Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/11030
Title: 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
Authors: Tufarolo, Emanuele
Keywords: fotogrammetriaortofotoauto-calibrazioneaccuratezzatecniche multi-scalaphotogrammetryortophotoself-calibrationaccuracymulti-scale technique
Issue Date: 2014
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
Series/Report no.: Bollettino dell'Associazione Italiana di Cartografia
152
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.
URI: http://hdl.handle.net/10077/11030
ISSN: 0044-9733
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