Πολυεικονική Φωτογραμμετρία

Abstract

Αντικείμενο του βιβλίου είναι η ανάπτυξη της θεωρίας και η παρουσίαση εφαρμογών της Πολυεικονικής Φωτογραμμετρίας. Αρχικά αναπτύσσονται το βασικό μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιείται στη Φωτογραμμετρία και οι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί σύνδεσης εικόνας-χώρου. Εισάγονται η έννοια της παράλλαξης, η επιπολική γεωμετρία, ο θεμελιώδης επιπολικός και ο δεσμευμένος επιπολικός πίνακας και η διαδικασία επιπολικής επανασύστασης. Στο Κεφάλαιο 2 αναλύεται η συνταύτιση εικόνων, δηλαδή η αυτόματη αποκατάσταση ομολογιών μεταξύ σημείων, τόνων του γκρι, χαρακτηριστικών, σχέσεων ή άλλων οντοτήτων σε επικαλυπτόμενες εικόνες. Διακρίνονται τρεις γενικές κατηγορίες ψηφιακής συνταύτισης (επιφανειακή, χαρακτηριστικών και σχεσιακή συνταύτιση). Περιγράφονται οι βασικοί τελεστές ανίχνευσης σημείων ενδιαφέροντος και περιγραφής αυτών, οι αλγόριθμοι SIFT και SURF και παραλλαγές τους, καθώς και οι κυριότερες μέθοδοι απαλοιφής μη έγκυρων αντιστοιχίσεων (αλγόριθμος RANSAC). Στο Κεφάλαιο 3 εξετάζεται ο υπολογισμός δομής από κίνηση (SfM) για τη διαδικασία υπολογισμού της θέσης λήψης και του προσανατολισμού συνόλου επικαλυπτόμενων εικόνων και για την ανακατασκευή της τρισδιάστατης γεωμετρίας της σκηνής ως αραιό νέφος σημείων. Παρουσιάζονται οι προαπαιτούμενες διαδικασίες και αναλύονται οι τρεις κυριότερες κατηγορίες μεθόδων SfM (βαθμωτές, καθολικές, ιεραρχικές). Το Κεφάλαιο 4 πραγματεύεται την τρισδιάστατη ανακατασκευή της σκηνής που απεικονίζεται σε σύνολο επικαλυπτόμενων εικόνων γνωστού προσανατολισμού, μέσω τεχνικών φωτογραμμετρικής όρασης υπολογιστών. Αναλύονται οι διαφορετικές μορφές αναπαράστασης της γεωμετρίας: χάρτες βάθους, πυκνό νέφος σημείων, τρισδιάστατο μοντέλο. Παρουσιάζονται οι μέθοδοι δημιουργίας χαρτών βάθους μέσω πυκνής συνταύτισης εικόνων, με διάκριση των κύριων κατηγοριών (τοπικές, καθολικές, ημικαθολική μέθοδος), οι μέθοδοι παραγωγής πυκνού νέφους σημείων και η δημιουργία τρισδιάστατου πολυγωνικού μοντέλου και η απόδοση υφής από τις εικόνες. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται εφαρμογές των τεχνικών φωτογραμμετρικής όρασης υπολογιστών για την τρισδιάστατη ανακατασκευή αντικειμένων και χώρων ενδιαφέροντος. Περιγράφονται τα στάδια των πολυεικονικών επιλύσεων, από τη συλλογή δεδομένων έως την παραγωγή του τελικού φωτορεαλιστικού μοντέλου, οι αρχές προγραμματισμού λήψεων και οι διαθέσιμες πλατφόρμες λήψεων. Δίνονται χαρακτηριστικές εφαρμογές σε διαφορετικά πεδία, από την αποτύπωση τοπίου έως τη γεωμετρική τεκμηρίωση μνημείων.

The book covers the theory and the presentation of applications of Multi-Image Photogrammetry. Initially, the basic mathematical model used in Photogrammetry and the geometric image-to-space transformations are developed. The concepts of parallax, epipolar geometry, the fundamental and essential matrices are introduced. The next chapter analyzes image matching, the automatic restoration of correspondences between points, gray levels, features, relations, or other entities in overlapping images. Three general categories of digital matching are analyzed (surface-based, feature-based, relational matching). The main operators for detecting interest points and the descriptors are presented, the SIFT and SURF algorithms and their variants, along with the main methods for eliminating invalid correspondences (RANSAC algorithm). The third chapter examines the Structure-from-Motion (SfM) method for determining the poses (positions and orientations) of a set of overlapping images and reconstructing the 3D geometry of the scene as a sparse point cloud. The procedures are presented, and the three main categories of SfM methods (incremental, global, hierarchical) are analyzed. The fourth chapter deals with the 3D reconstruction of a scene depicted in a set of overlapping images with known orientations, using photogrammetric computer vision techniques. Different geometry representation techniques are analyzed: depth maps, dense point cloud, and three-dimensional model. Methods for creating depth maps through dense image matching are presented (local, global, semi-global method). Also, the methods for producing dense point clouds, and creation of 3D polygonal models and texture mapping from the images are presented. The final chapter presents applications of photogrammetric computer vision techniques for the 3D reconstruction of objects and spaces. The steps of multi-image solutions are described, from data collection to the production of the final photorealistic model, along with principles for image acquisition planning and available acquisition platforms. Representative applications in various fields are provided.