Fotogrammetrie

Fotogrammetrie is een methode om vorm en locatie van objecten en gebieden door metingen in foto’s te bepalen, ofwel om het inwinnen van informatie uit foto’s waarbij de nadruk ligt op de maatvoering. Voorbeelden van vakgebieden waar fotogrammetrie ingezet wordt, zijn geodesie, bouwkunde en archeologie. De producten die wij vaak maken met behulp van fotogrammetrie zijn orthofoto's en pointclouds.

Wat kun je met fotogrammetrie?

De fotogrammetrie houdt zich bezig met de interpretatie 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 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. Bijvoorbeeld in andere disciplines zoals de chirurgie, biologie, forensisch onderzoek, civiele techniek en natuurlijk de architectuur en bouwtechniek.

Fotogrammetrie is dus een techniek waarmee we objecten in kaart kunnen brengen met fotomateriaal. Let op: het is een techniek die bijna altijd in combinatie met een meetinstrument gebruikt dient te worden om de juiste schaal te krijgen of om een fotoproduct beter te maken.

Fotogrammetrie producten

Met fotogrammetrie kunnen de volgende producten worden gemaakt:

  • 2D bovenaanzicht van een gebied of object (orthofoto)
  • Hoogtekaarten en 3D terreinmodel
  • 3D model van een object
  • Pointcloud van een object

Objecten 3D inmeten met fotogrammetrie

Complexe vormen – zoals gevelornamenten en specifieke details – kunnen met relatief grote precisie 3D worden 'ingemeten' met behulp van fototechnieken. PelserHartman gebruikt deze techniek vooral bij projecten waar tijd en snelheid een cruciale rol spelen en waarbij de inzet van 3D scanners niet mogelijk of niet toereikend is, bijvoorbeeld bij zeer hoge gebouwen. Fotogrammetrie op zichzelf is duurder dan laserscanner, maar bij hoge gebouwen moeten ook kosten als steigers meegerekend worden in de meting. Hierbij is werken met drones en HDR-camera's sneller en goedkoper, want de scanner kan niet op de juiste hoogte meten of meet onder een extreem ongunstige hoek zonder steiger. Er bestaan inmiddels technieken en goede software, waardoor we pointclouds kunnen genereren uit fotomateriaal. De stukken pointcloud die op deze manier verkregen worden kunnen samengevoegd worden met de pointclouds uit de laserscanner.

Combinatie fotogrammetrie en 3D laserscannen

Fotogrammetrie is een techniek die bijna altijd in combinatie met een meetinstrument gebruikt dient te worden om de juiste schaal te krijgen of om een fotoproduct beter te maken. Soms zijn enkele metingen uit een total station voldoende maar soms wil je werken met een volledige wolk van meetpunten, oftewel de pointcloud.

In sommige gevallen wordt een aparte foto opname gecombineerd met een pointcloud of met een 3D faces model met als doel de pointcloud of het model een realistische kleur of textuur te geven. We kunnen in zo'n geval echter niet echt spreken van fotogrammetrie. Het doel is hier namelijk niet het in kaart brengen van een object met fototechnieken maar alleen het kleuren van een model. Deze combinatie van technieken wordt door ons bijna niet meer gebruikt. Onze scanner hebben zelf interne goede fotocamera's waardoor de pointcloud automatisch gekleurd kan worden.

Fotogrammetrie of laserscannen?

Zoals gezegd worden de technieken fotogrammetrie en laserscannen vaak in combinatie gebruikt om tot een perfect product te komen. Er zijn echter situaties waarbij de fotogrammetrie de enige techniek is die op een eenvoudige manier ingezet kan worden. Dit is vooral aan de orde bij situaties waarbij laser- en landmeetkundige apparatuur eenvoudig niet stabiel geplaatst kan worden. U kunt daarbij denken aan het inmeten van hele hoge gebouwen of gebouwen die volledig in de steigers staan. De vraag "Fotogrammetrie of laserscanner?" beantwoorden we dus met "Wat wilt u precies weten/meten?".

Lees hier meer over Orthofoto's van laserscans.

Traditionele fotogrammetrie in de bouw

Het is mogelijk om 3D gegevens uit fotomateriaal te halen zonder de fotogrammetrie te combineren laserscandata. Fotogrammetrie is een techniek waarmee door middel van foto’s technische tekeningen en 3D-modellen worden vervaardigd. Met speciale fotocamera's worden opnamen onder verschillende hoeken gemaakt.

Het op te nemen object is voorzien van enkele referentiepunten waardoor het fotomateriaal gecombineerd kan worden met de genomen maatvoering in het werk. Als de positie van de verschillende opnamepunten en de lenseigenschappen bekend zijn, kunnen met behulp van speciale software de driedimensionale posities van alle punten in de foto’s bepaald worden. Deze punten worden omgezet in een nauwkeurig 3D-CAD model.

Met behulp van deze techniek kunnen eenvoudig maatvaste doorsneden en plattegronden worden gegenereerd. De uiteindelijke tekening komt exact overeen met de werkelijkheid en heeft als vanzelfsprekend een zeer hoge nauwkeurigheid.

De linker helft van de afbeelding hiernaast laat het product van de stereo-fotogrammetrie zien. Op de rechterhelft is de originele foto te zien.

Wanneer gebruiken we fotogrammetrie?

Wanneer men snel goede meetgegevens van een bestaand object wil hebben is fotogrammetrie een uitkomst. De techniek van fotogrammetrie is niet goedkoop en zal dus zeer gericht moeten worden toegepast. In gevallen van grote, complexe objecten die moeilijk handmatig in kaart te brengen zijn, kan het echter wel degelijk besparingen bieden. Het gebouw hoeft dan immers niet in de steigers gezet te worden om toch een goede en gedetailleerde opname te kunnen doen.

fotogrammetrie

Op basis van de gecombineerde foto's kan een 3D model 'overgetrokken' worden op de computer.

Een hoogwerker is vaak voldoende. Met fotogrammetrie kan men dus relatief eenvoudig complexe vormen met grote driedimensionale precisie in een technische drie-dimensionale tekeningen vastleggen. Fotogrammetrie kan ook zeer nuttig worden ingezet bij archeologisch noodonderzoek of bij andere projecten waar tijd en snelheid een cruciale rol spelen.

Een voorbeeld van opmeten van beelmateriaal is hierboven te zien.
(Het betreft hier het project Sint Petruskerk te Vught).

Enkelbeeldfotogrammetrie en Stereofotogrammetrie

Bij de terrestrische fotogrammetrie wordt het beeldmateriaal vanaf een vast standpunt op het aardoppervlak gemaakt. Bij de aerofotogrammetrie (luchtfotogrammetrie) wordt het beeldmateriaal vanuit de lucht gemaakt. Op grond van het aantal gebruikte beelden spreekt men van enkelbeeldfotogrammetrie en stereofotogrammetrie. Bij het gebruik van individuele foto's wordt het beeldmateriaal eerst onthoekt (ontschrankt). Bij stereoscopische interpretatie worden beelden driedimensionaal opgemeten. Enkelbeeldfotogrammetrie wordt ook wel fototelemetrie genoemd.

Orthofoto's door fotogrammetrie

Orthofoto's zijn producten die gemaakt kunnen worden met de techniek van fotogrammetrie. Orthofoto’s kunnen een belangrijke aanvulling zijn op het meetwerk. Het is mogelijk om 3D maatvoeringsmodellen te genereren uit foto’s met behulp van de techniek van fotogrammetrie. Wij gebruiken de orthophoto’s vaak als hulpmiddel om objecten en terreinen goed te kunnen tekenen.

Wat is een orthofoto ?

Een orthofoto is een foto die geometrisch gecorrigeerd is. Daardoor hebben alle onderdelen op de orthofoto dezelfde schaal. Een orthofoto is dus een 2D foto op schaal die als onderlegger gebruikt kan worden voor het maken van een tekening van bijvoorbeeld het bovenaanzicht van een terrein of object. Het betreft hier de zogenaamde 'top-view' oftewel bovenaanzicht. Een orthofoto is niet per definitie een topview of luchtfoto. Het kan natuurlijk ook een horizontaal genomen foto zijn van een object. In bredere zin betreft het hier orthogonaal genomen foto's, loodrecht op het object (verticaal of horizontaal).

Met orthofoto's hoeft niet alles getekend te worden

We hebben als techneuten de neiging alles op tekening te willen zetten. Orthofoto's zijn perfecte onderleggers om zaken over te trekken. De vraag is echter: moet je dat wel doen? De orthofoto is een correcte weergave van de werkelijkheid en voldoet vaak voor documentatie, visualisatie en de belangrijkste metingen. Direct omzetten in een tekening is dus niet nodig. Mocht u toch een schematisering van de opgenomen situatie willen, hebben wij een unieke automatisering die snel een lijntekening genereert van de orthofoto. Dit bespaart vele uren tekenwerk.

Download voorbeelden van orthofoto's om zelf te bekijken hoe makkelijk deze onderleggers in de pratkijk kunnen zijn.

Het maken van een orthophoto

In de praktijk maken wij binnen ons bureau nog niet zo veel gebruik van de techniek fotogrammetrie bij orthofoto's, omdat de kosten te hoog zijn in vergelijking met laserscanning of traditioneel meten. Dit betekent niet dat we andere technieken beter vinden. De meeste van onze meetsituaties vereisen niet de inzet van fotogrammetrie. Er is echter wel een product waarbij wij fotogrammetrie absoluut altijd nodig zullen hebben. Dat is het maken van orthofoto's wanneer de opnamedata bestaat uit foto's.

Orthofoto's maken met pointclouds uit laserscanner

In de praktijk maken wij orthofoto's op basis van gekleurde pointclouds, omdat deze een betere maataacuratie hebben. Lees meer over het maken van orthofoto's op basis van laserscandata op de pagina orthofoto pointcloud.

Meerwaarde orthofoto's

Bij sommige projecten is het maken van een orthofoto noodzakelijk om modellen beter te kunnen begrijpen en om beter grip te krijgen op vormen. Orthofoto's kunnen een belangrijke aanvulling zijn op het meetwerk. Het is ook mogelijk om 3D maatvoeringsmodellen te genereren uit foto's met behulp van de techniek van fotogrammetrie. Wij gebruiken de orthofoto's vaak als hulpmiddel om objecten en terreinen goed te kunnen tekenen.

orthofoto wand dagbouwgroeve Valkenburg

Voorbeeld van een orthofoto van de wand van de dagbouwgroeve Valkenburg.

Orthofoto van gevelaanzichten

orthofoto-gevel

Vna Gendthallen, Amsterdam. Een orthofoto van een gevelaanzicht.

We brengen gevels vaak in kaart met laserscanners. Scanners meten het oppervlak van een gevel razendsnel en maken miljarden meetpunten. Onderdelen in een gevel zijn separaat zichtbaar wanneer de vorm en het vlak waarin ze liggen afwijken van de direct naastgelegen onderdelen. Alleen vormverschil en reliëf is zichtbaar in een pointcloud. Een muurschildering, ondiepe voegen of haksporen zullen niet in de scan zichtbaar zijn. Om deze 'onzichtbare' zaken toch in beeld te krijgen maken we orthofoto's. Deze dienen vaak als onderlegger voor het maken van 2D aanzichten.

Orthofoto door laserscanner

Sommige high-end scanners zijn in staat om de juiste foto's te maken met een interne (HDR-)camera. Een groot voordeel is dat deze camera hetzelfde centrumpunt heeft de lasermetingen. Er is dus geen parallaxprobleem. Orthofoto's zijn op deze manier relatief eenvoudig en snel te maken. De orthofoto wordt vaak gebruikt om goede 2D aanzichten te maken van gevels of archeologie.

Lees over de orthofoto-mogelijkheden van een laserscanner op de pagina orthofoto maken met laserscanner.

Orthofoto van gebogen vormen

Orthofoto's van gebogen delen zijn van mindere kwaliteit dan orthofoto's van relatief rechte vlakken. Een orthofoto blijft namelijk een ‘front-view’. Rechte, niet-gebogen vlakken behoeven minder orthofoto-delen. Gebogen vlakken worden opgedeeld in meerdere foto’s. De grenzen van de orthofoto worden bepaald door de ‘30-graden-regel’. We creëren vlakken door de gebogen vorm in punten met een hoek van 30 graden te verdelen. U ziet deze methode terug in onderstaande afbeelding.

Bepaling aantal foto’s voor orthofoto

Op onderstaande afbeelding is de methode te zien waarmee wij het precieze aantal foto’s bepalen. Grote, relatief rechte vlakken behoeven minder opdeling (zoals vlak 1.). Gebogen vlakken worden opgedeeld volgens de 30-graden regel in de alinea hierboven.

vlakken gebouw fotogrammetrie

Het opdelen van de vlakken van een gebouw voor fotogrammetrie.

Orthofoto bovenaanzicht objecten

Een orthofoto van het bovenaanzicht van een object is niet echt een luchtfoto te noemen. Het fotomateriaal wordt in ieder geval niet met een vliegtuig gemaakt. De orthofoto kan op basis van één hoge opname (20-30meter) of meerdere lagere foto-opnamen worden gemaakt. De keuze voor de methode is afhankelijk van de situatie en de gewenste kwaliteit. De beste kwaliteit orthofoto wordt verkregen door coördinaten te combineren met foto's.  Het eerste model is een puntenwolk of 3D mesh waarop het fotomateriaal wordt geplakt. De top-view van dit fotorealistische 3D model is de perfecte orthofoto.

Bijverschijnsel orthofoto bovenaanzicht

Een orthofoto die gemaakt is met meerdere foto's die genomen zijn vanaf een relatief lage positie, heeft een bijverschijnsel wanneer het betreffende vlak dat men wil opnemen plaatselijk uitstekende delen heeft. Men ziet namelijk de zijkanten van de delen die uitsteken. Dat is logisch want de zijkanten van die uitstekende delen staan ook op de foto's. De foto's zijn immers niet recht boven, maar onder een hoek met het betreffende object gemaakt. Het blijft daarom belangrijk om de situatie te kennen om deze goed te kunnen tekenen.

De afbeelding hiernaast toont een fragment van een orthofoto. Het is een top-view, maar toch ziet u de zijkanten van het blok metselwerk. De zijkanten van dit blok stonden namelijk ook op een aantal van de gemaakte foto's.

Enkelbeeldfotogrammetrie of fototelemetrie

Bij de terrestrische fotogrammetrie wordt het beeldmateriaal vanaf een vast standpunt op het aardoppervlak gemaakt. Bij de aerofotogrammetrie (luchtfotogrammetrie) wordt het beeldmateriaal vanuit de lucht gemaakt. Op grond van het aantal gebruikte beelden spreekt men van enkelbeeldfotogrammetrie en stereofotogrammetrie. Bij het gebruik van individuele foto's wordt het beeldmateriaal eerst onthoekt (ontschrankt). Bij stereoscopische interpretatie worden beelden driedimensionaal opgemeten. Enkelbeeldfotogrammetrie wordt ook wel fototelemetrie genoemd.

Luchtfotogrammetrie

De geodesie werkt veel met luchtfotogrammetrie. Daarbij wordt gebruik gemaakt van speciale luchtcamera’s onder vliegtuigen of drones. Deze camera's leggen delen van het aardoppervlak vast. Door metingen in de foto’s kan de vorm van het terrein en de ligging en afmetingen van wegen, huizen en andere objecten worden bepaald.

Binnen de geodesie wordt de luchtfotogrammetrie o.a. gebruikt voor het meten van terreincoördinaten ter verdichting van geodetische netwerken, het vervaardigen van kaarten, digitale terreinmodellen en fotokaarten. De kaarten, digitale terreinmodellen en digitale beelden worden tegenwoordig vaak gemeenschappelijk opgeslagen en verwerkt met geografische informatiesystemen.

Conclusie

Orthofoto's zijn een onderschatte optie bij het inzetten van 3D scannen, maar het is een complex onderwerp dat niet iedere aanbieder op de juiste manier kan leveren. Download voorbeelden van orthofoto's om zelf te bekijken hoe makkelijk deze onderleggers in de pratkijk kunnen zijn. Bel +31 73 613 57 29 om uw workflow te versnellen en dit op de juiste manier aan te pakken.