Sensorenvergleich (Zeilen vs. Flächenscanner) Prof. Dr.-Ing. Manfred Ehlers

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1 Sensorenvergleich (Zeilen vs. Flächenscanner) Prof. Dr.-Ing. Manfred Ehlers

2 Inhalt Sensorsysteme ADS-40 DMC Ultracam-D Flächen vs. Zeilensensor Geometrische Genauigkeit Pansharpening Reduktion von Messfehlern Forward Motion Compensation Schwadbreite Höhengenauigkeit Radiometrie Zusammenfassung

3 ADS-40 Unternehmen Sensortyp Einführung Brennweite Field-of-view Anzahl der CCD- Linien / Kameraköpfe # CCDs across track Sensor Size Radiometrische Auflösung Leica Geosystems Linien CCD mm 64 SH52 [SH51, SH40] 4 panchromatisch (1 forward, 2 Nadir, 1 Backward) 8[4] multispektral (2[1] Rot, 2[1] Grün, 2[1] Blau, 2[1] NIR, jeweils nadir und backward [nur nadir]) 2 x (pan) (ms) 6.5 µm 12 bit

4 ADS-40 1st

5 Verteilung der Kanäle nach Sensorkopf SH 40/ SH 51 SH 52

6 DMC Unternehmen Sensortyp Einführung Brennweite Field-of-view Anzahl der CCD- Linien / Kameraköpfe # CCDs across track # CCDs along track Sensor Size Radiometrische Auflösung Intergraph / Z/I Imaging Matrix CCD mm (25 mm multispektral) 74 x 44 4 panchromatisch 4 multispektral (pan) (ms) (pan) (ms) 12 µm 12 bit

7 DMC Untersicht des DMC Sensorkopfes Verteilung der Kameras bei der DMC

8 Aufnahmeprinzip DMC pixel Aufgenommene DMC Szene 7680 pixel Korrekturverfahren

9 Aufnahmeprinzip DMC Linkes Bild nach: Rektifizierung Linsenkorrektur Rechtes Bild nach: Radiometrischer Korrektur

10 Ultracam Unternehmen Sensortyp Einführung Brennweite Field-of-view Anzahl der CCD- Linien / Kameraköpfe # CCDs across track # CCDs along track Sensor Size Radiometrische Auflösung Vexcel Corp. Matrix CCD mm (28 mm multispektral) 55 x 37 4 panchromatisch (9 CCD Sensoren) 4 multispektral (4 CCD Sensoren) (pan) (ms) (pan) (ms) 9 µm > 12 bit

11 Ultracam Aufnahmeprinzip der Ultracam Kameraverteilung der Ultracam

12 Weitere Daten der Kameras im Überblick ADS-40 Ultracam DMC Spektrale Auflösung (nm) (pan) (blau) (pan) (blau) (pan) (blau) (grün) (grün) (grün) (rot) (rot) (rot) (NIR) oder (NIR) (NIR) (NIR opt.) Aufnahme Geschwindigkeit 800 Linien/s 0.75 Bilder/s 0.5 Bilder/s Stabilisierung LH Plattform Eigene Plattform Zeiss T-AS Plattform Datenspeicherung MM40 Massen Speichermedium RAID Disk System SCU (> 1 TB) Georeferenzierung Applanix POS IMU Applanix POS 510 GPS/IMU Nicht spezifiziert Geschätzte Kosten inkl. Positionierungssystem $ $ $

13 Flächen vs. Zeilenscanner Zeilenscanner (ADS-40) Flächenscanner (DMC, Ultracam)

14 Geometrische Genauigkeit Zeilensensor: Die Orientierung jeder Zeile muss durch integrierte Geopositionierung wie GPS/IMU ermittelt werden. Flächenscanner: Die Orientierung wird für die gesamte Szene bestimmt, daher theoretisch höhere Lagegenauigkeiten

15 Geometrische Genauigkeit Zeilenscanner: Einfache Bildgeometrie durch Quasi-orthogonale Projektion im Nadirbereich in eine Richtung Flächenscanner: Zentralprojektion führt zu komplexer Bildgeometrie

16 Geometrische Genauigkeit ADS-40 Szene mit 20 cm GSD Ultracam Szene mit 8 cm GSD Zeilenscanner: Geometrische Auflösung ist begrenzt durch die Abtastrate und kann nicht durch Veränderung der Flughöhe verbessert werden. Flächenscanner: Durch Veränderung der Flughöhe kann die geometrische Auflösung verbessert werden.

17 Pansharpening Pan 20 cm GSD MS 20 cm GSD MS 80 cm GSD Zeilenscanner: RGB und Nahes Infrarot werden in der gleichen geometrischen Auflösung aufgenommen, wie die panchromatischen Daten, daher kein Pansharpening notwendig. Die hohe Auflösung der Farbaufnahmen ist nur bei Verkürzung der Aufnahmezeit zu erreichen. Flächenscanner: RGB oder CIR Bilder können nur die gleiche Auflösung des panchromatischen Kanals durch Pansharpening erreichen. Farb- und radiometrische Veränderungen durch Pansharpening möglich.

18 Datenverarbeitung Flächenscanner: Der Arbeitsablauf ist vergleichbar mit dem von analogen Kameras. Größere Datenmengen bei gleicher Anzahl an aufgenommenen Kanälen und der gleichen Größe des Gebietes. Zeilenscanner: Kleinere Datenpakete durch einzelne Aufnahmen. Innerhalb der Bildstreifen kein Mosaiking notwendig

19 Reduktion von Messfehlern Zeilenscanner: 100% Überlappung im panchromatischen Kanal (Alle Objekte werden dreimal aufgenommen) Alle Objekte im RGB werden je nach Sensorkopf nur ein- oder zweimal aufgenommen. Flächenscanner: 20% aller Objekte werden 3 mal aufgenommen bei 60 % Überlappung Alle Objekte werden im RGB und NIR 2 mal oder öfter aufgenommen. Durch Erhöhung der Überlappung kann jedes Objekt mehr als 3 mal aufgenommen werden, dies erhöht aber die Datenmengen.

20 Reduktion von Messfehlern Zeilenscanner: Fehlende Pixel können nur im panchromatischen durch Überlappung ausgeglichen werden. In Farbbildern müssen diese durch Interpolation ausgeglichen werden. Flächenscanner: Fehlende Pixel oder defekte CCD Zellen können durch Überlappung oder Interpolation ausgeglichen werden.

21 Prinzip des FMC

22 Forward Motion Compensation Zeilenscanner: Die Bewegung des Flugzeuges kann ab einer gewissen Auflösung das Bild unscharf machen. Flächenscanner: Durch lange Aufnahmezeiten der Szene wird Forward Motion kompensiert.

23 Schwadbreite

24 Schwadbreite Zeilenscanner: Höhere Schwadbreite, weniger Flugbahnen müssen geflogen werden. Flächenscanner: Kann die gleiche Schwadbreite aufweisen, dann wird aber eine geringere Auflösung erreicht.

25 Höhengenauigkeit Zeilenscanner: Bessere Höhengenauigkeit Flächenscanner: Die gleiche Höhengenauigkeit kann mit 80% Überlappung erreicht werden, dadurch wird aber eine größere Datenmenge erzeugt.

26 Radiometrie Zeilenscanner: Interferenzfilter mit nicht überlappenden Bandbreiten. Flächenscanner: Absorptionsfilter, daher überlappende Bandbreiten bei den Farbkanälen.

27 Zusammenfassung Vor- und Nachteile der Kameras halten sich die Waage Einsatz des Sensors ist abhängig vom Anwendungsgebiet Anm.: Digitale Luftbildkameras werden sich in den nächsten Jahren nicht dramatisch weiter entwickeln

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