Аэросъёмочный фотограмметрический комплекс VisionMap A3 от широкоугольной цифровой камеры

Proprietary VisionMap Information

Аэросъёмочный фотограмметрический комплекс

VisionMap A3

от широкоугольной цифровой камеры до автоматического создания ортофотоплана

и квази-снимков для стереорисовки


Темы для обсуждения

• Предварительные рассуждения

• Общее описание

• Цифровая аэрокамера

• Система обработки данных

• Анализ точности

• Производительность

• Преимущества использования

• Заключение


• Большая высота фотографирования

• Длиннофокусный объектив

• Специальная конструкция аэрокамеры

Высокая производительность

аэросъёмки и фотограмметрическая

точность

Предварительные рассуждения


Рассмотрим проект …

Высота фотографирования, длиннофокусный объектив и специальная конструкция камеры !!!

Почему ?

Технические требования:

Ортофотоплан с разрешением 15 см;

Площадь – 20 000 кв.км;

Максимально допустимый угол отклонения от надира = 20°;

Выполнение аэросъёмки потребует:

21 съёмочных дней при использовании обычных крупноформатных цифровых камер;

5 съёмочных дней при использовании A3 камеры; Что делает это возможным ?


Высота фотографирования ?

α – максимально допустимый угол отклонения от надира при создании ортофотоплана

Крупно форматныецифровые камеры

VisionMap A3(f=300 mm)

Полоса съёмки для ортофотоплана (при α=20°):

W1 = 1092 m

W2 = 3276 m

1,5 km

4,5 km

W1W2

S1

S2

2α

2α


Длинный фокус ?

Сдвиг изображения за счёт рельефа значительно меньше

при использовании длиннофокусного объектива

VisionMap A3(f=300 мм)

S2

S1

f

f

Сдвиг изображения

Скрытые места

Меньше требуемая точность ЦМР

Больше площадь для создания ортофотоплана

Меньше площадь скрытых мест


Меньшая требуемая точность ЦМР при создании ортофотопланов

S1

Ground

DTM

f

H

mxyD

Rmax

mz

Допустимая точность ЦМР(Δhпред) при разных F

Масштаб карты

Mk

mz(f=300 мм)

mz(f=100 мм)

5002,50,8

10005,01,7

200010,03,3

500025,08,3

1000050,016,7

25000125,041,7

* Вычисления выполнены для одиночного центрального снимка (CCD) с Rmax = 18 мм (α=3,43°)

max

3.0

R

fMh kпред


Конструкция аэрокамеры

2α

Полная полоса съёмки для уравнивания

и получения перспективных снимков

α – максимально допустимый угол отклонения от надира при создании ортофотоплана;

Угол максимального поля зрения - 104°

FOV = 104°

Полоса съёмки одного маршрута

для ортофотоплана


Применительно к нашему проекту

Входные данные

Высота фотографирования (м)4 500

Скорость полёта (км/час)260

Макс. угол поля зрения (градус)104

Угол для ортофотоплана (2α, градус)40

Результаты

Полная ширина съёмки (м)11 519

Ширина съёмки для ортофото (м)3 276

Расстояние между осями маршрутов (м)

3 276

Разрешение в надире(м)0,14

Разрешение для перспективного снимка (м)

0,22

Полная площадь съёмки (кв.км в час(

2 987

Площадь съёмки для ортофото (кв.км в час)

849

Один съёмочный день (5 часов, кв.км)

4 245

Площадь объекта (кв.км)20 000

Количество съёмочных дней4,7Площадь

для ортофото


Общее описание


Основные отличия

• Цифровая аэрокамера:

– Малый вес, небольшой размер, простота установки в самолёте;

– Два вращающихся спаренных объектива с двумя ПЗС (CCD) и фокусным

расстоянием 300 мм;

– Горизонтальные и перспективные снимки, с точным фотограмметрическим

решением, одной камерой и из одного полёта;

– Большая высота фотографирования приводит к большой съёмочной площади;

– Квази-снимок большого формата (480 Mpix) для стереосъёмки;

• Обрабатывающая система:

– Расширяемая конфигурация ПК серверов;

– Одновременная обработка разных проектов;

– Одновременная обработка сотен тысяч снимков;

– Все вычислительные процессы выполняются в автоматическом режиме.


Основной порядок выполнения

• Подготовка аэросъёмочного проекта;

• Выполнение аэросъёмки (с возможностью контролирования качества снимков во время полёта);

• Блок памяти переносится в наземную систему для обработки;

• Автоматическая обработка данных: обработка данных полёта и проверка качества (снимки и GPS), аэротриангуляция, вычисление ЦМР/ЦММ, вычисление ортофотопланов, построение мозаики, радиометрическое уравнивание, построение квази-снимков для стереорисовки.


Цифровая аэрокамера А3


A3 – легкая аэрокамера

• Компьютер: Вес – 10 кг; Размеры - 25*40*40 см;

• Аэрокамера: Вес – 15 кг; Размеры - 50*50*40 см;

• Время установки – 15-30 мин;

• Нет необходимости в специальном транспортировочном средстве в аэропорту;


Конструкция аэрокамеры• Два спаренных вращающихся

объектива с ПЗС каждый;

• Объективы вращаются перпендикулярно линии полёта;

• Фокусное расстояние – 300 мм;

• Зеркально-оптическая оптика;

• Макс. угол поворота –104 градуса;

• Сдвиг изображения (FMC&SMC) и общая вибрация учитываются специальным зеркально-оптическим стабилизатором встроенным в объективы;

• Вес – 15 кг;

• Размеры – 50*50*40 см. Направление полёта


Бортовой компьютер

• ПК на основе Intel процессора;

• Бортовая компрессия снимков с использованием JPEG2000;

• Двухчастотный GPS (с поддержкой Omni Star);

• Съёмный модуль Flash памяти емкостью 0,5 TB;

• Вес – 10 кг;

• Размеры – 25*40*40 см.


Технические характеристики

ПЗС (CCD)KAI-11002ЦветRGB

Размер одиночного снимка (пиксель)

4006*2666Глубина цвета (бит)12

Размер двойного снимка (пиксель)

7812*2666Размер пикселя (мкм)9,0

Количество двойных снимков за один поворот объектива

27Скорость съёмки (снимков/сек.)

7,5

Размер квази-снимка (пиксель)

62517*7812

~480 MpixСкорость чтения информации (Мб/сек.)

155

Поле зрения одного объектива (градус)

6,9*4,6Макс.время полёта (час.)

5-8

Макс.поле зрения камеры (градус)

13*104Общий вес (кг)27 кг

Апертураf/4,5Температураот -30°до + 45°


КСС - Квази-снимок для стереоработ• Плавное вращательное

движение объективов;

• До 27 двойных снимков за один поворот;

• Перекрытие между снимками вдоль линии полёта 2%;

• Перекрытие между снимками поперек линии полёта 15%;

• Перекрытие между двумя последовательными КСС задаётся в зависимости от типа решаемой задачи;

• Высокая точность. КСС – для визуализации. Все вычисление ведутся на одиночном снимке.

Направление полёта

Одиночный снимок

КСС – 480 Мпикс

Направление вращения объективов

Двойной снимок


Параметры КССВысота фотографирования (м)1500300042007500

Высота фотографирования (ft)4921*98421377924606

Короткая сторона КСС (вдоль линии полёта, м)3547099921772

Длинная сторона КСС (поперёк линии полёта, м)1435*76791075119198

Площадь КСС (кв.км)0,55,410,734,0

Площадь стерео КСС вдоль маршрута (56%, кв.км)0,3*3,06,019,1

Площадь стерео КСС между маршрутами (50%, кв.км)

0,72,75,317,0

Отношение базис/высота (B/Н) между КСС в одном маршруте

1:7,61:7,61:7,61:7,6

Отношение базис/высота (B/Н) между КСС из соседних маршрутов

1:0,81:0,81:0,81:0,8

Разрешение на местности в надире (м)0,050,100,140,25

Разрешение на местности для перспективного снимка (м)

0,080,160,230,41

* На высоте меньше 2700 м для поддержки перекрытия между КСС внутри маршрута, уменьшается угол поворота объективов.


Пример КСС


Перспективный снимок

Высота съёмки - 3500 м;45° от надира


Горизонтальный снимок

Высота съёмки 3600 мРазрешение – 10,8 см


Горизонтальный снимок

Высота съёмки 3660 мРазрешение 11 см


Система обработки данных

1. WEB-программа управления процессами;

2. Модуль подготовки аэросъёмочного проекта;

3. Предварительная обработка: задание параметров проекта, предварительная корреляция изображений, проверка качества аэросъёмки, обработка GPS;

4. Блочная фототриангуляция по методу связок с самокалибровкой;

5. Вычисление ЦМР и ЦММ или импорт существующих;

6. Построение КСС с радиометрической коррекцией (опционально);

7. Полностью автоматическое производство ортофотоплана: ректификация отдельных снимков, мозаика и радиометрическая коррекция.


Точность и надёжность решения

• Каждая точка изображается на множестве снимков и просматривается с разных направлений

• Разные углы засечек

• Высокая точность и надёжность - миллионы связующих точек и фотограм-метрических связей.

Площадь для

ортофото


Блочное уравниваниеСамокалибровка

Все вычисления ведутся на одиночном снимке

Нет необходимости в IMU

Нет необходимости в опорных точках

Был решен блок из 700 000 снимков

Миллионы связующих точек

Полностью автоматический процесс

Специальные средства для проверки качества


Точность фототриангуляцииКонтр.точкиΔxΔyΔxyΔz

P1-0,200,020,20-0,06

P20,10-0,040,110,11

P3-0,190,070,20-0,09

P4-0,17-0,090,19-0,16

P50,430,040,430,74

P6-0,13-0,240,27-0,44

P7-0,03-0,030,04-0,20

P8-0,140,050,14-0,17

P9-0,12-0,150,20-0,30

P100,07-0,280,29-0,21

P11-0,14-0,110,18-0,13

СО-0,05-0,070,20-0,08

СКО0,180,130,230,30

• Высота полёта – 3 600 м;

• Площадь – 2 680 кв.км;

• Количество одиночных снимков – 250 000;

• Разрешение на местности – 12,5 cm;

• Без опорных точек.


Точность фототриангуляции


Точность фототриангуляции

CaseArea(sq.km)

H(feet)

H(m)

GCPChPRMS

xyzxyxyz

12208,0002,4000660.491.150.591.251.39

22208,0002,4005610.280.620.330.680.75

32208,0002,40014520.150.190.300.240.39

41008,0002,40016220.060.080.100.100.14


Автоматическое вычисление ЦМР/ЦММ

Плотность ЦММ - 7.5 мЗеленый - земляРозовый - дома и деревья


Допустимая ошибка ЦМР

Инструкции по топографической съёмке ГУГК

Городская и

равнинная местностьГорная и залесённая

местностьТочность

ЦМР


Мк


(по α)


(по α)


(по Rmax для

одиночного снимка)

(м)(м)(м)(м)(м)

5000,250,430,350,612,5

1 0000,500,870,701,215,0

2 0001,251,731,402,4210,0

5 0002,504,333,506,0625,0

10 0005,008,667,0012,1250,0

25 00012,517,3217,5030,31125,0

kxy 0.7Mm

Вычисления выполнены для:

F = 300 мм; α = 30°; Rmax = 18 мм

2α – предполагаемый допустимый угол поля зрения для производства ортофотоплана.

tgmm xy

z

kxy 0.5Mm

max

3.0

R

fMmz

2α


Автоматическая мозаика

Программа обходит дома и

деревья

Учитываются

движущиеся объекты


Автоматическая коррекция радиометрии

Исходные снимки Ортофотоплан


Проверка параметров съемки

• Цветовое обозначение проблематичных мест;

• Географическая презентация;

• Тёмно-синий цвет – надир;• Возможность оценки

площади съёмки пригодной для ортофотоплана.

Графическое представление угла 2α


Проверка радиометрической коррекции

• Цветовое обозначение проблематичных мест;

• Географическое представление областей радиометрической коррекции;

• Карта изменений для каждого пикселя.


Оценка точности стерео модели

sin2

2

cos2

f

lz

f

ly

f

lx

a

H

B

P2P1

Q

L

Схема оценки точности

Формулы оценки точности

Стерео между маршрутами -

отношение В/Н 1:0,8 (α=32,6°)

Стерео внутри маршрута -

отношение В/Н 1:7,6 (α=3,8°)

Высота(м)

Разрешение

(м)

Δx(м)

Δy(м)

Δz(м)

Δx(м)

Δy(м)

Δz(м)

1 5000,050,010,010,020,010,010,16

3 0000,090,030,030,050,020,020,32

4 5000,140,040,040,07 0,030,030,48

6 0000,180,060,050,090,040,040,64

8 5000,260,080,070,130,060,060,91

10 0000,300,100,080,160,070,071,07


Соответствие стандартам

Инструкция по фотограмметрическим работам

ЦНИИГАиК, 2002(3.7.6 – Остаточные погрешности на опорных точках)

Технические возможности комплекса А3


M

Высота сечения рельефа

h (м)

Размер пикселя

(м)

Δxy

0.2*M

Δz

0.15*h

Высота полёта

(м)

Размер пикселя

(м)

Δxy(м)

Δz(м)

1:5000,50,080,10,0815000,050,020,02

1:10001,00,130,20,1530000,090,040,05

1:20002,00,250,40,3045000,140,060,07

1:50002,50,381,00,3860000,180,080,09

1:100005,00,502,00,7585000,260,110,13

1:2500010,00,885,01,50100000,300,130,16


Производительность системыПлощадь съёмки (кв.км)3 000

Высота полёта (м)3 650

Разрешение на местности (см)12,5

Количество одиночных снимков250 000

Количество КСС5 000

Компьютерная конфигурация 4 Dual quad core PC

Время необходимое на аэросъёмку всего объекта (дней)

1-2

Производительность производства (вычислений) ортофотоплана (кв.км в день)

500

Время на производство ортофотоплана (дней)6

Общее время выполнения проекта (дней)8

Окончательные продуктыОртофотоплан, КСС

Горизонтальные и перспективные снимки,

ЦМР/ЦММ


Производительность аэросъёмки

Высота полёта (fееt)5 00010 00012 00015 00022 00028 000

Высота полёта (м)1 5243 0483 6584 5726 7068 535

Скорость самолета (км/час)260260260260260260

Макс. угол (2α) для ортофото60°60°60°60°60°60°

Ширина полосы съёмки (м)1 4357 8029 36311 70317 16521 846

Расстояние между маршрутами (м)1 1092 2192 6623 3284 8816 212

Разрешение в надире (м)0,0460,0910,1100,1370,2010,256

Разрешение перспективного снимка (м)0,0510,1490,1780,2230,3270,416

Полная площадь аэросъёмки (кв.км в час)3722 0232 4283 0344 4505 664

Площадь аэросъёмки для ортофотоплана (кв.км в час)

3729131 0951 3692 0082 555

• Площадь аэросъёмки для ортофотоплана, наряду с другими параметрами, определяется максимальным допустимым углом 2α для ортофотоплана;

• Угол 2α задаётся при планировании аэросъёмки и зависит от требуемой точности, точности ЦМР и от типа местности – городская, равнинная, горная.


Производительность обработки

• Наземная система для обработки данных использует стандартное

компьютерное оборудование;

• Стандартная конфигурация поставки состоит из 4-х Dual quad core

Intel Xeon серверов интегрированных в единую систему;

• На стандартной конфигурации система позволяет обрабатывать

до 500 кв.км ортофотоплана в день;

• Система расширяема. Простое добавление памяти и серверов

приводит к повышению производительности вычислительного

процесса.


Преимущества пользователяСнижение стоимости аэросъёмки:• сокращение времени полёта за счёт большой высоты

фотографирования и большей площади съёмки,• меньшая чувствительность к изменениям погоды из-за

сокращения времени полёта и предполётной подготовки,• большая эффективность при съёмке городской территории из-

за большой высоты полёта,• сокращение количества самолётов и аэрокамер при выполнении

больших проектов или множества проектов в ограниченное время.

Снижение стоимости фотограмметрических работ:• все процессы выполняются в одном программном комплексе,• полная автоматизация всех процессов,• высокая производительность системы,• параллельное выполнения множества проектов без

вмешательства оператора,• встроенные возможности для вычисления ЦМР/ЦММ,• в общем случае, нет необходимости в опорных точках,• эффективная стереосъёмка с использованием КСС.


Заключение • Высокая производительность – для данного разрешения

производительность комплекса значительно выше, чем у других цифровых аэросъёмочных систем;

• В одном полёте одной камерой можно получить горизонтальные и перспективные снимки. Все снимки получают точные элементы внешнего ориентирования из фототриангуляции;

• КСС – квази-снимок большого формата для стереорисовки;• Объектив с фокусом 300 мм позволяет выполнять аэросъёмку

на больших высотах. Это повышает производительность аэросъёмки и важно при съёмке городских территорий при существующих ограничениях на минимальную высоту полёта;

• Малый вес, небольшие размеры и легкость установки в самолёте сокращают пред- и послеполётные работы;

• Полная автоматизация всех процессов;• Высокая точность и стабильность фотограмметрических

вычислений;

Documents

Аэросъёмочный фотограмметрический комплекс VisionMap A3 от широкоугольной цифровой камеры