Estudo da integração de dados LIDAR com fotogramétricos com georreferenciamento direto

Abstract

Resumo: Nos dias atuais, a grande maioria dos levantamentos aerofotogramétricos é realizada com a tecnologia de georreferenciamento direto de imagens e simultâneo com o levantamento LIDAR, visando a extração 3D de geoinformações. Para a utilização dessa integração, exige-se que os dados de imagem e LIDAR estejam num mesmo referencial de mapeamento. O georreferenciamento direto de sensores (DSG) é uma das estratégias para registrar os dados fotogramétricos e LIDAR em um mesmo sistema de referência. Este procedimento é baseado nas informações de posição e orientação oriundas dos sensores GNSS/INS. Devido a imprecisão dos parâmetros de montagem dos sistemas sensores, a posição e orientação são mal determinadas. Diferentemente do afastamento linear entre a câmera e IMU (lever arms), que é determinado com métodos topográficos, o desalinhamento angular (boresight misalignment angles) não é fisicamente determinado. Neste cenário, a exatidão da determinação do desalinhamento angular é crítica para a obtenção de modelos fotogramétricos livres de paralaxes verticais "y". Assim, este trabalho propõe uma metodologia de calibração do desalinhamento angular entre a IMU/Câmera para melhoria do georreferenciamento direto, usando a complementaridade dos dados fotogramétricos e LIDAR. Para este fim, um sub-bloco localizado no centro do bloco fotogramétrico foi selecionado para ser utilizado na calibração in situ dos POI da câmera, juntamente com pontos de controle LIDAR (LCPs). Na sequência, a calibração do desalinhamento angular foi realizada usando pontos de controle LIDAR virtuais (VLCPs) através das equações de colinearidade na forma indireta e direta. A verificação da qualidade dos resultados obtidos se deu nos espaços imagem e objeto, usando pontos verificação LCPs ao longo de todo bloco em modelos fotogramétricos. Em geral, os resultados obtidos mostraram uma melhoria dos erros quadráticos médio nos pontos de verificação calculados pelo georreferenciamento direto nos espaços imagem e objeto. Além disso, a metodologia proposta apresentou resultados similares com a metodologia a dois passos. Palavras-chave: Calibração de câmera in situ. Georreferenciamento direto. Pontos de controle LIDAR. Calibração do desalinhamento angular.

Abstract: Nowadays, most of the photogrammetric mapping projects is conducted with imagery direct georeferencing technology, simultaneously with LIDAR survey for 3D geoinformation extraction. The integration of imagery and LIDAR requires the both datasets in the same reference system. The direct sensor georeferencing (DSG) is an approach to register photogrammetric and lidar datasets in a common mapping reference system. This procedure is based on the information (position and orientation) derived from GNSS/INS data. Due to inaccurate system mounting parameters, the attitudes and positions are badly calculated. Unlike the lever arm offset, which is determined by topographic survey, the boresight misalignment angles are not physically measured. In this scenario, the accuracy of the boresight misalignment angles (physical mounting angles between digital camera and IMU) is critical to obtain models free of y-parallaxes. Therefore, this research aims to develop the boresight misalignment angles calibration approach to improve direct sensor georeferencing, using the complementarity of the photogrammetric and lidar datasets. For this purpose, one sub-block was extracted at the center of the entire block. Then, the in situ camera calibration was performed using this sub-block and sets of lidar control points (LCPs). Sequentially, a boresight calibration was performed by the inverse and direct collinearity equations, using virtual lidar control points (VLCPs). The quality assessment of the approach was measured in both image and object spaces, using two-ray check points at the entire block. The overall results from the performed experiments showed significant improvements of the RMSE of the check points discrepancies computed by direct georeferencing. In addition, the proposed approach achieved similar results with the two-step methodology. Keywords: In situ Camera Calibration. Direct Georeferencing. Lidar Control Points. Boresight Angles Calibration.