Fotogrametriye Giriş 2014-2015, Bahar YY Fevzi Karslı (Doç. Dr.) Harita Mühendisliği Bölümü Mühendislik Fakültesi KTÜ 7 Mart 2015 Cumartesi
Ders Planı ve İçeriği 1. Hafta Giriş, dersin kapsamı, kavramlar, kaynaklar. 2. Hafta Fotogrametrinin tanımı ve uygulama alanları, Fotogrametrinin optik ve matematik temelleri, tanımlar. 3. Hafta Fotogrametrik hava kameralarının özelliklerinin tanıtımı, Optik izdüşüm, paralel ve merkezi izdüşüm kavramları. 4. Hafta Merkezi izdüşümün özellikleri ve fotogrametrideki kullanımı, Fotogrametride 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 7 Mart 2015 Cumartesi 2
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 7 Mart 2015 Cumartesi 3
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); Fotogrametri, Fotoğraflardan ve Lazer Tarama Verilerinden Geometrik Bilgiler, Çeviri, İTÜ. Gürbüz, H., (2006); Genel, Anakara. Erdoğan, S., (Editör) (2011), Fotogrametri, AÖF Yayın No: 1992, Anadolu Üniversitesi. www.google.com.tr (anahtar kelime: fotogrametri, photogrammetry) www.isprs.org, www.asprs.org, MATLAB ve LPS yazılımları 7 Mart 2015 Cumartesi 4
Ölçme ve Değerlendirme Etkinlik Sayı Katkı Oranı Ara Sınav 1 15-25 Kısa Sınav - - Yarıyıl Sonu Sınavı 1 60 Ödev (Dönem) 1 25-35 Haftalık Ödevler: 3 adet (kanaat notu olarak değerlendirilecek, bonus puan ) 7 Mart 2015 Cumartesi 5
Fotogrametri- Genel Bir Bakış 7 Mart 2015 Cumartesi 6
Veri Alımı 7 Mart 2015 Cumartesi 7
Veri Alım Mesafesi 7 Mart 2015 Cumartesi 8
Alım Yöntemi-Yersel ve hava 7 Mart 2015 Cumartesi 9
Alım Yöntemi 7 Mart 2015 Cumartesi 10
Değerlendirme 7 Mart 2015 Cumartesi 11
Değerlendirme Aletleri 7 Mart 2015 Cumartesi 12
Ürünler 7 Mart 2015 Cumartesi 13
Ürünler 7 Mart 2015 Cumartesi 14
Ürünler 7 Mart 2015 Cumartesi 15
Kullanım Alanları 7 Mart 2015 Cumartesi 16
Fotogrametriye Giriş (Tanım) 7 Mart 2015 Cumartesi 17
Fotogrametriye Giriş (Tanım) 7 Mart 2015 Cumartesi 18
Fotogrametriye Giriş (Temel İşlem Adımları) 7 Mart 2015 Cumartesi 19
Fotogrametriye Giriş (Sınıflandırma) 7 Mart 2015 Cumartesi 20
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 21
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 22
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 23
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 24
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 25
Fotogrametriye Giriş (Fotoğraf) 7 Mart 2015 Cumartesi 26
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 27
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 28
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 29
Fotogrametriye Giriş (Uygulama Alanları) 7 Mart 2015 Cumartesi 30
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 31
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 32
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 33
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 34
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 35
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 36
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 37
Fotogrametriye Giriş 3-D Perspektif Görünüş 7 Mart 2015 Cumartesi 38
Fotogrametriye Giriş (Tıp alanı) 7 Mart 2015 Cumartesi 39
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 40
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 41
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 42
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 43
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 44
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 45
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 46
Fotogrametriye Giriş 7 Mart 2015 Cumartesi 47
Fotogrametriye Giriş Çıktı: 3D Model Girdi: Stereo Görüntü 7 Mart 2015 Cumartesi 48
Fotogrametriye Giriş Yeşil: Referans Mavi: Eşleşen bölge Kırmızı: Eşleşmeyen bölge 7 Mart 2015 Cumartesi 49
Fotogrametriye Giriş Örnekler çoğaltılabilir.. 7 Mart 2015 Cumartesi 50
Fotogrametri Tanım Fotogrametri 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. Fotogrametri: Photos + Gramma + Metron : Fotoğraflarla ölçme. Foto yorumlama: Işık + Çizim + Ölçüm Bu iki terimden hareketle, fotogrametri, ölçme ve yorumlama olarak iki kısma ayrılabilir. (Genel tanım) Fotogrametri, 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. 7 Mart 2015 Cumartesi 51
Fotogrametri Tanım (Teknik tanım) Fotogrametri iki veya üç boyutlu cisimlerin fotoğraflar üzerinden ölçülmesidir. Bugün artık fotoğraf yerine dijital/ccd kameralarla üretilen veya tarayıcılarla elektronik olarak dijital ortamlara görüntüler kullanılabilmektedir. Fotogrametri, resimler üzerinden objelerin konum, büyüklük ve biçimini belirleyen bir bilim dalıdır. Fotogrametrik 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), 7 Mart 2015 Cumartesi 52
Neden Fotogrametri? Fotogrametrik 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, 2005 1. 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 7.000 TL, hektarda 10 bina bulunan 36 hektarlık bir paftanın bedeli ise 20.000 TL dir. 7 Mart 2015 Cumartesi 53
Neden Fotogrametri? Fotogrametrik yöntem üç veya dokuz katı ekonomiktir; Proje alanı 3000 3500 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. 7 Mart 2015 Cumartesi 54
Gereksinim Temel veriler Kent bilgi sistemleri Diğer Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) Planlar Konum+yükseklik bilgisine ihtiyaç duyulan diğer projeler 7 Mart 2015 Cumartesi 55
Fotogrametrik Bilgiler Fotogrametride 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. 7 Mart 2015 Cumartesi 56
Fotogrametri Kullanım Alanları Fotogrametrinin esas kullanım alanı, topoğrafik harita üretimidir. Bu haritalar çizgisel (grafik) veya raster (ortofoto) formda olabilmektedir. Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) üretiminde de fotogrametrik yöntemler kullanılabilir. Fotogrametrik 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. Fotogrametri mülkiyet amaçlı kadastro çalışmaları için, sınır noktalarının belirlenmesinde de kullanılmaktadır. Bir başka kullanım alanı, yakın saha fotogrametrisidir. Fotogrametrinin 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. 7 Mart 2015 Cumartesi 57
Fotogrametri Uygulama Alanları Topoğrafik uygulamalar Bu uygulamalar her ölçekte haritanın yapımında örneğin 1/1000-1/100000 ölçekli harita yapımı, Daha öncede yapılan haritaların revizyonunda Kadastro çalışmalarında Birçok mühendislik çalışmalarında Fotogrametri 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. 7 Mart 2015 Cumartesi 58
Ülkemizde Fotogrametrik 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. 1936 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. Fotogrametrinin 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 7 Mart 2015 Cumartesi 59
Sayısal/Çizgisel Fotogrametrik 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, 1/250 000, 1/500000 HGK standartları 7 Mart 2015 Cumartesi 60
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 7 Mart 2015 Cumartesi 61
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 7 Mart 2015 Cumartesi 62
Fotogrametrinin 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 Fotogrametri, Topografik olmayan Fotogrametri, 7 Mart 2015 Cumartesi 63
Fotogrametrinin Sınıflandırılması 4. Değerlendirme Yöntemine Göre Sınıflandırma Plançete Fotogrametrisi: Uçağın icadından önce, yersel fotogrametride kullanım alanı bulmuştur. Kamera ile yersel ölçü aleti olan teodolit birlikte kullanılmıştır. Analog Fotogrametri: Analog kameralarla çekilen fotoğraflar optik mekanik aletlerde değerlendirilerek model oluşturulup ve bu aletlere bağlı çizim masaları kullanılarak istenilen ölçekte çizimler yapılabilmiştir. Analitik Fotogrametri: 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 Fotogrametri: 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. 7 Mart 2015 Cumartesi 64
Fotogrametri: 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 1850 1900 1950 2000 7 Mart 2015 Cumartesi 65
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. 7 Mart 2015 Cumartesi 66
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 7 Mart 2015 Cumartesi 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
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 7 Mart 2015 Cumartesi 68
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 7 Mart 2015 Cumartesi 69
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=2100-600=1500 m r =h/c=1500 m/15 cm= 10 000 7 Mart 2015 Cumartesi 70
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: 7 Mart 2015 Cumartesi 71
Düzeltilmiş Fotoğraf Fotoğraf Yükseklik etkisi düzeltilmiş fotoğraf 7 Mart 2015 Cumartesi 72
Ölçeğin Değişiklik Göstermesi Binaların genişliği 8 m, ancak fotoğrafda ölçülünce değişik değerler ortaya çıkıyor. 7 Mart 2015 Cumartesi 73