Fotogrammetrie is een techniek waarmee met behulp van foto’s nauwkeurige 3D informatie en meetdata kan worden gegenereerd. Door meerdere beelden van een object of gebied vanuit verschillende hoeken vast te leggen, ontstaat een compleet en meetbaar digitaal model. De producten die wij hieruit maken zijn orthofoto’s, meshes en pointclouds. Fotogrammetrie wordt veel toegepast in de bouw, infra en geodesie, en is in combinatie met drones een snelle en efficiënte manier om grote gebieden en moeilijk bereikbare plaatsen in kaart te brengen. In deze pagina leggen we uit wat fotogrammetrie is, hoe het werkt en wat je ermee kunt doen.
Wat is fotogrammetrie?
Fotogrammetrie is de techniek waarbij 2D fotomateriaal wordt gebruikt om de vorm, afmetingen en ligging van objecten te bepalen en te beschrijven. Met andere woorden: uit foto’s wordt meetbare geometrische informatie gehaald. Van oorsprong werd fotogrammetrie vooral toegepast binnen de geodesie. Daarbij werd onder andere de vorm van de aarde in kaart gebracht en werden kaarten samengesteld op basis van luchtfoto’s. Tegenwoordig wordt de techniek veel breder ingezet. Zo wordt fotogrammetrie inmiddels toegepast in onder andere de chirurgie, biologie, forensisch onderzoek, civiele techniek en in de architectuur en bouwtechniek. Het wordt zelfs in je mobiele telefoon gebruikt.
Hoe werkt fotogrammetrie en wat kun je ermee?
Kort gezegd is fotogrammetrie een techniek waarmee objecten in kaart kunnen worden gebracht met behulp van fotomateriaal. Door meerdere foto’s van een object of gebied vanuit verschillende hoeken vast te leggen kan deze wiskundige techniek ervoor zorgen dat 2D informatie omgezet kan worden naar 3D vormen. Deze techniek vereist dat er grote overlap tussen de foto’s is. De techniek kan uiteindelijk diepte en afstanden creëren in een 3D model.
Belangrijk is dat fotogrammetrie vrijwel altijd in combinatie met een meetinstrument wordt gebruikt. Dit is nodig om de juiste schaal te bepalen en om de nauwkeurigheid en kwaliteit van het fotoproduct te waarborgen of te verbeteren. Dit kan met een total station of laserscanner. Terreinen, gebouwen gevels, maar ook kleinere objecten kunnen gedigitaliseerd worden. De meest voorkomende producten die we vaak leveren uit fotogrammetrie zijn, 3D meshmodellen, pointclouds, hoogtekaarten en orthofoto’s. Maar ook online platforms voor inspectie van gevels werken met de output van fotogrammetriedata.
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.
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 noemen we stereofotogrammetrie. Wanneer we over fotogrammetrie spreken, gaat het bijna altijd hierover.
Fotogrammetrie is een techniek die we praktisch altijd in combinatie met een meetinstrument moeten gebruiken 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.
Nauwkeurigheid stereofotogrammetrie
De nauwkeurigheid van fotogrammetrie is afhankelijk van de gekozen techniek om data te schalen. Bij het meten met drones worden vaak groundcontrolpoints of een RTK 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.
De techniek van een ingebouwde RTK in de drone is een ontwikkeling van de laatste jaren. Real-Time Kinematic (RTK) is een technologie die de precisie van GNSS/GPS-positionering drastisch verhoogt, van enkele meters naar slechts 1 tot 2 centimeter. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van een basisstation dat in real-time correctiesignalen uitzendt naar een mobiele ontvanger (ook wel rover genoemd). Deze signalen compenseren onder andere atmosferische verstoringen, wat resulteert in aanzienlijk nauwkeurigere posities.
Door fotogrammetrie data te combineren met laserscandata kan de nauwkeurigheid veel verder worden verhoogd. Doordat computers steeds meer rekenkracht hebben gekregen, is het ook mogelijk geworden deze datasets te combineren.
Fotogrammetrie in de praktijk en producten
In de praktijk wordt fotogrammetrie het meest gebruikt om foto’s gemaakt met een drone te digitaliseren naar een 3D model. Het 3D model is meestal de basis van waaruit eindproducten gemaakt worden. Met fotogrammetrie kunnen de volgende producten worden gemaakt:
- 2D bovenaanzicht van een gebied of object (orthofoto)
- 2D zijaanzichten van objecten en aanzichten van gevels (orthofoto)
- Hoogtekaarten en 3D terreinmodel of DTM
- 3D mesh model van een gebouw, terrein of object
- Pointcloud van een gebouw, terrein of 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. Fotogrammetrie op zichzelf is meestal duurder dan laserscannen, maar bij hoge gebouwen moeten ook kosten als steigers meegerekend worden in de meting. In dit soort gevallen is werken met drones en HDR-camera’s vaak 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.
Inmeten met drones en fotogrammetrie
We noemen het inmeten met drones. Echter drones zijn geen meetinstrumenten maar transportmiddelen om bepaalde sensoren naar de juiste positie te brengen. Aan de drone wordt een camera en een GPS- en IMU-systeem bevestigd. De camera zorgt uiteindelijk voor hoge resolutie foto’s. Deze foto’s voor de basis voor de fotogrammetriesoftware. Deze worden middels deze techniek omgezet naar een driedimensionaal beeld.
Op basis van foto’s die de drone maakt kunnen wij met behulp van fotogrammetrietechnieken 3D modellen maken. Bijvoorbeeld pointclouds, surface-models of mesh-bestanden. Lees meer over drones en fotogrammetrie op de onderstaande pagina.
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. De fotogrammetriesoftware en hardware van computers zelf zorgen ervoor dat het mogelijk is complete zware laserscan pointcklouds samen te voegen met dronedata. Hierdoor is het mogelijk dronedata nog nauwkeuriger te krijgen. Maar ook details kunnen beter worden.
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 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. Je 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 wil je precies weten/meten?”. Over het 3D inmeten met drones en laserscanners van hoge (kerk) torens hebben we een stuk geschreven.
Eindproduct belangrijker dan meetmethode
Het gaat immers altijd om het realiseren van het best bruikbare eindproduct. Wij zoeken steeds de beste manier van meten om tot dit eindproduct te kunnen komen. Er daarvoor selecteren we dan weer de juiste apparatuur en uiteraard de beste specialisten. De vraag “Fotogrammetrie of laserscanner?” hoeft wat ons betreft dus niet door onze klanten gesteld en beantwoord te worden. Hoe dan ook, wij zorgen ervoor dat jij het beste eindproduct krijgt. Het je een project dat in kaart gebracht moet worden? Dan ontvangen we graag jouw offerte aanvraag.
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. Wanneer plaatsen zoals hoge gevels en daken niet bereikbaar zijn is de drone een uitkomst. Ook specifieke hoge resolutie orthofoto’s zijn te maken met fotogrammetrie. Het nadeel van een drone is dat men niet overal mag vliegen en het een betere planning en voorbereiding bij inmeten met drones van toepassing is.
Orthofoto’s door fotogrammetrie
Orthofoto’s zijn producten die gemaakt kunnen worden met de techniek van fotogrammetrie. Ze 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 orthofoto’s vaak als hulpmiddel om gebouwen, objecten en terreinen goed te kunnen tekenen. Meer over orthofoto’s op onze speciale orthofoto pagina.
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 je 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.
Orthofoto’s maken met pointclouds
Vroeger adviseerde we vaak alleen orthofoto’s met pointclouds te maken uit laserscanners. Dat deden we omdat deze een betere maataccuratie hadden. 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 huidige software en de vergrootte rekencapaciteit van computers hebben ervoor gezorgd dat dronedata prima te verwerken maar ook te combineren is met pointclouds. Daarom is het van belang aan te geven waarvoor het eindproduct gemaakt wordt. Aan de hand hiervan kunnen de meettechnieken gekozen worden.
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.
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.
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. Je ziet deze methode terug in nevenstaande afbeelding.
Bepaling aantal foto’s
Op nevenstaande 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 bovengenoemde 30-graden regel.
Uiteindelijk kan de keuze ook op een praktische manier gemaakt worden. Wel dient bedacht te worden dat de kwaliteit bij een schuiner aanzicht van het gewenste vlak kan leiden tot kwaliteitsverlies van dat deel.
Conclusie en contact
Fotogrammetrie is een krachtige techniek om met behulp van foto’s nauwkeurige en bruikbare 3D informatie te genereren. Door slimme combinatie met meetinstrumenten zoals GPS, total stations en laserscanners kan de benodigde nauwkeurigheid worden bereikt. In de praktijk is het vooral een efficiënte oplossing voor het in kaart brengen van grote of moeilijk bereikbare objecten, vaak in combinatie met drones. Het uiteindelijke doel blijft daarbij altijd hetzelfde: het leveren van een betrouwbaar en optimaal eindproduct, waarbij de gekozen meetmethode ondergeschikt is aan het resultaat. Bel +31 73 613 57 29 om jouw workflow te versnellen en dit op de juiste manier aan te pakken of vul ons contactformulier in.
