Скользящий затвор в картографировании с дрона: что он делает и как с ним работать
Многие камеры дронов, особенно небольших потребительских, экспонируют изображение не целиком сразу. Они считывают матрицу строка за строкой, и если дрон в это время продолжает двигаться, каждая строка снимается из немного другого положения. На фотографии этого не видно; для фотограмметрии, которая предполагает одно положение камеры на снимок, это небольшая систематическая ошибка, которую можно избежать в полёте или смоделировать.
Глобальный и скользящий затвор
При глобальном затворе или механическом центральном затворе вся матрица экспонируется в один момент, поэтому у снимка одно положение камеры. При электронном скользящем затворе строки экспонируются и считываются одна за другой, сверху матрицы вниз. Время от первой строки до последней — время считывания, и у небольших камер оно часто составляет несколько десятков миллисекунд.
Звучит мало, но картографический дрон не останавливается. Например, дрон, летящий со скоростью 10 м/с при времени считывания 30 мс, проходит 30 см между первой и последней строкой одного снимка.
| Глобальный или механический затвор | Электронный скользящий затвор | |
|---|---|---|
| Как экспонируется изображение | Все строки в один момент | Строка за строкой в течение времени считывания |
| Положений камеры на снимок | Одно | По одному на строку, если дрон движется |
| Влияние движения дрона | От затвора — никакого | Небольшое систематическое искажение изображения |
| Где распространён | Съёмочные камеры | Многие небольшие потребительские камеры |
Что он делает с картографическим проектом
Фотограмметрия определяет одно положение и одну ориентацию на снимок. Снимок со скользящим затвором не вполне вписывается в эту модель: изображение слегка растянуто или скошено вдоль направления полёта. Уравнивание поглощает несоответствие как может, что проявляется более высокой ошибкой перепроецирования и может оставить небольшие систематические ошибки положения и высоты. Качающийся подвес или вибрации добавляют искажение, которое не убирает ни одна простая модель.
Справиться в воздухе
Летайте медленнее: искажение растёт с путевой скоростью. Если полётное приложение позволяет, останавливайтесь в каждой точке съёмки и снимайте в висении — это убирает движение ценой времени полёта. Летайте чуть выше, если позволяет GSD: тогда то же перемещение занимает меньшую часть изображения. А если точность — цель работы, камера с механическим или глобальным затвором устраняет проблему в корне.
Справиться при обработке
Программа фотограмметрии может моделировать скользящий затвор, оценивая время считывания и движение камеры во время экспозиции и определяя немного разное положение для каждой строки. Это помогает, только если движение плавное, а данных достаточно, чтобы его определить.
Stream Capture предлагает это как необязательную коррекцию. Для матриц, считываемых построчно, время считывания оценивается при уравнивании и применяется, только если оно улучшает ошибку выравнивания не менее чем на 2 % и определено уверенно. Плотное сопоставление и ортофото предполагают глобальный затвор, а при раздельном уравнивании очень больших блоков этот вариант не используется.
Проверьте результат
Что бы вы ни делали, измеряйте. Сравните ошибку выравнивания с коррекцией и без неё и посмотрите ошибку на независимых контрольных точках: именно там остаточная ошибка скользящего затвора проявилась бы в метрах. Небольшой дрон со скользящим затвором вполне может сделать хорошую карту; насколько хорошую — должен сказать отчёт.
Частые вопросы
Что такое скользящий затвор при съёмке с дрона?
Камера, которая считывает матрицу строка за строкой, а не целиком. Если дрон движется во время считывания, каждая строка снимается из немного другого положения, и изображение слегка искажается.
Влияет ли скользящий затвор на точность фотограмметрии?
Может. Фотограмметрия предполагает одно положение камеры на снимок, поэтому несоответствие повышает ошибку выравнивания и может оставить небольшие систематические ошибки положения и высоты. Моделирование или полёт, при котором эффект не возникает, его уменьшают.
Как узнать, есть ли у моего дрона скользящий затвор?
Поищите в характеристиках камеры механический или глобальный затвор. Если указан только электронный затвор, матрица почти наверняка считывается построчно.
Как уменьшить влияние скользящего затвора в картографическом полёте?
Летайте медленнее, останавливайтесь и снимайте в висении в каждой точке, если полётное приложение это позволяет, летайте выше, если позволяет GSD, или используйте камеру с механическим или глобальным затвором.
Можно ли исправить скользящий затвор после полёта?
Да, если программа его моделирует: время считывания и движение камеры оцениваются при уравнивании. Коррекция предполагает плавное движение; вибрации она не устраняет.
Картографируйте небольшим дроном, и пусть уравнивание проверит коррекцию скользящего затвора
Нативное Windows-приложение · полностью офлайн · бесплатная бета