Procedure d orientamento d immagini: Test e Valutazioni Metriche

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1 Low Cost 3D WORKSHOP Trento 8-9 Marzo 2012 Procedure d orientamento d immagini: Test e Valutazioni Metriche Silvio Del Pizzo, Fabio Remondino, Salvatore Troisi

2 Introduzione alla problematica Software open source e free per la modellazione image based: Image triangulation (bundle): Bundler, Photosynth, Apero, etc. Dense image matching: PMVS, MicMac, etc. Structure from motion & 3D reconstruction: Photofly, Insight3D, Arc3D, etc. Interactive 3D reconstruction: Sketchup, VideoTrace, etc. Sviluppo continuo Alcune soluzioni sono/vengono utilizzate come black-boxes Gratis Software Low-cost Interactive 3D reconstruction: PhotoModeler, iwitness, 3D-PCCI, etc. Dense image matching: Photomodeler Scanner Structure from motion & 3D reconstruction: Photomodeler Smart, Photosculpt, Photoscan, etc. La loro diffusione ha fatto nascere un esigenza di inspection: o L affidabilità o L accuratezza e le precisioni in gioco

3 I software utilizzati Photoscan (Agisoft) Commerciale - Lowcost Photosynth (Microsoft) Free su Webserver Bundler (University of Washingthon, USA) Apero (MicMac IGN, FR) Open Source

4 How do they work o Tipico approccio e/o soluzioni utilizzate : Features extraction SIFT / SURF algoritmi di blob detection Ricerca dei punti omologhi condotta per coppie d immagini mediante le librerie FLANN/ANN Outlier rejection RANSAC e figli Costruzione del grafo delle immagini Least squares bundle adjustment per determinare i parametri delle camere (esterni / interni) Tali algoritmi sono provvisti di metodi robusti di Outlier-rejection/Data Snooping Bundle adjustment per risolvere ai minimi quadrati un sistema di equazioni non lineari con metodi iterativi Gauss-Markov / Gauss-Newton / Levenberg-Marquardt

5 Orientamento di dataset complessi: CERERE Photosynth Agisoft Apero

6 Orientamento di dataset complessi: NAVONA Bundler Photosynth Apero Agisoft-Photoscan

7 Metodologia adottata per l inspection Orientamento automatico delle immagini Modellazione della forma geometrica nota Individuazione di punti caratteristici CONFRONTO RISULTATI STATISTICI Scaling del progetto orientato automaticamente Orientamento delle immagini Con target circolari Scaling Accurato Modellazione della forma geometrica nota Individuazione di punti caratteristici

8 Metodologia adottata per l inspection 2 Orientamento automatico delle immagini Scaling del progetto Esportazione degli orientamenti (sia interni che esterni) Importazione In Photomodeler INSPECTION sui target circolari

9 Problemi di sistema di riferimento o Per confrontare due modelli: Devono essere nello stesso sistema di riferimento Devono avere la stessa scala o Soluzione adottata: Attraverso l individuazione delle caratteristiche geometriche dell oggetto del rilievo Per il cubo gli 8 vertici effettuando una rototraslazione con fattore di scala Per la sfera il raggio e il centro effettuando una traslazione con fattore di scala

10 Sperimentazione Cubo Trentino Camera: Nikon D3X (24 Mpixels) obiettivo da 50 mm (GDS = 0.07 mm) Reference: photogrammetric bundle scaled on calibrated (reference) bar. Parametri statistici del progetto Numero di immagini 27 Raggi per punti 3D (media) 12 Angolo d intersezione (media) [deg] 82 Punti per foto (media) 32 RMSE sui punti [mm] GSD medio

11 Sperimentazione Cubo Trentino: confronti Software Obj. 3D points Agisoft Apero Photosynth Bundler 19402

12 Sperimentazione Cubo Trentino: confronti In Photomodeler bloccando gli orientamenti Software Differenza su barra calibrata RMS (pixel) Largest residual (pixel) Tightness [max-min] (mm) RMSE (mm) Photomodeler 0 0,325 1,11 0,093-0,017 0,0575 Photosynth -0,547 7,149 25,03 2,40-0,24 0,611 Apero -0,379 3,440 9,78 0,78-0,23 0,141 Bundler 0,220 3,961 16,60 0,89-0,14 0,365

13 Sperimentazione Sfera Camera: Nikon D100 (6 Mpixels) obiettivo da 35 mm (GDS = 0.17 mm) Reference: photogrammetric bundle scaled on calibrated (reference) bar. Parametri statistici del progetto Numero di immagini 67 Raggi per punti 3D (media) 17 Angoli d intersezione (media) [deg] 88 Punti per foto (media) 30 RMSE sui punti [mm] 0,0185 GSD medio 0,179

14 Sperimentazione Sfera: confronti Software Obj. 3D points Agisoft Apero Photosynth Bundler

15 Sperimentazione Sfera: confronti In Photomodeler bloccando gli orientamenti Software Differenza su barra calibrata RMS (pixel) Largest residual (pixel) Tightness [max-min] (mm) RMSE (mm) Photomodeler 0 0,198 0,89 0,26-0,048 0,0185 Photosynth -0,967 7,235 28,93 8,3-1,23 0,6527 Apero -0,127 0,714 3,47 0,64-0,19 0,0695 Bundler -0,501 2,088 29,35 7,9-0,28 0,1723

16 Ci sono modelli e modelli L orientamento interno è fondamentale in un rilievo fotogrammetrico Software Photosynth Bundler Agisoft Apero Modello Focale, K1,K2 Focale, K1,K2 Brown Model Brown Model et al. Uno degli sviluppi futuri è fornire ai software immagini idealizzate (ricampionate in modo da essere fedele al classico modello della camera pinhole)

17 Awards Il più veloce PHOTOSYNTH BUNDLER Il più user-friendly AGISOFT APERO Il più personalizzabile Il più preciso APERO??????? Candidato: Apero PHOTOSYNTH PHOTOSYNTH

18 Considerazioni I software di orientamento automatico hanno grande utilità nel processare enormi dataset di immagini, risparmiando all utente il noiso compito dell individuazione di tie-points. Ma cautela sui risultati: Precisioni si avvicinano ai metodi classici La personalizzazione consente, a scapito dell automatismo, di ottenere risultati migliori Sviluppi futuri Testing con orientamento interno «controllato» Testing con nuovi dataset Testing su dataset reali

19 CP chi sono costoro? Open strip (NO GCP) Open strip (with GCP)

20 RINGRAZIAMENTI

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