Обзор новой гиперспектральной камеры для беспилотных летательных аппаратов Pika L

0

М.Д. Митин (компания «Совзонд»)

В 2006 г. окончил Государственный университет по землеустройству по специальности «землеустройство». В настоящее время — руководитель отдела беспилотных систем компании «Совзонд». 

В начале 2016 г. компания Resonon анонсировала появление новой линейной гиперспектральной камеры Pika L (рис. 1), которая заменила камеру Pika II в продуктовой линейке компании. Новая камера предназначена в первую очередь для малых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и избавлена от всех недостатков предыдущей модели. В предлагаемом обзоре будут описаны основные преимущества камеры Pika L и проведено ее сравнение с предыдущей моделью.

ris_1-1

Рис. 1. Гиперспектральная камера Pika L

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК PIKA L (2016) И PIKA II (2015)

В табл. 1  представлено сравнение характеристик новой и старой камер.

Технические характеристики камер (Specifications) Pika L Pika II
Спектральный диапазон (Spectral range), нм (nm) 400–1000 400–900
Спектральное разрешение (Spectral resolution), нм (nm) 3,2 2,1
Количество спектральных каналов (Spectral channels), шт 185 240
Количество пространственных каналов (Spatial channels), шт 850 640
Частота гиперспектральных кадров (Max frame rate), кадр/сек (fps) 187 145
Разрядность сигнала (Bit Depth), бит (Bit) 12 12
Вес (Weight), грамм 600 1300
Размеры (Dimensions), см (cm) 10,0х12,5х5,3 9,7×16,8×6,4
Интерфейс камеры, способ подключения (Camera Interface, Connection Type) USB 3.0 GigE
Рабочие температуры (Operating temperature), °С 0…+45 +8…+32
f/# f/2,4 f/3,0
Характеристика светового пятна (Avg. RMS Spot Radius), μм 6 7
Спектральное искажение (peak to peak) «Smile», μм 4 5
Спектральное искажение (peak to peak) «Keystone», μм 5 7
Размер пикселя (Pixel size), µm 5,8 7,4
Требования к питанию (Power Requirements) 8-30В/2,5Вт 8-30В/2,5Вт
Возможность установки на БПЛА (UAV integration) 1 1
Возможность установки на пилотируемый самолет 1 1

 Табл. 1. Сравнительные характеристики камер Pika L и Pika II

Попробуем разобраться, что же изменилось.

Главное преимущество Pika L перед Pika II — вес. Камера стала легче более чем в 2 раза, ее вес составляет всего 600 грамм! Модельный ряд БПЛА, на который теперь возможно установка линейных гиперспектральных сканеров, значительно расширился.

Верхний порог спектрального диапазона расширен до 1000 нм, улучшено спектральное разрешение до 3,2 нм, несколько уменьшилось количество спектральных каналов (с 240 до 187), но значительно увеличилось количество пространственных (с 640 до 850). Расширился диапазон рабочих температур, что также немаловажно для съемки с БПЛА. Выросла частота получения гиперспектральных кадров — со 145 до 187 кадров в секунду. Уменьшились спектральные искажения, а также уменьшился размер пикселя.

АЭРОСЪЕМОЧНАЯ СИСТЕМА НА БАЗЕ PIKA L

Камера Pika L создавалась с ориентацией на малые БПЛА. Она поставляется заказчикам как отдельно, так и в сборе, готовая к установке на беспилотные аппараты (рис. 2).

Специально для аэросъемочной системы был разработан легкий и прочный корпус (всего 0,2 кг), способный уместить в себе весь комплект необходимого оборудования (рис. 2). По размерам и конфигурации он крайне схож со стандартными фотокамерами, на которые установлен длиннофокусный объектив (рис. 3)

ris_2

Рис 2. Камера Pika L  в корпусе

%d1%80%d0%b8%d1%813

Рис. 3. Изображение фотоаппарата и камеры Pika L  в корпусе

В корпусе уже предусмотрены крепежные отверстия для установки на подвесы мультикоптеров (рис. 4), а также не требуется разработка специального ложемента для установки камеры в БПЛА самолетного типа.

 %d1%80%d0%b8%d1%814

Рис. 4. Чертеж с размерами камеры Pika L 

 

КОМПЛЕКТАЦИЯ АЭРОСЪЕМОЧНОЙ СИСТЕМЫ PIKA L

В состав стандартной комплектации аэросъемочной системы входит сама камера, объектив, инерциальная навигационная система, бортовой компьютер, корпус для установки на БПЛА и комплект дополнительных аксессуаров (табл. 2, рис. 5). Вся аэросъемочная система в сборе весит всего 1,4 кг.

Комплектация аэросъемочной системы на базе Pika L  
⚫ Базовая комплектация
⚫ Рекомендовано
⚫ Опционально
Pika L
Объективы и фильтры  
Объектив VNIR — Schneider Tel-Xnar 2.2 / 70 мм
Компактный объектив VNIR — Schneider Xenoplan 2.8 / 50 мм
Объектив VNIR — Schneider Xenoplan 1.4 / 23 мм
Объектив VNIR — Schneider Xenoplan 1.4 / 17 мм
Объектив VNIR — Schneider Cinegon 1.4 / 12 мм
Объектив VNIR — Schneider Cinegon 1.4 / 8 мм
Объектив VNIR — Schneider Cinegon 2.1 / 6 мм
Программное обеспечение  
Spectronon Software предустановленное на ноутбук
Комплект разработчика для Spectronon Software (SDK) для Windows 7 и Linux
Дополнительное оборудование и аксессуары
Бортовой компьютер для управления комплексом
Программное обеспечение для управления комплексом
Программное обеспечение для коррекции геопривязки
Комплект кабелей
Инерциальная навигационная система GPS/IMU — SBG Ellipse N
Инерциальная навигационная система GPS/IMU — SBG Ellipse D
Высокоточный геодезический ГНСС-приемник для Ellipse-D
Инерциальная навигационная система GPS/IMU — Novatel IGM-A1
Инерциальная навигационная система GPS/IMU — Novatel SPAN-CPT
Сенсор для поправок на отражение солнечного света — VNIR
Уголковый отражатель — Pika L
Панель для подключения аэросъемочного комплекса к источнику питания
Корпус с подвесом для установки Pika L на БПЛА
Калибровочный брезент 3×3 м с колышками
Радиометрическая калибровка
Транспортировочный кейс для аэросъемочного комплекса

 Табл. 2. Комплектация аэросъемочной системы на базе Pika L

ris_5

Рис. 5. Комплект оборудования аэросъемочной системы Pika L

Набор оборудования может варьироваться в зависимости от задач, которые необходимо выполнить.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Гиперспектральные камеры предназначены для определения физико-химических свойств объектов. Сфер применения данного оборудования очень много, от мониторинга в сельском хозяйстве до лабораторных исследований в фармакологии.

Основные сферы применения аэросъемочной системы Pika L:

  • точное земледелие и контроль состояния сельскохозяйственных культур;
  • мониторинг состояния растительности в лесном хозяйстве и на территории ООПТ;
  • поиск и обнаружение экологических нарушений (нефтеразливы, свалки и прочее).

Ранее для выполнения данных задач применялись мультиспектральные камеры, а зачастую обычные фотокамеры с фильтрами, которые не обеспечивали необходимую точность получаемых результатов и не коррелировались с наземными обследованиями.

На рис. 6 наглядно отражена разница в полноте информации при съемке 6-ти канальной мультиспектральной камерой и гиперспектральной съемочной системой.

 ris_6

Рис. 6. Сравнение результатов съемки горных пород 6-канальной мультиспектральной камеры (слева) и гиперспектральной камеры (справа) (нужно перерисовать, прошу помочь)

Анализ графиков на рис. 6 показывает, что при съемке мультиспектральной камерой имеется недостаточно информации для идентификации, требуются наземные обследования, плохая корреляция результатов съемки и обследований, а при съемке гиперспектральной камерой — в наличии подробная и полная информация о спектральных характеристиках объекта, возможно создание эталонных образцов, хорошая корреляция результатов с наземными обследованиями.

PIKA L УЖЕ В РОССИИ

Камера поступила в продажу 1 апреля 2016 г. Компания «Совзонд» является эксклюзивным дистрибьютором компании Resonon в России и странах СНГ. Уже сейчас вы можете приобрести новую аэросъемочную систему на базе Pika L вместе с беспилотным летательным аппаратом или заказать дооснащение камерой уже имеющегося у вас БПЛА.