Мультиспектральный комплекс для авиасъемки наземных объектов и способ съемки

Изобретение относится к области измерений, а именно к устройствам и способам дистанционной регистрации наземных объектов, например к авиаучетным съемкам теплокровных животных, таких как тюлени, моржи, и может быть применено в природоохранных целях в рыбохозяйственной и других отраслях. Комплекс включает в себя аппаратуру для мультиспектральных авиасъемок и бортовую автоматизированную систему сбора, обработки и представления данных, а также устройство управления съемочным оборудованием для прицельной регистрации наземных объектов. Это устройство содержит специальную площадку-каркас с закрепленным на ней поворотным узлом для изменения положения регистрирующего устройства и систему наведения, выполненную в виде ручного манипулятора с кнопками управления, который позволяет устанавливать положение регистрирующего устройства вдоль и поперек оси самолета в пределах заданных углов наблюдения. Ручной манипулятор оснащен датчиками для регистрации положения площадки манипулятора и микроконтроллерами для передачи информации о положении площадки и состоянии кнопок манипулятора в управляющий компьютер системы для отображения в фоновом режиме прицела в виде курсора на мониторе ИК-сканера. Способ заключается в получении синхронного изображения на мониторах ИК-сканера и видеоаппаратуры, выборе изображение, по которому будут ориентироваться при ведении регистрации наблюдаемых объектов, и выборе на изображении цели - объекта наблюдения для регистрации. Посредством ручного манипулятора, который позволяет устанавливать положение регистрирующего устройства вдоль и поперек оси самолета в пределах заданных углов наблюдения, наводят курсор на мониторе ИК-сканера на выбранную цель и нажатием кнопки на рукоятке манипулятора производят фотосъемку. Технический результат заключается в повышении качества и надежности аэрофотосъемки, эффективности использования летного времени при ее проведении, снижении затрат на проведение исследований. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области измерений, а именно к устройствам и способам дистанционной регистрации наземных объектов, например к авиаучетным съемкам теплокровных животных, таких как тюлени, моржи, и может быть применено в природоохранных целях в рыбохозяйственной и других отраслях.

Известен ряд систем, комплексов устройств и способов авиасъемок, используемых для исследований с авианосителей с помощью оптико-механических сканирующих устройств, фото- и видеоаппаратуры, работающих в режиме реального времени (RU 2232104 С1, 28.02.2003; RU 2156453 С1, 29.12.1998; RU 2178906 С2, 19.06.1998; RU 2138780 C1, 15.01.1997; RU 24003 U1, 28.03.2002; RU 2213326 С1, 20.03.2002).

Наиболее близким к заявленному изобретению являются способ съемки и мультиспектральный комплекс для проведения авиасъемок наземных объектов, включающий ИК-сканер, видео- и фотоаппаратуру, бортовую автоматизированную систему и спутниковую навигационную систему (Методические указания по учету детенышей гренландского тюленя по данным мультиспектральных авиасъемок [рукопись]: отчет о НИР/ПИНРО; Рук. работы В.И.Черноок. - Тема 1; - Мурманск: [6.п.], 2003. - 45 с.).

Указанные способ и комплекс аппаратуры используются ПИНРО, например, при проведении авиаучетных съемок гренландских тюленей с самолета типа АН-26 "Арктика".

Комплекс содержит тепловизор "Малахит" (угол обзора 81°, полоса захвата 273 м, разрешение 1024 пикселей), аналоговую видеокамеру 2 типа JVC (угол зрения 6°, полоса захвата 17 м, разрешение 380 пикселей), цифровую видеокамеру типа PANASONIC NV-MX7D (угол обзора 19°, полоса захвата 54 м разрешение 530 пикселей), цифровую фотокамеру "Nikon D1X" F=24 мм (по горизонтали: угол обзора 52°, полоса захвата 156 м, разрешение 3008 пикселей; по вертикали: угол обзора 36°, полоса захвата 104 м, разрешение 1960 пикселей).

Фото- и видеокамеры установлены с осью съемки, направленной вертикально вниз, в технологических отверстиях днища самолета не закрытых герметичным стеклом.

Фотокамера комплекса зафиксирована в одном положении.

Съемку производят следующим образом.

В момент съемки синхронно производят непрерывную запись тепловизионных и видеоизображений, а фотосъемку (съемку с большим разрешением) выполняют с постоянным временным интервалом 3-5 с.

Для экономии магнитных носителей на длительных участках пустого льда используют метод прерывистой съемки: аппаратуру синхронно отключают и включают по сигналу руководителя.

К недостаткам прототипа можно отнести сравнительно невысокую эффективность использования летного времени.

Это связано с тем, что в указанном комплексе устройств не предусмотрено точное наведение объектива регистрирующего устройства на объекты съемки, а так как угол обзора и полоса захвата тепловизора почти в два раза превышают соответствующие показатели фотокамеры, то при синхронной съемке фотокамера не регистрирует те объекты, которые не попадают в ее учетную полосу.

В результате происходит фиксация большого количества "пустых" кадров без полезной информации и пропускается та полезная, которая фактически присутствовала на участке учетной полосы тепловизора, недосягаемом для фотокамеры (т.е. на участке, не совпадающем с учетной полосой фотокамеры).

Преимущество предлагаемого изобретения состоит в том, что в комплекс мультиспектральной аппаратуры, установленной на авианосителе для проведения дистанционной съемки наземных объектов, а именно для ИК-съемки, видео- и фоторегистрации объектов наблюдения (с большим, чем у другой аппаратуры комплекса разрешением), включено устройство управления съемочным оборудованием для прицельной регистрации наземных объектов.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит площадку-каркас 1 с коммуникативными разъемами, закрепленный на нем поворотный узел 2, и ручной манипулятор 3 (типа джойстик) с кнопками 4 управления пуском затвора фотокамеры.

Манипулятор 3 оснащен площадкой 5 для закрепления устройств 6, регистрирующих объекты наблюдения (один или два фотоаппарата и видеокамера), верньерным устройством 7 с потенциометрическими датчиками 8 для регистрации положения площадки 5 манипулятора 3, микроконтроллерами для обработки сигналов с датчиков 8 и кнопок 4 манипулятора 3 и передачи информации о положении площадки 5 и состоянии кнопок 4 манипулятора в управляющий компьютер системы для отображения в фоновом режиме прицела в виде курсора на мониторе ИК-сканера.

Поворотный узел 2 закреплен на площадке-каркасе 1 с возможностью изменения положения регистрирующего устройства 6, закрепленного на площадке 5 манипулятора 3 таким образом, что угол наклона его объектива вдоль и поперек оси симметрии самолета может быть изменен соответственно в пределах ±40 и 60°.

ИК-сканер имеет угол обзора до 90, видеокамера - 30 и фотокамера - от 3 до 8°, но при использовании предлагаемого устройства управления съемочным оборудованием показатели угла обзора и ширина полосы наблюдения фотокамеры 6, а также и видеокамеры 6, закрепленных на одной площадке 5, будут приближены к показателям ИК-сканера.

Возможность управления съемочным оборудованием позволяет оператору посредством манипулятора 3 прицельно направлять объектив регистрирующего устройства именно на те объекты, наблюдаемые им на мониторе ИК-сканера или видеокамеры, которые его заинтересовали.

Определив цель на мониторе, оператору достаточно навести на эту цель прицел (курсор) на мониторе ИК-сканера и нажать на кнопку манипулятора, чтобы зарегистрировать объект с помощью фотокамеры, имеющей более высокую разрешающую способность, чем ИК-сканер и видеоаппаратура.

Прицельная регистрация синхронно зафиксированного на учетной полосе ИК-сканера или видеокамеры и избранного оператором объекта съемки, а также новая возможность производить до трех уточняющих снимков избранного объекта, позволяет исключить случаи потери информации и за счет этого повысить ее информативность, в частности репрезентативность результатов учетных авиасъемок тюленей и моржей.

Закрепление на одной площадке 5 манипулятора 3 фото- и видеокамеры 6 позволяет расширить полосу обзора видеокамеры 6 и при визуальном сличении изображений на мониторах ИК-сканера и видеокамеры, корректировать свой выбор объектов для регистрации фотокамерой 6, что также способствует повышению качества и информативности материалов съемки.

Способ дистанционной съемки наземных объектов, предусматривающий использование предлагаемого устройства управления съемочным оборудованием для прицельной регистрации наземных объектов (фиг.2) позволяет более эффективно использовать летное время при проведении авиасъемок.

Во время авиасъемки синхронные изображения с ИК-сканера и видеокамеры выводятся на мониторы.

На мониторе ИК-сканера интефейсная программа в фоновом режиме отображает прицел в виде курсора.

Оператор наблюдает за изображениями на мониторах и имеет возможность выбирать по изображению, на каком мониторе следует ориентироваться, выбирая объекты для регистрации.

После выбора и наведения прицела (курсора на мониторе) на цель, оператор нажатием кнопки пуска на рукоятке манипулятора производит фотоснимок. При этом объектив фотокамеры, перемещенный манипулятором, также будет направлен на объект-цель.

По мере необходимости, оператор может производить до 2-3 снимков одного объекта, удерживая прицел на объекте наблюдения. При этом изображение некоторое время продолжает фиксироваться, например, на экране видеомонитора.

Использование ИК-канала комплекса позволяет более точно наводить объектив регистрирующего устройства на теплокровные объекты съемки, такие как, например, детеныши тюленей, которые малозаметны на поверхности льда, но хорошо видны на ИК-изображении.

Применение предлагаемого способа и устройства позволяет примерно в десять раз уменьшить количество "пустых" кадров без полезной информации за счет расширения полосы наблюдения фотокамерой и видеокамерой, прицельного наведения объектива регистрирующего устройства на объект съемки и возможности получения повторных уточняющих снимков одного и того же объекта при выполнении одного пролета.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан общий вид устройства для управления съемочным оборудованием, где 1 - каркас с коммуникативными разъемами; 2 - поворотный узел; 3 - ручной манипулятор; 4 - кнопки манипулятора для управления пуском затвора фотокамеры; 5 - площадка для закрепления фото-и/или видеокамер; 6 - регистрирующие устройства (фото- и/или видеокамеры); 7 - верньерное устройство; 8 - потенциометрические датчики. На фиг.2 представлена функциональная схема управления регистратором изображений. На фиг.3 показан общий вид устройств, установленных в фотолюке АН-26 "Арктика", где 1 - монитор ИК-сканера с прицелом; 2 - ручной манипулятор; 3 - цифровая фотокамера; 4 - аналоговая видеокамера; 5 - цифровая видеокамера. На фиг.4 показаны синхронно выполненные ИК-изображение и цифровая фотография тюленей с высоты 350 м.

Пример использования изобретения.

Комплекс аппаратуры для авиасъемки установлен в фотолюке самолета (фиг.3) АН-26 "Арктика".

В состав съемочного оборудования включены: мониторы 1 (ИК-сканера и видеокамеры), ручной манипулятор 2 устройства для управления съемочным оборудованием и регистрирующие устройства, такие как фотоаппарат 3, аналоговая 4 и цифровая 5 видеокамеры.

Выполняли учетные авиасъемки детенышей гренландского тюленя на залежках.

При проведении авиасъемки оператор использовал устройство для управления съемочным оборудованием.

Во время авиасъемки синхронные изображения с ИК-сканера и видеокамеры выводились на мониторы устройств (фиг.2).

На мониторе ИК-сканера в фоновом режиме был отображен прицел в виде курсора.

Оператор наблюдал за изображениями на мониторах и выбирал по изображению на каком мониторе следует ориентироваться, выбирая объекты для регистрации.

При перемещении ручного манипулятора 3 (фиг.1) оператор изменял направление объектива фото- и видеокамер 6, закрепленных на площадке 5 манипулятора 3 таким образом, что угол наклона объективов вдоль и поперек оси симметрии самолета изменялся соответственно в пределах ±40 и 60°.

При действии оператора манипулятором 3 происходило синхронное наведение объектива фотокамеры и прицела (курсора) на мониторе ИК-сканера на избранную цель-объект и при нажатии кнопки 4 (пуск) на рукоятке манипулятора 3 производился ее фотоснимок.

При необходимости оператор удерживал прицел на цели-объекте наблюдения и выполнял до 2-3 уточняющих снимков выбранного объекта, плавно отводя ручку манипулятора 3 вперед по ходу движения и удерживая прицел на объекте цели. При этом изображение некоторое время продолжало фиксироваться на экране видеомонитора.

Верньерное устройство 7 с помощью потенциометрических датчиков 8 регистрировало положение площадки 5 манипулятора 3, на которых были закреплены фото- и видеоаппаратура 6.

Сигналы с датчиков 8 и кнопок 4 манипулятора 3 обрабатывались микроконтроллером, который передавал информацию о положении площадки 5 и состоянии кнопок 4 в управляющий компьютер.

В бортовую автоматизированную систему заносились все параметры и условия полета.

При учетных съемках детенышей тюленей, которые малозаметны на поверхности льда, особенно важно использование ИК-канала комплекса, так как это позволяло более точно наводить объектив регистрирующего устройства на теплокровные объекты съемки и значительно снижало риск потери полезной информации.

В дальнейшем при обработке авиасъемочных материалов были использованы несколько комбинаций совместной обработки фото- и видеоматериалов: ИК + фото, ИК + видео узкополосное, ИК + видео широкополосное (фиг.4).

Необходимость получения цифровых фото обусловлена трудностями идентификации ИК-изображений, к которым относится наличие "ложных целей", таких как контрастное свечение на изображениях, сравнимых по размерам с тюленями пролежных пятен, нагретых солнцем участков поверхности, участков открытой воды в разломах и т.п. При совместной обработке тепловизионных изображений и фотоматериалов повышается достоверность результатов подсчета.

Используя фотографии при учете численности гренландского тюленя методом ИК + фото, помимо количества животных мы получали возможность дистанционно определять их размеры, что в свою очередь позволяло посредством калибровочных измерений и "ключей" получить размерно-возрастную структуру популяции.

Возможности цифровой фотографии с высоким разрешением также позволяют дистанционно с высоты съемки более 400 м хорошо распознавать окраску тюленей, которая вместе с размерами тела могут характеризовать их возраст.

Авиасъемки дают возможность за один день обследовать большие площади, например фактически все щенные залежки гренландского тюленя в Белом море, и получить фотографии с изображениями тюленей для дальнейшего определения их размеров.

Применение предлагаемых способа и устройства позволяет при проведении авиасъемок наземных объектов примерно в десять раз уменьшить количество "пустых" кадров без полезной информации за счет расширения полосы наблюдения фотокамерой, прицельного наведения объектива регистрирующего устройства на объект съемки и возможности получения повторных уточняющих снимков одного и того же объекта при выполнении одного пролета и, как следствие, повысить качество и надежность аэрофотосъемки, эффективность использования летного времени при ее проведении, снизить затраты на проведение исследований.

1. Мультиспектральный комплекс для авиасъемки наземных объектов, включающий аппаратуру для мультиспектральных авиасъемок и бортовую автоматизированную систему сбора, обработки и представления данных, отличающийся тем, что в комплекс для синхронной ИК-съемки, видео- и фоторегистрации объектов наблюдения входит устройство управления съемочным оборудованием для прицельной регистрации наземных объектов, включающее специальную площадку-каркас, закрепленный на ней поворотный узел для изменения положения регистрирующего устройства, систему наведения, выполненную в виде ручного манипулятора с кнопками управления, который позволяет устанавливать положение регистрирующего устройства вдоль и поперек оси самолета в пределах заданных углов наблюдения объектива регистрирующего устройства, при этом ручной манипулятор оснащен площадкой для закрепления устройств, регистрирующих объекты наблюдения, верньерным устройством с потенциометрическими датчиками для регистрации положения площадки манипулятора, микроконтроллерами для обработки сигналов с датчиков и кнопок манипулятора и передачи информации о положении площадки и состоянии кнопок манипулятора в управляющий компьютер системы для отображения в фоновом режиме прицела в виде курсора на мониторе ИК-сканера.

2. Мультиспектральный комплекс по п.1, отличающийся тем, что поворотный узел закреплен на площадке-каркасе с возможностью изменения положения регистрирующего устройства, таким образом, что угол наклона его объектива вдоль и поперек оси симметрии самолета может быть изменен соответственно в пределах ±40 и 60°.

3. Мультиспектральный комплекс по п.1, отличающийся тем, что на площадке-каркасе устройства управления съемочным оборудованием для прицельной регистрации наземных объектов предусмотрены коммуникационные разъемы.

4. Способ мультиспектральной авиасъемки наземных объектов по п.1, отличающийся тем, что при получении синхронного изображения на мониторах ИК-сканера и видеоаппаратуры выбирают изображение, по которому будут ориентироваться при ведении регистрации наблюдаемых объектов, на изображении выбирают цель - объект наблюдения для регистрации, посредством ручного манипулятора, который позволяет устанавливать положение регистрирующего устройства вдоль и поперек оси самолета в пределах заданных углов наблюдения объектива регистрирующего устройства, наводят курсор на мониторе ИК-сканера на выбранную цель и нажатием кнопки на рукоятке манипулятора производят фотосъемку.

5. Способ мультиспектральной авиасъемки по п.4, отличающийся тем, что, удерживая прицел на цели, производят до трех фоторегистраций одного объекта.