Digitale Luftbildkamera ADS40 (Airborne Digital Sensor)

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1 Digitale Luftbildkamera ADS40 (Airborne Digital Sensor) Dr. Andreas Eckardt Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung Rutherfordstrasse 2, D Berlin, Tel.: (+49) , Fax: (+49) web:

2 Inhalt der Präsentation Einleitung Konzept und Anforderungen ADS Hardware Realisierung Design Applikation und Ergebnisse Erkenntnisse

3 LH Systems Zusammenarbeit DLR Airborne Digital Sensor

4 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

5 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)

6 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 2,4 km

7 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 1,2 km

8 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,8 km

9 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,6 km

10 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,4 km

11 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,2 km

12 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,2 km

13 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,4 km

14 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,6 km

15 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 0,8 km

16 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 1,2 km

17 ADS40 Zukuba Japan Höhe : 1,2 km GSD : 10 cm 2,4 km

18 Konzept der Kamera (ADS) Rückwärts Szene Nadir Szene Vorwärts Szene Bildstreifen der rückwärts schauenden CCD-Zeile Bildstreifen der nadir schauenden CCD-Zeile Bildstreifen der vorwärts schauenden CCD-Zeile

19 ADS40 GSD: ~ 10 cm Swath: ~ 2.4 km Flight lines: 1 ADS40 24k CCD-Zeile Typical digital frame camera GSD: ~ 10 cm Swath: ~ 0.7 km Flight lines: 4 7K Matrix Kamera Scanbreite

20 Alle Datenprodukte mit einem Flug panchromatisch rückwärts nahes Infrarot panchromatisch nadir Blau Grün Rot panchromatisch vorwärts

21 Abbildung unterschiedlicher Stereowinkel: 14.2, 28.4, x12k gestaggerte panchromatische Zeilen RGB Zeile NIR Zeile Fokalebene 14.2 rückwärts 28.4 vorwärts

22 Spektrale Eigenschaften des ADS Legende 1 Gras 2 Kalkstein 3 trockener Sand 4 alter Schnee 5 Tannenbäume 6 nasser Asphalt 7 Wasser

23 Panchromatisches Spektralband des ADS Legende 1 Gras 2 Kalkstein 3 trockener Sand 4 alter Schnee 5 Tannenbäume 6 nasser Asphalt 7 Wasser

24 Interferenz-Filter mit nicht überlappenden Spektralband Interferenz-Filter im ADS40 Absorptions-Filter in CCD Matrix Kameras nicht überlappend überlappend nm nm

25 Geometrische und Radiometrische Kalibration Pushbroom Zeilen Scanner ADS40 Vergleich zum analogen System Geometrische Kalibration Radiometrische Kalibration Film basierend Digital Geometrische Kalibration Radiometrische Kalibration Geometrische Kalibration Radiometrische Kalibration

26 ADS40 System GPS Satelliten 1 Sensor Kopf SH40 mit: - Digitalobjektiv DO64 -IMU ADS40 system Steuerenheit CU40 mit: - Position & Höhe - Positionsrechner 3 Massenspeicher MM40 4 Operatorinterface OI40 5 Piloteninterface PI40 6 Stabilisierte Plattform PAV30

27 ADS40 System, eingebaut in einem CARAVAN Flugzeug für einen Zertifizierungsflug

28 Sensor Kopf des ADS40 3 PAN- CCD-Zeilen jede 2 x Pixel, gestaggert mit 3,25 µm multispektrale CCD-Zeilen, jede Pixel Pixelgröße: 6,5 µm x 6,5 µm Field of view (FoV) : 64 Brennweite: 62,77 mm Stereowinkel: 14, 28, 42

29 Optische Highlights Telezentrisches Objektiv des ADS40 CCD Triplet Objektraum Abbildungsraum Trichroid Interferenz-Filter können benutzt werden Optik Bodenpixel

30 ADS40 Genauigkeiten sind unabhängig von Umwelteinflüssen Parameter Druck, Temperatur und Kondensation sind berücksichtigt 1, Luftdruck 1, Brechungsindex 1, , , , , , ,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 Altitude [km]

31 Technologische Spitzenleistung - die Fokalebene des ADS40 Herz des ADS40 2 Single und 2 Triple CCD-Zeilen 3 panchromatische Kanäle,mit je 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 Triple CCD-Zeile

32 ADS-Sensor Staggered CCD Zeile Single CCD Zeile Keine Artefakte keine Aliasing Effekte 20 cm bars 50 cm bars Artefakte Aliasing Effekte 20 cm bars 50 cm bars Siemens Star diameter 8 m Siemens Star diameter 8 m

33 Vorteile des ADS-Sensors 12k Sensor gestaggert 12k Zeilensensor

34 Komponenten des ADS- System MM40 0,5 1 TByte Memory CU40 Digitale Verarbeitungseinheit

35 Echtzeitverarbeitung PRNU, DSNU, HKD-Verarbeitung Datenkompression, ADS Steuerung, ERROR Handling, Histogram Berechnung INT-Zeit-Schätzung... => VOLLAUTOMATISCHER BETRIEB

36 Tokyo GSD: 10cm April 2002 operated by PASCO

37 Zukuba Japan, April 2002, operated by PASCO

38 Internationale Zusammenarbeit GDE USA KSA Russian ZORAN Israel ATMEL France Fiberoptics CH ADS Optiprint CH LHS USA/CH Swissoptic CH Helava USA Applanix Canada

39 Ergebnisse des ADS Projektes Genauigkeit x,y,z, besser 0.5 GSD großer Schwad & hohe Auflösung ( Pixel) vollautomatischer Betrieb (ON/OFF) Umweltparameter: C 1000m m Datenformat: TIF, JPEG... gespeicherte Daten: Bild, Orientierung, Genauigkeit, Flug Signal zu Rausch Verhältnis (SNR 8,9Bit) Echtfarbfähigkeit Radiometrische Dynamik 14Bit / 31 Rauschelektronen Nur ein Orientierungspunkt notwendig

40 Erkenntnisse : Hochauflösendes Flugzeugsystem ADS 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

41 ADS-Know How 20 Patente 4 : PCT- Patente / Europa / Asien / USA 2 : PCT- Europa 4 : USA, CH, DE, FR, JP 10 : DE, CH, FR, GB 12 nationale Veröffentlichungen 31 internationale Veröffentlichungen ADS40 Erste kommerzielle vollautomatische digitale Lösung für Photogrammetrie und Erdfernerkundung vom Flugzeug

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