حسگرهای متداول برای فتوگرامتری کدام هستند ؟

حسگرهای متداول برای فتوگرامتری

از رایج‌ترین حسگرهای مورد استفاده برای تصویرسنجی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دوربین‌های صنعتی: این دوربین‌ها معمولا به طور مستقیم به کامپیوتر وصل می‌شوند و پس از دریافت داده‌های تصویری، آن‌ها را به طور خودکار پردازش می‌کنند.

• دروبین‌های غیرصنعتی: دوربین‌های غیرصنعتی نظیر دوربین‌های دیجیتال معمولی یا حتی دوربین گوشی‌های هوشمند، امکان تصویربرداری با وضوح قابل قبول را برای مقاصد فتوگرامتری فراهم می‌‌کنند. دوربین‌های گوشی‌های هوشمند، از حسگرهای دیگری مانند GPS، ژیروسکوپ و غیره نیز برخوردار هستند. ترکیب قابلیت‌های این حسگرها با یکدیگر می‌تواند کیفیت داده‌های ورودی تصویرسنجی را به طرز قابل‌توجهی افزایش دهد.

• دوربین‌های رقومی یا «اولتراکم» (Ultracam): دوربین‌های رقومی به منظور تصویربرداری هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دوربین‌ها با بهره‌گیری از باندهای طیف نوری، تصاویری با وضوح بالا را ثبت می‌کنند. داده‌های حاصل از دوربین‌های رقومی، محدوده بسیار وسیعی از سطح زمین را پوشش می‌دهند. این حسگرها، در کنترل زمین نیز کاربرد دارند.

• مسافت‌یاب‌های لیزری:‌ به کارگیری مسافت‌یاب‌های لیزری در فتوگرامتری، از رواج کمتری نسبت به دوربین‌ها برخودار است. این حسگرها با ارسال پرتو به سمت شی مورد نظر و اندازه‌گیری زمان برخورد و انعکاس پرتو، فاصله ایستگاه برداشت تا نقاط مختلف را به دست می‌آورند. مسافت‌های لیزری، از نظر اندازه‌گیری عمق، برتر از دوربین‌ها هستند. از این‌رو، ترکیب این ابزارها با یکدیگر می‌تواند بهترین نتیجه را در پی داشته باشد.

مزایای استفاده از دوربین های عکاسی در فتوگرامتری چیست ؟

به کارگیری دوربین‌های عکاسی در حوزه فتوگرامتری، مزایای مختلفی دارد که در ادامه به ارائه آن‌ها می‌پردازیم:

• ثبت تصاویر بدون نیاز به تماس یا اصطلاحا «سنجش بدون تماس» (Contact Free Sensing) : سنجش بدون تماس، خطر کار با مواد سمی، داغ و یا منجمد را کاهش می‌دهد. این ویژگی، ضمن کاهش امکان آسیب رسیدن به مواد حساس، دسترسی به مکان‌های غیرقابل دسترس (اما قابل مشاهده) را امکان‌پذیر می‌کند.
• تعدد اندازه‌گیری‌ها : ثبت تصاویر متعدد توسط دوربین‌ها و اندازه‌گیری پارامترهای مورد نظر، ساده‌تر از روش‌های دیگر است. هر پیکسل از یک تصویر، اطلاعات مشخصی را در اختیار ما قرار می‌دهد. بنابراین با ثبت عکس‌های زیاد، امکان دستیابی به اطلاعات بیشتر فراهم می‌شود.
• پوشش نواحی بیشتر: با ثبت عکس‌های بیشتر، می‌‌توان نواحی وسیع‌تری را پوشش داد.
• انعطاف‌پذیری در وضوح تصویر: موقعیت قرارگیری دوربین و ثبت تصاویر، انعطاف‌پذیر است. در صورت نزدیک کردن دوربین به اشیا و محیط مورد نظر، عکس‌های به دست آمده از جزئیات بیشتری برخوردار خواهند بود. بنابراین می‌توان مدل سه‌بعدی را با کیفیت و دقت بیشتری ساخت.
• سنجش دوبعدی و سه‌بعدی: برخی از دوربین‌ها، امکان ثبت عمق عکس‌ها را فراهم می‌کنند. البته در صورت تنظیم دو دوربین معمولی با زوایه‌های مشخص نسبت به سوژه مورد نظر نیز می‌توان اطلاعات خوبی از پیکربندی سه‌بعدی به دست آورد.

از دیگر مزایای فتوگرامتری با دوربین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تصویربرداری پویا توسط دوربین فیلمبرداری
• امکان تفسیر داده‌ها توسط انسان (برخلاف روش‌هایی مانند مسافت‌یابی لیزری)
• امکان به دست آوردن اطلاعات اضافی (به غیر از هندسه)
• مستندسازی فرآیند اندازه‌گیری توسط عکس‌های ثبت شده
• امکان پردازش خودکار داده‌ها
• امکان پردازش زنده داده‌ها

معایب استفاده از دوربین های عکاسی در فتوگرامتری چیست ؟

به کارگیری دوربین‌های عکاسی در فتوگرامتری، بدون عیب و محدودیت نیست. برخی از مهم‌ترین محدودیت‌های این تجهیزات نسبت به دیگر گزینه‌ها عبارت هستند از:

• نیاز به نور: عکس‌برداری و فیلمبرداری توسط دوربین، به نور نیاز دارد. به این ترتیب، امکان ثبت تصاویر باکیفیت و مفید در حدود 50 درصد از طول شبانه‌روز از بین می‌رود. البته امکان به کارگیری نورپردازی‌های اضافی یا دوربین‌های دید در شب وجود دارد اما خروجی کار در این شرایط، به خوبی زمان وجود نور طبیعی نیست. مسافت‌یاب‌های لیزری، این عیب را ندارند. بنابراین کار با آن‌ها در هر ساعتی ممکن است.
• وابستگی به جهت اندازه‌گیری: دوربین‌ها، شدت نور انعکاسی از یک جهت خاص (جهت‌گیری پیکسل‌ها نسبت به موقعیت دوربین) را نمایش می‌دهند. این موضع، امکان اندازه‌گیری مسافت نقاط را محدود می‌کند.
• موانع و محدودیت‌های دیداری: امکان مشاهده داخل اشیا و طرف دیگر آن‌ها توسط تصاویر ثبت شده توسط دوربین‌‌های معمولی وجود ندارد. در این شرایط، رادارها عملکرد بهتری از خود به نمایش می‌گذارند.
• دشوار بودن ساخت مدل‌های سه‌بعدی : با وجود امکان ساخت مدل‌سازی سه‌بعدی از روی عکس‌ها، این فرآیند بسیار پیچیده است؛ چراکه عکس‌ها، نمایش اجسام سه‌بعدی بر روی سطوح دوبعدی هستند. بنابراین، قطعا اطلاعات مربوط به بعد سوم عکس‌ها در هنگام ثبت آن‌ها از بین می‌رود.
• دقت پایین نسبت به برخی از روش‌ها: دقت داده‌های حاصل از تصویربرداری با دوربین‌های معمولی، به عوامل متعددی بستگی دارد (مزیت انعطاف‌پذیری). به همین دلیل، این تجهیزات برای برخی از کاربری‌ها، عملکرد بسیار خوبی دارند اما برای برخی دیگر (کاربری‌های نیازمند دقت بالا)، نتیجه قابل قبولی را ارائه نمی‌دهند.

اصول فتوگرامتری با دوربین چیست ؟

برای درک مبانی فتوگرامتری، نحوه کارکرد دوربین‌های عکاسی را در نظر بگیرید. دوربین‌ها، تجهیزات اندازه‌گیری جهت هستند. در واقع، این تجهیزات، شدت نور دریافتی از یک جهت خاص را نمایش می‌دهند. به عنوان مثال، تصویر زیر را در نظر بگیرید. تصویر سمت راست، کوهستان واقعی (در فضای سه‌بعدی) بوده و تصویر سمت چپ، عکس ثبت شده از این کوهستان در فضای دوبعدی است. به ازای هر نقطه از کوهستان در فضای دوبعدی، یک نقطه معادل بر روی عکس دوبعدی ثبت می‌شود.

هر نقطه، شدت نور انعکاسی و جهت‌گیری انعکاس نور از آن نقطه را نمایش می‌دهد. به عنوان مثال، با توجه به موقعیت دوربین، می‌دانیم که جهت‌گیری نوک قله‌ها نسبت به دوربین یا رابطه بین جهت‌گیری‌ها چگونه است. با این وجود، نمی‌توانیم در مورد فاصله نوک قله تا دوربین اظهار نظر کنیم؛ چراکه در حین تصویربرداری، یک سری از اطلاعات مربوط به بعد سوم را از دست می‌دهیم. بازیابی این اطلاعات، کار ساده‌ای نیست. برای این کار، به چند تصویر از چند زاویه نیاز داریم.

تصویر بالا را در نظر بگیرید. به منظور دستیابی به داده‌های سه‌بعدی یک ساختمان، از آن در دو جهت متفاوت عکس می‌گیریم. با توجه به مشخص بودن موقعیت قرارگیری دوربین در نقاط عکس‌برداری و معلوم بودن جهت‌گیری نقاط روی ساختمان نسبت به دوربین، امکان تعیین موقعیت فضایی نقاط ساختمان فراهم می‌شود. بنابراین، در صورت داشتن اطلاعات اضافی راجع به محیط، می‌توان عکس‌های دوبعدی را به مدل‌های سه‌بعدی تبدیل کنیم.

عکس برداری از المان های سه بعدی

هنگام تصویربرداری، اطلاعات اشیا سه‌بعدی در فضای دوبعدی ثبت می‌شود. اشیا در دنیای واقعی، از مشخصاتی نظیر هندسه، موقعیت، جنس و غیره برخودار هستند. دوربین‌ها نیز از قابلیت‌های فنی نظیر نوع لنز و مشخصات محیطی نظیر موقعیت قرارگیری و جهت‌گیری برخوردارند. در صورت داشتن دوربین و شی مورد نظر، امکان ثبت تصویر شی بر اساس قوانین فیزیک فراهم می‌شود. گراف زیر، این رابطه را به ساده‌ترین شکل ممکن نمایش می‌دهد.

به دست آوردن اطلاعات المان های سه بعدی از روی عکس

در بخش قبلی، فرآیند عکس‌برداری از المان‌های سه‌بعدی را به طور خلاصه بیان کردیم. فتوگرامتری، برخلاف این فرآیند عمل می‌کند. در فتوگرامتری، با داشتن چندین عکس، به اطلاعات مرتبط با شی در فضای سه‌بعدی می‌رسیم.

گراف بالا، نحوه عملکرد فتوگرامتری را نشان می‌دهد. به این عملکرد، برداشت معکوس می‌گویند. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، برای به دست آوردن اطلاعات اشیا و دوربین در فضای سه‌بعدی از روی تصاویر دوبعدی، به الگوریتم‌های مخصوص این کار نیاز داریم.

نقش الگوریتم های تفسیر داده در فتوگرامتری

تخمین مشخصات هندسی و مفهوم تصاویر، نیازمند توان پردازشی است. الگوریتم‌های ریاضی، نقش مهمی را در خروجی فتوگرامتری ایفا می‌کنند. الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشین، یکی از محبوب ترین گزینه‌ها برای تفسیر ورودی‌های تصویرسنجی هستند. یادگیری ماشین و دیگر ابزارهای تحلیل تصویر، توسط زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف پیاده‌سازی می‌شوند. از این‌رو، بهره‌گیری از دانش برنامه‌نویسی، مسیر موفقیت در حوزه فتوگرامتری را هموارتر می‌کند.