Influência da calibração in situ na fototriangulação de imagens adquiridas por VANT com posicionamento direto

Abstract

Resumo: Com o desenvolvimento de sensores e de plataformas de baixo custo, a extração de dados espaciais por Fotogrametria vem se tornando cada vez mais usual, visto que o uso de sistemas fotogramétricos embarcados em VANT (Veículos Aéreos Não Triupulados) e do método Structure from Motion - Multi-view Stereo (SfM-MVS) possibilitam um alto grau de automação no mapeamento de superfícies. O sistema fotogramétrico a bordo de um RPAS consiste em uma câmara digital e em sensores de posição e orientação (GNSS/IMU). Desse modo, para que seja possível determinar diretamente os Parâmetros de Orientação Exterior, é necessário que seja realizada uma calibração desse sistema. Portanto, faz-se necessário o desenvolvimento de estudos com o intuito de investigar a exatidão posicional de nuvens de pontos obtidas utilizando técnicas de pré-calibração de câmaras em imagens obtidas com VANT integrados a medidas da posição direta do sensor com alta precisão. Desta forma, o principal objetivo deste estudo consiste em analisar a influência da estimação dos Parâmetros de Orientação Interior por autocalibração e por calibração in situ com sub-bloco de imagens na qualidade posicional da extração de dados geoespaciais, associadas a medidas diretas da posição da câmara. Para isso foi realizado um estudo de caso no município de Curitiba (PR), no bairro Cidade Industrial. O levantamento fotogramétrico foi executado com o VANT DJI Phantom 4 Pro, compondo três faixas de voo paralelas, com 60 imagens aéreas verticais e sobreposição longitudinal de 80%. O receptor GNSS-PPK utilizado nessa pesquisa fornece a posição do sensor com precisão de 10 cm nas componentes horizontais e 20 cm na componente vertical. A etapa de apoio de campo, para determinação das coordenadas geodésicas de pontos no terreno, foi realizada por posicionamento cinemático com par de receptor GNSS da Topcon, modelo Hiper SR. Para os processamentos fotogramétricos de autocalibração e Orientação Integrada de Sensores com o uso da metologia SfM, utilizou-se o programa Agisoft Metashape v 1.5. Já os procedimentos de Orientação Integrada do Sensor e calibração in situ com subbloco de imagens usando Fotogrametria tradicional, são executadas no programa Erdas Imagine e CALIBRAV da UFPR. Considerando os experimentos realizados no Metashape, a execução da calibração in situ com sub-bloco de imagens não permitiu melhorar a qualidade da extração de informações tridimensionais em experimentos sem pontos de apoio. Para os processamentos realizados com Fotogrametria Tradicional, o experimento de Orientação Integrada de Sensores usando os Parâmetros de Orientação Interior obtidos na calibração in situ, apresentou melhora de 19% em planimetria e de 86% em altimetria comparado ao experimento de Orientação Integrada de Sensores realizado com Parâmetros de Orientação Interior da autocalibração do Metashape.

Abstract: The extraction of spatial data by photogrammetry is becoming more and more usual due to the development of low-cost sensors and platforms since the use of photogrammetric systems onboard UAV (Unmanned Aerial Vehicle) and the Structure from Motion - Multi-view Stereo method enable a high degree of automation in surface mapping The photogrammetric system onboard an UAV consists of a digital camera and position and orientation sensors (GNSS/IMU). Thus, calibration of this system is required for the direct determination of the Exterior Orientation Parameters. Therefore, it is necessary to develop studies aimed at investigating the positional accuracy of point clouds obtained using camera pre-calibration techniques in images obtained with UAV integrated with direct sensor position measurements with high accuracy. Thus, the main purpose of this study is to analyze the influence of the estimation of the Interior Orientation Parameters by autocalibration and by in situ calibration with sub-block of images on the positional quality of geospatial data, associated with direct camera position measurements. To this end, a case study was conducted in Curitiba (PR), in the Cidade Industrial neighborhood. The photogrammetric survey was performed with the RPAS DJI Phantom 4 Pro, composing three parallel flight strips, with 60 vertical aerial images and a longitudinal overlap of 80%. The GNSS-PPK receiver used in this research provides the sensor position with a precision of 10 cm in the horizontal coordinates and 20 cm in the vertical coordinate. The field survey stage, for determining the geodetic coordinates of points on the terrain, was performed by kinematic positioning with a Topcon GNSS receiver, model Hiper SR. Agisoft Metashape v 1.5 program was used. for the photogrammetric processing of selfcalibration and Integrated Sensor Orientation using the SfM method. Integrated Sensor Orientation and in-situ calibration procedures with sub-block of images using Traditional Photogrammetry are performed in Erdas Imagine and UFPR's CALIBRAV programs. Considering the experiments performed on Metashape, the in-situ calibration with sub-block images did not improve the quality of three-dimensional information extraction in experiments without Ground Control Points. For the Bundle Adjustment performed with Traditional Photogrammetry, the Integrated Sensor Orientation experiment using Interior Orientation Parameters obtained in the in situ calibration showed an improvement of 19% in planimetry and 86% in altimetry compared to the Integrated Sensor Orientation experiment performed with Interior Orientation Parameters from the Metashape self-calibration.