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 и скользящий затвор в картографировании с дрона
Глобальный или механический затворЭлектронный скользящий затвор
Как экспонируется изображениеВсе строки в один моментСтрока за строкой в течение времени считывания
Положений камеры на снимокОдноПо одному на строку, если дрон движется
Влияние движения дронаОт затвора — никакогоНебольшое систематическое искажение изображения
Где распространёнСъёмочные камерыМногие 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.

Скоро

Картографируйте небольшим дроном, и пусть уравнивание проверит коррекцию скользящего затвора

Нативное Windows-приложение · полностью офлайн · бесплатная бета

Фотограмметрия небольшим дроном

Читать далее

Порядок работ фотограмметрии с дрона: от плана полёта до сдачи
Как делать фотограмметрию с дрона: спланировать GSD и перекрытие, разместить обоснование, слетать, обработать, проверить и сдать. Практический порядок работ.
Что такое ошибка перепроецирования в фотограмметрии?
Что такое ошибка перепроецирования в фотограмметрии? Как её измеряют в пикселях, какое значение здоровое, почему она растёт и почему это не точность карты.
Что такое пространственное разрешение снимка (GSD)?
Пространственное разрешение снимка (GSD) — размер одного пикселя на местности. Как высота полёта его задаёт и какое разрешение действительно нужно вашей задаче.
RTK или PPK для картографирования с дрона: что делает каждый и чего не исправляет
RTK или PPK для картографирования с дрона: как каждый исправляет положение дрона, когда что выбрать, чего не исправляет ни один и что дают опорные точки.