Handleiding onderwater opnamen voor 3D fotogrammetrie Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed December 2016, Johan Opdebeeck De meeste tijd die de archeologen momenteel gebruiken bij een onderzoek onder water is voor het handmatig inmeten en tekenen van een vindplaats. Dit inmeten neemt 60 tot 80% van de bodemtijd onder water in. Door het verkorten van de tijd die nodig is voor het inmeten, blijft er meer tijd over voor een goede interpretatie van de gegevens. Daarnaast kan dit de looptijd van een project verkorten, waardoor de kosten kunnen dalen. De laatste jaren maakt 3D fotogrammetrie een snelle ontwikkeling door. Met deze techniek worden met behulp van foto en/of videobeelden nauwkeurige (digitale) driedimensionale modellen gecreëerd. Computers zijn tegenwoordig krachtig genoeg om de benodigde berekeningen aan te kunnen. Deze zijn nodig om punten te herkennen en verbinden om tot een 3D model te komen. Het programma “Agisoft Photoscan” dat oorspronkelijk in de mijnbouw gebruikt werd is een van de eerste programma’s die daadwerkelijk toepasbaar was. Tegenwoordig zijn er meerdere programma’s op de markt die dit kunnen zoal “Reality Capture”. Deze programma maken gebruikt van foto en filmbeelden en bouwen een 3D model van het wrak/site op, waarbij op het einde de foto’s terug over het model worden gezet. Aan de hand van deze gegevens/modellen kunnen dan ook een plattegrond en dwarsdoorsneden van de site gemaakt worden. Deze manier van werken zal in de toekomst het arbeidsintensieve meten en tekenen vervangen. Er zijn verschillende manier waarop onderwater beelden kunnen opgenomen worden. Professionele offshore bedrijven en ook Rijkswaterstaat maken gebruik van een “Remote Operated Vehicle” (ROV). Deze ROV’s heeft men in alle soorten en maten, van grote (dure) apparaten die gebruikt worden door professionele bedrijven tot kleinere (betaalbare) varianten die nieuw op de markt zijn. Het voordeel van een ROV is dat men minder rekening hoeft te houden met diepte, temperatuur, duiktijd en stroming (afhankelijk van het type ROV). Deze factoren spelen bij het “handmatig” duiken wel een grote factor. Het grote nadeel is de kost van een ROV en de beperkte beweeglijkheid van het apparaat. Waar een duiker soms de kleinste hoekjes van een wrak kan inspecteren, moet een ROV op afstand blijven. Dit is belangrijk omdat bij slecht zicht opnamen van dichter bij het object genomen dienen te worden. Deze methode werd tijdens het maritiem programma getest op de nauwkeurigheid en de bruikbaarheid in Nederlandse wateren gedurende de verschillende veldwerken in 2014 , 2015 en 2016. Tijdens en na het veldwerk werden een paar zaken opgemerkt die invloed hebben op het gebruik en de resultaten van dit systeem. Deze handleiding geeft aan welke zaken belangrijk zijn om goede data onderwater te verzamelen. Camera Het toestel waarmee de opnamen worden uitgevoerd heeft enorme impact op de kwaliteit van de beelden. Veel duikers werken tegenwoordig met GoPro toestellen aangezien deze prijs/kwaliteit goede opnamen maken. Maar zelfs een GoPro 4 Black met 4K opnamen is niet te vergelijken met (semi) professionele toestellen zoals Sony Xd Cams. In deze handleiding wordt echter veel verwezen naar de GoPro toestellen gezien de enorme populariteit ervan bij de sportduikers. Foto – Video opnamen De 3D programma maken gebruik van afbeeldingen om hun model te maken. Er zijn twee manieren om afbeeldingen te maken: - Het maken van foto’s - Video opnamen Het grote voordeel van foto’s is dat de kwaliteit van de afbeeldingen zeer hoog ligt. Dit heeft ook te maken dat er veel betaalbare fototoestellen zijn waarbij men de instellingen zelf kan bepalen.
9
Embed
Handleiding onderwater opnamen voor 3D fotogrammetrie · Handleiding onderwater opnamen voor 3D fotogrammetrie Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed December 2016, Johan Opdebeeck
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Handleiding onderwater opnamen voor 3D fotogrammetrie
Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed
December 2016, Johan Opdebeeck
De meeste tijd die de archeologen momenteel gebruiken bij een onderzoek onder water is voor het
handmatig inmeten en tekenen van een vindplaats. Dit inmeten neemt 60 tot 80% van de
bodemtijd onder water in. Door het verkorten van de tijd die nodig is voor het inmeten, blijft er
meer tijd over voor een goede interpretatie van de gegevens. Daarnaast kan dit de looptijd van
een project verkorten, waardoor de kosten kunnen dalen.
De laatste jaren maakt 3D fotogrammetrie een snelle ontwikkeling door. Met deze techniek worden
met behulp van foto en/of videobeelden nauwkeurige (digitale) driedimensionale modellen
gecreëerd. Computers zijn tegenwoordig krachtig genoeg om de benodigde berekeningen aan te
kunnen. Deze zijn nodig om punten te herkennen en verbinden om tot een 3D model te komen.
Het programma “Agisoft Photoscan” dat oorspronkelijk in de mijnbouw gebruikt werd is een van de
eerste programma’s die daadwerkelijk toepasbaar was. Tegenwoordig zijn er meerdere
programma’s op de markt die dit kunnen zoal “Reality Capture”. Deze programma maken gebruikt
van foto en filmbeelden en bouwen een 3D model van het wrak/site op, waarbij op het einde de
foto’s terug over het model worden gezet. Aan de hand van deze gegevens/modellen kunnen dan
ook een plattegrond en dwarsdoorsneden van de site gemaakt worden.
Deze manier van werken zal in de toekomst het arbeidsintensieve meten en tekenen vervangen. Er
zijn verschillende manier waarop onderwater beelden kunnen opgenomen worden. Professionele
offshore bedrijven en ook Rijkswaterstaat maken gebruik van een “Remote Operated Vehicle”
(ROV). Deze ROV’s heeft men in alle soorten en maten, van grote (dure) apparaten die gebruikt
worden door professionele bedrijven tot kleinere (betaalbare) varianten die nieuw op de markt zijn.
Het voordeel van een ROV is dat men minder rekening hoeft te houden met diepte, temperatuur,
duiktijd en stroming (afhankelijk van het type ROV). Deze factoren spelen bij het “handmatig”
duiken wel een grote factor. Het grote nadeel is de kost van een ROV en de beperkte
beweeglijkheid van het apparaat. Waar een duiker soms de kleinste hoekjes van een wrak kan
inspecteren, moet een ROV op afstand blijven. Dit is belangrijk omdat bij slecht zicht opnamen van
dichter bij het object genomen dienen te worden.
Deze methode werd tijdens het maritiem programma getest op de nauwkeurigheid en de
bruikbaarheid in Nederlandse wateren gedurende de verschillende veldwerken in 2014 , 2015 en
2016. Tijdens en na het veldwerk werden een paar zaken opgemerkt die invloed hebben op het
gebruik en de resultaten van dit systeem. Deze handleiding geeft aan welke zaken belangrijk zijn
om goede data onderwater te verzamelen.
Camera
Het toestel waarmee de opnamen worden uitgevoerd heeft enorme impact op de kwaliteit van de
beelden. Veel duikers werken tegenwoordig met GoPro toestellen aangezien deze prijs/kwaliteit
goede opnamen maken. Maar zelfs een GoPro 4 Black met 4K opnamen is niet te vergelijken met
(semi) professionele toestellen zoals Sony Xd Cams. In deze handleiding wordt echter veel
verwezen naar de GoPro toestellen gezien de enorme populariteit ervan bij de sportduikers.
Foto – Video opnamen
De 3D programma maken gebruik van afbeeldingen om hun model te maken. Er zijn twee
manieren om afbeeldingen te maken:
- Het maken van foto’s
- Video opnamen
Het grote voordeel van foto’s is dat de kwaliteit van de afbeeldingen zeer hoog ligt. Dit heeft ook te
maken dat er veel betaalbare fototoestellen zijn waarbij men de instellingen zelf kan bepalen.
Video apparatuur is veel beperkter in zijn instellingen (zie Go Pro) of men moet naar toestellen van
een hogere prijsklasse gaan. Het grote nadeel is dat deze methode een stuk langzamer werkt
omdat men steeds opnieuw een foto moet trekken. Dit is deels op te vangen door gebruik te
maken van de functie: TimeLapse. Hierbij gaat het toestel series van foto’s maken met een
specifiek aangeduid interval. Door de Time Lapse op 1 seconde te zetten neemt men constant
foto’s die goed bruikbaar zijn voor de fotogrammetrie.
De meeste sportduikers gebruiken echter de videofunctie van hun camera (GoPro). Video opnamen
kunnen ook gebruik worden voor 3D modellen als de video opnamen van voldoende hoge kwaliteit
zijn (zie instellingen). Men kan “stills” nemen van de videobeelden waarbij men de video opknipt
als zijnde één grote foto. Het voordeel is dat men heel veel materiaal heeft (afhankelijk van het
model en de instellingen nemen video’s tussen de 25 en 300 frames oftewel foto’s per seconde).
Het grote nadeel is echter dat de kwaliteit van beelden een pak lager ligt dan gewone foto’s
camera instellingen
Het advies dat wij kunnen geven is: LEES DE HANDLEIDING van het toestel. Het klinkt nogal
belerend en misschien ook grappig, maar de praktijk leert ons dat veel gebruikers geen idee
hebben wat de mogelijkheden en ook nadelen zijn hun toestel. De instellingen van de camera
moeten geschikt zijn voor het water waar men in duikt (donker-licht, zicht, stroming..) om
degelijke data te produceren die men kan gebruiken voor het bouwen van 3D modellen.
Welke functie zijn het belangrijkste? Eigenlijk vooral de sluitertijd (shutter) en het diafragma
(Aperture) van de camera. Afbeelding 1 geeft goed weer welke effecten deze functionaliteiten
hebben op de kwaliteit van de foto’s. Door ervaring leert men wat de goede balans is onder water
tussen sluitertijd (scherpe beelden) en diafragma (licht inval).
Figuur 1: Memo voor camera gebruikers1
Ook voor video opnamen heeft men soortgelijke functionaliteiten. Wat voor video belangrijk is, is
een goed evenwicht vinden tussen de resolutie en het aantal frames dat het toestel maakt (.fps).
Hoe hoger het aantal frames van de video, hoe meer kans dat de afbeeldingen van de opnamen
scherper zullen zijn. Het nadeel is dan wel dat de resolutie omlaag gaat (zie afbeelding 2).