A low‐cost open‐source workflow to generate georeferenced 3D SfM photogrammetric models of rocky outcrops. (27th November 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Froideval, Laurent; Pedoja, Kevin; Garestier, Franck; Moulon, Pierre; Conessa, Christophe; Pellerin Le Bas, Xavier; Traoré, Kalil; Benoit, Laurent
• Is Part Of: Photogrammetric record. Volume 34:Number 168(2019)
• Page Start: 365
• Page End: 384
• Publication Date: 2019-11-27
• Subjects: OpenMVG -- photogrammetry -- rocky outcrop -- structure from motion (SfM) -- virtual outcrop; Photogrammetry -- Periodicals; 526.982
• DOI: 10.1111/phor.12297
• Languages: English
• ISSNs: 0031-868X

Abstract

Abstract: Structure‐from‐Motion (SfM) software and unmanned aerial vehicles (UAVs) have been increasingly adopted in the geosciences. The current mainstream generation of 3D models is still expensive as it relies on UAVs, Differential Global Navigation Satellite System (DGNSS) ground control points and commercial software. This paper proposes an end‐to‐end reproducible SfM workflow with minimal legal, financial or field issues. The procedure avoids both UAVs and DGNSS and relies on open‐source software. Interlocked models of a rocky shore in Normandy, France were generated at different scales and point densities, being georeferenced using free spatial data. A spherical target was used for scaling and assessing the relative accuracy, which was better than 1 cm. Abstract : The mainstream generation of 3D models in the geosciences remains expensive as it relies on UAVs (drones), GNSS control points and commercial structure‐from‐motion (SfM) software. This paper proposes an end‐to‐end workflow which avoids both UAVs and GNSS and relies on open‐source SfM software. Interlocked models of a rocky shore in Normandy, France were generated at different scales and point densities, using a spherical target for scaling and assessing the relative accuracy, which was better than 1 cm. Résumé: Les logiciels de photogrammétrie « Structure from Motion » (SfM) couplés aux drones sont de plus en plus répandus en géosciences. La méthode couramment utilisée pour générer les modèles 3D reste très coûteuse car elle implique le déploiement de drones, l'acquisition de points de contrôle par géolocalisation différentielle (DGNSS) et l'achat de licences de logiciels commerciaux. Cet article décrit une nouvelle méthode complète et reproductible minimisant les aspects légaux, financiers et les contraintes de terrain. L'approche présentée se base sur des logiciels open source et n'implique ni drone, ni DGNSS. Des modèles imbriqués ont été générés à différentes échelles et densités sur une côte rocheuse en Normandie. Ces modèles ont été géoréférencés à l'aide de données disponibles gratuitement. De plus, l'utilisation d'une cible sphérique a permis la mise à l'échelle ainsi que l'évaluation de la précision relative, inférieure à 1 cm. Zusammenfassung: Structure from Motion (SfM) Software und Drohnen (UAV) werden verstärkt in den Geowissenschaften eingesetzt. Die heutzutage übliche Generierung von 3D Modellen ist allerdings immer noch teuer, da sie ein UAV, Passpunkte aus differentiellem GNSS (DGNSS) und kommerzielle Software voraussetzt. Dieser Beitrag stellt einen reproduzierbaren SfM Arbeitsfluss dar, der mit minimalen Bedingungen hinsichtlich rechtlicher und finanzieller Fragen und dem Einsatz im Feld auskommt. Die Prozedur vermeidet UAV und DGNSS und stützt sich auf Open‐Source Software. In einander verzahnte Modelle eines felsigen Strandes in der Normandie in Frankreich, werden in verschiedenen Maßstäben und Punktdichten generiert und mit Hilfe von frei verfügbaren räumlichen Daten georeferenziert. Eine kugelförmige Zielmarke wurde für die Skalierung und die Bestimmung der relativen Genauigkeit verwendet, welche besser als 1 cm war. Resumen: Las técnicas de correspondencia por estructura a partir del movimiento (SfM) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se abren paso cada vez más en las geociencias. Las corrientes principales en la generación de modelos 3D sigue siendo costosa ya que se basan en UAV, puntos de apoyo terrestres diferenciales del Sistema Global de Navegación por Satélite (DGNSS) y software comercial. Este documento propone un flujo de trabajo SfM reproducible de extremo a extremo con un mínimo de problemas legales, financieros o de campo. El procedimiento evita los UAV y DGNSS y se basa en software de código abierto. Los modelos entrelazados de una costa rocosa en Normandía, Francia, se generaron a diferentes escalas y densidades de puntos, siendo georreferenciados utilizando datos espaciales libres. Se utilizó un objetivo esférico para escalar y evaluar la precisión relativa, que era mejor que 1 cm. 摘要: 在地球科学领域中, 运动恢复结构(SfM)软件和无人机 (UAV) 的使用日渐频繁。目前用于生成三维模型的主流方式依然昂贵, 因其有赖于无人机、差分全球导航卫星系统 (DGNSS) 量测的地面控制点、与商业软件。本文提出一个全程可重复的SfM工作流程, 其法律方面、费用、以及作业场的问题均为最低。该程序避免使用无人机和 DGNSS, 并应用开源软件。利用该方法生成位于法国诺曼底的岩石海岸的具有多尺度与不同点密度的三维模型, 并基于开源空间数据进行地理配准。利用一个用球形标评估尺度与相对精度, 成果优于1厘米。