IWT-TETRA PROJECT GEBRUIKERSGROEPVERGADERING II 27 MAART 2013

IWT-TETRA PROJECT 120162

GEBRUIKERSGROEPVERGADERING II 27 MAART 2013 1

AGENDA • Voorstelling van de resultaten uit WP1 Verkenning van 3D Fotogrammetrie • Stand van zaken en eerste resultaten uit WP2 “Gevalstudies” • Toelichting masterproeven die kaderen binnen het onderzoeksluik van 3D4SURE • Voorstelling PhD onderzoek Bas Altena • Enkele administratieve afspraken

2

STATUS Project

Afgerond Lopende Opgestart

3

WP1 Enquête • Doel − Noden vanuit de sector − Tekortkomingen van de techniek

• 300 vs 24 − Indicatie onbekendheid fotogrammetrie?

4

WP1 Enquête Besluiten •Noden: − − − − − − −

Weinig vraag naar vernieuwing door klant Grote toepasbaarheid: veelzijdigheid is belangrijk Efficiëntie meetwerk in-situ Nauwkeurigheid moet verzekerd kunnen worden Gebruiksvriendelijke software Voldoende opvolging door producent: opleiding Zelf controle behouden over type output: 2D vs 3D

•Tekortkomingen 5

WP1 Enquête Besluiten • Noden • Tekortkomingen: − Weinig gebruiksvriendelijk, moeilijke start − Nood aan betaalbare opleiding − Niet altijd controle over eindresultaat (automatische software pakketten) − Grootste vraagtekens: nauwkeurigheid en betrouwbaarheid

6

WP1 Software • Vergelijkend onderzoek − Overzicht op de markt zijnde verwerkingspakketten − Toepassingsmogelijkheden

• Matrix − Op website 3D4SURE

7

8

WP1 Software Besluit • Duiding keuze softwarepakketten − − − −

Agisoft Photoscan

PhotoModeler Scanner

Pix4UAV Pix4D

123D Catch Autodesk

Inpho

3.500$

2.300€

15.000€

gratis

demo’s

close-range en aerial automatisch

close-range

aerial

aerial

semi-automatisch of manueel software

automatisch

close-range en aerial automatisch

software en cloud service

software en cloud service

software

software

9

Uiteenlopende investeringskost Aerial vs close-range Automatisch, semi-automatisch, manueel Nieuwe producent vs gevestigde waarde Dienstverlening vanuit de gebruikersgroep Strabo Geo ID Aurea Imaging dienstverlening

WP1 Software Besluit • Duiding keuze softwarepakketten Agisoft photoscan − 3.500 dollar − Desktop versie − Bekendheid aan het winnen bij een aantal sectoren − Doet aan active development via een forum − Levert goede resultaten

10

WP1 Software Besluit • Duiding keuze softwarepakketten Photomodeller scanner − 2.300 euro − Desktop versie − Heeft al veel ervaring en achtergrondkennis − Nu ook automatisch via smartmatch (tot vorig jaar enkel manueel) − De manuele functies zijn nog altijd mogelijk − Kalibratie is vereist

11

WP1 Software Besluit •Duiding keuze softwarepakketten Pix4UAV van Pix4D −15.000 euro −Desktop versie −Vooral voor aerial fotogrammetrie: UAV’s −GPS-coördinaten nodig, bij gewone camera’s kan dit met een gpslogger opgelost worden

12

WP1 Software Besluit •Duiding keuze softwarepakketten Autodesk 123D catch −Gratis −Bekend product, geniet belangstelling bij verschillende sectoren −Cloud service −Geen export van orthophotos −Kan meestal niet meer dan 50 foto’s verwerken −Alle foto’s worden tot 3 mp gedownscaled

13

WP1 Software Besluit •Duiding keuze softwarepakketten Inpho’s Photogrammetric System −Demo’s −Desktop versie −Enkel aerial fotogrammetrie: lucht- en satellietfoto’s −Export van orthophotos

14

WP1 Software BESLUIT • Duiding keuze softwarepakketten • Dienstverlening vanuit de gebruikersgroep Strabo Orbit Geospatial Technologies Virtual Surveyor GeoID Aurea Imaging

15

WP1: Hardware • Overzicht op website

16

WP1: Regelgeving Voorwaardes:

17

-

Toestemming van grondbezitters

-

Verzekering van toestel en bedrijf (b.v. flightplus)

-

Gebruikte luchtruim is niet verboden

-

Rapport over specificaties en onderhoud van toestel

-

Toestemming van Directoraat Generaal Luchtvaart

-

Opdracht is afkomstig van Ministeries, Onderwijsinstellingen, of is een testvlucht. Commerciële vluchten zijn nog niet toegestaan

WP1: Regelgeving Vooruitzicht:

18

-

Overgaan naar transparanter systeem, niet één persoon met teken bevoegdheid

-

Gecertificeerd bedrijf, piloot en vliegtuig

-

Inrichting van vliegvelden om examens en testen op te doen

-

Jaarlijkse keuring

OVERZICHT WP2: GEVALSTUDIES

Gevalstudies gebruikersgroep?

19

WP2 - Volumeberekening Terrestrische metingen - Tracé van ong. 60 meter in zandgroeve Doelstellingen:

- Toegevoegde waarde van fotografische paal - Afhankelijkheid van plaatsing en hoeveelheid grondpunten

Masterproef

20

MASTERPROEF Georeferentie in 3D fotogrammetrie • Primair doel − # GCP − Ligging GCP

• Secundair doel − Georeferentie methode − Netwerk opbouw 21

MASTERPROEF • Praktijk − Locatie: Zandgroeve te Tielt-Winge

22

MASTERPROEF • Praktijk − 44 targets H = 1m / 1,5m / 2m

− Meting − GPS − Totaalstation − Foto − Één standplaats

− Fotopaal

23

MASTERPROEF • Verwerking − Coördinaten targets Targets bovenaan helling Targets onderaan helling

− Camera calibratie  Matlab − Verwerkingssoftware  Photoscan (Agisoft) 24

MASTERPROEF • Resultaat − RMSE (Root Mean Square Error) <<< − Scenario − Georeferentie methode − Netwerk opbouw

25

WP2 - Volumeberekening Methodiek: Onafhankelijke datasets: -

Breeklijnen m.b.v. Totaalstation

-

Tachymetrie op targets

-

Puntenwolk van laserscan

Resultaat: relatieve én absolute vergelijking

26

WP2 - Volumeberekening Lucht opnames over de groeve:

Doelstellingen: -

Vergelijkende studie van twee type platformen (vaste vleugel & multirotor)

-

Kwaliteit van producten vanuit verschillende verwerkingen bekijken

Uitvoering (inwinning): OrbitGIS Microcopter, Gatewing X100 & Swinglet Ebee

Laten vliegen over zandgroeve. De omgeving ligt vol met grondcontrole en testpunten. Daarbij wordt de tijd bij-

gehouden voor het operationeel maken en vliegen.

27

WP2 - Volumeberekening Uitvoering (verwerking):

- Meerdere software pakketen (Pix4UAV, Strabo, Photoscan) - Subpixel absolute orientatie door middel van paal fotografie

- Subpixel test punt metingen op grondpunten

28

WP2 - Volumeberekening Luchtopnames – Wenduinen strand gevlogen met een Gatewing, voor Jan de Nul

Doelstelling: Grenzen opzoeken van homogeen reflecterende massa’s, zoals grind,

zand, sneeuw, etc.

29

WP2 - Volumeberekening Fotogrammetrie is gebaseerd op overeenkomstigheid op twee beelden. Vertaald naar computers is dit geformuleerd door kruis correlatie (NCC). Alle software is hierop gebouwd. Dus als een kwaliteitsmeter beschreven kan worden voor de NCC, kan op voorhand voorspeld worden of een meting mogelijk is (ongeacht de software!).

30

WP2 - Volumeberekening

31

WP2 - Volumeberekening Controle:

Het Digitaal Hoogte Bestand kan aangeven of de hypothese en voorspelling klopt. Over hetzelfde gebied is een

32

WP2 - Volumeberekening Oplossing:

Niet de eerste keer dat dit overkomt, mijn scriptie was geheel gewijd aan het schatten van topografie over sneeuwvelden. Gebruikmakend van shape-fromshading of fotoclinometrie. Bij een geweten reflectiemodel kan zo’n zelfde methodiek wellicht positief worden toegepast op het strand.

33

WP2 – 3D Gebouwmodellen -

34

Link met wetgeving

WP2 – 3D Gebouw - Terrestisch Traditioneel was dit enkele paspunten per fotopaar Automatische detectie van corresponderende punten: 459 juiste paspunt koppels 521 negatieve paspunt koppels Fout detectie maakt gebruik van robuste statistiek (M-schatting of RANSAC), in plaats van datasnooping (w-toets, f-toets).

35

WP2 – 3D Gebouw - Terrestisch Resulteert in een enorme puntenwolk,

die wordt verbonden tot een triangulatie netwerk

36

WP2 – 3D Gebouw Het modelleren van gebouwen, via CityGML, kan in verschillende maten van detail worden beschreven (“Level of Detail”); Level0 – Een regionaal model, bijvoorbeeld een digitaal terrein model Level1 – Stadsmodel, geconstrueerd uit blokken, zonder dak structuur Level2 – Stadsmodel, getextureerd met een gecompliceerd dak formaat Level3 – Stads of gebouwmodel, met inbegrepen gedetailleerde architectuur Level4 – Interieur model, een “doorloopbaar” model Voor UAV fotogrammetrie lijkt Level2 haalbaar

37

WP2 – 3D Gebouw – Luchtopname Een methodiek is al ontwikkeld aan de KU Leuven (Moons et al. ‘98).

-

deze trianguleert eerst een opname,

-

vindt prominente lijnen,

-

verbindt deze topologisch tot een detail van LOD2

Echter moet het van te voren bekend zijn waar het gebouw zich bevindt. • nu manueel • toekomst…

38

WP2 – 3D Gebouw – Luchtopname Doelstelling:

Ontwikkeling van een slim algoritme om huizen te detecteren. Methodiek: Door omvalling als uitgangspunt te nemen kan de inclinatie van een dak berekend worden, door te kijken naar de affiene vervormingsparameters. Dataset: Luchtopnames van het Duitse Vaihangen. Afkomstig van German Society for Photogrammetry, Remote Sensing and Geoinformation (DGPF)

39

WP2 – 3D Gebouw – Luchtopname Uitgangspunt methodiek

Output: Matlab code

40

WP2 –

41

Industriële sites

-

CDN

-

Horen naar mogelijkheden, nabije toekomst

WP2 – •

•

•

42 ?

3D reconstructies in archeologie

Oppervlakteonderzoek aan ring rond Brecht

−

Al begonnen

−

Grootte: 7 hectare

−

Fotogrammetrie kan geen echte meerwaarde bieden

Opgraving Cyprus −

Al begonnen

−

Grootte: 0,1 hectare

−

Opgraving van site uit laat bronzen tijdperk

Opgraving naast de kerk van St-Pauwels −

Start in maart 2013

−


−

Geen vondsten in de vlakopgraving

−

Weinig waardevolle recente graven in sleufopgraving

WP2 – •

•

43 ?

3D reconstructies in archeologie

Opgraving in Deinze Woltergem −

Start in april 2013

−


−

Opgraving van fundamenten van een romeins gebouw

Opgraving bij project Spelver in Bilzen −

Start in juli 2013

−

Grootte: 5 hectare

−

Sporen van ijzertijdnederzetting

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen • 5 vragen

44 ?

•

Welk type camera gebruiken?

•

Hoe foto’s maken?

•

Welke softwarepakket gebruiken?

•

Hoe werkt de software?

•

Welke nauwkeurigheid kan gerealiseerd worden?

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen •

45 ?

De Onze Lieve Vrouwekerk van Alsemberg −

Een moeilijk bereikbare gevel (5 a 6 meter tot bebouwing)

−

Veel inspringende en uitstulpende vlakken (zijbeuken en steunberen)

−

Veel ornamentering


46 ?

De Onze Lieve Vrouwekerk van Alsemberg −

Een moeilijk bereikbare gevel (5 a 6 meter tot bebouwing)

−

Veel inspringende en uitstulpende vlakken (zijbeuken en steunberen)

−

Veel ornamentering

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen • Welk type camera gebruiken?

47 ?


48 ?

vergelijking camera’s

−

Consumenten camera: Canon s90

−

Prosumer camera: Canon G9

−

Professionele spiegelreflex camera: Canon D5

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen

49 ?

−

Canon s90

−

Prijs: 400 euro

−

Sensor: 3648 x 2736 pixel

−

Isowaarde: 200

−

F-getal: f/4

−

Sluitertijd: 1/320


50 ?

−

Canon G9

−

Prijs: 575 euro

−


−

Isowaarde: 80

−

F-getal: f/7.1

−

Sluitertijd: 1/40


51 ?

−

Canon D5

−

prijs: 2250 euro

−


−

Isowaarde: 100

−

F-getal: f/22

−

Sluitertijd: 1/10


52 ?

conclusie

−

Louter visueel heeft de camerakeuze een matige impact aangezien de goedkopere modellen tegenwoordig ook over een hoge resolutie beschikken.

−

Qua nauwkeurigheid moet er ook rekening mee gehouden worden dat in de algoritmes al voor een stuk smoothing wordt toegepast.

−

In theorie hangt veel af van de GSD en hoe de resolutie wordt gebruikt in de software.

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen • Hoe foto’s maken?

53 ?


54 ?

Uitwerken van aandachtspunten voor foto opnames −

Camera-instellingen

−

Trillingen vermijden

−

Weersomstandigheden

−

Praktische aandachtspunten

−

Ground sampling distance


Camera-instellingen

Geen flits

Witbalans continu houden

Goede belichting

Aangepaste sluitertijd

Iso-waarde laag Diafragma-waarde hoog (kleine opening)

Scherpe foto’s

Resolutie hoog Brandpuntafstand continu houden

55 ?


Trillingen vermijden

Statief gebruiken Trillingen vermijden

Timer-functie gebruiken (bvb 2 sec of 10 sec)

Image stabilization uitzetten !

56 ?


weersomstandigheden

Maak de foto’s bij een bewolkte hemel

Vermijd neerslag Vermijd wind

57 ?

Gelijkmatige en diffuse belichting


58 ?


Plan de foto opname op voorhand

Oblieke foto’s vermijden

Beter te veel foto’s dan te weinig foto’s

Foto’s goed kadreren

Foto’s in situ nakijken op kwaliteit

Afstand tussen foto’s circa 1/10 van afstand tot object (afh. van lens)

Foto’s niet nabewerken alvorens in de software te importeren

Een overlap van 60% tussen opeenvolgende foto’s



Vermijd bewegende onderdelen (bvb auto’s) Vermijd occlusie

Is elk punt bereikbaar vanaf een voldoende afstand?

59 ?

Vermijd reflecterende oppervlakken

Vermijd transparante oppervlakken Vermijd homogene oppervlakken


Ground sampling distance (GSD)

- D: afstand tot object (in mm) - f: de brandpuntsafstand (in mm) - Nw: aantal pixels in de breedte van de foto - CCDwidth: sensorbreedte (in mm)

60 ?


Ground sampling distance (GSD)

 Canon G9 (CCD: 7,53 x 5,64 mm)  foto genomen vanop 10 meter afstand  resolutie op 12 MP (4000 x 3000)  brandpuntafstand: 35mm

RESULTAAT : 1 pixel = 0.54 mm in realiteit

61 ?


62 ?

Probleem: foto’s hebben te scherpe hoek naar boven toe en zien ook niet de hogere stukken van de gevel −

Stap 1: foto’s vanaf grond met statief op +- 1,60m

−

Stap 2: foto’s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m

−

Stap 3: foto’s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m en +- 9,00m

−

(Stap 4: foto’s met UAV)

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen −

63 ?

Stap 1: foto’s enkel vanaf grond met gewoon statief op +- 1,60m


64 ?



65 ?



66 ?

Conclusie

−

Op verschillende hoogtes fotograferen geeft een betere dekking van het object en dus een betere nauwkeurigheid voor de hogere gedeeltes (gelinkt aan de GSD)

−

Foto’s met oppervlakken die onder een te scherpe hoek zijn genomen worden best vermeden

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen • Welke software gebruiken?

67 ?


68 ?

•

Zie de vergelijkingstabel van de verwerkingspakketten

•

Aankoop van 3 softwarepakketten en 1 gratis pakket −

Autodesk 123D catch

−

Agisoft Photoscan

−

Photomodeler scanner

−

Pix4UAV

−

(Combinatie van laserscanning met fotogrammetrie)

WP2 – Erfgoed_Gevelopmetingen • Hoe werkt de software?

69 ?


Workflow Agisoft photoscan Oriëntatie foto’s

Geometrie berekenen (dense matching) Controlepunten toevoegen (ingemeten met totalstation)

Geometrie berekenen (dense matching)

Exporteren orthofoto of texturering 3Dmodel

70 ?

Foto’s uitzuiveren

WP4 – Evalueren van 3D-model • Welke nauwkeurigheid kan gerealiseerd worden?

71 ?

WP4 – Evalueren van 3D-model •

•

72 ?

Hoe de resultaten vergelijken? −

Een standaard coördinatenstelsel voor het maken van de orthofoto

−

Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en orthofoto uit laserscan

−

Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips

−

Vergelijken van mesh verkregen door fotogrammetrie en mesh door laserscan

−

Vergelijken van efficiëntie (kosten en tijdsduur) tussen de verschillende methodes

Daarnaast zal ook de combinatie van laserscanning en fotogrammetrie getest worden

WP4 – Evalueren van 3D-model −

73 ?

Een standaard coördinatenstelsel voor het maken van de orthofoto


74 ?

Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en orthofoto uit laserscan


75 ?

Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips


Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips (foto’s vanaf grond met statief op 1,60m)

76 ?



77 ?



78 ?


Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips (foto’s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m)

79 ?



80 ?



81 ?


Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips (foto’s vanaf grond en met paalstatief op +-6,00m en +- 9,00m)

82 ?



83 ?



84 ?


85 ?

Vergelijken van mesh verkregen door fotogrammetrie en mesh door laserscan


Vergelijken van efficiëntie (kosten en tijdsduur) tussen de verschillende methodes

1.

Foto-opname

1.

1.

Total station opmeting van relevante punten

Systematische foto-opname

1.

2.

Systematische fotoopname

Laserscan van object

2.

2.

(Rectificatie van foto’s)

Laserscan van object

2.

3.

Total station opmeting van controlepunten

Nabewerking van laserscan

3.

3.

4.

Uittekenen van plannen

Fotogrammetrische nabewerking

Fotogrammetrisch e nabewerking

plan

86 ?

orthofoto

orthofoto

orthofoto


87 ?

Combineren van laserscanning en fotogrammetrie


88 ?



89 ?



90 ?


WP2 – Imaging Total Stations •

•

•

91 ?

Leica viva ts15 i in combinatie met Elcovision 10 software −

5 megapixel camera (boven de optische as)

−

Software: Elcovision 10

Trimble VX spatial station −

3,1 megapixel camera (onder de optische as)

−

Software: Trimble business centre

Topcon IS

−

2 x 1,3 megapixel camera (1 telezoom in optische as en 1 wideangle boven de as)

−

Software: Imagemaster

WP6 Technologie verspreiding 1. Opleidingdag Terrestrische fotogrammetrie • Fotogrammetrische data inwinning & verwerking met PIX4D/Agisoft • Locatie: Kasteelpark Arenberg – KULeuven • Wanneer: juni 2013 • Doelpubliek: landmeters (gratis voor gebruikersgroep) • To be announced 2. Onderwijs integratie • Masterproef “ Georeferentie in 3D fotogrammetrie” • Masterproef “Automatische planextractie uit 3D fotogrammetrie”

92

WP6 Technologie verspreiding

Masterproef: Automatische planextractie uit 3D fotogrammetrie

93

Doelstellingen • Genereren van een zo nauwkeurig mogelijk 3d model in AutoCAD 

94

Tachymeter hoeft niet meer gebruikt te worden

Blokkendiagram aanpak

95

Verkrijgen ruw model • Structure from motion – – – –

96

Arc3D Catch 123d VisualSFM Bundler


97

Lijndetectie

98


99

Planning Project Afgerond: Rapport

Tot zomer 2013

Na zomer 2013: onderzoeksluik

Opleidingsdag: Juni 2013

10 100 0

PRAKTISCHE AFSPRAKEN • IWT e-tool “gebruikerspoll” − verzamelt via online bevraging feedback na elke vergadering

• Erkenning vergadering als Permanente Vorming • Co-financiering - Facturen

10 101 1

CONTACTGEGEVENS • EAVISE: −

− −

Liesbet Cockx • [email protected] • 015/31 69 44 Toon Goedemé • Toon.goedemé@lessius.eu Bas Altena • [email protected]

• KAHOSL: −

−

10 102 2

Bjorn Van Genechten • [email protected] • 09/265 86 10 Wouter Dreesen • [email protected]

IWT-TETRA PROJECT GEBRUIKERSGROEPVERGADERING II 27 MAART 2013

Recommend Documents