Digitale Luftbildkamera ADS40 (Airborne Digital Sensor) · Institute of Space Sensor Technology and...

Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration

Digitale Luftbildkamera ADS40(Airborne Digital Sensor)

Dr. Andreas EckardtDeutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt

Institut für Weltraumsensorik und PlanetenerkundungRutherfordstrasse 2, D-12484 Berlin,

Tel.: (+49) 30 67055-539, Fax: (+49) 30 67055-532E-Mail: [email protected]

web: http://www.dlr.de/

mailto:[email protected]

http://www.dlr.de/


Inhalt der Präsentation

• Einleitung• Konzept und Anforderungen• ADS Hardware Realisierung• Design• Applikation und Ergebnisse• Erkenntnisse


Zusammenarbeit

AirborneDigitalSensor

LH Systems DLR


DLR-Berlin Adlershof (BA):4Ehemals :

4Institut für Kosmosforschung der Akademie der Wissenschaften der DDR

4 DLR-BA wurde 1992 gegründet

4Heute:

4Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung des DLR

4Spezielle Expertise :

4Hochauflösende abbildende Sensorik sowohl für Planetenmissionen

4als auch für Flugzeug- und Terrestrische Anwendungen


Typische System Anforderungen

– Hochauflösende Weitwinkel- und Panoramasysteme• Zwei Anforderungen: Großer Öffnungswinkel (FOV) und hohe Auflösung

– Spezielle Probleme• System design (Sensor, Mission, Algorithmen)• Exakte Sensorkalibration• Datenrate und Datenvolumen• Effektive automatische Algorithmen (ohne Operator)


ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm

2,4 km



1,2 km



0,8 km



0,6 km



0,4 km



0,2 km



0,4 km



0,6 km



0,8 km



1,2 km



2,4 km


Konzept der Kamera (ADS)Vorwärts Szene

Bildstreifen der rückwärtsschauenden CCD-Zeile

Bildstreifen der nadirschauenden CCD-Zeile

Rückwärts Szene Nadir Szene

Bildstreifen der vorwärtsschauenden CCD-Zeile


Scanbreite

7K Matrix

Kamera

ADS4024k CCD-Zeile

ADS40 Typical digital frame camera

GSD: ~ 10 cmSwath: ~ 2.4 kmFlight lines: 1

GSD: ~ 10 cmSwath: ~ 0.7 kmFlight lines: 4


panchromatisch rückwärts nahes Infrarot

panchromatisch vorwärts

Blau GrünRot

panchromatisch nadir

Alle Datenprodukte mit einem Flug


Abbildung unterschiedlicher Stereowinkel: 14.2°, 28.4°, 42.6°2x12k gestaggertepanchromatischeZeilen

NIR ZeileRGB Zeile

rückwärts vorwärts28.4°14.2°

Fokalebene


Spektrale Eigenschaften des ADS40Legende1 Gras2 Kalkstein3 trockener Sand4 alter Schnee5 Tannenbäume6 nasser Asphalt7 Wasser

1

56

3

4

2

7


Panchromatisches Spektralband des ADS40Legende1 Gras2 Kalkstein3 trockener Sand4 alter Schnee5 Tannenbäume6 nasser Asphalt7 Wasser

1

56

3

4

2

7


Interferenz-Filter mit nicht überlappenden Spektralband

Interferenz-Filterim ADS40

nicht überlappend

nm

Absorptions-Filterin CCD Matrix Kameras

überlappend

nm


Geometrische und Radiometrische Kalibration

Geometrische KalibrationRadiometrische Kalibration

Geometrische Kalibration

Radiometrische Kalibration

Vergleich zum analogen System

Film basierend

Digital

Pushbroom Zeilen ScannerADS40

Geometrische KalibrationRadiometrische Kalibration


ADS40 SystemGPS

Satelliten

ADS40 system

1

2

34 5

6

1 Sensor Kopf SH40 mit:- Digitalobjektiv DO64 - IMU

2 Steuerenheit CU40 mit:- Position & Höhe- Positionsrechner

3 Massenspeicher MM404 Operatorinterface OI405 Piloteninterface PI406 Stabilisierte Plattform PAV30


ADS40 System,eingebaut in einemCARAVAN Flugzeug für einenZertifizierungsflug


Sensor Kopf des ADS40• 3 PAN- CCD-Zeilen jede 2 x 12.000 Pixel,

gestaggert mit 3,25 µm• 4...6 multispektrale CCD-Zeilen, jede

12.000 Pixel• Pixelgröße: 6,5 µm x 6,5 µm• Field of view (FoV) : 64°• Brennweite: 62,77 mm• Stereowinkel: 14°, 28°, 42°


Optische HighlightsTelezentrisches Objektiv des

ADS40

Objektraum Abbildungsraum

Interferenz-Filter können benutzt werden

CCD Triplet

Optik

Tric

hroi

d

Bodenpixel


ADS40 Genauigkeiten sind unabhängig von Umwelteinflüssen

Parameter Druck, Temperatur undKondensation sind berücksichtigt

0,9999500

1,0000000

1,0000500

1,0001000

1,0001500

1,0002000

1,0002500

1,0003000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10

A lt it ude [ km]

Bre

chun

gsin

dex

Luftdruck


Herz des ADS40

2 Single und 2 Triple CCD-Zeilen

3 panchromatische Kanäle,mitje 2 x 12 k Pixel (gestaggert)

4 multispektrale Kanäle, R, G, B, NIR mit je 12 k Pixel

geregeltes Peltier/Heatpipe-Kühlsystem

Oberflächentoleranz max. +/-10µm

Technologische Spitzenleistung - die Fokalebene des ADS40

Triple CCD-Zeile


ADS-SensorSingle CCD Zeile

20 cm bars

50 cm bars

Siemens Star diameter 8 m

50 cm bars

Staggered CCD Zeile

20 cm bars

Siemens Star diameter 8 m

keine Aliasing Effekte Aliasing Effekte

KeineArtefakte Artefakte


Vorteile des ADS-Sensors

12k Zeilensensor12k Sensor gestaggert


CU40

MM40 0,5…1 TByte MemoryKomponenten desADS- System

Digitale Verarbeitungseinheit


Echtzeitverarbeitung

PRNU, DSNU, HKD-VerarbeitungDatenkompression, ADS Steuerung,ERROR Handling, Histogram BerechnungINT-Zeit-Schätzung ... =>VOLLAUTOMATISCHER BETRIEB


TokyoGSD: 10cmApril 2002operated by PASCO


Zukuba Japan, April 2002, operated by PASCO


Internationale Zusammenarbeit

ADS

GDEUSA

KSARussian

ZORANIsrael

ATMELFrance

OptiprintCH

SwissopticCH

HelavaUSA

ApplanixCanada

LHSUSA/CH

FiberopticsCH


Ergebnisse des ADS Projektes

Genauigkeit x,y,z, besser 0.5 GSD großer Schwad & hohe Auflösung (24.000 Pixel)vollautomatischer Betrieb (ON/OFF)Umweltparameter:

-20...+80°C1000m...10.000m

Datenformat: TIF, JPEG ...gespeicherte Daten: Bild, Orientierung, Genauigkeit, FlugSignal zu Rausch Verhältnis (SNR 8,9Bit)EchtfarbfähigkeitRadiometrische Dynamik 14Bit / 31 RauschelektronenNur ein Orientierungspunkt notwendig


Erkenntnisse :Hochauflösendes Flugzeugsystem ADS40

- 24.000 Pixel, Stereo, RS, True Color- Druckkompensation- Temperaturstabilisierung / Kompensation- Genauigkeit und Orientierungsdaten Berechnung

Geometrische Genauigkeit ≤ 1/2 pixel

Radiometrische Genauigkeit ≥ 8 Bit

Radiometrische Dynamik 12 bis 14 Bit

vollautomatische Steuerung


ADS-Know How

20 Patente 4 : PCT- Patente / Europa / Asien / USA2 : PCT- Europa4 : USA, CH, DE, FR, JP10 : DE, CH, FR, GB

12 nationale Veröffentlichungen

31 internationale Veröffentlichungen ADS40

Erste kommerzielle vollautomatische digitale Lösung fürPhotogrammetrie und Erdfernerkundung vom Flugzeug

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