تصویرسنجی

نمونهٔ یک تصویرسنجی از دفتر مرکزی مزرعه پینهال واقع در سائو کارلوس

تصویرسنجی یا فتوگرامتری (به انگلیسی: Photogrammetry) دانش و فناوری به‌دست آوردن اطلاعات قابل‌اعتماد دربارهٔ اشیای فیزیکی و محیط از راه ثبت، اندازه‌گیری و تفسیر تصاویر عکاسی و الگوهای تابش الکترومغناطیسی است. این رشته از ابتدا با استریوپلاترهایی که برای ترسیم خطوط تراز بر روی نقشه‌های توپوگرافی به کار می‌رفتند آغاز شد و امروزه دامنهٔ کاربرد گسترده‌ای از جمله سونار، رادار و لیدار دارد.

اختراع این روش به امه لوسدا نسبت داده می‌شود، اما اصطلاح «فتوگرامتری» را معمار آلمانی آلبرشت مایدنباوئر در مقاله‌ای در سال ۱۸۶۷ به کار برد. تصویرسنجی از روش‌های رشته‌های گوناگونی مانند نورشناسی و هندسه تصویری بهره می‌گیرد و انواع مختلفی دارد؛ از جمله استخراج اندازه‌های سه‌بعدی از داده‌های دوبعدی (تصاویر) و استخراج دقیق مقادیر رنگ و کمیت‌هایی مانند سپیدایی و بازتاب منظم.

عکسهای هوایی امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمی یعنی فتوگرامتری به معنی کلی تهیه نقشه از عکس‌های هوایی و دیگری تفسیر به معنی شناسایی و تشخیص عوارض و اشیاء از روی تصویر به کار می‌روند و دارای شروع و تاریخ هم‌زمانی می‌باشند که بتدریج و با پیشرفت‌های فناوری، این دو رشته توسعه یافته و در نتیجه، استفاده و ابزار برای دو گروه کم‌کم از هم فاصله گرفته و در هر یک، تخصص‌های جداگانه‌ای به وجود آمده و بتدریج نیز اضافه خواهد شد.

پیشینه

عکسبرداری هوایی برای هر دو مصارف فوق دارای قدمت چندان زیادی نیست، بلکه تاریخ آن کم و بیش مقارن با پیدایش هنر و علم عکاسی و همچنین، صنعت هوانوردی است. اولین گزارش کتبی اختراع عکسبرداری به علوم آکادمی علوم و هنرهای فرانسه به سال ۱۸۳۹ بازمی‌گردد. این عکسبرداری توسط دو فرانسوی به نام‌های داگر و نیپس انجام گرفت. اولین گزارش قطعی پرواز هواپیما نیز مربوط به ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ به‌وسیله برادران آمریکایی رایت می‌باشد، بنابراین باید توجه نمود که تاریخ عکسبرداری هوایی به زمان بینابین دو تاریخ فوق برمی گردد. اولین عکسبرداری هوایی از اروپا (فرانسه) به وسیله G.S.Tournachon که بعداً Nadar نامیده شد، در ۱۸۵۸ در پاریس انجام گردید و مقارن با او، یعنی مجدداً در همان سال شخص دیگری به نام Laussedat با دوربین عکاسی و فیلمهای شیشه‌ای که با خود در بالن داشت، از دهکده‌ای نزدیک عکسبرداری نمود. او توانست از عکسها نقشه توپوگرافیک تهیه نماید و دومی موفق به تجزیه و تحلیل ریاضی برای برگردان تصویر پرسپکتیو به تصویر ارتوفتو شد. در آمریکا، اولین عکس هوایی که با بالن گرفته شد، به تاریخ ۱۳ اکتبر ۱۸۶۰ ثبت گردید. این عکس از ارتفاع ۱۲۰۰ پایی (۳۶۵ متری) از بندر بوستون گرفته شده و در اتحاد جماهیر شوروی سابق، تاریخ اولین عکسبرداری هوایی به سال ۱۸۸۶ بر می‌گردد.

اولین فیلمبرداری هوایی به‌وسیله ویلبر رایت در ۱۹۰۹ با هواپیما از چنتوچیلی ایتالیا انجام شد؛ ولی استفاده عظیم از عکسهای هوایی، در ارتش و از جنگ جهانی اول بود، در حالی که برای مصارف غیرنظامی، از جنگ جهانی دوم به‌طور وسیع آغاز گردید. با پیشرفت در صنایع شیمیایی و تهیه فیلم بهتر و همچنین تکنولوژی هوایی، در مجموع، این شاخه از علوم توسعه پیدا نمود. دوربین‌های عکسبرداری هوایی با پیشرفت‌های شگرف در صنعت و هنر ساختمان عدسی‌ها به حد بسیار مرغوب رسید. ساختمان انواع فیلم‌های سفید و سیاه به‌صورت پانکروماتیک و مادون قرمز توسعه یافت و فیلم رنگی نیز از ۱۹۳۵ به‌صورت کداکرم عرضه گردید. فیلمهای رنگی کاذب نیز کاربردی عظیم در تفسیر پیدا نمود.

روش‌ها

مدل داده‌ای تصویرسنجی

فرایند تصویربرداری رقمی و پردازش تصویرسنجی شامل چند مرحلهٔ مشخص است که امکان تولید مدل‌های رقمی دوبعدی یا سه‌بعدی از شیء را فراهم می‌سازد. چهار متغیر اصلی در این روش عبارت‌اند از: مختصات سه‌بعدی (موقعیت نقاط شیء در فضای سه‌بعدی)، مختصات تصویر، جهت‌گیری بیرونی دوربین و جهت‌گیری درونی آن (شامل فاصلهٔ کانونی عدسی و اعوجاج آن). الگوریتم‌های تصویرسنجی معمولاً مجموع مربعات خطاها را بر پایهٔ روش کمترین مربعات کمینه می‌کنند؛ این فرایند بهینه‌سازی تعدیل دسته‌ای نام دارد و اغلب با الگوریتم لونبرگ-مارکوارت انجام می‌شود.

کاربردها

تصویرسنجی در زمینه‌هایی چون نقشه‌برداری توپوگرافی، معماری، فیلم‌سازی، مهندسی، تولید، کنترل کیفیت، تحقیقات پلیس، میراث فرهنگی و زمین‌شناسی کاربرد دارد. باستان‌شناسان هوایی از آن برای تهیهٔ سریع نقشهٔ محوطه‌های بزرگ و هواشناسان برای تعیین سرعت باد گردبادها بهره می‌برند. در صنعت سرگرمی، از تصویرسنجی برای ترکیب لایو اکشن با تصویر تولیدشده توسط کامپیوتر استفاده می‌شود؛ فیلم ماتریکس نمونه‌ای شناخته‌شده از این کاربرد است. همچنین بازی‌های ویدئویی مانند ناپدید شدن ایتن کارتر و جنگ ستارگان جبهه نبرد (بازی ویدئویی ۲۰۱۵) از این فناوری برای ساخت دارایی‌های محیطی واقع‌گرایانه بهره برده‌اند.

گوگل ارث نیز از تصویرسنجی برای ایجاد تصاویر سه‌بعدی استفاده می‌کند.