Digital Multispectral Map Reconstruction Using Aerial Imagery

Advances made in the computer vision field allowed for the establishment of faster and more accurate photogrammetry techniques. Structure from Motion(SfM) is a photogrammetric technique focused on the digital spatial reconstruction of objects based on a sequence of images. The benefit of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) platforms allowed the ability to acquire high fidelity imagery intended for environmental mapping. This way, UAV platforms became a heavily adopted method of survey. The combination of SfM and the recent improvements of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) platforms granted greater flexibility and applicability, opening a new path for a new remote sensing technique aimed to replace more traditional and laborious approaches often associated with high monetary costs. The continued development of digital reconstruction software and advances in the field of computer processing allowed for a more affordable and higher resolution solution when compared to the traditional methods. The present work proposed a digital reconstruction algorithm based on images taken by a UAV platform inspired by the work made available by the open-source project OpenDroneMap. The aerial images are inserted in the computer vision program and several operations are applied to them, including detection and matching of features, point cloud reconstruction, meshing, and texturing, which results in a final product that represents the surveyed site. Additionally, from the study, it was concluded that an implementation which addresses the processing of thermal images was not integrated in the works of OpenDroneMap. By this point, their work was altered to allow for the reconstruction of thermal maps without sacrificing the resolution of the final model. Standard methods to process thermal images required a larger image footprint (or area of ground capture in a frame), the reason for this is that these types of images lack the presence of invariable features and by increasing the image’s footprint, the number of features present in each frame also rises. However, this method of image capture results in a lower resolution of the final product. The algorithm was developed using open-source libraries. In order to validate the obtained results, this model was compared to data obtained from commercial products, like Pix4D. Furthermore, due to circumstances brought about by the current pandemic, it was not possible to conduct a field study for the comparison and assessment of our results, as such the validation of the models was performed by verifying if the geographic location of the model was performed correctly and by visually assessing the generated maps.Avanços no campo da visão computacional permitiu o desenvolvimento de algoritmos mais eficientes de fotogrametria. Structure from Motion (SfM) é uma técnica de fotogrametria que tem como objetivo a reconstrução digital de objectos no espaço derivados de uma sequência de imagens. A característica importante que os Veículos Aérios não-tripulados (UAV) conseguem fornecer, a nível de mapeamento, é a sua capacidade de obter um conjunto de imagens de alta resolução. Devido a isto, UAV tornaram-se num dos métodos adotados no estudo de topografia. A combinação entre SfM e recentes avanços nos UAV permitiram uma melhor flexibilidade e aplicabilidade, permitindo deste modo desenvolver um novo método de Remote Sensing. Este método pretende substituir técnicas tradicionais, as quais estão associadas a mão-de-obra intensiva e a custos monetários elevados. Avanços contínuos feitos em softwares de reconstrução digital e no poder de processamento resultou em modelos de maior resolução e menos dispendiosos comparando a métodos tradicionais. O presente estudo propõe um algoritmo de reconstrução digital baseado em imagens obtidas através de UAV inspiradas no estudo disponibilizado pela OpenDroneMap. Estas imagens são inseridas no programa de visão computacional, onde várias operações são realizadas, incluindo: deteção e correspondência de caracteristicas, geração da point cloud, meshing e texturação dos quais resulta o produto final que representa o local em estudo. De forma complementar, concluiu-se que o trabalho da OpenDroneMap não incluia um processo de tratamento de imagens térmicas. Desta forma, alterações foram efetuadas que permitissem a criação de mapas térmicos sem sacrificar resolução do produto final, pois métodos típicos para processamento de imagens térmicas requerem uma área de captura maior, devido à falta de características invariantes neste tipo de imagens, o que leva a uma redução de resolução. Desta forma, o programa proposto foi desenvolvido através de bibliotecas open-source e os resultados foram comparados com modelos gerados através de software comerciais. Além do mais, devido à situação pandémica atual, não foi possível efetuar um estudo de campo para validar os modelos obtidos, como tal esta verificação foi feita através da correta localização geográfica do modelo, bem como avaliação visual dos modelos criados