فتوگرامتری چیست؟ کاربردها و روش‌های اندازه‌گیری آن

فتوگرامتری یکی از حوزه‌های مهم و کاربردی علوم مهندسی است که با استفاده از تصاویر دوبعدی، اندازه‌گیری مشخصات هندسی المان‌های سه‌بعدی را انجام می‌دهد. این علم در زمینه‌های مختلفی مانند نقشه‌برداری، مهندسی، کشاورزی، رباتیک و هنر استفاده می‌شود. روش‌های اصلی فتوگرامتری شامل روش‌های هوایی و زمینی است که هر کدام نقش مهمی در اندازه‌گیری دقیق مختلف المان‌ها دارند. استفاده از دوربین‌های عکس‌برداری و فیلم‌برداری، یکی از رایج‌ترین تجهیزات فتوگرامتری است که در انجام اندازه‌گیری‌ها و تحلیل‌های مختلف بسیار مؤثر واقع می‌شود.

مفهوم تصویرسنجی

تصویرسنجی یکی از حوزه‌های مهم در علوم جغرافیا، مهندسی، معماری و حتی زمین‌شناسی است. این علم، از ابزارهای پیشرفته تصویربرداری و پردازش تصاویر برای اندازه‌گیری و تجزیه‌وتحلیل اشیا و محیط‌ها استفاده می‌کند. از جمله کاربردهای تصویرسنجی می‌توان به نقشه‌کشی، مدل‌سازی سه‌بعدی، کنترل کیفیت ساخت‌وساز، مانیتورینگ محیط‌زیست و حتی درمان بیماری‌ها اشاره کرد. با توجه به رشد روزافزون فناوری، تصویرسنجی به عنوان یکی از روش‌های مؤثر و دقیق برای بررسی و شناخت دقیق اجسام و محیط‌ها شناخته شده است. به عنوان نمونه، با نگاه‌کردن به پیکسل‌های یک تصویر، می‌توان به راه ساختمان در یک محله پی برد یا حضور انسان در آن محله را تشخیص داد.

پیشینه و تاریخچه فتوگرامتری

فتوگرامتری یک فناوری قدیمی است که امروزه در حوزه‌های مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرد. این تکنولوژی، قدمتی نزدیک به عکس‌برداری دارد و در واقع بیشتر مبتنی بر اندازه‌گیری و تحلیل نور و تصاویر است. البته برخی از کارشناسان معتقدند که تاریخچه فتوگرامتری، به پیش از اختراع عکس‌برداری باز می‌گردد. برای نمونه، ارسطو در ۳۵۰ سال قبل از میلاد (بیش از ۲۳۰۰ سال پیش)، به فرایندی برای نمایش سه‌بعدی تصاویر دوبعدی اشاره کرده بود، اما کاربرد اصلی و گسترده فتوگرامتری به اوایل قرن ۲۰ میلادی (اواخر قرن ۱۳ شمسی) بازمی‌گردد. در این دوران، تصویرسنجی زمینی به طور موفق مورداستفاده قرار گرفت و این فناوری برای اندازه‌گیری و تحلیل مختلفی از جمله مدیریت منابع طبیعی، کشاورزی و محیط‌زیست، به کار می‌رود.

مطلب پیشنهادی: سازه فولادی چیست؟

در دوره جنگ جهانی اول، فتوگرامتری هوایی به عنوان یک ابزار مؤثر برای جاسوسی و جمع‌آوری اطلاعات نظامی استفاده می‌شد. این تکنیک امکان نگاه‌کردن به زمین از بالا و تحلیل تصاویر هوایی را فراهم می‌کرد و به نیروهای نظامی امکان می‌داد تا موقعیت و حرکات دشمنان خود را بررسی کنند. با پایان جنگ جهانی اول، تصویرسنجی به عنوان یک ابزار کارآمد برای زمینه‌های مختلف مورداستفاده قرار گرفت، از جمله کشاورزی، جغرافیا، محیط‌زیست و حتی مطالعات شهری. این فناوری به دلیل دقت و سرعت بالای خود، امکان انجام تحلیل‌های پیچیده و ارائه گزارش‌های دقیق را فراهم می‌کند و به عنوان یک ابزار مهم در تصمیم‌گیری‌های استراتژیک و توسعه صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

فتوگرامتری چه هدفی دارد؟

فتوگرامتری یکی از روش‌های پیشرفته مهندسی معکوس است که امکان اندازه‌گیری دقیق و سه‌بعدی اشیا و عوارض زمین را از روی عکس‌های دوبعدی فراهم می‌کند. این تکنیک از دوربین‌های سه‌بعدی و نرم‌افزارهای پردازش تصویر برای تعیین مختصات، محاسبه فواصل، ارتفاعات، مساحت، حجم و حتی تهیه نقشه‌های توپوگرافی استفاده می‌کند. علاوه بر این، با استفاده از فتوگرامتری می‌توان ابرنقاط ایجاد کرد، مدل ارتفاعی ساخت و تصاویر پرسپکتیو را بهبود داد. به طور کلی، فتوگرامتری ابزاری قدرتمند برای اندازه‌گیری و تجزیه‌وتحلیل اشیا و سازه‌ها در زمینه‌های مختلف از جمله مهندسی عمران، معماری و زمین‌شناسی است.

حوزه‌های مورد استفاده در فتوگرامتری

فتوگرامتری، یکی از علوم مهم و کاربردی است که در بسیاری از حوزه‌های مهندسی و علوم زمین کاربرد دارد. در اصل برای مقاصد نقشه‌برداری توسعه‌یافته است و می‌توان آن را بخشی از علوم ژئودزی دانست. از جمله حوزه‌های کاربری فتوگرامتری می‌توان به بینایی کامپیوتری اشاره کرد که به آموزش کامپیوترها برای درک و تفسیر دنیای بصری می‌پردازد. این حوزه با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نیز ارتباط دارد. علاوه بر این، فتوگرامتری در سنجش‌ازدور نیز به کار می‌رود. سنجش‌ازدور فرایندی است که با استفاده از اندازه‌گیری امواج و بازتاب آن‌ها از فاصله دور، برای شناسایی و نظارت بر مشخصات فیزیکی یک ناحیه استفاده می‌شود. این علم باعث پیشرفت و بهبود فرایندهای مختلف در علوم زمین و مهندسی شده است.

پردازش تصویر به عنوان یکی از حوزه‌های مهم و کاربردی در علوم کامپیوتری و مهندسی شناخته می‌شود. این فرایند، با استفاده از الگوریتم‌ها و فنون مختلف، تصاویر دیجیتالی را تحلیل و پردازش می‌کند تا اطلاعات مفیدی از آن‌ها استخراج شود. از جمله کاربردهای پردازش تصویر می‌توان به تشخیص الگوها، تصویربرداری پزشکی، تحلیل تصویر سنجش‌ازدور و هوش مصنوعی اشاره کرد. این حوزه با فتوگرامتری و بینایی کامپیوتری نیز ارتباط نزدیکی دارد و بهبود کیفیت تصاویر و استخراج اطلاعات مفید از آن‌ها را ممکن می‌سازد. در نتیجه، ترکیب این حوزه‌ها می‌تواند به بهبود کارایی و کیفیت داده‌ها و تحلیل تصاویر کمک کند و نقش مهمی در پیشرفت تکنولوژی ایفا کند.

فتوگرامتری یک فناوری پیشرفته است که کاربردهای متعددی در حوزه‌های مختلف دارد. از جمله کاربردهای این فناوری می‌توان به نقشه‌برداری، معماری، هنر، باستان‌شناسی، مهندسی و طراحی، کنترل کیفیت، توسعه بازی‌های رایانه‌ای، دیرینه‌شناسی، تحقیقات جنایی و پزشکی قانونی، پزشکی، موزه‌داری، هواشناسی، عکاسی و میراث فرهنگی اشاره کرد. این فناوری به وسیله اسکن و تصویربرداری سه‌بعدی، امکان ایجاد مدل‌های دقیق از اشیا و محیط‌های مختلف را فراهم می‌کند. از این رو، از اهمیت بسزایی برخوردار است و به توسعه و پیشرفت بسیاری از صنایع و حوزه‌های مختلف کمک می‌کند.

روش‌های مختلف فتوگرامتری

تفکیک انواع روش‌های فتوگرامتری، بر اساس نوع تهیه تصاویری که در آن استفاده می‌شود، انجام می‌شود. فتوگرامتری به دو روش اساسی، یعنی هوایی و زمینی، تقسیم می‌شود. در این بخش، به توضیح این دو روش و انواع آن‌ها می‌پردازیم.

فتوگرامتری زمینی یا برد کوتاه

فتوگرامتری زمینی یکی از روش‌های مهم در فتوگرامتری است که در آن دوربین تصویربرداری بر روی سطح زمین قرار می‌گیرد. این روش به دو نوع ثابت و متحرک تقسیم می‌شود که در آن شی موردنظر می‌تواند ثابت یا متحرک باشد. اگر فاصله بین شی و دوربین کمتر از ۳۰۰ متر باشد، از آن به عنوان فتوگرامتری برد کوتاه یاد می‌شود.

دوربین معمولاً بر روی سه‌پایه قرار می‌گیرد و می‌تواند آویزان شود یا بر روی دیگر تجهیزات نصب شود. این دوربین‌ها می‌توانند اندازه‌گیری جهت‌گیری زاویه‌ای یا تنظیم جهت‌گیری تحت یک زاویه خاص را انجام دهند که در تعیین جهت‌گیری نقاط کنترلی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

فتوگرامتری هوایی

تصویرسنجی هوایی یکی از روش‌های مهم برای تهیه مدل‌های دوبعدی و سه‌بعدی از سطح زمین است که در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد. این روش تصویربرداری، امکان ایجاد نقشه‌های دقیق از مناطق مختلف را فراهم می‌کند. با استفاده از هواپیما، هلیکوپتر، پهپاد و نصب دوربین‌های عکس‌برداری مخصوص بر روی این تجهیزات، تصاویری با زوایا و دقت مختلف از منطقه موردنظر گرفته می‌شود. سپس این تصاویر تجمیع و پردازش می‌شوند تا مدل‌های دقیق و واقعی از سطح زمین ایجاد شود. از جمله کاربردهای اصلی این روش می‌توان به برنامه‌ریزی شهری، مدیریت منابع طبیعی و تحقیقات زمین‌شناسی اشاره کرد. به طور کلی، تصویرسنجی هوایی یک ابزار قدرتمند برای بررسی و شناخت بهتر مناطق مختلف است.

مطلب پیشنهادی: سیستم پنوماتیک چیست؟

داده‌های اندازه‌گیری شده در فتوگرامتری

فتوگرامتری یک روش پردازش تصاویر است که از آن برای تحلیل و استخراج اطلاعات از تصاویر استفاده می‌شود. یکی از داده‌های حاصل از فتوگرامتری، محل قرارگیری دوربین است. با داشتن اطلاعات کافی از موقعیت اشیا در یک عکس، می‌توان موقعیت دقیق دوربین در لحظه عکس‌برداری را به دست آورد. اطلاعات مربوط به محل قرارگیری اشیا نیز در اختیار قرار می‌گیرد که با توجه به تعداد دوربین‌ها، تعداد عکس‌ها و اطلاعات اضافی می‌توان محل اشیا را تعیین کرد. ایجاد مدل سه‌بعدی از یک شی و شناسایی اشیا و تفسیر مفهومی از دیگر داده‌های حاصل از فتوگرامتری است که کمک می‌کند تا اطلاعات بهتری از تصاویر استخراج شود و امکان تفسیر بهتری از داده‌ها و شناسایی اشیا فراهم شود.

نحوه به‌دست‌آمدن داده‌های فتوگرامتری

تکنولوژی‌های مختلفی وجود دارند که امکان برداشت داده‌های فتوگرامتری را فراهم می‌کنند. از جمله این تکنولوژی‌ها می‌توان به دوربین‌های عکاسی و فیلم‌برداری حرفه‌ای، حسگرهای سونار، دستگاه‌های مسافت‌یاب لیزری و تجهیزات تصویربرداری فراطیفی اشاره کرد. این تجهیزات با امکان ثبت سریع تصاویر در بازه‌های زمانی کوتاه، به محققان و تحقیق گران کمک می‌کنند تا داده‌های لازم برای فتوگرامتری را به دست آورند. علاوه بر این، تلفن‌های هوشمند نیز به عنوان یک ابزار مؤثر در این زمینه مطرح هستند، اما در اغلب موارد، تجهیزات برداشت فتوگرامتری بیشتر به دوربین‌های عکاسی اشاره دارند که شامل دوربین‌های تک‌چشمی، استریو و دیگر انواع مختلف است.

رایج‌ترین حسگرها برای فتوگرامتری

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

• دوربین‌های صنعتی که به طور مستقیم به کامپیوتر وصل می‌شوند و پس از دریافت داده‌های تصویری، آن‌ها را به طور خودکار پردازش می‌کنند.
• دوربین‌های غیرصنعتی نیز امکان تصویربرداری با وضوح قابل‌قبول را برای مقاصد فتوگرامتری فراهم می‌کنند.
• دوربین‌های رقومی یا «اولتراکم» مورداستفاده در تصویربرداری هوایی قرار می‌گیرند و با بهره‌گیری از باندهای طیف نوری، تصاویر با وضوح‌بالا را ثبت می‌کنند.
• مسافت‌یاب‌های لیزری نیز از ابزارهای مؤثری برای اندازه‌گیری فاصله به دقت بالا استفاده می‌شود و ترکیب این حسگرها می‌تواند بهبود قابل‌توجهی در عملکرد تصویرسنجی داشته باشد.

استفاده از دوربین‌های عکاسی در فتوگرامتری چه مزایایی دارد؟

استفاده از دوربین‌های عکاسی در حوزه فتوگرامتری، به عنوان یک روش سنجش بدون تماس، امکانات بسیاری را به ما ارائه می‌دهد. این دوربین‌ها از نگاهی بی‌طرف و بی تماس، اطلاعات مفیدی از اشیا و محیط‌ها به ما ارائه می‌دهند. یکی از مزایای اصلی استفاده از این دوربین‌ها، امکان تعدد اندازه‌گیری‌ها است. با ثبت تصاویر متعدد، می‌توان به اطلاعات دقیق‌تری دست پیدا کرد و نواحی بیشتری را پوشش داد.

انعطاف‌پذیری در وضوح تصویر نیز از جمله مزایای این دوربین‌هاست. انتخاب زوایای مختلف برای ثبت تصاویر، می‌تواند به ما کمک کند تا مدل‌های سه‌بعدی با دقت بیشتری ایجاد کنیم. در نهایت، این دوربین‌ها، امکان سنجش دوبعدی و سه‌بعدی را هم به ما می‌دهند و این به ما کمک می‌کند تا به اطلاعات دقیق‌تری از محیط‌ها دست یابیم.

از دیگر مزایای فتوگرامتری با دوربین، توانایی تصویربرداری پویا توسط دوربین فیلم‌برداری است که امکان ثبت ویدئوهای دقیق از سطوح و اجسام را فراهم می‌کند. این روش امکان تفسیر داده‌ها توسط انسان را نیز فراهم می‌کند که این امر در روش‌های دیگر مانند مسافت‌یابی لیزری ممکن نیست.

با استفاده از فتوگرامتری با دوربین، می‌توان اطلاعات اضافی به غیر از هندسه اشیا را به دست آورد و فرایند اندازه‌گیری را به صورت مستندسازی کرد. امکانات دیگری مانند پردازش خودکار داده‌ها و پردازش زنده داده‌ها نیز از دیگر مزایا و کاربردهای این روش مدرن است.

مطلب پیشنهادی: ضریب نفوذ پذیری خاک چیست؟

جمع‌بندی

فتوگرامتری یک روش اندازه‌گیری است که بر اساس تصاویر و عکس‌ها انجام می‌شود. این فرایند از داده‌های دوبعدی برای تخمین هندسه سه‌بعدی محیط استفاده می‌کند و به ما کمک می‌کند تا روابط مفهومی بین این داده‌ها را درک کنیم. تصاویر هوایی و زمینی، از انواع تصاویری هستند که در فتوگرامتری استفاده می‌شوند و اطلاعات مفیدی برای ما فراهم می‌کنند. در مجموع، فتوگرامتری یک ابزار قدرتمند برای اندازه‌گیری و تحلیل داده‌ها از طریق تصاویر است که به ما کمک می‌کند تا بهتر و دقیق‌تر درک از محیط اطراف خود داشته باشیم.