Wykorzystanie pakietu Photomodeler oraz środowiska Matlab, do badania parametrów ruchu obiektów na podstawie obrazów sekwencyjnych

Tematem artykułu jest badanie parametrów ruchu obiektów na podstawie monokularnych zobrazowań sekwencyjnych. Zaproponowany algorytm został oparty na wykorzystaniu do pomiarów fotogrametrycznych oraz ich wyrównania standardowego oprogramowania fotogrametrycznego - pakietu PhotoModeler Scanner oraz do późniejszych obliczeń - używanego powszechnie środowiska obliczeniowego - pakietu Matlab. W opisywanych eksperymentach rejestracje ruchu, w postaci filmów i sekwencji zdjęć wykonano przy użyciu kamer JVC GZ-HD5 oraz Nikon D5000. W przypadku filmów, poszczególne klatki wyodrębniono w postaci osobnych plików graficznych z zastosowaniem czterech różnych programów. Następnie, używając pakietu PhotoModeler, wykonano pomiary automatyczne na (naniesionych przed rejestracją na obiekty i otoczenie) znakach kodowanych oraz wyrównanie metodą niezależnych wiązek. Kolejnym etapem były obliczenia realizowane przy użyciu pakietu Matlab. Algorytm przewidywał trzy typy wyznaczeń - ruch kamery względem otoczenia, obiektu względem kamery i obiektu względem otoczenia. W przypadku dwóch z nich konieczna była zmiana układu odniesienia, którą zrealizowano poprzez odpowiednie transformacje współrzędnych. Ostatnim etapem było wyznaczenie parametrów ruchu z użyciem uśrednionej częstotliwości obrazowania. Algorytm przetestowano, wykonując szereg wyznaczeń parametrów ruchu dla różnych obiektów. Badania wykazały bardzo duże zróżnicowanie dokładności, spowodowane szeregiem różnych czynników, jak również umożliwiły ocenę możliwości i ograniczeń opracowanej metody wyznaczeń.

Analysis of objects movement parameters is the area of interest of scientists representing many disciplines. Technological progress provides improvement of research methods. One of them is photogrammetry, and more specifically, close-range image sequences processing. Much research on different approaches to this issue are conducted all over the world. Proposed solution is to carry out photogrammetric measurements using one of the standard programs for close-range objects 3D modeling – PhotoModeler software and their mathematical processing using popular computing environment – Matlab software. Application of existing software's functionality, in many cases seems to be less costly than development and then implementation of specialized measuring and computing applications, dedicated to analysis of movement parameters. Considered solution is based primarily on the appropriate transformations of the frame of reference with respect to which the movement takes place. Automatic coded targets measurements and bundle adjustment, carried out using PhotoModeler software, were used in the research. In order to calculate objects movements parameters, there were further repeated isometric coordinates transformations, numerical differentiation in method of difference quotient and orientation by iterative tabulation with intervals narrowing additionally applied by building own Matlab environment functions. A number of experiments were performed using registration in the form of films from JVC GZ-HD5 digital video camera and films and series of photographs from Nikon D5000 digital photographic camera. Accomplished experiments covered different objects of movement parameters analysis and also distinct movement types. There were also three different versions of established frame of reference - movement of the camera in relation to surroundings, movement of the object in relation to the camera and movement of the object in relation to surrounding. Carried out research revealed that there is a very large variation of the computed objects movement parameters accuracies. As the main sources of errors there can be distinguished some problems with identification and measurements of targets, errors in interior and exterior orientations and also the lowering of speed and acceleration accuracies by low time data accuracies. Therefore, positive and negative aspects of applying the discussed method, as well as its limitations and suggestions for possible ways of implementation have been noticed.