(Fr.: photogrammétrie; Du.: Photogrammetrie; Eng.: photogrammetry), in het algemeen het verrichten van waarnemingen met behulp van foto’s, toegepast wanneer metingen aan het object zelf niet of moeilijk uitvoerbaar zijn, bijv. wanneer het object zeer groot is, onbegaanbaar is, beweegt of van vorm verandert.
De fotogrammetrie is daarmee gekarakteriseerd als een indirecte waarnemingsmethode die ook gezien kan worden als een vorm van remote sensing. Ook wordt fotogrammetrie toegepast wanneer door middel van speciale filters of fotografische emulsies bepaalde verschijnselen zichtbaar gemaakt kunnen worden. Het gebruik van foto’s vormt steeds een middel om tot een bepaald doel te geraken; de foto moet dus worden geïnterpreteerd en de waarnemingen moeten worden vastgelegd. Dit laatste kan in getalvorm of grafisch geschieden. De interpretatie heeft steeds betrekking op een bepaald onderwerp of thema. Een foto bevat meer informatie dan overzichtelijk kan worden weergegeven; selectie is dus noodzakelijk om de gewenste informatie duidelijk te kunnen presenteren.
In de praktijk heeft het begrip fotogrammetrie een wat engere betekenis gekregen: het doelt thans voornamelijk op het vervaardigen van kaarten of tekeningen uit luchtfoto’s, met inbegrip van de kartering van de Maan en andere hemellichamen uit foto’s genomen vanuit ruimtevoertuigen. Wanneer waarnemingen verricht worden met op de grond geplaatste camera’s, spreekt men van terrestrische fotogrammetrie, met als belangrijkste toepassingen de kartering van historische gevels, en, speciaal stereoscopische, meting in röntgenfoto’s. Buiten de fotogrammetrie vallen echter fotografische waarnemingen en metingen in de astronomie en de ultrasnelle-fotografie. Deze enigszins verwarde situatie vloeit voort uit het feit dat fotogrammetrie geen zelfstandige discipline is, maar een waarnemingsmethode die te hulp geroepen kan worden in een grote verscheidenheid van vakgebieden (tevens zie Fotonica).
De grootste verfijning van opname- en verwerkingstechnieken vindt men bij de toepassing van fotogrammetrie voor de vervaardiging van landkaarten, aangezien daar een continu produktieproces mogelijk is; in het volgende zal dan ook voornamelijk daaraan gedacht worden; het gestelde is echter ook vrijwel rechtstreeks bruikbaar bij andere toepassingen.
Stereoscopie.
Een van de belangrijkste hulpmiddelen bij het bestuderen van foto’s is de stereoscopie. Men kan zich een ruimtelijk beeld van zijn omgeving vormen doordat de indrukken die de beide ogen ontvangen enigszins van elkaar verschillen (natuurlijk stereoscopisch zien). Door nu van een object twee foto’s te maken vanuit enigszins verschillende standplaatsen en dan met het ene oog naar de ene, en met het andere naar de andere foto te kijken wordt de indruk van een ruimtelijk beeld gewekt mits aan enige voorwaarden is voldaan. De optische assen van de camera’s moeten ongeveer dezelfde onderlinge stand hebben als de oogassen, d.w.z. dat zij vrijwel in één vlak moeten liggen (tolerantie: enkele graden) en globaal parallel aan elkaar moeten zijn (een convergentie tot 15° is toegestaan). Bovendien dient de schaal van beide foto’s vrijwel gelijk te zijn (maximaal verschil 10%). De toleranties worden bepaald door de lenigheid van de ogen van de waarnemer en door het vermogen van diens hersenen de beide beelden te interpreteren als behorende bij hetzelfde object (kunstmatig stereoscopisch zien). Het meest gebruikte hulpmiddel om twee foto’s goed stereoscopisch te kunnen zien is een stereoscoop (afb. 1). Een andere mogelijkheid is twee foto’s over elkaar te drukken of te projecteren in twee complementaire kleuren en deze dan met een bril met glazen van dezelfde kleuren te bekijken.
Geometrische eigenschappen van foto’s.
Het tot stand komen van een foto is een fysisch proces dat, althans bij benadering, wiskundig beschreven kan worden. Aangenomen wordt dat het maken van een foto overeenkomt met de centrale projectie van de voorwerpruimte op het fotovlak. Alle lichtstralen worden daarbij verondersteld door één centraal punt te gaan, zonder afgebogen te worden. Moderne camera’s komen zeer dicht bij deze wiskundige benadering. De fouten (vertekening of distorsie) in de afbeelding als gevolg van onvolkomenheden in de lens blijven beperkt tot 5...10 μm.
Bij het maken van een foto wordt de driedimensionale voorwerpruimte op een plat vlak afgebeeld; alle punten die op een lijn door het projectiepunt liggen, worden in één punt afgebeeld. Er gaat bij de projectie een dimensie verloren en de projectie is daarom niet omkeerbaar in wiskundige zin.
De drie dimensies van een object zijn reconstrueerbaar wanneer gebruik wordt gemaakt van twee foto’s van dat object, vanuit verschillende standplaatsen genomen. In afb. 2 zijn p' en q' resp. p" en q" de afbeeldingen van P en Q op twee foto’s. Samen met de projectiecentra O' en O" definiëren de beeldpunten omgekeerd de lijnen waarop P en Q liggen. De vertekening van het object PQ tot p'q' resp. p"q" wordt omvalling genoemd.
Om zo’n reconstructie mogelijk te maken is het noodzakelijk dat:
1. de positie van O' resp O" vast ligt ten opzichte van het fotovlak;
2. de onderlinge stand van de beide negatiefvlakken bekend is; en
3. de positie van O' resp. O" in de ruimte bekend is. Aan de eerste voorwaarde wordt voldaan door meting aan de camera zelf. De beeldafstand van de lens wordt gecalibreerd tot op één honderdste millimeter en ook de loodrechte projectie van het projectiecentrum op het negatiefvlak wordt bepaald en verklikt met zgn. randmerken in de camera. Deze grote nauwkeurigheid wordt nagestreefd, omdat een foto over het algemeen een aanzienlijke verkleining van het object kan weergeven; de meting in de foto moet derhalve zeer nauwkeurig zijn om representatief te zijn voor een meting aan het object zelf. De onderlinge stand van de negatiefvlakken en de positie van de projectiecentra kunnen alleen rechtstreeks bepaald worden indien de camera’s een vaste opstelling hebben. In het veel voorkomende geval dat foto’s vanuit een vliegtuig genomen worden is dat veel moeilijker. Weliswaar zijn er interessante en veelbelovende ontwikkelingen gaande om zowel de helling van de camera als de positie van het vliegtuig op het moment van opname vast te leggen, maar de gebruikelijke gang van zaken is dat van minimaal drie punten van het te fotograferen object de onderlinge positie door directe meting bepaald wordt. Daarmee ligt dan voor die punten vast, waar de lijnen uit afb. 2 elkaar dienen te snijden. Met daartoe ontwikkelde rekenprocedures en instrumenten kunnen de foto’s georiënteerd worden, d.w.z. hun juiste positie krijgen, zowel onderling als ten opzichte van de bekende punten.
Opname van fotogrammetrische foto’s.
Voor het vervaardigen van terrestrische opnamen zijn nauwelijks algemene regels te geven aangezien de op te nemen objecten te zeer verschillen. Anders is het met luchtopnamen; daarbij worden grotere of kleinere gebieden systematisch gefotografeerd. Gebruikelijk is strooksgewijs foto’s te vervaardigen die zo worden genomen, dat ze elkaar in de vliegrichting voor ca. 60% en zijdelings voor ca. 20% overlappen. Hierdoor wordt de gewenste stereoscopische bedekking van het gehele terrein verkregen met enige tolerantie voor de navigatie van het vliegtuig (afb. 3 en 4).
Uitwerkingsapparatuur.
Speciaal voor de verwerking van luchtfoto’s bestaat er een uitgebreid instrumentarium, met als eenvoudigste type instrument de stereoscoop. Men maakt onderscheid tussen niet-projectieve en projectieve instrumenten. Elk van deze groepen kan weer verdeeld worden in enkelbeeld- en dubbelbeeldapparaten.
De niet-projectieve instrumenten zijn in principe precisiemeettafels met behulp waarvan coördinaten in het vlak van de foto gemeten kunnen worden. Dit kan zowel in een enkele foto, als stereoscopisch in twee foto’s tegelijk. Het referentiekader vormt steeds de hiervoor reeds genoemde randmerken. Ruimtelijke coördinaten worden door berekening verkregen. Deze instrumenten (comparatoren) zijn geschikt voor de meting van een beperkt aantal punten per foto, aangezien de berekeningen en de meetprocedure nogal gecompliceerd zijn. Kartering is met een stereocomparator mogelijk, maar dan moet een computer online aan het instrument gekoppeld zijn. Met name voor de kartering van de Maan en andere hemellichamen wordt wel op deze wijze gewerkt, aangezien hierbij toch een grote computerinzet nodig is; voor conventionele luchtkartering is de methode nog te kostbaar.
Het principe van de projectieve instrumenten is dat de opnamesituatie wordt gesimuleerd en het fotobeeld als het ware wordt teruggeprojecteerd. De enkelbeeldversie wordt onthoeker (afb. 5) genoemd en dient om een foto te vervaardigen waaruit de fouten geëlimineerd zijn, die een gevolg zijn van het niet horizontaal zijn van het negatiefvlak van de luchtcamera tijdens de opname. Daar de vervorming die een gevolg is van de hoogteverschillen in het terrein hiermee uiteraard niet verdwijnt, wordt alleen een bruikbaar resultaat verkregen wanneer die hoogteverschillen gering zijn. Toch wordt het onthoeken ook in heuvelachtig gebied wel toegepast, omdat op deze wijze snel en vrij eenvoudig een fotokaart op een bekende schaal verkregen wordt, die goede diensten kan bewijzen in afwachting van de definitieve kaart.
Wil men een fotokaart waarin ook de omvalling gecorrigeerd is, dan kan die met behulp van differentiële onthoeking verkregen worden. Hierbij wordt de foto niet ineens volledig maar stukje voor stukje onthoekt. Hiervoor is uiteraard bekendheid met de hoogteverschillen in het terrein nodig.
Verreweg de grootste verbreiding hebben de instrumenten voor dubbelbeeldprojectie gekregen. In deze instrumenten worden overeenkomstige projecterende lijnen weer met elkaar tot snijding gebracht. De projectie wordt verwezenlijkt door middel van een mechanisch analogon van de optische projectie (afb. 6). De stereoscoop waarmee de waarnemer de foto’s bekijkt bevat een meetmerk, dat in het ruimtelijk beeld bewogen kan worden. De positie van het meetmerk in het beeld correspondeert met de positie van het snijpunt van de stralen in de ruimte. De coördinaten van dat snijpunt kunnen in getalvorm worden vastgelegd, ofwel (evt. via een overbrenging) op een tekenblad worden overgebracht (afb. 7, 8 en 9).
Interpretatie van foto’s.
Een foto bevat zeer veel informatie, over het algemeen meer dan de gebruiker wenst, en meestal niet voldoende overzichtelijk. Daarom wordt vrijwel steeds de voor het gestelde doel belangrijke informatie uit de foto afgeleid en op een kaart weergegeven. Dit interpreteren van een foto kan met een grote variatie aan doelstellingen gebeuren. Het wordt toegepast bij het vervaardigen van topografische kaarten, in de bosbouw-, vegetatie- en bodemkunde, in de geologie en mijnbouwkunde en nog ettelijke andere vakgebieden (afb. 11).
Bij het bestuderen en interpreteren van een foto maakt men gebruik van stereoscopie (voor het verkrijgen van informatie omtrent de hoogte), van kleur- en textuurverschillen in de foto, van schaduwen, vormen enz. Over het algemeen speelt de ervaring van de waarnemer een bijzonder grote rol. Een maximaal resultaat zal men echter zelden kunnen bereiken zonder aanvullende informatie die ter plaatse verzameld moet worden. De foto geeft nl. hoofdzakelijk relatieve informatie (hier groeit hetzelfde als daar, maar op die plaats vind ik een ander gewas). De zgn. interpretatiesleutels moeten aan het object zelf bepaald worden.
Van veel belang is ook, dat een voor het doel geschikte fotoschaal gekozen wordt. Deze wordt in principe bepaald door het kleinste detail dat men nog wil kunnen detecteren.
Een belangrijk hulpmiddel is ook de kleurenfoto en dan vooral de false-colourfoto. Hierbij zijn de drie gevoelige lagen gevoelig voor resp. het (voor het oog onzichtbare) nabij-infrarode, het rode en het geel-groene golflengtegebied; de weergave is resp. als rood, geel-groen en blauw. Het belang van deze fotografische emulsie is hierin gelegen, dat levend groen een zeer karakteristieke reflectie geeft in het nabij-infrarood. Dit type foto's wordt daarom met voordeel gebruikt bij het bestuderen van begroeiing (bomen, cultuurgewassen, wilde vegetatie) (afb. 10).
Fotogrammetrie als methode voor kaartvervaardiging wordt in Nederland in de praktijk toegepast bij een aantal overheidsinstellingen (Topografische Dienst en Meetkundige Dienst van de Rijkswaterstaat te Delft, Fotogrammetrische Dienst van het Kadaster te Apeldoorn) en particuliere bedrijven (KLM Aerocarto te Rijswijk en De Waal Archifoto te Hattem, gespecialiseerd in terrestrische fotogrammetrie). Er is geen gespecialiseerde opleiding in de fotogrammetrie. Zowel aan de TH te Delft (afd. Geodesie) als aan de HTS te Utrecht (afd. Landmeetkunde) is fotogrammetrie een onderdeel van de studie in de landmeetkunde. Middelbaar technici worden in de diensten en bedrijven opgeleid. In Enschede is gevestigd het Internationaal Instituut voor Luchtkartering en Aardkunde (ITC), in 1951 opgericht door W.Schermerhorn, dat primair is gericht op de opleiding van buitenlanders in het kader van de (Nederlandse) internationale technische hulp. Interpretatie van luchtfoto’s voor andere dan topografische doeleinden wordt bij vele instellingen bedreven, o.a. bij de Rijks Geologische Dienst (Haarlem), de Stichting Bodemkartering (Wageningen) en het Staatsbosbeheer. Daarnaast gaan steeds meer provinciale en gemeentelijke diensten gebruik maken van luchtfoto’s voor planologische doeleinden, inventarisatie van bebouwing in binnensteden en het beheer van beplantingen.
In België dateren de eerste toepassingen der fotogrammetrie voor kartering van voor de Tweede Wereldoorlog door een particuliere onderneming (Sabepa). De toestellen hier aanwezig werden overgenomen en uitgebreid door het Ministerie van Openbare Werken. Tegelijkertijd werd ook het Militair Geografisch Instituut (MGI) van moderne apparaten voorzien en werden experimenten verricht met het oog op het aanwenden van luchtfoto’s voor kartografische doeleinden. Pas na 1945 werd de fotogrammetrische methode in belangrijke mate gebruikt. Thans beschikt het MGI over een volledige fotogrammetrische afdeling. Luchtopnamen worden verricht zowel door officiële instanties (MGI, Ministerie van Openbare Werken) als door particuliere ondernemingen (o.a. Aero Survey te Sint-Niklaas). De fotogrammetrische methode voor kaartvervaardiging wordt toegepast o.a. bij het Ministerie van Openbare Werken, de Nationale Maatschappij voor de Kleine Landeigendom en het Kadaster. Sedert kort wordt in nagenoeg alle Belgische universiteiten een cursus in luchtfotointerpretatie gegeven.
In ontwikkelingslanden (Pakistan) is interpretatie van luchtfoto’s toegepast voor volkstelling (via huisjes enz.).