Tento příspěvek je první částí seriálu o fotogrammetrii a zabývá se vznikem tohoto oboru a jeho historií. Poprvé byl zveřejněn v časopisu Nový zeměměřič plus vloni, ale bohužel ne do konce, proto se k seriálu vracíme. V prvním díle opakujeme již zveřejněný text. Těm čtenářům, kteří tento text znají, se omlouváme. V dalších dílech budeme publikovat dosud neotištěné části textu.

Fotogrammetrie je věda, způsob a technologie, která se zabývá získáváním dále využitelných měření, map, digitálního modelu terénu a dalších produktů, které lze získat z fotografického záznamu.

Fotografický záznam lze provádět klasicky formou analogové světlocitlivé vrstvy (běžná fotografie) nebo nově jako digitální záznam; slovo fotografie má svůj původ v řečtině (Fotos – světlo a Graphos – záznam, kresba).

Historické ohlédnutí
Teoretické počátky fotogrammetrie spadají do doby dávno před vynálezem fotografie. Uvážíme-li, že snímky jsou středovými průměty objektů měření a jejich proměřováním se fotogrammetrie zabývá, lze počátek fotogrammetrie datovat již do r. 1032, kdy arabský učenec Ibn Al Hasan Haitkam (965 – 1039) jako první popsal cameru obscuru. V době renezance Leonardo da Vinci (1452 – 1519) popsal dírkovou komoru pro konstrukci středových průmětů. Tyto metody však vyžadovaly ruční kresbu obrazů i značné malířské zkušenosti, a tak nemohly dojít širšího uplatnění. Upadly skoro do zapomnění – čekalo se na objev média, které by bylo schopno vzniklý obraz uchovat. To se podařilo až vynálezem fotografie Niepcem a Daquerrem (1839), název fotografie pochází od J. Herschela z téhož roku. Nový perspektivní vynález byl rychle zdokonalován. Využití fotografie pro mapování a interpretační účely na sebe nedalo dlouho čekat. Podle návrhu

A. Laussedata (1859) byl konstruován první fototeodolit a r. 1861 bylo fotografie poprvé využito ve Francii při mapování pomocí průsekové fotogrammetrie métrophotographie. R. 1874 R. Kennett vyrobil suché desky a mezi lety 1884 – 89 byl vynalezen a zdokonalen G. Eastmanem svitkový film a zkonstruován první klasický fotoaparát. V r. 1890 byla francouzskou firmou Pathé zkonstruována první klasická letecká fotokomora. Do konce století byla omezeně využívána průseková fotogrammetrie. Její nevýhodou je nutnost identifikace odpovídajících si bodů na snímcích, tj. jednotlivé určované body musí být přirozeně nebo uměle signalizovány. Další rozvoj fotogrammetrie přišel na začátku 20. století – použití stereoskopie odstranilo nevýhody průsekové fotogrammetrie a výrazně zvýšilo přesnost metody. Průkopníkem stereofotogrammetrie byl Dr. C. Pulfrich, který v r. 1901 zkonstruoval první přístroj pro stereoskopické měření snímkových souřadnic – stereokomparátor. Stereokomparátor umožňoval ovšem jen bodové vyhodnocení snímků a vyžadoval pracné výpočetní a zobrazovací práce. O zdokonalení stereokomparátoru a mechanizaci výpočetních prací zavedením prvků mechanické analogie se velmi zasloužil člen býv. zeměpisného ústavu ve Vídni E. Orel, který v r. 1908 zkonstruoval první autostereograf, který se vyráběl od r. 1909 v závodech Carl Zeiss Jena jako stereoautograf. Ten zjednodušil a usnadnil sestrojení polohopisné a výškopisné složky mapy ze stereofotogrammetrických snímků. Pozemní fotogrammetrie se mohla uplatnit výhodně jen při mapování menších přehled ných území anebo v horách. Rozsáhlejší části povrchu země by bylo příhodné mapovat z výšky, což ale vyžadovalo umístit fotografickou komoru na vhodný nosič. Do konce století se pro jednotlivé snímky a interpretační práce využívaly balony, které se pro své letové vlastnosti příliš neosvědčily. Vynálezem letadla (bratři Wrightové, r. 1903) vznikla letecká fotogrammetrie. Snímkování z letadel našlo uplatnění s příchodem l. světové války, během které doznala letecká fotogrammetrie rozmach především pro vojenské sledovací a interpretační účely.

Na začátku l. světové války byla více jak polovina všech letadel používána právě pro letecké snímkování. Pro vyhodnocení jednotlivých snímků rovinatého území se používal překreslovač, zkonstruovaný

Th. Scheimpflugem v r. 1903, stereoskopické snímky se vyhodnocovaly pomocí projekčního multiplexu. Po r. 1915 byla již vyráběna celá řada strojů pro vyhodnocení stereoskopických dvojic pracujících na analogovém principu. Roku 1935 přišel na trh první barevný film Kodakchrom. Během druhé světové války byly vyvinuty nové technologie – spektrozonální film (počátek dálkového průzkumu Země), radar a raketa.

Ve fotogrammetrii se vyhodnocovací stroje po dlouhá léta příliš neměnily. Do poloviny osmdesátých let se užívaly analogové stroje. S vývojem výpočetní techniky se začalo přecházet evolučně na analytické metody. Princip analytického stroje na základě řešení přímého vztahu mezi snímkovými a geodetickými souřadnicemi byl patentován známým finským fotogrammetrem Dr. Uki Helavou již v r. 1957, avšak na úspěšnou konstrukci jsme si museli počkat skoro dvacet let. Analytické přístroje zaznamenaly prudký rozvoj po r. 1980, kdy se výpočetní technika dostala do formy dostatečně rychlého osobního počítače a vyrábí se vzhledem ke své vysoké přesnosti stále. Skutečně revoluční změna přišla v polovině osmdesátých let. Překotný rozvoj výpočetní techniky umožnil vznik prvních digitálních systémů a vznikla tak digitální fotogrammetrie – softcopy photogrammetry. Další novinkou je splývání fotogrammetrie a dálkového průzkumu Země, které přináší družicovou technologii i do oblasti fotogrammetrie. Využití umělých družic Země, donedávna pouze v oblasti mapování v malých a středních měřítkách, se díky novým operačním systémům s rozlišovací schopností pod 1 m dostává i do mapování ve velkých měřítkách a v řadě zemí se počítá i s využitím v katastru (USA). Družicové multispektrální a panchromatické snímky se užívají pro mapování i tvorbu tematických map. Mimo konvenční meřické filmové komory se hlavně využívají skenující radiometry (skenery), které pracují v širším spektrálním oboru a umožňují též stereoskopické snímání a dále zobrazují radarové systémy SAR – Synthetic Aperture Radar.

Vznik obrazových dat

Pro fotogrammetrické využití je nutno snímky pořídit fotogrammetrickými komorami a zajistit dodatečné informace nutné pro vyhodnocení, mezi které patří geodetické zaměření vlícovacích bodů, zaměření základny apod. Obecně lze říci, že při současných technologických postupech a při dostatečném počtu vlícovacích bodů lze vyhodnotit jakékoliv snímky z libovolné komory a dokonce i z komor neměřických (samozřejmě na úkor přesnosti). Pro standardní postup je ale nutno užít komor speciálně určených pro měřické účely, tj. komory, u kterých známe prvky vnitřní orientace – neboli parametry, popisující průchod paprsků komorou. Obecně jsou udávány tři parametry (konstanta komory a poloha hlavního snímkového bodu), dále ale musíme znát rámové značky pro definování středu snímkových souřadnic a též průběh radiální distorze objektivu. Fotogrammetrické komory se dělí podle typu a použití na:

• komory fotografické,
• komory digitální,
• komory letecké, kosmické a pozemní,
• réséau komory,
• speciální komory.

Pozemní komory
Pozemní komory stále využívají skleněných fotografických desek nebo nověji planfilmu ve formátech 13 x 18 cm nebo méně často 9 x 13 cm. Jejich konstrukce je jednodušší, hmotnost řádově menší a komory bývají manuálně ovládány. Z důvodu technologie vlastního zaměření bývají komory spojeny s teodolitem a jsou popisovány jako fototeodolity. Vzhledem k charakteru práce lze orientaci komory v prostoru bez problémů určit geodetickými postupy. U nás jsou stále nejrozšířenější komory ze závodů Carl Zeiss Jena – staré komory PhoTheo nebo novější kvalitní komory typu UMK. Obdobné typy byly konstruovány i v závodech Wild.

Letecké komory
Letecký snímek určený pro stereofotogrammetrii je přibližně svislým snímkem s tím, že obyčejně neznáme přesně prvky jeho prostorové (vnější orientace), mezi které patří poloha projekčního centra a tři rotace kolem základních os. Letecké komory jsou umístěny v trupu letadla a musí mít možnost orientace vzhledem k zemskému povrchu z důvodu nestability trajektorie leteckého nosiče. Využívá se pružin, kardanových závěsů atd. s možností odečítání náklonů pomocí čidel, gyroskopů nebo nejnověji pomocí GPS. Využití GPS pro definování vnější orientace patří k současným nejšpičkovějším technologiím. Pro snímkování se používá svitkový film. Starší komory využívaly formát 18 x 18 cm a můžeme je získat jako archivní. V současné době je ale celosvětovým standardem formát 23 x 23 cm. Dnešní komory mají plně automatizovaný počítačem řízený provoz. Do sestavy patří řada doplňkových zařízení, jako např. navigační dalekohled, regulátor překrytu atd. U nás se lze setkat s archivními snímky ze starých komor AFA (Rusko), MRB (Zeiss Jena), dále se současnými komorami LMK (Zeiss Jena), RMK A a RMK TOP (Opton – Zeiss) a Wild RC, Leica BC (Švýcarsko). Nové komory jsou vesměs vybaveny kompenzací pohybu nosiče pohybem filmu (FMC) proti vzniku smazu.

Kosmické komory
Kosmické komory pracují na stejném principu jako letecké komory, vzhledem k výškám dráhy se používají dlouhoohniskové systémy, jako např. ruské komory KVR-1000, KFA-1000, 3000, KATE nebo TK-350. Ostatní země, až na výjimky (LFC a RMK při prvních letech amerického raketoplánu nebo čínské fotografické družice), nevyužívají v dnešní době fotografického kosmického snímkování. Komory bývají umístěny na inerciální plošině, využívají nestandardních formátů až 30 x 45 cm (podle typu) a osazují se různými typy filmů (panchromatické, spektrozonální). Velmi často bývají konstruovány jako komory multispektrální (2 – 9 spektrálních pásem) pro dálkový průzkum Země. Známým typem je šestikanálová multispektrální komora MKF-6 nebo její letecká varianta MSK-4.

Ing. Karel PAVELKA
katedra mapování a kartografie, FSv, ČVUT Praha

---

Z časopisu Zeměměřič č. 3/2000