2.8.5 Основные характеристики фотограмметрических цифровых камер

Для аэрофотосъемки местности фирмой LH Systems создана цифровая аэрофотосъемочная система высокого разрешения и точности ADS40. В основе ее технического решения положена концепция трехлинейчатого сканера, впервые предложенная в 1970 году компанией DLR (Германский аэрокосмический центр) и активно использовавшаяся в системах дистанционного зондирования, как космических, так и самолетных. Исходя из этой концепции, в фокальной плоскости объектива системы взаимно параллельно расположены три ПЗС линейки, отстоящие друг от друга таким образом, что одна из них обеспечивает панхроматическую съемку в направлении вперед, другая – в направлении точки надира, а третья - в направлении назад (Рис. 21).

Причем, вместо одной линейки в каждом из положений используются пары линеек, смещенные одна относительно другой на 0.5 пиксела. Число элементов в каждой ПЗС линейке 12 000, значит в паре разрешение в два раза больше. Кроме панхроматических, в фокальной плоскости расположены еще 4 одинарные линейки по 12 000 элементов в каждой. Они предназначены для мультиспектральной съемки в четырех узких зонах спектра: ближней инфракрасной (835-885), красной (610-660), зеленой (535-585) и синей (430-490). Размер элемента ПЗС-линейки 6.5 мкм. Фокусное расстояние объектива 62,77 мм. Угол поля зрения (поперек направления полета) 64. Углы стереонаблюдений 14.2, 28.4, и 42.6.

П о разрешению съемка рассматриваемой системой сопоставима с аэрофотосъемкой аналоговым АФА в масштабе 1:10 000, если сканирование снимков выполнить с размером пиксела 12 мкм. Это позволяет обеспечить картографирование вплоть до масштаба 1:2 000. Фактором, ограничивающим разрешение на местности, является интервал времени (период) между считыванием информации с линеек, равный 1.2 мсек.

При скорости движения самолета 100 м/сек. разрешение на местности в направлении движения будет примерно равно 25 см. Такое же разрешение получается в поперечном направлении, если высота полета равна 2400 м. Ширина полосы захвата при этом будет равна 3 000 м.

Следует отметить, что геометрические свойства полученного системой изображения принципиально отличаются от геометрии обычного аэрофотоснимка. В этом случае каждая строка, получаемая в результате считывания информации с ПЗС линейки, представляет собой центральную проекцию некоторой линиии на поверхности земли. Причем значения элементов внешнего ориентирования для каждой такой строки отличаются между собой из-за изменений угловой ориентации и перемещения самолета. Работать с таким изображением невозможно. По этой причине исходные изображения (им присваивают уровень 0) подвергаются геометрическому трансформированию с учетом элементов ориентирования каждой строки, получаемых с помощью системы позиционирования и ориентации (Position and Orientation System-POS). Такие трансформированные изображения (уровень 1) уже можно измерять, в том числе и в стереорежиме. Для выполнения указанных операций нужно специальное программное обеспечение.

Важнейшими компонентами системы является: собственно датчик, включающий объектив и пластину с ПЗС линейками; инерциальное измерительное устройство, жестко связанное с датчиком; системы подогрева и охлаждения; устройство управления датчиком, включающее компьютер, программное обеспечение, GPS-приемник и память на жестких дисках.

Система также включает операторский интерфейс (жидкокристаллический дисплей высокого разрешения, монтируемый в специальной подвеске, гасящей вибрацию самолета).

Запоминающее устройство из 6 дисков по 36 Гб каждый смонтировано в герметизированном корпусе, предохраняющем диски и от вибрации. Скорость передачи данныз 45 Мб/сек.

В нашей стране изготовителем кадровых многоматричных цифровых аэрофотоаппаратов «4/90» и «6/90» универсального назначения является НТЦ «Радар». Цифровые снимки, полученные этими камерами, ориентированны на создание и обновление топографических и специальных карт и планов городов масштабов от 1:500.

Фотоприемный элемент - гибридный, на основе цветных ПЗС- матриц с прогрессивной разверткой. Экспонирование матриц в кадре - синхронное. Обеспечивается получение одноцветного (raw-12) изображения. Формат эквивалентного кадра - 24 000Х1 200 пикселов (АФА 4/90) и 27 000Х1 200Х2 полосы (АФА 6/90); постоянный угол стереозасечки – 10˚). Обеспечивается формирование выходного кадра, полностью эквивалентного гомоцентрической центральной проекции. Используется специализированный объектив с постоянным, фокусным расстоянием 92мм. Разрешение по полю - 300 лин/мм, относительное отверстие- 1:2,8- 1:5,6. Угол зрения в направлении «поперек полета»- 50 -56º. Минимальный интервал фотографирования – 0,5 с. Диапазон высот применения – от 1 500 м (5 см/пиксел) до 8 000 м (26 см/пиксел). Аэрофотоаппараты обладают уникальной в своем классе производительностью – выходное изображение формируется со скоростью до 200 Мбайт/с. При этом, обеспечивается возможность работы с перекрытием 60-90 % в полосе 0,9 высоты полета при скорости носителя 0-900 км/ч.

Обработка результатов фотографирования возможна любым распространенным пакетом – например, LPS 8.7 + Orthobase фирмы Leica Geosystems. Имеется программное обеспечение (ПО) управления съемкой, визуального и приборного контроля качества фотографирования, астрокалибровки. Управляющее ПО и аппаратура изделий обеспечивают:

Регистрацию GPS-координат точки фотографирования и профиля полета носителя по курсу, тангажу и крену с использованием собственной твердотельной инерциальной навигационной системы. Артефакты движения носителя компенсируются приводами камеры.

Установку в надирный обогреваемый (в зимнее время) аэрофотолюк размером 200х200 (АФА 4/90) или 300х300 (АФА 6/90) мм, а также в закрытый отапливаемый герметизируемый (обитаемый) отсек носителя. Имеется установочное оборудование для носителей Ан-30, Ан-2, Л-410. Может быть установлена арматура для нестандартной установки. Потребление энергии менее 600 Вт. Минимальная высота фотографирования1400 м. Размер проекции пиксела на местности, см/высота, м/скорость носителя максимальная, км/ч- 10/2750/350; 15/4100/500; 30/8200/900.

Комплект поставки АФА (450х350х350 мм, 26 кг), сервер бортового управления, накопитель 1,6 Т байт (230х370х200 мм, 11,5 кг), антенна GPS с кабелем до 1 м, интерфейсные кабели длиной по 6 м (2 шт.), установочный комплект, преобразователь питания - по спецификации потребителя.

Аэрофотокамеры UltraCam D. Основной принцип камеры базируется на использовании множества распространенных и доступных ПЗС матриц, объединенных в единую 90 мегапиксельную координатную систему с единым центром перспективы. Принцип работы модульный, и в базовой конфигурации состоит из модуля сенсоров и модуля обработки и хранения изображений. Их краткие характеристики сведены в таблицу.

В сенсорном модуле находятся 8 объективов, 4 из которых отвечают за съемку четырех каналов цветного изображения, а 4 расположенных в один ряд объектива отвечают за формирование черно-белого изображения из девяти ПЗС матриц. Один из черно-белых объективов является основным, за которым находятся 4 угловых ПЗС матрицы, обеспечивающие базовую геометрию выходного изображения. За остальными тремя черно-белыми объективами находятся соответственно две вертикальные, две горизонтальные и центральная матрицы изображения с которых накладываются с перекрытием и программно сшиваются с четырьмя базовыми. Каждый объектив "срабатывает" с задержкой 1-2 миллисекунды (в зависимости от скорости полета) относительно предыдущего, что обеспечивает съемку из одной точки всех частей выходного изображения. Такой подход обеспечивает получение детального изображения с большим захватом и хорошей геометрией без дорогостоящего оборудования и трудоемких математических преобразований.

Модуль обработки и хранения состоит из 15 объединенных в сеть компьютерных блоков и массива из 30 дисков, на котором хранятся как исходные необработанные изображения, так и снимки, прошедшие постобработку. Причем процесс обработки может проходить целиком на борту, а может продолжиться на Земле путем подключения модуля к более мощным наземным станциям обработки. Выходная разрядность в 14 бит обеспечивает лучшую радиометрию, а четыре раздельных цветных канала позволяют более полно и точно охватить спектральный диапазон.

.

Характеристики изображения
Формат	Эквивалент 23х15 см аэросника
Объем информации	Эквивалент сканированного с 20 мкм снимка
Форматы файлов	TIFF, JPEG, Tiled TIFF
Характеристики ч/б сенсора
Размер изображения	11500 х 7500 точек
Размер точки	9 мкм
Размер фокальной области	103,5 х 67,5 мм
Фокусное расстояние	100 мм
Диафрагма	1/5,6
Угол обзора поперек (вдоль) маршрута	55° (37°)
Разрешающая способность на местности при высоте полета 500м (300м)	5см (3см)
Характеристики цветного сенсора
Число каналов	4 (RGB + инфракрасный)
Размер изображения	4008 х 2672 точек
Размер точки	9 мкм
Фокусное расстояние	28 мм
Угол обзора поперек (вдоль) маршрута	65° (46°)
Диапазон выдержек	1/500 – 1/60
Производительность	>1 кадра в секунду
Разрядность	14 бит
Радиометрическое разрешение в канале	> 12 бит
Размеры	45 х 45 х 60см
Вес	<30кг
Бортовой массив данных
Объем	> 1.5 терабайт
Количество несжатых кадров	>2775
Размеры	40 х 55 х 65см
Вес	<50 кг
Потребляемая мощность	150 Ватт
Источник питания
Номинальное напряжение / емкость	24В / 70Ач
Время работы	10 часов
Размеры	45 х 30 х 50см
Вес	2 х 35кг

Максимальная скорость съемки составляет 0,75 секунды на кадр. При высоте полета 1500 м. размер покрываемой одним кадром территории составляет 1550 х 1012 м. Односекундный интервал съемки обеспечивает 95% перекрытия кадров, тем самым каждая точка поверхности может быть отснята 20 раз. Более востребованным, как правило, является перекрытие 60-70%, и в таком режиме система обеспечивает 6 часов непрерывной съемки.

V-STARS – это система для промышленной фотограмметрии. Она включает одну или несколько цифровых камер с фокусным расстоянием 17 мм. Камера INCA2 4.2 имеет разрешение ПЗС матрицы 2 033х2 044 пикселей. Ее размер -18.2х18.4 мм, а угол поля зрения - 56х56. У камеры INCA2 6.3 указанные выше параметры имеют следующие значения: 2 033х3 072 пикселей 18.4х27.6 мм и 56х76.

В комплект системы входит компьютер, программное обеспечение и аксессуары (набор марок, жезлы для масштабирования, камера, куда помещается фотоаппарат при работе в экстремальных условиях, и проч.).

Система обеспечивает работу, как в режиме реального времени, так и в режиме off line. Измерение визирных целей на цифровых фотоснимках можно выполнять в автоматическом режиме. Разработчики системы гарантируют, что при соблюдении технологии съемки и измерений можно обеспечить точность определения параметров объекта с ошибкой 1:100 000.