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Auto-calibrazione di fotocamere digitali amatoriali applicata a tecniche di acquisizione multi-scala in fotogrammetria dei vicini
Digital camera self-calibration for multi-scale acquisition technique in close-range photogrammetry
Tufarolo, Emanuele
2014
Abstract
La calibrazione di fotocamere ed ottiche si va ad inserire in quella
che è la primissima fase del processo “di elaborazione, produzione
e manutenzione dei prodotti cartografici”; ovvero la fase del rilievo
fotogrammetrico che porta alla produzione delle ortofoto necessarie
alla restituzione cartografica qualsiasi sia la scala richiesta dal lavoro.
Due sono gli obiettivi principali che si sono voluti conseguire: aumento
dell’accuratezza generale; diminuzione del numero di punti di
controllo misurati a terra, con conseguente risparmio di risorse, sia in
termini economici sia in termini di tempo.
Questi obiettivi sono stati perseguiti, lavorando su immagini disponibili
ed acquisite in un area test. L’acquisizione è avvenuta grazie ad
una fotocamera Nikon D80 abbinata ad un obiettivo grandangolare
18 mm ed a una stazione totale Leica. L’aumento dell’accuratezza è
stato ricercato attraverso il processo della self-calibration, diventato
estremamente utile con la grande diffusione delle fotocamere digitali
amatoriali, commercializzate senza certificato di calibrazione, nel
campo del rilievo fotogrammetrico in particolare nel caso di “quote di
volo” ridotte. Questa fase è stata eseguita integrando software opensource
e commerciali: in particolare ERDAS/LPS e ESRI ArcGIS. La diminuzione
del numero di GCP misurati è stata ottenuta attraverso
l’implementazione di tecniche di acquisizione multiscala. Delle immagini
generali dell’area test sono state georeferenziate attraverso un
esiguo numero di punti di controllo misurati topograficamente. Sono
state estratte le coordinate di punti notevoli (mediante tie point) visibili
in una serie di immagini di dettaglio acquisite a una quota di volo
molto minore di quelle del dataset generale. La triangolazione aerea
di queste fotografie è stata eseguita utilizzando le coordinate estratte
come tie dalle immagini a piccola scala.Questa tecnica ha permesso di ottenere ortofoto a grandissima scala
e con elevata accuratezza portando il numero di punti di controllo
che è stato necessario misurare topograficamente da circa 300 a
circa 30. La bontà del processo presentato è stata confermata da
alcuni controlli eseguiti attraverso il confronto degli RMSE delle varie
triangolazioni aeree e mediante analisi GIS dei DEM e delle ortofoto
ottenuti prima e dopo la calibrazione della fotocamera sia
nelle immagini a grande scala sia nelle immagini a piccola scala. Lo
scarto tra le coordinate misurate topograficamente e le coordinate
calcolate sull’ortofoto, nel caso delle set di immagini a grande scala
diminuisce fino ad oltre il 52%, portando ad un significativo aumento
dell’accuratezza. L’utilità della calibrazione risulta evidente in ogni
caso: nel caso di utilizzo di tecniche multiscala si rende assolutamente
consigliabile.
The lenses and camera calibration are the begin of the very first step
in the process “of processing, production and maintenance of cartographic
products”: the phase of the photogrammetric survey that
leads to the production of orthophotos necessary for cartographic
production, whatever the scale required by the job. There are two
main goal: increased overall accuracy; decrease in the number of
control points measured on the ground, with consequent savings in
resources, in economic terms and in terms of time.
These objectives were pursued, working on available images and captured
in a test area. The acquisition was made through a Nikon D80
coupled with a 18 mm wide-angle lens and a Leica total station. The
increase in accuracy has been sought through the process of self-calibration,
became extremely important with the widespread use of consumer
digital cameras, marketed without calibration certificate, in the
field of photogrammetry, in particular in the case of lows “flight altitudes”.
This phase was carried out by integrating the open-source and
the commercial software: in particular ERDAS / LPS and ESRI ArcGIS.
The decrease in the number of GCP measured was achieved through
the implementation of multi-scale acquisition techniques. General
image of the test area were georeferenced through a small number of
control points measured topographically. Were extracted coordinates
of notable points (using tie points) visible in a number of detail images
acquired at a flight altitude much lower than the overall dataset. The
aerial triangulation of these photographs was performed using coordinates
extracted from the images as a tie point on small scale’s photo.
This technique has allowed to obtain orthophoto to large scale and
with high accuracy, reducing the number of control points that was
necessary to measure topographically from about 300 to about 30.The goodness of the process presented has been confirmed by some
checks carried out by comparing the RMSE of the various aerial triangulations
and through GIS analysis of the DEM and orthophotos
obtained before and after the calibration of the camera: both in the
pictures on a large scale and in the images at small scale.
The difference between the measured coordinates and the coordinates
calculated sull’ortofoto, in the case of the set of images to
large-scale decreases to more than 52%, leading to a significant increase
in accuracy. The utility of the calibration is evident in each case:
in the case of use of techniques multiscale it is absolutely advisable.
Series
Bollettino dell'Associazione Italiana di Cartografia
152
Publisher
EUT Edizioni Università di Trieste
Source
Guido Lucarno, "Auto-calibrazione di fotocamere digitali amatoriali applicata a tecniche di acquisizione multi-scala in fotogrammetria dei vicini = Digital camera self-calibration for multi-scale acquisition technique in close-range photogrammetry", in: Bollettino dell'Associazione Italiana di Cartografia, 152 (2014), pp. 113-129
Languages
it
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