Procedure d’orientamento d’immagini: Test e Valutazioni Metriche
Silvio Del Pizzo, Fabio Remondino, Salvatore Troisi
Low Cost 3D – WORKSHOP – Trento 8-9 Marzo 2012
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.
La loro diffusione ha fatto nascere un’esigenza di inspection: o L’affidabilità o L’accuratezza e le precisioni in gioco
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.
I software utilizzati
• Photoscan (Agisoft)
• Photosynth (Microsoft)
• Bundler (University of Washingthon, USA)
• Apero (MicMac IGN, FR)
Commerciale - Lowcost
Free – su Webserver
Open Source
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
Metodologia adottata per l’inspection
Orientamento automatico delle
immagini
Modellazione della forma
geometrica nota
Individuazione di punti caratteristici
Orientamento delle immagini
Con target circolari
Modellazione della forma
geometrica nota
Scaling Accurato
Individuazione di punti caratteristici
Scaling del progetto orientato
automaticamente
CONFRONTO RISULTATI STATISTICI
Metodologia adottata per l’inspection 2
Orientamento automatico delle
immagini
Importazione In Photomodeler
Scaling del progetto
INSPECTION sui target circolari
Esportazione degli orientamenti
(sia interni che esterni)
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
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] 0.0213
GSD medio 0.0639
Sperimentazione Cubo Trentino: confronti
Software Obj. 3D points Agisoft 83 273 Apero 802 100
Photosynth 35 370 Bundler 19402
Sperimentazione Cubo Trentino: confronti
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
In Photomodeler bloccando gli orientamenti…
Sperimentazione Sfera
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
Camera: Nikon D100 (6 Mpixels) obiettivo da 35 mm (GDS = 0.17 mm)
Reference: photogrammetric bundle scaled on calibrated (reference) bar.
Sperimentazione Sfera: confronti
Software Obj. 3D points Agisoft 38 551 Apero 134 089
Photosynth 21 042 Bundler 34 865
Sperimentazione Sfera: confronti
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
In Photomodeler bloccando gli orientamenti…
Ci sono modelli e modelli
Software Modello
Photosynth Focale, K1,K2
Bundler Focale, K1,K2
Agisoft Brown Model
Apero Brown Model et al.
L’orientamento interno è fondamentale in un rilievo fotogrammetrico
Uno degli sviluppi futuri è fornire ai software immagini idealizzate (ricampionate in modo da essere fedele al classico modello della camera pinhole)
Awards
Il più veloce PHOTOSYNTH
Il più user-friendly
AGISOFT
Il più personalizzabile
APERO
??????? Il più preciso
BUNDLER
APERO
PHOTOSYNTH
PHOTOSYNTH Candidato: Apero
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
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