CC BY
39
Marko Pejić,
porucnik, dipl. inž.
Vojna akademija — Odsek logistike, Beograd
AERODIGITALNI SENZORI - LH SYSTEMS ADS 40
UDC: 528.711.1
Rezime:
U radu su prezentovane osnove prikupljanja prostornih podataka metodom daljinske detekcije i klasičnim fotogrametrijskim metodom. Ukazano je na kompromis između dva me-toda koji nudi digitalna aerokamera. Kompanija LH Systems proizvela je digitalnu aeroka-meru ADS 40 koja nudi sasvim nov koncept prikupljanja prostornih podataka. Sistem kamere obezbeđuje panhromatske i trodimenzionalne informacije koristeći tri CCD linije i opcipno još pet linija iz multispektralnog opsega. Kamera skenira teren sa prostornom rezolucijom od 25 cm, površine od 300 kvadratnih kilometara, uz vreme trajanja leta koje je nešto kraće od jednog sata.
Ključne reči: daljinska detekcija, fotogrametrija, digitalna aerokamera, rezolucija, trolinijski senzor, multispektralna slika, matematički model snimanja.
AIRBORNE DIGITAL SENSORS - LH SYSTEMS ADS 40
Summary:
This paper presents basics of collecting spatial data with remote sensing and the classical photogrammetric method. A compromise between two methods, offered by a digital aero camera, is also suggested. The LH Systems has produced a new camera concept called Airborne Digital Sensor (ADS 40) which uses a new way of collecting spatial data. The camera system provides panchromatic and stereo information using three CCD lines and up to five more lines for multispectral imagery. The performance of the camera allows a three dimensional and multispectral image with a ground sample distance of 25 cm for an area of 300 square miles within a flight time shorter than one hour.
Key words: remote sensing, photogrammetry, digital aerial camera, resolution, three line sensor, multispectral imagery, mathematical model.
Uvod
Globalnim razvojem industrije i pora-stom populacije na Zemlji javlja se sve veća potreba za prostornim podacima. Oni treba da omoguće široku lepezu informacija koje su korisne u različitim sferama primene.
Daljinska detekcija već se neko vreme pojavljuje kao nezamenjiv metod prikupljanja podataka masovnog (prostor-
nog) karaktera. Definiciju ovog ustalje-nog termina kod nas je dao veliki broj autora. Ovde će biti navedena samo jed-na koja potpuno objašnjava metod i ot-klanja sve eventualne stručne nesporazu-me: „Daljinska detekcija predstavlja metod prikupljanja informacija putem siste-ma koji nisu u direktnom, fizičkom kon-taktu sa ispitivanom pojavom ili objek-tom“ [Evelyn Pruit 1960].
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
87
Princip daljinske detekcije jednostav-no se može sagledati na osnovu slike 1.
Za realnost, koja se apstrakuje ovim metodom, zainteresovani su različiti ko-risnici, a s obzirom na to da je objekat snimanja Zemljina površina, daljinska detekcija se primenjuje u geonaukama; u geodeziji i kartografiji za kartiranje, u geologiji za utvrđivanje geološke građe terena, u poljoprivredi za pedološki sloj i
Sl. 1 — Princip daljinske detekcije
različite kulture, u šumarstvu za vegeta-cioni pokrivač, u hidrologiji za vode, itd. Tu su još i neke specifične potrebe, po-put praćenja i predviđanja elementarnih nepogoda i prirodnih katastrofa usled po-meranja tla, zaštita životne sredine i dru-ge. Takođe, važno je reći da sistem daljinske detekcije ima dugu tradiciju u vojnim primenama.
Na slici 2 prikazano je devet najva-žnijih oblasti primene daljinske detekcije u funkciji njihovih potreba za prostor-nom i spektralnom rezolucijom.
Na slici 3 ilustrovana je potrebna prostorna rezolucija i period obnavljanja snimanja (dopune) za svaku oblast pri-mene.
Razvojem informacionih tehnologija omogućeno je da daljinska detekcija, u kombinaciji sa GIS-om i njegovim aplika-cijama, pruži korisne informacije kako te-matskog, tako i prostornog karaktera. Ovakvi generisani informacioni modeli od posebnog su značaja u naučnim istraži-vanjima, a pored toga za njih su zaintere-
Sl. 2 — Prostorna rezolucija i spektar EM zra~enja u razli~itim oblastima
88
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2004.
Sl. 3 — Prostorna rezolucija i period dopune u daljinskoj detekciji:
K — kartografija G — geologija S — sumarstvo H — hidrologija P — poljoprivreda O — okeanografija
1 10 100 1 000 10 000 Prostorna rezolucija [m]
sovane razlicite organizacije, vladine in-stitucije, privatne kompanije i pojedinci.
Geodetska nauka posebno je zainte-resovana za položajne informacije koje se dobijaju metodom daljinskog istraži-vanja. Prioritet i osnovni pokazatelj kva-liteta geodetskog proizvoda, ma u kom obliku on bio (numerički podatak, sni-mak, karta ...) njegova je položajna tač-nost. U tom smislu, za kartiranje sadržaja sa položajnom tačnošću santimetarskog reda veličina, neophodni su izvorni poda-ci koji poseduju taj ili veći stepen tačno-sti. Pored toga, sve je zapaženija tenden-cija da ti podaci budu, po mogućnosti, iz-vorno u digitalnom obliku. Snimci koji su do sada eksploatisani, a koji su pri-marno bili u digitalnom obliku, za nose-ću platformu su koristili satelite. S obzi-rom na veliku orbitalnu visinu, i tehničko nesavršenstvo senzora, rezolucije snima-ka uglavnom su metarske. Kada se tome doda visoka cena snimaka, rezultat je da se ovi snimci nisu upotrebljavali za krup-norazmerno kartiranje. U poslednje vre-me na tržištu se nalaze satelitski snimci
čije su prostorne rezolucije ispod 1 m. U većini slučajeva nemoguća je autonom-nost korisnika u kreiranju kvaliteta snim-ka u smislu njegove tačnosti, prostornog zahvata, itd. S druge strane, postojeći si-stemi za aerofotogrametrijska snimanja, i pored potpune automatizovanosti, auto-nomije u radu i razvijene softverske po-drške, zasnovani su na fotografskom principu, pa je proizvod aerofoto snima-nja merna fotografija. Ovakvi podaci, ko-ji su u analognom obliku, prevode se u digitalni oblik skeniranjem. Skeneri mo-raju biti visokih performansi, u pogledu rezolucije skeniranja i tačnosti, što utiče na cenu procesa.
Potencijal i principi senzora
visoke rezolucije
U svetu su danas fotogrametrija i daljinska detekcija glavni snabdevači in-formacija o prostoru, objektima i pojava-ma na njemu. Prelaskom sa analitičke na „softcopy“ fotogrametriju sa digitalnim registrovanjem i obradom snimaka, kao i
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2004.
89
korišćenjem GPS podataka, došlo se do racionalne i precizne metode u automat-skoj izradi topografskih karata, potrebnih geodetskih podloga i prikupljanju drugih informacija o čovekovoj okolini. Danas su digitalni snimci uobi~ajeni u geodezi-ji. Takođe, interpretacija snimaka i pre-poznavanje objekata vrši se uz automat-sku podršku.
Digitalna fotogrametrija nastala je pojavom digitalnih sistema za izradu snimaka, jednodimenzionalnih, rednih ili po-vršinskih senzora, koji se već dugo uspe-šno koriste u satelitskoj daljinskoj detek-ciji. Za fotogrametriju je mnogo intere-santnija digitalna aero kamera. Korišćenje digitalnih skenera na avionima dugo nije uzelo maha. Ove kamere su se koristile za snimanja u bliskom domenu. Za vojne po-trebe u svetu se uveliko koriste digitalne kamere sa senzorima, koje u potpunosti zadovoljavaju postavljene zahteve. Ovi snimci su manjeg formata od standardnih aerofotogrametrijskih snimaka.
Razvoj senzora visoke prostorne
rezolucije
U prvom pokušaju da se konstruiše avio senzor u merne svrhe, ulogu pionira u ovom poduhvatu ostvarilo je društvo Photometrics. Korišćen je površinski senzor LFIS (Loral Fairchild Imaging System), veličine 4K*4K. U kameri su isprobana tri tipa senzora, i svi su imali dva glavna ne-dostatka: slab nivo zasićenosti u elektroni-ma i veliki broj defektnih linija. Matrica senzora očitava se sa 1 Mpiksel/s, što omo-gućava tri snimka u minuti.
Februara 1993. godine izvršeno je prvo aerosnimanje digitalnom kamerom
po maglovitom i oblačnom vremenu. Vi-sina leta bila je 3500 m, brzina aviona 360 km/h, a uzdužni preklop oko 55%. Snimljeno je pet redova sa po 9 snimaka koji pokrivaju površinu 12 h 24 km2. Vi-zuelnom kontrolom snimaka uočene su senke po ivicama. Blještanje zbog reflek-sije svetlih površina je smetnja koja je smanjila odnose signal/šum na iznos 40. Zbog greške postavljanja senzora uprav-no na optičku osu objektiva kamere od 0,3 mm javila se nejasnoća na desnoj strani snimka koja je ispravljena naknad-no pri obradi snimaka. Sračunati su orto-fotosi i izrađen fotoplan sastavljanjem odabranih korisnih površina.
I pored brojnih nedostataka ovog eksperimenta koji je izveden pod nepo-voljnim uslovima i sa nedovoljno ispita-nom opremom, postignuti su ohrabrujući rezultati. Uočeno je da se detalj dobro re-produkuje u senkovitim zonama, pa je preporučeno da se ova tehnologija prime-njuje za snimanje urbanih zona.
Kamera Loral Fairchild Imaging System pokazala je nedostatke koji nisu mo-gli da se prevaziđu. Zato je bilo potrebno naći novu kameru (Mitić, 1994). U nared-nom periodu bilo je manje ili više uspe-šnih pokušaja konstruisanja avio-senzora visoke prostorne rezolucije. Nakon jedno-decenijskog razvoj a senzora visoke rezolucije, na tržištu se konačno pojavila ka-mera ADS40 (Airborne digital sensor).
Zahtevi za senzore visoke
rezolucije
Aerofotogrametrijske kamere sa pra-tećom opremom decenijama su bile neza-menjive ako je bilo potrebno prikupiti po-datke visoke položajne tačnosti. Merna
90
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
fotografija poseduje visoku moć razdvaja-nja. Visine leta aviona relativno su male, pa su prostorne rezolucije aerofoto-snim-ka dostigle vrednosti manje od 0,15 m. Snimci se skeniraju, a zatim se sadržaj kartira ili prave digitalni modeli terena. Korišćenjem različitih filtera moguće su i različite tehnike aerofoto snimanja.
Razvojem industrijske tehnologije i usavršavanjem CCD senzora stvoreni su uslovi za plasiranje na tržište merne aerokamere koja zadovoljava većinu ge-odetskih potreba sa aspekta prostorne rezolucije (0,16 m). Na slici 4 prikazan je tok podataka u klasičnom sistemu za sni-manje (RC30) i sistemu digitalne aeroka-mere ADS40.
Da bi avio-digitalni senzor bio uti-cajniji na podru~ju na kojem je decenija-
ma bila neprikosnovena aerofotograme-trijska kamera, on mora da ispuni odre-đene zahteve:
- siroko vidno polje duž i upravno na pravac leta, radi smanjivanja vremena i troškova snimanja;
- linearne karakteristike, visoka osetljivost i veliki dinamički opseg;
- veličina CCD elemenata (piksel na slici) koja treba da omogući visoku prostornu rezoluciju;
- registrovanje područja van vidlji-vog dela spektra EM zračenja, sto je po-trebno u različitim sferama primene da-ljinske detekcije;
- kratke ekspozicije i periodi pra-znog hoda;
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
91
- radiometrijska kalibraciona proce-dura, kako bi se omogućila pouzdanost senzorske osetljivosti;
- obezbeđenje stereoefekta jednom kamerom.
Konstrukcija i karakteristike kamere ADS40
Sredinom 2000. godine zajedničkim projektom nemačkog aerokosmičkog centra (DLR) i LH Systems (Leica), postala je dostupna kamera koja pravi kompromis između klasičnih i satelitskih snimaka. Ona istovremeno snima u tri pravca: is-pred, iza i u nadiranju. Obezbeđuje, dakle, panhromatske stereo informacije uz po-moć tri CCD linije i još pet iz multispek-tralnog područja, uključujući tu dve iz bli-skog dela spektra svetlosnog zračenja (NIR) (slika 5). Svaka CCD linija za pan-hromatska merenja poseduje 24 000 ele-menata, što rezultira vidnim poljem od 64o duž pravca leta (FOV). Žižna daljina objektiva je 62,5 mm. Poseduje dinamički opseg od 12 bita i period snimanja od 1,2 ms po liniji. Usled ovakvih performansi
Sl. 5 — Multispektralni potencijal kamere ADS40
Sl. 6 — Geometrijske karakteristike trolinijskog digitalnog senzora (Rainer Sandau 2000)
ADS40 obezbeđuje multispektralni i tro-dimenzionalni prikaz terena prostorne re-zolucije od 0,25 m za snimljeno područje od oko 800 km2, uz vreme leta oko 1 čas (Hans P. Roeser 2000).
Koncept trolinijskog senzora omo-gućuje informacije o objektima na Zemlji iz tri različita ugla, što omogućuje stereo-skopsku vidljivost u procesu restitucije. Svaki linijski senzor detektuje pri jed-nom prolazu oblast (strip) širine 1 pikse-la. Povezivanjem svih snimljenih traka duž pravca leta nastaje snimak terena. Sa slike 6 jasno se vidi da se mogu kombi-novati trake 1 i 2, 2 i 3, i 3 i 1, kako bi se postigao stereoefekat u restituciji.
Senzor je optimiziran tako da svi njegovi parametri poput dimenzija, rav-nih karakteristika, faktora konverzije, li-nearnih karakteristika, elektronskog in-terfejsa i cene odgovaraju postavljenim zahtevima.
Senzori visoke prostorne rezolucije pretpostavljaju kvalitetan optički sistem.
92
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
Objektiv prikuplja i prosleđuje prostorne, spektralne i radiometrijske podatke sa Ze-mljine površine do linijskog senzora. Po dimenzijama, težini, rezoluciji i svetlosnoj propustljivosti objektiv instaliran na ADS40 je sličan onom na kameri RC30. Međutim, razlike postoje, shodno različi-tim formama registrovanja podataka, pa su primenjena različita konstrukciona re-šenja. Dok je minimalizovanje efekta dis-torzije prioritet kod mernih filmskih ka-mera, to je telecentričnost kod svih digi-talnih kamera, a naro~ito kod ADS40, gde je zahtev za multispektralnom informaci-jom visoke rezolucije, prioritet.
Nekoliko spektralnih područja između 400 nm (plavo) i 900 nm (infracrveno), im-plementirano je u kompleksni sistem pome-nutog objektiva, sa pratećim filterima za svako područje. Filteri su postavljeni nepo-sredno uz CCD senzor iz konstruktivnih razloga. Zahtev koji je postavljen pred ova-kav sklop jeste da filteri ne bi smeli da me-njaju spektralnu moć prepoznavanja duž ce-log vidnog polja kamere. ADS40 koristi osam paralelnih senzorskih linija, tri pan-hromatska i pet spektralnih (crvena, zelena, plava i dve infracrvene). Na slici 7 prikazan je objektiv ove kamere.
Gubitak ugaone simetrije između objekta snimanja i objekta na snimku u ovakvoj konstrukciji, prisutan je jer nije moguće postići idealnu telecentričnost objektiva. Primaran zahtev je da vrednosti rezolucije na snimku moraju biti konstant-ne u celom vidnom polju, u oba smera duž i širom pravca leta aviona. To treba ostvariti uprkos varijacijama temperature, vazdušnog pritiska i visine leta. Greške su svakako neizbežne, međutim one treba da budu sistematskog karaktera, kako bi se omogućila rektifikacija snimaka u kasni-jim fazama obrade. Radi toga konstrukci-one karakteristike kamere koje odgovara-ju zahtevima za visoku prostornu rezolu-ciju teško je postići. Prema tome, svi zah-tevi koji su postavljeni pred kameru kao što su široko vidno polje, širok spektralni opseg, visoka rezolucija, telecentričnost i stabilnost u odnosu na spoljne uticaje ostvareni su pomoću objektiva koji je sli-čan onom na kameri RC30. Karakteristike ADS40 dobre su u onoj meri u kojoj su konstruktori uspeli da savladaju objektiv-na ograničenja, koja usled rane faze raz-vitka senzora još nisu na nivou na kojem bi mogli biti u budućnosti. Karakteristike kamere prikazane su u tabeli.
Sl. 7 — Objektiv kamere ADS40
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
93
Glavne karakteristike kamere ADS40
Zižna daljina 62,5 mm Plava 428-492 nm
Veličina piksela 6,5 am NIR1 703-757 nm
Panhromatske linije (preklop) 2 x 12 000 piksela NIR2 833-887 nm
RGB i NIR linije 12 000 piksela Dinamički opseg 12-bit
Vidno polje (popreko) 46° Radiometrijska rezolucija 8-bit
Stereo ugao napred-nadir 26° Prostorna rezolucija (H = 3000 m) 16 cm
Stereo ugao napred-nazad 42° Linearni zahvat senzora (H = 3000 m) 3,75 km
Stereo ugao nadir-nazad 16° Frekvencija čitanja po liniji 200-800 Hz
Crvena 608-662 nm Memorijski kapacitet misije 200-500 GB
Zelena 533-587 nm
Fokusnu ravan (slika 8) čini četiri CCD kućišta, termo kontrola CCD sen-zora i interfejs između optike, filtera i okoline. Svaka CCD panhromatska linija sadrži dva linearna reda sa po 12k eleme-nata (piksela) raspoređenih sa 0,5 piksela pomaka. Linije koje registruju oblasti RGB, NIR1 i NIR2 koriste jedan red sa 12 000 elemenata po liniji.
Fokusna ravan sadrži CCD linije sa minimumom neophodne elektronike. Svaka 24k CCD linija je sastavljena od dve 12k linije, koje se procesiraju potpu-no odvojeno. Svaki par 12k može se ne-zavisno koristiti za različite delove spek-tra, a naravno i svaka 12k linija posebno. Dakle, sistem ADS40 teoretski se može upotrebiti kao 3 x 24k (pan.) + 6 x 12k (kolor) CCD linija. To je omogućeno za-hvaljujući kompleksnoj elektronskoj štampanoj ploči. U svakoj ploči inkorpo-rirane su sve neophodne funkcije za
Sl. 8 — Fokusna ravan
kompletno procesiranje analognog signa-la (ASP). Raspored elektronskih elemenata na ploči postavljen je tako da odgo-vara ergonomskim zahtevima kamere.
Kompjuterski sistem kamere cini nekoliko komponenti:
- kompjuter kao kontrolna jedinica i platforma za procesiranje podataka;
- sistem za skladištenje podataka slikovnog formata i drugih neophodnih parametara snimanja;
- elektronika pozicionog sistema;
- interfejs pilota i operatora kamere;
- I/O jedinica kao interfejs ostalih senzora i uređaja.
Karakterističan deo kompjutera je magistrala velike brzine za protok slikov-nih podataka, dizajnirana tako da omogu-ći kompresiju podataka u realnom vre-menu brzinom od 40 MB/s. Podržana su dva formata - jpeg i lossless.
Sistem za skladištenje podataka, ko-ji se skupljaju tokom leta, konstruisan je shodno ekstremnim uslovima koji vlada-ju tokom leta. Kapacitet diska omoguću-je autonomiju leta do četiri sata, sa brzinom zapisa od 40 do 50 MB/s.
Interfejs operatora kamere konstruisan je tako da omogućuje lako praćenje snimanja. Poseduje terminal visoke rezo-lucije i sistem „touch screen“. Interfejs pilota potpuno je nezavisan od operatora, i instaliran je u kokpitu letelice.
94
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
Jedinica I/O predstavlja fleksibilan interfejs ka eksternim uređajima. Baziran je na modulnom principu i pruža moguć-nost povezivanja sa budućim multisen-zorskim kontrolnim sistemom. Tako, bi-}e omogućeno kombinovanje ADS40 zajedno sa ostalim sistemima za snimanje, kao što su kamera RC30, žirostabilizaci-ono postolje PAV30, kao i svaki drugi senzorski sistem, na primer spektrometar ili laserski skener.
FCMS (Flight and sensor control managment system) kontroliše, koordinira i prati podsisteme kamere i prezentuje in-formacije uz pomoć grafičkog interfejsa, tako da se u toku snimanja mogu vršiti određene korekcije, kako bi se ispunili
Sl. 9 — Komponente FCMS
postavljeni zahtevi snimanja. Komponente ovog sistema prikazane su na slici 9.
Upravljanje letom vrši se uz pomoć napredne softverske podrške sa razvije-nim help funkcijama i uputstvima u Windows okruženju, sa grafičkim displejom „touch screen“.
Navigacioni sistem obezbeđuje preci-zno održavanje planiranog kursa za koji je odgovoran isključivo pilot. U odnosu na si-stem RC 30 nema bitnijih promena, pa se koristi ista aplikacija ASKOT (Aerial Survey Control Tool), koja omogućuje, pored održavanja planiranog kursa, pozicionira-nje i precizno održavanje visine. Operator i pilot mogu imati različita okruženja u smi-slu praćenja snimanja, odnosno mogu sami kreirati svoje okruženje u grafičkom i dru-gom smislu. Takođe, moguće je izvršiti snimanje bez operatora kamere, odnosno pilot može u nekim projektima sam obaviti snimanje. Na slici 10 prikazan je izgled ekrana tokom navigacije.
Senzorska kontrola je sistem koji funkcioniše potpuno automatski. Kontro-
Sl. 10 - Navigacija u ASKOT-u
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2004.
95
lišu se parametri bitni za realizaciju sni-manja, koje indirektno defmiše operator ili plan snimanja. Podaci o greškama u toku leta bitni su za kasniju manipulaciju snimcima.
Test i servis opciono omogućuju analizu raznih parametara koju vr{e stručni timovi, radi unapređenja i razvoja sistema ADS40.
Pozicioni sistem kamere
Da bi se snimci visoke rezolucije, na-stali pomoću linijskog skenera, koristili za kartiranje objekata, oni moraju biti vezani za terenski koordinatni sistem. Principijel-no, postoje dva koncepta. Trijangulacija rektifikovanih snimaka vrši se uz pomoć, u fotogrametriji ustaljenih, matematičkih modela uz odgovarajuću softversku podr-
šku. Drugi način je da se u toku samog leta prikupljaju parametri potrebni za orijenta-ciju (položaj centra projekcije, parametri ugaonog kolebanja postolja kamere i even-tualno koordinate kontrolnih tačaka na te-renu). Prvi metod (indirektni) jeste vre-menski zahtevniji, dok je drugi (direktni) ekonomski opravdaniji, i primenjen je u si-stemu kamere ADS40. Pronađen je opti-malni način prikupljanja neophodnih poda-taka na osnovu GPS prijemnika - Internal Position and Orientation System (POS) i senzora inercijalne merne jedinice (IMU) integrisanih u kameru, i korišćenje samo nekoliko pouzdanih koordinata referentnih GPS tačaka. Prednosti ovakvog koncepta orijentacije su da se obrada rektifikovanih snimaka znatno skraćuje i da je odnos cene i kvaliteta izlaznih rezultata na zadovolja-vajućem nivou.
96
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2004.
Integrisanost sistema orijentacije sa fokusnom ravni CCD senzora (slika 11) ima veliki značaj u smislu redukovanja orijentacionih tačaka na terenu.
U sistem za orijentaciju uključene su četiri glavne komponente: internalna merna jedinica (IMU), POS kompjuterski sistem, GPS L1/L2 (faze nosećih talasa) prijemnik i softver za postprocesiranje GPS merenja.
Matematički model snimanja
pomoću senzora ADS40
Senzor ADS ne koristi skupo žiro-stabilizaciono postolje. Transformacija koordinata obavlja se pomoću precizno merenih koordinata GPS antene u leteli-ci, i parametara nestabilnosti fokusne ravni. Rešenje, koje je takođe primenjeno na sistemu za aerofotogrametrijska sni-manja RC30, svodi se na određivanje ko-ordinata projekcionog centra kamere uz pomoć ekscentrično postavljene GPS an-tene i merenja vrednosti kolebanja foku-sne ravni (ю, ф i к) kamere usled turbu-lencija i nepreciznosti navigacije, uz po-moć IMU modula. To teorijski isključuje potrebu za terestričkim merenjima, odno-sno za aerotrijangulacijom. Međutim, u kombinaciji sa kontrolnim (orijentacio-nim) tačkama može se poboljšati tačnost definitivnih koordinata na snimku, pa se radi toga koncept kontrolnih tačaka me-renih na terenu još uvek primenjuje.
Iako se georeferenciranje u svim fa-zama odvija potpuno automatizovano u grafičkom okruženju ORIMA, i merenja vrše uz pomoć aplikacije APM softver-skog paketa SOCKET SET, ovde će biti naveden i ukratko prikazan matematički model aerometrijskog snimanja uz po-moć kamere ADS40.
Polazna jednakost za transformaciju merenih koordinata na PC platformi lo-kalnog koordinatnog sistema, čiji je pri-mitiv piksel, u terenski koordinatni si-stem koji ima za datum elipsoid WGS84, ne razlikuje se od klasičnog modela.
«5 X' 1 = 1 ° . о X X 1 + Л- R ■ X x' 1 (1)
Z GPS _ Zo _ Z PC
Kao što se vidi u jednakosti (1), da bi se koordinate prevele iz lokalnog sistema u referentni GPS okvir, potrebno ih je rotirati matricom rotacije R = Дю,ф i к), urazmeriti (Л) i translirati za vre-dnost vektora koordinata projekcionog centra kamere (X0, Y0, Z0).
Razlika u odnosu na konvencionalni pristup u modelovanju terenskih koordinata je u činjenici da, za razliku od skoro trenut-nog nastajanja aerofoto snimka, ovde sni-mak nastaje sukcesivno, skeniranjem linija širine jedan piksel. Dakle, svaka linija ima svoje parametre transformacije koji se pri-kupljaju u toku leta, i mora se odvojeno tre-tirati. Međutim, iz praktičnih razloga, a u svrhu racionalizacije, koristi se princip in-terpolacije svih koordinata snimka na osno-vu samo pojedinih senzorskih linija koje po-seduju veću pouzdanost u smislu tačnosti parametara apsolutne orijentacije:
xi = F( X.,Y. > Zi>Xk A, Zk Юк ф Kk,
Xk+1, Yk+1, Zk+1, Юк+1, фк+1, Kk+1)
yi = G( XiY. Zi > Xk ,Yk, Zk ю Ф ,Kk. Xk+1, Yk+1, Zk+1, ®k+1, Ћс+1, Kk+1) (2)
Kolinearna jednakost (2) omogućuje dobijanje slikovnih koordinata tačke i, koje predstavljaju funkciju od fiksnih orijentisanih linija к i к +1, za koje su
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2004.
97
poznati parametari apsolutne orijentacije (Muller 1991). Rastojanje između sused-nih fiksnih linija definisano je kriteriju-mom minimalizovanja sistematskih gre-šaka koje su prouzrokovane nestabilno-stima fokusne ravni u toku snimanja.
Zaključak
Za nezavisno vrednovanje performansi sistema za aerosnimanje ADS40 potrebno je testirati kameru. S obzirom na to da nije postojala takva mogućnost, na osnovu do-stupne literature i iskustava u ovoj oblasti mogu se izvesti određeni zaključci:
- kamera poseduje samo jedan objektiv, uz mogućnost registrovanja multispektralnih podataka tokom jednog snimanja, što obezbeđuje ekonomičnost snimanja sa bogatim asortimanom infor-macija o snimljenom terenu;
- sistem trolinijskog CCD senzora omogućuje kartiranje, uz izbor željenih linija za stereo restituciju;
- moguće je snimiti velika područja za kratak period, uz nivo kvaliteta u smi-slu prostorne rezolucije (0,16 m, N=3000 m) koji odgovara većini geodetskih po-treba. Ta činjenica opravdava visoka po-četna ulaganja u ovu kameru, uz uslov optimalne eksploatacije;
- senzor još uvek ne omogućuje rezolucije kojima raspolaže aerofoto kamera, tako da će se filmski princip koristiti još neko vreme u fotogrametriji;
- nije obavezna trijangulacija u ve-ćini slučajeva;
- kompatibilnost celog sistema kamere i mogućnost kombinovanja sa drugim siste-mima (npr. RC30), uz softversku podršku u operativnom sistemu Windows, na PC plat-
formi, ne zahteva veća ulaganja u nabavku dodatne opreme i obuku kadra;
- nema potrebe za razvijanjem fil-ma, kao ni za skeniranjem fotosnimaka, već su izvorni podaci u digitalnom obli-ku, pa se sa njima lakše manipuliše;
- u odnosu na satelitske snimke, pored veće prostorne rezolucije, nezavisno se može planirati i ostvariti željeni nivo kvaliteta snimaka;
- snimci se skladište na odgovaraju-ćim medijima, uz zagarantovan nivo kva-liteta i nakon dužeg perioda.
Imajući u vidu vrednost prostorne rezolucije senzora može se pretpostaviti da se kamera ADS40 može koristiti u procesu izrade geobaze podataka topo-grafske karte 1:25 000, kao i ostalih geodetskih podloga (ortofoto, sitnije razmere karata, itd.).
Literatura:
[1] Eckardt, A.: Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration: Performance of the imaging system in the LH SYSTEMS ADS40 airborne digital sensor, ISPRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[2] Borner, A.: Institute for Space Sensor Technology and Planetary Exploration: Test results obtained with the LH SYSTEMS ADS40 airborne digital sensor, ISPRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[3] Scholten, F.: Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration: Digital 3D data acquisition with high resolution stereo camera-airborne (HRSC-A), ISPRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[4] Hans, P.: ROESERA, DLR Institute of Sensor Technology and Planetary Exploration, Rutherfordstr. 2, D-12489 Berlin, Germany: New potential and applications of ADS, IS-PRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[5] Pavlović, R.; Čupković, T.; Marković, M.: Daljinska detek-cija, Rudarsko-geološki fakultet, Beograd 2001.
[6] Sandau, R.: LH Systems GmbH, Switzerland: Design principles of the LH SYSTEMS ADS40 airborne digital sensor, ISPRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[7] Schuster, R.: Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration: Calibration of the LH SYSTEMS ADS40 airborne digital sensor, ISPRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[8] Tempelmann, U.: LH Systems GmbH, Switzerland: Photogra-metric software for LH SYSTEMS ADS40 airborne digital sensor, ISPRS 2000 Amsterdam, The Netherlands, 2000.
[9] www.Lhsystems.com (ADS40_Software_Brochure.pdf; ADS40_Brochure.pdf; ADS40_Product_Description.pdf).
98
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2004.
