Η φωτογραμμετρία είναι η Τέχνη, η Επιστήμη και η Τεχνική που σκοπό έχειτην εξαγωγή αξιόπιστης μετρικής πληροφορίας φυσικών αντικειμένων και του περιβάλλοντος μέσω των διαδικασιών της καταγραφής, μέτρησης και ερμηνείας φωτογραφικών εικόνων και άλλων πρότυπων Ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και φαινομένων» [
94],[
98],[
102],[
103].
Ιστορικά στοιχεία
Η ιστορία της Φωτογραμμετρίας ξεκινάει από πολύ παλιά. Εμπνευστής της χρήσης της φωτογραφίας για την τεκμηρίωση των αρχιτεκτονικών κατασκευών σημαντικής πολιτιστικής αξίας, ήταν ο Albrecht Meydenbauer, γερμανός αρχιτέκτων που στα 1858 μετά από ένα ατύχημα κατά τη διάρκεια των μετρήσεων που έκανε στον καθεδρικό ναό της πόλης Wetzlar και μπορούσε να στοιχίσει τη ζωή του, σκέφτηκε ότι θα μπορούσαν οι μετρήσεις στην όψη ενός κτηρίου να πραγματοποιηθούν με έμμεσο τρόπο και όχι απ’ ευθείας. Ο καλύτερος τρόπος για την εξαγωγή των μετρήσεων έμμεσα ήταν με χρήση φωτογραφικής εικόνας. Οι κοινές φωτογραφικές μηχανές της εποχής δεν ήταν σε θέση να αποδώσουν ορθά τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των αντικειμένων και για το λόγο αυτό αποφάσισε να κατασκευάσει μια φωτογραφική μηχανή που θα ενσωμάτωνε και μια μετρητική συσκευή ικανή να δώσει εκτός από την εικόνα του αντικειμένου και κάποια γεωμετρική πληροφορία του. Η συσκευήαυτή κατασκευάστηκε το 1867 και αποτελούνταν από ένα ευρυγώνιο φακό (εστιακής απόστασης 25cm) με μέγεθος αρνητικού 30x30cm. O Meydenbauer έδωσε το όνομα στην επιστήμη που ονομάστηκε φωτογραμμετρία και προέρχεται από τρεις ελληνικές λέξεις: «Φως – γραμμή – μέτρηση» που περιγράφουν πολύ λιτά την ιδιότητα που έχει το φως να πορεύεται πάντα σε ευθεία γραμμή και να μπορεί να δίνει μετρήσεις κάνοντας χρήση αυτής της ιδιότητας. Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι ο Meydenbauer ήταν ο πρώτος που διαπίστωσε ότι τα μνημεία – αντικείμενα πολιτιστικής κληρονομιάς είναι σε κίνδυνο από τις βλάβες που υφίστανται με το πέρασμα του χρόνου και πρότεινε τη δημιουργία του “Denkmälerarchiv” δηλαδή του αρχείου της πολιτιστικής κληρονομιάς που θα χρησιμοποιούνταν σε περίπτωση καταστροφής του αρχικού μνημείου. Η δραστηριότητα του οδήγησε στην καταγραφή περίπου 2600 μνημείων και 20000 φωτογραφιών. Μερικά μάλιστα από τα μνημεία που αποτύπωσε ανήκουν και στη χώρα μας.
Από τότε η Φωτογραμμετρία έχει εξελιχθεί παράλληλα με την τεχνική της φωτογραφίας και σε συνεργασία με τις επιστήμες των μετρήσεων όπως π.χ. της τοπογραφίας, της γεωδαισίας και της χαρτογραφίας για τη δημιουργία χαρτών της γήινης επιφάνειας αλλά και της αρχιτεκτονικής για τη δημιουργία των σχεδιαγραμμάτων των όψεων των κτιρίων και των αρχαιολογικών ανασκαφών.
Πλεονεκτήματα – μειονεκτήματα και Χαρακτηριστικά
Τα κύρια χαρακτηριστικά της Φωτογραμμετρικής Μεθοδολογίας αποτύπωσης είναι:
- Η αποτύπωση είναι αντικειμενική
- Ορίζεται σύστημα αναφοράς.
- Η ανακατασκευή των γεωμετριών του αντικειμένου, στο χώρο, γίνεται μέσω συνεχούς απόδοσης ή/και σημειακής.
- Υπάρχει δυνατότητα επιστημονικού ελέγχου του αποτελέσματος ως προς την ακρίβεια και αξιοπιστία.
- Δεν υπάρχει ανάγκη σχεδίων πεδίου (σκαριφήματα-κροκί).
- Υπάρχει δυνατότητα έμμεσων μετρήσεων.
- Μπορεί να αξιοποιηθούν πλήρως οι δυνατότητες της νέας σχεδιαστικήςτεχνολογίας (π.χ., CAD), αλλά και της ψηφιακής τεχνολογίας ανάλυσης εικόνας (image processing). Επιπλέον είναι δυνατόν να αξιοποιηθούν εύκολα οι νέες ολοκληρωμένες τεχνικές ψηφιακής τεκμηρίωσης (αλφαριθμητικά, γραφικά και εικόνες). Αντιμετωπίζονται άμεσα λεπτομέρειες και πολύπλοκα αρχιτεκτονικά ή δύσκολα προσπελάσιμα στοιχεία.
- Στη διαδικασία των φωτογραμμετρικών αποτυπώσεων, ενσωματώνεται εύκολα η λογική της διαχρονικής παρακολούθησης της δυναμικής συμπεριφοράς του αντικειμένου, εφόσον είναι εύκολη, φθηνή και "πληθωρική" η συλλογή δεδομένων.
- Γίνεται άμεση ανακατασκευή της στερεομετρίας του αντικειμένου.
- Αξιοποιούνται γεωμετρικές ιδιότητες (π.χ., σημεία φυγής, προοπτικό-τητας, κλπ.) τα οποία διευκολύνουν ή/και πλουτίζουν τις επεξεργασίες.
- Η αλγοριθμική επεξεργασία των δεδομένων είναι δύσκολη.
- Υπάρχει ανάγκη για πρόσθετες εργασίες της τοπογραφικής μεθόδου (στις περιπτώσεις χρήσης φωτοσταθερών, ή τοποθέτησης του αντικειμένου σε αμοιβαία σχέση με άλλα αντικείμενα)
- Ο εξοπλισμός πεδίου είναι από χαμηλού κόστους μέχρι μέτριου.
- Ο απαραίτητος εξοπλισμός για τις επεξεργασίες γραφείου είναι εξειδικευμένος είτε μέτριου είτε υψηλού κόστους. Η φωτογραμμετρία ανάλογα με τον τρόπο του υπολογισμού και τον αριθμό των συντεταγμένων των σημείων των λεπτομερειών διακρίνεται σε μονοσκοπική και σε στερεοσκοπική φωτογραμμετρία και ανάλογα με τη θέση της φωτομηχανής, σχετικά με το αντικείμενο, σε επίγεια και από αέρα.
Στάδια εξέλιξης της φωτογραμμετρίας
Σημαντικότερα στάδια εξέλιξής της φωτογραμμετρίας ήταν:
- Αναλογική φωτογραμμετρία, όπου με χρήση των οπτικομηχανικών μέσων κατέστη δυνατή η εξαγωγή της θέσης στις τρεις διαστάσεις λεπτομερειών ενός εικονιζόμενου αντικειμένου που εικονίζεται σε ένα στερεοζεύγος φωτογραφιών που έχουν ληφθεί από διαφορετικές θέσεις με σημαντική επικάλυψη.
- Αναλυτική φωτογραμμετρία, όπου οι φωτογραμμετρικές διαδικασίες γίνονται με υπολογιστικά μέσα και για πρώτη φορά χρησιμοποιούνται Η/Υ για τον υπολογισμό των παραμέτρων των φωτογραφικών εικόνων και των προσανατολισμών τους καθώς και ο προσδιορισμός στον τρισδιάστατο χώρο της θέσης των λεπτομερειών των αντικειμένων.
- Ψηφιακή φωτογραμμετρία, όπου σταματά η επεξεργασία των αναλογικών φωτογραφιών και η επεξεργασία γίνεται με υπολογιστικά μέσα σε ψηφιακές απεικονίσεις (σκαναρισμένες εικόνες ή πρωτογενείς ψηφιακές εικόνες) όχι μόνο του ορατού φάσματος της Η/Μ ακτινοβολίας αλλά και άλλων προτύπων της όπως πχ. στο μήκος κύματος των μικροκυμάτων, υπέρυθρων ακτίνων κλπ.
Συστήματα Συντεταγμένων
Προτού αναλυθεί το μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τη βασική επεξεργασία της στερεοσκοπικής φωτογραμμετρίας θα γίνει μια μικρή αναφορά στα διάφορα συστήματα συντεταγμένων που συμμετέχουν στην φωτογραμμετρική επεξεργασία (του τρισδιάστατου χώρου, του φωτογραφικού επιπέδου και της φωτογραφικής εικόνας) και της σχέσης που τα συνδέει.
Σύστημα συντεταγμένων του φωτογραφικού επιπέδου. Η μέτρηση των συντεταγμένων των εικονιζόμενων σημείων σε μια φωτογραμμετρική εικόνα γίνεται στο σύστημα της φωτογραφίας ή αλλιώς του φωτογραφικού επιπέδου.Πρόκειται για ένα 2D (x,y) σύστημα συντεταγμένων που σαν αρχή έχει το κέντρο της εικόνας ή μάλλον την προβολή του κέντρου (x0,y0) των φακών της φωτομηχανής στο επίπεδο του αρνητικού ή του ψηφιακού αισθητήρα. Το κέντρο των φακών αποτελεί και το κέντρο προβολής από το οποίο διέρχονται όλες οι οπτικές γραμμές που αποτυπώνουν τα αντικείμενα του 3D χώρου στον 2D χώρο του φωτογραφικού επιπέδου. Οι μετρήσεις στο φωτογραφικό επίπεδο ανάγονται μετά από κατάλληλη επεξεργασία στον υπολογισμό των 3D συντεταγμένων των τρισδιάστατων αντικειμένων της φωτογραφίας.
Σύστημα συντεταγμένων της φωτομηχανής. Πρόκειται για ένα 3D σύστημα συντεταγμένων που έχει σαν αρχή το κέντρο των φακών με τον άξονα του βάθους W κάθετο προς το φωτογραφικό επίπεδο και τους άξονες U,V παραλήλους προς τους άξονες x,y του συστήματος συντεταγμένων του φωτογραφικού επιπέδου.
Εικόνα 10. Φωτογραμμετρικά συστήματα μέτρησης συντεταγμένων
Σύστημα συντεταγμένων του 3D χώρου. Πρόκειται για ένα σύστημα συντεταγμένων (Χ,Υ,Ζ) που υλοποιείται από το τοπογραφικό όργανο μετρήσεων των φωτοσταθερών που εικονίζονται στις φωτογραμμετρικές εικόνες. Η σύνδεση μεταξύ του επίγειου συστήματος συντεταγμένων και του συστήματος συντεταγμένων της φωτομηχανής προκύπτει αν υποθέσουμε ότι για τη μετάβαση από το ένα σύστημα στο άλλο αρκεί να γίνουν τρεις μεταθέσεις (παράλληλα προς τους τρεις άξονες Χ0,Υ0,Ζ0 που ορίζουν στο επίγειο σύστημα τις συντεταγμένες του κέντρου των φακών και αρχή του 3D συστήματος συντεταγμένων της φωτομηχανής) τρεις στροφές (ω, φ, κ γύρω από κάθε άξονα) και μία μεταβολή της κλίμακας των μετρήσεων. Σε μορφή πινάκων η σχέση ορίζεται από τη μορφή
όπου R(ω,φ,κ) είναι ένα μητρώο 3x3 που αποτελείται από αθροίσματα τριγωνομετρικών συναρτήσεων των γωνιών στροφής ω, φ και κ των αξόνωνΧ,Υ,Ζ ώστε να συμπέσουν με τους άξονες U,V,W και λ είναι ο συντελεστής κλίμακας της σμίκρυνσης των ειδώλων στη φωτογραφία. Κάθε σημείο που μετράται στην εικόνα στο σύστημα συντεταγμένων τηςφωτογραφικής μηχανής (U,V,W) έχει σταθερή συντεταγμένη βάθους
W = −c
όπου c είναι η εστιακή απόσταση της φωτογραφικής μηχανής, δηλαδή ηαπόσταση του κέντρου των φακών της από το φωτογραφικό επίπεδο και (x0,y0) η προβολή του κέντρου των φακών στο φωτογραφικό επίπεδο. Οι παράμετροι(c, x0,y0) μαζί με τις διαστάσεις του αρνητικού ή του ψηφιακού αισθητήρα ορίζουν τις παραμέτρους της εσωτερικής γεωμετρίας της φωτομηχανής. Ο προσδιορισμός των παραμέτρων της εσωτερικής γεωμετρίας της φωτομηχανής ονομάζεται εσωτερικός προσανατολισμός. Αντίθετα η θέση (Χ0,Υ0,Ζ0) του κέντρου των φακών και οι στροφές (ω,φ,κ) των αξόνων του επίγειου συστήματος ώστε να συμπέσουν με τους άξονες του συστήματος συντεταγμένων της φωτομηχανής, αποτελούν στοιχεία της θέσης και προσανατολισμού της φωτογραφικής λήψης στο επίγειο σύστημα συντεταγμένων και ο προσδιορισμός των 6 αυτών παραμέτρων ονομάζεται εξωτερικός προσανατολισμός.Η σχέση (21) μετατρέπεται στη μορφή:
λόγω της παραλληλίας με των αξόνων U,V του συστήματος της φωτογραφικής μηχανής με τους x,y του φωτογραφικού επιπέδου.
Από τις τρεις εξισώσεις που προκύπτουν μπορούμε να οδηγηθούμε με διαίρεση των δύο πρώτων από την τρίτη σε ένα σύστημα δύο εξισώσεων απαλείφοντας με τον τρόπο αυτό το συντελεστή κλίμακας λ, που χαρακτηρίζονται ως εξισώσεις συγγραμικότητας και είναι η βάση της στερεοσκοπικής φωτογραμμετρικής επεξεργασίας:
Οι σχέσεις αυτές συνδέουν τις φωτογραφικές συντεταγμένες (x,y) της εικόνας ενός σημείου στο φωτογραφικό επίπεδο, με τις επίγειες συντεταγμένες του(X,Y,Z) μέσω των στοιχείων της εσωτερικής γεωμετρίας της φωτομηχανής (c,x0,y0) και των συντεταγμένων στάσης (Χ0,Υ0,Ζ0) της φωτογραφικής μηχανής στο επίγειο σύστημα συντεταγμένων και των γωνιών στροφής ανάμεσα στα δύο τρισδιάστατα συστήματα συντεταγμένων (στοιχεία εξωτερικού προσανατολισμού).
Στερεοσκοπική Φωτογραμμετρία
Με χρήση δυο εικόνων δηλαδή μέτρηση των εικονοσυντεταγμένων x,y του ίδιου σημείου σε δύο εικόνες (που ονομάζονται ομόλογα σημεία), προκύπτουν δύο ζεύγη εξισώσεων της παραπάνω μορφής (23) που μπορούν να λυθούν με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων και να εξάγουν τη θέση του σημείου στο χώρο δηλαδή τις συντεταγμένες X,Y,Z. Η τεχνική αυτή ονομάζεται φωτογραμμετρική εμπροσθοτομία κατά αντιστοιχία της τοπογραφικής εμπροσθοτομίας που περιγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο. Βασική προϋπόθεση για την επίλυση της φωτογραμμετρικής εμπροσθοτομίας είναι να έχει προσδιοριστεί προηγουμένως η θέση και στροφή της φωτομηχανής (δηλαδή η σχέση των αξόνων της φωτομηχανής με τους άξονες του επίγειου συστήματος συντεταγμένων). Ο προσδιορισμός της θέσης των φωτογραφικών στάσεων και των γωνιών στροφής των αξόνων ονομάζεται φωτογραμμετρική οπισθοτομία και είναι δυνατόν να γίνει και πάλι με επίλυση εξισώσεων της μορφής (21) εφόσον είναι γνωστή η θέση τριών τουλάχιστον σημείων που εικονίζονται σε κάθε εικόνα στο τρισορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων του εδάφους. Η επάρκεια των τριών σημείων για την επίλυση της φωτογραμμετρικής οπισθοτομίας οφείλεται στο γεγονός ότι οι έξι άγνωστοι παράμετροι του προσανατολισμού των εικόνων X,Y,Z,ω,φ,κ μπορούν να υπολογιστούν καθώς κάθε ένα από τα τρία σημεία συνεισφέρει στο προς επίλυση σύστημα εξισώσεων με 2 εξισώσεις άρα συνολικά έχουμε 6 εξισώσειςγια 6 αγνώστους.
Το μεγάλο πλεονέκτημα της στερεοσκοπικής φωτογραμμετρίας οφείλεται στην τρισδιάστατη όραση και παρατήρηση των λεπτομερειών της επικαλυπτόμενης περιοχής του τρισδιάστατου χώρου στις δύο εικόνες σε εξειδικευμένους Η/Υ που ονομάζονται Ψηφιακοί Φωτογραμμετρικοί Σταθμοί (ΨΦΣ). Η παρουσίαση γίνεται μέσω ενός συστήματος στερεοσκοπικής όρασης του στερεοζεύγους και μετρήσεων, όπου μετά από κατάλληλη επεξεργασία που ονομάζεται σχετικός προσανατολισμός και κατόπιν της δημιουργίας κατάλληλων εικόνων (επιπολικές εικόνες) είναι δυνατή η τρισδιάστατη όραση του συνόλου των λεπτομερειών της επικαλυπτόμενης περιοχής των εικόνων του στερεοζεύγους. Η μέτρηση των σημείων μέσω του τρισδιάστατου συστήματος εξασφαλίζει
- μεγαλύτερη ακρίβεια μετρήσεων
- συντομότερη επεξεργασία με τη μέτρηση δύο ομόλογων σημείων ταυτόχρονα σε δύο διαφορετικές εικόνες
- αποφυγή χονδροειδών σφαλμάτων από λανθασμένη επιλογή παρόμοιων αλλά διαφορετικών σημείων στις δύο εικόνες.
Μονοσκοπική φωτογραμμετρία
Σε μερικές περιπτώσεις η απλότητα της γεωμετρίας ενός αντικειμένου μπορεί να οδηγήσει σε χρήση μίας μόνο φωτογραμμετρικής εικόνας για τον προσδιορισμό της θέσης των εικονιζόμενων λεπτομερειών. Σε ένα κτίριο, για παράδειγμα, όλα τα χαρακτηριστικά σημεία μιας όψης βρίσκονται σε ένα κατακόρυφο επίπεδο οπότε, αν θεωρήσουμε ότι η μια από τις τρεις συντεταγμένες του επίγειου συστήματος είναι το βάθος κάθετα στο κατακόρυφο αυτό επίπεδο, προκύπτει ότι για κάθε σημείο λεπτομερειών υπάρχουν μόνο δύο άγνωστες τιμές συντεταγμένων δηλ. η απόσταση οριζόντια και κάθετα επάνω στην όψη του. Μαθηματικά η σχέση που συνδέει το κατακόρυφο επίπεδο της όψης π.χ. ενός κτιρίου και της φωτογραμμετρικής εικόνας του ορίζεται από τις σχέσεις:
όπου x,y οι εικονοσυντεταγμένες των λεπτομερειών και X,Y οι αντίστοιχες συντεταγμένες στο επίγειο σύστημα και α1,α2,α3,b1,b2,b3,c1,c2 άγνωστοι παράμετροι. Αν είναι δυνατόν να προσδιοριστούν οι οκτώ άγνωστες παράμετροι που συνδέουν τα δύο επίπεδα (το επίπεδο της όψης και το φωτογραφικό επίπεδο στο όποιο γίνεται η καταγραφή) μπορεί να δημιουργηθεί μια εικόνα που αποτελεί την ορθή προβολή της όψης του κτιρίου, δηλαδή ένα χάρτη της όψης που κάθε σημείο του αντιστοιχεί βάσει των παραπάνω παραμέτρων σε γνωστά σημεία στο χώρο που υλοποιεί το κατακόρυφο επίπεδο.
Εικόνα 11. (α). Αρχική εικόνα. Είναι εμφανής η παραμόρφωση που υφίσταται το κτίριο λόγω της κεντρικής προβολής. (β). Τα σφάλματα λόγω κεντρικής προβολής και κλίσης έχουν απαλειφθεί
Ο προσδιορισμός των αγνώστων παραμέτρων πραγματοποιείται με την επίλυση ενός συστήματος τουλάχιστον 8 εξισώσεων άρα αν υπάρχουν 4 τουλάχιστον γνωστά σημεία στον πραγματικό χώρο και μετρηθούν οι εικονοσυντεταγμένες τους, μπορεί να δημιουργηθεί ένα σύστημα εξισώσεων που θα οδηγεί στην εύρεση των παραπάνω τιμών. Η εικόνα που δημιουργείται ονομάζεται ανηγμένη (=διορθωμένη) και η διαδικασία ονομάζεται φωτογραμμετρική αναγωγή. Η φωτογραμμετρική αναγωγή εμφανίζει αρκετά πλεονεκτήματα καθώς μπορεί με ελάχιστο κόστος (μέτρηση ορισμένων μόνο σημείων που βρίσκονται στο οριζόντιο ή κατακόρυφο επίπεδο και μπορεί να προσδιοριστούν ακόμα και με χρήση των εμπειρικών τεχνικών αποτύπωσης) και χρόνο να δώσουν ένα προστιθέμενης αξίας προϊόν με τα παρακάτω πλεονεκτήματα:
- Παρουσιάζει ένα συνεχές προϊόν
- Ενσωματώνεται με μεγάλη ευκολία σε ένα σύστημα ψηφιοποίησης CAD και οδηγεί πολύ εύκολα στο γραμμικό σχέδιο του μνημείου
- Με αναγωγή πολλών συνεχώς επικαλυπτόμενων εικόνων μπορεί να δημιουργηθεί ένα μωσαϊκό ανηγμένων εικόνων (φωτομωσαϊκό)
- Δεν υπάρχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις σε υλικό του Η/Υ καθώς δεν είναι απαραίτητη η χρήση στερεοσκοπικού συστήματος παρατήρησης
- Μπορεί να χρησιμοποιηθούν φωτογραφικές εικόνες που έχουν ληφθεί από κοινές φωτογραφικές μηχανές (ακόμα και αναλογικές compact φωτογραφικές μηχανές)
- Μπορεί και μια μετροταινία να οδηγήσει στην υλοποίηση και μέτρηση των απαιτούμενων φωτοσταθερών για την τελική αναγωγή των εικόνων
Επίσης, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί η ανηγμένη εικόνα μιας φωτογραφικής λήψης έχοντας στη διάθεσή μας μία ή δύο το πολύ μετρήσεις με την προϋπόθεση ότι στην αρχική εικόνα παρουσιάζεται ένα αντικείμενο στο όποιο είναι υλοποιημένα δύο ζεύγη παράλληλων γραμμών στους άξονες του καρτεσιανού συστήματος συντεταγμένων του χώρου. Στην περίπτωση αυτή γίνεται η χρήση των σημείων φυγής και της γεωμετρίας της κεντρικής προβολής [
100] για τον προσδιορισμό της θέσης της φωτογραφικής μηχανής σε σχέση με το αντικείμενο που εμφανίζει τα δύο ζεύγη των παράλληλων γραμμών των αξόνων. Επίσης, είναι δυνατόν να προσδιοριστούν και οι γωνίες στροφής (ω,φ,κ) που σχηματίζουν οι άξονες της φωτογραφικής μηχανής σε σχέση με το επίπεδο αναγωγής και εφόσον είναι γνωστό ένα ευθύγραμμο τμήμα που εμφανίζεται παράλληλο σε ένα από τα δύο ζεύγη των αξόνων μπορεί να προσδιοριστούν οι 8 παράμετροι της εξίσωσης (24) που οδηγούν στη δημιουργία της ανηγμένης εικόνας. Στην περίπτωση αυτή δεν υπάρχει ανάγκη για μέτρηση φωτοσταθερών και υλοποίηση τους σε ένα 2D σύστημα συντεταγμένων. Έτσι η χρήση μιας φωτογραφικής μηχανής και μιας μετροταινίας μπορεί να οδηγήσει άμεσα και σε ελάχιστο χρόνο σε ένα προστιθέμενης αξίας φωτογραμμετρικό προϊόν που έχει τα ίδια πλεονεκτήματα με αυτά που αναφέρθηκαν προηγουμένως.
Ακόμα και σε περιπτώσεις που το αντικείμενο δεν είναι επίπεδο και υπάρχει ένα μικρό ανάγλυφο, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθεί η ψηφιακή αναγωγή των μεμονωμένων εικόνων ακόμα και με μικρή απώλεια μέρους της ακρίβειας του τελικού προϊόντος, προκειμένου να αποφευχθεί
- η χρήση της στερεοσκοπικής επεξεργασίας εικόνων σε ψηφιακούς φωτογραμμετρικούς σταθμούς (ή σε προγράμματα πολυεικονικών συγκλινουσών λήψεων) αλλά και
- η μέτρηση φωτοσταθερών σημείων και την υλοποίηση ενός τρισδιάστατου συστήματος αναφοράς που αναπόφευκτα θα οδηγήσει στη χρήση των ακριβών μετρητικών οργάνων.
Οι τεχνικές που περιγράφηκαν παραπάνω αποτελούν τη βάση όλων των φωτογραμμετρικών εφαρμογών που μπορούν με χρήση μιας ή περισσότερων εικόνων να οδηγήσουν στην εξαγωγή αξιόπιστης μετρικής πληροφορίας του τρισδιάστατου χώρου.
Φωτογραμμετρικός Εξοπλισμός
Ο απαραίτητος υλικοτεχνικός εξοπλισμός για την εφαρμογή φωτογραμμετρικών τεχνικών για την ψηφιοποίηση μνημείων περιλαμβάνει τόσο φωτογραφικές μηχανές όσο και μετρητικές διατάξεις και εξειδικευμένα υπολογιστικά συστήματα που ονομάζονται Ψηφιακοί Φωτογραμμετρικοί Σταθμοί, αλλά και εφαρμογές λογισμικού με δυνατότητα επεξεργασίας εικόνας και δημιουργίας τρισδιάστατων μοντέλων από συγκλίνουσες φωτογραμμετρικές λήψεις εικόνων (convergent photogrammetry systems) ή δημιουργίας ανηγμένων εικόνων από προγράμματα ψηφιακής αναγωγής. Ο συνδυασμός των απαιτούμενων συσκευών και προγραμμάτων που θα οδηγήσει σε βέλτιστη και οικονομικότερη ψηφιοποίηση των μνημείων εξαρτάται από τα φυσικά χαρακτηριστικά του μνημείου (π.χ. τις διαστάσεις, την υφή και το ανάγλυφό του) την τελική κλίμακα και τα απαιτούμενα φωτογραμμετρικά προϊόντα απόδοσης του.
Φωτομηχανές
Εικόνα 12. Σημεία resau και τεχνητά φωτοσταθερά σημεία
Μετρικές φωτογραφικές μηχανές είναι ο τεχνικός όρος που χρησιμοποιείται για να δηλώσει τις εξειδικευμένες αναλογικές (με χρήση φιλμ) φωτογραφικές μηχανές που χρησιμοποιήθηκαν σε φωτογραμμετρικές εφαρμογές πριν την εμφάνιση της ψηφιακής τεχνολογίας και των ψηφιακών αισθητήρων σε φωτογραφικές μηχανές. Η χρήση τους μάλιστα γινόταν σε ειδικά συστήματα αναλογικής επεξεργασίας (στους μονοσυγκριτές και στερεοσυγκριτές) ή αναλυτικά συστήματα (στερεοαναγωγείς). Η χρήση των συστημάτων αυτών διατηρήθηκε μέχρι τις αρχές της προηγούμενης δεκαετίας (1990-2) οπότε σταδιακά αντικαταστάθηκαν από τους Ψηφιακούς Φωτογραμετρικούς Σταθμούς και τα λογισμικά συγκλίνουσας μη στερεοσκοπικής φωτογραμμετρίας ή μονοσκοπικής επεξεργασίας φωτογραμμετρικών εικόνων. Η χρήση όμως των εικόνων από μετρικές μηχανές διατηρείται ακόμη και σήμερα καθώς με την ψηφιοποίηση των φωτογραφιών τους από μεγάλης ακρίβειας σαρωτές φωτογραφιών (ή αρνητικών) μπορεί να επεξεργαστούν σε σύγχρονα φωτογραμμετρικά συστήματα.
Οι μετρικές φωτογραφικές μηχανές διαφέρουν από τις κοινές φωτογραφικές μηχανές λόγω των υψηλών προδιαγραφών στην ποιότητα των φακών και στη σταθερότητα της εσωτερικής γεωμετρίας που αποτελεί προϋπόθεση για την επίτευξη υψηλής ακρίβειας φωτογραμμετρικών προϊόντων. Σε εφαρμογές επίγειας φωτογραμμετρίας οι φωτογραφικές μηχανές χαρακτηρίζονται από τη μεγάλη διάσταση του αρνητικού και από την καλή ποιότητα των φακών που στερούνται σχεδόν κάθε παραμόρφωσης σε αντιδιαστολή με τις κοινές φωτογραφικές μηχανές που παρουσιάζουν μεγάλη παραμόρφωση ιδιαίτερα στην άκρη του format. Μια από τις πλέον συνηθισμένες φωτομηχανές που χρησιμοποιήθηκαν είναι η WILD P31 με μέγεθος αρνητικού 10x12.5 cm και ηWILD P32 με μικρότερη διάσταση αρνητικού (6x12 cm). Χαρακτηριστικό στοιχείο κάθε μετρικής φωτογραφικής μηχανής είναι σταθερή εστιακήαπόσταση των φακών (δεν είναι δυνατόν να μεταβληθεί η εστιακή απόσταση ώστε να είναι περισσότερο ευδιάκριτα τα αντικείμενα και να γίνει σωστή εστίαση του ειδώλου) και η ύπαρξη ειδικών σημαδιών που ονομάζονται εικονοσήματα και χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό του συστήματος μέτρησης των συντεταγμένων επάνω στο φωτογραφικό επίπεδο. Τα εικονοσήματα είναι υλοποιημένα χαρακτηριστικά σημάδια (σταυρονήματα) σε μία γυάλινη πλάκα που παρεμβάλλεται ανάμεσα στο σύστημα των φακών και το αρνητικό. Σε κάθε έκθεση του φιλμ στο φως μαζί με το αντικείμενο αποτυπώνεται στην ίδια πάντα θέση και το σταυρόνημα κάθε ενός από τα 4-5 εικονοσήματα που θα καθορίσουν την εσωτερική γεωμετρία της φωτομηχανής. Οι μετρικές μηχανές βαθμονομούνται πριν παραδοθούν στον τελικό τους χρήστη. Η διαδικασία βαθμονόμησης οδηγεί στον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων της εσωτερικής γεωμετρίας της και πρέπει να επαναλαμβάνεται ανά τακτά χρονικά διαστήματα στα εργαστήρια της εταιρείας.
Η χρήση των φωτογραφικών εικόνων που προέρχονται από μια μετρική φωτογραφική μηχανή πρέπει να ψηφιοποιηθούν προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε ένα σύγχρονο ψηφιακό φωτογραμμετρικό σύστημα. Η ψηφιοποίηση γίνεται από σαρωτές με ανάλυση της τάξης μέχρι και 4000dpi. Η ψηφιοποίηση είναι προτιμότερο να γίνεται απευθείας από το αρνητικό ή διαθετικό (slide) της φωτογράφησης, επειδή τυχόν εκτύπωση σε χαρτί της φωτογραφικής εικόνας μπορεί να οδηγήσει σε παραμορφώσεις των ειδώλων και ενδεχόμενα σφάλματα μετρήσεων.
Εκτός από τις μετρικές κάμερες μπορεί να χρησιμοποιηθούν και οι ημίμετρικές μηχανές που μοιάζουν με τις κοινές φωτογραφικές μηχανές (μεσαίου format, με διάσταση φιλμ 6x6 cm, π.χ. RolleiMetric 6008 series,http://www.rollei.de), στις οποίες όμως έχει προστεθεί μια γυάλινη πλάκα με ιδικά σταυρονήματα παρόμοια με αυτά των εικονοσημάτων που παίζουν τον ίδιο ρόλο (προσδιορίζουν την εσωτερική γεωμετρία της φωτομηχανής). Τα σημάδια αυτά ονομάζονται σημεία resau και απέχουν απόσταση 1 ή 2 cm στο αρνητικό. Η θέση τους έχει προσδιοριστεί με μεγάλη ακρίβεια επάνω στη γυάλινη πλάκα (περίπου 1μm) και επομένως εμφανίζονται σε απόλυτα προσδιορισμένες θέσεις στην εκτυπωμένη φωτογραφία, το αρνητικό ή το διαθετικό (slide). Ο φακός των ημιμετρικών φωτομηχανών έχει σταθερές προσδιορισμένες θέσεις εστίασης για τις οποίες έχει προσδιοριστεί σχεδόν απόλυτα η εστιακή τους απόσταση. Επίσης έχει εκ των προτέρων προσδιοριστεί και η παραμόρφωση που επιφέρουν σε κάθε φωτογραφία. Οι ημιμετρικές φωτομηχανές έχουν βαθμονομηθεί πριν την πώληση τους σε ειδικά εργαστήρια της κατασκευάστριας εταιρείας ώστε να προσδιοριστούν όλες οι παράμετροι παραμορφώσεις των φωτογραφικών ειδώλων κατά τη στιγμή της αποτύπωσης της φωτογραφικής εικόνας. Τελευταία, η γερμανική εταιρεία Rollei έχει κατασκευάσει και ψηφιακές ημιμετρικές φωτογραφικές μηχανές με υψηλή ποιότητα φακών και σταθερή εσωτερική γεωμετρία. Ωστόσο, ακόμα και κοινές φωτογραφικές μηχανές και μάλιστα οι ψηφιακές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φωτογραμμετρικές εφαρμογές. Οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, λόγω της απουσίας του μηχανισμού κίνησης του αρνητικού και της σταθερής θέσης του ψηφιακού αισθητήρα, μπορούν μετά από μια διαδικασία βαθμονόμησης να οδηγήσουν σε ακριβή φωτογραμμετρικά προϊόντα. Η εστιακή απόσταση που χρησιμοποιείται στις φωτογραφικές λήψεις μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια εφόσον είναι αμετάβλητη από λήψη σε λήψη (επεξεργασία στερεοζεύγους εικόνων) και υπάρχουν αρκετά σημεία ελέγχου (φωτοσταθερά) ώστε να οδηγηθούμε μέσω της διαδικασίας που ονομάζεται αυτοβαθμονόμηση στον προσδιορισμό όχι μόνο της εσωτερικής γεωμετρίας της μηχανής και των παραμέτρων ακτινικής παραμόρφωσης των φακών (παράμετροι βαθμονόμησης) αλλά και της θέσης (εξωτερικού προσανατολισμού) στο χώρο που είναι απαραίτητη για την εξαγωγή μετρήσεων από στερεοσκοπικές φωτογραφικές εικόνες ενός στερεομοντέλου.
Οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές που προτιμώνται είναι οι dSLR(digital Single Lens Reflex) μηχανές. Η εξέλιξη της τεχνολογίας και η ανταγωνιστικότητα μεταξύ των κατασκευαστριών εταιρειών έχει ωθήσει στην κατασκευή αισθητήρων υψηλής ανάλυσης και ποιότητας. Η επιλογή της φωτομηχανής που θα χρησιμοποιηθεί (μετρική, ημιμετρική, ψηφιακή, αναλογική) εξαρτάται από τη χρήση της σε στερεοσκοπική ή μονοσκοπική εφαρμογή και την απαιτούμενη τελική ακρίβεια των φωτογραμμετρικών προϊόντων. Σημαντικό ρόλο παίζει η ανάλυση της ψηφιακού αισθητήρα εφόσον είναι ψηφιακή ή το μέγεθος του format αν πρόκειται για αναλογική (μετρική, ημιμετρική ή απλή αναλογική). Η μέση κλίμακα της φωτογράφησης που συνδέεται άμεσα με την ανάλυση της φωτογραφικής εικόνας σε μονάδες εδάφους, θα καθορίσει και την απόσταση φωτογράφησης, δηλαδή τη μέση απόσταση του αντικειμένου από το φωτογραφικό φακό. Συνήθως η κλίμακα φωτογράφησης είναι της τάξης του 1:200 ή μεγαλύτερη με σκοπό να δημιουργηθούν φωτογραμμετρικά προϊόντα κλίμακας 1:50 ή μεγαλύτερης [
92]. Μια προσεγγιστική σχέση που δίνει την κλίμακα της φωτογράφησης προκύπτει από το λόγο της εστιακής απόστασης προς την απόσταση του φακού από το προς μελέτη αντικείμενο ( 1/H = c/H ). Για μια φωτογραφική μηχανή με εστιακή απόσταση 28mm η κλίμακα φωτογράφησης 1:200 ορίζει απόσταση από το αντικείμενο περίπου 0.028*200= 5.6m.
Ψηφιακοί Φωτογραμμετρικοί Σταθμοί
Οι Ψηφιακοί Φωτογραμμετρικοί Σταθμοί (ΨΦΣ) είναι εξειδικευμένοι Η/Υ που έχουν τη δυνατότητα να επεξεργάζονται στερεομοντέλα φωτογραμμετρικών εικόνων και να παρέχουν σχεδιαστικές λεπτομέρειες με τη χρήση ενός ειδικού υποσυστήματος υλικού (hardware module) στερεοσκοπικής παρατήρησης.
Εικόνα 13. Ψηφιακός Φωτογραμμετρικός Σταθμός [
95]
Τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι [
95]
- Αρχειοθέτηση (archiving): μπορούν αν αποθηκεύουν και να διαχειρίζονται αρχεία εικόνων και να εκτελούν συμπίεση και αποσυμπίεση τους.
- Επεξεργασία (processing): μπορούν να εκτελούν βασικές διαδικασίες επεξεργασίας εικόνων όπως βελτίωση και δειγματοληψία (resampling).
- Εμφάνιση (display) και μετακίνηση (roaming): μπορούν να εμφανίσουν εικόνες ή τμήματά τους, να εκτελούν μεγέθυνση και σμίκρυνση τους και να μετακινούν τη θέση παρατήρησης στα στερεομοντέλα των εικόνων
- Τρισδιάσταση μέτρηση σημείων (3D measurement): διαδραστική μέτρηση σημείων και χαρακτηριστικών με σφάλμα μικρότερο του μεγέθους της εικονοψηφίδας
- Σχεδίαση: Τοποθέτηση των μετρημένων σημείων και των χαρακτηριστικών λεπτομερειών επάνω στο στερεομοντέλο των εμφανιζόμενων εικόνων.
Το εξειδικευμένο υλικό είναι σε θέση να προβάλει τρισδιάστατα τις εικόνες ενός στερεομοντέλου κάνοντας χρήση ειδικού οπτικού συστήματος με χρήση ενεργητικής ή παθητικής πόλωσης εικόνων (polarization). Η στερεοσκοπική όραση επίσης είναι σε θέση να αποτρέψει λανθασμένη ψηφιοποίηση από πλευράς χειριστή του Ψηφιακού Φωτογραμμετρικού Σταθμού καθώς είναι σχεδόν απίθανο να γίνει λανθασμένη στερεοσκοπική παρατήρηση και να οδηγήσει σε λάθος υπολογισμό των μετρήσεων στο εικονιζόμενο αντικείμενο.
Οι Ψηφιακοί Φωτογραμμετρικοί Σταθμοί ενσωματώνουν εφαρμογές αυτόματης σχεδίασης και με κατάλληλο χειρισμό οδηγούν σε πλήρη ψηφιοποίηση των λεπτομερειών ενός μνημείου. Έτσι μπορεί να παραχθούν άμεσα τα αρχεία σχεδίασης που με εκτύπωσής τους υπό κλίμακα περιγράφουν το τρισδιάστατο μοντέλο του υπό μελέτη αντικειμένου.
Επίσης, συνοδεύονται από λογισμικό που αυτοματοποιεί πολλές διαδικασίες όπως πχ. αυτόματο προσανατολισμό ή αυτόματη δημιουργία του Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους που αποτελεί ένα σύνηθες φωτογραμμετρικό προϊόν, κυρίως σε εφαρμογές χαρτογραφήσεων μεγάλης και μικρής κλίμακας (σε ένα μεγάλο αρχαιολογικό χώρο ή σκάμμα). Οι περισσότερες φωτογραμμετρικές εφαρμογέςπου επιλύονται σε ΨΦΣ είναι από αέρα (με την φωτογραφική μηχανή να ίπταται πάνω από το αντικείμενο μελέτης – αεροφωτογράφηση) αλλά υπάρχουν και αρκετές περιπτώσεις που επίγειες λήψεις μπορεί να ψηφιοποιηθούν σε ένα ΨΦΣ.
Πολλοί επεξεργαστικά πανίσχυροι φωτογραμμετρικοί σταθμοί που έχουν χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές επίγειας και από αέρα φωτογραμμετρίας έχουν κατασκευαστεί και χρησιμοποιούνται παγκοσμίως από τις εταιρείες Z/I Imaging (ImageStation SSK), Bae Systems (SocketSet), DVP GS, Inc (DVP).
Λογισμικό Συγκλίνουσας Φωτογραμμετρίας (Convergent Photogrammetry) ή Πολυεικονικής Μη Στερεοσκοπικής Φωτογραμμετρίας
Η στερεοσκοπική όραση δεν είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ψηφιοποίηση ενός τρισδιάστατου αντικειμένου. Χρησιμοποιείται για την αποφυγή χονδροειδών σφαλμάτων κατά την ψηφιοποίηση σε ΨΦΣ λόγω της δυνατότητας στερεοσκοπικής όρασης των προς ψηφιοποίηση σημείων και βελτιώνει την ακρίβεια στη συλλογή των ομόλογων σημείων. Εφόσον έχει προσδιοριστεί ο εξωτερικός προσανατολισμός για κάθε εικόνα και είναι γνωστή η εσωτερική γεωμετρία της μηχανής λήψης μπορεί με χρήση δύο ζευγών εξισώσεων της μορφής (23) να οδηγηθούμε στον προσδιορισμό των σημείων λεπτομερειών ενός αντικειμένου στον τρισδιάστατο χώρο. Επιπλέον, είναι δυνατόν να εκμεταλλευτούμε μερικά ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που πιθανόν μοντελοποιούνται με τη μορφή μαθηματικών εξισώσεων για μερικά σημεία λεπτομερειών. Πολλά σημεία για παράδειγμα δημιουργούν ένα κατακόρυφο επίπεδο (XZ ή YZ) μιας όψης ενός κτηρίου. Πολλά προγράμματα συγκλίνουσας φωτογραμμετρικής επεξεργασίας ή αλλιώς μη στερεοσκοπικής επεξεργασίας φωτογραμμετρικών εικόνων χαρακτηρίζονται από την απλότητα του χειρισμούκαι είναι σε θέση με ελάχιστες μετρήσεις (π.χ. τη μέτρηση μιας οριζόντιας ή κατακόρυφης απόστασης) να δώσουν το πλήρες τρισδιάστατο μοντέλο του εικονιζόμενου αντικειμένου. Ένα αρκετά δημοφιλές φωτογραμμετρικό προγραμμα συγκλίνουσας φωτογραμμετρίας είναι το CDW της RolleiMetric που έχει σχεδιαστεί ειδικά για την φωτογραμμετρική επεξεργασία εξειδικευμένων μετρικών φωτομηχανών μεσαίου format (μέγεθος αρνητικού 6x6cm) και διαθέτουν ιδιαίτερα κατασκευαστικά στοιχεία για περισσότερη ακρίβεια μετρήσεων. Επίσης, το PhotoModeler της εταιρείας EOS Systems Inc©, το 3D Builder της 3D Construction Company, το FotoG™ της Εταιρείας Vexcel, το iWitness της PhotoMetrix, το ShapeCapture της ShapeQuest Inc., και το Image Modeler 4.0 της Εταιρείας RealVis ενσωματώνουν όλες τις φωτογραμμετρικές τεχνικές και επιπλέον ενισχύονται με γεωμετρικές συνθήκες (συνεπιπεδότητας, κ.α.) που μερικά σημεία, γραμμές ή επίπεδα υλοποιούν έτσι ώστε να ενισχύεται η ακρίβεια στον υπολογισμό των σημείων χωρίς να είναι απαραίτητες ακριβείς μετρήσεις (φωτοσταθερών) όπως συμβαίνει στην περίπτωση των ΨΦΣ. Τα προγράμματα συγκλίνουσας φωτογραμμετρίας συνοδεύονται από βασικές διαδικασίες ψηφιοποίησης, αυτοματοποιημένης σχεδίασης (εξαγωγή σε αρχείο DXF) και δημιουργίας Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους, ενώ μερικά από αυτά έχουν τη δυνατότητα επιπλέον να δημιουργούν και να εξάγουν το τρισδιάστατο μοντέλο σε αρχείο VRML.
Γενικές παρατηρήσεις για την εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων για την αποτύπωση μνημείων - χώρων
Η φωτογραμμετρία είναι μια επιστήμη έμμεσης μέτρησης μεγεθών ενός πραγματικού αντικειμένου μέσω της παρατήρησης της εικόνας του (ή των εικόνων του για την περίπτωση της στερεοσκοπικής φωτογραμμετρίας). Ωστόσογια την εφαρμογή της φωτογραμμετρικής εμπροσθοτομίας που οδηγεί σε υπολογισμό των συντεταγμένων πρέπει να προηγηθεί η φωτογραμμετρική οπισθοτομία. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η γνώση της θέσης τριών τουλάχιστον σημείων στο χώρο και η παρατήρησή τους σε μία εικόνα δημιουργεί ένα σύστημα με έξι εξισώσεις και έξι αγνώστους που είναι οι παράμετροι του εξωτερικού προσανατολισμού της εικόνας, δηλαδή της θέσης της μηχανής (και συγκεκριμένα του κέντρου του φακού της) και στροφής των αξόνων της ως προς τους άξονες του επίγειου συστήματος. Τα σημεία που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης και των στροφών της φωτομηχανής και μετρώνται με μεγάλη ακρίβεια σε ένα αυθαίρετο τρισορθογώνιο επίγειο σύστημα συντεταγμένων λέγονται φωτοσταθερά. Τα φωτοσταθερά μπορεί να είναι είτε ευδιάκριτες λεπτομέρειες (χαρακτηριστικά σημείατου κτιρίου πχ γωνία ενός παραθύρου στην όψη ενός κτιρίου) στην επιφάνεια του αντικειμένου ή προσημασμένοι στόχοι υλοποιημένοι σε χαρτί ή άλλο φορέα (πχ αλουμίνιο) και τοποθετημένοι πάνω στο αντικείμενο ώστε να καλύπτουν το σύνολο της περιοχής του αντικειμένου που εμφανίζεται στις εικόνες. Το επίγειο σύστημα συντεταγμένων μπορεί να είναι αυθαίρετο και υλοποιείται από τη θέση των φωτοσταθερών που είναι δυνατόν να μετρηθούν με χρήση ενός τοπογραφικού οργάνου (γεωδαιτικού σταθμού) όπως έχει περιγραφεί σε προηγούμενο κεφάλαιο. Η ίδια απαίτηση για την ύπαρξη φωτοσταθερών αφοράκαι τον προσδιορισμό των οκτώ άγνωστων παραμέτρων των εξισώσεων της μορφής (23) που εφαρμόζονται στην μονοσκοπική φωτογραμμετρία.
Είναι απαραίτητο λοιπόν για τη χρήση οποιασδήποτε φωτογραμμετρικής διαδικασίας να υπάρχει ένας ελάχιστος αριθμός μετρημένων σημείων στο χώρ που παρατηρούνται στις εικόνες. Γιατί, λοιπόν εφόσον γίνονται κάποιες μετρήσεις να μην αποτυπώνεται ολοκληρωτικά ένα αντικείμενο με χρήση κοινών τοπογραφικών οργάνων ή άλλων μετρήσεων;
Το σύνολο των μετρήσεων που γίνονται με τη βοήθεια του Η/Υ στις εικόνες είναι πολύ μεγαλύτερο από τις ελάχιστες μετρήσεις και οι συνθήκες κάτω από τις οποίες γίνονται οι μετρήσεις είναι πολύ καλύτερες. Οι συνθήκες είναι πολύ πιο ευνοϊκές όταν γίνονται στο γραφείο μπροστά στην οθόνη του Η/Υ με όλες τις ανέσεις που αυτό παρέχει (κλιματισμός, άνεση, κατάλληλος φωτισμός, κ.α.) παρά όταν γίνονται κάτω από τον καλοκαιρινό ήλιο του Αυγούστου ή κατά τη διάρκεια βροχοπτώσεων σε μια αρχαιολογική ανασκαφή με χρήση μετροταινίας και αλφαδολάστιχου.
Οι μετρήσεις που απαιτούνται για την φωτογραμμετρική επίλυση των εικόνων γίνονται συνήθως με τη χρήση τοπογραφικών οργάνων (γεωδαιτικών σταθμών) έτσι ώστε η ακρίβεια μέτρησης να είναι αρκετά υψηλή και της ίδιας τάξης μεγέθους με τη διάσταση της εικονοψηφίδας (pixel) στο έδαφος ώστε να μην υποβαθμίζεται η τελική ακρίβεια των φωτογραμμετρικών προϊόντων.
Εάν το μέγεθος της εικονοψηφίδας (pixel) στο έδαφος που καθορίζεται από τη μέση κλίμακα των εικόνων (δηλαδή από το λόγο της εστιακής απόστασης προς την απόσταση της φωτογράφησης) και την ανάλυση του αισθητήρα (ή της ανάλυσης σάρωσης της φωτογραφίας ή του αρνητικού) είναι 1cm τότε η μεταβλητότητα που εκφράζει την ακρίβεια των μετρήσεων δεν πρέπει να είναι μικρότερη από την τιμή αυτή. Σε πολλές περιπτώσεις μεταβλητότητες πάνω από 1cm, μπορεί να οδηγήσουν σε αποδεκτά φωτογραμμετρικά προϊόντα αν η τελική εκτύπωση των σχεδίων γίνεται σε τέτοια κλίμακα που το σφάλμα των μετρήσεων να μην είναι ορατό. Το μέγιστο ανεκτό σχεδιαστικό σφάλμα ενός υπό κλίμακα σχεδίου είναι της τάξης των 0.2-0.3 mm οπότε, για κλίμακα απόδοσης 1:50 το σφάλμα του 1cm οδηγεί σε σχεδιαστικό σφάλμα 0.2 mm που είναι μικρότερο του κάτω ορίου του σχεδιαστικού σφάλματος και επομένωςείναι αποδεκτό. Τα σημεία που μετρώνται πρέπει να καλύπτουν όσο το δυνατόν καλύτερα το σύνολο του αντικειμένου που είναι ορατό στην επικαλυπτόμενη περιοχή του στερεοζεύγους (αν πρόκειται για στερεοσκοπική εφαρμογή) ή το κτίριο συνολικά σε μια μονοσκοπική εφαρμογή. Λόγω της χρήσης τοπογραφικών μεθόδων για τη μέτρηση των φωτοσταθερών η επιστήμη της τοπογραφίας έχει παίξει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της επιστήμης της Φωτογραμμετρίας. Δεν είναι τυχαίο άλλωστε ότι η επιστήμη της Φωτογραμμετρίας ονομάζεται και Φωτοπογραφία στην ελληνική ορολογία και διδάσκεται ως επί το πλείστον στα τμήματα Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών των Πολυτεχνικών Σχολών της χώρας. Τα τελευταία χρόνια όμως λόγω της εξέλιξης των Η/Υ και της χρήσης τους για την επίλυση φωτογραμμετρικών προβλημάτων η Φωτογραμμετρία αποτελεί ένα κοινό τόπο μελέτης και εφαρμογών για πολλές επιστήμες κυρίως των Τμημάτων των Πολυτεχνικών Σχολών όπως πχ. Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών, Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανι-κών Η/Υ, Αρχιτεκτόνων Μηχανικών και Πολιτικών Μηχανικών. Σε πολλές περιπτώσεις βέβαια που αναφέρθηκαν σε προηγούμενες παραγράφους, δεν είναι απαραίτητη η χρήση ενός ακριβούς τοπογραφικού οργάνου για την συλλογή μετρήσεων για την φωτογραμμετρική επίλυση αλλά αρκούν ελάχιστες μετρήσεις αποστάσεων στην όψη ενός μνημείου που γίνονται με χρήση μετροταινίας ενώ ταυτόχρονα γίνονται μερικές παραδοχές συνθηκών (καθετότητα και παραλληλία γραμμών και επιπέδων) που ικανοποιούν χαρακτηριστικά σημεία του αντικειμένου. Στην περίπτωση αυτή η ακρίβεια είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή που επιτυγχάνεται με χρήση τοπογραφικών οργάνων αλλά και πάλι αν οι απαιτήσεις της ακρίβειας του τελικού προϊόντοςείναι σχετικά μικρές είναι δυνατόν οι συγκεκριμένες μετρήσεις να αποδώσουν ικανοποιητικά το τελικό φωτογραμμετρικό προϊόν.
Επίγεια και από αέρα φωτογραμμετρία
Η φωτογραμμετρική επιστήμη μπορεί να διαχωριστεί σε επίγεια και από αέρα φωτογραμμετρία. Η από αέρα φωτογραμμετρία ασχολείται με θέματα που αφορούν τη χαρτογράφηση σε μικρές συνήθως κλίμακες της γήινης επιφάνειας με χρήση φωτογραφιών που προέρχονται από φωτομηχανές που ίπτανται σε μεγάλο σχετικό ύψος πάνω από τη επιφάνεια της Γης. Η επίγεια φωτογραμμετρία ασχολείται με ψηφιοποίηση αντικειμένων που βρίσκονται σε μικρή απόσταση (κάτω από 100m) [
92] από το φωτογραφικό φακό και οι κλίμακες αποτύπωσης είναι μεγαλύτερη ή ίση του 1:100. Οι τρισδιάστατες ψηφιοποιήσεις των ακίνητων μνημείων αφορούν μεγάλες κλίμακες και αντικείμενα που η φωτογράφηση τους γίνεται (συνήθως) όχι από αέρα αλλά επίγεια. Ωστόσο, οι τεχνικές της στερεοσκοπικής φωτογραμμετρίας που χρησιμοποιούνται συνήθως δεν διαφέρουν αν τα αντικείμενα και η φωτογράφηση είναι επίγεια. Η αποτύπωση μνημείων – χώρων γίνεται συνήθως με χρήση επίγειων φωτογραμμετρικών τεχνικών. Ωστόσο, και στη καταγραφή μνημείων – χώρων είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν τεχνικές αεροφωτογραμμετρίας ιδιαίτερα όταν απαιτείται η δημιουργία τοπογραφικών διαγραμμάτων/χαρτών για μεγάλους αρχαιολογικούς χώρους – κάστρα κ.λ.π. οπότε και η κλίμακα αποτύπωσης είναι σχετικά μικρή (1:2000, 1:500).