aplicatii fotogrammetrice in fotogrammetria digitala

8/12/2019 Aplicatii fotogrammetrice in fotogrammetria digitala

1/40

Drd.ing. ClaraBeatrice Vlceanu

APLICAII PRACTICE N

FOTOGRAMMETRIA DIGITAL


2/40

2

PPRREEFFAA

n general, fotogrammetria digital este tiina utilizrii computerelor pentru obinerea

dimensiunilor obiectelor fotografiate. Implic, de obicei, analiza uneia sau mai multorfotografii/fotograme sau video existente cu programe specializate de fotogrammetrie pentru a

determina relaii spaiale.

Fotogrammetria digital la mic distan i gsete aplicabilitate n numeroase domenii,

precum medicin, arheologie i conservarea patrimoniului istoric i cultural, datorit

numeroaselor i binecunoscutelor sale avantaje: metoda de msurare este fr contact direct cu

obiectul studiat, rezultatele sunt precise i fiabile, culegerea datelorse face ntr-un timp scurt i

implic costuri reduse, imaginile sunt preluate i memorate, putnd fi consultate i remsurate

oricnd nviitor.

Aceast tehnic a devenit o alternativ eficient la clasicele msurtori topografice ale faadelor

cldirilor, dar realizarea unei aplicaii respect etapele oricrui proiect specific domeniului

Msurtorilor Terestre, mai exact sunt necesare planificarea, recunoaterea terenului pentru

organizarea campaniei de msurtori, executarea de msurtori propriu-zise i procesarea datelor

pentru obinerea unor rezultate cu valoare tehnic i tiinific.

Aplicaiilepractice detaliate n continuare implic fotogrammetria terestr la mic distan, ce se

bazeaz pe fotografii preluate cu ajutorul unei camere digitale, realizate manual de ctre operator

sau avnd camera digital montat pe un trepied. Aceste fotografii sunt utilizate apoi pentru

crearea modelelor 3D ale obiectivelor precum artefacte, cldiri, scenele unor accidente de

circulaie sau chiar de pe platourile de filmare.De asemenea pun accent pe aplicarea tehnicilor

de munc eficient n echip multidisciplinar pe diverse paliere ierarhice.

Obiectivele aplicaiilor practice: se urmrete nsuirea de ctre studeni a cunotinelor de

baz legate de fotogrammetria analogic i digital: distana focal, elementele de orientare

interioar i exterioar ale fotogramei, sistemele de coordonate utilizate n fotogrammetrie;

utilizarea programelor specializate pentru prelucrare.

Sunt utilizate n particular programele de specialitate, precum VeCad i AgiSoft PhotoScan,

pentru a scoate n eviden avantajele folosirii tehnicilor fotogrammetrice low-cost digitale ca

practici inovatoare n procesul de educaie, cu efecte deosebite n domeniul conservriipatrimoniului istoric i arhitectural al Timioarei, i nu numai.


3/40

3

Precondiii de accesare a aplicaiilor practice:pentru a nelege pe deplin noiunile i modul

de utilizare a programelor specializate fie n obinerea unor modele 3D ale obiectelor, fie n

crearea unor ortomozaice, studenii trebuie s fi studiat n prealabil discipline precum

Fotogrammetria analogic, Desen tehnic, AutoCad, Topografie, Instrumente i metode de

msurare.

Rezultate previzionate: promovarea aderrii la principiile Cartei Londra (London Charter)

pentru utilizarea vizualizrilor 3D ale obiectelor de patrimoniului cultural n cercetare i

comunicare; deprinderea abilitilor de vectorizare 3D a diferitelor forme, suprafee etc.;

dezvoltarea unor instrumente inteligente pentru achiziia datelor tridimensionale referitoare la

obiecte din patrimoniu utiliznd tehnologie disponibil la costuri reduse.

Timioara, Drd.ing. ClaraBeatrice Vlceanu

01.10.2013


4/40

4

CCAAPPIITTOOLLUULLIIIINNTTRROODDUUCCEERREENNFFOOTTOOGGRRAAMMMMEETTRRIIEE

II..11..GGEENNEERRAALLIITTII

Evolutiv, fotogrammetria planimetric a nceput odat cu descoperirea fotografiei n Frana i cu

primele ridicri fotogrammetrice terestre, a urmat metoda de culegere analogic, apoi metoda

analitic care nc mai d rezultate i respectiv metoda digital. Metoda digital a revoluionat

practic fotogrammetria. Staiile digitale fotogrammetrice rezolv complet problema culegerii i

prelucrrii datelor digitale necesare oricrui domeniu menionat anterior. Contrar primelor dou

metode, aceste tipuri de aparate nu analizeaz fotografii analogice (pozitive sau negative), ci

imagini digitale.

Fiind o tiin din domeniul msurtorilor terestre, fotogrammetria servete la redactarea hrilor

i planurilor topografice, dar se folosete pe scar larg i n alte sfere de activitate precum

arhitectura, scene pentru investigaii ale poliiei sau chiar medicina (chirurgie plastic).

Principiul de achiziie a datelor utiliznd metoda fotogrammetric urmrete obinerea unor

informaii referitoare la obiectele fizice i mediului nconjurtor de la distan, fr contact fizic

cu acestea prin nregistrarea, msurarea i interpretarea unor imagini fotografice metrice numite

fotograme. Preluarea fotogramelor se face cu ajutorul unor camere fotogrammetrice fie

amplasate pe sol (cazul fotogrammetriei terestre), fie amplasate la bordul unor platformeaeropurtate.

Fotogrammetriaeste potrivit pentru efectuarea urmtoarelor funcii:

asigurarea imaginilor ortofoto; att n sisteme locale ct i n sisteme regionale; crearea modelelor digitale de nlime (ale cotelor) ale terenului; crearea modelelor 3D ale obiectelor; direcia i nclinarea stratelor geologice; determinarea poziiei punctelor.

Metodele fotogrammetriei terestre i cele ale stereofotogrammetriei au avantajul c fixeaz cu o

precizie destul de bun deformaiile constante i cele temporare. De asemenea fotografierea cu

ajutorul fototeodolitului se poate efectua n orice anotimp al anului i ntr-un timp foarte scurt.

Metoda fotogrammetric const n fotografierea succesiv a zonei studiate.


5/40

5

Avantajele i dezavantajele alegerii fotogrammetriei ca metod de cercetare, sunt urmtoarele:

Avantaje:

acuratee n redarea elementelor de nivelment; n cazul n care avem nevoie de o cantitate mai voluminoas de date, fotogrammetria

este de departe cea mai rapid soluie, dnd posibilitatea cercetrii unor zone vaste

i/sau greu accesibile;

cheltuielilepe unitate de suprafa sunt mici; evaluarea rapid a amplorii unor alunecri catastrofale i a pagubelor determinate de

acestea;

satisface toate cererile de precizie.Dezavantaje:

efectuarea lucrrilor poate fi influenat att de condiiile atmosferice ct i de anotimpuri.Nu este indicat fotografierea n timpul verii, cnd vegetaia este bogat;

hardware-ul i software-ul necesar la lucrri au pre foarte ridicat; este nevoie de personal foarte bine pregtit; n general sunt necesare i msurtori geodezice terestre pentru a le completa

lipsurile.

II..22..CCAAMMEERREEUUTTIILLIIZZAATTEENNFFOOTTOOGGRRAAMMMMEETTRRIIEE

Dezvoltrile tehnologice ale camerelor nemetrice din ultimii ani, au permis folosirea acestora

pentru obinerea informaiilor metrice asupra mediului nconjurtor, n domenii precum: studiulaccidentelor rutiere, lucrri de verificare n industrie, n cadrul proiectelor pentru conservarea

monumentelor istorice etc., fr ns a substitui camerele metrice care sunt folosite cu succes i

n prezent n toate domeniile inginereti, arhitectur, etc.

O camernemetriceste o camera crei orientare interioareste cunoscutparial sau nu este

cunoscut deloc i care nu este constant. Toate camerele de amatori aparin acestei categorii

i sunt caracterizate de lipsa indicilor de referin. O camer metric, pe de alt parte, este

caracterizatde o orientare interioarcunoscut, constantn timp, definitde indicii de referin

i determinatfie n laborator, fie pe teren prin procesul de auto-calibrare.


6/40

6

Procesul de calibrare este necesar pentru reconstruciaspaiului obiect 3D pe baza informaiilor

metrice din spaiul bidimensional (2D) al imaginilor. Scopul calibrrii camerei este de a

determina parametrii intrinseci ai camerei n scopul stabilirii modelului func ional de legtura

celor dousisteme de coordonate (imagine i teren), astfel nct camera nemetric sdevinun

instrument sigur de msurare. Aceti parametri sunt de obicei calculai cu ajutorul unei mire decalibrare care conine elemente ce pot fi identificate i msurate cu precizie att pe imagine ct i

pe teren.Procesul de calibrare al camerei continusrmnun subiect de cercetare n domenii

precum: tiinele calculatoarelor,fotogrammetria la scurt distan, fotogrammetria terestr etc.

Fotografierea n fotogrammetria terestr are ca scop obinerea de fotograme asupra obiectului ce

urmeaz a fi msurat, cu camere fotogrammetrice construite special, avnd obiective fotografice

cu aberaii minime, practic nule n comparaie cu cele ale camerelor obinuite.

Camerele fotogrammetrice folosite n fotogrammetria terestr i la scurt distan sunt construite

cu caracteristici tehnice adecvate scopului, domeniului de aplicare a msurtorii i asigurrii

unor deformaii geometrice i radiometrice minime pentru imaginile obinute cu aceste camere.

De exemplu pentru msurarea n scopuri topografice, camerele fotogrammetrice au obiective cu

distana focal mare, n jur de 100mm, deschidere relativ mic, putere de separare mare i

profunzimea cmpului de la 3m la infinit. Pentru msurarea n scopuri inginereti, camerele

fotogrammetrice au obiective cu distana focal medie sau mic, sub 100 mm, iar profunzimea

cmpului n intervalul 2m i 30m. Camerele fotogrammetrice se pot mpri n dou categorii:

camere fotogrammetrice individuale; camere stereofotogrammetrice.

n contrast cu camerele aeriene, pentru care calibrarea n laborator i pe teren au fost

standardizate de-a lungul anilor, pentru camerele terestre nu exist o metod standard de

calibrare. De aceea, pn n prezent au fost propuse numeroase metode pentru calibrareacamerelor. Metoda de calibrare se alege n funcie de cerinele de precizie ale proiectului

fotogrammetric.

Scopul calibrrii camerei este de a determina modelul geometric al camerei descris de parametrii

orientrii interioare:

distana focal; constanta camereicaracteristic unic pentru fiecare camer i reprezint lungimea

perpendicularei care determin punctul principal (Fig. 1);


7/40

7

xPxP

yP

N2 f

Fig. 1. Elementele de orientare interioar ale fotogramei

coordonatele imagine ale punctului principal (piciorul perpendicularei cobort dinpunctul nodal posterior N2al obiectivului pe planul fotogramei). Coordonatele XP, YP

se stabilesc fa depunctul central sau mijlociu al fotogramei obinut prin unirea

indicilor de referin de la mijloc laturii (indicii sunt trecui uneori n colurilor

fotogramei);

coordonatele punctului de cea mai bun simetrie; distorsiunile obiectivului fotografic reprezint o aberaie de poziie ce constituie un

factor perturbator:

- distorsiunea radial (simetric),- distorsiunea tangenial (asimetric);

ali parametri suplimentari (distribuia luminii n planul focal, perpendicularitateafixrii indicilor de referin etc.).

Elementele orientrii interioare sunt determinate n urma unor msurtori de calibrare precis

fcute n laborator de ctre firma productoare i sunt trecute n certificatul de calibrare ce

nsoete fiecare camer.

n general, n cazul camerelor metrice orientarea interioar se presupune cunoscut i contant.

n cazul camerelor semi-metrice sau nemetrice, orientarea interioar variaz n timp. Totui, n

funcie de cerinele de precizie, chiar i camerele metrice trebuie s fie calibrate nainte de


8/40

8

preluarea imaginilor. n literatura de specialitate pot fi gsite trei metode de calibrare. Acestea

depind de mira de calibrare utilizat i de momentul i locul n care are loc procesul de calibrare:

calibrare de laborator; calibrare pe baza unui obiect de calibrare; auto-calibrarea.

II..33.. FFOOTTOOGGRRAAMMMMEETTRRIIAA LLAA SSCCUURRTT DDIISSTTAANN PPEENNTTRRUU

MMOODDEELLAARREEAA33DD

Modelele 3D ale obiectelor reprezint o mulime de puncte din spaiul tridimensional, conectate

prin diferite forme geometrice cum sunt: triunghiurile, liniile, suprafeele, curbele, etc. Fiind o

colecie de date (puncte sau alte informaii, de exemplu cele referitoare la textura obiectelor),

modelele 3D pot fi create manual, n mod semiautomat sau automat.

Crearea modelelor 3D este n prezent o tem de cercetare de actualitate n domeniul

calculatoarelor, a graficii asistat de calculator i fotogrammetrie.

Reconstrucia 3D a cldirilor i a obiectelor n general, este un subiect de cercetare att pentru

fotogrammetrie, ct i pentru tiinele computaionale. Fotogrammetria i propune s obin,

fr contact direct cu obiectul, modelul 3D al acestuia, cu o precizie ridicat, n timp ce tiinele

computaionale i concentreaz atenia asupra proprietilor obiectelor obinute din una sau mai

multe imagini digitale. n fotogrammetrie se utilizeaz un cuplu de imagini stereografice (aeriene

sau satelitare) pentru reconstituirea formei obiectelor tridimensionale. Fotogrammetria terestr

este una din principalele alternative, n special pentru a aborda problemele legate de

reconstrucia i texturarea faadelor cldirilor. n cazul tiinelor computaionale, se utilizeaz

imagini digitale preluate de la scurt distan.

Fotogrammetria la scurt distan este o tehnic precis, eficient, avnd costuri reduse de

colectare a datelor cu privire la obiectele din lumea real, direct din imagini fie ele metrice sau

nemetrice, fiind una din principalele alternative pentru reconstrucia i texturarea faadelor

cldirilor. Primele informaiiau fost obinute n anul 1860, cnd AlbrechtMeydenbauer a fcut

primele sale cercetri n fotogrammetria arhitectural.

Prin fotogrammetria la scurt distan se nelege procesul de fotografiere a zonei de interes

folosind un aparat de fotografiat digital cu caracteristici cunoscute (distana focal, dimensiuneaimaginii i numrul de pixeli, etc.), prelund mai multe imagini suprapuse, din centre depreluare


9/40

9

diferite sau o camer fotogrammetric terestr. Prin identificarea unui numr minim de cinci

puncte obiect, cu coordonate cunoscute (puncte de sprijin), n dou imagini diferite ale aceleiai

zone, pot fi determinate coordonatele 3D ale oricrui punct din imagini i obinerea n acest mod

a tuturor informaiilor necesare pentru crearea modelului 3D al zonei de interes. Se nlocuiesc

astfel msurtorile efectuate pe teren, folosind metode i instrumente tradiionale, cu celeefectuate pe imagini, eliminnd necesitatea de msurare n contact fizic cu obiectul dar i timpul

necesar pentru efectuarea msurtorilor de teren, acesta reducndu-se la timpul necesar pentru

preluarea fotografiilor zonei de interes.

Beneficiile utilizrii fotogrammetriei la scurt distan n comparaie cu alte domenii sunt:

precizie mare, informaii complete cu privire la zona de interes, costuri reduse i eficiena pentru

realizarea bazei geometrice pentru proiecte de dimensiuni reduse sau mai mari, fiind o

alternativ la tehnicile tradiionale de topografie.

Aplicaiile sunt dintre cele mai diverse, fiind utilizat n petrochimie, proiectare lucrri de

drumuri, ci ferate, construcii navale, construcii civile, criminalistic, arheologie, inginerie

aerospaial, arhitectur i topografie. Acelai proces poate fi folosit pentru a obine msurtori

dimensionale precise asupra unor structuri inaccesibile, cum ar fi tuneluri, baraje, rafinrii, etc.

n procesul de modelare 3D, folosind imagini digitale preluate din diferite centre de perspectiv,

coca unei nave sau curba unui amortizor, nu sunt o problem pentru a crea modele CAD precise.

Msurtorile efectuate utiliznd fotogrammetria la scurt distan, mpreun cu cele efectuate cu

laser scanerul terestru pot fi integrate, obinnd astfel informaii suplimentare concomitent cu

reducerea substanial a costurilor.

Dezavantajele utilizrii doar a fotogrammetriei la scurt distansunt: calibrarea aparatului de

fotografiat, rezoluia imaginii i faptul c este un proces semiautomat (n marea majoritate a

softurilor, identificarea, selectarea i msurarea punctelor de sprijin i de control se face manual).

Un rol important n crearea modelelor 3D ale cldirilor l au, pe lng imaginile aeriene i

satelitare, utilizate n special pentru reconstrucia unor zone mari, a unor orae ntregi i

imaginile digitale preluate de la scurt distan (mai mic de 300m), cu o camer digital sau cu

o camer fotogrammetric terestr, utilizate n special pentru reconstrucia unei singure cldiri

(Fig. 2).

Crearea modelului 3D al zonei urbane, reprezint o provocare important n numeroase domenii.

n sectorul public, aplicaiile se focalizeaz n principal n jurul amenajrii urbane. Aceste baze


10/40

10

de date sunt utile n studiile care implic spaiile verzi, poziionarea lampadarelor (simularea

iluminrii) i altele.

Fig. 2. Surse de date posibile pentru generarea modelului 3D(modificat dup Anna Jarvis, 2008)

Avantajele crerii modelelor 3D ale zonelor urbane i principalii utilizatori ai acestora, sunt:

constituie sursa de baz pentru cartografia 3D;pot fi utile n egal msur att pentru dezvoltarea oraelor ct i pentru

gestionarea riscurilor cum ar fi inundaiile i cutremurele;

n sectorul industrial, modelele 3D ale oraelor sunt utile operatorilor detelefonie mobil, deoarece le permite simularea propagrii undelor

electromagnetice i de asemenea mbuntirea dezvoltrii reelelor de

telecomunicaie;

industria cinematografic, a jocurilor video i cea de automobile, sunt n egalmsur interesate de modelarea 3D. Modelele 3D au i unele aplicaii militare

cum ar fi ajutorul pentru pregtirea unei operaiuni militare sau ghidarea unor

autovehicule automate;


11/40

11

industria medical(modele detaliate ale organelor corpului uman);industria chimic(modele foarte detaliate ale compuilor chimici);arhitectura - pornind de la multitudinea de posibiliti oferite de un model 3D,

arhitecii l utilizeaz pentru diferite simulri, n dorina de a integra armonios onou cldire ntr-o zon deja construit. Rezultatele obinute sunt rapide, precise

i cu un mare impact vizual;

inginerii utilizeaz procesul de modelare 3D pentru crearea modelelor unordispozitive noi, vehicule i structuri, precum i o serie de alte utilizri;

modelele tridimensionale pot fi, la rndul lor, de mare ajutor n analize specifice,dar pot fi i surse pentru execuia altui produs;

cea mai recent ntrebuinare a modelului 3D, la nivel de reprezentare urban,permite conservarea, pe baza informaiilor existente, a unui ora vechi a crui

arhitectur sau monumente istorice dorim s le pstram neatinse. Modelul 3D,

n acest caz, poate ajuta la salvarea n timp a imaginii din trecut a oraului;

modelul tridimensional poate fi utilizat i n cazul prezentrilor n scopuripublicitare. Ele se pot adresa unui public foarte larg, fiind accesibile i uornelese de toat lumea, graie forei impactului vizual.

Alte domenii de activitate n care modelul 3D poate avea aplicaii sunt: proiectarea, turismul,

proprietile imobiliare, poliie, pompieri, salvare i securitate, etc. n ultimele decenii i

comunitatea tiinelor pmntului a nceput s construiascmodele 3D geologice, ca o practic

standard.

O schem simplificat a acestor domenii este prezentat n figura 3:


12/40

12

Fig. 3. Principalele aplicaii ale modelrii 3D urbane


13/40

13

CCAAPPIITTOOLLUULLIIIIAAPPLLIICCAAIIIIPPRRAACCTTIICCEE

APLICAIA NR. 1. Crearea ortomozaicului faadei unei cldiri istorice

Descrierea i uti l izarea programului (software) speciali zat CALI B

Calib este un program dezvoltate de ctre profesorul Vassilis Tsioukas de la Universitatea

Aristotele din Thessaloniki, Grecia, care se utilizeaz pentru calibrarea camerelor foto digitale

(Fig. 4).

Fig. 4. Tabla de ah utilizat la calibrare (stnga) i interfaa programului Calib (dreapta)

Calibrarea camerei nseamn, de fapt, determinarea distanei focale, a distorsiunii obiectivului, a

limii i nlimii senzorului camerei i a coordonatelor punctului principal XP, YP.

Principiul calibrriiconst n realizarea unui set de 9 fotografii n jurul tablei de ah(care a

fost n prealabil listat pe o pagin A4), 4 fotografii innd camera n poziie dreapt (nerotit) ,

alte 4 cu camera rotit la 90 grade i o fotografie deasupra foii de calibrare (Fig. 5) pentru

calculul parametrilor de orientare interioar. Cazul descris este cel optim, iar numrul minim de

fotografii pentru o calibrare corect este de 6.

Pentru realizarea fotografiilor se dezactiveaz focusarea automat a camerei digitale (Auto Focus

Off), sau, n cazul n care aceast opiune nu este disponibil, se blocheaz camera la cea mai

mic distan focal.

Fotografiile se descarc, se salveaz n formatul uzual Jpeg i se introduc n program.


14/40

14

Fig. 5. Modalitatea de realizare a fotografiilor pentru calibrarea camerei digitale

Se ncarc fotografiile n program folosind butonul Calibration Images, se introduc numrul de

rnduri i coloane de pe tabla de ah (se numr interseciile, cel puin 2 ptrate albe i 2

negre) i caracteristicile senzorului camerei digitale care constau n limea i nlimea acestuia

msurate nmilimetri. (Fig. 6).

Fig. 6. ncrcarea imaginilor necesare la calibrarea camerei


15/40

15

Dimensiunile senzorului camerei digitale utilizate se regsesc n cartea tehnic ce nsoete

fiecare camer digital n momentul achiziionrii acesteia sau pot fi gsite pe internet, de

exemplu pe paginawww.dpreview.com(Fig. 7).

Fig. 7. Pagin webpentru determinarea caracteristicilor senzorului camerelor digitale

Prin apsarea butonului Calculate Parameters (Fig. 8), programul calculeaz i afieaz

distana focal (constanta camerei) i distorsiunile obiectivului (Fig. 10).

Fig. 8. Calcularea parametrilor de orientare interioar
http://www.dpreview.com/http://www.dpreview.com/http://www.dpreview.com/http://www.dpreview.com/


16/40

16

Totodat, n acest timp este afiat un mesaj referitor la fotografiile incorecte care trebuie

eliminate n etapa a 2-a (Fig. 9).

Fig. 9. Mesaj referitor la imaginile incorecte

Fig. 10. Calculul parametrilor de orientare

Rezultatul calibrrii camerei digitale este materializat ntr-un fiier de tip .dat ce trebuie salvat

pentru a putea fi folosit mai trziu.


17/40

17

n final se introduc n program fotografiile faadei pe baza crora se dorete crearea

ortomozaicului pentru rectificarea acestora. Pentru fiecare fotografie este creat o imagine

rectificat (Fig. 11)prin adugarea literei r la sfritul numelui respectivei imagini, nainte de

extensia acesteia, exemplu: DSC01000r.jpg.

Fig. 11. Exemplu de imagine rectificat

Not: Se poate folosi pentru realizarea fotografiilor orice tip de camer digital, calitatea i

precizia fotografiilor fiind direct influenat de calitatea camerei.

Descrierea i utilizarea programului (software) specializat VeCAD

VeCAD este un program de prelucrare a datelor 2D de tip vector care poate fi folosit pentru

aplicaii practice de tipul CAD/GIS. VeCAD permite import/export la fiiere de tipul DXF,

HPGL, CNC i suport inserarea direct a obiectelor bitmap. Opiunile programului includ

instrumente bune de snap, control asupra straturilor create, tipurilor de linii, culorilor, grosimilor,

view-porturilor itipurilor de text.

Programul VeCAD, creat iniial de ctre Oleg Kolbaskin, a fost modificat de Dr. Vassilios

Tsioukas, pentru a putea ndeplini procese fotogrammetrice de baz.


18/40

18

Crearea ortomozaicului faadei cldirii istorice

Fig. 12. Faada cldirii studiate

Pentru realizarea ortomozaicului se fotografiaz faada cldirii(Fig. 12, 13), doar 2 (Fig. 14) sau

3 imagini (Fig. 15) vor fi necesare n final, n funcie de camera digital folosit astfel nct

pozele s aib o acoperire longitudinal satisfctoare i punctele de control s fie vizibile n

toate fotografiile. Aceste fotografii se rectific cu ajutorul programului Calib, respectnd

procedeul descris i se import n VeCAD.

Fig. 13. Poziia operatorului pentru fotografierea faadei cldirii istorice


19/40

19

Fig. 14. Crearea ortomozaicului folosind 2 fotografii

Fig. 15. Crearea ortomozaicului folosind 3 fotografii

Prima etap const n campania de teren n care trebuie realizate msurtori topografice cu staia

total pentru determinarea coordonatelor X,Y,Z ale punctelor de control(Fig. 16). Se msoar un

numr suficient de mare de puncte care s fie distribuite pe toat faada cldirii.

Fig. 16. Msurarea punctelor de control pe faada cldirii


20/40

20

Aceste puncte de control pot fi alese din elementele materiale existente pe suprafaa cldirii

(colurile cldirii, intersecia crmizilor, colurile ferestrelor etc.) sau pot fi materializate, apriori

de nceperea msurtorilor,puncte artificiale pe faada cldirii precum este ilustrat n figura 17.

Fig. 17. Montarea punctelor artificiale pe faada cldii

Unul din membrii echipei va desena schia faadei pentru identificarea punctelor de control(Fig.

18, 19 i 20).

Fig. 18. Exemplu de schi a faadei cldirii


21/40

21



Coordonatele punctelor msurate, dup ce sunt descrcate din staia total, vor fi salvate ntr-un

fiier text sub forma ID X Y Z. Apoi se insereaz n programul VeCAD (Fig. 21, 22) folosind

butonul .

Fig. 21. Punctele de control inserate n program


22/40

22

Fig. 22. Punctele de control inserate n program

Urmtoarea etap const n inserarea, pe rnd, a imaginilor n VeCADfolosind comanda Insert

Raster Image(Fig. 23, 24).

Fig. 23. Meniul de comand pentru inserarea imaginii n program

Fig. 24. Specificarea locaiei n care se dorete inserarea imaginii


23/40

23

Cu ajutorul instrumentului Creates single point se marcheaz punctele de control pe

imagini (Fig. 25).

Fig. 25. Marcarea punctelor de control pe imagine

Dup ce s-a ncheiat marcarea punctelor de control, acestea trebuie corelate (Fig. 26) cu cele

introduse anterior din coordonate cunoscute pentru a se realiza georeferenierea fotografiilor.

Fig. 26. Corelarea punctelor de control introduse din coordonate cu cele de pe imagini

Pentru georeferenierea imaginilor se activeaz butonul , apoi se selecteaz prima imagine i

se apas butonul dreapta al mouse-ului. Identificarea punctelor de control de pe imagine se

realizeaz cu ajutorul butonului evideniat . Principiul

georeferenierii are la baz selectarea punctului de pe imagine i apoi a corespondentului su din

punctele de control introduse din coordonate.


24/40

24

n final, dup selectarea tuturor punctelor de control se apas butonul dreapta al mouse -ului i

apare o csu de dialog ce conine eroarea standard de deviere a georeferenierii (Fig. 27)

calculat de program.

Fig. 27. Csua de dialog ce apare dup georefereniere

Fig. 28. Csua de dialog cu eroarea standard de deviere la georeferenierea primei imagini

Seprocedeaz astfel cu toate imaginile necesare crerii ortomozaicului(Fig. 28, 29, 30).

Fig. 29. Eroarea standard de deviere la georeferenierea celei de-a doua imagini


25/40

25

Fig. 30. Eroarea standard de deviere la georeferenierea celei de-a treia imagini

Din csua de dialog se pot terge unul sau mai multe puncte care nu corespund preciziei dorite.

n ultimele dou coloane ale csuei sunt afiate erorile de georeferen iere ale coordonatelor

planimetrice (X, Y) ale punctelor de control.

Urmtorul pas const n denumirea imaginii georefereniate i specificarea mrimii pixelului n

metri (Fig. 31). Se apas butonul pentru a alege locaia de salvare i numele imaginii

georefereniate. Fiierul astfel salvat are o extensie .bmp.

Fig. 31. Csua de dialog pentru alegerea dimensiunii pixelului

n cadrul aplicaiei n care s-a realizat ortomozaicul din 2 fotografii, prima imagine a fost

georefereniat cu o eroare standard de 0,005m la o dimensiune dat a pixelului de 0.005m, iar

ce-a de-a doua imagine a avut o eroare standard de 0.013m la o dimensiune dat a pixelului de

0.005m. Aceste erori se ncadreaz n toleranele admise (maxim 1cm), deci ortomozaicul (Fig.

32, 33) a avut o precizie bun.


26/40

26

Fig. 32. Ortomozaicul realizat din 2 fotografii

Erorile de georefereniere ale fiecrui punct de control sunt detaliate n tabelul urmtor:

Imaginea 1 Imaginea 2

Point ID Eroarea [m] Point ID Eroarea [m]

8 0.0123 1 0.0222

9 -0.0138 2 0.0053

10 -0.0018 3 0.0098

12 0.0055 4 0.0043

13 0.0031 5 -0.0057

14 0.0074 6 -0.0072

15 -0.0057 7 -0.0218

16 0.0003 8 -0.0241

17 -0.0074 9 -0.0162

18 -0.0013 10 -0.0307

19 0.0011 12 0.1122

20 0.0092 13 -0.048

21 0.0022 Eroare standard: 0.013383

22 -0.0113

Eroare standard: 0.005444


27/40

27

Fig. 33. Ortomozaicul realizat din 3 fotografii

Procesarea imaginilor rectificate se poate realiza i n AutoCad pentru a scoate n eviden

detaliile importante precum uile, ferestrele, crmizile, forma cldirii(Fig. 3437).

Se interogheaz n VeCAD coordonatele (X, Y Fig. 34) pixelului din colul din stnga jos, apoi

se insereaz n AutoCad, unde, n submeniul de inserare a punctului, se debifeaz Specify on

screen i se introduc de la tastatur coordonatele menionate, iar n submeniul de scar, la fel se

debifeaz Specify on screen i se introduce manual limea imaginii, care poate fi aflat din

proprietile imaginii sau msurat n VeCAD.

Fig. 34. Coordonatele X, Y utilizate pentru inserarea imaginilor n AutoCad

Fig. 35. Meniul de inserare n AutoCad


28/40

28

Fig. 36. Inserarea imaginilor raster n AutoCad

Fig. 37. Vectorizarea faadei n AutoCad

Fig. 38. Vectorizarea faadei n AutoCad


29/40

29

Fig. 39. Faada cldirii vectorizat n AutoCad

Erorile care pot interveni n realizarea unui produs final ortomozaic cu o precizie ridicat

provin din alegerea unor locaii greite ale operatorului n sesiunea de fotografiere, manevrarea

camerei digitale incorect (practica a demonstrat c se obin fotografii mai bune dac nu se

nclin camera digital, ci este aezat pe trepied sau inut n poziie vertical fa de cldire)i

realizarea unor fotografii cu acoperire longitudinal nesatisfctoare.


30/40

30

AAPPLLIICCAAIIAANNRR..22..CCrreeaarreeaammooddeelluulluuii33DDaalluunnuuiiaarrtteeffaacctt

Descrierea i utilizarea programului (software) specializat PhotoScan Agisoft Software

AgiSoft PhotoScan este o soluie avansat de modelare 3D bazat pe imagini utilizat pentru

crearea de coninuturi 3D profesionale i de calitate. Fundamentatpe tehnologia de ultim or

de reconstrucie 3D din mai multe imagini, acest produs folosete imagini arbitrare i este

eficient att n condiii controlate de utilizator, ct i n condiii nedirijate. Fotografiile pot fi

realizate din orice poziie, cu condiia ca obiectul care se dorete a fi reconstruit s fie vizibil n

cel puin 2 dintre acestea. Procesele de aliniere a imaginilor i reconstrucie a modelelor 3D sunttotal automatizate (Fig. 40). Programul permite alinierea imaginilor importate fr a fi necesare

inte sau condiii de fotografiere speciale.

Fig. 40. Automatizarea procesului de reconstrucie a modelelor 3D

Fluxul de lucru total automatizat ofer posibilitatea i utilizatorilor obinuii de a procesa, ntr-un

limbaj natural, fr a fi necesare cunotine avansate de modelare, mii de imagini aeriene sau

terestre folosind un computerpentru a obine produse finale ce constau n date fotogrammetrice

profesionale.


31/40

31

Dintre avantajelecele mai importante ale programului, se menioneaz:

traingulaie la mic distan sau aerian, generarea norilor de puncte la diferite rezoluii, generarea modelelor poligonale, stabilirea unui sistem de coordonate al modelului i georeferenierea acestuia, crearea unor Modele Digitale de Altitudine, generarea ortofotoplanurilor, procesarea imaginilor multispectrale.

Acest program specializat de modelare 3D suport importuri de tipul JPEG, TIFF, PNG, BMP,

JPEG Multi-Picture Format (MPO).

Ca i fiiere exportate, acestea pot fi de tipul: Wavefront OBJ, 3DS Max, PLY, VRML,

COLLADA, Universal 3D, FBX, PDF.

Principiile de bazale AgiSoft PhotoScan sunt urmtoarele:

utilizarea la sesiunile de fotografiere a unei camere digitale care s aib o rezoluierezonabil (de preferat 5MPixeli sau mai mult);

alegerea unor obiective ale camerelor digitale cu unghi mare de vizualizare pentru omai bun reconstrucie a relaiilor spaiale dintre obiectele fotografiate;

planificarea sesiunii de fotografiere (Fig. 41);

Fig. 41. Planificarea locaiilor din care se vor realiza fotografiile

evitarea fotografierii obiectelor sau scenelor plane sau fr textur;


32/40

32

evitarea fotografierii obiectelor lucioase sau transparente, n cazul n care se doretecrearea modelului 3D al unui obiect cu o textur lucioas este de preferat ca sesiunea

de fotografiere s se desfoare pe vreme nnorat;

evitarea obstrucionrii cmpului de vizualizare ctre obiectul studiat; evitarea fotografierii obiectelor n micare; fotografiile realizate s respecte acoperirile longitudinale i transversale necesare

(acoperirea longitudinal se ncadreaz n intervalul 60% < ax < 70%, iar

acoperirea transversalse ncadreaz n intervalul 25% < ay< 30%);

captarea scenelor cele mai importante din locaii multiple (3 sau mai multe); imaginile nu trebuie decupate sau transformate geometric nainte de a fi inserate n

program;

este de preferat s se realizeze mai multe fotografii dect necesar, dect s fie maipuine;

dac se dorete crearea unui model 3D la scar real, n teren se vor identifica iamplasa pe teren puncte (buloane) care vor fi folosite pentru stabilirea sistemului de

coordonate de referin i a scrii modelului; se msoar cu ruleta distana ntre acestepuncte de referin;

Crearea modelului 3D al unui artefact (statuie n form de leu)

netapa de planificareeste

necesar deplasarea n teren pentru a identifica locaiaartefactului

al crui model 3D se dorete realizat, se recunoate terenuli se deseneaz o schi a obiectului

(Fig. 42).

Fig. 42. Schia artefactului


33/40

33

Campania de terenimplic sesiunea de fotografii(Fig. 43), stabilirea unor puncte de referin,

eventual materializarea acestora n cazul n care este posibil, i msurarea a 2 distane una

orizontal i una vertical (Fig. 44) dintre aceste puncte pentru a putea obine modelul 3D la

scar.

Fig. 43. Diferite locaii ale operatorului n sesiunea de fotografiere

Fig. 44. Cele 2 distane msurate n terennecesare stabilirii scrii modelului 3D


34/40

34

Etapa de procesare a datelor i modelare utiliznd programul specializat descris anterior const

n respectarea urmtorului flux de lucru:

importarea fotografiilorprin comanda sugestiv Addphotossau se pot aduce prinmetoda drag&drop(Fig. 45);

Fig. 45. Una din fotografiile importate n program

alegerea ariei de interes, n sensul c programul permite procesarea imaginilorcomplete, cu dezavantajul cnorul de punct obinut va fi foarte dens i va conine i

elementele din jurul artefactului care nu sunt importante. De asemenea timpul de

procesare va fi foarte mare, de aceea este de preferat ca imaginile s fie decupate(s

fie curat zgomotul=punctele n plus care, de obicei, const n vegetaie) folosind

instrumentul Intelligent scissors . Se aleg puncte pe conturul obiectului, n

cazul de fa se pun puncte pe conturul statuii, i se folosesc comenzile ,,Invert

selection i ,,Add selection pentru a elimina priledin imagini care nu

este necesar(Fig. 46).


35/40

35

Fig. 46. Eliminarea vegetaiei din imagine pentru o procesare mai rapid

unirea/triangulaia fotografiilor se face folosind comanda Align photospentru ase obine norul de puncte, alegndu-se opiunea de precizie ridicat(Fig. 47);

Fig. 47. Alegerea opiunilor de precizie pentru unirea/triangulaia fotografiilor

construirea geometriei norului de puncte se realizeaz prin comanda Buildgeometry (Fig. 48);


36/40

36

Fig. 48. Setarea parametrilor pentru construirea geometriei norului de puncte

aplicarea texturii modelului 3D obinut prin comanda Build texture(Fig. 49, 50);

Fig. 49. Setarea parametrilor pentru aplicarea texturii


37/40

37

Fig. 50. Modelul 3D cu textura aplicat

georeferenierea i definirea scrii modelului 3D folosind una din distanelemsurate n teren (orizontal Fig. 51), cea de-a doua (vertical Fig. 52) fiind

necesar pentru verificare;

Fig. 51. Definirea scrii modelului 3D folosind distana orizontal msurat n teren


38/40

38

Fig. 52. Verificarea scrii modelului cu ajutorul distanei verticale

exportarea modelului 3D obinut(Fig. 53) s-a fcut n fiiere de tipul*.dxf (se poatedeschide cu AutoCad Civil 3D), *. 3ds (se poate deschide cu programele 3D Studio

3D Scene i FileViewPro*) i*.wrl (se poate deschide cu programul Cortona 3D

Fig. 54).

Fig. 53. Modelul 3D obinut


39/40

39

Fig. 54. Modelul 3D deschis nprogramul Cortona 3D

Modelul 3D al statuii a fost obinut din procesarea a 20 fotografii preluate cu o camer digital

Olympus E-420 de 10 megapixeli, avnd o eroare de 2cm la verificarea distanei verticale.

Beneficiile esenialeale acestui tip de aplicaie sunt:

utilizarea tehnologiilor fotogrammetrice low-cost; mbuntirea metodelor clasice de msurare; procesarea imaginilor; obinerea unor produse finale n sistem 3D; utilizarea noilor instrumente i produse de modelare 3D; analiza 3D a obiectelor de patrimoniu, precum artefactele.

Un alt avantaj este faptul c pregtirea pentru a realiza o aplicaie precum cea descris mai sus

nu necesit instruire apriori, implicnd, n faza de munc de teren, doar folosirea a unei camere

digitale, rulete sau staie total.

Tehnica de modelare 3D bazat pe imagini demonstreaz caracterul util al fotogrammetriei

digitale n modelarea i vizualizarea 3D cu precizie a obiectelor reale care prezint forme

geometrice regulate (monumente, cldiri etc.). Precizia cu care se obin modelele 3D (sub un

pixel) corespunde aplicaiilor de reconstrucie din domeniul conservrii patrimoniului istoric,

fotogrammetria constituind astfel cea mai bun alternativ la tehnicile clasice de msurare.

Importana aplicaiilor descriseeste reflectat n utilitatea practic a programului specializat,

prin intermediul cruia se obin modele 2D i 3D, folosind fotogrammetria i echipamente low-

cost.


40/40

BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFIIEE((SSEELLEECCTTIIVV))

David (cs. Oniga) Valeria Ersilia, Tez de doctorat, Studiu comparativ asuprametodelor de modelare 3D a zonei urbane, Bucureti, 2013.

Vlceanu Clara Beatrice, Tez de doctorat, Utilizarea tehnologiilor geodezicemoderne pentru monitorizarea, prelucrarea i analiza unor alunecri de teren i

construcii din pmnt armat, Timioara, 2013.

The EPOCHE Erasmus IP (Excellence in Photogrammetry for Open CulturalLandscape & Heritage Education), Grecia, 2013.

aplicatii fotogrammetrice in fotogrammetria digitala

Documents