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Correção da distorção geométrica em ortomosaicos de imagens ópticas obtidas por RPA, causada por variações no ângulo de guinada, por meio do método paramétrico de transformação projetiva, com derivação dos termos da matriz de rotação RΨ

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2020.

Main Author: Gamba, Sérgio Roberto Horst
Other Authors: Sano, Edson Eyji
Format: Tese
Language: Português
Published: 2021
Subjects:
Aerolevantamento
Aeronaves remotamente pilotadas
Estatística espacial
Correção geométrica
Online Access: https://repositorio.unb.br/handle/10482/40572
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id ir-10482-40572
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spelling ir-10482-405722021-04-20T00:42:47Z Correção da distorção geométrica em ortomosaicos de imagens ópticas obtidas por RPA, causada por variações no ângulo de guinada, por meio do método paramétrico de transformação projetiva, com derivação dos termos da matriz de rotação RΨ Gamba, Sérgio Roberto Horst Sano, Edson Eyji horstthessgam@gmail.com Aerolevantamento Aeronaves remotamente pilotadas Estatística espacial Correção geométrica Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2020. Aeronaves pilotadas remotamente (RPA) têm sido utilizadas como plataformas de baixo custo nas atividades de aerolevantamentos, principalmente para imageamentos ópticos. O objetivo deste trabalho é corrigir, por meio do método matemático paramétrico de transformação projetiva com derivação dos termos da matriz de rotação R𝜓 (guinada), erros geométricos causados pelas variações nos ângulos de guinada em ortomosaicos não corrigidos de imagens ópticas obtidas por RPA, utilizando algoritmo de rotação de imagem em linguagem de programação Python. Foram selecionadas duas áreas-teste localizadas nos estados do Rio de Janeiro (área 1, relevo plano) e Minas Gerais (área 2, relevo ondulado). O RPA de asa-fixa de classe 3 utilizado neste projeto foi o PT-UAV, pertencente à empresa Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A. O sensor empregado foi a câmera Alfa Nex 3 Sony, com resolução máxima de 14 MPixels e distâncias focais de 16 mm e 35 mm. Para o registro dos pontos de apoio e de verificação, foi utilizado o receptor GPS Hiper da Topcon e a antena Hiper GD. A metodologia foi dividida em sete fases: a) planejamento e execução dos voos; b) determinação dos pontos de apoio e de verificação; c) geração dos ortomosaicos iniciais nos programas Agisoft Photoscan e E-Foto; d) avaliação do comportamento da distribuição espacial, normalidade e acurácia posicional das amostras, com análise de tendência e de precisão dos ortomosaicos iniciais com a aplicação do padrão de exatidão cartográfica (PEC) analógica e digital, que trata das especificações técnicas de aquisição de dados geoespaciais e vetoriais, utilizando o método disponível no aplicativo GeoPEC; e) criação matemática do método paramétrico de transformação projetiva com derivação dos termos da matriz de rotação R𝜓 e criação do algoritmo em linguagem de programação Python, capazes de minimizar erros geométricos; f) aplicação dos algoritmos de correção nos mosaicos iniciais e geração de novos ortomosaicos e modelos digitais de elevação no Agisoft Photoscan. Nesta fase, o E-Foto não foi utilizado, pois seu desempenho foi inferior ao Agisoft Photoscan; e g) nova avaliação no aplicativo GeoPEC. O método SfM do Agisoft Photoscan apresentou maior eficiência que a correlação de Pearson e o método dos mínimos quadrados do E-Foto na geração de modelos digitais de superfície. Os resultados finais revelaram melhores acurácias nas planimetrias das áreas 1 e 2. A área 1 corrigida apresentou menor erro médio quadrático (RMS), com uma escala maior de 1:1.000; também foi possível obter PEC A, analógico e digital. Apesar do relevo ondulado da área 2 corrigida, mantendo-se a mesma escala de 1:2.000, o RMS foi menor, com melhoria no PEC B para o analógico e PEC C para o digital; também obtiveramse as melhores acurácias nas altimetrias das áreas 1 e 2. A área 1 corrigida apresentou menor RMS, com uma equidistância menor de 60 metros; também foi possível obter PEC A, analógico e digital. Para a área 2 corrigida, mantendo-se a mesma equidistância de 50 metros e os PECs, o RMS foi menor. As avaliações foram com padrão disperso e distribuição normal, obtendo-se redução no resultado tendencioso ou resultado não tendencioso. Como conclusão, o modelo matemático proposto, por meio de um algoritmo específico na linguagem de programação Python, apresentou resultados significativos na redução do RMS e melhores PEC, analógico e digital. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Remotely piloted aircrafts (RPA) have been used as low-cost platforms in aerial survey activities, mainly for optical imaging. The objective of this work is to correct, by means of the parametric mathematical method of projective transformation with derivation of the terms of the rotation matrix R𝜓 (yaw), geometric errors caused by the variations in yaw angles in orthomosaic, uncorrected optical images obtained by RPA, using image rotation algorithm in Python programming language. We selected two test sites located in the states of Rio de Janeiro (area 1, flat relief) and Minas Gerais (area 2, wavy relief). The class 3, fixed-wing RPA used in this project was the PT-UAV belonging to the Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A. The sensor employed was the Alfa Nex 3 Sony camera, with a maximum resolution of 14 MPixels, focal lengths of 16 mm and 35 mm. For registration of support and verification points, the Topcon Hiper GPS receiver and the Hiper GD antenna were used. The methodology was divided in seven phases: a) planning and execution of flights; b) determination of support and verification points; c) generation of the initial orthomosaics in the Agisoft Photoscan and E-Foto software; d) evaluation of the initial orthomosaics in terms of the behavior of the spatial distribution, normality, and positional accuracy of the samples, with trend and precision analyzes, with the application of the standard analogical and digital cartographic accuracy, which deals with the technical specifications of acquisition of geospatial and vector data, using the method available in the GeoPEC application; e) mathematical creation of the parametric method of projective transformation with derivation of the terms of the R𝜓 rotation matrix and creation of the algorithm in Python programming language, capable of minimizing geometric errors; f) application of correction algorithms in the initial mosaics and generation of new orthomosaics and digital elevation models in Agisoft Photoscan; At this stage, E-Foto was not used, as its performance was inferior to Agisoft Photoscan; and g) new evaluation in the GeoPEC application. The SfM method of Agisoft Photoscan showed greater efficiency than Pearson’s correlation and the least squares method of E-Foto in the generation of digital surface models. The final results revealed better accuracy in the planimetry of areas 1 and 2. Corrected area 1 had a lower RMS, with a larger scale of 1: 1,000. It was also possible to obtain PEC A, analog and digital. Despite the corrugated relief of corrected area 2, maintaining the same scale of 1:2,000, the RMS was lower, with improvement in PEC B for analogic and PEC C for digital. A better accuracy in the altimetry of areas 1 and 2 was also obtained. The corrected area 1 had a lower RMS, with a shorter equidistance of 60 meters. It was also possible to obtain PEC A, analogic and digital. For the corrected area 2, keeping the same 50 meters equidistance and the PECs, the RMS was lower. The evaluations were with a dispersed pattern and normal distribution, obtaining a reduction in the biased or non-biased results. In conclusion, the proposed mathematical model, using a specific algorithm in the Python programming language, showed significant results in reducing RMS and better PEC, analogic and digital. 2021-04-20T00:42:47Z 2021-04-20T00:42:47Z 2021-04-19 2020-11-11 Tese GAMBA, Sérgio Roberto Horst. Correção da distorção geométrica em ortomosaicos de imagens ópticas obtidas por RPA, causada por variações no ângulo de guinada, por meio do método paramétrico de transformação projetiva, com derivação dos termos da matriz de rotação RΨ. 2020. 266 f., il. Tese (Doutorado em Geociências Aplicadas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020. https://repositorio.unb.br/handle/10482/40572 Português Acesso Aberto A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. application/pdf
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