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CALIBRAÇÃO DE UM SISTEMA POLI-DIÓPTRICO COM INJUNÇÕES DEESTABILIDADE DA ORIENTAÇÃO RELATIVA
MARIANA BATISTA CAMPOSANTONIO MARIA GARCIA TOMMASELLI
JOSÉ MARCATO JUNIOREIJA HONKAVAARA
2
(a) (b) (c)
(f)
(d) (e)
(g) (h) (i)
(j)
(a) Giroptic 360cam, (b) Go Pro 360°, (c) Lady bug2, (d)CentrCamera CEO, (e)
360°fly, (f) Kodak PixPro SP360, (g)V360°, (h) Lady bug5, (i) Google Jump
system and (j) Ricoh Theta M15.2
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
SISTEMAS POLI-DIOPTRICOS:
MULTIPLAS CÂMARAS ARRANJANDAS NA
MESMA ESTRUTURA PARA COBRIR UM
CAMPO DE VISÃO 360° (MAAS, 2008).
MOTIVAÇÃO:
• AMPLO CAMPO DE VISADA
• BAIXO CUSTO
• DESIGN – PESO E TAMANHO
• PROCESSAMENTO INTUITIVO
APLICAÇÕES FOTOGRAMETRIA À
CURTA DISTÂNCIA
• ROBÓTICA: NAVEGAÇÃO
• MAPEAMENTO DE INTERIORES
• MAPEAMENTO URBANO
• MAPEAMENTO FLORESTA
OBJETIVO: DETERMINAR
EXPERIMENTALMENTE UMA METODOLOGIA
PARA A CALIBRAÇÃO DE UM SISTEMA POLI-
DIOPTRICO DE BAIXO CUSTO
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO
CALIBRAÇÃO DE CÂMARAS
αPs.
cβ
x
y
z
GEO
MET
RIA
DA
S LE
NTE
S FI
SHEY
E
DESAFIOS:
METODOLOGIA
GEO
MET
RIA
PER
SPEC
TIV
A
αPs.
P
cβ
x
y
z
P
44
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO
DESAFIOS:
METODOLOGIA
SISTEMA MULTI-CÂMERAS:
• MAIS DE UM CONJUNTO DE POI
• PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
OFFSETS
OFFSETS:
• ANGULARES
• LINEARES
TRABALHOS RELACIONADOS
MATLAB TOOLBOX:
Scaramuzza et al., (2006);
Kannala et al., (2006) ;
Bouguet et al. (2002).
PROGRAMAS COMERCIAS:
PhotoScan (Agisoft, 2016)
PhotoModeler (EOS Systems, 2014).
CALIBRAÇÃO SIMULTÂNEA DOS POI E POR
55
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
66
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
AQUISIÇÃO DINAMICADUAL-VIDEO29 frames/s
AQUISIÇÃO ESTÁTICA IMAGEM PANORÂMICA
1 frames/8s
AGRADECIMENTOS
77
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAISCAMPO METODOLOGIA
CAMPOS et al, 2018SENSORS - MDPI
INTRODUÇÃO SISTEMA METODOLOGIA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO
160 alvos codificados - ARUCO (21cm x 21cm) - Detecção automática (MUÑOZ-SALINAS, 2012)
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
RECONTRUÇÃO 3D
SENSOR 1: 20 IMAGENSSENSOR 2: 16 IMAGENS
13 IMAGENS SIMULTÂNEAS
GSD MÉDIO4 mm - 6 mm
OBSERVAÇÕES NA IMAGEM: ACURÁCIA SUBPIXELCOORDENADAS DE TERRENO: ACURÁCIA DE 5 mm
EOP INICIALX0, Y0, Z0 – 0.5 Metros
ω, ϕ, κ – 10°
DATA SET:
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
QUESTÕES:
Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir os feixes de raios formadores das imagens geradas pela Ricoh Theta S?
AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
RECONTRUÇÃO 3D
121212
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
MODELO MATEMÁTICO
13
DESVIO PADRÃOrproj – rimg
EQUIDISTANTE = 0,05 mm
ESTEREOGRÁFICA = 0,07mm
EQUISÓLIDA=0,1 mm
ORTOGONAL= 0,22 mm
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
MODELO MATEMÁTICO
MODELO CONRADY-BROWN
PROJEÇÃO EQUIDISTANTE
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MODELO MATEMÁTICO
CMC (Calibração Multi-Camaras)
( MARCATO et al, 2015)
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
QUESTÕES:
Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S?
Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante?
AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
RECONTRUÇÃO 3D
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
SE:
MAGNITUDE DO PARÂMETRO > QUE O DESVIO PADRÃO
EFEITO DO PARÂMETRO > QUE O ERRO DE MEDIDA
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
QUESTÕES:
Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S?
Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante?
A diferença entre os POI de cada sensor é relevante?
AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
RECONTRUÇÃO 3D
RMSE
0.0144 mm/ 2.88 pixels
6x o erro de medida
ZROT (HABIB et al., 2006)
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
A diferença entre os POI de cada sensor é relevante?
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
QUESTÕES:
Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S?
Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante?
A diferença entre os POI de cada sensor é relevante?
Quais injunções podem melhorar a estimativa dos POR?
AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
RECONTRUÇÃO 3D
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MATRIZ DE ORIENTAÇÃO RELATIVA:
DISTÂNCIA ENTRE OS CENTROS PERSPECTIVOS:
ELEMENTOS DE BASE:
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
Experimento A – Calibração de câmara individual sem injunções
Experimento B - Calibração de câmara simultânea sem injunções
Experimento C - Calibração de câmara simultânea com injunções de estabilidade na matriz de orientação
relativa e de distância.
Experimento D - Calibração de câmara simultânea com injunções de estabilidade na matriz de orientação
relativa e nos elementos de base.
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA Quais injunções podem
melhorar a estimativa dos POR?
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
QUESTÕES:
Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S?
Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante?
A diferença entre os POI de cada sensor é relevante?
Quais injunções podem melhorar a estimativa dos POR?
Qual o impacto na reconstrução 3D dos objetos?
AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA
RECONTRUÇÃO 3D
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MODELO PERSPECTIVO
MODELO EQUIDISTÂNTE
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
GANHO DO MODELO UTILIZADO COM RELAÇÃO AS ABORDAGENS CLÁSSICAS DE CALIBRAÇÃO:
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
GANHO DA UTILIZAÇÃO DE INJUNÇÕES DE ESTABILIDADE NA ESTIMATIVA DOS POR:
Exp. Δω (σ) Δϕ (σ) Δk (σ) DPC (σ) mm Bx (σ) mm By (σ) mm Bz (σ)mm
D0.0149°(0.025ˮ)
0.0526°(0.024ˮ)
179.66°(0.025ˮ)
19.08(0.37)
-0.79 (0.22 )
0.41 (0.45)
19.04 (0.36 )
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
ESTATÍSTICAS :
CONTROLE DE QUALIDADE POR DISTÂNCIAS:
EXPERIMENTOS A-D
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EXEMPLO: RECONTRUÇÃO 3D
MODELO EQUIDISTANTE
SEMI-ESFERA
CMC
INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
MODELO MATEMÁTICO → PROJEÇÃO EQUIDISTANTE + O MODELO DE DISTORÇÃO CONRADY BROWN
COM RELAÇÃO AS INJUNÇÕES DE ESTABILIDADE → NÃO HÁ NECESSIDADE DE MEDIDAS DIRETAS DOS ROP EDE INJUNÇÃO ABSOLUTA.
OS RESULTADOS APRESENTADOS MOSTRARAM QUE ESTES SISTEMAS DE BAIXO CUSTO ASSOCIADOS A UMMODELO MATEMÁTICO ADEQUADO E BOAS PRÁTICAS, PODEM FORNECER RESULTADOS ACEITÁVEIS PARAAPLICAÇÕES FOTOGRAMÉTRICAS, COMO O MAPEAMENTO MÓVEL E ORIENTAÇÃO ROBÓTICA.
ESSA METODOLOGIA PODE SER APLICADA PARA OUTROS SISTEMA OMNIDERECTIONAIS, COMO A SAMSUNGGEAR E A NIKON 360°.
MAIS DETALHES: Campos, M. B., Tommaselli, A. M. G., Marcato Junior, J., & Honkavaara, E. (2018). Geometricmodel and assessment of a dual‐fisheye imaging system. The Photogrammetric Record. (on line athttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/phor.12240)
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
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INTRODUÇÃO SISTEMA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOSCAMPO METODOLOGIA
PARÂMETROS ESTIMADOS :
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR :
PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA :