9. Современная аэрофотосъёмка

С овременные топографические аэрофотоаппараты таких известных фирм как Карл Цейсс и Вильд достигли практически верхних пределов значений разрешающей способности и дисторсии объектива. Современные аэрофотосъёмочные комплексы оснащены устройствами компенсации сдвига изображения (КСИ). Идея улучшения качества изображения путём компенсации продольного сдвига изображения заключается в использовании больших выдержек для малочувствительных аэроплёнок высокого разрешения. Но использование больших выдержек имеет и побочный эффект – «смаз» изображения вследствие угловых колебаний АФА. Избежать «смаз» возможно, снабдив АФА устройством компенсации угловых сдвигов изображения, базирующееся на гиростабилизирующей подвеске.

Аэрофотосъёмочная система RC–30(Рис.1.14) швейцарской фирмы Leica имеет и линейное устройство КСИ, и устройство компенсации углового сдвига изображения. Такие аэрофотосъёмочные камеры обладают улучшенными измерительными и изобразительными характеристиками и позволяют за счёт умельчения масштабов фотографирования уменьшить число снимков на единицу площади. Система объектив – камера – фильм для новых АФА способна обеспечить разрешение 2-3 раза выше, чем при использовании традиционных АФА. Революционное значение имеет вопрос использования при аэрофотосъёмке приемников глобальной спутниковой системы определения местоположения GPS. Оснащение аэросъёмочных систем компьютерами, обрабатывающие сигналы получаемые спутниковыми приёмниками и фиксирующие данные о времени экспонирования и данные углов наклона АФА позволяют решать две задачи:

1. Повысить качество и уровень автоматизации проектирования и самолётовождения при аэрофотосъёмке;

2. Высокоточно определять координаты центров проектирования аэрофотоснимков, которые используются в качестве опорных точек при фотограмметрическом сгущении геодезического съёмочного обоснования.

Что касается второй задачи - определение координат центров фотографирования, её решение позволяет значительно сократить объём полевых геодезических работ по планово-высотной привязке снимков.

Система управления аэрофотосъёмкой осуществляется по программе ASCOT – (Aerial Survey Control Tool) и предназначена для сбора данных и поддержки с помощью GPS навигации в полёте. Планирование полёта начинается с составления проекта. Программа поддерживает три типа проектирования: «блоки», «маршруты», «точки», вычисляет расположение центров снимков в маршруте. Точку можно рассматривать как частный случай маршрута с одним снимком. Для составления проекта вводятся необходимые параметры аэрофотосъёмки и координаты поворотных точек границы объекта. Параметры могут отличаться для каждого маршрута. Программный комплекс позволяет не только управлять аэрофотосъёмкой в полёте, но и осуществлять имитацию аэрофотосъёмочного полёта с камерой или без неё в целях обучения, демонстрации или проверки аппаратуры. Существует отдельная программа для проверки компонентов системы ASCOT и их связи с поддерживаемыми внешними устройствами (аэрофотоаппарат RC-30, гиростабилизирующая платформа PAV-30, см.фотографию комплекта, Рис.1.14).

Послеполётная обработка осуществляется модулем, который имеет мощные функции анализа полёта.

С хема оптимальной пост обработки материалов аэрофотосъёмки, полученных системой RC-30, показана на рис. 1.15.

В последние годы наметился переход от получения изображений традиционными плёночными камерами с последующим сканированием негативов с целью обработки снимков на цифровых фотограмметрических станциях (ЦФС) к непосредственному получению цифровых снимков в полёте. В традиционных технологиях полученные снимки после фотохимической обработки сканируются на высокоточных сканерах с разрешением, как правило, не хуже 7-15 мкм. Разрешающая способность современных цифровых камер также 7-15 мкм сравнима с разрешающей способностью фотографических систем. Учитывая размеры негатива 23*23 см (или 18*18 см), получается цифровое изображение минимально объёмом более 200 мегапикселей. В настоящее время промышленность не производит светочувствительные матрицы (ПЗС или КИОП) таких размеров. Это приводит к появлению специальных приёмов при производстве цифровых аэрофотокамер.

Цифровые камеры среднего формата созданы на базе существующих ПЗС – матриц с максимально возможным числом элементов. Таким путём пошла канадская фирма Applanix с камерой DSS с ПЗС – матрицей размером 4092*4077 пикселей и оснащена диском 80 Гб для хранения снимков (плюс два сменных диска по 80 Гб, см.информацию о камере DSS, Приложение № 2). Близкой по характеристикам является камера DiMAC с матрицей 5440*4080 пикселей. Камеры снабжаются системами планирования полётом, интегрированными спутниково-инерциальными системами позиционирования POS AV, которые позволяют сократить затраты на планово-высотную привязку аэрофотоснимков более чем на 50% и значительно сократить затраты и время на камеральную обработку.

О дним из способов получения цифровых изображений большого размера является использование нескольких светочувствительных матриц в одной камере. Компания Z/I Imaging в составе Intergraph Corp. (США) выпустила камеру DMC (Digital Mapping Camera, Рис. 1. 16), в которой установлены четыре матрицы размером 3000*2000 пикселей для съёмки в красном, синем, зелёном и ближнем ИК-диапазонах. Для съёмки в панхроматическом диапазоне в камере установлены четыре матрицы размером 7000*4000 пикселей. Эти изображения синхронизируются с точностью 0,01 мс и за счёт небольшого перекрытия получается комбинированное изображение размером 7680*13824 пикселей, которое, строго говоря, не является изображением центральной проекции. Погрешности, вносимые разными пространственными положениями центров проекций каждого из изображений, исследованы. При достаточной высоте полёта и небольшом перепаде высот этими ошибками можно пренебречь. Камера DMC снабжена устройством хранения данных общим объёмом 750 Гб, что позволяет хранить 2200 снимков.

Другим способом получения цифровых изображений большого размера является использование светочувствительной линейки, а не матрицы. Этот способ широко используется при съёмке из космоса. Концерн Leica Geosystems (Швейцария) применил этот способ в цифровой камере ADS40. За объективом камеры расположены семь ПЗС –линеек – три панхроматические, направленные вперед, назад и в надир и четыре линейки, снимающие в краном, синем, зелёном и ближнем ИК- диапазонах. Линейки имеют размер 12000 пикселей. В отличие от матричных камер, в ADS40, изображение получается за счёт сканирования (движения) над местностью. Получаемые сканирующей системой изображения геометрически существенно отличаются как от кадровых систем, так и от космических сканерных систем. Значительные механические возмущения движения носителя, вибрации приводят к необходимости геометрической коррекции изображения перед фотограмметрической обработкой. В нашей стране близкие технологические решения использованы в цифровых камерах ЦТК-140 и ЦМК-70, разработанных АНО «Космос-НТ» и ИКИ РАН.

Цифровые аэрофотокамеры обладают целым рядом преимуществ:

• отсутствуют расходы на фотоплёнку, фотохимикаты;

• нет процессов фотохимической обработки материалов

аэрофотосъёмки;

• контроль качества снимков непосредственно в полёте;

• лучшая радиометрия (как правило, 12-битные изображения);

• одновременная съёмка в разных спектральных диапазонах;

• стабильность элементов внутреннего ориентирования в ЦФС;

• возможность создавать сколько угодно копий снимка с

качество оригинала и значительно дешевле;

• отсутствие деформаций при хранении, но требуются

специальные устройства для хранения;

• большая вместимость устройств хранения на борту

позволяет получить большое число снимков за один вылет.

Последнее из перечисленных преимуществ делает возможным проводить цифровую съёмку с большими перекрытиями. В результате одна точка местности может попадать на большее число изображений, за счёт чего увеличится избыточность измерений и возрастет точность уравнивания фотограмметрической сети, что при автоматической обработке в ЦФС трудоёмкость практически не увеличивается, но при этом повышается надёжность, а также появляется возможность сократить затраты на планово-высотную привязку аэрофотоснимков.

Экономические исследования эксплуатации цифровых камер показывают, что суммарная стоимость обработки одного цифрового снимка в два раза меньше стоимости обработки аналогового.

Одним из перспективных направлений по сбору и обработке данных о местоположении объектов является комплексная система цифровой аэрофотосъёмки со спутниково-инерциальной геодезической привязкой, интегральная система включает инерциальную навигационную систему (INS), два приёмника сигналов (GPS) и цифровую камеру кадровой съёмки, например DFC с высокой разрешающей способностью. Данные INS/GPS служат для определения траектории движения самолёта, а это позволяет определять при постобработке и параметры внешнего ориентирования снимков без полевой привязки опознаков. Таким образом реализуется принцип прямой геопривязки цифровых снимков. Применяются такие системы для картографирования линий инженерных коммуникаций, трубопроводов и дорожной сети, построения цифровых моделей рельефа для инженерных целей и т. п. В приложении № 1 представлена блок – схема сбора и обработки данных о местоположении объектов с использованием цифровой аэрофотосъёмки и GPS/INS-привязки.