Методы получения и обработки пространственной информации

В традиционных фото- и видеокамерах, используемых в технических системах, снимок формируется по закону центрального проектирования, когда точка снимка получается как точка пересечения прямой, проходящей через центр проекции (точку съемки) и точку объекта, с плоскостью снимка.

Для описания геометрической модели камеры вводятся две системы координат. В этой системе координат измеряются координаты точек оцифрованного изображения.

Калибровка видеокамер.

Рассмотрим удобный с практической точки зрения метод калибровки, который заключается в следующем: изготавливается специальное калибровочное поле (плоский стенд) со специально помеченными точками, координаты которых заранее известны с высокой степенью точности; производится съемка большого числа разноракурсных снимков калибровочного поля; на каждом снимке измеряются координаты всех видимых точек калибровочного поля; для каждой точки каждого снимка записываются условия коллинеарности центра проектирования, точки снимка с учетом искажений и точки калибровочного поля; по методу наименьших квадратов находятся значения оцениваемых параметров (в которые включаются и параметры камеры), соответствующих минимуму суммы квадратов невязок условий коллинеарности.

При проведении калибровки в вектор оцениваемых параметров включаются плановые координаты определяемых точек калибровочного поля, элементы внешнего ориентирования всех снимков, а также элементы внутреннего ориентирования и параметры нелинейных искажений всех камер комплекса.

Наиболее трудоемкой ручной операцией при использовании данного подхода к калибровке является измерение большого количества координат опорных точек калибровочного поля на множестве разноракурсных изображений.

Решение задачи стереосоответствия. Структурированный подсвет.

После того как в результате проведенных операций калибровки и ориентирования геометрическая модель стереосъемки стала известна нам со всеми своими параметрами, мы в принципе готовы к решению задачи реконструкции трехмерных координат точек снимаемой поверхности. При этом, для того чтобы вычислить трехмерные координаты любой точки поверхности, необходимо лишь определить положение ее проекции на снимках всех камер, используемых в измерительном комплексе. Иными словами, нам необходимо установить соответствие каждой интересующей нас точки на изображении, полученном от одной камеры системы, ее же изображениям на снимках, полученных от других камер системы. Конечно, в лабораторных условиях оператор измерительного комплекса в состоянии указать такие соответствующие точки разных снимков вручную, но в современных измерительных системах, используемых для реконструкции трехмерной формы объекта, необходимо измерять за короткие промежутки времени тысячи и даже сотни тысяч точек. Поэтому возникает задача автоматического определения соответствующих точек на изображениях от нескольких камер, называемая также задачей установления стерео-соответствия задачей установления стерео-соответствия.

Использование беспилотных летательных аппаратов для получения геопространственной информации

В современном мире беспилотные авиационные системы (БАС) находят всё более широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Создано большое количество БАС самого различного назначения с широким диапазоном массогабаритных характеристик. В статье дана классификация беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). В статье так же рассматриваются критерии безопасного полета БПЛА. Разработан алгоритм корректировки полетного задания в зависимости от конкретной ситуации и типа БПЛА.

Рассмотрена идентификация ситуации при полете БПЛА. Произведена классификация ситуаций полета, которая включает пять классов по степени опасности. Классификация основана на величине отклонения от заданных параметров полетного задания. Предлагаемый подход учитывает различные типы беспилотных летательных аппаратов, что делает его универсальный для каждого полетного задания. В результате идентификация текущей полетной ситуации повышается осведомленность пилота о ситуации и обеспечивается необходимый уровень безопасности полетов.

Беспилотные летающие аппараты внедряются все больше и больше с каждым годом. Они применяются во многих сферах, как в гражданских, так и в военных. По мнению экспертов, БПЛА в скором времени будут доминировать над пилотируемыми аппаратами, особенно для военных целей [21]. Такое развитие обусловлено достаточно многими факторами. Самым главным достоинством БПЛА является отсутствие экипажа и относительно небольшая стоимость по сравнению с конкурентами.

С развитием современных технологий беспилотные летающие аппараты стали выполнять такие функции, которые раньше им были недоступны. В частности, БПЛА начали показывать свой функционал при выполнении задач ведения наблюдения. Они позволяют оператору наблюдать и отслеживать обстановку в любом заданном месте [14].

Виды беспилотных летательных аппаратов

БПЛА невозможно классифицировать по тем или иным характеристикам, так как их огромное множество. Разнообразию дронов не видно конца, так как производители пока не ограничены никакими стандартами. В результате сегодня отсутствуют требования со стороны авиационных регуляторов о том, как БПЛА должен быть оснащен [22].

Беспилотники могут быть как самолетного, так и вертолетного типов [23]. Они отличаются габаритами, функциональностью, дальностью полетов, уровнем автономности и другими характеристиками.

За последнее время накоплен большой опыт в создании беспилотных летательных аппаратов [15]. Существуют беспилотные аппараты различной конструкции с различным весом, дальностью полета, массой полезной нагрузки, вариантов посадки и запуска. Повышенный интерес к их использованию вызван простотой их конструкции, относительно небольшой стоимостью, оперативностью. Классификация БПЛА по размеру приведена в Табл 4.1.

Конструкция и функциональность меняются в зависимости от назначения аппарата [24]. Есть модели дронов, которые умеют принимать команды человека и реагировать на них. В таких устройствах установлены специальные модули-приемники команд.

Для мониторинга обычно используются БПЛА 1 и 2 класса. Это обусловлено тем, что при увеличении массы увеличивается энергия, выделяемая при его посадке, что может повредить БПЛА. БПЛА, сконструированные по типу вертолета лишены этого недостатка, но они не могут летать на далекие расстояния.

Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА

Существует огромный диапазон устройств записи изображений, доступных для применения на БПЛА. Типичные датчики можно условно классифицировать следующим образом:

• экшн и рыбий глаз камеры;
• камеры для потребительского рынка;
• камеры для профессионального применения;
• промышленные камеры;
• метрические камеры для явных фотограмметрических применений;
• скоростные камеры;
• панорамные камеры;
• многокамерные системы.

Доступность цифровых устройств регистрирования варьируется от массовых продуктов, например, камер смартфонов, до специальных высокопроизводительных датчиков, используемых для специальных применений, таких как высокоскоростная визуализация. Датчики с глобальным затвором требуются для большинства динамических применений, когда камера или объект движутся относительно друг друга.

Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА позволяет получить цифровое изображение местности с разрешение 3 см на пиксель. Обработка изображений производится так же как и в традиционной аэрофотосъемке. Применение двухчастотной ГЛОНАС/GPS системы глобального позиционирования для определения центров фотографирования дает точность их определения не хуже 5 см.