Towards online UAS‐based photogrammetric measurements for 3D metrology inspection. (18th November 2020)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Menna, Fabio; Nocerino, Erica; Remondino, Fabio; Saladino, Luca; Berri, Luigi
• Is Part Of: Photogrammetric record. Volume 35:Number 172(2020)
• Page Start: 467
• Page End: 486
• Publication Date: 2020-11-18
• Subjects: 3D metrology -- camera network design -- drone -- flight planning -- hyper redundancy -- industrial photogrammetry -- laser tracker -- RPAS -- UAS -- UAV -- visibility analysis; Photogrammetry -- Periodicals; 526.982
• DOI: 10.1111/phor.12338
• Languages: English
• ISSNs: 0031-868X

Abstract

Abstract: This paper presents the development of a vision metrology system for high‐accuracy three‐dimensional measurements of large structures requiring dimensional tolerancing. The proposed system integrates a V‐STARS N platinum photogrammetric system from Geodetic Systems, a DJI M600 Pro UAS with Ronin‐MX gimbal and a dual antenna for real‐time kinematic positioning. The paper presents the system architecture and the developed software for camera network simulation and image acquisition. As an acquisition scenario, a large dish parabolic antenna is simulated. The benefits of the developed procedure include the ability to handle obstacle avoidance and self‐occlusions and, employing a rigorous camera network simulation approach, to overcome the limitations of currently available flight planning commercial tools that are mainly conceived for mapping applications. Future work will consider extensive testing of the platform in real‐case scenarios. Abstract : A vision metrology system for high‐accuracy 3D measurements of large structures requiring dimensional tolerancing is developed. The proposed system integrates a V‐STARS photogrammetric system, a DJI UAS with gimbal and RTK GNSS positioning. The system architecture and software for camera network image acquisition is simulated on a parabolic antenna. Benefits include handling obstacle avoidance and self‐occlusions. The rigorous camera network approach overcomes the limitations of current commercial flight planning tools aimed primarily at mapping applications. Résumé: Cet article présente le développement d'un système de vision et de métrologie pour mesures tridimensionnelles de haute précision de grandes structures nécessitant le respect de tolérances dimensionnelles. Le système proposé intègre un système de photogrammétrie V‐STARS N platinum de Geodetic Systems, le drone DJI M600 Pro avec le cardan Ronin‐MX et une double antenne pour le positionnement cinématique en temps réel. L'article présente l'architecture du système et le logiciel développé pour la simulation du réseau de caméras et l'acquisition d'images. Comme scénario d'acquisition, une grande antenne parabolique est simulée. Les avantages de la procédure développée comprennent la capacité de gérer l'évitement des obstacles et les auto‐occlusions et, en utilisant une approche rigoureuse de simulation d'un réseau de caméras, de surmonter les limites des outils commerciaux de planification de vol actuellement disponibles qui sont principalement conçus pour des applications cartographiques. Les travaux futurs envisageront des tests approfondis de la plateforme dans des scénarios réels. Zusammenfassung: Dieser Beitrag stellt die Entwicklung eines optischen Messsystems für hochgenaue, dreidimensionale Messungen großer Objekte vor, die eine statistische dimensionale Tolerierung erfordern. Das vorgeschlagene System integriert ein V‐STARS N Platinum Photogrammetriesystem der Firma Geodetic Systems, eine DJI M600 Pro UAS mit Ronin‐MX Kardanaufhängung und eine duale Antenne für eine kinematische Positionierung in Echtzeit. Der Beitrag präsentiert die Systemarchitektur und die entwickelte Software für Simulationen des Kameranetzwerks und der Bildaufnahme. Als ein Testszenario wurde eine große parabolische Antennenschüssel simuliert. Die Vorteile der entwickelten Methode liegen in der Möglichkeit, Hindernisse zu erkennen und eigene Verdeckungen zu behandeln. Durch Einsatz eines strengen Ansatzes zur Simulation des Kameranetzwerks können die Begrenzungen kommerzieller Flugplanungssoftware, die meist für Kartierungszwecke entwickelt wurden, überwunden werden. Zukünftige Arbeiten haben das Ziel, die Plattform in realen Anwendungen intensiv zu testen. Resumen: Este artículo presenta el desarrollo de un sistema de metrología por visión para mediciones tridimensionales de alta precisión de grandes estructuras con restricciones dimensionales. El sistema propuesto integra un sistema fotogramétrico V‐STARS N platinum de Geodetic Systems, un sistema aéreo no tripulado DJI M600 Pro con estabilizador Ronin‐MX y una antena dual para posicionamiento cinemático en tiempo real. El artículo presenta la arquitectura del sistema y el software desarrollado para la simulación de redes fotogramétricas y para la adquisición de imágenes. Como escenario de adquisición, se simula una gran antena parabólica. Los beneficios del procedimiento desarrollado incluyen la habilidad de evitar obstáculos y auto‐oclusiones y, mediante una simulación rigurosa de la red fotogramétrica, superar las limitaciones de las herramientas de planificación de vuelo comerciales que en la actualidad están principalmente concebidas para aplicaciones de mapeo. El trabajo futuro considerará pruebas exhaustivas de la plataforma en escenarios de casos reales. 摘要: 本文陈述一个针对大型结构体高精度三维测量的视觉量测系统之开发。 该系统集成了Geodetic Systems的V‐STARS N Platinum摄影测量系统、配备Ronin‐MX云台的DJI M600 Pro 无人飞行系统、和双天线实时动态定位系统。本文描述了该系统的架构、以及用于相机网形仿真和影像获取所开发的软件。模拟一个大型碟状抛物面天线做为应用场景进行试验，所开发的作业方式具有下列优点：具有处理避障和自我遮挡的能力；采用严谨的相机网形模拟方法，克服现有飞航规划商业工具用于制图的局限性。未来将考虑在实际情况下对该平台进行广泛的测试。