4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
74
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
Dpto. Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría – Universidad de Jaén
4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
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)
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
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
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Sistema TDI
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Generación de imágenes
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Generación de imágenes
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Generación de imágenes
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
4.6 Calibración de cámaras digitales
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
4.6 Calibración de cámaras digitales
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
4.6 Calibración de cámaras digitales
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
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
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4.5 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
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)
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GSD=9.6cm
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Zona Piloto – Hoja 947 (Jaén)
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Zona Piloto – Hoja 947 (Jaén)
Objetivo:
Análisis de las posibilidades de la DMC para la generación de productos cartográficos (MDE y orto)
Trabajo realizado por HIFSA (http://www.hifsa.com)
Características del vuelo:
Escala de imagen: 1/25.000
Nº Pasadas: 7
Altura sobre el terreno: 3.000 m.
Nº Fotos por pasada: 40
Recubrimiento longitudinal: 60%
f: 120 mm.
Nº total imágenes: 280
Recubrimiento transversal: 30%
Base: 921 m
Tamaño imagen digital: 13824 x 7680 pixeles (165.8 x 92.1 mm)
Tamaño imagen terreno: 3456 x 1920 m
Tamaño pixel: 12 micras
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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GSD: 30 cm.
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
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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
Obturador, apertura relativa
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69.3° en sentido trasversal a la traza
42° en el sentido de la traza
variable de 1/50 a 1/300 seg. f/4 – f/22
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Orientación:
Orientación Interna: NO NECESARIA
Orientación Externa:
Información de partida: DGPS
Nº modelos: 275
Nº de puntos de paso y enlace: 26810 (casi 100 por modelo)
Precisión interna: 2.5 micras
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Precisión externa: 0.27m
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Zona Piloto – Hoja 947 (Jaén)
Modelo Digital de Elevaciones:
Paso: 10 m
Superficie: 267.5 Has/modelo
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Precisión Z: 0.7m
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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
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
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
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Cámara Vexcel Ultracam-D
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
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
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Formación de las imágenes pancromáticas
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
Formación de las imágenes pancromáticas
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría
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
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
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Situado actual y futura del mercado
Evolución de las ventas de cámaras digitales de gran formato (Leberl y Gruber, 2005):
Vexcel
Ultracam
Total Anual
Total
Acumulado
0
0
1
1
1
2002
5
5
6
2003
7
3
Presentación
10
16
2004
10
11
13
34
50
2005(Ene-May)
2
12
13
27
77
Total
25
26
26
77
Leica ADS40
Z/I DMC
2000
Presentación
Presentación
2001
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)
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
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Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
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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 12-15 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.
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
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Ventajas de las cámaras fotogramétricas 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
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
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Ventajas de las cámaras fotogramétricas 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
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
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Análisis Económico
Coste asociado a la captura de una imagen (Cámara de Película, 20000 fotos/año)
Depreciación anual de la cámara
---
Mantenimiento anual de la cámara
5.000 $
Calibración
5.000 $
Compra de películas (20000 fotos)
80.000 $
Procesado de fotos (20000 fotos)
60.000 $
Digitalización (20000 fotos)
200.000 $
Coste asociados al archivo de fotogramas
1.500 $
Costes asociados al archivo de imágenes digitales
1.500 $
TOTAL
Total por imagen
Costes medios considerando costes actuales en Europa y USA
Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)
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353.000 $
18 $
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Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
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Análisis Económico
Coste asociado a la captura de una imagen (Cámara Digital, 60000 imágenes/año)
Depreciación anual de la cámara
80.000 $
Mantenimiento anual de la cámara
40.000 $
Seguro
10.000 $
Depreciación sistema procesado imágenes
4.000 $
Cintas almacenamiento imágenes (60000 fotos)
2.000 $
Depreciación sistema de catalogación imágenes digitales 30.000 $
Costes de vuelo añadidos (menor cobertura)
TOTAL
Total por imagen
Total por superficie equivalente al fotograma
Costes medios considerando costes actuales en Europa y USA
Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)
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50.000 $
216.000 $
4$
11 $
104
Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
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Análisis Económico
Coste asociado al procesamiento fotogramétrico de imágenes
(Cámara Película, 20000 imágenes/año)
Depreciación anual de 7 restituidores fotogramétricos
Depreciación anual de 6 estacionales digitales
70.000 $
6.000 $
Edición manual (2 horas/imagen)
1.000.000 $
Restitución fotogramétrica (4 horas/imagen)
2.000.000 $
TOTAL
3.076.000 $
Total por imagen
Costes asociados a la generación de MDE, ortoimágenes y restitución 3D
Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)
Prof. Dr. Jorge Delgado García
150 $
105
Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales
Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía
Dpto. Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría – Universidad de Jaén
Análisis Económico
Coste asociado al procesamiento fotogramétrico de imágenes
(Cámara Digital, 60000 imágenes/año, equivalentes a 20000 fotogramas/año)
Depreciación de 6 estaciones de trabajo básicas
Edición manual (1 hora/imagen)
Depreciación para 13 estaciones de trabajo
6.000 $
500.000 $
6.000 $
Restitución 3D (2 horas/imagen)
1.000.000 $
TOTAL
1.512.000 $
Total por imagen
Costes asociados a la generación de MDE, ortoimágenes y restitución 3D
Valores tomados de Leberl y Gruber (2005)
Prof. Dr. Jorge Delgado García
75 $
106