HISTORIA FOTOGRAMETRII
Fotogrametria to dziedzina zajmująca się przetworzeniem obrazu fotograficznego w taki sposób, by można było określić: wymiar, kształt i położenie sfotografowanych obiektów (np. wykonać mapę terenu). Przetworzenie to określają reguły geometryczne, w szczególności zasady rzutu środkowego, mające swe korzenie w rysunku perspektywicznym. Termin „fotogrametria” powstał z połączenia trzech greckich słów: photos - światło, gramma - zapis, metreo - pomiar. Jej początki sięgają połowy XIX wieku i związane są z wynalezieniem fotografii.Według średniowiecznych kronik rysunek perspektywiczny znali już starożytni. Trzysta lat p.n.e. zagadnieniami geometrii zajmował się Euklides, który sformułował także podstawowe zasady optyki, m.in. tę, że promienie światła biegną po liniach prostych. Reguły rządzące perspektywą opisał w 25. roku przed naszą erą Marcus Witruwiusz Pollio w jednym z tomów swego dzieła o architekturze. Na początku XI wieku optykę i perspektywę studiował Ali Al-Hazen - słynny arabski astronom i matematyk. Wiadomo też, że tematyką tą zajmował się w drugiej połowie XIII wieku śląski matematyk Erazm Ciołek (Witelo), którego traktat „Perspectiva” o optyce przez kilka stuleci był punktem odniesienia dla innych. Bardzo wcześnie rzut perspektywiczny łączono z pomiarami (geodezyjnymi). W 1557 r. Włoch Balltasare Lanci skonstruował instrument, który zasadą działania przypominał stolik topograficzny i pozwalał na tworzenie rysunków perspektywicznych, prostych map oraz pomiar przewyższenia. Do czasu wynalezienia fotografii „fotograficznym” zapisem otaczającej rzeczywistości zajmowali się jednak głównie malarze i rysownicy. Na drzeworycie wykonanym w 1525 r. przez Albrechta Dürera widzimy artystę szkicującego leżącą kobietę. Rama z siatką prostopadłych nitek umieszczona przed modelką, taka sama siatka naniesiona na papierze rysunkowym i wskaźnik ustawiony w stałej odległości od ramy tuż przed okiem artysty ukazują stosowaną wówczas metodę dla wiernego odtworzenia wizerunku obiektu. Korzystał z niej sam Dürer. Miała ona jednak solidne fundamenty, dwa lata wcześniej ukończył on bowiem czterotomowe dzieło pt.: „Unterweisung der Messung mit dem Zirkel und Richtscheit” opisujące między innymi geometryczne podstawy takiego rysowania. Przyjmuje się, że w kartografii jako pierwszy zastosował perspektywę Szwajcar Moritz Anton Cappeler, który w 1725 r. wykonał mapę góry Pilatus w Alpach Berneńskich, korzystając z dwóch odręcznych rysunków perspektywicznych. O jakości (dokładności) odwzorowania obiektu „zdejmowanego” taką metodą decydowały jednak oko i ręka artysty. Dla zapewnienia poprawności geometrycznej (matematycznej) potrzebne były pewniejsze podstawy. Już w 1639 r. francuski matematyk Gérard Desargues w dziele pt. „Brouillon project” zawarł swe przemyślenia nad geometrią rzutową. Gdy w 1692 r. Wilhelm Leibnitz wprowadził pojęcie współrzędnych, a w 1759 r. inny wybitny matematyk Johann Heinrich Lambert opublikował matematyczne podstawy rzutowania oraz zauważył, że zasady perspektywy mogą być wykorzystane do produkcji map - od strony matematycznej podwaliny pod fotogrametrię zostały położone.
CAMERA OBSCURA
Zanim zbudowano pierwszy aparat fotograficzny, przez wiele stuleci jego namiastką była camera obscura (ciemnia optyczna). Według starych przekazów korzystał z niej już Ali Al-Hazen w XI wieku. Dzisiaj trudno określić dokładną datę i faktycznego wynalazcę tego urządzenia. Niektóre źródła wskazują na starożytnych Greków lub Egipcjan, inne na bagdadzki „Dom mądrości” i wiek IX. Sama kamera to nic innego jak światłoszczelna skrzynka z niewielkim otworem (obiektywem) znajdującym się w jednej ze ścian i matówki (pergaminu) na ścianie przeciwległej. Promienie wpadające przez otwór ulegają załamaniu i tworzą na matówce pomniejszony i odwrócony obraz obiektu znajdującego się przed otworem. W średniowieczu camera obscura służyła arabskim astronomom do prowadzenia obserwacji astronomicznych. Była m.in. obiektem zainteresowania angielskiego fizyka Rogera Bacona, który w końcu XIII wieku opisał, jak z niej korzystał przy obserwacji zaćmienia Słońca; w podobnym celu użył ją Gemma Frisius w 1544 r. Sam Leonardo da Vinci zajął się jej udoskonaleniem i pełnym opisem, chociaż najwcześniej opublikowaną pracą na ten temat może poszczycić się jego uczeń - Caesare Caesarino (1521 r.).Później ciemnia optyczna stała się pomocnym narzędziem w pracowniach malarzy. Korzystali z niej: Vermeer, Canaletto, Reynolds. Bywało jednak i tak, że występowała w roli jarmarcznej ciekawostki. Swego czasu Włoch Giovanni Batista della Porta zbudował ciemnię wielkości pokoju, w którym na ścianie można było oglądać rzutowany obraz artystów występujących na zewnątrz. Dla widzów sporym utrudnieniem było to, że obraz „wyświetlany” był do góry nogami. Pierwsze kamery miały wymiary niewielkiego pomieszczenia, w XVII wieku budowano już mniejsze, przenośne wersje urządzenia. Systematycznie zmierzano do polepszenia jakości obrazu. Prawdopodobnie malarz Jan van Eyck był pierwszym, który zastosował w otworze ciemni soczewkę (1430 r.). Przyjmuje się jednak, że zrobił to włoski matematyk Giordano Cardano (ten od wału kardana), a miało to miejsce w 1550 r. W 1673 r. von Horke skonstruował kamerę ze zwierciadłem (tzw. camera clara) dającym na matówce obraz prosty, który można było łatwo przerysować. Kolejne udoskonalenia wprowadzone przez weneckiego architekta i arystokratę Daniela Barbaro - zastosowanie lustra, obiektywu i przysłony zamieniło skrzynkę w prawdziwy instrument. Następnym ulepszeniem było zamontowanie (1685 r.) przez niemieckiego zakonnika Johannesa Zahna zwierciadła umożliwiającego rzutowanie obrazu na płaszczyznę poziomą i znaczne zmniejszenie wymiarów kamery. Istotną nowością (pod względem fotogrametrycznym) była jednak dopiero tzw. camera lucida, skonstruowana przez Anglika W.H. Wollastona (1804 r.) Zbudował on specjalny pryzmat, który pozwalał na przerysowywanie przedmiotów dzięki pozornemu obrazowi rzucanemu na papier. Przy okazji wyeliminował zjawisko aberracji wywoływane przez soczewkę. Rozwiązanie umożliwiało korzystanie z kamery w świetle dziennym, a wprowadzenie obiektywu z soczewką wklęsło-wypukłą znacznie poprawiło jakość obrazu.
PIERWSZA FOTOGRAFIA
Kamera miała więc już obiektyw, matówkę, pryzmat i coraz bardziej przypominała aparat fotograficzny. Trzeba było jeszcze zarejestrować i utrwalić wyświetlany obraz. Rozwiązanie tego problemu przyniosła chemia. Pierwsze ścieżki przetarto już w średniowieczu. Najpierw dominikanin Albertus Magnus, zajmujący się w XIII w. między innymi alchemią, uzyskał azotan srebra. Z kolei dwa wieki później (1556 r.) Georg Fabricius zaobserwował czernienie minerału chlorku srebra pod wpływem promieni słonecznych. Pierwsze nietrwałe obrazy otrzymał dopiero w 1727 r. niemiecki lekarz Johann Heinrich Schulze, który naświetlał chlorek srebra naniesiony na kredowym podkładzie. Pół wieku później szwedzki chemik Karl Wilhelm Scheele zaobserwował, że związki srebra czernieją w różnym stopniu w zależności od czasu ich wystawienia na działanie promieni słonecznych, a zmiana ta nie zależy od temperatury. Sczerniałym bromkiem srebra było zredukowane metaliczne srebro, a do utrwalenia obrazu wystarczył zwykły amoniak. W 1802 r. chemicy Thomas Wedgwood i Humphrey Davy otrzymali z kolei nietrwały obraz na papierze nasyconym azotanem srebra, a w 1815 r. John Herschel odkrył tiosiarczan sodu, czyli utrwalacz (rozpuszczający i wypłukujący substancję światłoczułą), chyba najważniejszy składnik w całym chemicznym łańcuszku. Było więc coraz bliżej.Za ojca fotografii uważa się powszechnie Francuza Josepha Niecéphora Niépce, który już w 1816 r. uzyskał obraz (negatywowy) na papierze powleczonym chlorkiem srebra. Nie potrafił go jednak utrwalić. Po wielu próbach udało mu się to dopiero w 1826 r. Niépce przez blisko 8 godzin naświetlał cynową płytę pokrytą światłoczułym asfaltem syryjskim, który w naświetlonych miejscach twardniał, a z nienaświetlonych był zmywany terpentyną. Technologię tę nazwał heliografią. Niezależnie od Niépce, choć bez większych sukcesów, nad tym samym problemem głowił się malarz i wynalazca diaporamy Louis Jacques Mandé Daguerre. W 1929 r. obaj Francuzi zaczęli ze sobą współpracować. Po śmierci Niépce Daguerre pracował dalej nad wynalazkiem bogatszy o wiedzę przekazaną przez partnera. W 1837 r. zaprezentował metodę otrzymywania obrazu (pozytywowego) nazwaną od jego nazwiska dagerotypią. Obraz z kamery rzutowany był na posrebrzaną miedzianą płytę pokrytą warstwą jodku srebra, proces wywoływania następował w oparach rtęci, tworzących amalgamat ze srebrem, zarejestrowany obraz utrwalano w gorącym roztworze soli kuchennej. Czas naświetlania wynosił od kilku do kilkudziesięciu minut i był uzależniony od warunków oświetleniowych. Wynalazek Daguerra w 1839 r. przedstawił na posiedzeniu Francuskiej Akademii Nauk wybitny fizyk François Dominique Arago. Daguerre i potomkowie Niépce otrzymali z tytułu tak znaczącego osiągnięcia dożywotnie renty od rządu francuskiego. Mniej więcej w tym samym okresie William Henry Fox Talbott pracował nad procesem negatywowo-pozytywowym. Anglik stosował zamiast miedzianej płyty papier nasycony najpierw roztworem azotanu srebra, a potem bromkiem sodu, negatyw zdjęcia wywoływał w roztworze kwasu galusowego i utrwalał tiosiarczanem sodu. Pierwsze negatywy Talbott otrzymał już w 1835 r., czyli wcześniej, niż odbyła się prezentacja Daguerra we francuskiej Akademii Nauk. Jego odkrycie wyróżniało to, że obraz nie był odwrócony stronami, w dodatku z negatywu można było kopiować dowolną liczbę odbitek. Do dzisiaj istnieją zwolennicy teorii, że miano ojca fotografii należy się właśnie jemu. To jednak rozwiązanie Daguerra niechronione żadnymi patentami szybko rozpowszechniło się na całym świecie. Już w 1940 r. powstały pierwsze studia fotografujące tą metodą (Paryż, Nowy Jork). Kamerę, którą zarejestrowano pierwszy obraz Niepce'a, można zaś uznać za pierwszą kamerę fotograficzną. Prace nad udoskonaleniem procesu chemicznego trwały nieustannie. Zmierzano do wyeliminowania uciążliwego procesu mokrego, zwiększenia światłoczułości (skrócenia czasu naświetlania), eliminacji nieporęcznych płyt. W 1851 r. Frederick Archer i Gustave Le Grey zaprezentowali proces kolodionowy, w którym materiałem światłoczułym były szklane płyty pokryte mieszaniną spirytusu i eteru. Kolejny znaczący krok w fotografii uczynił w 1871 r. angielski wynalazca Richard Leach Maddox, który wynalazł emulsję bromożelatynową, co dało początek stosowaniu suchych materiałów światłoczułych. Następne istotne osiągnięcie było autorstwa George'a Eastmana, który w 1884 r. zastosował celuloid jako podłoże dla warstw światłoczułych. Zastąpienie szklanej płyty lekkim filmem zwojowym umożliwiło konstruowanie aparatów i kamer fotograficznych o niewielkich gabarytach oraz pozwoliło na zautomatyzowanie wielu operacji. Nowa dziedzina techniki rozwijała się coraz szybciej. Pomysłodawcą terminu „fotografia” był John Frederick Herschel (1839 r.), który zaproponował także określenia będące do dzisiaj w użyciu: „negatyw” i „pozytyw”.
Laussedat, Pulfrich i autografy
Za ojca fotogrametrii uważa się oficera Korpusu Inżynieryjnego armii francuskiej - Aimé Laussedata. Jego głównym celem było przyspieszenie i uproszczenie prac topograficznych. Pierwsze próby Laussedata związane były z wykorzystaniem odręcznego rysunku perspektywicznego, podobnie jak czynił to ponad sto lat wcześniej Capeller. W 1849 r. Laussedat wykonał za pomocą camery lucida rysunki perspektywiczne elewacji Pałacu Inwalidów w Paryżu, a w niedługim czasie mapę fortu Vincennes. W kamerze zastosował ulepszony przez siebie pryzmat Wollastona, sama metoda pomiaru była podobna do znanej z prac topograficznych metody stolikowej. Różnica sprowadzała się do tego, że kartowanie wykonywano w pracowni, a nie w terenie. Następnym jego krokiem było wykorzystanie przy produkcji mapy zdjęć fotograficznych (metodę pomiaru nazwano „metrofotografia”). W tym celu konieczne stało się przystosowanie aparatu fotograficznego do celów mierniczych. Konstrukcja zbudowana w 1859 r. dla niego przez Brunnera była jednym z pierwszych fototeodolitów. Aparat uzbrojony był w szklaną kliszę o wymiarach 27x33 cm, 50-centymetrowy obiektyw, lunetę, koło poziome z noniuszami i odfotografowujące się na kliszy znaczki tłowe wyznaczające oś pionową i poziomą zdjęcia. O słuszności drogi wybranej przez Francuza świadczyły pierwsze pomiary. Mapę obszaru o powierzchni 200 hektarów w rejonie wioski de Buc pod Wersalem wykonano w czasie dwóch dni na podstawie 8 zdjęć fotograficznych. Wkrótce w armii francuskiej stworzono specjalny oddział zajmujący się takimi pomiarami.Technika ta szybko znalazła zastosowanie w innych krajach. W każdym z nich na bazie własnych doświadczeń rozwijano nowe teorie i metody pomiarowe oraz doskonalono instrumenty. W połowie XIX wieku jedną z czołowych postaci był niemiecki architekt Albrecht Meydenbauer. Jego zainteresowania zwrócone były w stronę architektury, stąd pierwsze próby związane były z wykorzystaniem fotogrametrii do inwentaryzacji budowli. W 1858 r. wykonał on zdjęcia katedry w Wetzlar, które posłużyły do prac renowacyjnych. W 1885 r. staraniem Meydenbauera zinstytucjonalizowano nową dziedzinę, powołując w Berlinie Królewski Pruski Instytut Fotogrametryczny, który istniał do 1945 r. W tym czasie zinwentaryzowano ok. 2 tys. obiektów architektonicznych w Niemczech i innych krajach. Albrecht Meydenbauer jest też autorem terminu „fotogrametria” (1893 r.), jako pierwszy wykorzystał w fotogrametrii obiektyw szerokokątny (1867 r.), a jego opracowania charakteryzowała wysoka dokładność uzyskana między innymi dzięki dużemu formatowi zdjęć (40x40 cm). Był on pierwszym z całej plejady niemieckich fotogrametrów.
Za oceanem nową technologię z powodzeniem rozwijał przybyły z Francji hydrograf Edouard Deville - Główny Geodeta Kanady, autor map wielkich obszarów zachodniej Kanady i Alaski wykonanych metodami fotogrametrii naziemnej i lotniczej. We Włoszech znaczący wkład w jej początkowy rozwój wniósł Paul Ignazio Pietro Porro znany konstruktor instrumentów geodezyjnych (m.in. tachimetru), który zbudował pierwszą kamerę panoramiczną (1858 r.) i zaprojektował fotogoniometr (fototeodolit), w którym wyeliminował zjawisko dystorsji obiektywu (1865 r.). Kolejny był L. P. Paganini, twórca map Alp wykonanych metodami fotogrametrycznymi i kombinowanymi (1884 r.). Jako pierwszy zarejestrował na zdjęciu fotogrametrycznym położenie igły busoli, zbudował również kamerę przystosowaną do wykonywania zdjęć nachylonych. Koniec XIX wieku przyniósł zapoczątkowanie prac nad wykorzystaniem zjawiska stereoskopii. Stereoskop znany był co najmniej od 1838 r., gdy angielski wynalazca Charles Wheatstone podał teoretyczne podstawy widzenia stereoskopowego. Pierwsze fotogrametryczne zastosowanie tego zjawiska znalazł wspomniany wcześniej Deville, który wykorzystał do rysowania warstwic pojedynczy znaczek pomiarowy i półprzezroczyste zwierciadła rzucające obraz z dwóch sąsiednich zdjęć. Ta niedoskonała, praktycznie pozbawiona podstaw geometrycznych technika była jednak krokiem we właściwym kierunku. Sprowadzał się on do wizualizacji modelu terenu i pracy na nim, a nie na zdjęciach.
W 1898 r. Austriak Teodor Scheimpflug rozwinął teorię tzw. podwójnej projekcji, czyli fotografowania obiektu równocześnie dwiema kamerami ustawionymi w pewnej odległości od siebie. Gdy wywołane zdjęcia ustawił w tej samej pozycji i oświetlił od tyłu, uzyskał „model optyczny”, na którym można było już „kreślić” warstwice lub przekroje obiektu. W 1904 r. opisał warunek, którego spełnienie umożliwiało uzyskanie ostrego obrazu (płaszczyzny obiektywu, zdjęcia i projekcji musiały przecinać się w jednej linii). Scheimpflug był człowiekiem wyjątkowo zasłużonym dla fotogrametrii. W 1903 r. skonstruował pierwszy przetwornik optyczny (fotoperspektograf) - urządzenie służące do przefotografowywania zdjęć na zadaną przez operatora płaszczyznę, był także autorem strefowego przetwarzania zdjęć, które eliminowało zniekształcenia wynikające z deniwelacji opracowywanego terenu. Pierwszym poważnym testem zaproponowanej przez niego technologii było wyprodukowanie ze zdjęcia zrobionego z balonu fotomapy rejonu położonego na południe od Wiednia.Przełomowym krokiem w rozwoju fotogrametrii było skonstruowanie przez niemieckiego uczonego Carla Pulfricha ruchomego znaczka pomiarowego i tym samym zapoczątkowanie fotogrametrycznych pomiarów stereoskopowych. Podstawy teoretyczne opracował w 1892 r. Franz Stolze, udoskonalił je Pulfrich i w 1901 r. zbudował stereokomparator - urządzenie umożliwiające pomiar współrzędnych dowolnego punktu na podstawie stereoskopowego modelu terenu. Instrument od razu zdobył uznanie i był z powodzeniem wykorzystywany przez Austriaków przy wykonywaniu map Tyrolu w latach1902-07. Niezależnie od Pulfricha prace w tym samym kierunku prowadził w Afryce Południowej Henry George Fourcade, choć ten, zamiast współrzędnych, posługiwał się (podobnie jak Stolze) „pływającą siatką”. Przy okazji warto wspomnieć, że w 1899 r. Sebastian Finsterwalder opublikował pierwszy podręcznik na temat geometrycznych podstaw fotogrametrii.Następne niezwykle ważne rozwiązanie zaproponował Eduard Ritter von Orel, który skonstruował w 1907 r. stereoautograf - instrument umożliwiający operatorowi bezpośrednie (mechaniczne) kreślenie warstwic i sytuacji terenowej ze stereoskopowych zdjęć naziemnych, znacznie przyspieszając tym powstawanie mapy. Niezależnie od Orela podobne urządzenie zbudował w tym samym czasie w Anglii kapitan Vivian Thompson. Stereoautograf rozpoczął triumfalny pochód autografów, który trwał do lat 80. Urządzeń precyzyjnych, skomplikowanych, drogich i trudnych w obsłudze. Wśród tych do obróbki zdjęć naziemnych, poza konstrukcją von Orela, warto wymienić pierwszy autograf, jaki wyprodukowała fabryka Wilda w Heerbrugg - autograf A1, stereoautograf firmy Zeiss z 1954 r., czy terragraf - konstrukcję zakładów Opton z Oberkochen z 1962 r. Wśród autografów służących do przetwarzania zdjęć lotniczych zaczynano od instrumentów wykorzystujących podwójną projekcję, jak fotokartograf Umberto Nistriego z 1920 r. czy Stereoplanigraf zbudowany przez Waltera Bauersfelda w 1923 r. Konstruktorzy szybko odeszli jednak od tej koncepcji na rzecz projekcji optyczno-mechanicznej. Urządzeniami tego typu była m.in. znana konstrukcja - aerokartograf Hugershoffa z 1926 r. umożliwiająca wykonywanie aerotriangulacji przestrzennej, jak i pierwsze autografy Wilda (seria A1-A4). Drugą, o wiele liczniejszą grupę stanowiły autografy bazujące na projekcji mechanicznej produkowane od połowy lat 30. XX wieku. Znajdziemy tu głównie modele firmy Wild (seria A5-A10) i Zeiss (Topocart i Stereotrigomat). Niektóre konstrukcje, jak na przykład autograf A10, produkowano jeszcze w połowie lat 80.
Z BALONU I SAMOLOTU
W 1783 r., a więc kilka lat po tym jak Scheele badał wpływ światła na związki srebra, w Paryżu bracia Montgolfier doświadczalnie sprawdzali, czy balon napełniony gorącym powietrzem uniesie się nad ziemię. Eksperyment powiódł się i tym samym zapoczątkowano epokę lotów balonowych. Wkrótce przyszedł też czas, by z powietrza zacząć fotografować Ziemię. Pierwszą taką fotografię wykonał paryski fotografik Gaspard Felix Tournachon, znany pod artystycznym pseudonimem „Nadar”. Do swej kolekcji zdjęć przedstawiających sławy ówczesnego świata sztuki i kultury dołączył podparyską wieś Petit Bicetre, którą uwiecznił w 1855 r. Zdjęciami z balonów zainteresowali się bardzo szybko wojskowi. Próby prowadzili Francuzi, Niemcy, Anglicy, Włosi, Rosjanie. W Stanach Zjednoczonych utworzono nawet specjalny oddział fotograficzno-topograficzny, który w czasie wojny secesyjnej zajmował się fotografowaniem pozycji przeciwnika (jego szefem był Polak Tadeusz Lowe Sobieski). Z sukcesem zastosowano tam np. balonową metodę zwiadu w czasie bitwy pod Richmond w 1862 r. W końcu XIX wieku kamery podwieszano także do latawców, stosowanych niekiedy w badaniach meteorologicznych. W ich wykorzystaniu do celów fotogrametrycznych przodowały te same kraje. We Francji problemem zajmował się Artur Batut, w USA czołową postacią był W.W. Eddy, a w Anglii meteorolog Douglas Archibald. Zalety latawców związane z ich niskim kosztem i krótkim czasem przygotowania do lotu nie równoważyły jednak minusów wynikających z trudności z orientacją kamery i z niestabilności samego latawca. W tych pionierskich dla fotogrametrii czasach szukano zresztą różnorodnych rozwiązań. Proste kamery zamieniały się w coraz bardziej wyszukane urządzenia, tak by przy jednym przelocie sfotografować jak największy obszar. Powstawały zatem urządzenia wieloobiektywowe, albo zespoły kamer i kamery panoramiczne. Wykonywano zdjęcia stereo z dwóch kamer umieszczonych na końcach kilkumetrowej bazy, a dla uzyskania orientacji zewnętrznej zdjęć próbowano używać libeli, sugerowano odfotografowywanie pionów zwisających z balonu jak i sygnalizowanie w terenie wielkich figur geometrycznych. Niektóre propozycje okazały się ślepą uliczką, inne znalazły stałe miejsce w technice fotogrametrycznej. W chwili, gdy bracia Wilbur i Orwile Wright oderwali się swym samolotem po raz pierwszy od ziemi (1903 r.) fotogrametria zyskała nowego sojusznika. Samolot umożliwiał bowiem szybkie dotarcie prawie w każde miejsce, robienie zdjęć z różnego pułapu, a ciężar kamery nie był sprawą pierwszorzędnej wagi. Prawdopodobnie pierwsze zdjęcie z pokładu płatowca wykonał Wilbur Wright w 1906 r. nad Rzymem, chociaż niektóre źródła podają, że było to nad Le Mans we Francji w 1908 roku.Tak czy owak niebawem zdjęcia zrobione z samolotu okazały się niezwykle przydatne. W okresie I wojny światowej korzystanie ze zdjęć lotniczych w celach militarnych było na porządku dziennym. Fotografie znakomicie odgrywały rolę zwiadu wojskowego i każda z walczących armii miała własne oddziały zajmujące się rozpoznaniem lotniczym. Do 1916 r. zdjęcia wykonywano na szklanych płytach, w późniejszym okresie stosowano już błony filmowe. W użyciu było w tym czasie kilka tysięcy kamer lotniczych, a liczba wykonanych zdjęć szła w miliony. Wymuszało to automatyzację rejestracji obrazu. W 1913 r. pierwszą półautomatyczną kamerą dysponowali Rosjanie, w 1917 r. taką konstrukcją mogli poszczycić się Francuzi, w 1918 r. około 100 automatycznych kamer mieli już Niemcy, w tym samym roku podobną kamerę skonstruowała amerykańska firma Eastman-Kodak. Po zakończeniu I wojny światowej w fotogrametrii widoczny był podział na Europę i „resztę świata”. Kraje starego kontynentu nastawione były na rozwój technologii i tworzenie nowych instrumentów; w USA, Indiach czy Kanadzie górę brał aspekt ekonomiczny związany z jak najszerszym zastosowaniem tej technologii, nawet kosztem jakości prac wynikającym ze stosowania np. z nie najnowocześniejszych metod. Do najważniejszych przyczyn takiego stanu rzeczy zaliczyć należy: skoncentrowanie w Europie ośrodków naukowych zajmujących się rozwojem fotogrametrii, różnica potrzeb i względy ekonomiczne. Należy pamiętać, że większość państw naszego kontynentu była od dawna doskonale pomierzona. Technologia fotogrametryczna nie była łatwa do opanowania, a oprzyrządowanie bardzo drogie. Na niewielkich obszarach wymagających nowych map pomiary tradycyjne były nadal tańsze. Dobrze ilustruje to fakt, że w okresie międzywojennym w monarchii austriackiej opracowania fotogrametryczne (naziemne) stosowano sporadycznie tylko w opracowaniach topograficznych rejonów górskich, natomiast w Związku Radzieckim uruchomiono w 1925 r. olbrzymi program sfotografowania obszaru około 4,5 mln km2. Technologia miała ekonomicznie uzasadnienie tylko w pomiarach obejmujących wielkie tereny, stąd ich powszechność np. w USA czy ZSRR. W okresie międzywojennym pojawiły się nowe rozwiązania w dużej mierze decydujące o dalszym rozwoju fotogrametrii. W 1924 r. w USA opatentowano film wielowarstwowy, w 1929 r. Aschenbacher konstruuje 9-obiektywową kamerę lotniczą, a w 1930 r. radziecki uczony Jewgienij Krinow wykonuje pierwsze zdjęcie spektralne powierzchni Ziemi. Rok później kapitan Albert Stevens zarejestrował pierwsze panchromatyczne zdjęcie na filmie uczulonym na podczerwień, a w 1933 r. pokazano multiplex - autograf nowej generacji, tani instrument przeznaczony do masowej produkcji map średnioskalowych zaprojektowany przez włoskiego konstruktora Umberto Nistriego, a produkowany w zakładach OMI-Nistri i Zeiss. W 1934 r. radziecki fotogrametra F.W. Drobyszew zbudował stereometr - instrument służący do opracowania rzeźby terenu metodą różnicową, zaś w 1937 r. wykonano pierwsze kolorowe zdjęcie fotogrametryczne. Jak na kilkanaście lat całkiem sporo.Z roku na rok przybywało zastosowań cywilnych, zaczęły powstawać prywatne firmy fotogrametryczne. Na początku lat 20. działały takie w Holandii i Niemczech. W 1920 r. po raz pierwszy zdjęcia lotnicze wykorzystano do poszukiwań złóż ropy naftowej. W tym samym roku w Niemczech firma Stereographik GmbH wykonała pierwszą cywilną fotomapę (wykorzystaną przy projektowaniu kanału na Izerze). Od 1924 r. zdjęcia lotnicze rejestruje założony trzy lata wcześniej brytyjski RAAF. W 1925 r. w rejonie Leningradu (Sankt Petersburg) wykonano zdjęcia w skali 1:8400 dla zinwentaryzowania lasów. W latach 1928-29 Anglicy podjęli w Indiach próbę (nieudaną) zastosowania zdjęć naziemnych do prac katastralnych. W Australii w 1935 r. zdjęcia lotnicze dla celów irygacyjnych wykonała miejscowa firma Adastra.
W samych Niemczech w latach 1925-45 wykonano fotomapy dla obszaru około 100 tys. km2. W poszczególnych państwach narodowe służby kartograficzne zaczynają tworzyć wydziały lub instytucje zajmujące się wykonywaniem zdjęć i ich przetwarzaniem.O tym, jak technika ta z roku na rok stawała się coraz popularniejsza, może świadczyć przykład Polski. W podręczniku „Miernictwo” W. Ehrenfeuchta z Politechniki Warszawskiej z 1917 r. czytamy o fotogrametrii, że przedmiot ten „dosyć rozpowszechniony za granicą, u nas dotąd mało jest stosowany, podajemy go w ogólnych zarysach, nie wchodząc w żadne szczegóły”, w związku z czym potraktowano go lakonicznym opisem na kilku kartkach. Dwadzieścia lat później w „Geodezji” (Miernictwie) Kaspra Weigla z Politechniki Lwowskiej dostajemy treściwy 20-stronicowy wykład z odesłaniem do fachowej pozycji, czyli książki Edmunda Wilczkiewicza pt. „Zasady zdjęć fotogrametrycznych”. (Wilczkiewicz - doktor Politechniki Lwowskiej, twórca aeroprojektora - polskiego autografu, napisał ją w 1930 r.).
Zaczynano skromnie. Dwa lata po odzyskaniu przez Polskę niepodległości w Wojskowym Instytucie Geograficznym w Warszawie utworzono kilkuosobowy Referat Fotogrametryczny. W 1920 r. liczył on już 20 oficerów, na wyposażeniu miał m.in. autograf Wilda A2 i aerocartograph Hugershoffa. W tym czasie wykonano fotomapy dla obszaru 14 tys. km2. Pionierem polskiej fotogrametrii był profesor Politechniki Lwowskiej Kasper Weigel, który już w 1918 roku zaproponował wykorzystanie zdjęć fotogrametrycznych do wykonania mapy Tatr (projekt zrealizowano kilka lat później). Do wybuchu wojny zdołano sfotografować obszar kraju o powierzchni ponad 180 tys. km2. W 1930 r. powstała w Polsce pierwsza prywatna firma fotolotnicza - „Fotolot”, która tuż przed wybuchem II wojny światowej dysponowała m.in. 5 samolotami i autografem Wild A2. W latach 1936-39 „Fotolot” wykonał zdjęcia dla obszaru 30 tys. km2. W latach 30. pracami badawczymi z zakresu fotogrametrii zajmowały się już ośrodki naukowe na Politechnice Lwowskiej (Weigel, Wilczkiewicz) i Warszawskiej (Piasecki).
CYFROWY SKOK
W czasie II wojny światowej zdjęcia lotnicze miały podobne zastosowanie jak w okresie pierwszej, ale w o wiele większym zakresie. Do lotów rekonesansowych doszło „inwentaryzowanie” skutków bombardowań, jak chociażby na fotografii Jeny z 1945 r. zrobionej przez aliantów. Szczególne znaczenie położono na fotointerpretację, która w ujęciu wojskowym jest niczym innym jak odpowiedzią na pytania „co to jest?” i „jak duże jest?” to, co zarejestrowano na (szpiegowskim) zdjęciu. Okazało się np., że 80% informacji wywiadowczych z rejonu Pacyfiku armia amerykańska zdobyła na podstawie analizy zdjęć lotniczych. Gdy nastała epoka zimnej wojny, technologie związane z pozyskaniem i szybkim odczytaniem zdjęć znalazły się w centrum zainteresowania wojskowych. Nic zatem dziwnego, że w 1952 r. w USA w ramach CIA powstał Photo Intelligence Division zajmujący się fotointerpretacją i dysponujący sprzętem fotogrametrycznym najnowszej generacji. Podobne jednostki utworzono w innych rodzajach sił. Ten sam trend obowiązywał również w innych armiach, a zastosowania militarne - choć rzadko upubliczniane - są od lat 50. jednym z elementów napędowych tej technologii. W końcu zdjęcia wykonane z pokładu samolotu U2 czy z satelitów szpiegowskiego programu Corona (jeśli mówić tylko o amerykańskiej stronie tego problemu) trzeba było na czymś „odczytać”. Między innymi stąd wzięło się zainteresowanie armii autografem analitycznym Helavy.Znaczący postęp technologiczny w fotogrametrii nastąpił na przełomie lat 50. i 60., a następnie w dekadzie lat 90. W obu wypadkach umożliwił to rozwój informatyki, która ukazała nieznane wcześniej możliwości. Pierwszy skok dokonał się po wejściu do użytku autografu analitycznego. Teoretyczne przymiarki do fotogrametrii analitycznej publikowane były już przez Otto von Grubera i Sebastiana Finsterwaldera w latach 30. Praktyczne próby miały miejsce w latach 40., a na początku następnej dekady Everett Merritt z Naval Photographic Center w USA zaproponował analityczne rozwiązanie procesu kalibracji kamery i orientacji zdjęć, zaś Hellmut Schmid zaprzągł do fotogrametrii macierze i metodę najmniejszych kwadratów. Twórcą autografu analitycznego - instrumentu rewolucjonizującego fotogrametrię był Fin Uki Helava, który miał to szczęście, że w odpowiednim czasie (1954 r.) trafił w odpowiednie miejsce, czyli do Sekcji Fotogrametrycznej National Research Council (NRC) w Kanadzie. Helava już na początku lat 50. dał się poznać jako zdolny konstruktor, a z jego pomysłów korzystały m.in. zakłady Zeissa w Oberkochen. W 1956 r., będąc już pracownikiem NRC zgłosił w USA patent, a w 1957 r. opublikował zasadę działania autografu analitycznego. Pierwsze egzemplarze wykonano na zamówienie armii USA, która od początku była zainteresowana supernowoczesnym urządzeniem. Poza tym była jednym z nielicznych klientów, których było na niego stać. Dopiero w 1964 r. wyprodukowano tańszy AP/C. Podstawowa różnica pomiędzy pomysłem Helavy a wcześniejszymi rozwiązaniami sprowadzała się do zastąpienia analogowej projekcji modelu projekcją matematyczną. Efektem było przyspieszenie obróbki zdjęć i zdecydowane „odchudzenie” autografu.Zastosowanie komputera praktycznie eliminowało większość mechanicznych części (dlatego autografy analogowe ważyły ok. 400-500 kg). Cała skomplikowana natura autografu brała się bowiem z konieczności przełożenia jeszcze bardziej skomplikowanych równań (opisujących transformację obrazu zdjęcia na obraz terenu) na proste czynności, jakie musiał wykonać operator urządzenia. Instrument Helavy składał się z trzech modułów: obserwacyjnego (w którym umieszczano zdjęcia), maszyny liczącej (komputera) i stołu kreślącego. Po raz pierwszy zastosowano w takim urządzeniu serwomotory. Autograf analityczny zautomatyzował i przyspieszył proces orientacji zdjęć, dane z modelu można było zapisać w formie cyfrowej, a komputer zaprogramować. Pierwsze egzemplarze AP (analytical plotter) zbudowała firma OMI (komputer wyprodukowało amerykańskie Bendix Research Labs), a na oficjalnym pokazie pojawiły się w 1961 r. Helava stał się jednym z czołowych twórców nowej technologii, którą rozwijał później w ramach współpracy z OMI, Bendix i Helava Associates. (Zaowocowało to w 1980 r. zamówieniem z Defence Mapping Agency na dostawę kilkuset sztuk autografów najnowszej konstrukcji.) Fotogrametria od chwili zaistnienia charakteryzowała się stosowaniem pionierskich rozwiązań. Zrozumiałe więc, że każda z informatycznych nowości była przez nią skwapliwie wykorzystywana. Pojawienie się pamięci magnetycznych, nowych języków oprogramowania, wydajniejszych procesorów i systemów komputerowych przekładało się na koleje zmiany w technologii obróbki obrazu. W latach 70. i 80. powstało wiele nowych typów autografów analitycznych, które stopniowo wypierały z rynku instrumenty analogowe. Sam proces był w coraz większym stopniu zautomatyzowany, ale i uzależniony od informatyki. Gdy w latach 80. dotychczasowy tekstowy ekran zastąpiła graficzna reprezentacja obrazu, a procesory radykalnie zwiększyły swą moc, przyszła pora na stacje robocze. Najważniejszym elementem było teraz oprogramowanie, a wkrótce podstawowym produktem fotogrametrycznym stała się ortofotomapa (ortofoto).Początki rozwiązań cyfrowych można wiązać z systemem Gestalt Photo Mapper z 1967 r., opracowanym przez Gilberta Louisa Hobrougha z Kanady, który wykorzystywał korelację obrazów do automatycznej produkcji ortofoto. Zadaniem fotogrametrii cyfrowej jest bowiem nie tylko zautomatyzowanie czynności realizowanych przez autograf, ale także przejęcie przez komputer czynności wykonywanych do tej pory przez operatora.
W 1988 r. na kongresie ISPRS w Kioto zaprezentowano prototyp pierwszej fotogrametrycznej stacji cyfrowej DSP1 firmy Kern. Mimo iż nie był to towar tani, gra rynkowa została rozpoczęta. Korzyści wynikające zarówno ze skrócenia drogi od zarejestrowania zdjęcia do otrzymania produktu finalnego, jak i możliwość łatwej integracji danych fotogrametrycznych z innymi systemami (np. GIS, CAD) były bowiem nie do przecenienia. W 1991 r. światło dzienne ujrzała cyfrowa stacja fotogrametryczna ImageStation firmy Intergraph, rok później szwajcarska Leica wprowadziła do sprzedaży DPW produkcji Helava Associates. W połowie lat 90. szacowano, że na świecie było w użyciu ok. 4-5 tys. autografów, 1200-1500 autografów analitycznych i ok. 400 fotogrametrycznych stacji cyfrowych (rynek cywilny). Gdy w 1995 r. wśród 25 wytypowanych instytucji z 17 krajów europejskich (instytutów, uczelni, firm) na co dzień zajmujących się opracowaniami fotogrametrycznymi policzono sprzęt, na którym pracują, okazało się, że miały one około 140 autografów analitycznych i ponad 80 stacji fotogrametrycznych. Przyszłość należała zatem do technologii cyfrowej, chociaż na początku był to luksus, na który nie każdy mógł sobie pozwolić. Stacja Leica/Helava DPW 770, czyli produkt z tzw. górnej półki, kosztowała ponad 150 tys. dolarów, najtańsze 20-60 tysięcy. Standardy wyznaczały wtedy: DPW (Helava/Leica), Phodis (Zeiss), Traster T10 (Matra) i ImageStation (Intergraph), ta ostatnia z 27-calowym monitorem i 300 milionami operacji arytmetycznych wykonywanych w czasie 1 sekundy. Podstawowymi elementami takich cyfrowych zestawów są: stacja cyfrowa/szybki komputer, odpowiedni monitor z przystawkami do oglądania obrazu stereo (okulary polaryzacyjne) i manipulator (mysz 3d).
W końcu lat 80. okazało się, że w fotogrametrii niebagatelną rolę ma także do odegrania technologia GPS, która dała nie tylko możliwość precyzyjnego nawigowania samolotem, ale i generowania współrzędnych środka rzutów każdego zdjęcia, co wydatnie usprawniło proces aerotriangulacji i wpłynęło na redukcję liczby punktów osnowy (ograniczenie kosztownych prac terenowych). Dziesięć lat później, z chwilą pojawienia się na rynku cyfrowych kamer fotograficznych, wiadomo było, że jest tylko kwestią czasu, by cały proces - począwszy od rejestracji obrazu, a na wydruku ostatecznego produktu fotogrametrycznego skończywszy - będzie odbywał się w technologii numerycznej. W końcu lat 90. pojawiają się pierwsze testowe egzemplarze kamer przeznaczonych dla fotogrametrii. W 2000 r. swoje modele oficjalnie zaprezentowały firmy LH Systems i Z/I Imaging (Intergraph). Cyfrowa rejestracja obrazu ma liczne zalety. Przestaje istnieć problem wywoływania filmu, ziarnistości i niskiej radiometryczności. Eliminuje się drogi, czasochłonny i będący źródłem błędów proces skanowania filmu. Jakość obrazu jest lepsza, a co za tym idzie łatwiejsza jest jego interpretacja. Każdy punkt terenowy może być też wielokrotnie odfotografowywany. Co istotne, można otrzymać zdjęcia wielospektralne, a parametry rejestracji kontrolować w czasie lotu. Przy założeniu wykonania w ciągu roku 20 tys. zdjęć koszt wykonania jednego obrazu kamerą cyfrową jest o prawie 40% niższy niż kamerą tradycyjną, biorąc pod uwagę cały proces z wykonaniem DTM, ortofoto i mapy wektorowej z każdego zdjęcia, koszt ten może być niższy nawet o połowę. Obecnie wytwory fotogrametrii cyfrowej, takie jak numeryczny model terenu, ortofoto i mapy wektorowe, są podstawowymi produktami wykorzystywanymi w wielu dziedzinach gospodarki. Przestrzenne modele są dzisiaj chlebem powszednim. To, co wcześniej było tylko wirtualnym obrazem widzianym oczami operatora autografu, teraz jest dostępne praktycznie dla każdego i tylko od potrzeb lub wyobraźni użytkownika komputera zależy, co z nim zrobi. Jak pamiętamy, wszystko zaczęło się 150 lat temu od perspektywicznych rysunków wykonywanych wprawną ręką pułkownika Aimé Laussedat. Zmiany, które nastąpiły w ostatnich latach, dotyczą w dużej mierze także fotogrametrii naziemnej. Nie zajmowano się tu nimi, tak jak i teledetekcją i fotogrametrią satelitarną.