ارائه روشي خودكار جهت محاسبه تقريبي المانهاي توجيه خارجي و مختصات نقاط گرهي تصاوير هوايي پهپاد به منظورتشكيل دقيق بلوك فتوگرامتري

Provide an Automatic Method to Compute Approximate Exterior Orientation Parameters and Tie-Points Coordinate of Ultra-Light UAV Images in Order to Accurate Photogrammetry Block Formation

در یك دهه اخیر استفاده از سیستم‌های فتوگرامتری پهپاد كم هزینه برای اخذ تصاویر پوشش دار و رسیدن به اهداف عمده فتوگرامتری كه تهیه نقشه از یك منطقه می‌باشد رونق بسیاری پیدا كرده است كه دلیل این توجه ویژه، مزایای فتوگرامتری پهپاد در كاهش هزینه، سرعت بالا و نیاز كمتر به افراد متخصص و تجهیزات خاص نسبت به فتوگرامتری هوایی سرنشین‌دار و نقشه برداری زمینی است. به دلیل وجود تعدادی از عوامل، نظیر به كارگیری دوربین‌های رقومی غیرمتریك در این سیستم‌ها و همچنین ناپایداری این سیستم‌ها در برابر شرایط محیطی و جوی، تصاویر اخذ شده به وسیله این سیستم‌ها دارای مشكلاتی نظیر دوران های خارج از حد نرمال و تغییر مقیاس قابل توجه می باشند. با توجه به اینكه نرم افزارهای فتوگرامتری، براساس خصوصیات تصاویر اخذ شده از دوربین‌های متریك طراحی شده‌اند قادر به پردازش خودكار تصاویر اخذ شده از سیستم‌های فتوگرامتری پهپاد كم هزینه نیستند و این مشكل موجب ایجاد یك گپ بزرگ بین مرحله اخذ تصاویر و محاسبات دقیق مثلث بندی هوایی شده است. در این تحقیق هدف، برطرف كردن گپ ایجاد شده از طریق پردازش خودكار تصاویر اخذ شده از سیستم‌های فتوگرامتری پهپاد كم هزینه و آماده سازی داده ورودی به نرم افزارهای فتوگرامتری جهت مثلث بندی هوایی دقیق بوده است. در این راستا استخراج و تناظریابی دقیق عوارض نقطه‌ای كه مستقل از تغییرات مقیاس و دوران باشند بر روی 116 تصویر اخذ شده از یك منطقه تپه ماهوری به وسیله پهپاد كم هزینه، با به كارگیری الگوریتم‌های SIFT(Scale Invariant Feature Transform) و هندسه اپیپولار انجام شد. بر اساس تقاطع پروژكتیو و به كارگیری الگوریتم كواترنیون واحد، هم مرجع سازی تصاویر و بازسازی مختصات سه بعدی نقاط گرهی در یك سیستم مختصات مرجع اختیاری انجام شد و به همراه آن‌ها پارامترهای موقعیت و وضعیت دوربین در زمان تصویربرداری در این سیستم مختصات بدست آمدند. در نهایت تمامی این خروجی ها به صورت فرمت PATB به نرم افزار فتوگرامتری LPS(Leica Photogrammetry Suite)برده شدند و با یك سرشكنی دسته پرتوی دقیق در محیط نرم افزار LPS، مثلث بندی هوایی دقیق انجام شد و به عنوان نمونه، مدل سه بعدی از زوج تصاویر جهت تبدیل تصاویر به نقشه سه بعدی، مدل ارتفاعی رقومی زمین و ارتوفتو‌موزاییك از بخشی از منطقه بدست آمد.

Today, various Unmanned Aerial Vehicles (UAV) Photogrammetry systems have been developed and utilized for close range aerial image acquisition and 3D topographic mapping. They have several advantages compared with classical manned aerial photogrammetry systems such as less cost, more accessibility, higher safety, shorter data acquisition process, and requires less skilled persons and specialized equipment. In this research a low-cost ultra-light UAV Photogrammetry system is used which equipped with a non-metric low-cost digital camera and a semi-automatic navigation system. Due to using these low cost components and general ultra-light UAV instability, some geometric and radiometric problems in thousands of small sized UAV aerial images are happen. The most important problems are (1) high tilt and rotation of vertical aerial images (2) Irregularity in image arrangement makes non-conventional standard overlap/side-lap coverage, (3) lower-quality images due to illumination changes, image motion and low signal-to-noise ratio, (4) high geometric and unstable image distortions come from non-metric off-the-shelf camera. In addition, since conventional photogrammetric software are designed and worked based on the characteristics of images taken from metric cameras mounted on manned aircraft, it is impossible to do automatic feature extraction and matching successfully on UAV images. These problems have caused to a big gap between imaging and aerial triangulation steps. The main goal of this research is dissolving the mentioned gap by automatic image processing of images were captured by ultra-light UAV and prepare input data to photogrammetric software for aerial triangulation. The results of this research show by eliminate this gap, relative high precision can be achieved from photogrammetric block bundle adjustment of these images. Also the results show that providing spatial products of these images such as Digital Terrain Model and Ortho-photo mosaic is possible.