Обзор современных стереофотограмметрических приборов

С помощью современных стереофотограмметрических  приборов  (SD-2000 "Leica") и программных стереофотограмметрических комплексов, по материалам аэрофотосъёмки создают ортофотопланы, ортофотокарты, цифровые карты и планы. Результатом разглядывания стереопар снимков сквозь специальные   стереофотограмметрические приборы   являются блок-диаграммы — трёхмерные рисунки местности, сочетающие в себе наглядность и картинность художественных пейзажей с точностью карт, и др. Такие панорамы и пейзажи конструируют теперь на экранах компьютеров, они чрезвычайно удобны для планирования архитектуры ландшафта, размещения на нём зданий и сооружений.   Стереофотограмметрические приборы   "Топокарт" и "Стереометрограф" служат для получения цифрового планово-картографического материала непосредственно с аэрофотонегативов.^[4]   

          2.1. Цифровой самолетный сканер «3-DAS-1»

3-DAS-1 это бортовой сканер, предназначенный для высокоточной аэросъемки с одновременным созданием изображения местности тремя каналами(рисунок2). Надирный канал снимает местность непосредственно под самолетом и используется для автоматизированного создания ортофото. Два других канала (передний и задний) снимают местность под углами 16° и 26° вдоль направления полета, обеспечивая тройное стереоскопическое покрытие на всей снимаемой территории.^[2]

Достоинства и  преимущества.

Полностью цифровая фотограмметрическая  технология без проявки и сканирования фильмов. Непрерывное бесшовное изображение всего маршрута с постоянным тройным перекрытием. Три RGB-сенсора Kodak обеспечивают кристально чистые 42-битные изображения.

Просмотр снимаемого изображения и выбор оптимальной  экспозиции прямо в полете. Сжатие без потерь в реальном времени обеспечивает 48 часов съемки без замены носителя. Гибкая технология стереосоставления с выбором стереопар изображений с углами конвергенции 16°, 26° или 42°.

Продуманная и надежная конструкция, облегчающая использование  и обслуживание.^[2]

 

Технические характеристики

Параметры	Значения
Высота полета, м	550-4400
Ширина полосы захвата, м	360-2880
Разрешение  на местности, см	4.5-36
Число RGB-каналов	3
Радиометрическое  разрешение, бит	42
Углы между  надирным и другими каналами, градусов	16/26
Фокусное расстояние, мм	110
Поле зрения (поперек направления полета), градусов	36
Частота строк, Гц	375-750
Требования  к питающему напряжению	= 28В/15А
Вес, кг (нетто/вся  система со стабилизированной платформой и компьютером)	32/150
ПЗС-сенсор
Количество активных пикселей	8000xRGB
Размер пикселя, мкм	9

 

Программное обеспечение  камеры

Обеспечивает планирование залетов, прокладку маршрутов, а также навигацию и контроль траектории при выполнении залета. Позволяет непосредственно в полете просматривать снимаемое изображение и настраивать параметры съемки. Создает и обрабатывает «сырые» и «сжатые» 16/8-битные изображения неограниченного размера. Выполняет калибровку камеры и постобработку для ректификации изображения по данным бортовой инерциальной GPS (GPS/IMU). Автоматически и полуавтоматически создает цифровую модель рельефа для ортофото. Позволяет создавать бесшовные мозаичные ортофотопланы с автоматической коррекцией цветового баланса. Позволяет выполнять стереосоставление.

Совместимость

Интегрированный интерфейс с популярными инерциальными GPS, такими как Applanix POSAV, Novatel SPAN, IGI AEROcontrol и Leica IPAS20.

Включает стабилизирующую платформу  (либо специальный адаптер для использования с платформой Leica PAV30).^[2]

Рис.2 Цифровой самолетный сканер «3-DAS-1»

 

 

 

2.2. Камера Microsoft UltraCam Eagle

Камера Microsoft UltraCam Eagle – это новейшая цифровая фотограмметрическая система, устанавливающая новые стандарты в цифровой аэрофотографии(рисунок 3). При создании аэрофотокамеры UltraCam Eagle были реализованы новейшие научно-технические разработки компании Microsoft Vexcel, при этом камера, как и предыдущие модели UltraCAM, отличается высокой надежностью, точностью, и высочайшей степенью детализации снимков.

UltraCam Eagle имеет модульную конструкцию, представляющую новый стандарт в интеграции компонентов, позволяющий уменьшить размеры сенсорного блока и вес системы.

Модернизированный сенсор включает сменную систему объективов с двумя различными фокусными расстояниями, специально разработанными для получения высокодетализированных изображений. В пакет интеграции входит UltraNav – система управления полетом и геопозиционирования, которая включает в себя новейшую инерциально-измерительную систему, GNSS, дисплей пилота, и программное обеспечение для планирования полетов.

Таким образом, камера Microsoft UltraCam Eagle -это надежная, эффективная  камера, имеющая самый большой в отрасли размер кадра, отличается высочайшей производительностью и детализацией изображения.^[2]

Особенности камеры

Самый большой размер панхроматического изображения  из всех ультра-широкоформатных аэрофотокамер. Размер изображение составляет 20000 пикс поперек маршрута.

• Специально изготовленная  электроника обеспечивает пропускную способность данных 3.7 гигабит/, что гарантирует скорость съемки 1 кадр за 1.8 сек при продольном перекрытии снимков 80%, скорости самолета 284 узлов и размере пиксела GSD 10 см.

• Интегрированные в  сенсор компоненты, включая систему OEM UltraNav GPS/INS/FMS, и модульные устройства хранения данных, обеспечивающие удобное расположение оборудования на борту самолета.

• Система заменяемых накопителей данных, позволяющих  производить их замену прямо на борту, емкостью более 3800 изображений, что  позволяет сэкономить полетное время.

• Наличие двух сменных систем объективов с двумя различными фокусными расстояниями для наиболее гибкого использования, начиная от инженерных приложений со съемкой на низких высотах, и до получения ортофотоснимков с больших высот полета.

• Размер пиксела 5.2 мкм, расширенный диапазон панхроматического изображения – 16000 серых оттенков, обеспечиваемых новой технологией CCD – сенсора, новейшими, специально изготовленными объективами и фильтрами, и специальной электроникой.

• Удобный в использовании  интерфейс с сенсорной технологией, упрощающий процесс настройки и управления, а также обеспечивающий бортовой контроль каждого снимка.

• Компактное исполнение сенсора камеры весом 75 кг и пониженное электропотребление 350 Ватт, 24-28 В постоянного  тока.

Характеристики  изображения

• Размер изображения  аналогичен пленочному изображению  формата 23 cm x 15 cm, отсканированному с  разрешением 12 мкм

• Форматы изображений: JPEG; TIFF с глубиной 8 и 16 бит, стандартный TIFF формат

• Формат хранения снимков  на уровне 2: панхроматическое в полном разрешении

Подсистема  цифрового сенсора

• Размер панхроматического  снимка: 20,010 x 13,080 пикс

• Размер пиксела панхроматического  изображения: 5.2 мкм

• Объем изображения: 842 Мбайт, 260 Мегапикс

• Система объективов 1: 80 mm PAN и 27 mm RGB NIR

• Система объективов 2: 210 mm PAN и 70 mm RGB NIR, легко заменяемые, не требующие перекалибровки после замены

• Максимальная скорость съемки: 1 кадр за 1.8 секунды

• отношение сигнал / шум для CCD : 72 dB

• динамическая характеристика CCD: 14 бит

• Габаритные размеры с объективами 70 mm (210 mm), включая компьютер и модуль хранения данных: 43 cm x 43 cm x

76 cm (86 cm)

• Вес с объективами 70 mm (210 mm), компьютером и модулем  хранения данных: приблизительно 75 кг (80 кг)

• Энергопотребление  при полной загрузке системы: 350 ватт

Компьютер и  блок хранения информации (CEDE)

• Твердотельные диски, с опционной возможностью параллельного  копирования данных

• Возможность хранения практически неограниченного количества снимков: 3.3 Тбайт (3,800 снимков) на один блок

Эксплуатационные  характеристики

• При 10 cm GSD, 60 % продольного  перекрытия, скорости 140 kts, время записи составляет 8 часов на один блок

•Максимальное продольное перекрытие при 10 cm GSD (@ 5 cm GSD), скорости 140 kts составляет 90 % (80 %)1

• Максимальная скорость полета при 10 cm GSD (или 5 cm GSD), и при 80% продольном перекрытии снимков составляет 268 узлов (или 134 узла)^[2].

Рис.3 Камера Microsoft UltraCam Eagle

2.3. Камера UltraCam-Xp Wide Angle

Новая Microsoft UltraCamXpWA  широкоугольная аэрофотосъемочная цифровая камера, сохраняет в себе все достоинства и качества камеры UltraCamXp, а также имеет новую собственную цифровую высокоэффективную систему линз с высокой разрешающей способностью и более коротким фокусным расстоянием. Эта новинка позволяет получать цифровые изображения с такой же разрешающей способностью, как и камера  UltraCamXp, но с более низких высот фотографирования. UltraCamXpWA является альтернативой камеры UltraCamXp, предлагающей за туже  же цену возможности мелкомасштабного картографирования на низко летающих самолетах.^[3]

Рис.4 Камера UltraCam-Xp Wide Angle

 

Особенности камеры:

·         Позволяет получать изображения, с  тем же, высоким разрешением на местности что и UltraCamXp, но на более низких высотах полета, предоставляя тем самым больше возможностей мелкомасштабного картографирования на низко летающих самолетах.

·         В UltraCamXp WA cохранен концепт камеры и все качественные показатели (геометрические, радиометрические) как и у камеры UltraCamXp.

·         Разрешение на местности (GSD) при высоте съемки 1000 м. составляет 8.6 см (4.3 см  при 500 м).

·         Соотношение 1:3 панхроматического и цветного изображения позволяет производить  цветные и цветные-инфракрасные снимки (CIR)  высокого качества и с минимальными искажениями.

·         Короткий интервал выдержки позволяет выполнять крупномасштабную съемку на низких высотах и с высокой скоростью полета самолета; продольные перекрытие в 60% с 1-дюймовом размером пиксела достигается при скорости полета в  110 узлов.

·         Сенсор камеры полностью совместим с существующими DX+CX или DXp+CXp системами, благодаря этому владельцы камер UltraCam могут быть полностью обеспечены различными дополнительными модулями, которые могут быть необходимы для выполнения их картографических задач.

·         UltraCamXp WA совместима со всеми существующими системами креплений и GPS/INS оборудованием.

·         UltraCamXp WA полностью совместим с программным обеспечением UltraMap, включая опции UltraMap/AT.

·         Простая процедура обновления для пользователей камер UltraCamD, UltraCamX и UltraCamXp.^[3]

Вычислительный  модуль C-X

Бортовой вычислительный модуль позволяет отображать исходные аэрофотоснимки в режиме реального времени во время полета, это позволяет визуально контролировать  качество и гистограмму изображения. Модуль содержит 14 процессоров Pentium-M  для сбора и оценки качества аэрофотоснимков во время полета.

Рекомендуемые области применения:

Крупноформатный цифровой аэрофотоаппарат UltraCam-X (136 Мегапикселей) предназначен для проведения аэрофотосъемки для решения топографо-геодезических  задач:

• Создание и обновление топографических карт и планов вплоть до масштаба 1:500
• Создание ЦМР, ЦММ и ортофотопланов
• Развитие геодезических сетей фототриангуляционными методами и др.

Нефтегазовая и горная промышленность

• Крупномасштабное топографическое картографирование площадных и линейных объектов в составе изысканий, проектирования, строительства, инвентаризации объектов обустройства месторождений. Создание цифровых карт и планов нефте- и газопроводов; диагностика продуктопроводов, оценка объемов горной выработки, снежной массы, экологический мониторинг и моделирования

Электроэнергетика

• Обследование ЛЭП и других объектов сетевого хозяйства (в том числе электрических подстанций). Создание ортофотопланов ЛЭП и других географических объектов в полосе отчуждения. Оценка состояния растительности, определение мест возможных замыканий. Создание фотокарт полосы отчуждения.

Картографирование городских ландшафтов

• Создание ортофотопланов застроенной территории. Моделирование перспективного развития, проектирование беспроводных сетей связи и передачи данных.^[3]

Технические характеристики.

Характеристики изображения
Виды  регистрируемого изображения	Панхроматическое, Цветное в видимом диапазоне (RGB), Инфракрасное (NIR)
Формат	Эквивалент 23х15 см аэрофотоснимка
Объем информации	Эквивалент  сканированного с 13 мкм снимка
Форматы файлов	TIFF 8 или  16 бит, JPEG
Геометрическая  точность изображения	< 2 мкм
Формат  хранения изображения уровня 2	Панхроматическое (полного разрешения), отдельные  цветные каналы в цветовом разрешении
Цвета уровня 3	Полное разрешение R, G, B,  Near‐IR инфракрасный канал, CX - 14 процессоров Pentium‐M с 14 носителями DX для каждого.
Система линз	Linos Vexcel Apo-Sironar digital HR
Панхроматический сенсор
Размер  изображения	17 310 x 11 310 точек
Размер  точки	6 мкм
Входной объем данных на изображение	624 Мбайт
Размер  фокальной области	103,86 х  67.86 мм
Компенсация смаза изображения (FMC)	TDI контроллер
Максимальная  компенсация смаза	50 пикселей
Фокусное  расстояние	70мм
Диафрагма	1/5,6
Поле  зрения поперек (вдоль) маршрута	73°  (52°)
Разрешающая способность на местности при  высоте полета 1000м (500м)	8.6 см (4.3 см)
Потребляемая  мощность	150 Ватт
Мультиспектральный сенсор
Число каналов	4 (красный,  зеленый, синий, инфракрасный)
Размер  изображения	5 770 x 3 770 точек
Размер  точки	6 мкм
Система линз	Linos Vexcel Apo-Sironar digital HR
Фокусное  расстояние	23 мм
Диафрагма	1/4,0
Поле  зрения поперек (вдоль) маршрута	73°  (52°)
Система затвора	Prontor magnetic 0 –  Vexcel
Диапазон  выдержек	1/500 –  1/32
Производительность	1 кадр  в 2 секунды
Разрядность	14 бит
Радиометрическое  разрешение в канале	> 12 бит
Размеры	45 х  45 х 60см
Вес	< 55 кг
Бортовой накопитель
Объем одного сменного блока памяти DXp	4.2 терабайт
Количество  несжатых кадров в одном DXp	6600
Время замены модуля DXp в полете	Не  более 3 мин.
Конфигурация  вычислительного CX и накопительного DXp блока	CX - 14 процессоров Pentium‐M с 14 носителями DX для каждого.
Размеры	ширина 50 см x глубина 36 см x высота 65 см
Вес одного сменного блока DXp	16 кг
Потребляемая мощность	700 Ватт