Progress in industrial photogrammetry by means of markerless solutions

174 p.La siguiente tesis está enfocada al desarrollo y uso avanzado de metodologías fotogramétrica sin dianas en aplicaciones industriales. La fotogrametría es una técnica de medición óptica 3D que engloba múltiples configuraciones y aproximaciones. En este estudio se han desarrollado procedimientos de medición, modelos y estrategias de procesamiento de imagen que van más allá que la fotogrametría convencional y buscan el emplear soluciones de otros campos de la visión artificial en aplicaciones industriales. Mientras que la fotogrametría industrial requiere emplear dianas artificiales para definir los puntos o elementos de interés, esta tesis contempla la reducción e incluso la eliminación de las dianas tanto pasivas como activas como alternativas prácticas. La mayoría de los sistemas de medida utilizan las dianas tanto para definir los puntos de control, relacionar las distintas perspectivas, obtener precisión, así como para automatizar las medidas. Aunque en muchas situaciones el empleo de dianas no sea restrictivo existen aplicaciones industriales donde su empleo condiciona y restringe considerablemente los procedimientos de medida empleados en la inspección. Un claro ejemplo es la verificación y control de calidad de piezas seriadas, o la medición y seguimiento de elementos prismáticos relacionados con un sistema de referencia determinado. Es en este punto donde la fotogrametría sin dianas puede combinarse o complementarse con soluciones tradicionales para tratar de mejorar las prestaciones actuales

Milli-RIO: Ego-Motion Estimation with Low-Cost Millimetre-Wave Radar

Robust indoor ego-motion estimation has attracted significant interest in the last decades due to the fast-growing demand for location-based services in indoor environments. Among various solutions, frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar sensors in millimeter-wave (MMWave) spectrum are gaining more prominence due to their intrinsic advantages such as penetration capability and high accuracy. Single-chip low-cost MMWave radar as an emerging technology provides an alternative and complementary solution for robust ego-motion estimation, making it feasible in resource-constrained platforms thanks to low-power consumption and easy system integration. In this paper, we introduce Milli-RIO, an MMWave radar-based solution making use of a single-chip low-cost radar and inertial measurement unit sensor to estimate six-degrees-of-freedom ego-motion of a moving radar. Detailed quantitative and qualitative evaluations prove that the proposed method achieves precisions on the order of few centimeters for indoor localization tasks.Comment: Submitted to IEEE Sensors, 9page

High-precision 3D object capturing with static and kinematic terrestrial laser scanning in industrial applications-approaches of quality assessment

Abstract Terrestrial laser scanning is used in many disciplines of engineering. Examples include mobile mapping, architecture surveying, archaeology, as well as monitoring and surveillance measurements. For most of the mentioned applications, 3D object capturing in an accuracy range of several millimeters up to a few centimeters is sufficient. However, in engineering geodesy, particularly in industrial surveying or monitoring measurements, accuracies in a range of a few millimeters are required. Additional increased quality requirements apply to these applications. This paper focuses on the quality investigation of data captured with static and kinematic terrestrial laser scanning. For this purpose, suitable sensors, which are typically used in the approach of a multi-sensor-system, as well as the corresponding data capturing/acquisition strategies, are presented. The aim of such systems is a geometry- and surface-based analysis in an industrial environment with an accuracy of +/- 1-2 mm or better

Multi-environment Georeferencing of RGB-D Panoramic Images from Portable Mobile Mapping – a Perspective for Infrastructure Management

Hochaufgelöste, genau georeferenzierte RGB-D-Bilder sind die Grundlage für 3D-Bildräume bzw. 3D Street-View-Webdienste, welche bereits kommerziell für das Infrastrukturmanagement eingesetzt werden. MMS ermöglichen eine schnelle und effiziente Datenerfassung von Infrastrukturen. Die meisten im Aussenraum eingesetzten MMS beruhen auf direkter Georeferenzierung. Diese ermöglicht in offenen Bereichen absolute Genauigkeiten im Zentimeterbereich. Bei GNSS-Abschattung fällt die Genauigkeit der direkten Georeferenzierung jedoch schnell in den Dezimeter- oder sogar in den Meterbereich. In Innenräumen eingesetzte MMS basieren hingegen meist auf SLAM. Die meisten SLAM-Algorithmen wurden jedoch für niedrige Latenzzeiten und für Echtzeitleistung optimiert und nehmen daher Abstriche bei der Genauigkeit, der Kartenqualität und der maximalen Ausdehnung in Kauf. Das Ziel dieser Arbeit ist, hochaufgelöste RGB-D-Bilder in verschiedenen Umgebungen zu erfassen und diese genau und zuverlässig zu georeferenzieren. Für die Datenerfassung wurde ein leistungsstarkes, bildfokussiertes und rucksackgetragenes MMS entwickelt. Dieses besteht aus einer Mehrkopf-Panoramakamera, zwei Multi-Beam LiDAR-Scannern und einer GNSS- und IMU-kombinierten Navigationseinheit der taktischen Leistungsklasse. Alle Sensoren sind präzise synchronisiert und ermöglichen Zugriff auf die Rohdaten. Das Gesamtsystem wurde in Testfeldern mit bündelblockbasierten sowie merkmalsbasierten Methoden kalibriert, was eine Voraussetzung für die Integration kinematischer Sensordaten darstellt. Für eine genaue und zuverlässige Georeferenzierung in verschiedenen Umgebungen wurde ein mehrstufiger Georeferenzierungsansatz entwickelt, welcher verschiedene Sensordaten und Georeferenzierungsmethoden vereint. Direkte und LiDAR SLAM-basierte Georeferenzierung liefern Initialposen für die nachträgliche bildbasierte Georeferenzierung mittels erweiterter SfM-Pipeline. Die bildbasierte Georeferenzierung führt zu einer präzisen aber spärlichen Trajektorie, welche sich für die Georeferenzierung von Bildern eignet. Um eine dichte Trajektorie zu erhalten, die sich auch für die Georeferenzierung von LiDAR-Daten eignet, wurde die direkte Georeferenzierung mit Posen der bildbasierten Georeferenzierung gestützt. Umfassende Leistungsuntersuchungen in drei weiträumigen anspruchsvollen Testgebieten zeigen die Möglichkeiten und Grenzen unseres Georeferenzierungsansatzes. Die drei Testgebiete im Stadtzentrum, im Wald und im Gebäude repräsentieren reale Bedingungen mit eingeschränktem GNSS-Empfang, schlechter Beleuchtung, sich bewegenden Objekten und sich wiederholenden geometrischen Mustern. Die bildbasierte Georeferenzierung erzielte die besten Genauigkeiten, wobei die mittlere Präzision im Bereich von 5 mm bis 7 mm lag. Die absolute Genauigkeit betrug 85 mm bis 131 mm, was einer Verbesserung um Faktor 2 bis 7 gegenüber der direkten und LiDAR SLAM-basierten Georeferenzierung entspricht. Die direkte Georeferenzierung mit CUPT-Stützung von Bildposen der bildbasierten Georeferenzierung, führte zu einer leicht verschlechterten mittleren Präzision im Bereich von 13 mm bis 16 mm, wobei sich die mittlere absolute Genauigkeit nicht signifikant von der bildbasierten Georeferenzierung unterschied. Die in herausfordernden Umgebungen erzielten Genauigkeiten bestätigen frühere Untersuchungen unter optimalen Bedingungen und liegen in derselben Grössenordnung wie die Resultate anderer Forschungsgruppen. Sie können für die Erstellung von Street-View-Services in herausfordernden Umgebungen für das Infrastrukturmanagement verwendet werden. Genau und zuverlässig georeferenzierte RGB-D-Bilder haben ein grosses Potenzial für zukünftige visuelle Lokalisierungs- und AR-Anwendungen

Preparation and Integration of ALHAT Precision Landing Technology for Morpheus Flight Testing

The Autonomous precision Landing and Hazard Avoidance Technology (ALHAT) project has developed a suite of prototype sensors for enabling autonomous and safe precision land- ing of robotic or crewed vehicles on solid solar bodies under varying terrain lighting condi- tions. The sensors include a Lidar-based Hazard Detection System (HDS), a multipurpose Navigation Doppler Lidar (NDL), and a long-range Laser Altimeter (LAlt). Preparation for terrestrial ight testing of ALHAT onboard the Morpheus free- ying, rocket-propelled ight test vehicle has been in progress since 2012, with ight tests over a lunar-like ter- rain eld occurring in Spring 2014. Signi cant work e orts within both the ALHAT and Morpheus projects has been required in the preparation of the sensors, vehicle, and test facilities for interfacing, integrating and verifying overall system performance to ensure readiness for ight testing. The ALHAT sensors have undergone numerous stand-alone sensor tests, simulations, and calibrations, along with integrated-system tests in special- ized gantries, trucks, helicopters and xed-wing aircraft. A lunar-like terrain environment was constructed for ALHAT system testing during Morpheus ights, and vibration and thermal testing of the ALHAT sensors was performed based on Morpheus ights prior to ALHAT integration. High- delity simulations were implemented to gain insight into integrated ALHAT sensors and Morpheus GN&C system performance, and command and telemetry interfacing and functional testing was conducted once the ALHAT sensors and electronics were integrated onto Morpheus. This paper captures some of the details and lessons learned in the planning, preparation and integration of the individual ALHAT sen- sors, the vehicle, and the test environment that led up to the joint ight tests