Resumo:As câmaras com objetiva olho de peixe permitem aumentar o campo de visada da câmara, e consequentemente é amplamente empregada na robótica. O uso desse tipo de câmara em aplicações de alta acurácia na Fotogrametria a curta distância, exige a sua calibração. O objetivo principal é calibrar a câmara Fuji Finepix S3pro com a lente olho de peixe Bower-Samyang 8mm usando modelos matemático rigorosos. Modelos matemáticos baseados nas projeções perspectiva, estereográfica, equidistante, ortogonal e do ângulo equi-sólido foram implementados e usados nos experimentos. As lentes olho de peixe são geralmente fabricadas seguindo um dos quatro últimos modelos, e a lente Bower-Samyang 8 mm é baseada na projeção estereográfica. Os modelos matemáticos foram usados em conjunto com os modelos de distorções radial simétrica, descentrada e de afinidade. Experimentos foram realizados para verificar o conjunto de parâmetros de orientação interior adequado para descrever a geometria interna da câmara. O modelo matemático de colinearidade, baseado na projeção perspectiva, apresentou o resultado menos acurado. As lentes olho de peixe não são fabricadas conforme a projeção perspectiva, o que justifica esse resultado. Os resultados obtidos com as projeções estereográfica, equidistante, ortogonal e do ângulo equi-sólido não apresentam diferenças significativas, embora a lente olho de peixe Bower-Samyang tenha sido construída conforme a projeção estereográfica. Verificou-se também uma baixa correlação entre os parâmetros de orientação interior e exterior para a lente Bower-Samyang

Abstract:Fisheye lens cameras enable to increase the Field of View (FOV), and consequently they have been largely used in several applications like robotics. The use of this type of cameras in close-range Photogrammetry for high accuracy applications, requires rigorous calibration. The main aim of this work is to present the calibration results of a Fuji Finepix S3PRO camera with Samyang 8mm fisheye lens using rigorous mathematical models. Mathematical models based on Perspective, Stereo-graphic, Equi-distant, Orthogonal and Equi-solid-angle projections were implemented and used in the experiments. The fisheye lenses are generally designed following one of the last four models, and Bower-Samyang 8mm lens is based on Stereo-graphic projection. These models were used in combination with symmetric radial, decentering and affinity distortion models. Experiments were performed to verify which set of IOPs (Interior Orientation Parameters) presented better results to describe the camera inner geometry. Collinearity mathematical model, which is based on perspective projection, presented the less accurate results, which was expected because fisheye lenses are not designed following the perspective projection. Stereo-graphic, Equi-distant, Orthogonal and Equi-solid-angle projections presented similar results even considering that Bower-Samyang fisheye lens was built based on Stereo-graphic projection. The experimental results also demonstrated a small correlation between IOPs and EOPs (Exterior Orientation Parameters) for Bower-Samyang lens.

Os recursos de automação têm facilitado a utilização da Fotogrametria Digital em várias aplicações. Um processo complexo e crítico em Fotogrametria, a calibração de câmaras, pode ser realizado automaticamente, existindo programas comerciais com essa capacidade. Dentre os métodos de calibração, destaca-se o método de calibração de campo, usando conjunto de pontos bidimensionais ou tridimensionais. Alguns programas comerciais utilizam um modelo de campo bidimensional (Placa 2D) que possibilita o reconhecimento automático de alvos, como por exemplo, o PhotoModeler. Entretanto, o campo de calibração tridimensional pode ser mais adequado para algumas aplicações, como por exemplo, para a modelagem tridimensional de objetos. No intuito de avaliar a influência nos parâmetros de orientação interior decorrente do uso de campos 2D ou 3D, foram realizadas 3 calibrações, utilizando 2 campos 2D e 1 campo 3D, as quais foram processadas em programas comercial e científico (PhotoModeler e Calibração com Múltiplas Câmaras). A forma de análise dos resultados consistiu em uma análise comparativa entre as calibrações, pelo estudo de influência dos Parâmetros de Orientação Interior (POI) na reconstrução de coordenadas de alvos sinalizados em um tripleto de imagens. Foram simuladas duas situações distintas (orientação exterior direta e indireta) e por fim, verificou-se o impacto dos POI nas coordenadas no plano e fora deste plano. A calibração com campo 3D, se comparada à calibração com o campo 2D, permitiu redução de correlação entre a distância focal e a coordenada Z do centro perspectivo (Z0). Verificou-se esse resultado na orientação direta e indireta. Observou-se, também, que o método de calibração 3D leva a melhores resultados no cálculo das coordenadas do tripleto de imagens para os alvos fora do plano.

Automation resources have been used in Digital Photogrammetry in various applications. A complex and critical process in Photogrammetry, the camera calibration, can be performed automatically. Among the methods for camera calibration, field calibration using a set of two-dimensional or three-dimensional points can be mentioned. Some commercial software uses a 2D plotted sheet, which allows the automatic recognition of targets, such as Photomodeler. However, the three-dimensional calibration field can be more suitable for certain applications, for example, three-dimensional object modeling. Thus, it is relevant to assess the effects of the interior orientation parameters, resulting from the use of these techniques, in particularly to correlation between parameters. For this purpose, three calibrations trials were performed using three different test fields (two 2D fields and one 3D field), processed in commercial and scientific software's (Photomodeler and Calibração com Múltiplas Câmaras).The results were analyzed by comparing calibrations, assessing the influence of the interior orientation parameters in the reconstruction of targets coordinate in an image triplet. Two different situations (direct and indirect exterior orientation) were simulated and it was verified the impact of the interior orientation parameters in the in-plane and out-of-plane coordinates. The calibration with 3D field, compared to 2D field, reduced the correlation between the focal length and the Z coordinate of the perspective center, showing better results for the correlation between parameters in both orientations (direct and indirect). It was also observed better results when using 3D calibration field for the calculation of out-of-plan targets coordinates.

Informações de controle terrestre são fundamentais para as aplicações fotogramétricas. Independentemente do tipo de controle utilizado, um passo interativo é ainda exigido para determinar as coordenadas imagem de pontos de apoio. Esta abordagem propõe uma técnica automática para orientar e ortorretificar imagens terrestres de pontos de apoio. As ortoimagens podem ser utilizadas como cenas de controle em algoritmos de correspondência para orientar imagens aéreas ou orbitais. O método emprega um alvo de controle acoplado a um receptor Global Navigation Satellite System (GNSS) para o levantamento de pontos de apoio. Imagens dos pontos são coletadas em posição nadiral e em diferentes alturas com uma câmara panorâmica. Um modelo multiescala é gerado e orientado usando pontos de enlace e os cantos do alvo como pontos de apoio. As coordenadas 3D destes pontos de enlace são determinadas automaticamente por intersecção de raios. Um Modelo Digital de Terreno (MDT) local é produzido para ortorretificar a área com centro no ponto de apoio. Experimentos foram realizados em pequenas áreas com variações em altitude. As coordenadas geradas automaticamente foram comparadas com amostras coletadas por medições topográficas, e os resultados demonstraram que as áreas foram reconstruídas com erro médio quadrático inferior a 2 cm em altimetria, o que é compatível com a aplicação proposta de geração de cenas de controle.

Ground control information is essential for photogrammetric applications. No matter the type of control, a manual interactive step is still required to locate image coordinates of Ground Control Points (GCPs). This approach proposes an automatic technique to orientate terrestrial images of GCPs and to generate ortho-images. These ortho-images can be used as control scenes in matching algorithms to orientate aerial and orbital images. The method uses a control target attached to the Global Navigation Satellite System (GNSS) receiver while a GCP is surveyed. GCP images are collected in nadir view and at different heights. A multi-scale model is generated and oriented using tie points and the target as control. The tie point coordinates are automatically determined by intersection of rays. A local Digital Terrain Model (DTM) is produced to orthorectify the area with centre at the GCP. Experiments were performed using small areas with elevation variations. The estimated 3D coordinates were compared to corresponding samples collected by topographic measurements, and the results showed a root mean square errors less than 2 cm in Z coordinate for the reconstructed areas, which is compatible with the target applications.