Обработка и анализ аэрофотосъемки

Обработка аэрофотосъемки в целях получения ортофотоплана является достаточно сложным процессом, требующим знаний в области геодезии и фотограмметрии.

Геодезия - наука, изучающая форму, размеры и гравитационное поле Земли, а также технические средства и методы измерений на местности.

Фотограмметрия - наука, изучающая способы определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных объектов, по результатам измерений их фотографических изображений.

Задачу построения ортофотоплана по результатам аэрофотосъемки решает фототопография.

Фототопография – раздел фотограмметрии, изучающий создание топографических карт и планов, а также построение цифровых моделей местности с использованием материалов фотосъемки. Комплекс процессов, выполняемых для создания по снимкам топографических карт и планов, называется фототопографической съемкой. При получении фотоснимков с пилотируемых или беспилотных летательных аппаратов (БЛА) такой процесс называется аэрофотосъемкой. Для качественного выполнения аэрофотосъемки необходима предварительная наземная подготовка – топографо-геодезический процесс.

Топографо-геодезический процесс включает в себя определение геодезических координат точек местности, изображенной на снимках. Эти точки называют опорными или опознавательными знаками (на практике также встречается расхожий термин «опознак»). Их число зависит от принятой технологии съемки и ее масштаба, от качества снимков и физико-географических условий района работ. Также в топографо-геодезический процесс входит дешифрирование – опознавание объектов местности, отображенных на снимках и определение их принадлежности, класса и характеристик.

 

Для получения значений координат опознаков применяется спутниковая геодезическая одно- или двухчастотная GPS/GLONASS система. Она представляет собой полностью интегрированный аппарат, выполненный в виде моноблока и включающий приемник, антенну, встроенный цифровой УКВ-радиомодем и модуль GSM/GPRS связи. Также в комплекс входит модуль Bluetooth и съемный аккумулятор в компактном и жестком корпусе из магниевого сплава. На сегодняшний день лидером на рынке спутниковых геодезических услуг по соотношению цена качества являются ГНСС приемники Stonex, с флагманской моделью Stonex S10.

 

Следующий этап, а именно Фотограмметрический процесс, заключается в выравнивании на основе данных полевых геодезических работ опорного обоснования снимков, составлении плана или карты, цифровых моделей местности и фотопланов.

Для построения ортофотоплана в выбранном фотограмметрическом пакете (PhotoScan, Photomod) необходимы:

I. Данные полевых измерений:

1) К каждому снимку во время получения кадра:

· угол ориентирования аэрофотоаппарата

· точные координаты центра снимка (длина, ширина и высота)

2) координаты опорных знаков, полученные с помощью GPS

II. Параметры калибровки Аэрофотоаппарата

· точное фокусное расстояние линз объектива

· центральная точка объектива

· параметры дисторсии (оптического искривления).

 

Одной из программ автоматизированной фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки является PhotoScan. Это разработка отечественной компании AgiSoft, зарекомендовавшая себя как лучшее решение для обработки метрических снимков, прежде всего по соотношению цена/качество. Программный продукт поставляется более чем в 50 стран зарубежья и имеет 3000 лицензий по всему миру.

PhotoScan позволяет обрабатывать изображения, созданные цифровыми фотоаппаратами с оптическими системами центрального проектирования, формирующими изображение отдельными кадрами.

Программа импортирует цифровые растровые изображения, координаты центров фотографирования, материалы калибровки оптических систем фотоаппаратов, координаты опорных точек на местности или контрольные линейные измерения на объекте съемки. В результате обработки материалов аэрофотосъемки могут быть получены:

· облака точек в форматах Wavefront OBJ, Stanford PLY, XYZ Point Cloud, ASPRS LAS

· трехмерные модели местности в форматах Wavefront OBJ, 3DS models, VRML, Stanford PLY, Autodesk DXF, COLLADA, U3D, Adobe PDF

· ортофотопланы в форматах PEG, PNG, TIFF, GeoTIFF, мозаика в формате Google Earth KML

· матрица высот в форматах: GeoTIFF, Arc/Info ASCII Grid (ASC), Band interlieved file format (BIL).

В программе нет ограничений на величину фотографий и число одновременно обрабатываемых изображений. Соотношение «размер фотографий/число фотографий в блоке» определяется экспериментальным путем в зависимости от мощности ЭВМ.

Стабильно проведенная аэрофотосъемка, с необходимым перекрытием и без критических углов крена и тангажа аппарата-носителя, с выставленными с высокой точностью параметрами позволяет получить качественный ортофотоплан масштаба 1:500 и точнее.


Для получения видео:


Полет беспилотника с камерой может показаться, весьма стабильным. Однако полученное видео часто разочаровывает и этому есть много причин, например:
- дерганая картинка (вибрация, "желе"),
- “заваливание горизонта”,
- отвлекающая дисторсия.

Теперь рассмотрим подробней. Вибрация на картинке получается в первую очередь из-за неидеально отбалансированной ВМГ (винтомоторной группы), "желе" на видео может появиться из-за неправильно подобранных демпферов подвеса (однако, как показывает практика, мультикоптер способен давать качественное видео и при жестко закрепленной камере, при хорошей ВМГ).

Демпферы необходимо подбирать не только под вес, но и под температуру, ибо многие силиконовые и другого рода демпферы буквально “дубеют” на морозе. Этого минуса в большей степени лишены пружинные демпферы, но они имеют свои сложности подбора, и подружить их с мультироторным “БЛА” весьма проблематично.

Видео с вибрацией или желе считается браком, но в нашем случае такое видео надо сильно редактировать.


“Заваливание горизонта” - чаще всего происходит от недоработанности самой платы стабилизации подвеса. Это в первую очередь недоработки алгоритма, не рассчитанные на некоторое слишком динамичное поведение мультикоптера. Также и сильный дрейф(уход), таких датчиков как гироскопы при низких температурах. На сильный уход горизонта и выход подвеса из строя могут повлиять близко находящиеся антенны того или иного рода, рядом с которыми резко возрастает напряжённость статичных электромагнитных полей, которые могут “забить” даже канал управления, по этой причине полеты рядом с такими объектами как Останкинская телебашня являются весьма не оправданными.

  


Исправление дисторсии тоже важный момент, если съемка ведется широкоугольным объективом “рыбий глаз”. В принципе если камера во время полета не поворачивается, а сам полет происходит на большой высоте, то эффект дисторсии может даже не мешать. Но если полет ведется на низких высотах, и в кадр попадают все время фигуры правильных геометрических форм (здания, дороги), особенно в тех случаях, когда в кадре видна линия горизонта, которая выгибается то в одну, то в другую сторону, то в этих случаях исправление дисторсии обязательно.

  


Получение панорамы:


Получение сферической панорамы не менее трудоёмкий процесс, чем спасение видео. Сейчас можно встретить множество, в том числе бесплатных программ, которые способны сшить небольшую сферическую панораму, которая была снята из нодальной точки (центральная точка фотосистемы, вокруг которой вращается фотоаппарат с объективом).


Мультироторный БПЛА не висит в точке как прибитый, а перемещается в сфере с радиусов в 1-1.5м, на высоте в 150 метров неточное удержание аэрофотоаппарата (АФА) незначительно, но на высотах 10-20 метров параллакс возникающий съемке, сильно влияет на возможность получить качественную панораму.


Кроме того при съемке сферической панорамы зачастую в один или несколько кадров попадает Солнце, тем самым сильно нарушая экспозицию и засвечивая снимки (если снимки делаются в auto режиме).


Все эти огрехи необходимо поправить в соответствующих пакетах.

Кроме того Тень самого мультикоптера, также принято убирать из панорамы (хотя ее редко получается найти)
возврат к списку