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@MastersThesis{Roberto:2017:AcPoOr,
               author = "Roberto, Leandro",
                title = "Acur{\'a}cia do posicionamento e da orienta{\c{c}}{\~a}o 
                         espacial de ve{\'{\i}}culos a{\'e}reos a partir de imagens de 
                         c{\^a}meras de pequeno formato embarcadas",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2017",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2017-11-23",
             keywords = "sensoriamento remoto, fotogrametria, navega{\c{c}}{\~a}o, 
                         ressec{\c{c}}{\~a}o espacial, distor{\c{c}}{\~a}o 
                         geom{\'e}trica, remote sensing, photogrammetry, navigation, 
                         spatial resection, geometric distortion.",
             abstract = "Este trabalho teve como objetivo avaliar a acur{\'a}cia do 
                         processo de determina{\c{c}}{\~a}o de posi{\c{c}}{\~a}o 
                         geogr{\'a}fica e de {\^a}ngulos de atitude para um 
                         ve{\'{\i}}culo a{\'e}reo a partir de imagens geradas por 
                         c{\^a}mera embarcada, visando a aplica{\c{c}}{\~a}o em 
                         navega{\c{c}}{\~a}o a{\'e}rea. Esse processo pode ser uma 
                         alternativa ou um complemento aos sistemas de 
                         orienta{\c{c}}{\~a}o e de posicionamento atualmente em uso nas 
                         aeronaves e em VANTs (unidades inerciais e receptores GNSS), 
                         sobretudo pelo fato dos GNSS serem suscet{\'{\i}}veis a 
                         interfer{\^e}ncias intencionais que inviabilizam 
                         navega{\c{c}}{\~a}o. O foco da avalia{\c{c}}{\~a}o foi sobre a 
                         influ{\^e}ncia das distor{\c{c}}{\~o}es geom{\'e}tricas da 
                         c{\^a}mera na acur{\'a}cia destes par{\^a}metros de 
                         navega{\c{c}}{\~a}o, tendo sido avaliadas tanto imagens sem 
                         corre{\c{c}}{\~a}o das distor{\c{c}}{\~o}es quanto com. Foram 
                         utilizadas duas c{\^a}meras, uma com alta distor{\c{c}}{\~a}o 
                         geom{\'e}trica (GoPRO) e outra com baixa (Nikon), as quais foram 
                         embarcadas em uma aeronave A-29 Supertucano da For{\c{c}}a 
                         A{\'e}rea Brasileira. Esta aeronave estava equipada com 
                         instrumenta{\c{c}}{\~a}o especial de ensaios em voo, isto 
                         {\'e}, sensores extras de alta acur{\'a}cia e gravadores para 
                         registrar todos os par{\^a}metros de voo, inclusive a 
                         posi{\c{c}}{\~a}o e os {\^a}ngulos de orienta{\c{c}}{\~a}o, 
                         que consistiram na base de refer{\^e}ncia para 
                         avalia{\c{c}}{\~a}o da acur{\'a}cia do processo por imagem. 
                         Para a corre{\c{c}}{\~a}o geom{\'e}trica das imagens foi 
                         necess{\'a}ria a determina{\c{c}}{\~a}o dos par{\^a}metros de 
                         distor{\c{c}}{\~a}o das c{\^a}meras por meio de um procedimento 
                         de calibra{\c{c}}{\~a}o. Para isso, foi constru{\'{\i}}do um 
                         campo de calibra{\c{c}}{\~a}o bem como desenvolvidos softwares e 
                         modelos matem{\'a}ticos pr{\'o}prios. O voo foi realizado na 
                         cidade de S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos explorando tr{\^e}s 
                         alturas diferentes tanto em condi{\c{c}}{\~o}es de visada nadir 
                         quanto fora do nadir, a fim de possibilitar a an{\'a}lise da 
                         influ{\^e}ncia destes fatores. Os par{\^a}metros de 
                         navega{\c{c}}{\~a}o foram determinados a partir de cada imagem 
                         usando um procedimento consagrado na {\'a}rea de fotogrametria, 
                         denominado ressec{\c{c}}{\~a}o espacial, que exige o 
                         conhecimento das coordenadas de pontos extra{\'{\i}}dos da 
                         imagem e das coordenadas correspondentes no solo, sendo 
                         necess{\'a}ria a resolu{\c{c}}{\~a}o de um sistema de 
                         equa{\c{c}}{\~o}es n{\~a}olineares por m{\'e}todo 
                         num{\'e}rico. As coordenadas dos cerca de 160 pontos no solo 
                         foram levantadas em campo com receptores GNSS geod{\'e}sicos de 
                         alta acur{\'a}cia. Foram utilizadas mais de 400 fotos, o que 
                         garantiu amostras de tamanho suficiente para abordagem 
                         estat{\'{\i}}stica em cada condi{\c{c}}{\~a}o analisada. Dessa 
                         forma, os resultados obtidos permitiram alcan{\c{c}}ar os 
                         objetivos propostos, sendo confrontados com os requisitos de 
                         acur{\'a}cia existentes para navega{\c{c}}{\~a}o a{\'e}rea. 
                         Foi observado que a dispers{\~a}o dos par{\^a}metros aumenta com 
                         a altura de voo e que n{\~a}o tem rela{\c{c}}{\~a}o de 
                         depend{\^e}ncia com a inclina{\c{c}}{\~a}o lateral da aeronave. 
                         Foi constatado que a c{\^a}mera GoPRO, de menor custo, apresenta 
                         resultados melhores que a Nikon, quando calibrada, devido ao FOV 
                         maior. A maioria dos requisitos de acur{\'a}cia para 
                         navega{\c{c}}{\~a}o foram cumpridos pela Nikon, mesmo sem 
                         calibra{\c{c}}{\~a}o, e tamb{\'e}m pela GoPRO com 
                         calibra{\c{c}}{\~a}o. Os m{\'e}todos utilizados neste trabalho, 
                         bem como as t{\'e}cnicas desenvolvidas e os resultados 
                         alcan{\c{c}}ados, n{\~a}o s{\~a}o restritos {\`a} quest{\~a}o 
                         da navega{\c{c}}{\~a}o de ve{\'{\i}}culos a{\'e}reos, podendo 
                         beneficiar outras aplica{\c{c}}{\~o}es, principalmente na 
                         {\'a}rea de Sensoriamento Remoto. Por exemplo, nos processos de 
                         mapeamento com VANTs ou com aeronaves, estes m{\'e}todos podem 
                         melhorar a qualidade geom{\'e}trica dos produtos gerados, 
                         fazendo-os alcan{\c{c}}ar n{\'{\i}}veis mais elevados do 
                         Padr{\~a}o de Exatid{\~a}o Cartogr{\'a}fica (PEC). ABSTRACT: 
                         This study aimed to evaluate the accuracy of the process of 
                         determining geographic position and attitude angles for an aerial 
                         vehicle from images generated by a camera onborad, aiming to 
                         application in aerial navigation. This process can be an 
                         alternative or a complement to the orientation and positioning 
                         systems currently used in aircraft and in UAVs (inertial units and 
                         GNSS receivers), mainly because GNSS are susceptible to 
                         intentional interference that makes navigation impossible. The 
                         focus of the evaluation was on the influence of the camera 
                         geometric distortions on the accuracy of these navigational 
                         parameters. We evaluated images both with and without correction 
                         of distortions. Two cameras, one with high (GoPRO) and other with 
                         low geometric distortion (Nikon) were used. They were loaded onto 
                         an A-29 Supertucano aircraft of the Brazilian Air Force. This 
                         aircraft was equipped with special in-flight test instrumentation 
                         (i.e., extra highaccuracy sensors and recorders to register all 
                         flight parameters, including position and orientation angles). 
                         These flight parameters were the baseline for assessing the 
                         accuracy of the process by image. For the geometric correction of 
                         the images, it was necessary to determine the distortion 
                         parameters of the cameras by a calibration procedure. For this, a 
                         calibration field was built, and softwares and mathematical models 
                         were developed. The flight was carried out in the city of S{\~a}o 
                         Jos{\'e} dos Campos, exploring three different heights, both in 
                         nadir and off-nadir, in order to allow the analysis of the 
                         influence of these factors. The navigation parameters were 
                         determined from each image using a procedure established in 
                         photogrammetry called spatial resection. It requires the knowledge 
                         of the coordinates of points extracted from the image and the 
                         corresponding coordinates on the ground, being necessary the 
                         resolution of a system of nonlinear equations by numerical method. 
                         The coordinates of about 160 ground points were surveyed with 
                         highly accurate geodesic GNSS receivers. More than 400 photos were 
                         used to make the resection, which assured samples of sufficient 
                         size for statistical approach in each condition analyzed. In this 
                         way, the obtained results allowed to reach the proposed objectives 
                         and to check the existing accuracy requirements for aerial 
                         navigation. It was observed that the dispersion of the parameters 
                         increases with flight height and that there is no dependence to 
                         the lateral inclination of the aircraft. It was found that the 
                         lower-cost GoPRO camera when calibrated performs better than 
                         Nikon, due to the higher FOV. Most accuracy requirements for 
                         navigation were met by Nikon, even without calibration, and also 
                         by GoPRO with calibration. The methods used in this work, as well 
                         as the techniques developed and the results achieved, are not 
                         restricted to the issue of navigation of aerial vehicles and may 
                         benefit other applications, especially in Remote Sensing. For 
                         example, in the mapping processes with VANTs or with aircrafts, 
                         these methods can improve the geometric quality of the generated 
                         products, making them reach higher Cartographic Accuracy Standard 
                         (PEC) levels.",
            committee = "Ponzoni, Fl{\'a}vio Jorge (presidente) and Sant'Anna, Sidnei 
                         Jo{\~a}o Siqueira (orientador) and Moraes, Elisabete Caria and 
                         Forster, Carlos Henrique Quartucci",
         englishtitle = "Accuracy of positioning and spatial orientation of aerial vehicles 
                         using imagens from small format camera onboard",
             language = "pt",
                pages = "340",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3PTQDCS",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34P/3PTQDCS",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "23 nov. 2020"
}


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