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/
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Inhalt der Präsentation
• Einleitung• Konzept und Anforderungen• ADS Hardware Realisierung• Design• Applikation und Ergebnisse• Erkenntnisse
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Zusammenarbeit
AirborneDigitalSensor
LH Systems DLR
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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
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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)
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
2,4 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
1,2 km
Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration
ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,8 km
Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration
ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,6 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,4 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,2 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,2 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,4 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,6 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
0,8 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
1,2 km
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ADS40Zukuba Japan04. 2002Höhe : 1,2 kmGSD : 10 cm
2,4 km
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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
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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
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panchromatisch rückwärts nahes Infrarot
panchromatisch vorwärts
Blau GrünRot
panchromatisch nadir
Alle Datenprodukte mit einem Flug
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Abbildung unterschiedlicher Stereowinkel: 14.2°, 28.4°, 42.6°2x12k gestaggertepanchromatischeZeilen
NIR ZeileRGB Zeile
rückwärts vorwärts28.4°14.2°
Fokalebene
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Spektrale Eigenschaften des ADS40Legende1 Gras2 Kalkstein3 trockener Sand4 alter Schnee5 Tannenbäume6 nasser Asphalt7 Wasser
1
56
3
4
2
7
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Panchromatisches Spektralband des ADS40Legende1 Gras2 Kalkstein3 trockener Sand4 alter Schnee5 Tannenbäume6 nasser Asphalt7 Wasser
1
56
3
4
2
7
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Interferenz-Filter mit nicht überlappenden Spektralband
Interferenz-Filterim ADS40
nicht überlappend
nm
Absorptions-Filterin CCD Matrix Kameras
überlappend
nm
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Geometrische und Radiometrische Kalibration
Geometrische KalibrationRadiometrische Kalibration
Geometrische Kalibration
Radiometrische Kalibration
Vergleich zum analogen System
Film basierend
Digital
Pushbroom Zeilen ScannerADS40
Geometrische KalibrationRadiometrische Kalibration
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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
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ADS40 System,eingebaut in einemCARAVAN Flugzeug für einenZertifizierungsflug
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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°
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Optische HighlightsTelezentrisches Objektiv des
ADS40
Objektraum Abbildungsraum
Interferenz-Filter können benutzt werden
CCD Triplet
Optik
Tric
hroi
d
Bodenpixel
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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
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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
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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
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Vorteile des ADS-Sensors
12k Zeilensensor12k Sensor gestaggert
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CU40
MM40 0,5…1 TByte MemoryKomponenten desADS- System
Digitale Verarbeitungseinheit
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Echtzeitverarbeitung
PRNU, DSNU, HKD-VerarbeitungDatenkompression, ADS Steuerung,ERROR Handling, Histogram BerechnungINT-Zeit-Schätzung ... =>VOLLAUTOMATISCHER BETRIEB
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TokyoGSD: 10cmApril 2002operated by PASCO
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Zukuba Japan, April 2002, operated by PASCO
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Internationale Zusammenarbeit
ADS
GDEUSA
KSARussian
ZORANIsrael
ATMELFrance
OptiprintCH
SwissopticCH
HelavaUSA
ApplanixCanada
LHSUSA/CH
FiberopticsCH
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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
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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
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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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