GoPro для 3D-фотограмметрии

1. Вступление
2. Режимы
3. калибровка
4. Проекты SmartMatch и DSM
5. БЛА, GoPro Hero 3 и Фотограмметрия
6. Резюме и рекомендации

Вступление

GoPro Hero 3 - это небольшая, легкая, надежная, недорогая видеокамера высокой четкости и фотокамера, используемая в основном для съемки. GoPro Hero 3 Black это одна из последних версий линейки GoPro с высоким разрешением, которую можно использовать для фотограмметрии - науки об измерении, моделировании и сканировании с использованием фотографий.

[Обновление: на момент написания, Hero 3 Black имел самое высокое доступное разрешение. Другие улучшенные версии теперь доступны.]

Из-за небольшого размера GoPro, небольшого веса, Wi-Fi и хорошего качества изображения, это интересная платформа для фотограмметрии. С другой стороны, камера DSLR с выбором объективов - лучший выбор для высокоточной фотограмметрической работы.

Эта статья посвящена использованию GoPro Hero 3 Black для фотограмметрии с PhotoModeler программное обеспечение, и как преодолеть некоторые недостатки камеры. Существуют и другие модели GoPro Hero, но мы ориентируемся только на Hero 3 Black, поскольку это первая камера GoPro с хорошим разрешением и контролем качества изображения, что делает ее пригодной для фотограмметрии.

Для точного трехмерного измерения, моделирования и сканирования изображений с использованием методов фотограмметрии камера в идеале должна иметь хорошее качество изображения, изображения с высоким разрешением, стабильную оптику, фиксированный объектив, фокусное расстояние не слишком короткое и не слишком длинное, а объектив низкий. искажение. GoPro Hero 3 Black хорошо справляется со всеми этими критериями, кроме двух последних. Обратите внимание, что ни одна из этих проблем не отражает качество камеры GoPro, а является признанием, предназначенным для другой цели.

Уникальные проблемы использования GoPro Hero 3 для фотограмметрической работы:

• Очень широкоугольный объектив, который вызывает большие искажения объектива
• Нет видоискателя
• Ряд разных режимов
• Низкое разрешение в некоторых режимах
• Предназначен для использования вне помещения и без вспышки, поэтому слабое освещение

Режимы

GoPro Hero3 Black имеет несколько режимов видео и фото. Существуют два ключевых фактора в этих различных режимах, которые влияют на результаты фотограмметрии: разрешение и поле зрения (FOV). Для GoPro Hero3 Black рекомендуются два режима изображения:

Разрешение Размер изображения Поле зрения 35 мм эквив. фокусное 12 MP 4000 x 3000 в ширину - 108 град. 15 мм 7 MP 3000 x 2250 Средняя - 93 град. 20мм

Видео режимы также могут быть использованы - например, для движущихся объектов или для PhotoModeler Motion , В настоящее время нет хороших способов синхронизации нескольких камер GoPro H3 в режимах видео, поэтому их использование в PhotoModeler Motion ограничено. Скоростные режимы GoPro H3 заманчивы. Что касается стоимости, высокая частота кадров впечатляет, но низкое разрешение в этих режимах по сравнению с режимами изображения затрудняет определенные задачи, такие как обнаружение цели и калибровка.

GoPro можно использовать с PhotoModeler Motion с более низкой частотой кадров (изображение каждую секунду или около того) в зависимости от того, насколько точной должна быть синхронизация для вашего проекта, поскольку GoPro Hero 3 Remote может снимать несколько камер одновременно.

калибровка

Чтобы получить точные измерения от большинства камер, но особенно с большим искажением объектива, выполните калибровка камеры это важно. Процесс калибровки камеры определяет точный размер пикселя, фокусное расстояние, смещение оси объектива и характеристики искажения объектива. GoPro Hero 3 достаточно широкоугольный (даже в режиме среднего поля зрения) и с достаточно простой недорогой оптической структурой, его искажение объектива велико (см. Образец справа от плоской кирпичной стены). Калибровка с хорошей процедурой калибровки камеры, такой как PhotoModeler, является ключом к получению точных результатов с этой камерой.

GoPro Hero 3 может быть сложной для калибровки. С очень широкоугольным объективом вам либо нужен большой калибровочный шаблон, либо вы должны быть очень близко к шаблону. Если вы подходите очень близко к шаблону, вы рискуете, что калибровка не будет идеальной для «нормальных» расстояний. Чтобы уменьшить размытость и держать цели в фокусе, вы должны использовать штатив и хорошее освещение. Из-за широкого поля обзора вам может потребоваться изменить штатив для установки камеры над калибровочной сеткой, в противном случае нижняя часть изображения будет в основном заполнена ножками штатива вместо целей калибровки. Камера также не имеет видоискателя, что затрудняет выстраивание калибровочных снимков. Приложение GoPro для смартфона для управления и просмотра облегчает выполнение калибровки.

Даже со всеми этими настройками качество калибровки не будет таким же хорошим, как у зеркальной фотокамеры, поэтому ожидайте немного большие значения ошибок (например, не стоит ожидать максимальный остаток ниже 1 пикселя).

При самых широких настройках (наибольший FOV) вы можете рассмотреть возможность добавления параметра радиального искажения линзы K3 (опция при калибровке PhotoModeler), так как это может уменьшить ошибку.

Для успешной калибровки GoPro H3 мы рекомендуем использовать штатив (модифицированный таким образом, чтобы камера находилась над областью калибровки), хорошее освещение, приложение GoPro для смартфона в качестве видоискателя и метод многолистовой калибровки PhotoModeler для получения большой обзор / целевая зона.

Проекты SmartMatch и DSM

PhotoModeler - это универсальный фотограмметрический программный пакет, включающий такие функции, как ручная маркировка, обнаружение кодированных целей, расширенные объекты моделирования, SmartMatch и моделирование плотной поверхности. SmartMatch это метод для автоматической настройки проектов и автоматической ориентации фотографий. Моделирование плотных поверхностей (DSM) - это метод автоматического извлечения облаков точек высокой плотности и триангулированных поверхностей из фотографий.

При использовании методов SmartMatch и DSM в PhotoModeler с GoPro H3 рекомендуется делать фотографии ближе друг к другу, чем обычно (т. Е. Большее перекрытие, меньшие шаги и меньшие углы).

Если объект плоский и вы делаете фотографии, которые по большей части параллельны этой плоскости, то можно использовать относительно нормальное перекрытие. Если у объекта есть плоскости, которые наклонены к плоскости изображения, поверхность искривлена ​​или есть объекты, которые выделяются от поверхности, то с широкоугольным объективом и небольшим расстоянием до камеры изображения быстро меняют свой внешний вид, используя типичные большие изменения в положение камеры. Это приводит к тому, что изображения выглядят совершенно иначе, что означает, что SmartMatch не может идентифицировать сходные функции, а DSM не может получить хорошее извлечение модели поверхности. Съемка фотографий ближе друг к другу, с меньшими углами и с большим перекрытием может улучшить это благодаря широкоугольному объективу с коротким фокусным расстоянием, подобному тому, который есть в GoPro.

PhotoModeler Scanner версии 2013.0.2 имеет некоторые улучшения для ориентации, SmartMatch и DSM для обработки камер с высоким искажением объектива. Эта версия (или более поздняя) рекомендуется, если вы используете GoPro Hero 3.

БЛА, GoPro Hero 3 и Фотограмметрия

Беспилотные летательные аппараты (БЛА), или беспилотники, становятся все более популярными для фотографирования сверху. БПЛА становятся дешевле и легче летать с каждым днем.

Небольшая, легкая и прочная камера GoPro кажется идеальной камерой для установки на БПЛА. Недостатком является то, что камера (даже в режиме среднего поля зрения) имеет довольно широкоугольный объектив, а широкоугольные объективы плохо подходят для аэрофотограмметрии. Чтобы успешно использовать GoPro Hero 3 Black в БПЛА / аэрофотосъемке, вам необходимо: а) полететь относительно низко, б) попробовать настройку среднего фото в режиме FOV, в) сделать фотографии относительно близко друг к другу (маленькие углы и сильный перекрытие), d) использовать квадрокоптер или шестигранник (вместо неподвижного крыла), чтобы обеспечить успешный низкий полет и хорошее перекрытие, и e) направить камеру прямо на землю.

Как правило, проекты БПЛА / GoPro сложно осуществить. В большинстве случаев мы рекомендуем использовать другую камеру (фотокамеру dslr или фотоаппарат высокого разрешения с более узким объективом)

Резюме и рекомендации

GoPro Hero 3, хотя он не предназначен для использования в качестве фотограмметрической камеры, иногда может использоваться как камера с некоторым внимательным вниманием. Рекомендации:

• Используйте модель GoPro Hero 3 Black (или более позднюю версию с высоким разрешением).
• Используйте GoPro Hero 3 в одном из двух рекомендуемых режимов изображения (см. Режимы).
• Если вы планируете использовать GoPro Hero 3 в режиме видео, сначала подумайте, достаточно ли разрешение для вашей задачи (например, отметка цели).
• Откалибруйте камеру с помощью калибровки по нескольким листам подходящего размера (см. Калибровка).
• Для самых широких настроек FOV рассмотрите возможность добавления параметра K3 к калибровке.
• При выполнении проектов SmartMatch или DSM снимайте фотографии относительно близко друг к другу, особенно если поверхности не параллельны плоскости изображения.
• Используйте программное обеспечение PhotoModeler (версия 2013.0.2 или выше).

Похожие