Evaluation of structure from motion for soil microtopography measurement

Recent developments in low‐cost structure‐from‐motion (SfM) technologies offer new opportunities for geoscientists to acquire high‐resolution soil microtopography data at a fraction of the cost of conventional techniques. However, these new methodologies often lack easily accessible error metrics and hence are difficult to evaluate. In this research, a framework was developed to evaluate a SfM approach for soil microtopography measurement through assessment of uncertainty sources and quantification of their potential impact on overall 3D reconstruction. Standard deviations of camera interior orientation parameters estimated from SfM self‐calibration within five different soil surface models were several orders of magnitude larger than precisions expected from pattern‐based camera calibration. Sensitivity analysis identified the principal point position as the dominant source of calibration‐induced uncertainty. Overall, surface elevation values estimated from both technologies were similar in magnitude with a root mean square (RMS) of elevation difference of 0·2 mm. Nevertheless, the presence of deformation in either SfM or traditional photogrammetric point clouds highlights the importance of quality assurance safeguards (such as a judicious choice of control points) in SfM workflows for soil microtopography applications. Résumé Le développement récent des technologies bon marché de SfM (structure à partir du mouvement) offre de nouvelles opportunités aux chercheurs en sciences de la Terre pour l'acquisition de données à haute résolution sur la microtopographie du sol, à un coût très inférieur à celui des techniques conventionnelles. Toutefois, les mesures d'erreur sont souvent peu accessibles pour ces méthodologies, qui sont de ce fait difficiles à évaluer. Dans cette étude, un cadre expérimental a été établi pour évaluer une approche SfM destinée à mesurer la microtopographie du sol, par l'étude des sources d'erreur et la quantification de leur impact potentiel sur la reconstruction 3D d'ensemble. Les écarts‐types des paramètres d'orientation interne de la caméra estimés à partir de l'auto‐étalonnage par SfM sur cinq modèles différents de surface de sol, sont supérieurs de plusieurs ordres de grandeur aux précisions attendues pour un étalonnage basé sur des motifs. L'analyse de sensibilité a identifié la position du point principal comme la principale source d'incertitude induite par l'étalonnage. Dans l'ensemble, les valeurs d'élévation de la surface est