Resumo: Este trabalho apresenta uma avaliação experimental de alvos fotogramétricos e técnicas de localização subpixel em imagens com baixo contraste como as adquiridas por câmaras hiperespectrais de quadro. Oito padrões de alvos com diferentes formas, fundos e tamanhos foram testados. O objetivo foi identificar um padrão distinguível ótimo para ser usado como ponto de controle em levantamentos aéreos hiperespectrais em pequenas áreas com escassez de feições identificáveis, como em áreas rurais. Três técnicas automáticas para extrair o centro do alvo foram comparadas: centroide ponderado, template matching e intersecção de linha. Para avaliação, imagens hiperespectrais dos alvos foram coletadas em um campo de calibração terrestre 3D. Imagens RGB também foram capturadas para referência e comparação. Alguns experimentos foram conduzidos para avaliar a acurácia sub-pixel. Ajustamento em bloco foi usado nos experimentos, e distâncias verticais e horizontais foram diretamente medidas no campo para verificação. Um experimento com levantamento aéreo também foi realizado para empregar o alvo ótimo. As análises de resíduos e discrepâncias indicaram que um alvo circular foi o melhor indicado para o apoio de campo, considerando as condições em que o alvo é formado por um mínimo de pixels na imagem.

Abstract: This paper presents an experimental assessment of photogrammetric targets and subpixel location techniques to be used with low contrast images such as images acquired by hyperspectral frame cameras. Eight different target patterns of varying shape, background, and size were tested. The aim was to identify an optimum distinctive pattern to serve as control point in aerial surveys of small areas using hyperspectral cameras when natural points are difficult to find in suitable areas. Three automatic techniques to identify the target point of interest were compared, which were weighted centroid, template matching, and line intersection. For assessment, hyperspectral images of the set of targets were collected in an outdoor 3D terrestrial calibration field. RGB images were also acquired for reference and comparison. Experiments were conducted to assess the accuracy at the sub-pixel level. Bundle adjustment with several images was used, and vertical and horizontal distances were directly measured in the field for verification. An experiment with aerial flight was also performed to validate the chosen target. The analysis of residuals and discrepancies indicated that a circular target is best suited as the ground control in aerial surveys, considering the condition in which the target appears with few pixels in the image.

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.