Blog

Fotogrammetrie en meten met drones

  |   Algemeen

Fotogrammetrie is een techniek om objecten 3D in te meten. Deze methode wordt vaak ingezet in combinatie met drones. Met drones worden foto's gemaakt die PelserHartman met high-end fotogrammetriemethodes omzet in relatief goede pointclouds. In deze blog vertellen we over de professionele toepassing van fotogrammetrie in combinatie met het gebruik van drones. Daarnaast introduceren we ons partnership met Skeye, hét toonaangevende drone-bedrijf in Nederland.

Meten met drones

De drone zelf is geen meetinstrument. Drones kunnen worden ingezet om meetapparatuur naar de juiste positie te brengen. Aan de drone wordt een camera of soms een laserscanner bevestigd. Daarnaast vervoert de drone ook vaak een gps- en IMU-systeem. Het IMU-systeem meet voorwaartse, zijwaartse en hoogtebewegingen van het toestel en corrigeert daarmee de data. Op basis van foto’s die met een drone genomen worden, kan PelserHartman met behulp van fotogrammetrie een 3D model maken. Dit kan een pointcloud of mesh zijn. Deze producten vormen dan vaak weer de onderlegger voor het maken van 3D modellen zoals solidmodels of BIM-modellen.

Stabiele standplaats is altijd beter

Een stabiele standplaats van de meetapparatuur op de grond is altijd het beste uitgangspunt voor een goede meting. Een laserscanner op statief maakt de meest nauwkeurige en betrouwbare meting. We gebruiken fotogrammetrie in combinatie met drones daarom wanneer we niet kunnen meten met 3D laserscanners. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een dak of een gevel aan het water. De combinatie van scanners en drones wordt vaak ingezet bij grote meetgebieden, wanneer de nauwkeurigheid minder belangrijk is.

Metingen met drones zijn mogelijk, maar altijd minder nauwkeurig dan metingen van 3D laserscanners.

Fotogrammetrie

Fotogrammetrie is een techniek die ingezet kan worden om 2D foto's om te zetten naar 3D informatie. In de aankomende paragraaf leggen we uit wat fotogrammetrie is en gaan we in op de meest gebruikte vorm van fotogrammetrie: luchtfotogrammetrie. Oftewel, het meten met drones. 

Bij fotogrammetrie gaat het om het interpreteren en het opmeten van beeldmateriaal bij het bepalen en beschrijven van de vorm en afmeting (geometrie) en ligging van objecten. In het verleden werd de techniek voornamelijk toegepast binnen de geodesie. Hierbij werd de vorm van de aarde in beeld gebracht en werden kaarten gemaakt uit luchtfoto’s.

De fotogrammetrie wordt tegenwoordig steeds breder ingezet. Ook in andere disciplines zoals chirurgie, civiele techniek en architectuur. Je komt deze techniek de laatste tijd veel tegen in smartphones met AR- en VR-toepassingen. Er zijn verschillende apps waarmee je objecten kunt ‘inscannen’. Het resultaat ziet er vaak mooi en realistisch uit, maar is meestal niet geschikt om professioneel mee te werken. De data is niet accuraat en niet betrouwbaar. Daarbij is validatie van de data bijna onmogelijk.

Fotogrammetrie smartphone

Fotogrammetrie en smartphones in project Tango. Het ziet er leuk uit, maar is niet nauwkeurig en niet geschikt voor professioneel gebruik.

Schaling van fotogrammetriedata is een van de belangrijkste factoren die de nauwkeurigheid van de data bepaalt. Verderop in dit stuk vertellen we hier meer over. Meer informatie over fotogrammetrie en de toepassingen ervan vind je hier.

Hoe werkt stereo-fotogrammetrie?

Ons brein neemt diepte waar door beelden van beide ogen te vergelijken. Als je om de beurt je ogen dicht doet, verspringt het beeld naar links of rechts. Het brein is constant aan het rekenen om beide beelden samen te voegen en daarmee te bepalen hoe ver objecten van je af staan. Het vergelijken van twee of meer beelden wordt stereofotogrammetrie genoemd. Wanneer er over fotogrammetrie wordt gesproken, gaat het bijna altijd hierover.

Fotogrammetrie is een techniek die praktisch altijd in combinatie met een meetinstrument gebruikt moet worden om de juiste schaal te krijgen. Of om een fotoproduct beter te maken. Soms zijn een aantal metingen uit een total station al voldoende. Maar soms wil je werken met een wolk van meetpunten: de pointcloud.

Stereofotogrammetrie

Wiskundige principes mono- en stereofotogrammetrie

Luchtfotogrammetrie

Fotogrammetrie kan men globaal verdelen in luchtfotogrammetrie (opnamen maken en meten met vliegtuigen of drones) en de close-up fotogrammetrie. Deze laatste techniek wordt toegepast bij het meten van kleinere objecten, bijvoorbeeld het 3D in kaart brengen van beelden en ornamenten. De wiskundige principes en software programmatuur zijn voor beide toepassingen hetzelfde. In deze blog besteden we voornamelijk aandacht aan luchtfotogrammetrie.

Asctec Falcon helikopter drone

De Asctec Falcon helikopter drone is onder andere geschikt voor inspecties. Het is mogelijk om een camera onder deze drone te bevestigen

Toepassingen luchtfotogrammetrie

Soms is het niet mogelijk om een 3D laserscanner in te zetten. Luchtfotogrammetrie kan dan een oplossing bieden. Bijvoorbeeld wanneer we geen stabiele standplaatsen kunnen vinden voor de laserscanner. Een 'dronemeting' kan in zo’n geval een alternatief of een aanvulling zijn op een laserscanmeting. De drone zelf is hierbij uiteraard geen meetinstrument. Het is slechts de drager van de camera die hier het meetinstrument is. Vaak draagt de drone nog wat meer sensoren, bijvoorbeeld GPS en IMU om de posities van de drone en dus de camera te kunnen bepalen.

Dronemetingen en het bewerken van de data met behulp van fotogrammetrie is geschikt voor de volgende toepassingsgebieden en producten:

  • Geo Data Inwinning
  • Inspecties
  • Digitale terrein modellen
  • Luchtfotografie
  • Aerial Tours
  • Pointcloud
  • 3D modellen en meshes
gevelfoto dronedata

Gevelfoto gemaakt op basis van dronedata

Voor elke droneklus kan gekozen worden uit verschillende helikopters of onbemande vliegtuigen. Iedere drone heeft zijn eigen toepassingsgebied. Een groot voordeel van drones is dat grote gebieden en terreinen van bovenaf snel 3D in kaart kunnen worden gebracht. De drone vliegt hierbij bijvoorbeeld een vaste route of patroon dat vooraf is geprogrammeerd. Meer informatie over meten en vliegen met drones is te vinden op deze pagina.

Metingen drones

Professioneel meten met drones op moeilijk te bereiken plaatsen, bijvoorbeeld boven het water.

Samenwerking Skeye en PelserHartman

Skeye BV is hét toonaangevende bedrijf op het gebied van drones in Nederland. Skeye is het nieuwe partnerbedrijf van PelserHartman. We spraken met de directeur van Skeye Pieter Franken. 

'Met één stuk gereedschap kan je geen businesscase bouwen, dacht ik altijd', vertelt directeur van Skeye Pieter Franken. 'Maar toen realiseerde ik me dat ik een bedrijf kende dat dat heel succesvol doet. Daar wilde ik meer van weten en zo zijn we met elkaar in contact gekomen.' Dit resulteerde in een nieuw partnerschap tussen PelserHartman en Skeye.

'Het snijdt elkaar niet', legt Franken uit. ‘Wij hebben niet de intentie om laserscanners aan te schaffen en PelserHartman wil zich niet verder specialiseren in Drones.' Door het partnerconcept kunnen beide bedrijven toch gebruik maken van elkaars expertise. 'PelserHartman maakt nauwkeurigere pointclouds en kan verschillende datasets beter samenvoegen', meent Franken. PelserHartman kan op haar beurt van Skeye veel leren over de inzet van drones en het gebruik van fotogrammetrie.

Franken legt uit dat zij soms ook laserscanners willen gaan inzetten. 'Wij maken regelmatig puntenwolken van boorplatformen, daar kun je anders niet komen. Toch zijn er plekken op een boorplatform waar je wel met een laserscanner kan komen. We kunnen de expertise en techniek van PelserHartman inzetten, zodat het inscannen heel goed gedaan wordt, aldus Franken.

Drones bij inscannen veevoederfabriek Brokking in Wormerveer

De samenwerking van PelserHartman en Skeye ging van start tijdens het 3D inmeten van de oude Veevoederfabriek van Brokking in Wormerveer. In opdracht van bouwbedrijf De Nijs moest het interieur en exterieur van het pand 3D in kaart worden gebracht en gemodelleerd. Eén probleem, de gevel van dit pand ligt direct aan de rivier de Zaan. Onmogelijk om in te scannen met een terrestrial laserscanner. Door de inzet van een drone kon dit probleem makkelijk verholpen worden. Lees hier meer over dit project. In de ondestaande video is de pointcloud te zien, gemaakt op basis van de dronedata.

Overal vliegen met een drone?

De inzet van drones lijkt gemakkelijk. Toch komt er veel bij kijken. Wij hebben een aantal aandachtspunten op een rijtje gezet.

Drones zijn erg populair en veel particulieren hebben er zelf een. Het beroepsmatig vliegen met drones is niet alleen een vak, maar vereist ook diverse vergunningen. Een dronebedrijf dient te beschikken over een RPAS Operator Certificate. De dronepiloot moet een vliegbrevet hebben. De drone zelf moet een Bewijs van inschrijving in het luchtvaartregister (BVI) hebben.

Daarnaast zijn er ook regels omtrent het vliegen zelf, bijvoorbeeld waar en wanneer er wel of niet gevlogen mag worden. Er zijn veel gebieden in Nederland waar helemaal niet gevlogen mag worden. Er mag ook niet hoger gevlogen worden dan 120 meter boven grond of water. Veiligheid staat hierbij voorop. Daarom is het verboden te vliegen in gebieden rondom vliegvelden of boven een mensenmassa.

Vliegen met drone boven water

Het is toegestaan tot 120 boven water te vliegen met een drone

Het is toegestaan boven water te vliegen met een drone. Daarom was de inzet van een drone zeer geschikt voor het meten van de achtergevel van de Veevoederfabriek in Wormerveer. Wilt u een meting laten uitvoeren met een drone, maar weet u niet of dat mogelijk is? Neem dan contact met ons op. Op deze wijze kan in een vroeg stadium bekeken worden of het inzetten van een drone een serieuze optie is.

Wat is belangrijk bij een dronemeting?

Wil je gaan meten met drones, dan is een goede voorbereiding zeer belangrijk. Kies bijvoorbeeld een camera met een lens tussen de 24mm en 35mm. De resolutie van de uiteindelijke pointcloud wordt bepaald door de resolutie van de foto. Gedurende een meting mogen de instellingen van de camera niet veranderd worden. Ook moet de automatische focus van het toestel uitgeschakeld zijn.

Microdrone MD4-1000 drone geschikt voor lange onbemande vluchten tot wel drie kwartier

Om de foto's met behulp van fotogrammetrie om te zetten in 3D informatie, moeten de foto's voldoende overlap hebben. Vaak wordt een percentage van 60% aangehouden. Een vuistregel is dat onderdelen op drie tot vier foto’s zichtbaar moeten zijn. Daarnaast heeft het weer een grote invloed op dronemetingen. Voor goede foto’s dient er voldoende licht te zijn, maar te fel zonlicht kan ook weer problemen geven.

Professionele dronemetingen

Professionele dronemetingen worden uitgevoerd door ervaren en gekwalificeerd personeel. De dronepiloot moet in het bezit zijn van een vliegbrevet. Daarnaast is er een operator die de camera bediend. De drones worden minutieus voorbereid en vluchtmeldingen worden nauwkeurig bijgehouden. Veiligheid is hierbij zeer belangrijk.

De eerdergenoemde overlap is bij dronemetingen bij professionele metingen geen probleem. De camera wordt ingesteld met een hoge afklikfrequentie (bijvoorbeeld één foto per seconde), zodat de drone continu door kan vliegen. Ondanks dat de drone vliegt kunnen er haarscherpte foto's gemaakt worden. Een gevel of dak wordt op deze wijze snel en nauwkeurig gefotografeerd en dus ingemeten.

Schalen van dronedata

Het principe van fotogrammetrie kijkt naar afstanden en hoeken, maar doet dit op basis van verhoudingen. Het is daarom noodzakelijk om een referentie te maken waardoor dronedata geschaald kan worden. Dit gebeurt met zogenaamde groundcontrolpoints. Deze kunnen op diverse manieren ingemeten worden.

Inmeten met GPS-apparaat van groundcontrolpoints

In het voorbeeld van de veevoederfabriek is een zelfstandige dronemeting gedaan op basis van GPS punten. Een GPS meting zelf heeft globaal gezien onnauwkeurigheid die ligt tussen de 25mm en 50mm. Om de meting te controleren zijn er ook extra meetpunten gemaakt. Deze worden in de berekening niet meegenomen, maar worden later als controle gebruikt om de nauwkeurigheid te controleren. Naast de schaling zorgen referentiepunten ervoor dat de geometrische vorm van het gemeten object correct wordt berekend door de software.

Dronedata versus lasterscandata

Visueel ziet de dronepointcloud er erg goed uit. Geen ruis en mooie kleuren. Bij het inzoomen op de pointcloud is er echter wel een duidelijk verschil zichtbaar met een pointcloud op basis van laserscandata. Bij de dronedata zijn de vormen afgerond; scherpen hoeken worden afgerond weergegeven. In de laserscandata worden scherpe hoeken exacter weergegeven.

Horizontale doorsnede over een geprofileerde gevelplaat met hwa. Boven de laserscandata, onder de dronedata.

De nauwkeurigheid van data is afhankelijk van vele factoren. Bijvoorbeeld van het meetapparaat zelf, de meetmethode en de nabewerking. Zelfstandige metingen met drone gebaseerd op GPS informatie hebben in het algemeen een nauwkeurigheid die tussen de 2,5cm en 5 cm ligt. Bij laserscandata praten we over millimeters. Wanneer dronedata en laserscandata gecombineerd worden met behulp van nauwkeurige referentienetwerken, kan de nauwkeurigheid van de dronedata verbeteren.

Waneer er meer objecten achter elkaar staan, is het lastig dat goed op te meten met luchtfotogrammetrie. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de railing van een balkon, met daarachter een tuintafel en daarachter weer de gevel. Extra lastig in kaart te brengen zijn ook ranke objecten. Op onderstaande afbeelding van de mesh met een ranke noodtrap is duidelijk te zien dat er informatie ontbreekt. Ook is de vorm minder mooi dan in de werkelijkheid.

Mesh van een dak op basis van een dronemeting, oftewel; fotogrammetrie.

Gevelfoto's op basis van dronemeting

Vanuit de pointcloud kan softwarematig een mesh worden gemaakt. Dit is eenvoudig gezegd het verbinden van de punten tot vlakken (triangulatie). Door het maken van een orthogonale projectie van de mesh kan een gedetailleerd gevelaanzicht verkregen worden. Bij de meting van de veevoederfabriek in Wormerveer zijn diverse daken en gevels in kaart gebracht. Naast het overzicht zijn ook grote scheuren in de baksteengevel eenvoudig te traceren.

Gevelfoto uit dronedata. Scheuren in baksteen zijn duidelijk waarneembaar.

Meer weten over meten met drones?

Wilt u meer weten over de vele toepassingen van 3D scannen, fotogrammetrie en drones? Of heeft u zelf een project waarbij u onze hulp zou kunnen gebruiken? Bel dan direct naar 073-6135729 of stuur een mail naar [email protected].