Untersuchung zur Qualität von DJI UAV-Kameras

Dauer der Arbeit: 4 Monate
Abschluss: Oktober 2017
Betreuer: Dr.-Ing. Michael Cramer
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Norbert Haala

Die photogrammetrische Auswertung von UAV-basierten Luftbildern setzt sich zunehmend durch. Interessanterweise werde dabei auch oftmals relativ preisgünstige, eigentlich für den Freizeitbereich konzipierte UAVs eingesetzt. Die Firma DJI ist ein solcher Hersteller, dessen Systeme auch im Bereich von Vermessungsanwendungen zur Anwendung kommen. Im Rahmen dieser Arbeit sollte nun die geometrische und radiometrische Qualität von verschiedenen DJI UAV-Kameras untersucht werden. Besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung des Langzeitverhaltens, insbesondere der geometrischen Stabilität des Kamerasystems. Für die Untersuchung stand das Kalibrierfeld im Messkeller des ifp zur Verfügung. Als Referenzkamerasystem diente die Nikon D800 Spiegelreflexkamera.

Mit einer Testfeldkalibrierung werden die Parameter der inneren Orientierung des jeweiligen Kamerasystems ermittelt und auf ihre Stabilität untersucht. Die Testfeldkalibrierung wird im ifp-Messlabor durchgeführt. Die Aufnahmeanordnung ist genau definiert, sodass die Aufnahmeserien reproduzierbar sind und gleiche Gegebenheiten für alle Kameras geschaffen wird. Die Parameter inneren Orientierung werden mit dem Programm Agisoft Photoscan ermittelt, dieses gibt zusätzlich eine Veranschaulichung der Verzeichnungen des jeweiligen Systems aus.

Die Auflösungsuntersuchung wird mit Hilfe einer Siemenssternanalyse durchgeführt. Im Testfeld sind 12 Siemenssterne so angebracht, dass die Auflösung über den gesamten Bildraum der Kamera interpoliert werden kann. Mithilfe eines Matlab Programms von Susanne Becker werden konzentrische Kreise in die Siemenssterne geschätzt und daraus die Modulation / Punktverschmierungsfunktion (PSF) ermittelt. Das Sigma der PSF liefert ein objektives Maß für die Auflösungsgrenze.

Die radiometrische Qualität der Systeme wird anhand von Aufnahmen des X-Rite ColorChecker-Passport-Videos untersucht. Die Bilder werden in einem MatLab-Programm ausgewertet. Das Programm berechnet den tatsächlichen Farbwert und vergleicht diesen mit den Referenzwerten, welche vom Hersteller zur Verfügung gestellt werden.

Die Wahl der Kamera ist abhängig von den Genauigkeitsanforderungen. Für den Zeitraum eines Bildfluges können die Kameras der Phantom 4 und der Phantom 4 Pro als stabil betrachtet werden. Es zeigt sich, dass Kameras mit fester Bauweise für photogrammetrische Anwendungen gut geeignet sind, sofern die Auflösung des Systems den Genauigkeitsanforderungen gerecht wird. Die Größe der Sensorfläche und die zugehörige Pixelgröße wirkt sich ebenfalls positiv auf die Systemqualität aus.