CALIBRAÇÃO DE UM SISTEMA POLI-DIÓPTRICO COM INJUNÇÕES DE ESTABILIDADE DA ORIENTAÇÃO RELATIVA

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1 CALIBRAÇÃO DE UM SISTEMA POLI-DIÓPTRICO COM INJUNÇÕES DE ESTABILIDADE DA ORIENTAÇÃO RELATIVA MARIANA BATISTA CAMPOS ANTONIO MARIA GARCIA TOMMASELLI JOSÉ MARCATO JUNIOR EIJA HONKAVAARA 1

2 OBJETIVO: DETERMINAR EXPERIMENTALMENTE UMA METODOLOGIA PARA A CALIBRAÇÃO DE UM SISTEMA POLI- DIOPTRICO DE BAIXO CUSTO (a) (b) (c) SISTEMAS POLI-DIOPTRICOS: MULTIPLAS CÂMARAS ARRANJANDAS NA MESMA ESTRUTURA PARA COBRIR UM CAMPO DE VISÃO 360 (MAAS, 2008). (d) (e) (f) MOTIVAÇÃO: AMPLO CAMPO DE VISADA BAIXO CUSTO DESIGN PESO E TAMANHO PROCESSAMENTO INTUITIVO APLICAÇÕES FOTOGRAMETRIA À CURTA DISTÂNCIA ROBÓTICA: NAVEGAÇÃO MAPEAMENTO DE INTERIORES MAPEAMENTO URBANO MAPEAMENTO FLORESTA (j) (g) (h) (i) (a) Giroptic 360cam, (b) Go Pro 360, (c) Lady bug2, (d)centrcamera CEO, (e) 360 fly, (f) Kodak PixPro SP360, (g)v360, (h) Lady bug5, (i) Google Jump 2 system and (j) Ricoh Theta M15.

3 GEOMETRIA PERSPECTIVA GEOMETRIA DAS LENTES FISHEYE DESAFIOS: CALIBRAÇÃO DE CÂMARAS z z x α Ps. x α Ps. y β c y β c P P 3

4 CALIBRAÇÃO SIMULTÂNEA DOS POI E POR DESAFIOS: OFFSETS SISTEMA MULTI-CÂMERAS: MAIS DE UM CONJUNTO DE POI PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA TRABALHOS RELACIONADOS MATLAB TOOLBOX: Scaramuzza et al., (2006); Kannala et al., (2006) ; Bouguet et al. (2002). OFFSETS: ANGULARES LINEARES PROGRAMAS COMERCIAS: PhotoScan (Agisoft, 2016) PhotoModeler (EOS Systems, 2014). 4

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6 AQUISIÇÃO ESTÁTICA IMAGEM PANORÂMICA 1 frames/8s AQUISIÇÃO DINAMICA DUAL-VIDEO 29 frames/s 6

7 INTRODUÇÃO SISTEMA CAMPO METODOLOGIA RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS AGRADECIMENTOS CAMPOS et al, 2018 SENSORS - MDPI 7

8 160 alvos codificados - ARUCO (21cm x 21cm) - Detecção automática (MUÑOZ-SALINAS, 2012)

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10 AQUISIÇÃO DOS DADOS MODELO MATEMÁTICO PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA RECONTRUÇÃO 3D DATA SET: OBSERVAÇÕES NA IMAGEM: ACURÁCIA SUBPIXEL COORDENADAS DE TERRENO: ACURÁCIA DE 5 mm SENSOR 1: 20 IMAGENS SENSOR 2: 16 IMAGENS 13 IMAGENS SIMULTÂNEAS GSD MÉDIO 4 mm - 6 mm EOP INICIAL X0, Y0, Z0 0.5 Metros ω, ϕ, κ 10

11 AQUISIÇÃO DOS DADOS QUESTÕES: MODELO MATEMÁTICO PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA RECONTRUÇÃO 3D Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir os feixes de raios formadores das imagens geradas pela Ricoh Theta S?

12 MODELO MATEMÁTICO 12

13 MODELO MATEMÁTICO DESVIO PADRÃO rproj rimg EQUIDISTANTE = 0,05 mm ESTEREOGRÁFICA = 0,07mm EQUISÓLIDA=0,1 mm ORTOGONAL= 0,22 mm 13

14 MODELO MATEMÁTICO PROJEÇÃO EQUIDISTANTE CMC (Calibração Multi-Camaras) ( MARCATO et al, 2015) MODELO CONRADY-BROWN 14

15 AQUISIÇÃO DOS DADOS QUESTÕES: MODELO MATEMÁTICO PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA RECONTRUÇÃO 3D Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S? Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante?

16 PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR SE: MAGNITUDE DO PARÂMETRO > QUE O DESVIO PADRÃO EFEITO DO PARÂMETRO > QUE O ERRO DE MEDIDA

17 AQUISIÇÃO DOS DADOS QUESTÕES: MODELO MATEMÁTICO Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S? Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante? A diferença entre os POI de cada sensor é relevante? PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA RECONTRUÇÃO 3D

18 PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA A diferença entre os POI de cada sensor é relevante? ZROT (HABIB et al., 2006) RMSE mm/ 2.88 pixels 6x o erro de medida 18

19 AQUISIÇÃO DOS DADOS QUESTÕES: MODELO MATEMÁTICO Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S? Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante? A diferença entre os POI de cada sensor é relevante? Quais injunções podem melhorar a estimativa dos POR? PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA RECONTRUÇÃO 3D

20 PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA MATRIZ DE ORIENTAÇÃO RELATIVA: DISTÂNCIA ENTRE OS CENTROS PERSPECTIVOS: ELEMENTOS DE BASE: 20

21 PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA Experimento A Calibração de câmara individual sem injunções Experimento B - Calibração de câmara simultânea sem injunções Quais injunções podem melhorar a estimativa dos POR? Experimento C - Calibração de câmara simultânea com injunções de estabilidade na matriz de orientação relativa e de distância. Experimento D - Calibração de câmara simultânea com injunções de estabilidade na matriz de orientação relativa e nos elementos de base. 21

22 AQUISIÇÃO DOS DADOS QUESTÕES: MODELO MATEMÁTICO Qual o modelo matemático mais adequado para reproduzir as imagens geradas pela Ricoh Theta S? Qual o conjunto de parâmetros de orientação interior que pode ser considerado significante? A diferença entre os POI de cada sensor é relevante? Quais injunções podem melhorar a estimativa dos POR? Qual o impacto na reconstrução 3D dos objetos? PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA RECONTRUÇÃO 3D

23 GANHO DO MODELO UTILIZADO COM RELAÇÃO AS ABORDAGENS CLÁSSICAS DE CALIBRAÇÃO: MODELO PERSPECTIVO MODELO EQUIDISTÂNTE 23

24 GANHO DA UTILIZAÇÃO DE INJUNÇÕES DE ESTABILIDADE NA ESTIMATIVA DOS POR: Exp. Δω (σ) Δϕ (σ) Δk (σ) D PC (σ) mm Bx (σ) mm By (σ) mm Bz (σ)mm D (0.025ˮ) (0.024ˮ) (0.025ˮ) (0.37) (0.22 ) 0.41 (0.45) (0.36 ) 24

25 ESTATÍSTICAS : EXPERIMENTOS A-D CONTROLE DE QUALIDADE POR DISTÂNCIAS: 25

26 EXEMPLO: RECONTRUÇÃO 3D CMC MODELO EQUIDISTANTE SEMI-ESFERA 26

27 MODELO MATEMÁTICO PROJEÇÃO EQUIDISTANTE + O MODELO DE DISTORÇÃO CONRADY BROWN COM RELAÇÃO AS INJUNÇÕES DE ESTABILIDADE NÃO HÁ NECESSIDADE DE MEDIDAS DIRETAS DOS ROP E DE INJUNÇÃO ABSOLUTA. OS RESULTADOS APRESENTADOS MOSTRARAM QUE ESTES SISTEMAS DE BAIXO CUSTO ASSOCIADOS A UM MODELO MATEMÁTICO ADEQUADO E BOAS PRÁTICAS, PODEM FORNECER RESULTADOS ACEITÁVEIS PARA APLICAÇÕES FOTOGRAMÉTRICAS, COMO O MAPEAMENTO MÓVEL E ORIENTAÇÃO ROBÓTICA. ESSA METODOLOGIA PODE SER APLICADA PARA OUTROS SISTEMA OMNIDERECTIONAIS, COMO A SAMSUNG GEAR E A NIKON 360. MAIS DETALHES: Campos, M. B., Tommaselli, A. M. G., Marcato Junior, J., & Honkavaara, E. (2018). Geometric model and assessment of a dual fisheye imaging system. The Photogrammetric Record. (on line at 27

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29 PARÂMETROS ESTIMADOS : PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO INTERIOR : PARÂMETROS DE ORIENTAÇÃO RELATIVA : 29