報告人：劉濠雄 中央研究院人社中心地理資訊科學研究專題中心 背負式環景測繪系統建置技術研析 報告人：劉濠雄 中央研究院人社中心地理資訊科學研究專題中心

移動式測繪系統 移動式測繪系統(Mobile Mapping System, MMS) MMS=載台+感測器 目的：快速採集空間資訊 2011.08.30 移動式測繪系統 移動式測繪系統(Mobile Mapping System, MMS) MMS=載台+感測器 車載攝影機、航照、UAV、背負式環景攝影 目的：快速採集空間資訊 方法：直接定位系統 GPS提供位置資訊，INS提供姿態資訊 直接在影像上定出坐標資訊

移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) 未考慮景深!! 焦距f 2011.08.30 移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) z x Y (x, y) (Xpc+S．x, Ypc +S．y, Zpc-f ) 焦距f (Xpc, Ypc, Zpc-f ) (Xpc, Ypc, Zpc) [El-Sheimy, 1996] a b c d e 未考慮景深!!

移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) [El-Sheimy, 1996] 2011.08.30 移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) 必須取得拍照時的位置及姿態 [El-Sheimy, 1996]

移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) 2011.08.30 移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) [Thomas, Rosenbaum, Kurz, Suri & Reinartz , 2009]

移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) 已知: f :相機焦距 求解: 2011.08.30 移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) [共線條件式] 已知: f :相機焦距 m11~m33 :外方位參數之旋轉矩陣 (XL , YL , ZL ) :相機坐標 ( xa , ya ) :相片共軛點坐標 求解: (XA , YA, ZA ) :地面坐標 必須取得拍照時的位置及姿態

移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) 精度完全取決於GPS及IMU的品質 2011.08.30 移動式測繪系統 直接定位系統(Direct Geo-referencing System) 精度完全取決於GPS及IMU的品質 必須取得拍照瞬間的位置及姿態方可解算 必須取得拍照時的位置及姿態

背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) [Ellum , 2001] 2011.08.30 背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) [Ellum , 2001]

2011.08.30 背負式測繪系統 環景攝影機 GPS IMU 轉向支架 筆記型 電腦 太陽能背包 8

2011.08.30 背負式測繪系統 9

2011.08.30 背負式測繪系統 GPS資訊 IMU資訊

背負式測繪系統 感測器振動頻率 要如何取得拍照瞬間的位置及姿態資訊? Camera (Ladybug 3): 16 frames/s 2011.08.30 背負式測繪系統 感測器振動頻率 Camera (Ladybug 3): 16 frames/s GPS (Trimble ProXT Receivers): 10 Hz IMU (MicroStrain 3DM-GX1): 100Hz 要如何取得拍照瞬間的位置及姿態資訊?

Topcon IP-S2 Lite Topcon co., Ltd (http://www.topcon-medical.eu/eu/) 2011.08.30 Topcon IP-S2 Lite Topcon co., Ltd (http://www.topcon-medical.eu/eu/)

成大測量系測量車 使用Meinberg GPS170 PCI時鐘卡達成在不同頻率感測器間的資料同步 可記錄至100ns的時間區分 2011.08.30 成大測量系測量車 使用Meinberg GPS170 PCI時鐘卡達成在不同頻率感測器間的資料同步 可記錄至100ns的時間區分 Meinberg GPS170PCI [李育華, 2009]

2011.08.30 成大測量系測量車 因此在本系統中,我們以MeinbergGPS170PCI時鐘卡作為時間同步感測儀器,其理論如右圖 我們以每秒1pulse1pulse的gps訊號作為時間起始,而秒間則以時鐘卡之震盪器進行時間區分作為其他感測器的比對參考,這樣一來就可以知道說 我們感測器資料在哪一個GPS PULSE下的第幾個時間區分,這樣一來便可以與其他感測器資料進行比對,內插得出其相應的資料(例如我們影像拍攝順刻的ins/gps位置及姿態資料) 這樣的一個能力,便滿足我們移動式測繪系統的直接地理定位需求。 PCI介面!! [李育華, 2009]

背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) [Ellum, 2001] 2011.08.30 背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) [Ellum, 2001]

背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) 2011.08.30 背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) 義大利 [Coppa, Guarnieri, Pirotti & Vettore, 2007]

背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) GPS接收器是否可接收外來訊號? 2011.08.30 背負式測繪系統 背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System) GPS接收器是否可接收外來訊號? GPS與IMU的整合 Ladybug3是否支援在拍照同時送出訊號? [Ellum, 2001]

背負式測繪系統 Ladybug 3 支援訊號輸入觸發快門 支援訊號輸出(PWM signal) 2011.08.30 背負式測繪系統 GPS接收器是否可接收外來訊號? GPS與IMU的整合 Ladybug3是否支援在拍照同時送出訊號? GPS接收器是否可接收外來訊號? GPS與IMU的整合 Ladybug3是否支援在拍照同時送出 訊號? Ladybug 3 支援訊號輸入觸發快門 支援訊號輸出(PWM signal) Ladybug3 Technical Reference Manual p.27

背負式測繪系統 NovAtel ProPak-V3 GPS接收器 可支援IMU訊號輸入 支援訊號輸入標記(Time tag) 2011.08.30 背負式測繪系統 GPS接收器是否可接收外來訊號? GPS與IMU的整合 Ladybug3是否支援在拍照同時送 出訊號? GPS接收器是否可接收外來訊號? GPS與IMU的整合 Ladybug3是否支援在拍照同時送 出訊號? NovAtel ProPak-V3 GPS接收器 可支援IMU訊號輸入 支援訊號輸入標記(Time tag) SPANTM Technology for OEMV® User Manual p.29

背負式測繪系統 定位定向系統(Position and Orientation System, POS) 2011.08.30 背負式測繪系統 定位定向系統(Position and Orientation System, POS) F3 System [Wright, Yotsumata & El-Sheimy, 2004]

背負式測繪系統 定位定向系統(Position and Orientation System, POS) 2011.08.30 背負式測繪系統 定位定向系統(Position and Orientation System, POS) Trimble AP60 GNSS-Inertial OEM System

背負式測繪系統 定位定向系統(Position and Orientation System, POS) 2011.08.30 背負式測繪系統 定位定向系統(Position and Orientation System, POS) Novatel SPAN-CPTTM [S. Kennedy, 2008]

小結 背負式測繪系統 同步問題 率定問題 資料串流問題 直接定位系統必須整合相機、GPS、IMU三種不同訊號 2011.08.30 小結 背負式測繪系統 同步問題 直接定位系統必須整合相機、GPS、IMU三種不同訊號 →POS系統整合GPS及IMU訊號，並可記錄相機快門時間 率定問題 訊號源裝置未在同一個框架上，位置及姿態產生誤差 →固定POS系統及相機於同一個框架上，使資料更具代表性 資料串流問題 由於資料量過大造成資料存取延遲，造成誤差 →可採用內建記憶體的相機或專門處理大量資料的資料記錄器(data logger)

2011.08.30 背負式測繪系統 商業方案 ：yellowBird yellowBird®

2011.08.30 背負式測繪系統 商業方案 ：immersive media immersive media®

結論 背負式環景測繪系統可於車輛或航空載具不易到達處進行空間資訊收集 建置直接定位系統必須取得拍照瞬間相機位置及姿態 2011.08.30 結論 背負式環景測繪系統可於車輛或航空載具不易到達處進行空間資訊收集 建置直接定位系統必須取得拍照瞬間相機位置及姿態 直接定位系統精度取決於GPS及IMU精度 自行建立並處理資訊，不僅可更瞭解系統運作，亦能更有彈性地規劃後續應用

2011.08.30 參考文獻 El-Sheimy, N., 1996. The Development of VISAT – A Mobile Survey System for GIS Applications, (Ph.D. Thesis), UCGE Report No. 20101, Department of Geomatics Engineering, the University of Calgary Thomas, U., Rosenbaum, D., Kurz, F., Suri, S. and Reinartz, P., 2009. A New Software/Hardware Architecture for Real Time Image Processing of Wide Area Airborne Camera Images, Journal of Real-Time Image Processing, Springer, 4(3), 229-224 Ellum, C.M., 2001. The Development of a Backpack Mobile Mapping System, (M.Sc. Thesis), University of Calgary, Calgary, Canada 李育華，車載移動式製圖系統之系統率定及其直接地理定位之效能分析，2009，國立成功大學測量及空間資訊學系碩博士論文 Coppa, U., Guarnieri, A., Pirotti F., Vettore A., 2007. A Backpack MMS Application, Sezione Ov, Napoli, Italia Ladybug3 Technical Reference Manual SPANTM Technology for OEMV® User Manual Wright D.B., Yotsumata, N., El-Sheimy, 2004. Real Time Identification and Location of Forest Fire Hotspots form Geo-referenced Thermal Images, The International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) 2004 Congress, Commission I, Istanbul, Turkey, July 15-22, 2004 (6 Pages, CD) Kennedy, S. & Rossi, J., 2008. Performance of a Deeply Coupled Commercial Grade GPS/INS System form KVH and Novatel inc. In Position, Location and Navigation Symposium. IEEE/ION

2011.08.30 報告完畢