Fotogrammetrie

Fotogrammetrie is een methode om vorm en locatie van objecten en gebieden door metingen in foto’s te bepalen. Ofwel, 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

Gekleurde pointcloud gemaakt door middel van de combinatie fotogrammetrie en drones

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. 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 scanners hebben zelf intern goede fotocamera's waardoor de pointcloud automatisch gekleurd kan worden.

Fotogrammetrie of laserscannen?

Zoals gezegd worden de technieken fotogrammetrie en laserscannen vaak samen 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 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?".

Traditionele fotogrammetrie in de bouw

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. Tegenwoordig zouden we voor deze exercitie 3D laserscanning gebruiken. Deze innovatieve techniek is gangbaar geworden in de bouwsector.

Wanneer gebruiken we fotogrammetrie?

Wanneer men niet van stabiele plaatsen kan laserscannen, 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 krijgen. Veelal worden opnames gemaakt met een camera die onder een drone hangt. Lees meer hierover op onze pagina 3D meten met drones.

fotogrammetrie

Een niet meer zoveel toegepaste techniek. Op basis van de gecombineerde foto's kan een 3D model 'overgetrokken' worden op de computer.

Een hoogwerker is vaak voldoende. Een voorbeeld van opmeten van beeldmateriaal is hierboven te zien. Het betreft het project Sint Petruskerk te Vught. Met fotogrammetrie kan men dus relatief eenvoudig complexe vormen met grote driedimensionale precisie in een technische driedimensionale tekeningen vastleggen.

Waar vroeger met tijdrovende total station metingen de fotogrammetrie techniek sneller en completer was binnen archeologisch onderzoek is tegenwoordig 3D laserscanner het aangewezen meetapparaat voor dit soort klussen.

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.

Het principe van stereofotogrammetrie is het beste uit te leggen aan de hand van de werking van ons eigen brein. Wij nemen diepte waar door beelden van onze ogen te vergelijken. Ons brein is constant bezig de beelden uit ons linker- en rechteroog samen te voegen om te bepalen hoe ver objecten van je af staan. Fotogrammetrie is gebaseerd op wiskundige principes van hoeken en afstanden. Bij fotogrammetrie is bijna altijd een meetinstrument nodig om de data te schalen.

Stereofotogrammetrie

Wiskundige principes van mono- en stereofotogrammetrie

Nauwkeurigheid stereofotogrammetrie

De nauwkeurigheid van fotogrammetrie is afhankelijk van de gekozen techniek om data te schalen. Bij het meten met drones worden groundcontrolpoints gebruikt. Deze worden in de meeste gevallen ingemeten op basis van GPS. De grootste afwijking wordt hierdoor bepaald. Bij een dronemeting waar een camera onder een drone wordt gehangen zien we ook vaak dat data vaak wordt afgerond. Dit valt goed op als we inzoomen op een horizontaal stukje pointcloud. De bovenste doorsnede is de pointcloud gemaakt uit laserscandata. De onderste is een pointcloud gemaakt met fotogrammetrie technieken.

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

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.

Soms wordt een foto gebruikt als overzicht foto van bijvoorbeeld een gevel of dak. De brondata voor deze foto is wél geschaald, maar het uiteindelijke product heeft geen schaling meegekregen waardoor het niet te gebruiken is als onderlegger om op te meten of tekenen. Spreek daarom vooraf goed af wat het doel van het fotoproduct is.

Overzichtsdakfoto gemaakt met drone cameradata

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). De term orthofoto wordt zowel gehanteerd bij geometrische aanzichten gemaakt vanuit fotodata als uit 3D laserscandata.

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.

Het maken van een orthophoto

De techniek van fotogrammetrie bij orthofoto's wordt het meeste gebruikt bij luchtfoto's.  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 een 3D laserscanner

In de praktijk maken wij orthofoto's op basis van gekleurde pointclouds, omdat deze een betere maataccuratie hebben. Lees meer over het maken van orthofoto's op basis van laserscandata op de pagina orthofoto pointcloud. 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. Om een indruk te krijgen van laserscanner orthofoto's, kunt u voorbeelden zelf downloaden.

pointcloud-orthofoto

Orthofoto gemaakt uit laserscandata van een gevelaanzicht van Oranjerie Hydepark in Doorn.

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.

Gevelfoto's uit fotogrammetrietechniek

Bij luchtfotogrammetrie denk je al snel aan een bovenaanzicht van een gebouw of terrein. De fotogrammetrie zorgt er juist voor dat er een geografische 3D weergave van de situatie wordt gemaakt waar dus niet alleen orthogonale dakdata uit te halen valt. Gevels kunnen onder meer voor inspecties perfect in beeld worden gebracht. Onderstaand voorbeeld van een gevel betreft een foto waar geen schaling op is aangebracht. Vanzelfsprekend kan hier ook een geschaalde variant van geleverd worden geschikt als vervanging van of als onderlegger voor modelleerwerk.

Orthogonale gevelfoto gemaakt met een drone camera

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.

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.

Metingen drones

Professioneel meten met drones op moeilijk te bereiken plaatsen, bijvoorbeeld boven het water. De fotocamera is vastgemaakt aan de drone en wordt vanaf de grond bestuurd.

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

Fotogrammetrie kan een goed alternatief zijn als er niet met laserscanners gewerkt kan worden of als er hele grote gebieden in kaart moeten worden gebracht. Orthofoto's zijn een onderschatte optie bij het inzetten van 3D scannen en fotogrammetrie, maar het is een complex onderwerp dat niet iedere aanbieder op de juiste manier kan leveren. Download voorbeelden van laserscan orthofoto's om zelf te bekijken hoe makkelijk deze onderleggers in de praktijk kunnen zijn. Bel +31 73 613 57 29 om uw workflow te versnellen en dit op de juiste manier aan te pakken.