Fotogrammetrijā tiek izmantots līdzīgs princips kā cilvēku redzē, respektīvi, redzes dziļuma uztvere (angļu depth perception) izriet no fakta, ka abas acis vienlaicīgi novēro vienu objektu. Stereogrāfiskā paralakse ir šķietama nobīde objektu relatīvajā novietojumā, tos novērojot no dažādiem skatupunktiem. Lai to novērotu, vajadzīgi vismaz divi novērojuma punkti (fotogrāfijas), no kuriem redzams katrs objekts. Šādi iespējams novērtēt (modelēt) objektu, tajā skaitā reljefa formu un telpisko apjomu.

Viens no fotogrammetrijas pamata konceptiem ir triangulācija – metode 3D modeļa izveidei, izmantojot vairākas pārklājošas fotogrāfijas. Galvenie soļi procesā:

• sasaistes punkti tiek identificēti vairākās fotogrāfijās;
• zemes kontroles punkti (ground control points, GCP) – tiek identificēti fotogrāfijās un tiek piesaistīti koordinātu sistēmai;
• kopējā korekcija (bundle adjustment) – funkcija ģeometrisko nobīžu (kļūdu) samazināšanai un attēla reprojekcijai.

Aerofotogrāfijām, kas ir galvenais fotogrammetrijas datu avots ar Zemes zinātnēm saistītajās nozarēs, ir raksturīgi vairāku veidu izkropļojumi, kurus novērš ar fotogrammetrijas metodēm. Šie izkropļojumi ietver:

• horizontālos vai vertikālos izkropļojumus, kuri rodas no fotokameras novietojuma slīpā leņķī (ne 90°) pa horizontālo vai vertikālo plakni;
• lēcu (koniskie) izkropļojumi rodas no fakta, ka fotogrāfijas tiek uzņemtas, projicējot gaismu koniski, savukārt, lai veiktu korektu mērījumu,  attēlus vajag transformēt uz ortogonālo (paralēlo) projekciju, kas ir pamatā karšu veidošanā;
• atmosfēriskie izkropļojumi rodas gaismas stariem ceļojot cauri atmosfērai. Tie ietver dūmakainību (haze), atmosfēriskās turbulences u. c faktorus. Šos izkropļojumus novērš ar atmosfērisko korekciju;
• paralakses izkropļojumi – saistīti ar platformas kustību uzņemšanas (fotogrāfijas ekspozīcijas) brīdī. Tos novērš ar instrumentos iebūvētiem kompensācijas mehānismiem.

Fotogrammetrijai ir liela nozīme ģeomātikā – tālizpētes, kartogrāfijas uzdevumu izpildē. Fotogrammetriskā apstrāde ir neatņemama sastāvdaļa tālizpētes datu priekšapstrādē, to izmanto, novēršot ģeometriskos izkropļojumus datos, veidojot reljefa modeļus un veidojot attēlu kolāžas (telpiskos salikumus).

Fotogrammetrijas metožu galvenais uzdevums – nodrošināt precīzu mērījumu veikšanu apstrādātos fotogrāfiskos datos. Piemērs – karjerā izraktās grunts apjoma novērtēšana pēc bezpilota lidaparātu (BPL) uzņemtajām fotogrāfijām. Šādi iespējams fotogrammetriskās metodes izmantot arī uzraudzības un kontroles funkcijām, novērtējot darbības vidē. Zemes zinātnēs fotogrammetriskās metodes ļoti labi papildina lāzerskenēšanas (Light Detection and Ranging, LIDAR) datus – sniedzot precīzus datus par X un Y koordinātām, savukārt lāzerskenēšanas datos iespējams precīzāk noteikt Z koordinātu (augstuma) vērtības.

Fotogrammetrijas produkti:

• ortofoto mozaīkas – koriģētu areofoto ainu vai satelītainu kolāža, kurā novērsti ģeometriskie un cita veida izkropļojumi. Telpiskā piesaiste tiek veikta, izmantojot zemes kontrolpunktus. Individuāli attēli tiek “salīmēti”, veidojot vienlaidus klājumu noteiktai teritorijai, izmantojot toņu izlīdzināšanu;
• digitālie virsmas modeļi (digital surface model, DSM) – attēlo noteiktas teritorijas dabas un antropogēnos objektus uz Zemes virsmas, attēlojot to augstumu. Atšķirībā no digitālā augstuma modeļa (digital elevation model, DEM), digitālais virsmas modelis attēlo objektu virsmas (ēku jumtus, koku vainagus u. c.), nevis tikai Zemes virsmu;
• digitālie augstuma modeļi – attēlo Zemes virsmas raksturu, bez zemes seguma (veģetācijas) un antropogēnajiem objektiem (ēkām, infrastruktūras objektiem). Iekļauj dabiskas (paugurus, gravas u. c.) un cilvēka radītas reljefa formas (karjerus, grāvjus u. c.);
• reljefa izolīnijas (augstumlīknes), kas iegūtas, interpretējot digitālo augstuma modeli;
• 3D modeļi – digitāli faili, kuri glabā informāciju par telpisku objektu struktūru trīsdimensiju ģeometriskajā telpā.

Fotogrammetrijas metodes tiek izmantotas arī kino industrijā, vizuālo efektu izstrādē un datorspēļu veidošanā. Tās izmanto arī medicīnā, lai mērītu cilvēka ķermeņa daļas un orgānus, un 3D modelēšanā disgnostikas un terapijas vajadzībām. Fotogrammetrija tiek plaši lietota arheoloģijā, piemēram, izmantojot stereo efektu vēsturiskajos satelītu attēlos, iespējams identificēt arheoloģiskos objektus (apbedījumus, ēku drupas u. c.), kas citādi ir grūti pamanāmas fotogrāfijās.

Fotogrammetrija ir uzskatāma par tāizpētes sastāvdaļu, jo tā nodarbojas ar tālizpētes datu (piemēram, aerofoto ainu) apstrādi un analīzi. Fotogrammetrijas metodes sastāda būtisku daļu no standarta tālizpētes datu priekšapstrādes (aerofoto ainu un satelītainu ģeometriskā korekcija). Fotogrammetriskās metodes iespējams automatizēt, tādejādi palielinot datu apstrādes ātrumu.

 Stereofotogrammetrija ir fotogrammetrijas apakšnozare, kura izmanto stereoskopisko efektu, lai aptrādātu attēlus, kas savstarpēji pārklājas. Šādi ir iespējams iegūt 3D efektu no 2D attēliem gan vizuāli (izmantojot īpašas 3D brilles), gan digitāli (modelējot augstuma informāciju ar īpašu programmatūru).

Fotogrammetrijai ir salīdzinoši īsa vēsture, jo tā balstīta uz relatīvi nesen veiktiem atklājumiem ģeometrijā, stereoskopijā un datortehnoloģijā, kā arī cieši saistīta ar pašu fotogrāfiju vispār. Pirmie mēģinājumi veikt precīzus mērījumus fotogrāfijās notika 19. gs. sākumā Francijā. Pirmā dokumentētā fotogrammetriskā darbība ir 1858. gadā Parīzē, kur franču ģeodēzists Emē Losedā (Aimé Laussedat) mēģināja noteikt precīzu attālumu starp diviem punktiem fotogrāfijā, kas uzņemta no gaisa balona virs Parīzes. Šī metode turpmāk tika izmantota arvien plašāk – topogrāfiskajā uzmērīšanā lielās platībās, kur tradicionālās instrumentālās uzmērīšanas metodes bija nepraktiskas. Terminu “fotogrammetrija” pirmo reizi lietojis prūsiešu arhitekts Albrehts Meidenbauers (Albrecht Meydenbauer) 1867. gadā.

20. gs. sākumā fotogrammetrija tika plaši izmantota militārajā jomā – ienaidnieka pozīciju izpētei aerofotogrāfijās Pirmā pasaules kara un Otrā pasaules kara laikā. Šāds izmantojums veicināja specifisku aerofotografēšanas fotokameru izveidi un pielietojumu, kas turpmāk veicināja fotogrammetrijas attīstību arī civilajā dzīvē.

20. gs. beigās, attīstoties digitālajām tehnoloģijām, proti, fotokamerām un datoriem, fotogrammetrijas precizitāte un efektivitāte pieauga. 70. gados tika likti pamati stereofotogrammetrijai, kas savā tālākajā attīstībā ļāva no fotogrāfijām izveidot 3D modeļus. Tieši 3D modeļu izveides iespēja uzskatāma par revolūciju fotogrammetrijas jomā, jo šī metode ļauj ātri un efektīvi izveidot digitālus objektu 3D modeļus, kurus iespējams arī izdrukāt, izmantojot speciālus 3D printerus.

Mūsdienu fotogrammetrija pilnībā izmanto digitālo tehnoloģiju priekšrocības – ātru datu ieguvi, pārraidi, apstrādi un analīzes iespējas. Bezpilota lidaparāti ar augstas izšķirtspējas foto un video kamerām dod iespēju operatīvi ievāk informāciju (uzņemt augstas izšķirtspējas fotogrāfijas un video) par pētāmajiem objektiem un teritorijām, kuru iespējams apstrādāt jau tajā pašā dienā.

Datorredzes (computer vision) metožu izmantošana, piemēram, “struktūra no kustības” (Structure-from-Motion, SfM) metode ļauj izveidot telpiski piesaistītu 3D modeli no vairākām augstas kvalitātes fotogrāfijām ar savstarpēju pārklājumu. Šī metode ietver vairākus soļus: attēlu savstarpējā novietojuma detektēšanu, izmantojot objektu automātisku atpazīšanu fotoattēlos; fotokameru relatīvā novietojuma modelēšanu; punktu mākoņa (point cloud) ģenerēšanu; modeļa rekonstrukciju. “Struktūra no kustības” kā izmaksu efektīvā metode tiek plaši pielietota tālizpētē, arhitektūrā, datorredzes un robotikas jomā.

Kompānijas Google pakalpojuma Street View dati ir apstrādāti ar fotogrammetrijas metodēm, automātiski nosakot daudzu atsevišķu fotogrāfiju novietojumu attiecībā pret citām, lai izveidotu telpiski piesaistītu attēlu mozaīku. Pieaugot satelītattēlu, aerofotogrāfiju un citu datu brīvai pieejamībai, fotogrammetriskās metodes tiek izmantotas arvien plašāk.

Populārākās fotogrammetrijas datorprogrammas:

• Agisoft Metashape ir profesionāla fotogrametrijas programma, kuru izmanto daudzās nozarēs, piemēram, mērniecībā, kartogrāfijā, arheoloģijā un citās. Izstrādātājs – Agisoft LLC, Sanktpēterburga, Krievija, (2010);
• Pix4D ir Šveices populāra fotogrammetrijas programma, kura īpaši pielāgota bezpilota lidaparātu attēlu apstrādei. To izmanto daudzās jomās, tajā skaitā būvniecībā, lauksaimniecībā un vides uzraudzībā. Izstrādātājs – Pix4D, Lozanna, Šveice (2011);
• RealityCapture ir jaudīga fotogrammetrijas programma, kura ir spējīga apstrādāt liela apjoma datus (gan aerofotogrāfijas, gan lāzerskenēšanas datus) un izveidot detalizētus 3D modeļus. Šī programma tiek izmantota daudzās nozarēs, piemēram, filmu un video spēļu izstrādē, arhitektūrā, inženierijā, virtuālās relitātes tehnoloģijās un mērniecībā. Izstrādātājs – Capturing Reality, Bratislava, Slovākija (2016);
• Photomod ir programma, kura galvenokārt tiek izmantota mērniecībā un inženierijā. Tā ir spējīga asptrādāt liela apjoma attēlus, tajā skaitā no attālināta servera. Izstrādātājs – Racurs, Maskava, Krievija (2008).

Fotogrammetrija tiek pasniegta augstākās akadēmiskās un profesionālās izglītības iestādēs, kurās ir ģeomātikas profils (tajā skaitā mērniecība, tālizpēte, ģeogrāfiskās informācijas sistēmas, arī arhitektūra un būvniecība). Saistībā ar fotogrammetriju un kartēšanu, izmantojot bezpilota lidaparātu, jāpiemin Mičiganas Universitāte (Michigan University) Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV); Ņūkāslas Universitāte (University of Newcastle) Lielbritānijā; Bonnas Universitāte (Universität Bonn) Vācijā un Norvēģijas Zinātņu un tehnoloģiju universitāte (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet).

Latvijā fotogrammetrija ir Latvijas ģeotelpiskās informācijas aģentūras (LĢIA) pārraudzībā, izstrādājot Latvijas ortofoto karti un citus produktus. Vairāki privāti uzņēmumi nodarbojas ar fotogrammetrijas pakalpojumu sniegšanu, piemēram SIA “Metrum” un SIA “Latvijasmērnieks.lv”.

• Remote Sensing (izdevējs Multidisciplinary Digital Publishing Institute, iznāk kopš 2009. gada);
• ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing (izdevējs International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, iznāk kopš 1989. gada);
• International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation (izdevējs Elsevier, iznāk kopš 1999. gada).

Tā kā fotogrammetrija ir cieši saistīta ar tālizpēti, vairākums tālizpētes profesionāļu ir pazīstami ar fotogrammetrijas principiem. Būtisku ieguldījumu fotogrammetrijas attīstībā snieguši vairāki pētnieki un jomas profesionāļi, piemēram, Džims Čendlers (Jim Chandler) no Louboro Universitātes (Loughborough University) Lielbritānijā – fotogrammetrisko metožu pielietojums ģeomorfoloģijā, izmantjot bezpilota lidaparātu datus; profesors Tomass Lūmans (Thomas Luhmann) no Jādes Augstskolas (Jade Hochschule) Vācijā – tuvo distanču fotogrammetriskās metodes, fotokameru kalibrācijas metodes; profesors Tonijs Šenks (Toni Schenk) no Bufalo Universitātes (University of Buffalo) ASV – fotogrammetrisko metožu attīstība, bezpilota lidaparātu izmantošana, pētījumi glacioloģijā.