Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Impact of Photo Overlap, the Number of Control Points and the Method of Camera Calibration on the Accuracy of 3D Model Reconstruction

Róg Marta, Rzonca Antoni

Geomatics and Environmental Engineering

|

2021

|

Vol. 15, no. 2

67--87

EN

This research attempted to determine the optimal photo overlap, number of control points and method of camera calibration for a photogrammetric 3D model reconstruction of an object of cultural heritage value. Terrestrial images of the object were taken with a hand held digital camera and processed in the ContextCapture software using the Structure from Motion (SfM) algorithm. A total station was used to measure ground control points (GCPs) and check points. Here, the research workflow, methodology, and various analyses concerning different configurations of the aforementioned factors are described. An at tempt to assess the parameters which should be implemented in order to pro vide a high degree of accuracy of the model and reduce time consumption both during fieldwork and data processing was taken. The manuscript discusses the results of the analyses and compares them with other studies presented by different authors and indicates further potential directions of studies within this scope. Based on the authors’ experience with this research, some general conclusions and remarks concerning the planning of photo acquisition from the terrestrial level for the purpose of 3D model reconstruction were formulated.

2

Autonomiczna inwentaryzacja skomplikowanego obiektu architektonicznego przy użyciu UAV i analiza kompletności zebranego materiału 3D

Nowak P., Szlachetko B.

Zeszyty Naukowe. Organizacja i Zarządzanie / Politechnika Śląska

|

2017

|

z. 114

369--380

PL

Artykuł łączy zagadnienia z dziedziny informatyki, architektury i robotyki. Połączenie i udoskonalenie istniejących już algorytmów poskutkowało opracowaniem zupełnie nowej metody pozwalającej na zminimalizowanie czasu i kosztów potrzebnych do wykonania inwentaryzacji struktury architektonicznej. Metoda opracowana w czasie przeprowadzonych badań nadała niespotykaną dotychczas autonomiczność jednostce UAV (ang. Unmanned Aerial Vehicle) wykonującej prace inwentaryzacyjne. Pozwala na to między innymi nowy algorytm szacowania kubatury opracowany na podstawie analizy przebytej trasy. Użyta została m.in. technika SLAM (ang. Simultaneous Localization And Mapping). Całość procesu inwentaryzacyjnego oparto na technice fotogrametrii. Dodatkowo w pracy pokazano, że zebrano dokładniejsze wejściowe dane fotograficzne w całkowicie zautomatyzowany sposób.

EN

This paper combines issues in the fields of Computer Science, Architecture and Robotics. Alignment and refinement of already existing algorithms has resulted in the creation of a completely new method allowing to minimize the cost and time needed to collect knowledge about 2D and 3D structure of architectural objects. The method created during our study gives the unprecedented autonomy of a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) unit performing documentary work. Autonomy of the vehicle was achieved by the volume analysis of walls, which allows to better plan of the UAV indoor travel. SLAM (simultaneous location and mapping) was used for this part of work. The whole of the acquisition process was based on photogrammetry. The purpose of our activities is to bring the most comprehensive collection of photographic input data into a fully automated way. Collecting complete photographic documentation allows to create a 3D representation of an architectural object and creating its documentation, saving multiple working days of many people.

3

Acquisition of a three-dimensional virtual model using popular cameras

Kowalczyk M., Markiewicz J.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2016

|

Vol. 28

25--38

EN

Generation of precise and, at the same time, high resolution architectural documentation, acquired on the basis of terrestrial laser scanning or dense point clouds from digital images is still and open issue, which forms many challenges. Today, close range photogrammetry has great potential for development through the use of low-cost image acquisition tools. Mobile phones, digital camcorders or compact cameras are all sources of data, which potentially allow for the creation of reliable and accurate three-dimensional models of analysed scenes. This paper presents the results of a comparison between these aforementioned sources of image information, acquired by simple and popular cameras, and data acquired from a close range laser scanner. These sets of photos produced several virtual models of small architectural details, supported by Agisoft software. A final rating was conducted using data acquired for the same object using a laser scanner, which was taken as a referential approximation of the three-dimensional shape.

PL

Problem generowania wysokorozdzielczej dokumentacji architektonicznej jest ciągle aktualny i nie został w pełni rozwiązany. Coraz powszechniejsze jest wykorzystywanie chmur punktów z naziemnego skaningu laserowego oraz gęstego dopasowania zdjęć cyfrowych, pozyskiwanych z wysokorozdzielczych sensorów. Alternatywą dla tego typu rozwiązań mogą być niedrogie systemy pomiarowe oparte na telefonach komórkowych, cyfrowych kamerach wideo lub kompaktowych aparatach fotograficznych, które potencjalnie pozwalają na tworzenie wiarygodnych i dokładnych trójwymiarowych modeli analizowanych scen. W artykule przedstawiono wyniki porównania uzyskanej jakości chmur punktów pochodzących z wymienionych źródeł informacji, prostych i popularnych kamer oraz danych pochodzących ze skanera laserowego bliskiego zasięgu. Badane zestawy zdjęć generowały kilka wirtualnych modeli małych detali architektonicznych, obsługiwanych przez oprogramowanie Agisoft PhotoScan. Ocenę końcową przeprowadzono stosując dane, uzyskane dla tego samego obiektu przy użyciu skanera laserowego. Zostały one przyjęte jako wzorcowe przybliżenie jego trójwymiarowego kształtu.

4

Rola nowych technik dokumentacyjno-pomiarowych w interdyscyplinarnych działaniach badawczo-konserwatorskich

Gołembnik A.

Wiadomości Konserwatorskie

|

2014

|

Nr 40

83--93

5

Porównanie możliwości fotogrametrii bliskiego zasięgi i naziemnego skaningu laserowego w modelowaniu powierzchni biurowych

Kraszewski B., Brodowska P.

Teledetekcja Środowiska

|

2014

|

T. 51

85--92

EN

In paper the authors compared two modern photogrammetric techniques in terms of their application to office 3D modeling. Comparison performed based on 3d modeling of test interior with used of developed methodology. The method determined the way of acquisition and modeling the date from terrestrial digital images, as well as from terrestrial laser scanning. For both measurement techniques the emphasis on obtaining the data is put on the correct relative orientation of the individual photos, or cloud points measured from different positions. For each technology adopted different basic 3d modeling method. Vector data measured on photos were used to approximate the planes, which reproduce by their combination individual elements of space. The simple shape of object located in office space allowed for use in 3d modeling a horizontal and vertical views of point cloud to reproduction contours of the most elements located in rooms. For both used techniques an average deviation between approximated planes and measured points was 4 mm. The relative accuracy of resulting model reproduced based on data from digital images was 3mm and was two times better that accuracy of model from scanning data. In both models, it was found that the completeness of the office space elements reconstruction was 90%. Fully reconstructed objects like walls and furniture.

6

Wykorzystanie pakietu Photomodeler oraz środowiska Matlab, do badania parametrów ruchu obiektów na podstawie obrazów sekwencyjnych

Markowski T.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. Spec.

85--96

PL

Tematem artykułu jest badanie parametrów ruchu obiektów na podstawie monokularnych zobrazowań sekwencyjnych. Zaproponowany algorytm został oparty na wykorzystaniu do pomiarów fotogrametrycznych oraz ich wyrównania standardowego oprogramowania fotogrametrycznego - pakietu PhotoModeler Scanner oraz do późniejszych obliczeń - używanego powszechnie środowiska obliczeniowego - pakietu Matlab. W opisywanych eksperymentach rejestracje ruchu, w postaci filmów i sekwencji zdjęć wykonano przy użyciu kamer JVC GZ-HD5 oraz Nikon D5000. W przypadku filmów, poszczególne klatki wyodrębniono w postaci osobnych plików graficznych z zastosowaniem czterech różnych programów. Następnie, używając pakietu PhotoModeler, wykonano pomiary automatyczne na (naniesionych przed rejestracją na obiekty i otoczenie) znakach kodowanych oraz wyrównanie metodą niezależnych wiązek. Kolejnym etapem były obliczenia realizowane przy użyciu pakietu Matlab. Algorytm przewidywał trzy typy wyznaczeń - ruch kamery względem otoczenia, obiektu względem kamery i obiektu względem otoczenia. W przypadku dwóch z nich konieczna była zmiana układu odniesienia, którą zrealizowano poprzez odpowiednie transformacje współrzędnych. Ostatnim etapem było wyznaczenie parametrów ruchu z użyciem uśrednionej częstotliwości obrazowania. Algorytm przetestowano, wykonując szereg wyznaczeń parametrów ruchu dla różnych obiektów. Badania wykazały bardzo duże zróżnicowanie dokładności, spowodowane szeregiem różnych czynników, jak również umożliwiły ocenę możliwości i ograniczeń opracowanej metody wyznaczeń.

EN

Analysis of objects movement parameters is the area of interest of scientists representing many disciplines. Technological progress provides improvement of research methods. One of them is photogrammetry, and more specifically, close-range image sequences processing. Much research on different approaches to this issue are conducted all over the world. Proposed solution is to carry out photogrammetric measurements using one of the standard programs for close-range objects 3D modeling – PhotoModeler software and their mathematical processing using popular computing environment – Matlab software. Application of existing software's functionality, in many cases seems to be less costly than development and then implementation of specialized measuring and computing applications, dedicated to analysis of movement parameters. Considered solution is based primarily on the appropriate transformations of the frame of reference with respect to which the movement takes place. Automatic coded targets measurements and bundle adjustment, carried out using PhotoModeler software, were used in the research. In order to calculate objects movements parameters, there were further repeated isometric coordinates transformations, numerical differentiation in method of difference quotient and orientation by iterative tabulation with intervals narrowing additionally applied by building own Matlab environment functions. A number of experiments were performed using registration in the form of films from JVC GZ-HD5 digital video camera and films and series of photographs from Nikon D5000 digital photographic camera. Accomplished experiments covered different objects of movement parameters analysis and also distinct movement types. There were also three different versions of established frame of reference - movement of the camera in relation to surroundings, movement of the object in relation to the camera and movement of the object in relation to surrounding. Carried out research revealed that there is a very large variation of the computed objects movement parameters accuracies. As the main sources of errors there can be distinguished some problems with identification and measurements of targets, errors in interior and exterior orientations and also the lowering of speed and acceleration accuracies by low time data accuracies. Therefore, positive and negative aspects of applying the discussed method, as well as its limitations and suggestions for possible ways of implementation have been noticed.

7

Wykorzystanie naziemnego skaningu laserowego do inwentaryzacji pomieszczeń biurowych

Kraszewski B.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2012

|

Vol. 23

187--196

PL

W artykule przedstawione zostały aspekty budowy przestrzennego modelu pomieszczeń na podstawie danych z naziemnego fazowego skanera laserowego. Zakres prac obejmował pozyskanie i połączenie danych skanerowych, a następnie opracowanie na ich podstawie modelu 3D wnętrz. Jako obiekt testowy wykorzystano pomieszczenia Zakładu Fotogrametrii Instytutu Geodezji i Kartografii. W wyniku porównania parametrów skanowania stwierdzono, że można wykonać skan jednego stanowiska z zachowaniem odpowiedniej rozdzielczości w czasie poniżej 4 minut. Połączenie pojedynczych skanów wykonano z wykorzystaniem kul i tarcz referencyjnych z dokładnością na poziomie 2 mm. Modelowanie pozyskanych danych przeprowadzono w środowisku oprogramowania MicroStation. W procesie modelowania wykorzystano możliwość dowolnego obracania chmury punktów oraz definiowania pomocniczego układu współrzędnych AccuDraw. W czasie odtwarzania kształtów elementów pomieszczenia stwierdzono również, że do określenia wielkości, niektórych nie zarejestrowanych elementów (np. usuniętych w czasie filtracji w skutek błędnego określenia ich położenia) wykorzystać można przecięcie płaszczyzn prostopadłych do już istniejących z linią poprowadzoną między punktami sąsiadującymi z usuniętymi, a danym położeniem skanera. W większości przypadków pomieszczenia biurowe ze względu na swoją prostotę można zamodelować wykorzystując rzut poziomy (do modelowania kształtu pomieszczeń i elementów infrastruktury się w nim znajdujących) oraz rzuty pionowe chmury punktów (do nadania wysokości odwzorowywanym obiektom). Na podstawie wykonanego testowego opracowania stwierdzono, że przy pomocy danych z skanera laserowego można w szybki sposób odtworzyć z odpowiednią szczegółowością sytuację wewnętrzną budynków z dokładnością ±6 mm.

EN

In this article aspects of indoor spatial model construction from terrestrial phase laser scanner data were presented. Range of work included cloud points acquisition and connection, and then elaboration an interior 3D model. Test object were rooms of the Department of Photogrammetry located in Institute of Geodesy and Cartography. As a result of comparison the available scanning parameters it was found that a full scan with the appropriate resolution can be done in less than 4 minutes. Connection of single scans on the basis of spheres and shields with an accuracy better than 2 mm was performed. Modeling of the obtained data in MicroStation software was done. In the modeling process the possibility of point cloud rotation and defining an auxiliary coordinate system AccuDraw was used. Some elements can’t be modeled because bad cloud points described them were removed during filtration. The shape of these elements can be modeled using intersection between perpendicular plane and line crossing neighboring deleted points of cloud as well as center of scanner head. In most cases the office spaces with used of cloud points floor plan (for modeling the shape of rooms and there infrastructure elements) and vertical plans (to give a height of objects) can be modeled. Based on performed studies it can be concluded that situation inside buildings with sufficient detail and accuracy of ± 6 mm can be quick modeled on the basis of laser scanner data.

8

Rozwój fotogrametrii bliskiego zasięgu na przełomie XX i XXI wieku

Bujakiewicz A., Zawieska D.

Przegląd Geodezyjny

|

2011

|

R. 83, nr 5

6-12

PL

Stosowanie metod fotogrametrii bliskiego zasięgu, zwanej wcześniej nietopograficzną ma swój początek w połowie XIX w. Jednakże dopiero metody fotogrametrii analitycznej zapoczątkowane w latach 60-tych XX wieku umożliwiły rozwój bardziej zaawansowanych podejść dla rozwiązywania różnych zadań fotogrametrii bliskiego zasięgu. Przełom technologiczny nastąpił w połowie lat 90-tych, kiedy wraz z intensywnym rozwojem elektroniki, komputerów i automatyzacji systemów zostały wdrożone technologie fotogrametrii cyfrowej. W artykule przedstawiono ogólną klasyfikację fotogrametrycznych systemów pomiarowych wykorzystywanych w fotogrametrii bliskiego zasięgu oraz krótko scharekteryzowano tematykę modelowania 3D obiektu. W dalszej części zaprezentowano wybrane przykłady modelowania 3D, które charakteryzują problematykę badań własnych i statutowych, prowadzonych w ostatnich latach w zakresie zastosowań fotogrametrii bliskiego zasięgu w Zakładzie Fotogrametrii Teledetekcji i SIP PW. Przedstawione przykłady przedstawiają wykorzystanie obrazów cyfrowych do opracowania inwentaryzacji architektonicznej oraz danych ze skanera optycznego w pomiarach przemysłowych, integrację danych ze skaningu naziemnego i obrazów cyfrowych oraz wykorzystanie metod prążkowych w medycynie. Krótko scharakteryzowano również zagadnienie automatycznego generowania fotorealistycznych modeli 3D z wykorzystaniem obrazów cyfrowych.

EN

Methods of close range photogrammetry, called earlier non-topographic, have been applied since the middle of 19th century. However, only since the sixties of 20th century, when methods of analytical photogrammetry have been initiated, more advanced approaches for solution of various tasks in close range photogrammetry were applied. The technological expansion has happened in mid-ninetieth, when following the intensive development of electronics, computer technology and automatic systems, digital photogrammetry technologies were implemented. In this paper, the general classification of close range photogrammetry measuring systems and approaches to 3D modeling are presented. Further, the selected examples of 3D modeling, carried out recently in the Department of Photogrammetry, Remote Sensing and SIP, WUT within the research activity in field of close range photogrammetry. These examples present use of digital imagery for the architectural inventory and optical scanner data for engineering measurements, an integration of terrestrial laser scanning with digital imagery data, employing of the computer aided moiré finge analysis in medicine and finally the automatic generation of the photorealistic 3D models based on digital multi images, were shortly discussed.

9

Calibration of digital SLR Nikon D3X for the use in digital photogrammetry projects

Kraszewski B.

Geoinformation Issues

|

2011

|

Vol. 3, no. 1(3)

51-60

EN

Results of research on calibration of high-resolution digital camera Nikon D3X have been presented. CMOS matrix stability in recording process of digital images, calculation of principle distance as well as principal point, radial distortion and tangential distortion were determined. The interior orientation parameters determined during calibration in test project were examined. All test images were obtained using three replaceable Nikkor lens of 24, 35 and 50 mm focal length. The calibration process was executed in Camera Calibration and Field Calibration modules of PhotoModeler software using convergent terrestrial images. It was also executed for single photo in DLT module of AeroSys software. For the determination of interior orientation parameters of digital camera for each lens the 2D and 3D test fields were used. Stability and repeatability of recorded digital images on CMOS matrix were examined on 25 control points which were evenly distributed on a white calibration table. Accuracy of pixel position on the image for 24 mm, 35 mm and 50 mm focal length was 0.06, 0.08 and 0.04 of image pixel, respectively. It was found that interior orientation parameters calculated using the PhotoModeler software for both calibration methods were correctly determined while when using the Aerosys software they were determined with lower accuracy. The very high accuracy of elaboration of a test photogrammetric project for each camera lens was obtained using interior orientation parameters calculated on the basis of convergent images and 3D field.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad kalibracją wysokorozdzielczej lustrzanki cyfrowej Nikon D3X. Badania obejmowały określenie stabilności rejestrowanych na matrycy obrazów cyfrowych, wyznaczenie odległości obrazowej, punktu głównego zdjęcia, dystorsji radialnej, dystorsji tangencjalnej oraz przetestowanie uzyskanych parametrów orientacji wewnętrznej kamery na projekcie testowym. Wszystkie etapy prac przeprowadzono wykorzystując trzy wymienne obiektywy Nikkor o ogniskowych 24, 35 i 50 mm. Proces kalibracji kamery wykonano z zastosowaniem zbieżnych zobrazowań naziemnych w oprogramowaniu PhotoModeler oraz pojedynczej sceny w module programu Aerosys. Do określenia elementów orientacji wewnętrznej aparatu z poszczególnymi obiektywami wykorzystano pole testowe płaskie oraz przestrzenne. Stabilność i powtarzalności rejestracji obrazów na matrycy sprawdzono na 25 rozmieszczonych równomiernie punktach. Uzyskane wyniki to przeciętnie: dla ogniskowej 24 mm - 0.06 piksela, 35 mm - 0.08 piksela, 50 mm - 0.04 piksela. Kalibrację wykonano wykorzystując moduły Camera Calibration i Field Calibration oprogramowania PhotoModeler oraz moduł DLT programu Aerosys. Najdokładniej dla wszystkich obiektywów opracowano przykładowy projekt fotogrametryczny, stosując elementy orientacji wewnętrznej testowanej lustrzanki, wyznaczone na podstawie zdjęć zbieżnych testu trójwymiarowego.

10

Określanie zakresu wykorzystania modeli stereoskopowych naziemnych zdjęć cyfrowych do odtwarzania wnętrz pomieszczeń

Kraszewski B.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 3

277-290

PL

W artykule przedstawiona została technologia modelowania wnętrz pomieszczeń z zastosowaniem par stereoskopowych naziemnych obrazów cyfrowych. Do przykładowego opracowania wykorzystano 5-megapikselowy aparat cyfrowy Minolta A1, który skalibrowano z wykorzystaniem testu 2D. Zakres przeprowadzonych badań obejmował przygotowanie niemetrycznego aparatu cyfrowego do pomiaru fotogrametrycznego, orientację par stereoskopowych naziemnych obrazów cyfrowych oraz proces odtworzenia poszczególnych elementów pomieszczenia, z wykorzystaniem pomierzonego na zorientowanych stereogramach zbioru punktów 3D. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że naziemne zobrazowania cyfrowe można zorientować wzajemnie z dokładnością 0,3 piksela matrycy obrazującej, a błąd orientacji bezwzględnej nie przekroczył wartości trzech pikseli terenowych. Stwierdzono również, że przy zastosowaniu zbioru punktów 3D uśrednionych z pomiarów na wielu modelach stereoskopowych możliwe jest odtworzenie wnętrza budynku wraz ze znajdującymi się w nim przedmiotami z dokładnością ± 3,8 mm.

EN

In the article, the technology of elaboration of terrestrial stereo models of objects interior was presented. In the test, a 5-megapixels digital camera Minolta A1 which was calibrated with the use of the field test 2D was used. The preparation of the non-metric camera to photogrammetric tasks, realization of absolute orientation of stereo models of terrestrial images, as well as reproducing the details of the room interior with use of a set of points 3D measured on these models were made. On the basis of the analysis of the test results it was affirmed that the relative orientation accuracy is 0.3 pixel of the source image and accuracy of the absolute orientation was not larger than 3 GSD. It was also found that using the average 3D set of points measured on many terrestrial stereo models, the modelling building interiors with accuracy of 3.8 mm is possible.

11

Evaluation of sequential images for photogrammetrically point determination

Kowalczyk M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2011

|

Vol. 22

285--296

EN

Close range photogrammetry encounters many problems with reconstruction of objects three-dimensional shape. Relative orientation parameters of taken photos makes usually key role leading to right solution of this problem. Automation of technology process is hardly performed due to recorded scene complexity and configuration of camera positions. This configuration makes the process of joining photos into one set usually impossible automatically. Application of camcorder is the solution widely proposed in literature for support in 3D models creation. Main advantages of this tool are connected with large number of recorded images and camera positions. Exterior orientation changes barely between two neighboring frames. Those features of film sequence gives possibilities for creating models with basic algorithms, working faster and more robust, than with remotely taken photos. The first part of this paper presents results of experiments determining interior orientation parameters of some sets of frames, presenting three-dimensional test field. This section describes calibration repeatability of film frames taken from camcorder. It is important due to stability of interior camera geometric parameters. Parametric model of systematical errors was applied for correcting images. Afterwards a short film of the same test field had been taken for determination of check points group. This part has been done for controlling purposes of camera application in measurement tasks. Finally there are presented some results of experiments which compare determination of recorded object points in 3D space. In common digital photogrammetry, where separate photos are used, first levels of image pyramids are taken to connect with feature based matching. This complicated process creates a lot of emergencies, which can produce false detections of image similarities. In case of digital film camera, authors of publications avoid this dangerous step, going straightly to area based matching, aiming high degree of similarity for two corresponding film frames. First approximation, in establishing connections between photos, comes from whole image distance. This image distance method can work with more than just two dimensions of translation vector. Scale and angles are also used for improving image matching. This operation creates more similar looking frames where corresponding characteristic points lays close to each other. Procedure searching for pairs of points works faster and more accurately, because analyzed areas can be reduced. Another proposed solution comes from image created by adding differences between particular frames, gives more rough results, but works much faster than standard matching.

12

Naziemny skaning laserowy obiektów inżynieryjno-drogowych

Kędzierski M., Fryśkowska A., Wilińska M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2010

|

Vol. 59, nr 2

285-308

PL

Technika naziemnego skaningu laserowego stała się ostatnio bardzo popularną i dynamicznie rozwijającą się formą pomiarów geodezyjnych, w szczególności wykorzystywaną w dokumentacji obiektów architektonicznych oraz inżynieryjnych. Opracowane obiekty inżynieryjno-drogowe to most Świętokrzyski oraz wiadukt Tryon. Są to konstrukcje o dużym rozmiarze i rozpiętości, co implikuje zróżnicowane podejście do metody wykonywania pomiarów poszczególnych obiektów, przy uwzględnieniu wyboru lokalizacji i ilości stanowisk skanera oraz umiejscowienia tarcz celowniczych, a także wyboru metody rejestracji pozyskanych środowisk skanowania, właściwej dla danego typu obiektu oraz adekwatnej do otrzymanych wyników pomiarów.

EN

Recently, terrestrial laser scanning technology has become very popular technique of geodetic measurements. TLS has its application in road engineering geodesy. One of the advantages of 3D laser measurements are their high accuracy, resolution and number of points acquired in a very short period of time. One of the most important stages of the data post-processing is scan registration that means merging and fitting particular scans. This process can be done in a few ways, but also with different accuracy. There is a few methods of scan registration: using HDS targets, using some tie points from the clouds (so called cloud to cloud registration) and using both: targets and points (mixed method). Authors compared all this combinations on the example of two structures: Świętokrzyski bridge and Tryon viaduct. We have checked 3 ways of scan registration: by manual finding of points (with the RMSE in the range from 0.015 to 0.029 m with the mean RMSE 0.025 m), using HDS targets (0.003-0.006 m). Bridges are long and tall structures. In most cases there is also quite bid traffic. That causes, that very often, using HDS targets is impossible. There are also problems with the scanner range especially in case of long bridges. Another analysis was testing registration accuracy taking into consideration also the number of fitted points. We assessed, that minimal number of points necessary to registration with sufficient accuracy was about 100 to 200 thousands, what is about 1-2% of all points. In the paper we present the most important aspects of registration of data acquired with the use of terrestrial laser scanner.

13

Wybrane aspekty integracji danych naziemnego i lotniczego skaningu laserowego

Fryśkowska A., Kędzierski M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2010

|

Vol. 21

97--107

PL

Od kilkunastu lat zauważalny jest duży postęp technik wizualizacyjnych. Coraz częściej trójwymiarowe modele pozyskane ze zdjęć lotniczych czy satelitarnych zastępowane są modelami wygenerowanymi na podstawie lotniczego skaningu laserowego (LSL). Najnowocześniejsze systemy skanujące mają możliwość pozyskania nawet kilkudziesięciu punktów na m2 oraz rejestracji wielokrotnego echa, co pozwala na odtworzenie powierzchni terenu wraz z jego pokryciem. Jednak dane z LSL charakteryzują się dokładnością kilkunastu cm, a także specyficznymi brakami w danych: brakiem informacji o przyziemiu (w większości systemów skanujących), często o elewacji, lub o obiektach przysłoniętych innymi, wyższymi obiektami. Zauważalne są również okluzje czy też brak danych „pod obiektem”. Z kolei naziemny skaning laserowy (NSL) pozwala na bardzo dokładne (1÷5 cm) pomiary wszystkich tych elementów, które nie są kompletne czy widoczne w danych z LSL (elewacja, skomplikowana struktura, wnętrze czy kształt budynku, mostu itp.). Pełny model 3D obiektu np. budynku jest możliwy do osiągnięcia tylko poprzez połączenie danych z obu systemów skanowania laserowego. W artykule przedstawiono wybrane aspekty i metody łączenia danych z lotniczego i naziemnego skaningu laserowego w celu wykonywania trójwymiarowych modeli miast na przykładzie danych pozyskanych skanerem lotniczym Lite Mapper Q680i oraz naziemnym skanerem ScanStation2. Przeanalizowano także metody doboru punktów wiążących chmury punktów w różnych układach współrzędnych (UTM – z lotniczego i w lokalnym – z naziemnego skaningu laserowego). Ocenie poddano także wyniki transformacji. Poruszona zostanie również kwestia modelowania chmur punktów oraz łączenia wykonanych modeli z ortoobrazami.

EN

Visualization techniques have been greatly developed in the past few years. Threedimensional models based on satellite and aerial imagery are now being replaced by models generated on aerial laser scanning (ALS). The most modern of such scanning systems have the ability to acquire over 50 points per m2 and to register a multiple echo, which allows reconstruction of the terrain together with the terrain cover. However, ALS data accuracy is greater than 10cm and the data is often incomplete: there is no information about the ground level (true for most scanning systems)and often about the facade or objects which are covered by other objects. There is also no data on beneath the object. However, the terrestrial Laser Scanning (TSL) obtains higher accuracy data (1÷5cm) on all of those elements which are incomplete or not visible with ALS methods (facades, complicated structures, interiors, bridges, etc.). This paper presents chosen aspects and methods for combining data from aerial and terrestrial laser scanning for the purpose of creating three-dimensional models of cities. This will be done based on data acquired using the Lite Mapper Q680i aerial scanner and the ScanStation2 terrestrial laser scanner. Methods for choosing tie points to combine point clouds in different data (UTM from aerial measurements and a local datum from terrestrial scanning) will be analyzed. The results of transformations will also be evaluated. The problem of modeling point clouds and combining created models with othro-images will also be dealt with.

14

Opracowanie ortofoto obiektu zabytkowego metodami fotogrametrii bliskiego zasięgu z wykorzystaniem naziemnego skaningu laserowego

Kędzierski M., Wilińska M., Fryśkowska A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2010

|

Vol. 21

149--158

PL

W Polsce zasady inwentaryzacji architektonicznej regulują wytyczne techniczne G-3.4 sprzed 30 lat. Określają one, jakie materiały i informacje o aktualnym stanie obiektu są wymagane i niezbędne w pracach projektowych i technicznych służących ochronie zabytków. Jednym z takich opracowań jest rysunek wektorowy tworzony na podstawie opracowania fotogrametrycznego w postaci ortoobrazu. Jest to jednak proces długotrwały, w którym czas wykonania produktu końcowego wzrasta wraz ze stopniem szczegółowości obiektu. Podstawową trudnością takiego opracowania jest wygenerowanie prawidłowego modelu 3D obiektu. Przedmiotem pomiarów był kościół Św. Anny w Warszawie. Prace badawcze podzielone zostały na dwa etapy – opracowanie sklepień nawy głównej oraz elewacji kościoła. W przypadku sklepień kolebkowych, w pierwszej kolejności do transformacji obrazów wykorzystano metodę DLT (ang. Direct Linear Transformation). Drugie podejście opierało się na przeprowadzeniu terratriangulacji stereopar metodą wiązek i utworzeniu Numerycznych Modeli Powierzchni Obiektu (NMPO) dwoma sposobami – na podstawie zorientowanych stereopar oraz z wykorzystaniem chmury punktów pozyskanej ze skaningu laserowego. Następnie na podstawie obu modeli wygenerowano ortoobrazy. Fasadę kościoła opracowano w podobny sposób, również z wykorzystaniem NMPO utworzonych różnymi metodami. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że praktycznie nie ma możliwości wygenerowania prawidłowego modelu 3D obiektu zabytkowego o skomplikowanym kształcie metodą w pełni automatyczną. Metody półautomatyczne również nie są korzystnym sposobem, ze względu na długi czas opracowania. Dlatego też zastosowanie modelu 3D pochodzącego z naziemnego skaningu laserowego jest optymalnym rozwiązaniem, które umożliwia znaczne ograniczenie czasu pracy i prawidłowe przeprowadzenie procesu ortorektyfikacji.

EN

In Poland there are some technical instructions that determine rules of creating architectonic documentation. For example, a kind of information about a real object condition and other data necessary for further design works, etc. Very often, on the basis of photogrammetric products (like orthophoto) vectorial sketches are created. As we know, this process is very time-consuming, especially when the historic building has a lot of detail. The main problem here is generating a correct 3D model of the structure. Research has been conducted on the Saint Anna Church in Warsaw. The work was divided into two stages: measurements of the nave vaulting and the church façade. When working with the barrel vaulting, the primary image transformation was conducted using the DLT (Direct Linear Transformation ) method. A second approach was based on terratriangulation of image stereopairs and creating a Digital Surface Model by means of two methods: one based on oriented stereopairs and the other by using a point cloud acquired with a laser scanner. Orthoimages were then generated using both models. The church façade was measured in a similar way, using the Digital Surface Model obtained with both methods. On the basis of our research we can say that practically there is no possibility to automatically generate accurate and correct 3D models of historic buildings (because of their complex shapes and dimensions). Semi-automatic methods require more time. Using 3D models from terrestrial laser scanning data (point clouds) enables significant time efficiency and generation of correct orthophotos.

15

Analiza warunków odtworzenia wzajemnej orientacji obrazów z sekwencji filmowej

Kowalczyk M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2010

|

Vol. 21

179--189

PL

Zastosowanie w fotogrametrii bliskiego zasięgu kadrów z filmu ma swoje głębokie uzasadnienie. Specyfika ich generowania umożliwia podniesienie niezawodności działania oraz uproszczenie technologii, mającej na celu wyznaczenie kształtów rejestrowanych obiektów. Referat prezentuje warunki odtworzenia orientacji wzajemnej na podstawie punktów łączących, w krótkiej sekwencji obrazów. Brany jest pod uwagę zarówno dobór punktów jak i obrazów. Do badań wykorzystane były fragmenty filmu z kamery cyfrowej, rejestrowane wzdłuż prostej trajektorii. Analizy obejmują też użycie w teście punktów sygnalizowanych o znanych współrzędnych jako referencji. Wykorzystywane również są parametry orientacji wewnętrznej kamery, wyznaczone we wcześniejszych eksperymentach, dotyczących obrazów sekwencyjnych. W pracy proponowane jest poprawienie procesu znajdowania wspólnych punktów na takich obrazach. Eksperymenty stanowią istotny fragment tworzonej technologii automatyzacji pozyskania trójwymiarowego modelu obiektu ze zdjęć o stopniowo zmieniających się elementach orientacji zewnętrznej.

EN

The application of film frames in close range photogrammetry has a strong justification. The process of generating them allows improvement in reliability and simplifies the technology. The main aim of this technique is to determine three dimensional shapes of objects. The paper presents conditions for reconstructing the relative orientation, based on tie points in a short sequence of film frames. Both the selection of points and selection of the images is important. In the research were used parts of a film recorded along a simple trajectory. The analysis takes also advantage of signalized test field reference points, with known coordinates. Interior orientation (IO) of images taken by a single camera has been applied. The IO parameters had been determined in a previous project, and assumed as constant. A proposal for improvement in searching the corresponding tie points is also presented. The experiments are an important part of the proposed technology which automates the process of creation the three-dimensional model of objects, making use of film image sequences.

16

Wybrane aspekty opracowania dokumentacji architektonicznej obiektów zabytkowych

Kędzierski M., Walczykowski P., Fryśkowska A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

Vol. 18a

221--230

PL

Modele elewacji i rysunki wektorowe są często wykorzystywane przez architektów i konserwatorów zabytków do tworzenia dokumentacji architektonicznej zabytkowych obiektów sztuki sakralnej i świeckiej. Służą one jako informacja niezbędna do odtworzenia np. faktycznego i dokładnego stanu obiektu sprzed renowacji, stworzenia ortoobrazu obiektu lub bardzo dokładnych przekrojów. Ponadto, dane ze skaningu laserowego mogą być wykorzystane także do badania stanu uszkodzeń obiektów zabytkowych zarówno pod względem kształtu jak i ich struktury. Prace badawcze przeprowadzone zostały skanerem impulsowym na przykładzie jednego z warszawskich kościołów. W ramach projektu zostały zeskanowane: elewacja kościoła, główne sklepienie, ołtarze, ambona i organy. Skaning fasady kościoła wykonano z rozdzielczością 7 mm, natomiast przy badaniach takich elementów jak sklepienie czy uszkodzenia ścian konieczne było zmniejszenie rozdzielczości poniżej 1 mm. Przeprowadzone badania pozwoliły określić np. szerokość szczeliny czy rysy, do jakiej jej pomiar jest możliwy (w naszym przypadku były to 2 mm), a także zamodelować uszkodzenia np. kolumny lub ściany oraz obliczyć powierzchnię i objętość ubytku. Wykorzystanie metody tarcz celowniczych do łączenia skanów umożliwiło wektorowe opracowanie elewacji kościoła z dokładnością rzędu 0.005 m. Błąd względny opracowania pozostawał na poziomie 1: 6000. W ramach prac wykonano teksturowanie obiektu, co jest szczególnie ważne wówczas, kiedy należy wykonać ortoobraz elewacji, rzeźb, fresków czy malowideł.

EN

Façade models and vectorial sketches are used by architects and conservators in architectural documentation of cultural heritage objects of sacred and lay art. In most cases, the information thus obtained is very important information, particularly when it is desired to visualise the real and accurate condition of the object before it is renovated, or if it is necessary to generate orthophotos or very precise cross-sections. Furthermore, such data can be used also for examining damage to the shape or structure of cultural heritage objects. Very often, polychrome or ornamental elements of paintings or sculptures are damaged. Therefore, an attempt was made to assess the potential of a scanner not only for 3D model generation and visualisation, but also for determining the utility of such measurements in renovation or architectural works. We focused at investigating scanner precision and utility of <1 mm resolution where the objects were damaged or fractured. This approach turned out useful for measuring very small, singular architectural defects or bursts in places hard to reach. The experiments performed made it possible to determine the width of crevices or scratches that were as small as 2 mm. In addition, a model of damage to a column was generated and the surface and volume of the column was calculated. The Scan World recording was used with the HDS target method, which provided a 5 mm accuracy of the vectorial model (the relative error was 1:6000). Another important aspect of architectural documentation is texture. It is particularly crucial when it is desired to take an orthophoto of a façade, of sculptures, frescoes, or paintings. The most modern scanners have an internal digital camera. However, for texturing an external KODAK DCS 14n Pro digital camera, with 4500 x 3000 pixels matrix and with 24 mm focal length lens was used. Based on the 7 homological points in both of the scan and he image, the error of fitting and texturing process was found to amount to 0.84 pixel.

17

Naziemny skaning laserowy drogowych obiektów inżynierskich

Kędzierski M., Walczykowski P., Fryśkowska A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

Vol. 18a

211--219

PL

Naziemny skaning laserowy jest nieocenionym narzędziem inwentaryzacji obiektów architektonicznych, inżynieryjnych, instalacji przemysłowych i mas ziemnych. W przypadku, kiedy obiekt jest rozległy, znacznie oddalony od stanowiska pomiarowego, lub dostęp do niego jest utrudniony, skaning laserowy może być jedyną możliwością wykonania tak dokładnych pomiarów. Za pomocą skanera możemy zbadać geometrię, wymiary i stan obiektów obiektu w relatywnie krótkim czasie. Prace badawcze przeprowadzone zostały na przykładzie dwóch warszawskich mostów: Siekierkowskiego i Świętokrzyskiego. Podstawowym problemem zachowania żądanej dokładności opracowań tego typu konstrukcji pojawia się już na etapie rejestracji poszczególnych skanów. Ruch uliczny, drgania czy brak odpowiedniej widoczności wykluczają zastosowanie tarcz celowniczych i zmuszają do stosowania odpowiedniej metody pomiaru i rejestracji danych. Ostatecznie, w przeprowadzonych badaniach błąd dopasowania skanów poszczególnych obiektów nie przekroczył dla obu mostów odpowiednio wartości 3 mm i 12 mm. Dodatkowo podjęto próbę wykorzystania informacji o intensywności powracającego sygnału, która może być źródłem informacji o stopniu zużycia lub uszkodzenia niektórych elementów konstrukcyjnych. Ocenie poddano próbki różnych materiałów, z których wykonane są obiekty mostowe i drogowe (stal, skorodowana blacha, beton, cegła itp.). W artykule przedstawione zostały metody skaningu laserowego wykorzystane do badania konstrukcji mostu, rejestracji danych, tworzenia trójwymiarowych modeli i przekrojów tego typu obiektów.

EN

Terrestrial laser scanning is a very useful tool in inventoring architectural, engineering, and industrial objects and buildings. Sometimes, when an object is bright and difficult to access, the only possibility of measuring it is through scanning. The high precision and high speed of scanning make it possible to acquire information about the object's geometry and dimensions in a short time. The condition of the object is another aspect, an important one as well. The destroyed or damaged road infrastructure is dangerous, therefore it is necessary to check its condition. Experiments were made by scanning two bridges in Warsaw, the Świętokrzyski and the Siekierkowski. Point clouds were acquired from several stations. A major problem appeared during scan registration. Street traffic, vibrations and/or bad visibility disabled the targets used and made it necessary to apply other measurements methods. Finally, the recording error in the experiments did not exceed 0.003 and 0.012 m for the Świętokrzyski and the Siekierkowski bridge, respectively. Additionally, an attempts was made at using information on signal intensity. This information can be useful when it is desired to assess the condition of some construction elements. Samples of different construction materials: aluminum, corroded steel, brick, wood, PVC, and others were tested in a test field created. Not only was the usable scanning rate determined, but the possible scanning angle was identified as well. The paper discusses the results obtained and describes the samples tested. In the measurements, appropriate location of stations as well as geometric and material conditions allowed to use the scanning range of 150 m. The paper presents also the methods for laser scanning of bridge constructions, scan registrations as well as generation of 3D models and cross-sections.

18

Calibration of very close range digital cameras

Bujakiewicz A., Kowalczyk M., Podlasiak P., Zawieska D.

Geodezja i Kartografia

|

2006

|

Vol. 55, no 2

95-108

EN

The paper discusses the problems of the calibration process of very close range semi-metric digital cameras. Using such cameras for precise measurement of small objects, the photographs have to be taken at a very large scale, ranging from 1 :20 to 1 :50. To ensure the submillimetre accuracy of the photogrammetric measurement, the specific calibration tests and procedures for determination of the interior orientation parameters, including the coefficients for image systematic errors, must be applied. The results of two calibration approaches, based on 3D and 2D calibration tests, have been presented in the paper. The experiment is a part of the research project concerning the numerical modelling of small 3D fragments of the broken archaeological items for reconstruction of the context of the archaeological monument.

PL

Artykuł dotyczy procesu kalibracji semi-metrycznych kamer cyfrowych. Stosując takie kamery do pomiaru małych obiektów, zdjęcia muszą być wykonane w bardzo dużej skali, w zakresie od około 1:20 do 1:50. W celu zapewnienia dokładności pomiaru fotogrametrycznego na poziomie poniżej pół milimetra, należy stosować specjalne procedury i testy kalibracyjne dla określenia parametrów orientacji wewnętrznej, łącznie ze współczynnikami opisującymi błędy systematyczne zdjęć. W niniejszym artykule, przedstawiono porównanie dwóch metod, bazujących na obrazach dwuwymiarowych i trójwymiarowych testów kalibracyjnych. Wykonany eksperyment jest częścią projektu badawczego, finansowanego przez KBN, który dotyczy numerycznego modelowania fragmentów rzeźb w celu rekonstrukcji oryginalnego kontekstu zabytku.

19

Analiza przydatności algorytmów detekcji krawędzi w zastosowaniach fotogrametrii bliskiego zasięgu

Czechowicz A., Mikrut S.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2006

|

Vol. 16

135--146

PL

Niniejszy artykuł prezentuje wyniki badań porównujących metody detekcji krawędzi na obrazach cyfrowych oraz weryfikację ich przydatności w procesie automatycznej wektoryzacji. W ramach eksperymentu dokonano implementacji znanych algorytmów detekcji krawędzi bazujących na analizie pochodnych funkcji jasności obrazu (Sobela, Kircha, Canny’ego, Marr-Hildretha) jak również nowych rozwiązań (algorytm SUSAN). Opracowany w środowisku Matlab program autorski umożliwił uzyskanie punktowego opisu krawędzi, aproksymację ich przebiegu prostymi oraz analizę jakości uzyskanych wyników. Badania przeprowadzono na dwudziestu dwóch obiektach, które podzielono na dwie grupy – obiektów typowych i nietypowych. Obiekty te pochodzą z projektów wykonanych w ramach inwentaryzacji zabytków. Zdjęcia zostały pozyskane metodą bezpośrednią – aparatem cyfrowym Canon EOS 300D z obiektywami Canon EF 14 mm L USM i Canon EF 50mm L USM oraz pośrednią – kamerą analogową Rolleiflex 6006 metric i skanerem PHOTOSCAN – TD. Dla sprawdzenia poprawności wyznaczonych krawędzi dokonano ich ręcznej wektoryzacji. Obliczono współczynniki określające dokładność ilościowo – jakościową algorytmów detekcji krawędzi przy zadanych parametrach. Umożliwiło to wytypowanie optymalnych ustawień detekcji. Obliczanymi współczynnikami były: kompletność (completeness), poprawność (correctness) i jakość (quality). Otrzymany w wyniku detekcji krawędzi obraz binarny porównano z obrazem zawierającym informacje o rzeczywistych krawędziach obiektu. Wyniki zestawiono i na ich podstawie wytypowano optymalny algorytm detekcji krawędzi (Canny) oraz określono w procentach ilość uzyskanych automatycznie wektorów, które mogą być wykorzystane w dalszych etapach opracowań fotogrametrycznych.

EN

This paper presents the results of research work that compares methods of edge detection on digital images, as well as verification of their use in the automatic vectorization process. Within the experiment framework, known algorithms of edge detection that are based on the analysis of image brightness function derivatives (Sobel, Kirch, Canny, Marr-Hildreth) were implemented, as well as new solutions (the SUSAN algorithm) were considered. The original software, developed in the Matlab environment, obtained the point description of edges, the approximation of their routes by means of straight lines, as well as a quality analysis of the obtained results. Tests were performed on 22 objects, which were divided into two groups: typical and atypical ones. The objects were derived from projects in the historical monument inventory scheme. Images were acquired both by means of a direct method (Canon EOS 300D digital camera, provided with Canon EF 14 mm L USM and Canon EF 50 mm L USM lenses), and by means of an indirect method (analogue Rolleiflex 6006 metric camera and PHOTOSCAN-TD scanner). In order to check the accuracy of the evaluated edges, they were subjected to manual vectorization. Coefficients determining the quantitative and qualitative accuracy of edge detection algorithms at set parameters were calculated. This made it possible to single out optimum detection settings. The calculated coefficients included completeness, correctness, and quality. The binary image received as a result of the edge detection was compared with the image containing information about actual object edges. The results were put together and, based on them, the optimum edge detection algorithm was selected (Canny). In addition, the percentage amount of automatically gained vectors which may be used in further steps in the photogrammetric process was determined.

20

Bezpieczeństwo przejścia jednostek żeglugi śródlądowej pomiędzy filarami mostu Kolejowego w Szczecinie (metoda symulacyjna i fotogrametryczna)

Gucma L.

Zeszyty Naukowe / Akademia Morska w Szczecinie

|

2005

|

nr 9 (81)

31-43

PL

W artykule przedstawiono metodę określania bezpieczństwa przejścia jednostek żeglugi śródlądowej pomiędzy filarami mostu na przykładzie mostu Kolejowego w Szczecinie. Jest to metoda kompleksowa składająca się z metody symulacyjnej czasu rzeczywistego oraz metody fotogrametrycznej wykorzystanej do weryfikacji otrzymanych wyników. Metoda ta pozwala na określanie poziomu bezpieczeństwa mostu w aspekcie możliwej kolizji jednostek żeglugi śródlądowej z podporami mostu oraz takie zaprojektowanie zabezpieczeń podpór w formie prowadnic, które zminimalizuje skutki ewentualnych zderzeń statków.

EN

The paper presents a method of safety evaluation of inland ships passage under the Kolejowy Bridge in Szczecin. It is a complex method which consists of real time ship manoeuvring simulation and photogrammetric method used for verification of simulation results. Such method allows the evaluation of bridge safety in respect to possible ship's collision with bridge pillars and designing the guide fender layout which minimise the consequences of possible collisions.