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Automatic and Semantically-Aware 3D UAV Flight Planning for Image-Based 3D Reconstruction

Koch, Tobias und Körner, Marco und Fraundorfer, Friedrich (2019) Automatic and Semantically-Aware 3D UAV Flight Planning for Image-Based 3D Reconstruction. Remote Sensing, 11, Seiten 1-29. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs11131550. ISSN 2072-4292.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
35MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/journal/remotesensing

Kurzfassung

Small-scaled unmanned aerial vehicles (UAVs) emerge as ideal image acquisition platforms due to their high maneuverability even in complex and tightly built environments. The acquired images can be utilized to generate high-quality 3D models using current multi-view stereo approaches. However, the quality of the resulting 3D model highly depends on the preceding flight plan which still requires human expert knowledge, especially in complex urban and hazardous environments. In terms of safe flight plans, practical considerations often define prohibited and restricted airspaces to be accessed with the vehicle. We propose a 3D UAV path planning framework designed for detailed and complete small-scaled 3D reconstructions considering the semantic properties of the environment allowing for user-specified restrictions on the airspace. The generated trajectories account for the desired model resolution and the demands on a successful photogrammetric reconstruction. We exploit semantics from an initial flight to extract the target object and to define restricted and prohibited airspaces which have to be avoided during the path planning process to ensure a safe and short UAV path, while still aiming to maximize the object reconstruction quality. The path planning problem is formulated as an orienteering problem and solved via discrete optimization exploiting submodularity and photogrammetrical relevant heuristics. An evaluation of our method on a customized synthetic scene and on outdoor experiments suggests the real-world capability of our methodology by providing feasible, short and safe flight plans for the generation of detailed 3D reconstruction models

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/132236/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Automatic and Semantically-Aware 3D UAV Flight Planning for Image-Based 3D Reconstruction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Koch, TobiasTUMhttps://orcid.org/0000-0003-2988-982XNICHT SPEZIFIZIERT
Körner, Marcomarco.koerner (at) tum.dehttps://orcid.org/0000-0002-9186-4175NICHT SPEZIFIZIERT
Fraundorfer, Friedrichfriedrich.fraundorfer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5805-8892NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2019
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.3390/rs11131550
Seitenbereich:Seiten 1-29
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Thenkabai, P.S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Name der Reihe:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:UAV; trajectory optimization; path planning; discrete optimization; 3D reconstruction; semantics; urban mapping
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC KoFiF (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Photogrammetrie und Bildanalyse
Hinterlegt von: Reinartz, Prof. Dr.. Peter
Hinterlegt am:06 Dez 2019 10:33
Letzte Änderung:23 Jul 2022 13:45

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