4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Transcripción

1 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría 74 Cámara Z)I DMC Ángulo de campo: 69.3º x 42º 4 cámaras pancromáticas (13824x7680), f=120mm, f:4 4 cámaras RGB IR (2048x3072), f=25mm, f:4 Obturador y apertura variable Almacenamiento en vuelo: 840Gb (2240 imágenes=1250 fotos) Cadencia máxima de disparo: 2 s / imagen Resolución radiométrica: 12 bits Peso: <80 kg (sólo cámara)

2 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría 75 La cámara DMC destaca por su sencillez de utilización: -Las imágenes pancromáticas son generadas por la integración de las imágenes de las 4 cámaras a las que se eliminan las distorsiones y se ajustan a focal 120mm. Mediante una sencilla proyección al tener todas las imágenes el mismo centro de proyección. -Se pueden emplear en cualquier sistema fotogramétrico sin ningún requisito de modelo. -El procedimiento de orientación es el mismo que cualquier otro tipo de imágenes no es un sistema GPS dependiente. -Incorpora un sistema TDI de retardo de la lectura necesario para compensar el movimiento de la imagen en el sensor matricial CALIBRACIÓN: -En dos etapas: 1) Calibración de las cámaras -> Geometría de la cámara 2) Calibración de la plataforma -> Relación entre cámaras

3 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Sistema TDI 76

4 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Generación de imágenes 77

5 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Generación de imágenes 78

6 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Generación de imágenes 79

7 4.6 Calibración n de cámaras c digitales 80

8 4.6 Calibración n de cámaras c digitales 81

9 4.6 Calibración n de cámaras c digitales 82

10 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría 83 Obtención imágenes en color (Pan-sharpening): - La imagen integrada pancromática se reduce de tamaño hasta hacerla coincidir con la imagen color. -Se realiza una búsqueda de puntos homólogos entre las banda verde y la pancromática (matching por mínimos cuadrados) y se obtienen los parámetros de proyección - Las bandas roja y azul se correlacionan con la banda roja mediante el mismo procedimiento - Se realiza la fusión de cada canal con la pancromática obteniendo imágenes coloreadas del tamaño de la pancromática

11 Sensores digitales en Fotogrametría Zona de test Elchigen Se emplea para la calibración de las DMC y del sistema IMU 21 puntos de apoyo (medidos con GPS) Altura de vuelo sobre el terreno= 1544m Escala de vuelo= 1/12870 GSD=15cm 3 pasadas E-W y 3 pasadas N-S (20 imágenes con solapes longitudinal y transversal de 60%) σο= 1.7 micras (0.14 pixel 2.2 cm terreno) Error en puntos de comprobación independientes: 3.6cm (X e Y) (0.23 pixel); 6cm (Z) (0.39 pixel) Precisión media del MDT= 10cm Zona de test Vaihigen/Enz 120 imágenes en 5 pasadas Altura de vuelo sobre el terreno= 1210m Escala de vuelo= 1/8000 GSD=9.6cm 16 puntos de apoyo XYZ Sigma naught= 2.4 micras (0.2 pixel 1.9 cm terreno) Ajuste de bloque: 0.2 pixeles (2 veces mejor que las cámaras de película)

12 Zona Piloto Hoja 947 (Jaén) 85

13 Zona Piloto Hoja 947 (Jaén) 86 Objetivo: Análisis de las posibilidades de la DMC para la generación de productos cartográficos (MDE y orto) Trabajo realizado por HIFSA ( Características del vuelo: Escala de imagen: 1/ Altura sobre el terreno: m. f: 120 mm. Nº Pasadas: 7 Nº Fotos por pasada: 40 Nº total imágenes: 280 Recubrimiento longitudinal: 60% Recubrimiento transversal: 30% Base: 921 m Tamaño imagen digital: x 7680 pixeles (165.8 x 92.1 mm) Tamaño imagen terreno: 3456 x 1920 m Tamaño pixel: 12 micras GSD: 30 cm. Productos: Imágenes color real (36 bits= 3x12 bits; 3x4096 ND) Imágenes en falso color (CIR) (Infrarrojo, Rojo, Verde) Imágenes pancromático (12 bits) Datos de los centros de proyección DGPS

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16 89 Zona Piloto Hoja 947 (Jaén) COMPONENTES DE LA CÁMARA DMC Cámara digital: 8 objetivos ópticos (4 PAN + 4 MS) Sensor electrónico de imágenes: matriz de CCDs Sistema de Navegación: ASMS (Airborne Sensor Managment System) Sistemas GPS e INS Estación de post-proceso en tierra: PPS (Post Procesing System) Formato de imagen 13824x7680 píxeles Tamaño de CCD 12 micras Distancia focal 120 mm Sistema GPS/INS Integrado en el sistema Resolución radiométrica 12-bit / Canal Canales espectrales Pancromático, Rojo, Azul, Verde, IR Cercano Compensación FMC Electrónica TDI (Time Delay Intragted) Almacenamiento en vuelo 2200 imágenes (FDS Flight Data Storage) Ángulo de campo 69.3 en sentido trasversal a la traza 42 en el sentido de la traza Obturador, apertura relativa variable de 1/50 a 1/300 seg. f/4 f/22

17 Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales Zona Piloto Hoja 947 (Jaén) Orientación: Orientación Interna: NO NECESARIA Orientación Externa: Información de partida: DGPS Nº modelos: 275 Nº de puntos de paso y enlace: (casi 100 por modelo) Precisión interna: 2.5 micras Precisión externa: 0.27m 90

18 Zona Piloto Hoja 947 (Jaén) Modelo Digital de Elevaciones: Paso: 10 m Superficie: Has/modelo Precisión Z: 0.7m 91

19 Zona Piloto Hoja 947 (Jaén) Ortoimagen: Tamaño de pixel (GSD=30cm) Cartografía a escala 1:10000 Precisión: Planimétrica: mejor que 1m Radiometría: 36 bits (12 x 3 bits) PAN+RGB+IR Formato: TIFF (GeoTIFF) + TFW 92

20 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría 93 Ventajas: - Diseño sencillo - No requiere disponer de GPS - Se puede emplear con cualquier tipo de software fotogramétrico - Requiere utilizar TDI y 8 obturadores por cámara Inconvenientes: - Imágenes en color mediante pansharpening - Imágenes en pancromático mediante proyección de las originales

21 Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Cámara Vexcel Ultracam-D 94

22 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría 95 Cámara Vexcel Ultracam-D Incorpora un sistema de 8 elementos ópticos que dan lugar un total de 33 imágenes (13 imágenes -> imagen color; 20 imágenes -> imagen pancromática de alta resolución) Ajuste de imágenes utilizando el procedimiento de la retícula invisible Imagen pancromática: 11500x7500 píxeles, Tamaño píxel de 9µm (Tamaño de imagen: 103.5x67.5mm) Imagen multiespectral (azul, verde, rojo e infrarrojo): 4008x2672 píxeles, Tamaño píxel: 9µm, Res.radiométrica >12 bits Distancia focal: 100mm, Apertura relativa de 5.6 Ángulo de campo de 55º (transversal a la dirección de la pasada) y 37º (longitudinal) Obturador entre 1/60 y 1/500, incorpora sistema TDI Velocidad de captura: 1.3 imágenes/s

23 Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Formación de las imágenes pancromáticas 96

24 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Formación de las imágenes pancromáticas 97

25 4.5 Sensores digitales en Fotogrametría 98 Ventajas: - Coste (2/3 ADS40) - Alta cadencia de disparo que permite grandes solapes y tamaño de pixel pequeño Inconvenientes: - Modelo complejo (requiere GPS e integración de imágenes - Vexcel no tiene tradición en construcción de cámaras - Imágenes en color mediante pansharpening

26 Situado actual y futura del mercado 99 Evolución de las ventas de cámaras digitales de gran formato (Leberl y Gruber, 2005): (Ene-May) Total Leica ADS40 Presentación Z/I DMC Presentación Vexcel Ultracam Presentación Total Anual De acuerdo con Büyüksalih (2005): Leica ADS 40: 27 Z/I Intergraph DMC: 22 Vexcel Ultracam-D: 19 (cifras de ventas acumuladas hasta Abril 2005) Total Acumulado

27 100 Situado actual y futura del mercado Distribución mundial de las cámaras ADS40 y DMC: America: ADS40 (14), DMC (7) Asia: ADS40 (6), DMC (10) Europa: ADS40 (7), DMC (5) España: ADS40 (1?), DMC (2), Ultracam-D (2) Se prevé un aumento de ventas del 40% anual (según información de Applanix) Es previsible unas ventas de 8-9 unidades ADS40 al año, que podrá aumentar a largo plazo hasta las unidades (cifra similar a la de ventas de la RC30). Con estas cifras se puede plantear que en los próximos 5 años existirán unas 80 cámaras ADS40. Si se plantea un reparto homogéneo del mercado la cifra total de cámaras se puede establecer en 240 (para el 2010). Esto es prácticamente el 25% del mercado mundial de cámaras, si bien seguramente la cifra sea mayor al dejar de estar operativas algunas cámaras de película. En nuestro país se está registrando una fuerte tendencia a las nuevas cámaras con 4 unidades actualmente operativas (ICC, TASA, Azimut, HIFSA, ) y una a la espera de entrega (ADS40). En el pliego del PNOA se incorpora la posibilidad de uso de cámaras digitales.

28 101 Ventajas de las cámaras c fotogramétricas tricas digitales Menor coste: No requiere emplear consumibles (película, procesado fotográfico, ) No requiere digitalización No existe coste por duplicación No existe coste adicional por mayor número de imágenes o color Se eliminan los problemas de las películas IR color Se reduce la necesidad de manipulación de las imágenes El coste de la película y procesado representa entre el 13 y el 19% del proyecto. El coste del escaneo de la película representa entre el 34 y el 52% del proyecto. Mejor calidad de imagen: Imágenes en 12 bits/pixel. No existe ruido por el grano de la película Mayor rango dinámico de las imágenes. Posibilidad de adquisición simultánea de PAN, RGB e IR Mejores resultados en la medidas automáticas por correlación (2.5 veces mejor) Mejor sensibilidad espectral: más días y horas de vuelo en mala meteorología o iluminación Mejor interpretabilidad Mejores resultados en los procedimientos automáticos

29 102 Ventajas de las cámaras c fotogramétricas tricas digitales Mayor redundancia en todas las medidas: Se pueden tomar más imágenes sin un coste extra importante Mejores resultados en los procesos de generación de MDE Menor presencia de áreas de oclusión en zonas urbanas Mejor precisión geométrica: No se producen deformaciones por el soporte de la imagen No se requiere la orientación interna de las imágenes Las copias no pierden calidad geométrica ni radiométrica Las imágenes no presentan granularidad La mejora del rango radiométrico se traduce en mejor calidad de las medidas Mejor proceso de trabajo: La calidad de las imágenes se puede controlar en el propio vuelo El proceso es más automático con menor intervención manual Se mejora los procesos de interpretación (PAN, RGB, IR) No es necesaria la gestión de las películas (ni la conservación) Es posible plantear un catálogo totalmente informatizado (Intranet / Internet) Se reduce el mantenimiento de las cámaras

30 Análisis Económico 103 Coste asociado a la captura de una imagen (Cámara de Película, fotos/año) Depreciación anual de la cámara --- Mantenimiento anual de la cámara $ Calibración $ Compra de películas (20000 fotos) $ Procesado de fotos (20000 fotos) $ Digitalización (20000 fotos) $ Coste asociados al archivo de fotogramas $ Costes asociados al archivo de imágenes digitales $ TOTAL $ Total por imagen 18 $ Costes medios considerando costes actuales en Europa y USA Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)

31 Análisis Económico 104 Coste asociado a la captura de una imagen (Cámara Digital, imágenes/año) Depreciación anual de la cámara $ Mantenimiento anual de la cámara $ Seguro $ Depreciación sistema procesado imágenes $ Cintas almacenamiento imágenes (60000 fotos) $ Depreciación sistema de catalogación imágenes digitales $ Costes de vuelo añadidos (menor cobertura) $ TOTAL $ Total por imagen 4 $ Total por superficie equivalente al fotograma 11 $ Costes medios considerando costes actuales en Europa y USA Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)

32 Análisis Económico 105 Coste asociado al procesamiento fotogramétrico de imágenes (Cámara Película, imágenes/año) Depreciación anual de 7 restituidores fotogramétricos $ Depreciación anual de 6 estacionales digitales $ Edición manual (2 horas/imagen) $ Restitución fotogramétrica (4 horas/imagen) $ TOTAL $ Total por imagen 150 $ Costes asociados a la generación de MDE, ortoimágenes y restitución 3D Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)

33 Análisis Económico 106 Coste asociado al procesamiento fotogramétrico de imágenes (Cámara Digital, imágenes/año, equivalentes a fotogramas/año) Depreciación de 6 estaciones de trabajo básicas $ Edición manual (1 hora/imagen) $ Depreciación para 13 estaciones de trabajo $ Restitución 3D (2 horas/imagen) $ TOTAL $ Total por imagen 75 $ Costes asociados a la generación de MDE, ortoimágenes y restitución 3D Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)