Fotogrammetrie en orthofoto's: van losse foto's naar een maatvast beeld

Een luchtfoto laat zien hoe iets eruitziet. Een orthofoto laat zien hoe groot iets is. Dat verschil klinkt klein, maar het is het verschil tussen een mooi plaatje en een beeld waarop je kunt meten. De techniek eronder heet fotogrammetrie. Die is minder ingewikkeld dan het woord doet vermoeden.

Kort antwoord: je maakt tientallen tot honderden foto's die elkaar flink overlappen. Software zoekt vervolgens punten die op meerdere foto's terugkomen. Uit die punten berekent hij de vorm van het gebied en zet daar de foto's overheen. Het resultaat is een maatvast beeld of een 3D-model.

Waarom overlap alles bepaalt

Een computer kan alleen diepte afleiden als hij hetzelfde punt vanuit meerdere hoeken ziet. Daarom vlieg je geen losse foto's maar een raster, waarbij elke opname zijn buren voor een groot deel overlapt. In de praktijk wordt vaak rond de 80 procent overlap in de vliegrichting aangehouden en rond de 60 procent tussen de banen.

Te weinig overlap is de meest gemaakte fout. Je merkt het niet in de lucht, maar wel achteraf: gaten in het model, uitgesmeerde randen of een berekening die halverwege vastloopt. Opnieuw vliegen kost dan meer dan de tijd die je dacht te besparen.

GSD: hoeveel centimeter zit er in één pixel

GSD staat voor ground sample distance en zegt hoeveel centimeter grond één pixel voorstelt. Bij een GSD van 2 cm is elke pixel op de kaart twee bij twee centimeter in het echt. Dat getal bepaalt wat je nog kunt herkennen: bij 2 cm zie je voegen en scheuren, bij 10 cm zie je vormen maar geen details.

GSD hangt direct samen met vlieghoogte: hoe hoger je vliegt, hoe meer grond er in een pixel past. Daarom kies je bij dit soort vluchten eerst de gewenste nauwkeurigheid en pas daarna de hoogte. Niet andersom. In op welke hoogte maak je welke dronefoto staat wat hoogte verder met je beeld doet.

Hoe zo'n vlucht er in de praktijk uitziet

Je programmeert een raster over het gebied en de drone vliegt dat baan voor baan af, op een vaste hoogte en met een vaste snelheid, terwijl de camera om de zoveel meter een opname maakt. De piloot vliegt niet zelf, die bewaakt.

Voor een terrein van een hectare kom je al snel uit op honderd tot driehonderd opnames en een vlucht van een kwartier tot een half uur, accuwissels meegerekend. Dat lijkt veel voor een beeld, maar die opnames zijn geen foto's in de gewone zin. Het zijn metingen die alleen samen iets betekenen.

Van foto naar model: de stappen

• De software zoekt in alle opnames herkenbare punten en bepaalt welke punten dezelfde zijn.
• Uit die verbanden berekent hij waar elke camera hing toen de foto werd gemaakt.
• Daaruit ontstaat een puntenwolk: duizenden tot miljoenen punten met een positie in de ruimte.
• Die puntenwolk wordt een aaneengesloten oppervlak, waarna de opnames er als textuur overheen gaan.
• Tot slot wordt dat oppervlak recht van boven bekeken en uitgesneden tot een orthofoto.

Elke stap kan misgaan als de invoer niet klopt en dat merk je pas aan het eind. Vandaar dat het vliegen zorgvuldiger moet dan bij gewone luchtfotografie: er is geen tweede kans op een half raster.

Het verschil tussen een luchtfoto en een orthofoto

Op een gewone luchtfoto kijk je vanuit één punt. Alles wat niet recht onder de camera ligt, zie je van opzij: gevels staan schuin, hoge objecten vallen naar buiten en afstanden aan de rand kloppen niet met die in het midden.

Bij een orthofoto is die vertekening eruit gerekend. Elk punt wordt weergegeven alsof je er recht boven hing. Daardoor kun je op de foto meten en hem over een kaart of een tekening leggen. Wat je inlevert is sfeer: een orthofoto is per definitie vlak en zakelijk.

Waar het in de praktijk voor wordt gebruikt

• Oppervlakte en afstanden bepalen op een terrein, bijvoorbeeld bij verharding, groen of dakvlak.
• Voortgang op een bouwplaats vastleggen, waarbij je maandelijks dezelfde vlucht herhaalt en de beelden over elkaar legt.
• Een kavel of grondpositie tonen met de grenzen erop, zodat een koper begrijpt wat waar ligt.
• Een 3D-model van een gebouw of terrein, voor visualisatie of voor het inpassen van een ontwerp.

Wat het niet is

Een orthofoto is geen kadastrale meting en geen juridisch bewijsstuk. De nauwkeurigheid hangt af van de vlieghoogte, de camera en vooral van de referentie op de grond. Zonder grondreferentiepunten of RTK-positionering klopt de vorm meestal goed, maar ligt het hele model soms een halve meter verschoven liggen ten opzichte van de werkelijke coördinaten.

Voor een visualisatie maakt dat niets uit. Voor het bepalen van een erfgrens wel. Wees dus scherp op de vraag waarvoor het beeld gebruikt gaat worden voordat iemand met getallen gaat schuiven.

Wat je aangeleverd krijgt

Afhankelijk van het doel komt er iets anders uit dezelfde vlucht:

• Een orthofoto als afbeelding, vaak met een schaalbalk, voor presentatie en communicatie.
• Een orthofoto met geografische informatie erin, zodat hij in kaartsoftware op de juiste plek valt.
• Een hoogtemodel, waarop je hoogteverschillen en volumes kunt aflezen, bijvoorbeeld van een grondhoop.
• Een 3D-model dat je kunt draaien, handig om een ontwerp in de bestaande situatie te tonen.

Vraag vooraf welk van deze producten je krijgt, want de vlucht is voor alle vier hetzelfde maar de verwerking niet.

Waar de berekening op stukloopt

• Water. Een wateroppervlak heeft geen vaste herkenningspunten, dus daar ontstaan bijna altijd gaten of rare golven in het model.
• Glas en spiegelende daken. Die veranderen van uiterlijk zodra de camera beweegt. De software herkent ze dan niet terug.
• Bewegende objecten. Rijdende auto's en wandelende mensen komen als spookvormen terug of worden half weggerekend.
• Wisselend licht. Als de zon halverwege de vlucht doorbreekt, verspringt de belichting tussen banen en zie je strepen in het eindresultaat.

Vandaar dat dit soort vluchten het liefst bij gelijkmatig licht gebeurt, bij voorkeur licht bewolkt, in één aaneengesloten sessie.

Werk je met beeld waarop mensen, tuinen of kentekens zichtbaar kunnen zijn, kijk dan ook naar privacy en AVG bij luchtfoto's. Bij dit soort gedetailleerde opnames is dat een reële vraag.

Termen als nadir, overlap en RTK staan kort uitgelegd in de woordenlijst dronefotografie.

Een kavel of grondpositie zichtbaar maken vraagt vaak precies dit type beeld. Zie luchtfoto’s van een kavel of grondpositie.

Hoe dit op een bouwplaats wordt ingezet staat in drone inzetten in de bouw.

Een verwante techniek voor binnenruimtes is 360 graden fotografie voor vastgoed.