Кадровые и линейные цифровые фотографические системы

Термин «линейный сканер» применительно к аэрофотографическим системам не является признанным. Многие говорят, что это термин ошибочно отражает сущность устройств этого типа. Все же, мы будем воспользоваться конкретно этим обычным для нас термином.

Производители, обычно, ориентируются лишь на один из 2-ух обозначенных типов. Современные технологии разработки и сотворения цифровых метрических аэрофотоаппаратов очень сложны Кадровые и линейные цифровые фотографические системы и ресурсозатратны, чтоб позволить для себя «роскошь» поддержки сходу 2-ух концепций. Различия концепций касаются не только лишь принципов построения оптических и электрических компонент устройств, да и всей идеологии их использования, включая полевые, аэрофотосъемочные, фотограмметрические и камеральные работы.

Концептуальные различия технически вылились в значительные расхождения рыночных концепций, стратегий продвижения и Кадровые и линейные цифровые фотографические системы поддержки собственных товаров, реализуемых компаниями-производителями. Существует мировоззрение даже о появлении рыночных войн, к примеру, меж Leica и Intergraph.

Для того чтоб прийти к беспристрастному заключению представим более всераспространенные резоны в пользу линейных фотографических сканеров:
1. Разработка фотографических линейных сканеров сначало была разработана для установки на галлактических Кадровые и линейные цифровые фотографические системы аппаратах и, только позже была «адаптирована» для аэросъемочных целей. Конкретно по этому принципу сейчас работает большая часть спутников дистанционного зондирования Земли.
2. Эта разработка обеспечивает только высочайшее качество цветопередачи за счет отсутствия различий в разрешающей возможности «цветных» и панхроматических детекторов.
3. Линейные приемники «сильней» матричных по соотношению сигнал/ шум. Данные съемки, приобретенные Кадровые и линейные цифровые фотографические системы при помощи сканеров, имеют более широкий фотометрический динамический спектр.
4. Приборы, работающие по принципу линейного сканирования, обеспечивают формирование непрерывных «полос» данных, получаемых фактически при неизменном угле визирования. В отличие от систем кадрового типа, в линейных сканерах не наблюдается «скачка ракурса» от снимка к снимку. Вкупе с тем, за счет использования нескольких Кадровые и линейные цифровые фотографические системы линеек детекторов, нацеленных под разными продольными углами к надиру имеется возможность как стереоскопического наблюдения данных, так и возможность проведения фактически всех видов стереофотограмметрической обработки, в том числе, развитие фототриангуляционных сетей.

Приведенные аргументы следует признать справедливыми. Но перед тем как продолжить обсуждение и перейти к беспристрастному анализу преимуществ и Кадровые и линейные цифровые фотографические системы недочетов кадровых и линейных систем, разглядим более тщательно чисто фотограмметрические нюансы формирования изображений для обоих типов аэрофотоаппаратов. В системах кадрового типа принцип формирования изображения может рассматриваться как обычный, основанный на законах центральной проекции (Лобанов, 1983). Представим нужные пояснения по фотограмметрическим принципам формирования изображений в системах линейного типа.

Неверно считается, что Кадровые и линейные цифровые фотографические системы линейные фотографические сканеры, а именно ADS–40 компании Leica, существенно уступают кадровым аэрофотоаппаратам, при этом как цифровым, так и аналоговым в результирующей фотограмметрической точности, потому что в случае линейных сканеров для геопривязки данных употребляются GPS/INS системы (к примеру, для ADS–40 это POS/AV компании Applanix), которые заранее обеспечивают наименьшую точность Кадровые и линейные цифровые фотографические системы, чем традиционные фоторгамметрические процедуры формирования и уравнивания блоков (маршрутов) аэрофотоснимков. Подобные утверждения основаны на предположении, что упомянутые фотограмметрические процедуры просто неприменимы к данным линейных сканеров, потому что в сознании многих центральное понятие фотограмметрии, связка лучей, крепко ассоциируется с кадром. Раз нет кадра, означает нет и связки, а означает нет Кадровые и линейные цифровые фотографические системы и всего остального.

Но, это совсем не так. Подобные утверждения – менее чем недоразумение. Внедрение технологии прямого геопозиционирования, т.е. GPS/INS систем в качестве окончательного средства геопозиционирования съемочных данных, есть атрибут средств лазерной локации. В случае же с линейными фотографическими сканерами GPS/INS средства наличествуют и вправду Кадровые и линейные цифровые фотографические системы употребляются для геопозиционирования аэросъемочных данных. Но в данном случае такое геопозиционирование является почти во всем подготовительным, а совсем не окончательным, как в случае с лазерной локацией. Кстати сказать, GPS/INS системы употребляются и во всех современных цифровых, и аналоговых аэрофотоаппаратах кадрового типа. В том числе и в 2-ух основных конкурирующих Кадровые и линейные цифровые фотографические системы с ADS-40 продуктах – DMC компании Intergraph и UltraCam–X компании Vexcel Imaging. Всюду характеристики наружного ориентирования, определяемые при помощи GPS/INS систем, употребляются исключительно в качестве исходного приближения. Окончательные (четкие) значения этих характеристик определяются, как и при классическом подходе, с внедрением фотограмметрических процедур, хотя, естественно, существенно резвее и достовернее – с Кадровые и линейные цифровые фотографические системы внедрением априорной инфы, чем без нее. Отметим, что поддержку режима учета априорных данных по элементам наружного ориентирования, поставляемых GPS/INS системами, сейчас представляют фактически все фотограмметрические пакеты, к примеру, BAE либо Photomod. Роль GPS/INS данных в технологии линейных фотографических сканеров, конечно, значительней, чем применительно к обычным кадровым системам Кадровые и линейные цифровые фотографические системы. Ведь конкретно эти данные позволяют «собрать» воедино отдельные строчки изображения, приведя их к виду, применимому для зрительного анализа. Но было бы совсем ошибочно утверждать, что такая форма определения пространственных координат является конечной. Она непременно уточняется на следующих шагах обработки. А что касается жестких связок проецирующих лучей, то они Кадровые и линейные цифровые фотографические системы есть как в кадровом, так и в линейном случаях, хотя в последнем не настолько очевидно и все таки с неким вспоможением со стороны GPS/INS систем. Ниже приведены некие рассуждения, помогающего осмыслить этот нетривиальный факт. Обратимся к простейшей схеме линейного фотографического сканера, предполагающего возможность выполнения настоящей фотограмметрической обработки.

На рисунке 133 показан Кадровые и линейные цифровые фотографические системы сканер с 3-мя линейками детекторов, расположенных, естественно, в фокальной плоскости объектива и обозначенных на рисунке 133 как 1, 2, 3. Соответственно, следы (проекции) детекторов на поверхности сцены обозначены на рисунке как 1', 2', 3'. Каждый таковой след соответствует одной полосы сканирования, получаемой мгновенно. Частота сканирования (съема инфы с линейки) довольно высока и, к примеру, в Кадровые и линейные цифровые фотографические системы ADS–40 может составлять 800 Гц. Поочередная временная совокупа линеек сформировывает непрерывное изображение сцены (полосу), раздельно для каждого линейного детектора. Для примера, изображенного на рисунке 133 мы будем иметь три полосы.

Набросок 133.Схема работы линейного сканера

Попутно отметим, что для выполнения равенства продольного и поперечного разрешения нужно согласованно избрать значения частоты Кадровые и линейные цифровые фотографические системы сканирования F, высоты съемки H и скорости движения носителя V. Но это детали, главное же состоит в последующем:
– в каждый определенный момент времени линейный детектор делает проецирование поверхности сцены на фокальную (картинную) плоскость оптической системы сканера, при этом строго подчиняясь закону центральной проекции.
– обоюдное пространственное и угловое положение линейных детекторов в Кадровые и линейные цифровые фотографические системы фокальной плоскости понятно полностью точно и постоянно, т.е. его можно считать таким для целей реального исследования. Другими словами, полностью корректно гласить, что и для линейного сканера также как и для фотоаппарата кадрового типа определены все те же 6 частей внутреннего ориентирования (по последней мере, 6, а может быть и больше Кадровые и линейные цифровые фотографические системы).

Вообщем, в части геометрии приемникаразличия меж кадровыми и линейными системами не так и значительны. Вправду, в рассматриваемом нами примере употребляются три полосы детекторов, расположенных в фокальной плоскости объектива. Ничто не мешает нам трактовать их как часть матричного (кадрового!) приемника, из которого удалены все строки, кроме конкретно этих 3-х Кадровые и линейные цифровые фотографические системы.

А вот в чем, линейные и кадровые системы вправду различаются, так это в принципах формирования изображений:
– В случае кадровой системы каждый аэрофотоснимок представляет собой одномоментный «слепок», приобретенный из одного центра проекции. Т.е. камеру можно считать недвижной в течение всего времени совершения съемки. Строго говоря, это, естественно, не совершенно Кадровые и линейные цифровые фотографические системы так – носитель продолжает непрерывное движение в течение всего времени экспозиции, т.е. времени, когда открыт затвор. Но это не меняет существа дела – кадровую систему можно считать в принципе недвижной в момент совершения снимка.
– В случае линейного сканера также формируется изображение земной поверхности, владеющее полностью определенным набором изобразительных Кадровые и линейные цифровые фотографические системы и метрических параметров. Как и в случае с метрическими камерами на таких изображениях можно выделить отлично определимые точечные (контурные) объекты, характеризуемые полностью определенными геодезическими координатами. Как и в случае с кадровыми системами, такие точки можно и необходимо использовать в качестве опознаков либо связывающих точек при фототриангуляционном развитии съемочной сети. Но: в случае Кадровые и линейные цифровые фотографические системы линейных сканеров изображения этих точек и всех других объектов принципно всегда получены в различные моменты времени, т.е. с разным положением главной точки и ориентацией системы координат (СК) аппарата.

Случаю с кадровой системой съемки, соответствует ситуация, изображенная на рисунке 134. Три опознака A, B, C, т.е Кадровые и линейные цифровые фотографические системы. три дешифрируемые на аэрофотоснимке точки земной поверхности с определенными геодезическими координатами всегда позволяют совершенно точно выполнить абсолютное ориентирование аэрофотоснимка, т.е. найти пространственные координаты центра проекции Px, Py, Pz и углы ориентации СК камеры , , , т.е. решить главную фотограмметрическую задачку. Наличие на борту GPS/INS системы может в общем случае посодействовать Кадровые и линейные цифровые фотографические системы, т.к. скажет априорные значения P'x, P'y. P'z, ', ', '. Наличие таковой априорной инфы упростит задачку, но в таких данных нет настоятельной необходимости. При желании возможно обойтись без нее.

Набросок 134.Формирование изображения кадровой камерой

Совсем по другому обстоит дело с линейными сканерами (рис. 135). Изображения опознаков A Кадровые и линейные цифровые фотографические системы, B, C будут гарантированно получены. Очень возможно с значительно более высочайшим, чем в кадровом случае, соотношением сигнал/ шум, цветопередачей, контрастом и т.д. Но, как будет показано ниже, очень неблагоприятным обстоятельством является тот факт, что изображения опознаков будут получены не мгновенно, а в течение некого временного интервала. В течение этого интервала аэросъемочная Кадровые и линейные цифровые фотографические системы система будет, хотя и под контролем инерциальной системы, продолжать хаотическое движение.

Набросок 135.Формирование изображения линейным сканером

Приведенные подробные объяснения принципных различий фотограмметрических концепций кадровых и линейных систем отлично известны всем спецам по современной аэросъемке. Но выводы делаются различные. Некие специалисты относят эту особенность формирования изображений к Кадровые и линейные цифровые фотографические системы одному из 4 собственных «убийственных аргументов» против линейных сканеров: ни о какой реальной точности фотограмметрических данных, опирающихся значительно на кинематические GPS и инерциальные измерения гласить нереально. Другие спецы считают, что это совсем не так: современные GPS/INS системы так точны, что им полностью можно довериться.

Мы же, невзирая на пристрастие Кадровые и линейные цифровые фотографические системы к кадровым системам и глубочайшее почтение к доктору Леберлу, склонны поддержать тех, кто не делает катастрофы из значимой зависимости линейных сканеров от GPS и инерциальных данных.

Наша позиция базирована, в том числе, и на долголетнем личном опыте использования систем прямого геопозиционирования. Мы не склонны рассматривать линейные сканеры как «тупиковое Кадровые и линейные цифровые фотографические системы направление» развития современной цифровой аэрофотографии. В итоге, нас интересует, в какой мере связку проецирующих лучей приобретенных, как показано выше неодномоментно, можно считать «жесткой», применимой для фотограмметрических построений и вычислений. Эта неувязка иллюстрируется на рисунке 136.

Набросок 136.Связка проекции лучей линейного сканера в моменты времени t и t'

Связка проецирующих лучей 0-А Кадровые и линейные цифровые фотографические системы*-А и 0'-В*-В, приобретенных линейным сканером в два разных момента времени t и t' можно считать довольно «жесткой», если с достаточной точностью известны характеристики обоюдного положения и ориентации СК сканера, соответственно, в моменты времени t и t'.

Практический опыт дает подсказку, что современные системы прямого геопозиционирования GPS Кадровые и линейные цифровые фотографические системы/INS типа, такие как POS/AV 610 компании Applanix либо AeroCONTROL 2 компании IGI удовлетворяют этому требованию полностью. Не считая остального, в пользу линейных сканеров тут работают два происшествия:
1) малость интервала t = t' – t;
2) тот факт, что нас интересует относительная ориентация СК 0XYZ и 0'X'Y'Z' друг относительно друга, а не их абсолютные Кадровые и линейные цифровые фотографические системы положения и ориентация в геодезическом пространстве. 1-ая выше 2-ой на 1-2 порядка.

Продолжая обсуждение обоюдных плюсов и недочетов кадровых и линейных цифровых аэрофотосъемочных систем, отметим, что вопрос результирующей геодезической точности должен быть признан главным при проведении анализа.

Высочайшая точность, непременно, нужный (хотя, может быть, и недостающий) признак проф аэрофотоаппарата. Это Кадровые и линейные цифровые фотографические системы замечание очень значительно при обсуждении плюсов и недочетов разных концепций современного аэрогеодезического оборудования.

По не полностью понятным для нас причинам вопрос реальной геодезической точности того либо другого типа либо определенной модели цифровой аэрофотосъемочной системы нередко «выпадает из контекста» либо рассматривается вскользь, в ряду остального. Мы не Кадровые и линейные цифровые фотографические системы собираемся повторять этой ошибки, а начнем с самой сущности: какой подход, кадровый либо линейный, обеспечивает достижение большей точности определения геодезических координат наземных объектов. Мы отвечаем на этот вопрос последующим образом: непременно, кадровый, при этом его приемущество носит принципный, если угодно, концептуальный нрав.

Тут уместно отметить, что категория геодезической точности считается Кадровые и линейные цифровые фотографические системы, почти во всем, определяющей при систематизации аэросъемочного оборудования на две огромные группы: фотограмметрические средства и средства дистанционного зондирования. Считается, что 1-ые позволяют по данным съемки определять координаты наземных объектов с неким гарантированным уровнем точности и достоверности. Для средств дистанционного зондирования, в отличие от фотограмметрических, вопрос о точности геопозиционирования данных и Кадровые и линейные цифровые фотографические системы точности геометрических измерений является, хотя и значимым, но не основным. Во 2-м случае значительно более принципиальным является качество цветопередачи, спектрального представления, изобразительность, возможность проведения специального вида дешифрирования и другие категории, не имеющие прямого отношения к геодезической точности. Естественно, такое деление, почти во всем условно и в большей Кадровые и линейные цифровые фотографические системы степени соответствует западному стилю, чем российскому. Все же, для целей нашего исследования приведенное замечание значительно. Не стоит забывать, что в случае UltraCAM-X, ADS-40, DMC мы имеем дело конкретно с фотограмметрическими средствами, а не средствами дистанционного зондирования.

В свете вышеизложенного, хотелось бы направить внимание читателей на ту напористость, с Кадровые и линейные цифровые фотографические системы которой сторонники линейных сканеров, а именно Leica, пропагандируют получаемое качество цветопередачи. Признавая значимость этого вопроса, считаем нужным отметить, что весь прошедший ХХ век аэрофотография и фотограмметрия с фуррором решали все стоящие перед ними задачки при помощи панхроматических (черно-белых) аэроснимков. Цветные и спекторозональные пленки использовались для целей фотографического картографирования очень изредка, из Кадровые и линейные цифровые фотографические системы-за собственного низкого, в сопоставлении с панхроматическими пленками, разрешения. В случае же с современными линейными аэросъемочными системами – не будет преувеличением сказать, что высочайшее качество цветопередачи спектральной чувствительности каналов и ряд других преимуществ линейных сканеров, в значимой степени, достигнуты во вред фотограмметрической точности прибора.

Не считая того, упомянутые выше «неоспоримые Кадровые и линейные цифровые фотографические системы» достоинства линейных сканеров над кадровыми системами нуждаются в суровом исследовании. Критики кадровых систем указывают на последующие происшествия:
– уже упомянутая выше более высочайшая чувствительность линейных CCD приемников и, соответственно, наилучшее соотношение сигнал/шум в сопоставлении с матричными приемниками;
– кадровые системы обеспечивают «искусственное, ненатуральное» (определения критиков) цветовое покрытие аэрофотоснимка Кадровые и линейные цифровые фотографические системы: употребляется Байеровская схема (Manual, 2004), при которой мозаично располагаются по полю кадра «зеленые», «синие» и «красные» пиксели при помощи спектральных оптических фильтров. Такая схема свойственна для аэрофотосъемочных систем среднего класса.

В широкоформатных кадровых цифровых аэрофотоаппаратах (Intergraph DMC, Vexel UltaCAM-D и UltaCAM-X), вместе с главным панхроматическим кадром высочайшего Кадровые и линейные цифровые фотографические системы разрешения, формируются четыре «спектральных» (зеленоватый, голубий, красноватый, ближний, инфракрасный) изображения. Естественно, поля зрения панхроматического и «цветовых» детекторов совпадают, что позволяет «синтезировать» полноформатное цветное RGB либо спектрозональное изображение. С математической точки зрения такая процедура ни что другое, как интерполяция, позволяющая искусственно «раскрасить» все пиксели изображения по практически зафиксированной цветности примыкающего пикселя Кадровые и линейные цифровые фотографические системы (Байеровский способ) или группы пикселей (способ разнесенных спектральных каналов). Критики усматривают в таких способах формирования цвета источник огромного количества негативных моментов, а именно, появление эффекта бахромы (fringe) и других явлений, затрудняющих зрительный анализ аэрофотоснимков и проведение камерального дешифрирования.

Совместно с тем:
1) В линейных сканерах тоже, обычно, употребляются «цветные» детекторы с Кадровые и линейные цифровые фотографические системы разрешением наименьшим, чем у основного монохромного канала. Потому все произнесенное выше о дилеммах интерполяции цвета, в разной степени, справедливо и по отношению к линейным сканерам.
2) Естественность цветопередачи в линейных сканерах при внимательном рассмотрении также оказывается нарушенной. Если, к примеру, линейки RGB расположены в конкретной близости друг от друга (т.е Кадровые и линейные цифровые фотографические системы. фактически в одном месте), а линейка детектора близкого инфракрасного спектра отстает от их на 10° (рис. 137).

Набросок 137.Формирование цветности линейным сканером

При синтезе спектрозонального изображения будут применены значения спектральных интенсивностей излучения, соответственных разным углам визирования. Это неблагоприятное событие, в особенности, для поверхностей с значительно недиффузной индикатрисой рассеяния (рис. 138).

Набросок Кадровые и линейные цифровые фотографические системы 138.Формирование спектральных интенсивностей излучения при разных углах визирования линейного сканера

За время, нужное летательному аппарату для преодоления расстояния D, условия освещенности сцены могут поменяться самым конструктивным образом. При высоте H=1000 м и скорости V=50 м/с это время составит 4 с. С учетом этого происшествия коэффициент доверия к спектрозональным данным Кадровые и линейные цифровые фотографические системы «линейного» типа еще больше понижается.

С учетом вышеизложенного, можно утверждать аппараты кадрового типа, гарантирующие одномоментность получения данных, как по панхроматическому, так и по всем спектральным (цветовым) каналам и принципно без искажений, вызванных недиффузной индикатрисой рассеяния, представляются заслуживающими большего доверия в вопросах достоверности цветопередачи.

3) Не подтверждается, непременно, и тезис о Кадровые и линейные цифровые фотографические системы приемуществе линейных сканеров по радиометрическому разрешению и соотношению сигнал/шум. Мы уже признавали наличие этого приемущества, но только по отношению к CCD приемникам, а не к устройствам в целом. В целом ряде всевозможных случаев удается достигнуть принципного улучшения чувствительности оптическими, схемотехническими либо, в конце концов, программными способами Кадровые и линейные цифровые фотографические системы.

Не считая того, не следует третировать таковой формой анализа как зрительный контроль данных разных источников, как это показано на рисунке 139.

Набросок 139.Сопоставление результатов съемки разными системами: а) снимок изготовлен цифровым АФА Leica ADS-40 (разрешение 20 см); б) снимок изготовлен цифровым АФА Vexcel UltraCAM-D (разрешение 20 см); в) снимок изготовлен цифровым АФА Кадровые и линейные цифровые фотографические системы Vexcel UltraCAM-D (разрешение 8 см. В этом случае, такое качество фактически не достижимо для ADS-


kafedra-informacionnie-sistemi-i-tehnologii.html
kafedra-informacionnih-tehnologij-prikaz-30-11-2012-308-g-ulyanovsk-onauchno-metodicheskoj-rabote-s-pedagogicheskimi.html
kafedra-inzhenernoj-geodezii-i-markshejderskogo-dela.html