Наземные опорные точки

Во время обработки Drone2Map использует метаданные GPS из изображений, параметры камеры из базы данных камер и связующие точки, полученные в результате автоматического сопоставления объектов, для триангуляции 3D-координат сцены. В идеале лучи от триангулированных связующих точек должны сходиться в одной трехмерной координате. Однако часто возникает неточность в расположении триангулированных точек, называемая ошибкой перепроецирования.

После того как точки были триангулированы, процесс пакетного блочного уравнивания оптимизирует положение 3D-координат, корректируя оцененные 3D-координаты с использованием наилучшего подходящего решения, которое минимизирует ошибку перепроецирования, оставаясь в пределах заданных параметров камеры. В результате получается реконструированная сцена с высокой относительной и абсолютной точностью, которая зависит от точности привязанных изображений.

Во время обработки ключевые точки (зеленые) обнаруживаются на каждом изображении и сопоставляются с окружающими изображениями для создания связующих точек. Эти связующие точки триангулируются по вычисленной трехмерной координате (красная). Эта вычисленнаяя трехмерная координата затем проецируется на исходное изображение (оранжевое) с использованием параметров камеры. Расстояние между обнаруженной ключевой точкой и перепроецированной точкой является ошибкой перепроецирования. Процесс пакетного блочного уравнивания смещает вычисленную 3D-координату до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее решение, минимизирующее ошибку перепроецирования для всех камер.

Иногда проекты требуют абсолютной точности, которая больше, чем могут обеспечить привязанные изображения. Для большей точности вы можете добавить опорные точки в свой проект. Опорные точки - это точки с известными наземными координатами x,y,z, зачастую полученные в результате наземной съемки, и которые используются для повышения абсолютной точности проекта.

Опорные точки добавляют позиционные ограничения к процессу пакетного блочного уравнивания, что еще больше оптимизирует наилучшее решение. Важно отметить, что даже при высокоточных опорных точках наиболее подходящее решение из пакетного блочного уравнивания должно соответствовать параметрам камеры. В некоторых случаях выходное местоположение опорных точек может отклоняться от их собранных местоположений. Правильный сбор изображений и размещение опорных точек сводят к минимуму эти расхождения.

Качество изображения

Плохие методы сбора изображений могут привести к распространению ошибок, что снижает эффективность ваших опорных точек. Абсолютная точность вашей модели зависит от точности ваших измеренных опорных точек и от того, насколько хорошо пакетное блочное уравнивание может минимизировать ошибку в наилучшем подходящем решении. Факторы, которые могут привести к ошибке в процессе пакетного блочного уравнивания, включают недостаточное перекрытие между изображениями, размытые изображения, несогласованные или плохие условия освещения, растительность и многое другое. Поэтому увеличение абсолютной точности вашего проекта начинается с грамотных методов сбора изображений.

Примечание:

• Рекомендации предполагают, что точность опорной точки должна быть в три раза выше, чем размер пиксела на земной поверхности (GSD) конечного продукта. Однако из-за высокого разрешения коммерческих изображений беспилотных летательных аппаратов это руководство может оказаться трудным для выполнения, что приведет к получению продуктам с несколько меньшей точностью, чем у опорных данных.
• Абсолютная точность вашей модели не может быть выше точности ваших опорных данных. При хороших методах сбора изображений и правильном размещении опорных точек абсолютная точность модели обычно равна

  1 – 3 x GSD

  в горизонтальном направлении и

  1 - 4 x GSD

  в вертикальном направлении.

Распределение наземных опорных точек

В дополнение к правильным методам сбора изображений, количество и распределение опорных точек в вашем проекте играют важную роль в окончательной абсолютной точности модели.

Добавление опорных точек ограничивает процесс пакетного блочного уравнивания и привязывает данные к измеренному местоположению опорной точки. При радиальном удалении от центра опорной точки точность начинает снижаться. Равномерное распределение опорных точек по всему проекту в триангулированной сети для уменьшения расстояния между опорными точками обеспечивает согласованную точность всей модели. Размещение опорных точек на одной линии, например вдоль края дороги или вдоль коридора, приводит к геометрическому искривлению конечных продуктов.

Чем больше опорных точек на разных изображениях, тем лучше результат. Рекомендуется избегать размещения опорных точек на краях в проекте, где изображения не сильно перекрываются. Вместо этого, используйте опорные точки на расстоянии от края в направлении к центру проекта, чтобы увеличить перекрытие.

Распределите опорные точки равномерно по всему проекту в виде треугольной сетки. Избегайте размещения опорных точек на краю проекта, где недостаточное перекрытие снижает эффективность опорных точек. В этом проекте с помощью отчета об обработке была выявлена область плохого перекрытия, что может повлиять на абсолютную точность проекта. Добавьте вручную связующие точки или дополнительные изображения, чтобы исправить проблемную область.

Нет единого мнения относительно количества опорных точек для использования в проекте. Однако большее число опорных точек увеличивает абсолютную точность проекта с уменьшением ошибок по мере приближения абсолютной точности к следующему значению:

1 - 3 x GSD

Для Drone2Map рекомендуется использовать не менее 5-10 опорных точек. Если вы вводите более сложную геометрию, такую как густая растительность, холмистая местность и структуры, в процесс пакетного блочного уравнивания, может потребоваться увеличение плотности опорных точек.

Примечание:

• Вы должны включить по крайней мере три опорные точки для использования во время обработки. Рекомендуется использовать не менее 5-10 опорных точек.
• Расположите опорные точки на ровной местности на уровне земли, вдали от объектов, которые могут мешать обзору с камеры, таких как растительность или сооружения.
• Используйте обследованные контрольные цели для достижения наилучших результатов. Если они недоступны, в качестве опорных точек можно использовать объекты, идентифицируемые на изображении (вторичные опорные точки).

Настройки обработки

Связующие точки, полученные в результате автоматического сопоставления объектов во время шага обаботки Выровнять изображения, используются для оценки трехмерных координат сцены, которые затем используются в процессе пакетного блочного уравнивания для оптимизации модели. Чтобы максимально повысить абсолютную точность ваших продуктов, важно, чтобы отдельные ключевые точки, составляющие связующие точки, были как можно более верными. Для увеличения точности ключевых точек Масштаб изображения Опции связующих точек должен быть задан как 1 x (исходный размер изображения).

Примечание:

• Увеличение Начального масштаба изображения повышает точность ваших продуктов при одновременном увеличении времени обработки.

Чем больше используется ключевых точек, составляющих связующую точку, тем точнее становится вычисленная трехмерная координата. Настройка Окрестность сопоставления задает изображения, которые применяются для поиска соответствующих ключевых точек. Можно включить опцию Точное уравнивание, чтобы создать максимальное количество связующих точек.

Связывание опорных точек

При включении опорных точек в проект местоположение опорной точки вручную определяется в каждом изображении с помощью Редактора связей изображений. От аккуратности в маркировке точного расположения опорной точки на всех изображениях зависит абсолютная точность конечных продуктов. Хотя это может быть сложной задачей для проектов с несколькими изображениями и элементами управления, использование функции вспомогательных связей ускоряет этот процесс.

В примере слева опорная точка была грубо связана в Редакторе связей изображений в мелком масштабе, чтобы сэкономить время. Хотя связь изображений выглядит правильно размещенной, увеличение масштаба (пример справа) показывает, что связь изображений находится на расстоянии нескольких пикселей от центра опорной точки. Некорректное размещение связей с опорными точками сокращает точность ваших опорных точек.

Оценка точности вашей модели

Процесс блочного уравнивания пытается подогнать модель к местоположению опорных точек. В результате точность продукта наиболее высока в опорных точках. Когда вы двигаетесь радиально от опорной точки, точность начинает снижаться, поэтому использование опорных точек для измерения абсолютной точности может дать поверхностные результаты.

Каждая наземная опорная точка содержит значение точности в метрах для x (dX), y (dY), и z (dZ) в окне Менеджер контрольных элементов. Эти значения являются смещением наземной опорной точки с исходного положения и генерируются после запуска блочного уравнивания. Значения, близкие к нулю, рассматриваются как более точные. Общая точность исправленных точек измеряется через значение ошибки проецирования, находящееся в отчете об обработке проекта. Это значение предоставляет сумму пикселов, на которые исходная точка отклоняется от исправленной.

Аналогичное значение сдвига рассчитывается после корректировки отдельных связей изображения в виде ошибки перепроецирования. Вы можете найти это значение в окне Связи изображений при переходе по связям изображения. Его можно использовать для настройки точности размещения связи изображения. Значения, намного превышающие ноль, указывают на то, что связь изображения либо размещена неправильно, либо по ней слишком сложно трансформировать данное изображение, и ее следует удалить. Размещение большого количества связей очень желательно, так как, вероятно, после выполнения корректировки некоторые связи придется удалить, чтобы добиться наилучшего соответствия вашим GCP.

Проверочные (контрольные) точки можно применять для проверки общей абсолютной точности продукта. Проверочные точки собираются аналогично опорным точкам, но не включаются в процесс блочного уравнивания. Вместо этого опорные точки используются для независимой оценки точности модели после завершения обработки.

Примечание:

• Как и в случае с опорными точками, распределите проверочные точки по всему проекту.
• Использование слишком малого количества проверочных точек может привести к неточным результатам.

Источники

Sanz-Ablanedo, E.; Chandler, J.H.; Rodríguez-Pérez, J.R.; Ordóñez, C. "Accuracy of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and SfM Photogrammetry Survey as a Function of the Number and Location of Ground Control Points Used." Дистанционное зондирование. 2018, 10, 1606.