Princip pořízení a zpracování leteckých velkoformátových digitálních snímků

Tags: GIS | Snímkování

Tyto tři firmy patří mezi hlavní a dominantní dodavatele snímkové techniky. Z této skupiny má největší procentuální zastoupení na trhu společnost Microsoft Vexcel, jejíž špičkovou technologii využívá i naše firma. Komplexní řešení, které nabízí, sestává z portfolia leteckých digitálních měřických kamer řady UltraCam, dále zpracovatelského softwaru a navazujících modulů. Na základě několikaletých praktických zkušeností mohu popsat, jak celý systém pracuje.

Obr. 1 Kamera UltraCam X

Nutným předpokladem pro získání surových dat je samotný snímkový let. Při něm se letoun pohybuje po naplánovaných náletových osách a kamera UltraCam X v komunikaci s navigačním systémem CCNS4 automaticky exponuje snímek, jakmile se letoun dostane na předem definovanou pozici. Při samotném pořízení snímku proběhne celá sekvence dílčích expozic, z nichž je nutné výsledný snímek vytvořit v prostředí zpracovatelského softwaru Ultramap 2.0. Tato nutnost pramení z konstrukčního principu kamery UltraCam X. Při pohledu na obrázek č. 1 zjistíme, že v senzorové hlavě SX je umístěno celkem 8 objektivů. Objektivy, nacházející se na středové linii SX, pořizují sérii panchromatických snímků s vysokým rozlišením, zatímco zbývající objektivy mají za úkol sbírat data v barevných kanálech RGB a kanálu NIR. Panchromatické snímky jsou pořízeny v rychlé sekvenci za sebou jdoucích záběrů, které jsou exponovány v přesně stanovený moment. Po první expozici následují další v časovém odstupu, jenž vyplývá z rychlosti letounu a rozteče dílčích objektivů. Druhá expozice tedy proběhne poté, co letoun urazí vzdálenost zhruba 8 cm. Tento princip je dobře patrný z přiloženého obrázku č. 2. V polovině tohoto cyklu dochází k pořízení dalších čtyř snímků, z nichž každý zvlášť registruje informaci o jednom kanálu R, G, B a NIR. Barevná a infračervená složka obrazu je zachycena objektivy, které lze rovněž spatřit na obrázku č. 1, umístěné po stranách senzorové hlavy. Rozlišení těchto snímků je třetinové v porovnání s výsledným panchromatickým snímkem. Zde končí pořízení surových dat.

Obr. 2 Princip pořízení surových dat

Dalším krokem k získání výsledného snímku je zpracování surových dat v prostředí softwaru Ultramap 2.0 na pozemní stanici. Jedná se o poslední generaci pokročilé technologie zpracování dat, která umožňuje jak globální barevné vyrovnání snímků v rámci zpracovávaného bloku, tak distribuci samotných snímků k jednotlivým jádrům všech procesorů celé počítačové sítě, což celý proces výrazně urychluje.

Technologie vyvolání je tvořena následujícími kroky:

1. Stažení surových dat z úložné jednotky DX – Docking Unit
2. Surová data z kamery (data z jednotlivých chipů), označovaná jako level 0, se zpracují do následného meziproduktu označovaného jako level 02. V průběhu tohoto zpracování se surová data geometricky a radiometricky zkorigují za použití kalibračního protokolu kamery, čímž vznikne dočasný level 1. Následně se spojí data z 9 panchromatických chipů do panchro-snímku (používá se při tom funkce zvané monolitic stitching) a 4 barevné kanály (R, G, B, NIR) se spojí do jednoho čtyřkanálového rastru. V tomto kroku je zpracování automatické, bez potřeby zásahu operátora.
3. Dalším krokem je vytvoření takzvané Tie point collection a PBCB projektu, což se odehrává v modulu AT softwaru Ultramap. Tento modul vygeneruje sadu vázacích bodů, společně se souborem PBCB (picture-based color balancing). Tyto informace se dále použijí při vlastním zpracování snímků popsaném v bodě 4. PBCB umožňuje zpracovávané snímky barevně sjednotit do homogenního bloku.
4. Dalším krokem zpracování dat je převod z level 02 do level 03, přičemž level 03 odpovídá finálnímu hotovému snímku konkrétních parametrů určených zadavatelem. Při tomto převodu dochází k radiometrické úpravě snímků a zároveň k pansharpeningu. Pansharpening je proces spojení barevné informace (která má třetinové rozlišení oproti panchro) a panchro informace, čímž vznikne barevný snímek v plném rozlišení. Pro radiometrické úpravy se používají následující nástroje Ultramapu: levels average, levels relative, levels relative to absolut, model based correction, gamma a curves. Pro radiometrické vyrovnání snímků slouží nástroj model based correction, společně s funkcí project-based color balancing.
5. Finální snímky lze vygenerovat v několika režimech, a to jako barevné RGB, černobílé Grayscale nebo infračervené CIR fotografie. Rovněž je možné vygenerovat každý ze vstupních kanálů zvlášť, nebo použít čtyřkanálový RGBI výstup. Jako koncový formát lze zvolit nekomprimovaný Tiff v 8bitové či 16bitové hloubce, popřípadě Jpg s různou úrovní komprimace.

Tato technologie na rozdíl od předchozí technologie zpracování v prostředí OPC výrazným způsobem zlepšuje celkovou radiometrii nalétnutého bloku, a to mezi snímky jak ve směru letu, tak i mezi snímkovými řadami. Výsledná barevná homogenita zpracovávaného bloku je vyváženější.

Závěrem lze říci, že výše popsané technologie a postupy patří mezi dosavadní špičku moderního přístupu k pořizování leteckých dat pro mapování a GIS. Bouřlivý rozvoj digitální fotografie v konzumní sféře probíhal paralelně i v oblasti speciálních aplikací, mezi něž patří i letecké velkoformátové snímkování, díky čemuž dnes můžeme používat senzory, jako je Ultracam X.

Autor pracuje ve firmě Argus Geo Systém, s. r. o.