PPS, 3.78 MБ

Аэросъёмочный фотограмметрический
комплекс
VisionMap A3
от широкоугольной цифровой камеры
до автоматического создания ортофотоплана
и квази-снимков для стереорисовки
Proprietary VisionMap Information
Темы для обсуждения
• Предварительные рассуждения
• Общее описание
• Цифровая аэрокамера
• Система обработки данных
• Анализ точности
• Производительность
• Преимущества использования
• Заключение
Proprietary VisionMap Information
Предварительные рассуждения
• Большая высота
фотографирования
• Длиннофокусный
объектив
• Специальная конструкция
аэрокамеры
Proprietary VisionMap Information
Высокая
производительность
аэросъёмки и
фотограмметрическая
точность
Рассмотрим проект …
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, длиннофокусный
объектив и специальная конструкция камеры !!!
Почему ?
Proprietary VisionMap Information
Высота фотографирования ?
4,5 km
S2
VisionMap A3
(f=300 mm)
α – максимально
допустимый угол
отклонения от надира
при создании
ортофотоплана
Полоса съёмки для
ортофотоплана (при
α=20°):
2α
1,5 km
S1
2α
W1 = 1092 m
W2 = 3276 m
W1
W2
Proprietary VisionMap Information
Крупно форматные
цифровые камеры
Длинный фокус ?
Сдвиг изображения за счёт
рельефа значительно меньше
при использовании
длиннофокусного объектива
S2
VisionMap A3
(f=300 мм)
f
Сдвиг
изображения
Меньше требуемая точность ЦМР
Больше площадь для создания
ортофотоплана
Меньше площадь скрытых мест
S1
f
Proprietary VisionMap Information
Скрытые
места
Меньшая требуемая точность ЦМР
при создании ортофотопланов
S1
Допустимая точность ЦМР
(Δhпред) при разных F
0.3 fM k
hпред 
R max
f
Масштаб
карты
Mk
mz
mz
(f=300 мм)
(f=100 мм)
500
2,5
0,8
1000
5,0
1,7
2000
10,0
3,3
5000
25,0
8,3
10000
50,0
16,7
25000
125,0
41,7
Rmax
H
* Вычисления выполнены для одиночного
центрального снимка (CCD) с Rmax = 18 мм (α=3,43°)
DTM
mz
Ground
D
mxy
Proprietary VisionMap Information
Конструкция аэрокамеры
α – максимально допустимый
2α
угол отклонения от надира при
создании ортофотоплана;
FOV = 104°
Угол максимального
поля зрения - 104°
Полоса съёмки
одного маршрута
для
ортофотоплана
Полная полоса съёмки для уравнивания
и получения перспективных снимков
Proprietary VisionMap Information
Применительно к нашему проекту
Результаты
Входные данные
Высота фотографирования (м)
4 500
Полная ширина съёмки (м)
11 519
Скорость полёта (км/час)
260
Ширина съёмки для ортофото (м)
3 276
Макс. угол поля зрения (градус)
104
3 276
Угол для ортофотоплана (2α, градус)
40
Расстояние между осями
маршрутов (м)
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)
Количество съёмочных дней
Площадь
для
ортофото
Proprietary VisionMap Information
20 000
4,7
Общее описание
Proprietary VisionMap Information
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.
Proprietary VisionMap Information
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 квазиснимков для стереорисовки.
Proprietary VisionMap Information
Цифровая аэрокамера А3
Proprietary VisionMap Information
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;
Proprietary VisionMap Information
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
Proprietary VisionMap Information
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.
Proprietary VisionMap Information
Технические характеристики
ПЗС (CCD)
Размер одиночного
снимка (пиксель)
Размер двойного снимка
(пиксель)
Количество двойных
снимков за один поворот
объектива
Размер квази-снимка
(пиксель)
Поле зрения одного
объектива (градус)
Макс.поле зрения
камеры (градус)
Апертура
KAI-11002
Цвет
4006*2666
Глубина цвета (бит)
12
7812*2666
Размер пикселя (мкм)
9,0
Скорость съёмки
(снимков/сек.)
7,5
27
62517*7812
~480 Mpix
6,9*4,6
13*104
f/4,5
Скорость чтения
информации (Мб/сек.)
Макс.время полёта
(час.)
Общий вес (кг)
Температура
Proprietary VisionMap Information
RGB
155
5-8
27 кг
от -30°до + 45°
КСС - Квази-снимок для стереоработ
• Плавное вращательное
движение объективов;
Одиночный
снимок
• До 27 двойных снимков за
один поворот;
• Перекрытие между
снимками вдоль линии
полёта 2%;
• Перекрытие между
снимками поперек линии
полёта 15%;
Направление
полёта
Направление
вращения
объективов
• Перекрытие между двумя
последовательными КСС
задаётся в зависимости от
типа решаемой задачи;
• Высокая точность. КСС –
для визуализации. Все
вычисление ведутся на
одиночном снимке.
КСС – 480 Мпикс
Proprietary VisionMap Information
Двойной
снимок
Параметры КСС
Высота фотографирования (м)
1500
3000
4200
7500
Высота фотографирования (ft)
4921*
9842
13779
24606
354
709
992
1772
1435*
7679
10751
19198
Площадь КСС (кв.км)
0,5
5,4
10,7
34,0
Площадь стерео КСС вдоль маршрута (56%, кв.км)
0,3*
3,0
6,0
19,1
Площадь стерео КСС между маршрутами (50%,
кв.км)
0,7
2,7
5,3
17,0
Отношение базис/высота (B/Н) между КСС в одном
маршруте
1:7,6
1:7,6
1:7,6
1:7,6
Отношение базис/высота (B/Н) между КСС из
соседних маршрутов
1:0,8
1:0,8
1:0,8
1:0,8
Разрешение на местности в надире (м)
0,05
0,10
0,14
0,25
Разрешение на местности для перспективного
снимка (м)
0,08
0,16
0,23
0,41
Короткая сторона КСС (вдоль линии полёта, м)
Длинная сторона КСС (поперёк линии полёта, м)
* На высоте меньше 2700 м для поддержки перекрытия между КСС внутри маршрута,
уменьшается угол поворота объективов.
Proprietary VisionMap Information
Пример КСС
Proprietary VisionMap Information
Перспективный снимок
Высота съёмки - 3500 м;
45° от надира
Proprietary VisionMap Information
Горизонтальный снимок
Высота съёмки 3600 м
Разрешение – 10,8 см
Proprietary VisionMap Information
Горизонтальный снимок
Высота съёмки 3660 м
Разрешение 11 см
Proprietary VisionMap Information
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.
Proprietary VisionMap Information
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 фотограмметрических связей.
Площадь
для
ортофото
Proprietary VisionMap Information
Блочное уравнивание
Самокалибровка
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
Proprietary VisionMap Information
Точность фототриангуляции
Контр.
точки
Δx
Δy
Δxy
Δz
P1
-0,20
0,02
0,20
-0,06
P2
0,10
-0,04
0,11
0,11
P3
-0,19
0,07
0,20
-0,09
P4
-0,17
-0,09
0,19
-0,16
P5
0,43
0,04
0,43
0,74
P6
-0,13
-0,24
0,27
-0,44
• Разрешение на местности – P7
12,5 cm;
P8
-0,03
-0,03
0,04
-0,20
-0,14
0,05
0,14
-0,17
P9
-0,12
-0,15
0,20
-0,30
P10
0,07
-0,28
0,29
-0,21
P11
-0,14
-0,11
0,18
-0,13
СО
-0,05
-0,07
0,20
-0,08
СКО
0,18
0,13
0,23
0,30
• Высота полёта – 3 600 м;
• Площадь – 2 680 кв.км;
• Количество одиночных
снимков – 250 000;
• Без опорных точек.
Proprietary VisionMap Information
Точность фототриангуляции
Proprietary VisionMap Information
Точность фототриангуляции
Area
H
H
(sq.km)
(feet)
(m)
1
220
8,000
2,400
0
2
220
8,000
2,400
3
220
8,000
4
100
8,000
Case
GCP ChP
RMS
x
y
z
xy
xyz
66
0.49
1.15
0.59
1.25
1.39
5
61
0.28
0.62
0.33
0.68
0.75
2,400
14
52
0.15
0.19
0.30
0.24
0.39
2,400
16
22
0.06
0.08
0.10
0.10
0.14
Proprietary VisionMap Information
Автоматическое вычисление ЦМР/ЦММ
Плотность ЦММ - 7.5 м
Зеленый - земля
Розовый - дома и деревья
Proprietary VisionMap Information
Допустимая ошибка ЦМР
Вычисления выполнены для:
F = 300 мм; α = 30°; Rmax = 18 мм
2α – предполагаемый допустимый
m
xy
0
.
3
M

f
mz  tg  mz 
 
R max
угол поля зрения для производства
ортофотоплана.
Инструкции по топографической съёмке ГУГК
Городская и
равнинная местность
Горная и залесённая
местность
Точность
ЦМР
mxy  0.5Mk
Допустимая
ошибка ЦМР
(по α)
mxy  0.7Mk
Допустимая
ошибка ЦМР
(по α)
Допустимая
ошибка ЦМР
(по Rmax
для
одиночного
снимка)
(м)
(м)
(м)
(м)
(м)
500
0,25
0,43
0,35
0,61
2,5
1 000
0,50
0,87
0,70
1,21
5,0
2 000
1,25
1,73
1,40
2,42
10,0
5 000
2,50
4,33
3,50
6,06
25,0
10 000
5,00
8,66
7,00
12,12
50,0
25 000
12,5
17,32
17,50
30,31
125,0
Масштаб
карты
Мк
2α
Proprietary VisionMap Information
Автоматическая мозаика
Программа обходит
дома и деревья
Учитываются
движущиеся
объекты
Proprietary VisionMap Information
Автоматическая коррекция
радиометрии
Исходные снимки
Ортофотоплан
Proprietary VisionMap Information
Проверка параметров съемки
Графическое
представление угла 2α
• Цветовое обозначение
проблематичных мест;
• Географическая
презентация;
• Тёмно-синий цвет – надир;
• Возможность оценки
площади съёмки пригодной
для ортофотоплана.
Proprietary VisionMap Information
Проверка радиометрической
коррекции
• Цветовое обозначение
проблематичных мест;
• Географическое
представление областей
радиометрической
коррекции;
• Карта изменений для
каждого пикселя.
Proprietary VisionMap Information
Оценка точности стерео модели
B
L
P2

H
P1
a
Высота
Разре
шение
Стерео между
маршрутами отношение В/Н
1:0,8 (α=32,6°)
Стерео внутри
маршрута отношение В/Н
1:7,6 (α=3,8°)
Δx
Δy
Δz
Δx
Δy
Δz
(м)
(м)
(м)
(м)
(м)
(м)
Q
(м)
Схема оценки точности
1 500
0,05
0,01
0,01
0,02
0,01
0,01
0,16
l
2 f cos 
l
y 
2f
l
z 
2 f sin 
3 000
0,09
0,03
0,03
0,05
0,02
0,02
0,32
4 500
0,14
0,04
0,04
0,07
0,03
0,03
0,48
6 000
0,18
0,06
0,05
0,09
0,04
0,04
0,64
8 500
0,26
0,08
0,07
0,13
0,06
0,06
0,91
10 000
0,30
0,10
0,08
0,16
0,07
0,07
1,07
x 
(м)
Формулы оценки точности
Proprietary VisionMap Information
Соответствие стандартам
Инструкция по фотограмметрическим работам
ЦНИИГАиК, 2002
Технические возможности
комплекса А3
(3.7.6 – Остаточные погрешности на опорных точках)
Масштаб
карты
M
Высота
сечения
рельефа
h (м)
Размер
пикселя
(м)
Δxy
0.2*M
1:500
0,5
0,08
0,1
1:1000
1,0
0,13
1:2000
2,0
1:5000
Δz
0.15*h
Высота
полёта
Размер
пикселя
Δxy
Δz
(м)
(м)
(м)
(м)
0,08
1500
0,05
0,02
0,02
0,2
0,15
3000
0,09
0,04
0,05
0,25
0,4
0,30
4500
0,14
0,06
0,07
2,5
0,38
1,0
0,38
6000
0,18
0,08
0,09
1:10000
5,0
0,50
2,0
0,75
8500
0,26
0,11
0,13
1:25000
10,0
0,88
5,0
1,50
10000
0,30
0,13
0,16
Proprietary VisionMap Information
Производительность системы
Площадь съёмки (кв.км)
3 000
Высота полёта (м)
3 650
Разрешение на местности (см)
12,5
Количество одиночных снимков
250 000
Количество КСС
5 000
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 продукты
Ортофотоплан, КСС
Горизонтальные и
перспективные снимки,
ЦМР/ЦММ
Proprietary VisionMap Information
Производительность аэросъёмки
Высота полёта (fееt)
5 000
10 000
12 000
15 000
22 000
28 000
Высота полёта (м)
1 524
3 048
3 658
4 572
6 706
8 535
Скорость самолета (км/час)
260
260
260
260
260
260
Макс. угол (2α) для ортофото
60°
60°
60°
60°
60°
60°
Ширина полосы съёмки (м)
1 435
7 802
9 363
11 703
17 165
21 846
Расстояние между
маршрутами (м)
1 109
2 219
2 662
3 328
4 881
6 212
Разрешение в надире (м)
0,046
0,091
0,110
0,137
0,201
0,256
Разрешение перспективного
снимка (м)
0,051
0,149
0,178
0,223
0,327
0,416
Полная площадь аэросъёмки
(кв.км в час)
372
2 023
2 428
3 034
4 450
5 664
372
913
1 095
1 369
2 008
2 555
Площадь аэросъёмки для
ортофотоплана (кв.км в час)
• 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.
Proprietary VisionMap Information
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.
Proprietary VisionMap Information
Преимущества пользователя
Снижение 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.
Proprietary VisionMap Information
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;
Proprietary VisionMap Information