Fotogrametria

Fotogrametria zientzia eta teknologia bat da. Horren helburua da edozein objekturen forma, dimentsioak eta espazioan duen posizioa zehaztasunez aztertzea eta definitzea, funtsean, objektu horren argazki batean edo gehiagotan egindako neurketak erabiliz.^[1]

Frantziak, Commission Nationale de l’Informatique et des Libertés erakundearentzat (CNIL) erakunde publikoarentzat, fotogrametria eszena batean neurketak egitean datza, ikuspuntu desberdinen arabera hartutako irudien artean lortutako paralelismoa erabiliz. Gizakiaren ikusmen estereoskopikoa da, eta ikusmen mota hori baliatu du fotogrametaiaren teknikak denbora askoan eszenaren erliebea berreraikitzeko, hau da, gizakiaren begiek egiten duten bezala, bi ikuspuntu desberdinetatik abiatuta. Gaur egun, gero eta gehiago erabiltzen ditu irudi digitalen arteko korrelazio-kalkuluak. Teknika hori irudien geometriaren modelatze zorrotz batean eta errealitatearen 3D kopia zehatz bat berregiteko bereganatzean oinarritzen da^[2].

Bi adar nagusi ditu: airetiko fotogrametria eta lurrekoa^[3].

Albrecht Meydenbauer arkitekto prusiarrak sortu zuen fotogrametria terminoa, 1867ko "Die Photometrographie" artikuluan agertu zena^[4].

Fotogrametriaren aldaera asko daude. Adibidez, bi dimentsio datuetatik (i.e. irudiak) hiru dimentsioko neurketak ateratzen dituena; adibidez, argazkiaren planoarekiko plano paraleloan dauden bi punturen arteko distantzia zehazteko, irudiaren gainean duten distantzia neur daiteke, irudiaren eskala ezagutzen bada. Beste bat kolore zehatzen tarteak eta balioak ateratzea da, albedoa, espekulazio-islapena, metaltasuna edo ingurumen-oklusioa bezalako kantitateak adierazten dituztenak, materialen argazkietatik abiatuta, errenderizazio fisikorako.

Gertuko fotogrametria, ohiko aireko fotogrametria (edo orbitala) baino distantzia txikiagotik ateratako argazkiekin egiten da. Analisi fotogrametrikoa argazki bati aplika dakioke, edo abiadura handiko argazkia eta teledetekzioa erabil ditzake 2Dko eta 3Dko mugimendu-eremu konplexuak detektatzeko, neurtzeko eta erregistratzeko, eredu konputazionaletan irudiak neurtu eta aztertzeko, 3Dko mugimendu erlatiboak gero eta zehaztasun handiagoz balioztatzeko.

Mapa topografikoetan isolineak marrazteko erabiltzen ziren estereoplotterrak sortu zenetik, erabilera ugari ditu orain, hala nola, sonarretan, radarretan eta LIDARrean.

Fotogrametriak diziplina askotako metodoak erabiltzen ditu, optika eta geometria proiektiboa barne. Irudien kaptura digitalak eta prozesamendu fotogrametrikoak ongi definitutako zenbait etapa dituzte, eta, horiei esker, objektuaren 2D edo 3D eredu digitalak sor daitezke azken produktu gisa^[6]. Eskuinean dagoen datu-ereduak erakusten du zer informazio-mota sar eta atera daitekeen metodo fotogrametrikoetatik.

3D koordenatuek objektu-puntuen kokapena zehazten dute 3D espazioan. Irudi-koordenatuek objektu-puntuek argazki-pelikulan edo irudi digitalak hartzeko gailu elektroniko batean duten kokapena definitzen dute. Kamera baten kanpoko orientazioak^[7] espazioan duen kokapena eta ikus-norabidea definitzen ditu. Barne-orientazioak irudi-prozesuaren parametro geometrikoak definitzen ditu. Hori da, batez ere, lentearen foku distantzia, baina lentearen distortsioen deskribapena ere sar daitezke kalkuluetan. Beste ohar osagarri batzuek garrantzi handia dute: eskala barrekin, funtsean bi puntuko distantzia ezaguna espazioan, edo puntu finko ezagunekin, neurketako oinarrizko unitateekin konexioa sortzen da.

Lau aldagai nagusietako bakoitza metodo fotogrametriko baten sarrera edo irteera izan daiteke.

Fotogrametriako algoritmoak, eskuarki, erreferentzia-puntuen koordenatuen eta desplazamendu erlatiboen karratu txikienen erregresio batura minimizatzen saiatzen dira. Minimizazio horri sorta-doikuntza (bundle adjustment) esaten zaio, eta sarritan Levenberg-Marquardten algoritmoa erabiltzen da.

Estereophotogramometria izeneko kasu berezi bat da. Teknika horretan, objektu baten gaineko puntuen koordenatu tridimentsionalak zenbatesten dira, posizio desberdinetatik hartutako bi irudi fotografikotan edo gehiagotan egindako neurketak erabiliz (ikus estereoskopia). Irudi bakoitzean, puntu komunak identifikatzen dira. Kameraren kokapenetik objektuaren punturaino ikusmarra (edo izpi) bat eraiki daiteke. Izpi horien elkarguneak (Triangulazio) zehazten du puntuaren hiru dimentsioko kokapena. Algoritmo sofistikatuagoek a priori ezagutzen den eszenari buruzko beste informazio bat ustiatu dezakete; adibidez, simetriak; kasu batzuetan, 3D koordenatuak berreraikitzeko aukera ematen dute, kamera-posizio batetik soilik. Estereophotogrammetria ukipenik gabeko neurketarako teknika sendo gisa erabiltzen da gero eta gehiago, egitura ez-birakor^[8] eta birakarien ezaugarri dinamikoak eta modu-formak zehazteko (9-10). Eredu fotogrametrikoak sortzeko irudi-bildumari polioskopia deitzen zaio teknikoki, Pierre Seguinek proposatu zuen bezala^[9].

Datu fotogrametrikoak beste teknika batzuen datu-tarte gehiagorekin osa daitezke. Datu-tarte hauek LIDAR bidez lor daitezke, laser eskanerrak, eman daitezke: LiDAR, laser-eskanerrak, argi zuriko digitalizatzaileak eta x, y eta z koordenatuak (Hiru dimentsiotako espazio baterako kartesiar koordenatu sistema) eskaneatu eta itzultzen dituen beste edozein teknika. Puntu horiek guztiak elkartzen diren modeloari "puntu-hodeia" deitzen zaio. Puntu-hodeiaren aztarnak ezin duenean eraikinen ertzak argi eta garbi zehaztu, argazkiek egin dezakete. Onuragarria da bi sistemen abantailak gehitzea eta integratzea, produktu hobea sortzeko.

3D bistaratzea, aireko argazkiak eta LIDAR datuak erreferentzia-esparru berean georeferentzean sor daiteke; airetiko argazkiak ortorektifikatuz eta, ondoren, LiDAR sarearen goiko aldean dauden ortorektifikatutako irudiak ezabatuz^{[oh 1][10][11]}. Lurreko eredu digitalak sor daitezke, airetiko edo sateliteen (e.g. SPOT satellite ) argazki pareak (edo multiploak) erabiliz. Minimo karratuen egokitzapen estereoa bezalako teknikak, korrespondentzia-matrize trinko bat sortzeko erabiltzen dira. Matrize hori kamera-eredu baten bidez transformatzen da, x, y, z datu-matrize dentso bat sortzeko. Matrize hori elebazio-eredu digital eta ortoirudiak sortzeko erabil daiteke. Teknika horiek erabiltzen dituzten sistemak, ITG sistema adibidez, 80 eta 90ko hamarkadetan garatu ziren, baina ordutik aurrera LIDAR eta radar bidezko hartzaileetan oinarritutako ikuspegiek ordeztu dute. hala ere, teknika horiek erabilgarriak izan daitezke airetiko argazki zaharren edo satelite bidezko irudien bidez erliebe modeloak lortzeko.

Fotogrametria hainbat eremutan erabiltzen da, hala nola kartografia topografikoan, arkitekturan, ingeniaritzan, fabrikazioan, kalitatearen kudeaketan, polizia-ikerketan, geologian, ondarearen berreraikitzean eta azterketan eta ikerketa arkeologikoetan eta espazioen berreraikitzean errealitate birtualerako.

Meteorologoek tornadoen haizearen abiadura zehazteko, datu meteorologiko objektiborik lortu ezin denean.

Filmetako postprodukzioan, irudi errealista ordenagailuz sortutako irudiekin konbinatzeko ere erabiltzen da; The Matrix pelikula zinemako fotogrametriaren erabileraren adibide ona da.

Fotogrametria asko erabili zen bideojokoetarako ingurumen-aktibo fotoerrealistak sortzeko, The Vanishing of Ethan Carter eta EA DICE-ren Star Wars Battlefront barne^[12]. Hellblade: Senua's Sacrifice jokoaren pertsonaia nagusia Melina Juergens aktorearen modelo fotogrametriko batetik eratorria izan zen^[13].

Fotogrametria talka-ingeniaritzan ere erabili ohi da, batez ere autoen istripuak aztertzeko. Talka batengatik auziren bat gertatzen denean eta ingeniariek ibilgailuan dagoen deformazio zehatza zehaztu behar dutenean, ohikoa da hainbat urte igaro izana, eta geratzen den froga bakarra poliziak istripuaren inguruan hartutako argazkiak izan daitezke. Fotogrametria ibilgailua zenbat deformatu zen zehazteko erabiltzen da, deformazio hori sortzeko behar den energia kantitatearekin erlazionatuta. Energia, orduan, talkari buruzko informazio garrantzitsua zehazteko erabil daiteke (adibidez, talkaren unean autoak mugitzen zen abiadura).

Fotomapeoa "hobekuntza kartografikoak" dituen mapa bat egiteko prozesua da. Hobekuntza horiek fotomosaiko batetik atera dira, hau da, irudi-mosaiko batez osatutako lurzoruaren irudi bat", edo, are gehiago, fotomosaiko^[14] kontrolatu gisa, non "banakako argazkiak zuzendu eta eskala komunera eramaten baitira (horretarako erabili diren kontrol-puntu batzuetan behintzat)"^[15].

Irudiak zuzentzeko, oro har, "argazki bakoitzak proiektatutako irudiak lau kontrol-puntuetara doitzen dira; puntu horien posizioak mapa batetik edo lurreko neurketetatik eratorriak dira. Zuzendutako eta eskalatutako argazki horiek kontrol-puntuen sare batean jartzen direnean, elkarrekikotasun ona lor daiteke, batetik, ebakitze eta doitze baliodunen bidez, eta, bestetik, puntu nagusiaren inguruko eremuak erabiliz, non arintze desplazamenduak (kendu ezin direnak) oso txikiak diren"^[15].

1977. urtean, ortofototomapeoa eta arkeologiaren arteko lotura probetxugarria frogatu zen, aireko argazki historikoak erabili zirenen Kaliforniako Frantziskotarren espainiar misioak mapeatzeko. Ikerketa horretan, Kaliforniako Unibertsitateko Teledetekzio Geografikorako Saileko adituek parte hartu zuten arkeologoekin batera^[16].

Argazki orokorrak asko erabili dira gune arkeologikoetan azalean agertzen diren hondarrak eta indusketak azaleratzen dituen egiturak kartografiatzeko. Argazki horiek, plataforma hauetatik ateratakoak izan dira, beste batzuek barne Lehen Mundu Gerrako gerra-globoak^[17]; gomazko globo meteorologikoak^[18]; haize parpailak; indusketa baten gainean eraikitako zurezko edo metalezko plataformak; eskailerak; makilak^[19][20], tripodeak^[21] eta abar^{[22][23][24][25][26][27][28][29]}.

Gaur egun, gero eta gehiago, argazkiak ateratzen dira fotogrametria bidez 3D modeloak eta neurketa zehatzak lortzeko. Horretarako, argazkiekin batera, topografia datuak eta GIS sistemak erabiltzen dira objektuak espazioan kokatzeko. modeloak ahalik eta zehatzenak izateko, eskalak eta kontrol-markak jartzen dira argazkiarekin hartuko ditugun objektuen edo egituren aldamenean.

Fotogrametria gero eta gehiago erabiltzen da ere itsas azpiko arkeologian, kartografiako guneek metodo tradizionalekin alderatuta duten erraztasun erlatiboa dela eta. Horri esker, errealitate birtualean egin daitezkeen 3D mapak sor daitezke^[30].

Fotogrametriarekin, objektuak edo eraikinak eskanea daitezke, 3D modeloak egiteko eta hondatutako eraikinen berreraikitze birtualak egiteko (Anastilosi birtuala).

Fotogrametria irudietan oinarritzen denez, muga fisikoak daude irudi horiek gainazal ilun, distiratsu edo argitsuegiak dituen objektu batenak direnean. Kasu horietan, askotan ekoizten den ereduak oraindik hutsuneak ditu, eta, beraz, askotan beharrezkoa sareak editatzeko software bereziekin garbitzea eta konpontzea, adibidez MeshLab programa ezagunarekin^[31] Bestela, objektu horiek akabera matez pintatzeak edozein puntu garden edo distiratsu ken dezake.

Google Earth-ek fotogrametria erabiltzen du 3D irudiak sortzeko^[32].

Rekrei izeneko proiektuak, fotogrametria erabiltzen du galdutako, lapurtutako edo apurtutako artefaktuen 3D ereduak egiteko. Horretarako galeraren aurretik ateratako argazkiak biltzen ditu. Horri egin da, adibidez, Notre-Dame katedralarekin, 2019an suak hartu zuenean birrindu egin zena.

Euskal Herrian, museoetan, pieza batzuen 3D modeloak sortu dira fotogrametriaren teknikarekin, hala nola Lenbur Fundazioak bere web gunean erakusten dituen hainbat piezena^[33]. Proiektu honek Zalduako aztarnategia eta Pirinioetako galtzada erromatarra uztartzen dituen ikerketa eta zabalkunde proiektuak Zaldua gune arkeologikoan fotogrametria erabiltzen du indusketa dokumentatzeko, eta bere web-gunean, induskatutakoaren bisualizazio fotogrametriko bat ikus daiteke^[34]. Santakriz aztarnategiak bertan aurkitutako piezen 3D modelo fotogrametrikoak argitaratu dituzte^[35]. Alto de la Cruz museoak ere museo birtuala ireki du Interneten^[36].

Fotogrametriarako software-pakete asko daude, Autodesk ReCap Pro, Visual Sfm eta Agisoft Metashape (aurretik PhotoScan zena), besteak beste.

3D ereduak online jartzeko eta partekatzeko aukera ematen dute plataforma batzuek, ezagunena gaur gaurkoz, Sketchfab^[37].

• Instituto Geográfico Nacional. Fotogrametria. .
• «3D piezak» Lenbur Burdin Harana.
• Albrecht Grimm, Kreuztal. The Origin of the Term Photogrammetry. .
• Santamaría Peña, Jacinto; Sanz Méndez, Teófilo. (2011). Fundamentos de Fotogrametría. Universidad de La Rioja ISBN 9788469408650..

• «Archaeological Photography» Antiquity 10: 486–490..
• Bascom, W. R.. (1941). «Possible Applications of Kite Photography to Archaeology and Ethnology» Illinois State Academy of Science, Transactions 34: 62–63..
• Capper, J. E.. (1907). «Photographs of Stonehenge as Seen from a War Balloon» Archaeologia 60 (2): 571–572.  doi:10.1017/s0261340900005208..
• Craig, Nathan. (2005). The Formation of Early Settled Villages and the Emergence of Leadership: A Test of Three Theoretical Models in the Rio Ilave, Lake Titicaca Basin, Southern Peru. Ph.D. Dissertation, University of California Santa Barbara Bibcode: 2005PhDT.......140C..
• Craig, Nathan. (2002). «Recording Large-Scale Archaeological Excavations with GIS: Jiskairumoko--Near Peru's Lake Titicaca» ESRI ArcNews Spring.
• Craig, Nathan. (2000). «Real Time GIS Construction and Digital Data Recording of the Jiskairumoko, Excavation Perú» Society for American Archaeology Buletin 18 (1).
• Craig; Adenderfer, Mark. (2003). «Preliminary Stages in the Development of a Real-Time Digital Data Recording System for Archaeological Excavation Using ArcView GIS 3.1» Journal of GIS in Archaeology 1: 1–22..
• Craig, N., Aldenderfer, M. & Moyes, H.. (2006). «Multivariate Visualization and Analysis of Photomapped Artifact Scatters» Journal of Archaeological Science 33 (11): 1617–1627.  doi:10.1016/j.jas.2006.02.018..
• Estes, J. E., Jensen, J. R. & Tinney, L. R.. (1977). «The Use of Historical Photography for Mapping Archaeological Sites» Journal of Field Archaeology 4 (4): 441–447.  doi:10.1179/009346977791490104..
• Fant, J. E.; Loy, W. G.. (1972). «Surveying and Mapping» The Minnesota Messenia Expedition. .
• Guy, P. L. O.. (1932). «Balloon Photography and Archaeological Excavation» Antiquity 6: 148–155..
• Hampl, F.. (1957). «Archäologische Feldphotographie» Archaeologia Austriaca 22: 54–64..
• Hume, I. N.. (1969). Historical Archaeology. New York.
• Kriegler, K.. (1929). «Über Photographische Aufnahmen Prähistorischer Gräber» Mittheliungen der Anthropologischen Gesellschaft in Wien 58: 113–116..
• Petrie, G.. (1977). «Orthophotomaps» Transactions of the Institute of British Geographers (Royal Geographical Society (with the Institute of British Geographers), Wiley) 2 (1): 49–70.  doi:10.2307/622193..
• Robinson, A. H., Morrison, J. L. & Meuehrcke, P. C.. (1977). «Cartography 1950-2000» Transactions of the Institute of British Geographers (Royal Geographical Society (with the Institute of British Geographers), Wiley) 2 (1): 3–18.  doi:10.2307/622190..
• Schwartz, G. T.. (1964). «Stereoscopic Views Taken with an Ordinary Single Camera--A New Technique for Archaeologists» Archaeometry 7: 36–42.  doi:10.1111/j.1475-4754.1964.tb00592.x..
• Simpson, D. D. A.; Booke, F. M. B.. (1967). «Photogrammetric Planning at Grantully Perthshire» Antiquity 41: 220–221..
• Straffin, D.. (1971). «A Device for Vertical Archaeological Photography» Plains Anthropologist 16: 232–234..
• Wiltshire, J. R.. (1967). «A Pole for High Viewpoint Photography» Industrial Commercial Photography: 53–56..

• Fotogrametriaren historia
• Fotogrametriaren deskribapen orokorra kultur ondarearen irudien web gunean