Fotogrametri Nedir? Nasıl Yapılır, Türleri ve Endüstriyel Kullanımı

Bir drone’un çektiği yüzlerce fotoğraftan bir şantiyenin ölçekli haritası çıkar. Bir heykelin farklı açılardan çekilmiş kareleri, müzede sergilenebilecek bir 3D modele dönüşür. Birkaç metrelik bir uçak parçasının üzerine yapıştırılmış hedefler ise yalnızca fotoğraflarla, metre boyunda hassas bir referans ağına çevrilir. Üç örneğin arkasında aynı yöntem vardır: fotogrametri.

Fotogrametri, fotoğraf makinesinin icadı kadar eski bir ölçme bilimidir. Ama dijital kameralar, güçlü bilgisayarlar ve drone’larla birlikte son yirmi yılda kullanım alanı hızla genişledi. Bugün haritacılıktan endüstriyel kalite kontrole kadar birçok alanda, diğer 3D ölçüm yöntemleriyle birlikte kullanılıyor.

Bu rehberde fotogrametrinin nasıl çalıştığını, türlerini, adım adım nasıl yapıldığını ve lazer tarama ile 3D taramadan farkını ele alıyoruz. Ardından endüstriyel fotogrametrinin büyük parça ölçümündeki rolünü, kullanım alanlarını ve infoTRON’un 3D tarama çözümlerini anlatıyoruz.

Fotogrametri Nedir?

Fotogrametri kelimesi Yunanca ışık anlamına gelen “photos”, çizim anlamına gelen “gramma” ve ölçme anlamına gelen “metron” sözcüklerinden türemiştir. Kelime anlamıyla ışıkla çizilmiş olanı ölçmek demektir. Fotoğraf, bu yaklaşımda yalnızca bir görüntü değil, ölçülebilir bir veri kaynağıdır.

Yöntemin temeli 19. yüzyılın ortasına dayanır. Fransız subay Aimé Laussedat fotoğraflardan harita üretmeyi denedi ve bu yüzden fotogrametrinin babası olarak anılır. Terimi ise 1867’de Alman mimar Albrecht Meydenbauer, binaların fotoğraflardan ölçülmesi üzerine yaptığı çalışmalarla yaygınlaştırdı.

20. yüzyılda hava fotoğrafları haritacılığın standart aracı oldu. Dijital kameralar ve görüntü işleme algoritmaları ise yöntemi masa başı analog cihazlardan çıkarıp otomatik bir bilgisayar sürecine dönüştürdü. Bugün aynı ilke, drone haritalamadan endüstriyel ölçüm sistemlerine kadar farklı ölçeklerde kullanılıyor.

Fotogrametrik Yöntem Nedir?

Fotogrametrik yöntem, ölçümün nesneye dokunmadan, fotoğraflar üzerinden yapılmasıdır. En basit hali stereo fotogrametridir. İnsan gözünün derinliği algılaması gibi, biraz farklı konumlardan çekilmiş iki fotoğraf arasındaki görünüm farkı, yani paralaks, noktanın uzaklığını verir. Modern yazılımlar bu ilkeyi onlarca ya da yüzlerce fotoğrafa aynı anda uygular.

Fotogrametri Nasıl Çalışır?

Fotogrametrinin temeli üçgenlemedir. Bir nokta iki farklı fotoğrafta görünüyorsa, her fotoğrafın çekildiği kamera konumundan o noktaya doğru bir ışın çizilebilir. Bu iki ışının kesiştiği yer, noktanın uzaydaki konumudur. Nokta ne kadar çok fotoğrafta görünürse, konumu o kadar güvenilir hesaplanır.

Bunu yapabilmek için kameranın kendisi de bilinmelidir. Odak uzaklığı ve mercek bozulmaları kamera kalibrasyonuyla belirlenir. Ardından tüm fotoğrafların konum ve yönleri ile ölçülen noktaların koordinatları, demet dengelemesi adı verilen bir hesapla birlikte çözülür. Bu hesap, binlerce ışının en tutarlı biçimde kesiştiği çözümü arar.

Günümüzde yaygın olan otomatik iş akışı iki aşamadan oluşur. Önce yazılım fotoğraflardaki ortak noktaları kendiliğinden bulur ve kamera konumlarını hesaplar. Ardından bu konumları kullanarak yüzeyin yoğun bir nokta bulutunu ve dokulu bir mesh modelini üretir. Haritacılıkta bu modelden ortofoto ve yükseklik modelleri türetilir.

Kodlu Hedefler ve Ölçek Çubukları

Endüstriyel fotogrametride yazılımın yüzeydeki doğal desenlere güvenmesi yeterli değildir. Bu yüzden parçaya, merkezi milimetrenin çok altında bir hassasiyetle bulunabilen yuvarlak hedefler yapıştırılır. Kodlu hedeflerin çevresindeki halka deseni her hedefe benzersiz bir numara verir. Böylece yazılım, hangi hedefin hangi fotoğrafta olduğunu kendiliğinden tanır.

Ölçek çubukları ise iki hedef arasındaki mesafesi sertifikayla bilinen çubuklardır. Sıcaklıkla boyu değişmesin diye çoğunlukla ısıl genleşmesi çok düşük olan karbon fiberden üretilir. Ölçüme en az iki ölçek çubuğu konması, hem ölçeklemeyi hem de sonucun kendi içinde doğrulanmasını sağlar.

Fotogrametri Türleri

Fotogrametri, kameranın nesneye uzaklığına ve çekim platformuna göre farklı türlere ayrılır. İlke aynı kalsa da ekipman, doğruluk ve kullanım amacı değişir.

Hava Fotogrametrisi

Uçak ya da drone’a yerleştirilen kameralarla araziden çekilen fotoğraflar kullanılır. Harita üretimi, kadastro, şehir planlama, maden ve şantiyelerde hacim hesabı başlıca uygulamalardır.

Drone’lar bu alanı büyük ölçüde demokratikleştirdi. Daha önce uçak kiralamayı gerektiren bir çalışma, bugün küçük bir ekip tarafından aynı gün içinde planlanıp uçulabiliyor. Ölçek ve doğruluk ise arazide koordinatı bilinen yer kontrol noktalarıyla sağlanıyor.

Uçuş planında fotoğrafların birbirini ne kadar örteceği önceden belirlenir. Klasik hava fotogrametrisinde uçuş yönünde yüzde 60, şeritler arasında yüzde 20 ile 30 bindirme esas alınır. Drone ile yapılan 3D modelleme çalışmalarında ise daha yüksek bindirme oranları tercih edilir, çünkü her noktanın daha çok fotoğrafta görünmesi modelin kalitesini artırır.

Yersel ve Yakın Mesafe Fotogrametri

Kamera yerde, nesneye birkaç santimetre ile birkaç on metre arasında bir uzaklıktadır. Bina cepheleri, tarihi eserler, kaza yerleri ve endüstriyel parçalar bu yöntemle ölçülür. Nesneye ne kadar yaklaşılırsa ayrıntı ve doğruluk o kadar artar.

Uydu Fotogrametrisi

Uydulardan alınan stereo görüntülerle geniş alanların yükseklik modelleri üretilir. Ulaşılması zor bölgelerin haritalanmasında ve küresel ölçekli çalışmalarda kullanılır. Çözünürlüğü drone fotoğraflarına göre düşüktür, ama tek bir görüntü çok geniş bir alanı kapsar. Bu yüzden ulusal ölçekli yükseklik modelleri ve afet sonrası hızlı hasar tespiti için tercih edilir.

Endüstriyel Fotogrametri

Yakın mesafe fotogrametrinin en yüksek doğruluk isteyen kolu endüstriyel fotogrametridir. Burada amaç güzel bir 3D görüntü değil, ölçüm odası doğruluğunda koordinat elde etmektir. Kalibre edilmiş ölçüm kameraları, parçaya yapıştırılan kodlu hedefler ve uzunluğu sertifikalı ölçek çubukları kullanılır. Bu türü aşağıda ayrı bir başlıkta ele alıyoruz.

Fotogrametri Nasıl Yapılır?

Bir fotogrametri çalışması, kameranın deklanşörüne basılmadan önce başlar. Sonucun kalitesini büyük ölçüde planlama ve çekim disiplini belirler.

1.Planlama: Ölçümün amacı, gereken doğruluk ve nesnenin boyutu belirlenir. Kamera, mercek ve çekim mesafesi bu hedefe göre seçilir.

2.Hedef ve ölçek hazırlığı: Endüstriyel çalışmalarda nesneye kodlu hedefler yapıştırılır ve uzunluğu bilinen ölçek çubukları yerleştirilir. Arazide ise yer kontrol noktaları ölçülür.

3.Çekim: Nesne, her noktası birden fazla fotoğrafta görünecek biçimde farklı açılardan çekilir. Ardışık fotoğraflar arasında yüksek bindirme bırakılır ve ışık mümkün olduğunca sabit tutulur.

4.İşleme: Yazılım ortak noktaları eşleştirir, kamera konumlarını hesaplar ve demet dengelemesini çözer. Ardından nokta bulutu ya da mesh model üretilir.

5.Ölçekleme ve doğrulama: Model, ölçek çubukları ya da kontrol noktalarıyla gerçek ölçeğine getirilir. Bilinen bir mesafe ölçülerek sonucun doğruluğu kontrol edilir.

6.Çıktı: Amaca göre hedef koordinatları, nokta bulutu, dokulu mesh, ortofoto ya da ölçüm raporu teslim edilir.

Bu yüzden telefonla çekilen fotoğraflardan oluşturulan modeller görselleştirme için iyi sonuç verse de, referans konmadan ölçüm amaçlı kullanılamaz.

Fotogrametride Doğruluğu Etkileyen Faktörler

İki fotogrametri çalışması aynı yazılımla yapılsa bile çok farklı doğrulukta sonuç verebilir. Farkı çoğunlukla yazılım değil, çekim koşulları yaratır.

İlk faktör çekim geometrisidir. Bir noktaya farklı fotoğraflardan gelen ışınlar birbirine dik açıya yakın kesiştiğinde konum en güvenilir biçimde hesaplanır. Fotoğraflar hep aynı yönden ve birbirine çok yakın konumlardan çekilirse ışınlar dar açıyla kesişir ve derinlik hatası büyür. Bu yüzden nesnenin etrafında dolaşarak, farklı yükseklik ve açılardan çekim yapılır.

İkinci faktör kamera ve mercektir. Ölçüm amaçlı çalışmalarda odak ve yakınlaştırma çekim boyunca sabit tutulur, çünkü her değişiklik kalibrasyonu bozar. Yüksek çözünürlüklü sensör ve keskin mercek, hedeflerin ve ayrıntıların daha hassas bulunmasını sağlar.

Üçüncü faktör ışık ve yüzeydir. Hareket bulanıklığı, değişen gölgeler ve parlak yansımalar eşleştirmeyi zorlaştırır. Endüstriyel çalışmalarda bu yüzden flaşlı ölçüm kameraları ve ışığı geri yansıtan hedefler kullanılır. Son faktör ise referanstır: ölçek çubuklarının sertifikası ve ortam sıcaklığı, sonucun izlenebilirliğini belirler.

Endüstriyel Fotogrametri ve Büyük Parça Ölçümü

Endüstride fotogrametrinin en önemli görevi, büyük parçalarda güvenilir bir referans iskeleti kurmaktır. Birkaç metrelik bir kalıbı, bir araç gövdesini ya da bir uçak yapı parçasını 3D tarayıcıyla parça parça tararken, her taramanın bir öncekine hizalanmasıyla küçük hatalar birikir. Parçanın bir ucundan diğerine gidildikçe bu birikim ölçüm sonucunu bozabilir.

Fotogrametri bu sorunu çözmek için önce parçanın tamamına dağılmış hedeflerin koordinatlarını tek bir hesapta ölçer. Bu hedefler, tüm parça boyunca tutarlı bir koordinat ağı oluşturur. Ardından tarayıcı ayrıntılı yüzey verisini toplar ve her tarama bu ağa yerleştirilir. Böylece hizalama hatası birikmez ve büyük parçanın tamamı tek bir doğru referansta ölçülür.

Bu yaklaşım 3D optik tarama iş akışlarında, büyük parçalarda yaygın olarak kullanılır. Yapılandırılmış ışık tarayıcılar ve el tipi lazer tarayıcılar ayrıntıyı, fotogrametri ise bütünün doğruluğunu sağlar.

Son yıllarda bazı el tipi sistemler, belirli parça boyutlarında bu ön adıma gerek bırakmadan da yüksek doğruluk sunuyor. Örneğin ZEISS T-SCAN hawk 2, fotogrametride kullanılan kodlu hedeflere ihtiyaç duymadan çalışabilen bir el tipi lazer tarayıcıdır. Hangi yolun seçileceği, parçanın boyutuna, istenen doğruluğa ve ölçümün sıklığına bağlıdır.

Fotogrametri, deformasyon ölçümünde de kullanılır. Aynı hedefler farklı yükler ya da sıcaklıklar altında yeniden ölçülerek parçanın nasıl şekil değiştirdiği belirlenir. Fikstür ve montaj hatlarının kontrolü, büyük yapıların hizalanması ve test sırasında yapının davranışının izlenmesi bu uygulamalar arasındadır.

Fotogrametri, Lazer Tarama ve 3D Tarama Farkı

Fotogrametri, lazer tarama ve yapılandırılmış ışıkla 3D tarama sık sık birbirine karıştırılır. Üçü de bir nesnenin 3D verisini üretir, ama veriyi toplama biçimleri ve güçlü oldukları işler farklıdır.

Tabloyu yana kaydırarak tüm sütunları görebilirsiniz

Pratikte bu yöntemler birbirinin rakibi değil, tamamlayıcısıdır. Bir fabrika binası lazer tarama ile, binadaki makineler 3D tarayıcıyla, çok büyük bir kalıp ise fotogrametri ve tarayıcının birlikte kullanımıyla ölçülebilir. Mobil haritalama tarafında ise SLAM teknolojisi, tarayıcının hareket halindeyken kendi konumunu hesaplamasını sağlar.

3D tarama yöntemlerinin genel çerçevesi için 3D tarayıcıların çalışma prensibi ve türleri rehberine bakabilirsiniz.

Fotogrametrinin Kullanım Alanları

Fotogrametri, ölçeği birkaç santimetreden yüzlerce kilometreye uzanan çok geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir.

Haritacılık, İnşaat ve Madencilik

Ortofoto haritalar, sayısal yükseklik modelleri ve kadastro ölçümleri hava fotogrametrisinin klasik ürünleridir. Şantiyelerde kazı ve dolgu hacimleri, madenlerde stok hacimleri düzenli drone uçuşlarıyla izlenir. İnşaatın ilerlemesi, aynı alanın farklı tarihlerdeki modelleri karşılaştırılarak raporlanır.

Ortofoto, hava fotoğraflarındaki perspektif ve arazi kaynaklı bozulmaların düzeltilmesiyle elde edilen, harita gibi ölçeklendirilmiş bir görüntüdür. Üzerinden doğrudan mesafe ve alan ölçülebilir. Bu yüzden belediyeler, altyapı kurumları ve proje ekipleri için güncel bir altlık olarak kullanılır.

Mimari ve Kültürel Miras

Tarihi binaların cepheleri, heykeller ve arkeolojik buluntular fotogrametriyle renk ve dokusuyla birlikte belgelenir. Restorasyon projelerinde bu modeller ölçü ve hasar tespiti için temel oluşturur. Dijital arşivler sayesinde eserler, fiziksel olarak zarar görse bile kayıt altında kalır.

Bu alanda fotogrametrinin en büyük gücü renk ve doku sadakatidir. Taş işçiliğindeki aşınma, boya katmanları ya da yüzeydeki yazıtlar, geometrinin yanında görsel olarak da kaydedilir. Ölçü doğruluğunun kritik olduğu bölümlerde ise fotogrametri, 3D tarayıcı ya da lazer tarama verisiyle birleştirilir.

Endüstri ve Savunma

Büyük kalıplar, gemi blokları, uçak yapı parçaları, rüzgar türbini kanatları ve montaj fikstürleri endüstriyel fotogrametrinin tipik uygulamalarıdır. Savunma sanayisinde büyük gövde ve platform parçalarının ölçümünde fotogrametri ve 3D tarama birlikte kullanılır. Savunma sanayisinde 3D tarama uygulamalarını ayrıca ele aldık.

Gemi inşaatı bu kullanımın iyi bir örneğidir. Ayrı ayrı üretilen gemi blokları birleştirilmeden önce ölçülür ve birleşme kenarlarının birbirine uyup uymadığı kontrol edilir. Uyumsuzluğun bloklar kızağa alınmadan önce görülmesi, sahada kesme ve kaynakla yapılan pahalı düzeltmeleri azaltır.

Medikal ve Dental

Medikal alanda vücut yüzeyinin temassız ölçümü, protez ve ortez tasarımı için veri sağlar. Diş hekimliğinde ise dental fotogrametri, tam çene implant restorasyonlarında implantların birbirine göre konumunu kaydetmek için kullanılır. Bu konum bilgisi, protezin implantlara gerilimsiz oturması için kritiktir.

Ortez ve protez uygulamalarında ise vücut bölgesinin hızlı ve temassız ölçülmesi hasta konforu açısından önemlidir. Birden fazla kameranın aynı anda çekim yaptığı sistemler, hastanın hareket etmesinden kaynaklanan hatayı ortadan kaldırır.

Film, Oyun ve Dijital Medya

Gerçekçi dokuya sahip dijital karakterler, sahneler ve nesneler fotogrametriyle üretilir. Oyun ve film stüdyoları, taş, ağaç ya da kumaş gibi doğal yüzeyleri bu yöntemle dijital kütüphanelere aktarır. Bu alanda doğruluktan çok görsel gerçekçilik önemlidir, bu yüzden ölçek referansı yerine ışık ve renk kalibrasyonu öne çıkar.

Fotogrametrinin Avantajları ve Sınırları

Fotogrametrinin en büyük avantajı ölçeklenebilirliktir. Aynı ilke bir yüzükten bir şehre kadar uygulanabilir. Kamera ve drone gibi ekipmanlar, diğer 3D ölçüm sistemlerine göre görece erişilebilirdir. Fotoğraflar aynı zamanda gerçek renk ve doku bilgisi taşıdığı için görsel kalitesi yüksek modeller üretilir.

Endüstriyel kullanımda ikinci önemli avantaj, büyük nesnelerde bütünsel doğruluktur. Hedeflerin koordinatları tek bir hesapta çözüldüğü için, parçanın bir ucundan diğerine biriken hata kontrol altında tutulur.

Sınırları da bellidir. Desensiz, tek renkli, parlak ya da şeffaf yüzeylerde yazılım eşleşecek nokta bulamaz. Ölçek her zaman dışarıdan bir referansla sağlanmalıdır. Yoğun bir mesh modeli üretmek, binlerce fotoğrafın işlenmesi gerektiğinde ciddi bilgisayar gücü ve zaman ister.

Ayrıntı çözünürlüğü de kamera ile nesne arasındaki mesafeye bağlıdır. Küçük ve karmaşık bir parçanın ince detayları için yapılandırılmış ışıklı bir tarayıcı, aynı sürede çok daha yoğun ve doğru veri üretir.

infoTRON ile 3D Tarama ve Büyük Parça Ölçümü

infoTRON, büyük ve küçük parçaların ölçümü için dünya lideri üreticilerin 3D tarama çözümlerini sunar. ZEISS HandsOnMetrology portföyü, yapılandırılmış ışık ve el tipi lazer tarayıcılarla farklı parça boyutlarına yanıt verir. Artec 3D tarayıcılar ise renk ve dokuyu geometriyle birlikte yakalayarak dijital arşivleme ve tasarım projelerinde öne çıkar.

Kendi tarama altyapısını kurmadan sonuç almak isteyen işletmeler için tarama hizmeti de verilir. İstanbul 3D Teknoloji Merkezi’nden yürütülen projelerde parçalar dijitalleştirilir, kalite kontrol ölçümleri raporlanır ve gerektiğinde tersine mühendislik ile CAD modeline dönüştürülür. Binalar ve tesisler için Scan to BIM hizmeti de sunulur.

Parçanızın boyutu ve ölçüm amacı için doğru yöntemi birlikte belirlemek isterseniz, 3D tarama ve modelleme hizmetleri sayfasındaki formu kullanabilirsiniz.

Sıkça Sorulan Sorular

Fotogrametri hakkında en sık sorulan soruları aşağıda yanıtladık.

Fotogrametri nasıl yapılır?

Nesne ya da alan, her noktası birden fazla fotoğrafta görünecek biçimde farklı açılardan çekilir. Sahneye ölçek çubuğu ya da kontrol noktaları konur. Yazılım ortak noktaları eşleştirir, kamera konumlarını hesaplar ve 3D modeli üretir. Son olarak model ölçeklenir ve bilinen bir mesafeyle doğrulanır.

Fotogrametri nerelerde kullanılır?

Haritacılık, inşaat ve madencilik, mimari ve kültürel miras, endüstriyel ölçüm, savunma, medikal ve dental uygulamalar ile film ve oyun sektörü başlıca kullanım alanlarıdır.

Fotogrametrik yöntem nedir?

Ölçümün nesneye dokunmadan, fotoğraflar üzerinden yapıldığı yöntemdir. Farklı konumlardan çekilmiş fotoğraflardaki aynı noktanın görünüm farkından, o noktanın 3D konumu hesaplanır.

Fotogrametri ile LiDAR arasındaki fark nedir?

Fotogrametri pasif bir yöntemdir ve ortam ışığıyla çekilen fotoğrafları kullanır. LiDAR ise kendi lazer ışınını gönderip dönüşünü ölçen aktif bir yöntemdir. LiDAR bitki örtüsü altındaki zemini ve desensiz yüzeyleri daha iyi ölçer. Fotogrametri ise renk ve doku bilgisinde ve maliyette avantaj sağlar.

Dental fotogrametri nedir?

Diş hekimliğinde, özellikle tam çene implant tedavilerinde, implantların ağız içindeki konumlarını yüksek doğrulukla kaydetmek için kullanılan fotogrametri uygulamasıdır. Elde edilen veri, protezin dijital tasarımında kullanılır.

Telefonla fotogrametri yapılabilir mi?

Görselleştirme ve basit 3D modeller için evet. Ancak endüstriyel ölçüm ya da üretim kararı gerektiren işlerde kalibre edilmiş kameralar, ölçek referansları ve metroloji sınıfı sistemler gerekir.

Fotogrametri mühendisliği nedir?

Türkiye’de fotogrametri, harita mühendisliği bölümlerinde ayrı bir anabilim dalı olarak okutulur. Bu alanda çalışan mühendisler hava ve yersel fotogrametri, uzaktan algılama ve harita üretimi üzerine uzmanlaşır.

Fotogrametri için hangi yazılımlar kullanılır?

Haritacılıkta ve görsel 3D modellemede, fotoğraflardan otomatik olarak nokta bulutu, mesh ve ortofoto üreten yazılımlar kullanılır. Endüstriyel fotogrametride ise kodlu hedefleri ölçen, ölçek çubuklarıyla doğrulama yapan ve sonucu 3D tarama yazılımına aktaran metroloji yazılımları tercih edilir. Seçim, çıktının görsel mi yoksa ölçüm amaçlı mı olduğuna bağlıdır.

Fotogrametri ne kadar hassastır?

Hassasiyet, kamera kalitesine, çekim mesafesine, fotoğraf sayısına ve ölçek referansına bağlıdır. Drone haritalamada santimetre düzeyinde, kalibre edilmiş ölçüm kameraları ve sertifikalı ölçek çubuklarıyla yapılan endüstriyel çalışmalarda ise çok daha yüksek doğruluk elde edilir.

Fotogrametri: Fotoğraftan Güvenilir Ölçüye

Fotogrametri, fotoğrafları ölçülebilir veriye dönüştüren ve bir yüzükten bir şehre kadar her ölçekte uygulanabilen bir ölçme bilimidir. Doğru planlama, yeterli bindirme ve güvenilir bir ölçek referansıyla, temassız ve ekonomik biçimde 3D veri üretir.

Endüstride ise asıl gücünü diğer yöntemlerle birlikte gösterir. Büyük parçalarda fotogrametrinin kurduğu referans ağı ile 3D tarayıcının topladığı ayrıntı birleştiğinde, metrelerce uzunluktaki bir parça bile tek ve doğru bir koordinat sisteminde ölçülür.

Büyük ya da karmaşık parçalarınız için doğru ölçüm yöntemini konuşmak ya da canlı demo planlamak için infoTRON 3D tarama ekibiyle iletişime geçebilirsiniz.