | Kas tai | Kam naudojama |
|---|---|---|
| Ortofotoplanas | Iš daugelio nuotraukų sujungtas vaizdas, ištaisytas pagal reljefą, su vienoda mastele | Planai, plotų matavimas, statybų eiga |
| DSM | Paviršiaus aukščių modelis su pastatais ir medžiais | Tūriai, aukščiai, šešėlių analizė |
| DTM | Žemės paviršiaus modelis be objektų | Reljefas, nuolydžiai, vandens nuotėkis |
| Taškų debesis | Milijonai taškų su koordinatėmis ir spalva | Matavimai, CAD/BIM, pjūviai |
| 3D tinklelis | Tekstūruotas paviršiaus modelis | Vizualizacija, fasadų apžiūra |
Plačiau apie kiekvieną – pamokoje „Produktai: ortofotoplanas, DSM, taškų debesis“.
Santykinis ir absoliutus tikslumas
Santykinis tikslumas – kiek teisingi matavimai modelio viduje (atstumas tarp dviejų taškų, ploto dydis). Absoliutus tikslumas – kiek teisingai modelis „padėtas“ ant Žemės, t. y. ar koordinatės sutampa su tikrove.
Su įprastu drono GNSS galite gauti gerą santykinį tikslumą, bet visas modelis gali būti pasislinkęs keliais metrais. Absoliutų tikslumą užtikrina antžeminiai kontroliniai taškai (GCP) arba RTK/PPK – apie tai atskiros pamokos.
Kada fotogrametrija netinka
- Ploni objektai – laidai, antenos, grotos: juos geriau tiesiog fotografuoti ir apžiūrėti, o ne modeliuoti.
- Tanki augmenija, kai reikia žemės paviršiaus po medžiais: kamera mato tik lajas; tokiems darbams dažniau naudojamas LiDAR.
- Vanduo, stiklas, veidrodiniai paviršiai – atspindžiai „juda“ tarp kadrų.
- Judantys objektai (automobiliai, žmonės, technika) – jie tampa „vaiduokliais“.
Profesionalas klientui iš anksto pasako, kur metodas turi ribas – tai apsaugo nuo nusivylimo ir ginčų.
- Fotografuoti „iš akies“ su mažu persidengimu → naudokite planavimo programą su nustatytu persidengimu ir pastoviu aukščiu.
- Tikėtis tikslaus reljefo po medžiais → paaiškinkite klientui ribas arba siūlykite kitą metodą.
- Kartografuoti su automatiniu priartinimu ar keičiamu fokusu → užfiksuokite kameros nustatymus prieš skrydį.
3D animacija
Pamatyk 3D
Pakeiskite kameros kampą į statmeną žemyn (nadir) ir pažiūrėkite, kaip keičiasi kadro aprėptis ant žemės. FPV kameros kampas
Praktikuok simuliatoriuje
Tiesus sekimas · įskaita ≥ 60
Nuskriskite tiesią liniją pastoviu greičiu ir aukščiu – tai kiekvienos kartografavimo linijos pagrindas.
Patarimas: Pastovus greitis = vienodi tarpai tarp kadrų. Žiūrėkite į greičio rodmenį, ne į vaizdą.
Patikrink save
Pritaikyk
Prieš kitą pamoką pasirinkite realų plotą (pvz., sklypą ar aikštelę) ir užsirašykite, kokio produkto klientui reikėtų: ortofotoplano, aukščių modelio ar 3D modelio. Nuo to priklausys skrydžio aukštis, persidengimas ir kameros kampas. Toliau – GSD: kiek centimetrų telpa viename pikselyje.