Introducere în fotogrammetrie

Fotogrammetria are ca principal scop determinarea formei şi dimensiunilor plane sau spaţiale cu ajutorul fotografiilor . Aceste fotografii se numesc fotograme deoarece îndeplinesc anumite condiţii, în special condiţii metrice. În concluzie putem defini fotogrammetria ca fiind ştiinţa şi tehinica care se ocupã cu obţinerea fotografiilor central perspective asupra obiectelor de mãsurat şi extragerea de pe acestea a proiecţiile ortogonale ( ex.: planuri, hãrţi, profile etc.).

Tot în cadrul fotogrammetriei un alt scop al acesteia este acela de a recunoaşte şi a identifica o imagine fotograficã ; acestã operaţie purtând denumirea de fotointerpretare.

Fotogrammetria-fotointerpretarea are la rãndul ei ca principalã preocupare determinarea caracteristicilor cantitative şi calitative ale obiectelor din spaţiul înconjurãtor pe baza acestor fotograme. Putem spune cã fotogrammetria – fotointerpretarea este ştiinţa şi tehnica care are ca scop obţinerea fotogramelor , recunoaşterea şi identificarea imaginilor cât şi determinarea formei şi dimensiunilor obiectelor şi materealizarea acestora în formã analogicã şi/sau digitalã.

Fotogrammetria a apãrut ca urmare a randamentului scãzut pe care îl ofereau metodele clasice topografice de mãsurare a suprafeţelor întinse şi reprezentarea acestora la diferite scãri. De asemenea aceastã problemã s-a accentuat în momentul în care construcţiile inginereşti, a hidroamelioraţiilor , sistematizãrilor etc. au început sã se dezvolte şi sã solicite în permanenţã mãsurarea topograficã a zonelor terestre şi reprezentarea acestora pe planuri topografice ( 1:100 – 1:1000 ) cât mai repede şi mai precis posibil. Deoarece metodele clasice topografice nu ofereau rapiditatea de care aveau nevoie lucrãrile inginereşti tot mai intensive , pentru realizarea mãsurãtorilor necesare şi elaborarea planurilor , s-a hotãrât cãutarea unor noi metode de mãsurare mai rapide şi cu un randament mai mare. Astfel s-a ajuns sã se foloseascã tehnica fotografiei , pentru înregistarea zonelor terestere pe suprafeţe cât mai mari , concomitent cu aplicaţiile geometriei proiective şi perspective pentru stabilirea unor raporturi matematice între fotografiile obţinute şi obiectele fotografiate şi transformarea acestor imagini în planuri şi hãrţi topografice corespunzãtoare zonelor fotografiate cu ajutorul unor aparate adecvate.

Dupã cum am menţionat mai sus , fotogrammetria a apãrut din necesitatea întocmirii rapide şi precise a planurilor şi a hãrţilor topografice de zone ( regiuni ) terestre cât mai mari. De aici a fost doar un pas pâna cãnd aceasta s-a extins la alte tipuri de aplicaţii, unele de teren altele de laborator.

Avantajele fotogrammetriei: daca ne referim la suprafeţele pe care aceasta le redã direct în spaţiu prin metode

semiautomate şi automate , putem spune cã aceasta este o industrie topograficã în comparaţie cu topografia clasicã . Datoritã randamentului ridicat, atãt în lucrãrile de laborator cât şi în cele de teren, fotogrammetria reduce cheltuielile, scurteazã termenul de execuţie al planurilor şi al hãrţilor şi de asemenea are posibilitatea de a le reactualiza ;

redarea nivelmetului şi a planimetriei este radatã cu succes deoarece se bazeazã pe documentul de teren ( fotograma ) deja existent, nu se mai foloseşte interpolerea. În fotogrammetrie se mãsoarã fiecare punct : planimetria este urmãritã şi mãsuratã pe fiecare punct al fiecãrui detaliu, iar curbele de nivel sunt şi ele redate, dar de aceastã data cu un randament ridicat , spre deosebire de reprezentãrile realizate de topografia clasicã;

în ceea ce priveşte fotografia aerianã, aceasta oferã o înregistrare instantanee a zonei , care se poate repeta daca este necesar;

- 1 -

fotogrammetria oferã produse noi cu o mare bogãţie în detalii şi cu o valoare de înregistrare obiectivã a situaţiei : fotograma propriu zisã , fotoplanul, stereograma etc.

Factorii limitativi ai fotogrammetriei: Ca şi oricare altã tehnicã de mãsurare , fotogrammetria are si ea , la rândul ei , unele

aspecte limitative. Vorbim aici , în primul rând de tehnica mai ridicatã cu care lucrãm , care implicã inevitabil costuri mai mari pentru o precizie mai ridicatã. De asemenea este nevoie şi de o reţea de puncte de sprijin mai mult sau mai putin densã ( dupã caz ) , dacã aceasta nu existã în zona de lucru.

Domenii de aplicaţie ale fotogrammetriei : Fotogrammetria are ca principal domeniu de aplicaţie întocmirea planurilor şi a hãrţilor

topografice , operaţie care se poate face la orice scarã uzualã.Determinarea planimetricã , un alt domeniu de aplicaţie, nu prezintã nici un fel de

problemã în realizarea ei în condiţii bune şi cu precizia necesarã.Cel mai dificil domeniu de aplicaţie pentru fotogrammetrie este trasarea nivelmentului,

deoarece complicã aparatura şi metodele de lucru , dar acestã problemã este rezolvatã , iar aplicaţia ei pentru scãrile mari se face în mod curent. Metodele şi principiile fotogrammetriei acoperã toate nevoile de întocmire a planurilor topografice şi a hãrţilor la orice scãri, indiferent de condiţii, în zone greu accesibile sau dificile din punct de vedere meteorologic atât în spaţiul terestru cât şi în cel cosmic.

Evoluţia ideilor şi metodelor în fotogrammetrie În ceea ce urmezã vom urmãrii evoluţia ideilor şi metodelor în fotogrammetrie de la

apariţia acesteia pânã în prezent pornind de la fotogrammetria terestrã pânã la aerofotografierea digitală , folosirea ortofotogramelor .

1. Fotogrammetria terestrã„ Primele aplicaţii ale fotogrammetriei la elaborarea unui plan topografic s-au fãcut

pornindu-se de la ideile clasice ale topografiei prin intersecţia înainte graficã . Metoda în sine constã în restituirea perspectivelor obţinute din cele 2 staţii de fotografiere cu ajutorul mãsurãtorilor de lungimi şi unghiuri fãcute pe clişee şi trasarea epurei de intersecţie a razelor omologe. Folosirea acestei metode era în practicã destul de greoaie , principala greutate o constituia identificarea punctelor omologe pe fotografiile luate din puncte da staţie destul de depãrtate şi care fotografii prezentau aspecte diferite ” ( Niculesc Stanca , 1987 ).

Aplicaţia fotogrammetriei terestre dupã metodele clasice , dupã cum observãm din afirmaţia de mai sus , era destul de complicatã de realizat de aceea s-a hotãrât îmbunãţirea metodei . Acestã îmbunãtãţire s-a evidenţiat în utilizarea sterofotogrammetriei terestre.

Dupã ce în anul 1892 Stolze , discipolul lui Albrecht Maydenbauer , a inventat reperul stereoscopic a apãrut ideea de a utiliza fenomenul fuziunii binoculare pentru a reuni punctele puse prin identificarea punctelor omologe a 2 fotografii rezultând astfel modelul stereoscopic al terenului.

Faţã de metodele anterioare acest principiu prezintã unele avantaje : “ apare posibilitatea de apreciere a formelor de teren , a liniilor caracteristice ale

terenului;

- 2 -

din punct de vedere metric intersecţia vizelor independente este înlocuitã prin mãsurãtori de paralaxã stereoscopicã la care vederea binocularã este extreme de sensibilã “( Niculesc Stanca , 1987 )

Aparate care au permis mãsurãtori stereoscopice: primul aparat realizat de germanul Pulfrich care a permis mãsurarea simultanã a

coordonatelor punctelor omologe de pe 2 fotografii cu precizia de 0,01 mm; în 1902 , în Anglia Fourcade realizeazã un aparat analog şi anume

stereocomparatorul ; 1908 a fost anul în care a apãrut stereoautograful realizat de cãtre colonelul austriac

Orél care a avut idea de a adãuga stereocomparatorului lui Pulfrich un dispozitiv de cãrucioare care sã materealizeze în mod grafic epura . Acest aparat a mai fost îmbunãtãţit mai târziu de firma Zeiss Jena ( anul 1911 şi 1939 ) .

Ţinând seama de toate aceste îmbunãtãiri fotogrammetria terestrã şi-a atins limitele evoluţiei lãsând locul fotogrammetriei aeriene.

2. Fotogrammetria aerianãÎn 1859 Nadar a fãcut primele încercãri de fotografiere aerianã. Camerele au fost amplasate

în baloane libere sau dirijabile apoi în avioane între anii 1890 şi 1914 de cãtre Thiéle ( Rusia ) , Tardivo ( Italia ) , Adamis ( Statele Unite ) , Sacconney ( Franţa ) . Acestea s-au întâmplat ca urmare a apariţiei emulsiilor de gelatino – bromurã.

Cel care a pus bazele tehnicii de fotografiere şi restituţie este austriacul Scheimpflug , care de la apariţia baloanelor dirijabile a înţeles avantajele pe care le poate aduce aceste fotografieri. Astfel cã pentru acoperirea fotograficã a unui teren , dirijarea fotografierii trebuie sã se facã dupã direcţii paralele , la aceeaşi altitudine , iar intervalele de fotografiere sã fie constante , astfel cã 2 fotografii successive sã se acopere mai mult de jumãtate , iar distanţa între 2 traiectorii vecine sã fie astfel încât sã se acopere marginile benzilor.

Pentru a reduce numãrul de benzi acesta foloseşte fotografierea cu axa înclinatã faţã de verticalã , pe care le va transforma prin intermediul unui aparat special construit ( primul aparat de redresare ) în perspective cu axa verticalã .

Dezvoltarea rapidã a aviaţiei şi a fotogrammetriei aeriene în timpul primului rãzboi mondial are un rol considerabil în utilizarea fotografiilor înclinate din avion în scopuri topografice.

Dupã cel de al doilea rãzboi mondial a apãrut necesitatea punerii la punct a hãrţilor şi a planurilor topografice înt-o formã modernã şi de o mare precizie. Odatã cu acestã necesitate şi metodele elaborate au suferit o serie de schimbari care au dus la ceea ce numim azi “ tehnica modernã “. Acestã tehnicã modernã este reprezentatã de fotogrammetria digitalã, aerofotografierea , care sunt în curs de dezvoltare.

Fotogrammetria digitalã are ca avantaj principal faptul cã imaginea este digitalã , înlocuindu-se astfel fotografiile. În acest fel se reduc costurile filmului şi a developãrii , de asemenea se reduc şi 2 operaţii esenţiale din lanţul tehnologic şi anume : developarea şi scanarea , care introduceau şi anumite erori.

Camerele digitale sunt echipamente speciale care au rolul de a achiziţiona , stoca , prelucra şi analiza imaginili digitale utilizând informaţii geometrice, radiometrice şi semantice ale spaţiului obiectului.

- 3 -

Prelucrarea imaginilor în cazul utilizãrii staţiilor fotogrametrice digitale necesitã tehnologii speciale de software şi hardware specializate precum şi sisteme de mãsurare performante.

Etapele de prelucare a imaginilor fotogrametrice : determinarea centrului fiecărei fotograme (orientarea interioară), orientarea fotogramelor între ele prin procedee de corelaţie automată şi semiautomată

(orientarea relativă) determinarea poziţiei şi orientării absolute în spaţiu a fiecărei fotograme (orientarea

absolută). Aceste etape au ca drept rezultat creerea de modele stereoscopice orientate (perechi de

fotograme orientate) care pot fi exploatate independent.Îmbunãtãţirea imaginilor digitale prin :

accentuarea contrastului = se realizeazã în cazul imaginilor care au un contrast scãzut reducerea zgomotului = aceastã metodã pune în evidenţã imaginile greu accesibile şi

limiteazã culorile imaginii binarizarea imaginii = metodã prin care se obţin imaginile alb-negru dintr-o imagine

care are şi imagini nedorite provenite din motive tehnice nedorite restaurarea imaginii = eliminarea distorsiunilor care afecteazã imaginea segmentarea imaginii = separarea regiunilor uniforme de interes din imagine extragerea de contur = asigurã la ieşire un contur închis , deci o imagine de clasã 3.

Prin intermediul aerotriangulaţiei , pentru proiectele de fotogrammetrie mari , se realizeazã o îndesire a punctelor corespondente teren – imagine pentru ca modelul stereoscopic sã conţinã puncte de coordonate atât în sistemul teren cât şi în sistemul fotogramei.

Avion fotogrammetric Camerã digitalã

Fotograma este o fotografie specială care din punct de vedere matematic este o proiecţie centrală. Pe ea se pot efectua măsurători precise, se pot stabili relaţii matematice între punctele de pe suprafaţa terestră fotografiată şi corespondentele lor de pe imaginea fotografică

Avionul fotogrammetric are ca principale caracteristici : viteza de zbor , raza de acţiune , greutate , plafonul de zbor.

Camerele fotogrammetrice aeriene sunt echipamente de fotografiere care au capacitatea de a lucra în condiţii speciale de temperaturã , presiune şi umiditate. Ele pot fi montate atât pe avioane de aerofotografiere ( destinate întocmirii de hãrţi şi planuri topografice ) cât şi pe vehicule spaţiale ( sateliţi artificiali sau staţii orbitale ).

Respectivele camere pot fotografia obiectivul de la o distanţã de zeci de metri pânã la zeci de mii de metri în funcţie de caz.

Metode de aerofotografiere:

- 4 -

aerofotografierea verticalã = axa de fotografiere nu are abateri mai mari de 3˚ faţã de verticala punctului în care s-a fãcut fotografierea

aerofotografierea înclinatã = axa de fotografiere nu face cu verticala locului un unghi mai mare de 3˚ , are avantajul cã oferã posibilitatea înregistrãrii unei suprafeţe mai mari de teren şi dezavantajul cã scara detaliilor de pe fotogramã variazã în limite tot mai mari odatã cu creşterea unghiului

aerofotografierea orizontalã = cu ajutorul ei se înregistreazã linia orizontuluiDupă numărul de aerofotograme care se înregistrează şi după dispunerea lor metodele de

aerofotografiere se împart în: aerofotografierea obiectelor izolate = se inregisteazã pe 2 – 4 fotografii construcţia care

ne intereseazã ( poduri , staţii de cale feratã , etc. ) aerofotografierea în şir = se realizeazã de-a lungul unui şir de apã , a unui drum etc. .

Acest şir de fotograme se realizeazã pentru a înregistra întreaga porţiune de teren ce urmeazã a fii studiatã .

aerofotografierea pe suprafaţă = se utilizeazã atunci când suprafaţa de teren are o laţime mai mare decât cea care poate fi cuprinsã într-o trecere în zbor a avionului.

Aerofotografierea multiplã permite înregistrarea simultanã de 8 sau 12 camere în diferite direcţii :

imagini oblice cu unghiuri mari de înclinãri ( linia orizontului se vede în imagine ) imagini oblice cu unghiuri mici de inclinãri ( linia orizontului nu se vede în imagine )Aceasta a fost dezvoltatã iniţial pentru localitãţi , dar s-a impus în numeroase aplicaţii în

afara localitãţilor urbane. Funcţionarea aerofotografierei multiple se bazeazã pe combinarea imaginilor oblice cu cele verticale şi prelucarea acestora prin intermediul de softuri care sã permitã realizarea de mãsurãtori metrice inclusiv pe imaginile oblice.

Ortofotogramele sunt produse fotogrammetrice spaţiale care transformã perfect imaginea aerianã din perspectiva lor centralã în proiecţie ortogonalã pe baza modelului numeric al terenului. Ortofotograma se obţine prin transformarea fotogramei originale, obţinută iniţial în proiecţie centrală într-o altă imagine ce teoretic s-ar obţine dintr-o proiecţie ortogonală.

Concluzii :

Lucrarea de faţã conţine informaţii generale privind “Fotogrammetria” ca obiect de studiu şi ca tehnicã în realizarea lucrãrilor topografice.

Dupã cum am vãzut evoluţia metodele şi tehnologiilor în fotogrammetrie este în continuã dezvoltare , dar nu putem sã nu remarcãm cã oricât de performante ar fi acestea existã metode şi tehnici “clasice “ care vor ramâne pentru totdeauna, deoarece acestea reprezintã bazele fotogrammetriei.

Fotogrammetria va fii principala tehnicã de realizare a lucrãrilor topografice, dar în totdeauna va fii nevoie şi de topografie , geodezie , cartografie , pentru realizarea unei reţele de puncte, îndesirea ei, materealizarea punctelor pe teren ş. a. (aplicaţii care nu se pot face din avion sau de la computer) .

- 5 -

Bibliografie :

1. Ioan Stoian, Luminiţa Livia Bârliba , 2009 , Elemente de fotogrammetrie , Editura EUROBIT, Timişoara

2. Prof. dr. ing. N. Oprescu , 1971, Fotogrametrie , Institutul de Construcţii Bucureşti3. Niculescu Stanca , 1987, Fotogrammetrie , Institutul de mine , Petroşani4. *** - http://facultate.regielive.ro/cursuri/grafica_computerizata/

- 6 -