Hyper Redundancy for Accuracy Enhancement in Automated Close Range Photogrammetry

A generic network design in close range photogrammetry is one where optimal multi-ray intersection geometry is obtained with as few camera stations as practicable. Hyper redundancy is a concept whereby, once the generic network is in place, many additional images are recorded, with the beneficial impact upon object point precision being equivalent to the presence of multiple exposures at each camera position within the generic network. The effective number of images per station within a hyper redundant network might well be in the range of 10 to 20 or more. As is apparent when it is considered that a hyper redundant network may comprise hundreds of images, the concept is only applicable in practice to fully automatic vision metrology systems, where it proves to be a very effective means of enhancing measurement accuracy at the cost of minimal additional work in the image recording phase. This paper briefly reviews the network design and accuracy aspects of hyper redundancy and illustrates the technique by way of the photogrammetric measurement of surface deformation of a radio telescope of 26 m diameter. This project required an object point measurement accuracy of σ = 0·065 mm, or 1/400 000 of the diameter of the reflector. Resume On appelle reseau generique en photogrammetrie rapprochee celui dont la geometrie de l'intersection des rayons lumineux est optimale, tout en ne necessitant qu'un nombre minimal de stations de prises de vues. A partir d'un reseau generique, on obtient une hyper redondance par la saisie d'un grand nombre d'images supplementaires. La multiplication des expositions en chaque position de la camera du reseau generique est evidemment benefique pour la precision des points de l'objet photographie. Avec un reseau hyper redondant, on peut ainsi arriver a saisir en chaque station un nombre reel d'images de l'ordre de 10 a 20, voire davantage. On finit par disposer de centaines d'images avec un tel reseau, de sorte que cette pratique n'est concevable que si l'on recourt a des systemes de vision robotique entierement automatiques. Dans ces conditions on obtient alors un moyen tres efficace d'accroitre la precision de mesure au prix d'un travail supplementaire minime lors de la phase de saisie des images. On examine rapidement dans cet article les aspects concernant la conception et la precision d'un reseau hyper redondant en les illustrant au moyen d'une determination photogrammetrique de deformation de la surface d'un radio telescope de 26 m de diametre. Dans ce projet, il fallait obtenir une precision de σ = 0,065 mm, soit le 1 :400 000 du diametre du reflecteur, sur la determination des points objets. Zusammenfassung Ein generisches Netzwerkdesign in der Nahbereichsphotogrammetrie bietet optimale geometrische Schnittbedingungen von moglichst wenigen Kamerastationen. Das Konzept der Hyperredundanz baut auf ein bestehendes generisches Netz auf und verwendet viele zusatzliche Bildaufnahmen, d.h. Mehrfachaufnahmen an jeder Kamerastation mit entsprechend grosem Einfluss auf die Genauigkeit von Objektpunkten. Die effektive Anzahl von Aufnahmen pro Station kann durchaus im Bereich von 10, 20 oder mehr liegen. Ein hyperredundantes Netzwerk kann somit Hunderte von Bildern umfassen. Allerdings ist das Konzept in der Praxis nur fur vollautomatische Messsysteme geeignet, bei denen mit minimalem zusatzlichen Aufwand in der Bildaufnahmephase die Messgenauigkeit gesteigert werden kann. Das Netzwerkdesign und die Genauigkeitsaspekte der Hyperredundanz werden am Beispiel der photogrammetrischen Messung von Oberflachendeformationen an einem Radioteleskop mit 26 m Durchmesser vorgestellt. Die Objektpunktmessgenauigkeit in diesem Projekt sollte ein σ von 0·065 mm erreichen, was 1:400 000 des Durchmessers des Reflektors entspricht. Resumen Un diseno generico de una red de fotogrametria terrestre es aquel que proporciona una geometria optima de la interseccion de multiples haces con el menor numero de camaras. La hiperredundancia es un procedimiento por el que, una vez instalada la red generica, se toman muchas imagenes adicionales, lo que da lugar a una mejora de la precision de los blancos equivalente a disponer de multiples exposiciones en cada posicion de la camara en la red generica. El numero de imagenes por estacion en una red hiperredundante podria estar en el rango de 10–20 o mas. Es obvio que, considerando que una red hiperredundante puede recoger cientos de imagenes, el procedimiento solo se puede aplicar en la practica a sistemas de metrologia basados en vision automatica, donde ha demostrado ser un metodo muy efectivo para mejorar la precision a cambio de un trabajo adicional minimo en la fase de toma de las imagenes. Este articulo revisa brevemente los aspectos relativos al diseno de la red y a la exactitud de la hiperredundancia e ilustra la tecnica con la medida fotogrametrica de la deformacion superficial de un radiotelescopio de 26 metros de diametro, tarea que exigia una exactitud de los blancos de σ = 0·065 mm, o 1/400 000 del diametro del reflector.