Calibração geométrica de uma câmara hiperespectral com determinação simultânea do desalinhamento entre os sensores - Santos, Lucas Dias [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
O recente desenvolvimento de sensores hiperespectrais leves e de custo relativamente baixo criou uma nova perspectiva para as aplicações de sensoriamento remoto. Neste trabalho procurou-se investigar alguns aspectos da calibração geométrica de uma câmara hiperespectral de quadro. O principal componente desta câmara, que permite a aquisição de imagens nos diferentes comprimentos de onda, é o Interferômetro de Fabry –Perot (FPI). Este interferômetro é composto de duas placas plano-paralelas, com faces internas espelhadas, sendo os comprimentos de onda, por ele transmitidos, função da separação entre as placas (air-gap). A radiação que incide neste tipo de câmara passa inicialmente pelo conjunto óptico e depois pelo interferômetro FPI, sendo redirecionada para dois sensores por meio de um prisma de divisão de feixe. Estudos preliminares mostraram que há variações significativas entre os parâmetros de orientação interior das diferentes bandas, tanto entre bandas de um mesmo sensor, quanto entre bandas de sensores diferentes e que estas variações devem-se ao princípio de aquisição da câmara, além de um suposto desalinhamento entre os sensores. Discrepâncias da ordem de duas dezenas de pixels foram obtidas comparando fotocoordenadas medidas em bandas distintas. Nesta pesquisa duas propostas para a calibração desta câmara foram desenvolvidas: a primeira foi baseada em mudanças no modelo matemático de calibração, aplicando a restrição de se obter apenas um conjunto de parâmetros de orientação exterior por hibercubo, adicionando parâmetros relacionados ao desalinhamento entre os sensores, bem como parâmetros de uma função linear relacionando a distância focal da câmara e os valores de comprimento de onda; e a segunda foi baseada no registro prévio das bandas a uma banda eleita previamente como referência. A aplicação dos parâmetros estimados com as duas abordagens permitiu reduzir a discrepância entre fotocoordenadas medidas em diferentes bandas a valores menores que um pixel. A utilização destes parâmetros na fototriangulação de imagens aéreas obtidas por um VANT reduziu de 20 a 30% o REQM dos pontos de verificação para a primeira abordagem e, de 30 a 50% para a segunda. Desta forma, foi possível, portanto, obter resultados que permitem tornar o uso desta câmara mais prático, uma vez que apenas um conjunto de POI é necessário para seu uso na reconstrução tridimensional.

The recent development of lightweight and low-cost hyperspectral sensors has created a new perspective for remote sensing applications. The purpose of this work is to investigate some aspects of the geometric calibration of a hyperspectral frame camera. The main component, which enables the image acquisition at different wavelengths, is the Fabry-Perot interferometer. This interferometer consists of two plan-parallel plates, with internal reflective surfaces, and the transmitted wavelengths are function of the separation between the plates (air-gap). The radiation incident on this type of camera passes initially through the optical set and after through the FPI interferometer, being redirected to two sensors by means of a beam splitting prism. Preliminary studies have shown that there are significant variations between the interior orientation parameters of the different bands in both cases, either between bands of the same sensor, or between bands of different sensors and that these variations are due to the principle of acquisition of the camera, besides a supposed misalignment between the sensors. Variations around two dozen of pixels were obtained comparing measures of photocoordinates in different bands. In this research two proposals for the calibration for this camera were developed: the first was based on changes in the mathematical model of calibration, applying the restriction of obtaining only one set of exterior orientation parameters by hypercube, adding parameters related to the misalignment between the sensors, as well as parameters of a linear function relating the focal length of the camera and the values of wavelengths; and the second consisted on prior registration of bands to a reference band. The application of the estimated parameters with these two approaches allowed reducing the variations between photocoordinates measured in different bands at values smaller than one pixel. The use of these parameters in phototriangulation of aerial images obtained by a UAV reduced the RMSE of check points by 20 to 30% for the first approach and from 30 to 50% for the second one. In this way, it was possible to obtain results that make the use of this camera more practical, since only a set of IOP are required for its use in three-dimensional reconstruction.
Geometric calibration of a hyperspectral camera with simultaneous determination of sensors misalignment
Keywords: Calibração de câmaras; Imageamento hiperespectral; Câmara de quadro; Registro de bandas; Desalinhamento entre sensores; Camera calibration; Hyperspectral imaging; Frame camera; Band registration; Misalignment between sensors