Fotogrametriye Giriş

Transkript

1 ye Giriş , BAHAR YY Fevzi Karslı (Doç. Dr.) Harita Mühendisliği Bölümü 23 Mart 2014 Pazar

2 Ders Planı ve İçeriği 1. Hafta Giriş, dersin kapsamı, kavramlar, kaynaklar. 2. Hafta nin tanımı ve uygulama alanları, nin optik ve matematik temelleri, tanımlar. 3. Hafta k hava kameralarının özelliklerinin tanıtımı, Optik izdüşüm, paralel ve merkezi izdüşüm kavramları. 4. Hafta Merkezi izdüşümün özellikleri ve fotogrametrideki kullanımı, de kullanılan koordinat sistemleri. 5. Hafta Resim, model ve çekim koordinat sistemleri arasındaki geçişler. 6. Hafta Arazi koordinatları ile resim koordinatları arasındaki bağıntılar, Üç boyutlu dönüşüm matrisi, küçük dönmeler, diferansiyel formüller 7. Hafta Stereoskopik (üç boyutlu) görüş ve ölçme, Üç boyutlu model ölçümü ve paralaks hesabı 8. Hafta 1. Arasınav 23 Mart 2014 Pazar 2

3 Ders Planı ve İçeriği 9. Hafta 10. Hafta 11. Hafta Aynalı stereoskopla uygulama Aynalı stereoskopla uygulama, Hava fotoğraflarının çekimi, kullanılan kameralar, yardımcı aletler Fotoğrafların bindirme(örtüşme) oranlarının hesabı, Kontrol noktalarının jeodezik ve fotogrametrik yöntemlerle belirlenmesi 12. Hafta Uçuş planının hazırlanması, Hava fotogrametrisinde fotoğraf alım şekilleri 13. Hafta 14. Hafta 15. Hafta Hava fotoğraflarının değerlendirilmesi, Tek resim değerlendirmesi, Sayısal, grafik ve optik değerlendirme Tek resim değerlendirmesinde yükseklik farkından ileri gelen nokta kayması, Resim çiftleri ile ilgili matematik esaslar Çift resim değerlendirmesi, Resim çiftlerinin Karşılıklı Yöneltmesi ( Bağımsız, Bağımsız) Mutlak Yöneltme 23 Mart 2014 Pazar 3

4 Kaynaklar-Yazılım Kraus, K., (1993); Photogrammetry Volume I, Fundementals and Standard Process, Ferd. Dümmlers Verlag, Bonn, Germany. Kraus, K., (1999); Photogrammetry Volume II, Advanced Methods and Applications, Ferd. Dümmlers Verlag, Bonn, Germany. Kraus, K., (2007);, Fotoğraflardan ve Lazer Tarama Verilerinden Geometrik Bilgiler, Çeviri, İTÜ. Gürbüz, H., (2006); Genel I, Anakara. Erdoğan, S., (Editör) (2011),, AÖF Yayın No: 1992, Anadolu Üniversitesi. (anahtar kelime: fotogrametri, photogrammetry) MATLAB ve LPS yazılımları 23 Mart 2014 Pazar 4

5 Ölçme ve Değerlendirme Etkinlik Sayı Katkı Oranı Ara Sınav 1 20 Kısa Sınav - - Yarıyıl Sonu Sınavı 1 60 Ödev (Dönem) 1 20 Haftalık Ödevler: 3 adet (kanaat notu olarak değerlendirilecek, bonus puan ) 23 Mart 2014 Pazar 5

6 - Genel Bir Bakış 23 Mart 2014 Pazar 6

7 Veri Alımı 23 Mart 2014 Pazar 7

8 Veri Alım Mesafesi 23 Mart 2014 Pazar 8

9 Alım Yöntemi-Yersel ve hava 23 Mart 2014 Pazar 9

10 Alım Yöntemi 23 Mart 2014 Pazar 10

11 Değerlendirme 23 Mart 2014 Pazar 11

12 Değerlendirme Aletleri 23 Mart 2014 Pazar 12

13 Ürünler 23 Mart 2014 Pazar 13

16 Kullanım Alanları 23 Mart 2014 Pazar 16

17 ye Giriş (Tanım) 23 Mart 2014 Pazar 17

18 ye Giriş (Tanım) 23 Mart 2014 Pazar 18

19 ye Giriş (Temel İşlem Adımları) 23 Mart 2014 Pazar 19

20 ye Giriş (Sınıflandırma) 23 Mart 2014 Pazar 20

21 ye Giriş 23 Mart 2014 Pazar 21

26 ye Giriş (Fotoğraf) 23 Mart 2014 Pazar 26

30 ye Giriş (Uygulama Alanları) 23 Mart 2014 Pazar 30

38 ye Giriş 3-D Perspektif Görünüş 23 Mart 2014 Pazar 38

39 ye Giriş (Tıp alanı) 23 Mart 2014 Pazar 39

48 ye Giriş Çıktı: 3D Model Girdi: Stereo Görüntü 23 Mart 2014 Pazar 48

49 ye Giriş Yeşil: Referans Mavi: Eşleşen bölge Kırmızı: Eşleşmeyen bölge 23 Mart 2014 Pazar 49

50 ye Giriş Örnekler çoğaltılabilir.. 23 Mart 2014 Pazar 50

51 Tanım kelime anlamı olarak, Yunanca üç kelimeden oluşmaktadır. Photos = Işık; Gram= çizili veya yazılı ; Metron= Ölçme Işık yardımıyla oluşan görüntü üzerinde ölçme yapmak işlemi olarak adlandırılır. : Photos + Gramma + Metron : Fotoğraflarla ölçme. Foto yorumlama: Işık + Çizim + Ölçüm Bu iki terimden hareketle, fotogrametri, ölçme ve yorumlama olarak iki kısma ayrılabilir. (Genel tanım), cisimler ve oluşturdukları çevreden yayılan ışınların şekillendirdiği fotoğrafik görüntülerin ve yaydıkları elektro manyetik enerjinin kayıt, ölçme ve yorumlama işlemleri sonunda bu cisimler ve çevre hakkında güvenilir bilgilerin elde edildiği bir teknoloji ve bilim dalıdır. 23 Mart 2014 Pazar 51

52 Tanım (Teknik tanım) iki veya üç boyutlu cisimlerin fotoğraflar üzerinden ölçülmesidir. Bugün artık fotoğraf yerine dijital/ccd kameralarla üretilen veya tarayıcılarla elektronik olarak dijital ortamlara görüntüler kullanılabilmektedir., resimler üzerinden objelerin konum, büyüklük ve biçimini belirleyen bir bilim dalıdır. k ölçme ve değerlendirme sonucunda üç farklı ürün elde edilebilir. Bunlar; Objelerin x,y,z koordinatı, Topoğrafik harita ve plan, Düşeylenmiş fotoğraf veya bir başka ifade ile ortofoto (fotoğraf harita), 23 Mart 2014 Pazar 52

53 Neden? k yöntem ile sayısal harita yapımına ilişkin olarak yayınlanan Bakanlıklar arası Harita İşlerini Koordinasyon ve Planlama Kurulu Yönetmeliği Uyarınca, Harita Yapımı İle İlgili Bütçe Aktarma Hesaplarına Esas Olacak Birim Fiyat (2004 yılı) listesinde 1/1000 ölçekli bir paftanın fotogrametrik yöntem ile yapım bedeli, uçuş, film, banyo baskı, fotogrametrik nirengi ve stereo sayısallaştırma aşamalarını içeren bir çalışmada 2200 TL, İller Bankası Genel Müdürlüğü, Harita Dairesi Başkanlığı, dönem, Sayısal Halihazır Harita Alımı Meskun ve Gayirmeskun Hektar Birim Analiz Fiyatları (%25'li) başlıklı yayın a göre bir adet fotogrametrik pafta alanına karşılık gelen yaklaşık 36 hektarlık gayri meskun alan için, yersel yöntem ile halihazır harita yapım bedeli TL, hektarda 10 bina bulunan 36 hektarlık bir paftanın bedeli ise TL dir. 23 Mart 2014 Pazar 53

54 Neden? k yöntem üç veya dokuz katı ekonomiktir; Proje alanı hektardan büyük; yani yaklaşık 100 adet 1/1000 ölçekli harita üretilecek olmalı (kesin kural değil!), Süre avantajı, Günün her saatinde (gece/gündüz) üretime devam edilebilmesi, Kış şartlarından dolayı üretime ara verilmemesi, Proje çalışmalarının arazinin olumsuz şartlarından etkilenmeyen ofis koşullarında ve daha yönetilebilir, kontrol edilebilir ortamda yapılıyor olması, gibi avantajları ile mekansal veri üretiminde fotogrametrik yöntem, kaliteyi güvence altına alma adına önemli bir veri üretim tekniğidir. 23 Mart 2014 Pazar 54

55 Gereksinim Temel veriler Kent bilgi sistemleri Diğer Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) Planlar Konum+yükseklik bilgisine ihtiyaç duyulan diğer projeler 23 Mart 2014 Pazar 55

56 k Bilgiler de fotoğraflardan alınan bilgiler iki grupta toplanabilir. 1. Geometrik bilgiler (konum, biçim, boyut, alan vb.) Bu bilgiler fotoğraflar üzerinden ölçüm işlemleri yapılarak elde edilir. 2. Metrik olmayan diğer bilgiler (bitki örtüsünün türü, durumu, fotoğrafik dokunun sağladığı diğer bilgiler) Metrik olmayan bilgiler foto yorumlama (foto-interpratosyon) işlemi ile elde edilir. 23 Mart 2014 Pazar 56

57 Kullanım Alanları nin esas kullanım alanı, topoğrafik harita üretimidir. Bu haritalar çizgisel (grafik) veya raster (ortofoto) formda olabilmektedir. Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) üretiminde de fotogrametrik yöntemler kullanılabilir. k değerlendirme ile, arazi yüzeyinin kullanımı ve şekli ile ilgili bilgiler ise çeşitli şekillerde modellenerek CBS ortamında değişik biçimlerde işlenirler. Dolayısıyla CBS için önemli bir veri kaynağıdır. mülkiyet amaçlı kadastro çalışmaları için, sınır noktalarının belirlenmesinde de kullanılmaktadır. Bir başka kullanım alanı, yakın saha fotogrametrisidir. nin bu uygulama alanında, obje uzaklığı ile resim platformu arasındaki mesafe 1 m ile 100 m arasında değişmektedir. Mimarlık, arkeoloji, binaların veya mühendislik yapılarının hassas ölçümü, deformasyon ölçmeleri, kinematik ölçmeler ve bir çok uygulama yakın saha fotogrametrisinin uygulama kapsamındadır. 23 Mart 2014 Pazar 57

58 Uygulama Alanları Topoğrafik uygulamalar Bu uygulamalar her ölçekte haritanın yapımında örneğin 1/1000-1/ ölçekli harita yapımı, Daha öncede yapılan haritaların revizyonunda Kadastro çalışmalarında Birçok mühendislik çalışmalarında kullanılır. Topoğrafik olmayan alanlardaki uygulamalar Tarım (Toprak ve bitki örtüsü etütlerinde) Jeoloji ve Jeofizik Ormancılık Arkeoloji Mimarlık Uçak Gemi inşaatı ve otomotiv sanayi Astronomi Metalurji Tıp, Diş Hekimliği Kriminoloji (suç bilimleri, trafik kazalarının tespiti ve incelenmesinde) Askeri vb. alanlarda kullanılır. 23 Mart 2014 Pazar 58

59 Ülkemizde k Çalışma Alanında İlkler 1927 yılında Alman Zeiss firmasından satın alınan bir stereo Autograph, bir rödresman ve bir stereo komparatör aleti ile ilk kez çalışmalar yapılmıştır. Hava fotogrametrisi yöntemi ile ilk kez 1929 da Bonn projeksiyonunda Bergama-Çandarlı paftası üretilmiştir yılında hava fotogrametrisi uygulamaları genişletilmiş, İstanbul kenti imar planları için gerekli altlıkları sağlamak üzere, hava fotoğrafları çekilmiş ve 140 km 2 lik bir alanın 1/2000 ölçekli foto planları yapılmıştır. Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüğü 1952 yılında Wild firmasından dört adet fotogrametri aleti satın almıştır. nin özel sektör tarafından da uygulanabilmesi, 203 sayılı yasanın 1986 yılında yapılan değişikliği ile mümkün olabilmiştir. Yerel yönetimlerde büyük ölçekli haritaların fotogrametri ile üretimi 1987 yılında başlamıştır, İBB 23 Mart 2014 Pazar 59

60 Sayısal/Çizgisel k Haritalar 1/5000 ve daha büyük ölçekli harita yapımı (günümüzde vektör tarzda üretilen halihazır harita) Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği- BÖHHÜY, 2005 Orta ve küçük ölçekli topoğrafik harita yapımı (günümüzde vektör tarzda üretilen harita) 1/25000 temel ölçeği ve türetilen 1/50000, 1/100000, 1/ , 1/ HGK standartları 23 Mart 2014 Pazar 60

61 Ortofoto/Orto görüntü 1/5000 ve daha büyük ölçekli ortofoto/ortofoto harita yapımı (Raster) Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği- BÖHHÜY, 2005 Orta ve küçük ölçekli ortogörüntü /ortofoto / ortofoto harita yapımı (Raster) HGK standartları 23 Mart 2014 Pazar 61

62 Diğer ürünler Sayısal arazi/yükseklik/yüzey modeli (Vektör-TIN, Raster-GRID) - SAM, SYM-DEM, DTM, DSM Fotoplan (Raster) 3B Kent Modelleri (Vektör+raster) Fotoğraf, Anaglif vb. ekran görüntüleri (Raster) /çıktılar 23 Mart 2014 Pazar 62

63 nin Sınıflandırılması 1. Kamera konumuna göre gruplandırma; Uzak mesafe fotogrametrisi (Far-range photogrammetry), kamera obje uzaklığı oldukça büyüktür. Yakın resim fotogrametrisi (Close-range photogrammetry), kamera obje mesafesi belirli ve küçük değer almaktadır. 2. Diğer bir gruplandırma, Hava fotogrametrisi (Aerial photogrammetry), bu çoğunlukla uzak mesafe fotogrametrisi grubuna girmektedir. Yer yada yersel fotogrametri (Terrestrial Photogrammetry), buda yakın resim fotogrametrisi grubu içerisinde yer alır. Uydu fotogrametrisi (Satellite photogrammetry) 3. Bir başka gruplandırma ise, Topografik, Topografik olmayan, 23 Mart 2014 Pazar 63

64 nin Sınıflandırılması 4. Değerlendirme Yöntemine Göre Sınıflandırma Plançete si: Uçağın icadından önce, yersel fotogrametride kullanım alanı bulmuştur. Kamera ile yersel ölçü aleti olan teodolit birlikte kullanılmıştır. Analog : Analog kameralarla çekilen fotoğraflar optik mekanik aletlerde değerlendirilerek model oluşturulup ve bu aletlere bağlı çizim masaları kullanılarak istenilen ölçekte çizimler yapılabilmiştir. Analitik : Analitik fotogrametride veri olarak analog resimler kullanılır. Optik mekanik aletler yerini daha çok bilgisayarlarla desteklenmiş optik aletlere bırakmıştır. Böylece fotogrametrik işlem belli ölçüde otomatize edilmiştir. Bilgisayarda elde edilen ürünlerin CAD sistemlerine aktarılma olanağı da doğmuştur. Dijital : Dijital ya da sayısal fotogrametride analog resimler yerini dijital resimlere yani görüntülere bırakmıştır. Bütün ölçme ve değerlendirme işlemleri bilgisayar ortamında yapılmaktadır. Dijital kameralar veya tarayıcılar kullanıldığında, resimler doğrudan bilgisayara aktarılabilmektedir. 23 Mart 2014 Pazar 64

65 : Tarihi Gelişim PLANÇETE FOTOGRAMETRİSİ ANALOG FOTOGRAMETRİ ANALiTiK FOTOGRAMETRi Uygulama Finsterwalder Üç Boyutlu Değerlendirme Sayısal Arazi Modelleri DİJİTAL FOTOGRAMETRi Geliştirme Laussedat Meydanbauer Değerlendirme Aletleri (Autograph) Motorlu Uçak Bilgisayar Destekli Değerlendirme Aletleri, Hava Triyangülasyonu Bulunuş Fotoğrafın Bulunuşu Resim Çekme Makinesi Stereokomparatör Bilgisayar Dijital Görüntü İşleme Mart 2014 Pazar 65

66 Fotoğraf Fotoğraf: Bir kamera aracılığıyla ışığa duyarlı bir katman üzerine kaydedilmiş görüntüdür. Üzerinde geometrik ve fiziksel özellikleri gösteren bilgiler vardır. Göz uyumu (Akomodasyon) Gözün objeye göre kendini ayarlamasına göz uyumu yada akomodasyon denir. O değeri göz için belli bir noktadan sonra sonsuza gider. Bu durumda i=f olur. İ görüntü uzaklığının değişmesi gerekir, aksi durumda sadece sonsuzdaki resimleri çekeriz. Bunu ortadan kaldırmak için gözde uyum sağlanır, kamerada ise mercek ileri geri hareket ettirilir. 23 Mart 2014 Pazar 66

67 Fotoğraf Geometrisi Görüntü Düzlemi (Emilsiyon Taşıyıcısı) P Yer fotogrametrisinde durum; Diyafram (Obtüratör) a (Görüntü uzaklığı) Objektif f : Objektifin Odak Uzaklığı a : Görüntünün Objektife Uzaklığı b : Cismin Objektife Uzaklığı b Cisim Uzaklığı 23 Mart 2014 Pazar 67 P Odak uzaklığı f olan objektiften (mercek sistemi) b uzaklığındaki bir cismin net görüntüsü yine objektiften itibaren a uzaklığında bulunan bir düzlem (film) üzerinde oluştuğu kabul edilirse, geometrik optik kurallara göre mercek denklemi yazılır. 1 f = Hava fotogrametrisinde b (h uçuş yüksekliği), a (c) ye göre çok büyük olduğundan, b = kabul edilir. Bu durumda Hava fotogrametrisinde görüntü odak düzleminde oluşur. (a = f ). Yer fotogrametrisin de ise görüntü odak düzlemi dışında oluşur. 1 a + 1 b

68 Fotoğraf Geometrisi Hava fotogrametrisinde durum; O ( İzdüşüm Noktası) Film Düzlem i c (a) Asal uzaklık (Odak uzaklığı) h (b) Uçuş yüksekliği Arazi Hava fotogrametrisinde resim alım geometrisi 23 Mart 2014 Pazar 68

69 Resim (Fotoğraf) Ölçeği Arazi engebeli ise, h uçuş yüksekliği ortalama bir değer alınır. Mr = 1 m r = 1 m r c h ( 1 ) 5000 h = c m r Basit durum: -Düşey görüntü (eğik değil) -Resim düzlemi araziye paralel -Düz arazi Ölçek= f / h=1 / S Diğer durum: -Düşey görüntü -Resim düzlemi araziye paralel -Arazi düz değil Ölçek= f / h=f / (h 0 -z m )=1 / S 23 Mart 2014 Pazar 69

70 Uygulama 1 Odak uzaklığı (kamera sabiti) 15 cm olan bir hava kamerası ile denizden 2100 m yükseklikten resimler çekilmiştir. Arazinin ortalama yüksekliği 600 m olduğuna göre resim ölçeğini hesaplayınız? Çözüm: h o =2100 m z m =600 m c= 15 cm h= =1500 m r =h/c=1500 m/15 cm= Mart 2014 Pazar 70

71 Uygulama 2 Odak uzaklığı 300 mm olan bir kamera ile denizden 1100 m yüksekliğinde düşey fotoğraflar çekilmiştir. Deniz seviyesinden 200 m yüksekte olan P noktasında fotoğraf ölçeği kaçtır? Çözüm: 23 Mart 2014 Pazar 71

72 Düzeltilmiş Fotoğraf Fotoğraf Yükseklik etkisi düzeltilmiş fotoğraf 23 Mart 2014 Pazar 72

73 Ölçeğin Değişiklik Göstermesi Binaların genişliği 8 m, ancak fotoğrafda ölçülünce değişik değerler ortaya çıkıyor. 23 Mart 2014 Pazar 73