В курсе рассматриваются теоретические основы обработки материалов аэрофотосъемки. Приводятся основные зависимости, связывающие точки на снимках с точками на местности. Описываются основы теории построения модели местности по снимкам. Даются основные сведения по методам автоматического распознавания соответственных точек на снимка. Подробно объясняется: конфигурация воздушного судна, построение полетного задания, порядок обработки результатов аэрофотосъемки и возможные проблемы, возникающие при этом. Рассматривается практическая реализация обработки данных аэрофотосъемки с использованием коммерческого и открытого программного обеспечения. Основной упор в курсе делается на обучение практическим навыкам обработки данных с минимальным теоретическим экскурсом, необходимым для понимания процессов, происходящих на разных этапах.
2.3 "Виды полезной нагрузки"
Loading...
來自 Saint Petersburg State University 的課程
Фотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъемки с БПЛА
15 個評分
Saint Petersburg State University
15 個評分
從本節課中
Беспилотное воздушное судно: классификация, виды полезной нагрузки
與講師見面
Казаков Эдуард ЭдуардовичНаучный сотрудник
«Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена»
Мазурок Артём ВладимировичРуководитель проекта
компания "Геоскан"
Тюрин Сергей ВячеславовичДоцент
Кафедра картографии и геоинформатики
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА]
Здравствуйте!
В этом уроке мы поговорим о видах полезной нагрузки,
которые используются на беспилотных летательных аппаратах.
На слайде вы видите пять пунктов, которые можно отнести к полезной нагрузке.
Это, безусловно, фотокамеры, о которых уже шла речь раньше,
это видеокамеры, тепловизоры,
лазерные сканеры и какие-то дополнительные устройства.
Видеокамеры используются в том случае,
когда необходимо выполнить мониторинг местности в том случае,
когда оператор будет просматривать видеоряд вручную, глазами.
Тепловизоры, тепловизионная съемка,
используются для поиска нагретых объектов, например,
поиск утечек или незаконных врезок в нефтегазопроводы.
Лазерные сканеры, пожалуй, — самая интересная деталь.
Это непосредственно съемка местности сканированием,
непосредственно геодезический способ получения координат точек.
Лазерные сканеры и беспилотники еще
несколько лет назад, можно так сказать, были слабосовместимы,
во-первых, потому что сканирующие головы не ставили по массе,
по потребляемой энергии и по стоимости на беспилотные летательные аппараты.
Сейчас уже выпускаются серийные устройства,
на которых сканеры работают в полную силу.
Безусловно, они уступают по производительности большим
пилотируемым системам, где лазерные сканеры и аэрофотосъемочные
камеры объединены в единый комплекс, вот, однако они уже выпускаются.
Наконец, вспышки, или инфракрасные подсветки,
используются для съемки местности с беспилотников в темное время суток.
Давайте рассмотрим, какие виды фотокамер используются на беспилотниках.
Можно было бы их разделить на четыре группы.
К первой группе логично отнести какие-то простые, легкие,
дешевые камеры, раньше их называли «мыльницами»,
сейчас этот сегмент почти исчез, потому что каждый производитель пытается
выпустить некий хороший аппарат за приемлемые деньги.
Вторая группа наиболее представлена сейчас на рынке — это либо зеркальные камеры,
зеркальные камеры имеют хорошую оптику, но достаточно много весят, поэтому
их поднимают только достаточно большие самолеты, беспилотники самолетного типа.
Или компактные камеры премиум-класса,
наиболее востребованные сейчас, пожалуй, у нас.
К третьей группе я бы отнес камеры промышленного характера
— это устройства, непосредственно выпускающиеся для аэрофотосъемки,
в том числе с беспилотников, они, например, не снабжаются видоискателем,
они проходят калибровку на заводе-изготовителе,
они имеют хорошую геометрию оптики и матрицу.
Это действительно дорогие устройства, на порядок дороже предыдущей категории.
Либо это встроенные камеры готовых беспилотников.
Часто мы даже не знаем их технические характеристики,
поэтому и поменять, заменить мы ее не можем.
Качество снимка — это, конечно,
залог успеха фотограмметрической обработки данных.
Какие факторы приводят к снижению качества изображения?
Это смаз, шумы, неправильная фокусировка,
неправильный выбор экспозиции, дисторсия снимка,
а также какие-то хроматические искажения.
Вообще в камерах используется в настоящее время два типа
затвора — это шторно-щелевой затвор или центральный затвор.
Центральный затвор однозначно имеет преимущество перед шторно-щелевым,
потому что шторно-щелевые затворы приводят к так называемому временному параллаксу.
Из иллюстрации вы видите, что согласно принципу его работы
щель проходит в данном случае поперек кадра, за это время
камера успевает сместиться на несколько метров, возникает временной параллакс.
Соответственно, к недостаткам относительно дешевых камер относятся
отсутствие их лабораторной калибровки, уже упомянутый
шторно-щелевой затвор или неполный набор ручных настроек.
В этой таблице показаны технические характеристики двух камер фирмы Sony.
Ну, надо сказать, что Sony, наверное,
сейчас самая востребованная марка среди камер, которые ставятся на беспилотники.
В таблице приведены характеристики Sony серии Alpha, в данном случае — A5000,
и DSC-RX1 — достаточно тоже известная камера.
Камеры, которые используются для аэрофотосъемки, традиционно имеют
объективы с постоянным фокусным расстоянием, в данном случае они равны,
фокусное расстояние — 20 и 35 миллиметров соответственно,
и их калибровка выполняется либо в лабораторных условиях,
либо самостоятельно, либо учитывается дальше при фотограмметрической обработке
именно для данного объектива, для данного фокусного расстояния.
Конечно, камера DSC-RX1 в данном случае выигрывает по характеристикам.
Она имеет полнокадровую матрицу, которая позволяет работать при плохом свете,
при плохой освещенности, то есть в пасмурную погоду.
Что значит «полнокадровая»?
Смысл в том, что физический размер пиксела,
около пяти или шести микрометров,
позволяет иметь высокую чувствительность матрицы,
то есть в результате сократить время выдержки при фотосъемке.
Сократить время выдержки — значит, уменьшается смаз.
Детализация изображения высокая, ее можно компенсировать, опять же, высотой съемки.
Угол поля зрения для данных камер примерно одинаковый.
Угол поля зрения камеры с объективом,
который имеет большее фокусное расстояние, естественно, меньше.
При этом разрешающая способность на местности, безусловно, выше.
Это две связанные между собой вещи.
Sony Alfa имеет шторно-щелевой затвор, RX1 имеет центральный затвор, что лучше.
И, наконец, последний пункт — это возможность модификации камеры
для проведения инфракрасной съемки.
Запись данных в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет рассчитать
ряд индексов, самый известный из них — индекс NDVI,
он применяется для решения экологических задач.
На следующем слайде вы как раз можете видеть примеры
растров — это могут быть как отдельные снимки, так и фрагменты ортофотопланов,
полученных по данным фотограмметрической обработки, полученных с
беспилотников с использованием информации,
записанной камерой в ближнем ИК диапазоне.
Синтезированные цвета позволяют, в частности,
отделить хвойные породы от лиственных или наоборот — выявить
сухие или усыхающие деревья среди здоровых деревьев в лесу.
Конечно, такое разделение может быть произведено
оператором или экологом каким-то образом вручную по
данным снимка или ортофотоплана, однако, безусловно,
современные геоинформационные технологии позволяют автоматизировать выделение таких
объектов, в частности, найти все сухие деревья на большом участке местности.
На следующем слайде показано влияние дисторсии при
фотограмметрической обработке снимков.
Дисторсией называется геометрическое искажение снимка,
связанное с разным увеличением объектива по площади всего кадра.
Геометрически дисторсия проявляется в том, что прямые линии перестают быть прямыми.
Другими словами,
снимок из идеальной центральной проекции становится искаженным геометрически.
Здесь показаны подушкообразная и бочкообразная дисторсии.
Достаточно значительные искажения вносятся в координаты точек местности,
если дисторсия не будет учтена.
Каким образом можно бороться с влиянием дисторсии при фотограмметрической
обработке?
Либо необходимо использовать дорогие камеры, возможно, они прошли калибровку
на заводе-изготовителе, имеют паспорт, и дисторсия учтена в виде параметров.
Второй вариант — это производить
калибровку самостоятельно и вводить коэффициенты
дисторсии в цифровую фотограмметрическую станцию при обработке.
Ну и наконец, третий вариант — это создавать модель местности методом
фототриангуляции с использованием способа связок, так называемой самокалибровкой.
На следующем слайде представлена промышленная камера — Leica RCD-30.
Такие камеры обеспечивают аэрофотосъемку в случае сопровождения воздушного
лазерного сканирования, то есть входят в состав соответствующих комплексов.
Это среднеформатная камера, она имеет 60-мегапиксельную матрицу,
причем в диапазоне как оптическом, так и ближнем инфракрасном,
сменный центральный затвор, высокоточная геометрия матрицы.
Камера комплектуется сменными объективами 50 и 80 миллиметров,
что позволяет использовать ее на разных высотах.
Интересно, что такие камеры снабжаются двухосевым компенсатором сдвига.
Компенсатор сдвига приводит к отсутствию смаза на
снимке при больших скоростях движения камеры.
В случае беспилотных летательных аппаратов скорости не столь значительны,
допустим, средняя скорость может быть 50 км/ч — компенсатор
сдвига в этом случае не требуется.
Но в случае большой авиации скорости съемки существенно возрастают — 200
км/ч и более, поэтому там необходим компенсатор сдвига.
Пространственное разрешение такой камеры будет составлять 15 сантиметров
на высоте 3780 футов, это около 1 километра
150 метров с объективом 50 миллиметров.
Вес камеры четыре килограмма.
Такая камера, в частности, устанавливается на некий аппарат — Leica Heli,
который вы видите на слайде.
И, наконец, важная часть полезной нагрузки — это непосредственно подвес камеры.
Необходимо упомянуть о том, что подвесы могут быть одно-, двух- или трехосевые.
Подвес камеры — достаточно важный элемент.
Почему?
Потому что он позволяет стабилизировать камеру в полете, например,
когда коптер летит и действует боковой ветер,
коптер сильно наклонен, мы хотим выполнить плановую аэрофотосъемку,
значит, подвес отклоняет камеру строго в надир.
Подвес может отклонять камеру до углов вплоть до 90 градусов,
что используется для фасадной съемки.
Также подвес может управляться
автопилотом и снимать точку с известными географическими координатами.
Такой способ съемки используют для событийной
съемки.
