A technique for improving webcam precision in biological plant measurement

Authors: Chong, AlbertK.1; Brownstein, Gretchen2

Source: The Photogrammetric Record, Volume 25, Number 130, June 2010 , pp. 180-196(17)

Publisher: Wiley-Blackwell

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Abstract:

Abstract In an attempt to harness webcam technology for the biological monitoring of grassland plants, a Microsoft LifeCam-based photogrammetric system was developed for the remote capture of 3D measurements of plants. Research was necessary to determine the metric quality of this webcam imagery for photogrammetric 3D measurement. This paper presents the details of a qualitative evaluation of a LifeCam VX-3000 for indoor and outdoor photogrammetric measurement together with the results of a case study involving two common small grassland plants. In the evaluation, laboratory and in-situ principal distance (PD) determination techniques were performed, thus evaluating the significance of the latter for improving measurement accuracy in an uncontrolled environment despite the ineffective focusing of this imaging sensor. The effect of outdoor ambient temperature on the PD was investigated. Results show that sharp focusing is a problem with this webcam, as shown by the disparity of the laboratory-determined PD of various object distances. However, the determination of the PD using field images improves the measurement accuracy. Using this approach, 3D measurement accuracy of between 0·3 ± 0·2 and 1·7 ± 0·4 mm was achieved, depending on the type of grass observed and the digitising technique used.

French
Résumé

Afin d’adapter la technologie des webcams à la surveillance biologique des végétaux de prairie, un système photogrammétrique basé sur une caméra Microsoft LifeCam a été développé pour la production à distance de mesures 3D de plantes. Des recherches ont été nécessaires pour déterminer la qualité géométrique des images de cette caméra en vue de mesures photogrammétriques 3D. Cet article présente les détails de l’évaluation qualitative d’une caméra LifeCam VX-3000 pour des mesures photogrammétriques en intérieur et en extérieur, ainsi que les résultats d’une étude de cas impliquant deux petites plantes de prairies. Dans cette évaluation, des techniques de détermination de la distance principale ont été mises en œuvre au laboratoire et in situ afin de clarifier l’influence de ce paramètre sur l’amélioration de la précision de mesure dans un environnement non contrôlé malgré une mise au point grossière du capteur imageur. L’effet de la température extérieure ambiante a étéétudié. Les résultats montrent que la netteté de mise au point pose problème avec cette webcam, comme le montre la disparité des distances principales déterminées en laboratoire pour des éloignements différents. Cependant, la détermination de la distance principale à partir d’images prises sur le terrain améliore la précision de la mesure. Par cette approche, une précision de mesure 3D comprise entre 0·3 ± 0·2 et 1·7 ± 0·4 mm a été obtenue, fonction du type d’herbe observée et de la technique de numérisation utilisée.

Keywords: ambient temperature; biological plant; camera self-calibration; in-situ principal distance determination; webcam

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1477-9730.2010.00578.x

Affiliations: 1: ( )University of Southern Queensland, Toowoomba, Queensland, Australia, Email: chonga@usq.edu.au 2: ( )University of Otago, Dunedin, New Zealand, Email: gretchen.brownstein@botany.otago.ac.nz

Publication date: June 1, 2010

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