Geodezja i Kartografia
Geodezja i Kartografia
studia I stopnia (inżynierskie), stacjonarne, sem. 3
studia I stopnia (inżynierskie), stacjonarne, sem. 3
wykładowca: dr hab. Zdzisław Kurczyński
wykładowca: dr hab. Zdzisław Kurczyński
Przedmiot : FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA
Przedmiot : FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA
Przedmiot : FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA
cz. 7a: Lotnicze kamery cyfrowe
cz. 7a: Lotnicze kamery cyfrowe
cz. 7a: Lotnicze kamery cyfrowe
Warszawa
Warszawa
Plan:
1. Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych lotniczych kamer cyfrowych
1. Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych lotniczych kamer cyfrowych
2. Kamera DMC 2001 (z matrycÄ… CCD)
2. Kamera DMC 2001 (z matrycÄ… CCD)
3. Kamera ADS40 (skaner elektrooptyczny z linijkÄ… CCD)
4. Kamera UltraCam-D (z matrycÄ… CCD)
Konstrukcja
Aranżacja ramki tłowej
Obrazowanie wielospektralne
Radiometria
Zwiększone pokrycie podłużne
5. Inne lotnicze kamery cyfrowe
6. Rynek zdjęć lotniczych rynek kamer cyfrowych
7. Przestrzenna zdolność rozdzielcza obrazowania cyfrowego
Zdolność rozdzielcza  porównanie: zdjęcie analogowe obraz cyfrowy
Ocena praktycznej zdolności rozdzielczej w oparciu o funkcję rozmycia
krawędzi
Wymiar piksela wykrycie interpretacja identyfikacja
Zalety obrazowania cyfrowego:
Zalety obrazowania cyfrowego:
wyeliminowanie kosztownego filmu i obróbki
fotolaboratoryjnej,
wyeliminowanie czasochłonnego i kosztownego etapu
skanowania zdjęć,
zakres dynamiczny okoÅ‚o 3 500:1, tj. 11÷12 bitów; dla
porównania, ten zakres dla zdjęć skanowanych wynosi
okoÅ‚o 6 ÷7 bitów,
lepsza reprodukcja barw,
łatwiejsza droga do obrazowania wielospektralnego (ważne
dla opracowań tematycznych),
możliwość nowych aplikacji,
radykalnie skrócony czas dostarczenia obrazów do
odbiorcy.
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
lotniczych kamer cyfrowych
lotniczych kamer cyfrowych
lotniczych kamer cyfrowych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych:
Koncepcja I: kamera z matrycÄ… CCD
Kamera z matrycÄ… CCD
Kamera z matrycÄ… CCD
Kamera z matrycÄ… CCD
Geometria rzutu środkowego
Szereg zdjęć
Negatyw (kwadrat)
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja I: kamera z matrycÄ… CCD
Zalety koncepcji I :
geometria zgodna z  rzutem środkowym
Ò! technologia opracowania bez zmian
precyzyjne określenie el. or. zewnętrznej: niekonieczne
Ograniczenia koncepcji I :
rozmiary i rozdzielczość dostępnych matryc CCD,
szybkość sczytywania sygnałów z CCD, transmisji i zapisu danych
Ò! ograniczenia terenowej zdolnoÅ›ci rozdzielczej
 rozmazanie obrazu
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja I: kamera z matrycÄ… CCD
Dostępne tablice CCD wysokiej rozdzielczości
Producent Model Wymiary tablicy Wymiary Częstotliwość
piksela odczytu [MHz]
Kodak DCS-460 9 µm 10
3 072 2 048
"
Lockeed Martin BigShoot"! 15 µm 5
4 096 4 096
"
Kodak Megaplus 16.8i 9 µm 10
4 096 4 096
"
Philips Icam28 12 µm 18
7 168 4 096
"
Philips 12 µm 40
9 216 7 168
"
Dalsa CA-260/50 10 µm 48/64
10 080 5 040
"
Lockeed Martin F-979F 8,75 µm 160
9 216 9 216
"
W połowie 2006 r. Dalsa poinformowała o wyprodukowaniu
W połowie 2006 r. Dalsa poinformowała o wyprodukowaniu
tablicy CCD o rozdzielczości ponad 100 M pikseli
tablicy CCD o rozdzielczości ponad 100 M pikseli
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja I: kamera z matrycÄ… CCD
Remedium:
kamera wieloobiektywowa -  zespół kamer
Macierze CCD
Zespół kamer
dla zwiększenia zasięgu
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja I: kamera z matrycÄ… CCD
Remedium:
FMC na bazie elektronicznej (TDI - integracja z opóz
nieniem
czasowym)
Bez kompensacji
Z kompensacjÄ…
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja II: skaner elektrooptyczny z 3. linijkami CCD
Linijki CCD
3 linie panchro  stereo
3 do n linii wielospektralnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja II: skaner elektrooptyczny z 3. linijkami CCD
Kamera z 3. linijkami CCD
3 linie CCD
 do przodu
 nadir
 wstecz
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja II: skaner elektrooptyczny z 3. linijkami CCD
Zalety koncepcji II :
wysoka rozdzielczość (dostępne linijki CCD z 12 000 pikseli)
jeden układ optyczny
Ograniczenia koncepcji II :
złożona geometria (obraz  dynamiczny )
Ò! konieczna modyfikacja algorytmów opracowania zdjęć lotniczych
szybkość sczytywania sygnałów z CCD, transmisji i zapisu danych
Ò! ograniczenia terenowej zdolnoÅ›ci rozdzielczej
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcja II: skaner elektrooptyczny z 3. linijkami CCD
Remedium:
pomiar elementów orientacji zewnętrznej w locie.
Integracja GPS/INS (geokodowanie  wprost )
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych
Omega Kappa
Fi
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych - porównanie
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych - porównanie
Z matrycÄ… CCD:
Z matrycÄ… CCD:
1. Prostsza w konstrukcji i bardziej dopasowana do istniejÄ…cych
1. Prostsza w konstrukcji i bardziej dopasowana do istniejÄ…cych
technologii
technologii
2. Ograniczeniem jest rozmiar i rozdzielczość matryc CCD (koszty rosną
2. Ograniczeniem jest rozmiar i rozdzielczość matryc CCD (koszty rosną
wraz ze wzrostem rozmiarów)
wraz ze wzrostem rozmiarów)
3. Zespół kamer z matrycami CCD jest bardziej modularny i skalowalny,
3. Zespół kamer z matrycami CCD jest bardziej modularny i skalowalny,
pozwala to dopasować kamerę do potrzeb użytkowników
pozwala to dopasować kamerę do potrzeb użytkowników
4. Kamera nie wymaga współdziałania z precyzyjnym systemem
4. Kamera nie wymaga współdziałania z precyzyjnym systemem
GPS/INS
GPS/INS
5. Kamera wymaga systemu kompensacji rozmazania obrazu
5. Kamera wymaga systemu kompensacji rozmazania obrazu
spowodowanego ruchem samolotu podczas ekspozycji
spowodowanego ruchem samolotu podczas ekspozycji
6. Obraz z matrycy CCD jest bardziej dopasowany do istniejÄ…cych
6. Obraz z matrycy CCD jest bardziej dopasowany do istniejÄ…cych
cyfrowych technologii fotogrametrycznych
cyfrowych technologii fotogrametrycznych
7. Zdolność rozdzielcza kanałów wielospektralnych zwykle 3-5 razy
7. Zdolność rozdzielcza kanałów wielospektralnych zwykle 3-5 razy
gorsza od kanału panchromatycznego (=> gorsza reprodukcja barw)
gorsza od kanału panchromatycznego (=> gorsza reprodukcja barw)
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych - porównanie
Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych - porównanie
Z trzema linijkami CCD:
Z trzema linijkami CCD:
1. Linijki sensorów dają potencjalnie większą zdolność rozdzielczą, większ
1. Linijki sensorów dają potencjalnie większą zdolność rozdzielczą, większ
wymiar piksela, oraz lepszy stosunek szumu do sygnału (większa
wymiar piksela, oraz lepszy stosunek szumu do sygnału (większa
radiometryczna zdolność rozdzielcza)
radiometryczna zdolność rozdzielcza)
2. Obrazy wielospektralne tworzone sÄ… przez ten sam obiektyw i majÄ…
2. Obrazy wielospektralne tworzone sÄ… przez ten sam obiektyw i majÄ…
identycznÄ… geometriÄ™
identycznÄ… geometriÄ™
3. Większa zdolność rozdzielcza linijki CCD umożliwia obrazowanie
3. Większa zdolność rozdzielcza linijki CCD umożliwia obrazowanie
szerszego pasa terenu przy zadanym terenowym wymiarze piksela
szerszego pasa terenu przy zadanym terenowym wymiarze piksela
(obniża to koszty misji fotolotniczej)
(obniża to koszty misji fotolotniczej)
4. A
atwiejsze uzyskiwanie  prawdziwego ortofoto
4. A
atwiejsze uzyskiwanie  prawdziwego ortofoto
5. Każdy obiekt terenowy obrazowany jest  3 krotne, co pozwala
5. Każdy obiekt terenowy obrazowany jest  3 krotne, co pozwala
wykorzystywać korelację trzech obrazów stereoskopowych w procesie
wykorzystywać korelację trzech obrazów stereoskopowych w procesie
automatycznej aerotriangulacji i budowy NMT.
automatycznej aerotriangulacji i budowy NMT.
6. Obraz skanera jest obarczony zniekształceniami spowodowanymi
6. Obraz skanera jest obarczony zniekształceniami spowodowanymi
niestabilnym ruchem samolotu. Konieczna jest rejestracja trajektorii lotu
niestabilnym ruchem samolotu. Konieczna jest rejestracja trajektorii lotu
i kątów nachylenia za pomocą systemów GPS/INS, co jest rozwiązaniem
i kątów nachylenia za pomocą systemów GPS/INS, co jest rozwiązaniem
dość kosztownym i i wymaga korekcji oryginalnego obrazu
dość kosztownym i i wymaga korekcji oryginalnego obrazu
7. Obraz ze skanera ma inną geometrię niż tradycyjne zdjęcia
7. Obraz ze skanera ma inną geometrię niż tradycyjne zdjęcia
8. Lepsza reprodukcja barw
8. Lepsza reprodukcja barw
Kamery cyfrowe dostępne na rynku
Kamery cyfrowe dostępne na rynku
FunkcjonujÄ…ce lotnicze kamery cyfrowe:
1. DMC 2001 Digital Modular Camera - Z/I Imaging
2. ADS 40 Airborne Digital Sensor LH Systems
3. UltraCam-D (Vexcel)
4. HRSC (DLR)
5. JAS 150 (Jena-Optronik)
6. 3-DAS-1
7. DSS (Applanix)
8. DigiCam (IGI)
DMC 2001
DMC 2001
DMC 2001
Digital
Digital Modular Camera
DigitalModular Camera
ModularCamera
Z/I Imaging
Z/I Imaging
Z/I Imaging
DMC  konstrukcja kamery
DMC  konstrukcja kamery
DMC 2001 Digital Modular Camera - Z/I Imaging
DMC  konstrukcja kamery
DMC  konstrukcja kamery
Układ kamery z 8 głowicami optycznymi (obiektywami):
4 stożki (głowice)
4 stożki (głowice)
wielospektralne
wielospektralne
4 stożki (głowice)
4 stożki (głowice)
panchromatyczne
panchromatyczne
wysokiej
wysokiej
rozdzielczości
rozdzielczości
DMC  konstrukcja kamery
DMC  konstrukcja kamery
GÅ‚owica optyczna:
GÅ‚owica optyczna:
panchromatyczna (lewa)
panchromatyczna (lewa)
i wielospektralna (prawa)
i wielospektralna (prawa)
Przód obudowy
Przód obudowy
panchromatycznego
panchromatycznego
obiektywu ma kształt
obiektywu ma kształt
prostokÄ…tnego klina, ze
prostokÄ…tnego klina, ze
względu na chęć
względu na chęć
umieszczenia obiektywów tak
umieszczenia obiektywów tak
blisko jak to możliwe
blisko jak to możliwe
Jest to niezbędne aby
Jest to niezbędne aby
ograniczyć wolne
ograniczyć wolne
przestrzenie między obrazami
przestrzenie między obrazami
z każdej głowicy i aby
z każdej głowicy i aby
osiągnąć wysoką dokładność
osiągnąć wysoką dokładność
DMC  konstrukcja kamery
DMC  konstrukcja kamery
Kamera DMC ma podobne wymiary do kamera RMK-TOP i pasuje do
Kamera DMC ma podobne wymiary do kamera RMK-TOP i pasuje do
istniejących żyroskopowo stabilizowanych platform T-AS.
istniejących żyroskopowo stabilizowanych platform T-AS.
Sama kamera składa się z optyczne
Sama kamera składa się z optyczne
ramy, która obejmuje 8 modułów:
ramy, która obejmuje 8 modułów:
4 wysokorozdzielcze
4 wysokorozdzielcze
panchromatyczne (powyżej)
panchromatyczne (powyżej)
4 wielospektralne z zredukowanÄ…
4 wielospektralne z zredukowanÄ…
rozdzielczością (poniżej).
rozdzielczością (poniżej).
DMC  parametry kamery
DMC  parametry kamery
DMC 2001 Digital Modular Camera - Z/I Imaging :
Moduł panchromatyczny
4 głowice panchro
Obiektyw f = 120 mm, 1:4
Matryca CCD 7 000 x 4 000, 6 x 6 µm
Wynikowy obraz 13 500 x 8 000
Pole widzenia 740 x 440
Moduł wielospektralny
4 głowice: RGB + IR
Obiektyw f = 25 mm, 1:4
Matryca CCD 3 000 x 2 000, 6 x 6 µm
Pole widzenia 720 x 500
Opracowanie wstępne  wygenerowanie wirtualnych zdjęć
Opracowanie wstępne  wygenerowanie wirtualnych zdjęć
Terenowy zasięg 4 głowic panchromatycznych i wielospektralnych
Terenowy zasięg 4 głowic panchromatycznych i wielospektralnych
Zasięg terenowy
W poprzek lotu (Y)
Wzdłuż lotu (X)
Opracowanie wstępne  wygenerowanie wirtualnych zdjęć
Opracowanie wstępne  wygenerowanie wirtualnych zdjęć
Mozaikowanie obrazów
4 pokrywajÄ…ce siÄ™ obrazy
" Orientacja każdej kamery
" kalibracja
" Korekcja geometryczna i
radiometryczna
" sprawdzenie p-tów przejściowych
" wyrównanie
" mozaikowanie
" Wytworzenie kompozycji barwnej (pan+MS)
tie point area
tie point area
ADS 40
ADS 40
ADS 40
Airborne
Airborne Digital Sensor
AirborneDigital Sensor
DigitalSensor
LH Systems
LH Systems
LH Systems
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Jakość geometryczna zależy od dokładności pomiaru elementów orientacji
Jakość geometryczna zależy od dokładności pomiaru elementów orientacji
Jakość geometryczna zależy od dokładności pomiaru elementów orientacji
zewnętrznej systemami GPS/INS
zewnętrznej systemami GPS/INS
zewnętrznej systemami GPS/INS
F
N
B
Kierunek lotu
Wstecz
Nadir
Do przodu
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
wstecz do przodu
nadir
obraz tworzy obraz tworzy
obraz tworzy
linijka CCD  wstecz linijka CCD  nadirowa
linijka CCD  do przodu
Backward
Nadir
Forward
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Różnica geometrii kamery cyfrowej ADS40 analogowej RC30
Kamera cyfrowa ADS40 Kamera analogowa RC30
dyskretne zdjęcia
ciÄ…gle skanowanie
perspektywiczne
do przodu
nadir
Pokrywające się zdjęcia lotnicze
wstecz
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Pokrycie obrazowania
Kamera cyfrowa ADS40 Kamera analogowa RC30
Nie wszystkie obiekty rejestrowane
Wszystkie obiekty rejestrowane 3 razy
3 razy
Pokrycie podłużne 60% pozwala na
rejestrację 3 razy tylko 50% obiektów
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Geometria obrazu ze skanera elektrooptycznego
Projekcja geometryczna
Kamera analogowa RC30
Kamera cyfrowa ADS40
Widok  do przodu Zdjęcie klasyczne  rzut środkowy
Widok  nadirowy
Szereg zdjęć z pokryciem podłużnym
Widok  wstecz
Konstrukcja kamery ADS40
Konstrukcja kamery ADS40
Moduł optyczny (Sensor Head SH40)
3 panchromatyczne linijki CCD
każda 2 x 12 000 pikseli,
przesuniętych o 3.25 źm
4 wielospektralne linijki CCD,
każda 12 000 pikseli
Wymiar piksela: 6.5 źm x 6.5 źm
KÄ…t widzenia (poprzeczny): 64°
ogniskowa: 62.77 mm
KÄ…ty wcinajÄ…ce: 14°, 28°, 42
Konfiguracja kamery ADS40
Konfiguracja kamery ADS40
Lotniczy system ADS40
System ADS40
GPS satellites
GPS satellites
1 Moduł optyczny SH40:
- optyka cyfrowa DO64
- IMU
3
1
45
2
ADS40 system
ADS40 system
6
2 Jednostka kontrolna CU40:
- system POS (pozycjonowanie
i kÄ…ty nachylenia)
3 Pamięć masowa MM40
4 Interfejs operatora OI40
5 Monitor pilota GI40
GPS ground reference station
GPS ground reference station
6 Zawieszenie PAV30
ADS40 parametry kamery
ADS40 parametry kamery
ADS 40 Airborne Digital Sensor LH Systems :
Obiektyw f = 62 mm, 1:4
Pole widzenia (w poprzek lotu) 640
Linie CCD  panchro 2 x 12 000 (6,5 µm x 6,5 µm)
Linie CCD  RGG + IR 12 000 (6,5 µm x 6,5 µm)
KÄ…ty wcinajÄ…ce 260, 420, 160
Zakresy spektralne RGB + IR
Zakres dynamiczny 12 bit
Rozdzielczość radiometryczna 8 bit
Pamięć 200  500 GB (4 godz. lotu)
Masa modułu optycznego 70 kg
Konstrukcja ramki tłowej ADS40
Konstrukcja ramki tłowej ADS40
 Przesunięte panchromatyczne linijki CCD
(Staggered panchromatic CCD lines)
Staggered CCD line Single CCD line
Two CCD lines with 12K. Across track offset 1/2 pixel
One CCD line with 12K
Aliasing effects
No aliasing effects
20 cm bars
20 cm bars
Rectified Rectified
50 cm bars 50 cm bars
Images Images
High- Level 1
Resolution
Level 1
Siemens Star diameter 8 m
Siemens Star diameter 8 m
Obrazowanie wielospektralne
Obrazowanie wielospektralne
Obrazowanie panchromatyczne i wielospektralne kamery ADS4
Panchromatic backwards
NIR band
Panchromatic nadir
Blue band
Green band
Red band
Panchromatic forward
Schemat opracowania zdjęć tradycyjnych i cyfrowych
Schemat opracowania zdjęć tradycyjnych i cyfrowych
Schemat opracowania zdjęć RC30
B&W
DTM
Film
Stereo
processing
plotter
Film
in darkroom
Orthophotos
Color
Mapping
FCIR
DSW500
B&W Color FCIR
scanner
Films used
Revision
alternatively
GIS
Schemat opracowania obrazów ADS40
Archive
Visualization
system
Mass
Image analysis
Memory
Ground
processing
Digital
Classification
work-
station
All spectral channels simultaneously Color
B&W
MS
Printer
DZI
KUJ

DZI
KUJ

DZI
KUJ