در این مطلب بسیار کامل و جامع  که با عنوان آموزش نقشه برداری با پهپاد ارائه شده است قصد دارم بطور مفصل سامانه پهپاد فتوگرامتری را معرفی و در مورد آن مطالبی شرح دهم.

لطفا اگر به دنبال آن هستید که بدانید نقشه برداری هوایی با پهپاد چیست؟!، چه اجزا و کاربردهایی دارد؟!، از چه پرنده هایی می توانید برای تصویربرداری هوایی استفاده کنید؟!، چه دوربینی برای پهپاد نقشه برداری احتیاج است؟! و سوالاتی از این قبیل با من همراه باشید.

جایگاه فتوگرامتری در علم مهندسی ژئوماتیک

مقدمه

همانطور که می دانیم هدف اصلی از علم مهندسی ژئوماتیک تهیه نقشه و یا جمع آوری اطلاعات مکانی از تمامی عوارض بر روی سطح زمین می باشد. این اجسام و عوارض می توانند به بزرگی یک کره زمین و یا فراتر از آن تا به کوچکی یک دندان یا کوچکتر از آن باشد.

برحسب ابعاد و اندازه جسم، برحسب روش های مختلف برای جمع آوری داده و تهیه اطلاعات و همچنین بر حسب تجهیزات مورد استفاده، از روش های مختلفی برای تهیه نقشه و یا بهتر بگوییم برای تولید اطلاعات استفاده می شود. همین تنوع در مواردی که ذکر شد باعث ایجاد شاخه های مختلف در علم مهندسی ژئوماتیک گردید.

از گرایش های مختلف مهندسی ژئوماتیک می توانیم به علم ژئودزی، فتوگرامتری، سنجش از دور، هیدروگرافی و GIS (سامانه اطلاعات مکانی) اشاره کنیم.در علم مهندسی ژئودزی و هیدروگرافی هدف اصلی تعیین شکل و بررسی تغییرات سطح زمین در ابعاد و وسعت زیاد است.

در بحث سنجش از دور همانگونه که از اسم آن پیداست  با استفاده از سنجنده هایی که در فواصل بسیار زیاد از زمین داده هایی را اخذ می کنند، به بررسی وضعیت زمین می پردازند.

سنجنده های مختلفی از قبیل سنجنده های مرئی و غیر مرئی بر روی سکوهای فضایی نصب می شوند و داده های مختلفی از سطح زمین و حتی از زیر سطح زمین برداشت می شود.

یکی از علومی که در کشور ما از حساسیت بالایی برخوردار است علم مهندسی هیدروگرافی است. با استفاده از علم هیدروگرافی می توان به اعماق دریاها و آب ها دست یافت و از وضعیت توپوگرافی زیر سطح دریاها داده های بسیاری را جمع آوری نمود.

به هر طریق با استفاده از داده هایی که به روش های مختلف علم مهندسی ژئوماتیک بدست می آید، می توان آنالیزهای بسیار جالب و کاربردی با استفاده از سامانه اطلاعات مکانی (GIS)  انجام داد. در علم GIS هدف اصلی آنالیز داده ها و تولید اطلاعات مکانی است. از آنجایی که در تولید اطلاعات، داده های مختلفی می تواند دخیل باشد، این گرایش از مهندسی ژئوماتیک در بین علوم دیگر نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

برای درک بهتر علم فتوگرامتری بهتر است تعریف صحیحی از آن بیان کنیم. بطور کلی فتوگرامتری را علم، فن و هنر اندازه گیری و تعیین شکل جسم با استفاده از تصاویر آنالوگ و دیجیتال می نامند.

پس در فتوگرامتری ابزار اندازه گیری ما دوربین تصویربرداری و تصویر است. بر همین اساس فتوگرامتری را به سه بخش فتوگرامتری فضایی، هوایی و زمینی (برد کوتاه) تقسیم بندی می کنند.

فتوگرامتری فضایی

در فتوگرامتری فضایی با استفاده از آنالیز و پردازش تصاویر ماهواره ای مرئی، می توان به اطلاعات مکانی از یک منطقه وسیع دست یافت. از تصاویر ماهواره ای در حوزه فتوگرامتری فضایی برای کاربردهایی نظیر تهیه نقشه های کوچک مقیاس از مناطق وسیع و تصمیم گیری های کلان استفاده می شود.

معمولا سنجنده هایی که بر روی فضاپیماها جهت تصویربرداری فضایی نصب می شوند از ارتفاع چندهزار کیلومتری تصاویری با کیفیت و در رزولوشن های مختلف از سطح زمین اخذ می کنند.

فتوگرامتری هوایی

اگر ارتفاع پرواز را کمتر کنیم و سنجنده (دوربین تصویربرداری) در زیر یک هواپیمای سرنشین دار قرار دهیم، می توانیم تصاویری از ارتفاع چندهزار متری سطح زمین اخذ کنیم. به مجموعه فعالیت هایی که بر روی تصاویر هوایی صورت می گیرد تا به نقشه برسیم، فتوگرامتری هوایی می گویند. در فتوگرامتری هوایی معمولا مناطقی در حد یک شهر و استان درنظر گرفته می شود.

اما برای کشوری با وسعت ایران هر چند دهه یکبار تصاویری کامل از سطح کشور نیز اخذ می شود. از آنجایی که در کشور ما متولیان تصویربرداری هوایی سازمان نقشه برداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح می باشند.

بدیهی است که این دو سازمان نمی توانند پاسخگوی نیازهای شرکت های مختلف برای مناطقی با وسعت چند هکتار و یا چند هزار هکتار باشند. به همین دلیل می بایست سیستمی بوجود می آمد تا چنین نیازهایی را بتواند برطرف کند.

از طرف دیگر وجود بروکراسی های اداری جهت درخواست تصویربرداری هوایی از ارگان های دولتی و همچنین کمبود سیستم های تصویربرداری هوایی در کشور به دلیل وجود تحریم ها، باعث گردید تا سامانه ای بوجود آید که بتواند نیازهای متقاضیان در این خصوص را برطرف نماید. این سیستم چیزی نبود جز سامانه پهپاد فتوگرامتری.

فتوگرامتری زمینی (برد کوتاه)

شاخه دیگری از علم فتوگرامتری که از اهمیت و کاربردهای ویژه ای برخوردار است، فتوگرامتری زمینی یا برد کوتاه نامیده می شود. علت این نامگذاری این است که فاصله دوربین تصویربرداری تا جسم بسیار کم شده و در حد چند صد متر تا چند سانتیمتر می باشد.

بطور کلی بسته به وضعیت منطقه و یا جسم، دوربین در حالت برد کوتاه یا می تواند بر روی یک پرنده بدون سرنشین نصب شده و از بالای یک منطقه تصویربرداری کند. و یا اینکه دوربین دست یک شخص باشد و یا  بر روی وسیله ای بر روی زمین نصب شود و از یک منطقه کوچک و یا یک جسم کوچک تصویربرداری کند.

فتوگرامتری برد کوتاه بر اساس نوع کاربرد می تواند به دو دسته فتوگرامتری توپوگرافی و غیر توپوگرافی دسته بندی شود.

در فتوگرامتری توپوگرافی، هدف تهیه نقشه های توپوگرافی یا منحنی میزان، تولید DEM ، DSM و … از یک منطقه است. در فتوگرامتری غیرتوپوگرافی هدف تهیه اطلاعات مکانی و انجام اندازه گیری های خاص از اجسام صنعتی، پزشکی و یا عوارضی از این دست است.

حال که با وضعیت فتوگرامتری برد کوتاه بطور کلی آشنا شدیم، متوجه شدیم که استفاده از پرنده های بدون سرنشین در تصویربرداری هوایی در زمره محاسبات و پردازش های فتوگرامتری برد کوتاه قرار می گیرد. به همین دلیل اکثر نرم افزارهای مورد استفاده در بحث پهپاد فتوگرامتری، جهت مدلسازی اجسام و عوارض کوچکتر هم استفاده می شود.

اکنون که با جایگاه سامانه پهپاد فتوگرامتری یا پهپاد نقشه برداری آشنا شدیم، به بررسی مفصل تر این سامانه می پردازیم.

برای آموزش نقشه برداری با پهپاد در ادامه مطلب همراه باشید.

معرفی

عبارت سامانه پهپاد نقشه برداری و یا پهپاد فتوگرامتری، شاخه ای از علم فتوگرامتری برد کوتاه است و اشاره به مجموعه ای از عوامل دارد که با تلفیق و در کنار هم قرار دادن آنها می توان بوسیله یک پرنده بدون سرنشین از مناطقی با وسعت مختلف تصویربرداری هوایی کرد و با نرم افزارهای پیشرفته فتوگرامتری عملیات تبدیل را انجام داد و در نهایت به نقشه رسید.

شاید این سوال برای شما پیش آید که با اینکه علم  فتوگرامتری قدمتی بسیار دارد، اما چرا اکنون ما شاهد این تکنولوژی هستیم و چرا سال ها قبل نمی توانستیم از این سیستم استفاده کنیم؟! شاید در ابتدا این پاسخ به ذهنتان برسد که قبل از این پرنده های بدون سرنشین وجود نداشتند و یا به پیشرفتگی امروز نبودند.

اما پاسخ اصلی چیزی غیر از این است. تکنولوژی ساخت پرنده های بدون سرنشین به سال ها قبل بر می گردد. یعنی در ساخت چنین پرنده هایی هیچ ضعفی وجود نداشته است. اما پاسخ نهایی اشاره به ضعف در الگوریتم های پردازش تصاویر دارد. دقت داشته باشید با توجه به آنکه پرنده های بدون سرنشین سبک هستند، نمی توانند تصاویری کاملا عمود از سطح زمین اخذ کنند.

پس بدلیل آنکه معمولا میزان تیلت این تصاویر از حد مجاز تصاویر هوایی بیشتر است نمی توان آنها را با استفاده از نرم افزارهای فتوگرامتری هوایی تبدیل نمود.

علاوه بر این، مشکلات دیگری نیز وجود دارد که استفاده از نرم افزارهای فتوگرامتری هوایی مثل LPS و یا اینفو را برای تبدیل تصاویر پهپاد با مشکل روبرو می کند. از آنجایی که ارتفاع پرواز در این سیستم نسبت به فتوگرامتری هوایی کمتر است، پس در هر تصویر وسعت کمی را می توان مشاهده نمود.

همچنین بدلیل ارتفاع پایین پرنده، تعداد تصاویر بسیار بسیار زیاد می شود که در اکثر موارد استفاده از نرم افزارهایی که محیط برجسته بینی دارند را با مشکل روبرو می کند. اما دقت شود که در برخی موارد که ارتفاع پرنده زیاد است و یا از دوربین هایی با قطع سنسور بزرگ استفاده شده است، می توان از نرم افزارهای فتوگرامتری هوایی با یک سری اصلاحات بر روی تصاویر، عمل تبدیل تصویر به نقشه را انجام داد.

با توجه به موارد بیان شده، می بایست نرم افزار و الگوریتمی پیاده سازی کرد که با شیوه ای نوین بتواند تصاویر حاصل از پهپاد را به صورت اتوماتیک پردازش کند. همین قسمت یکی از اساسی ترین مشکلاتی بود که باعث دیر روی کار آمدن تکنولوژی پهپاد فتوگرامتری شد.

در اواخر سال های ۲۰۰۸- ۲۰۰۹ بود که محققین پردازش تصویر، توانستند الگوریتم هایی را توسعه دهند که بتوان عمل رسیدن از فضای تصویر به مدل سه بعدی را بصورت اتوماتیک انجام داد. بنظر بنده توسعه این الگوریتم ها انقلابی عظیم در علم مهندسی فتوگرامتری و ابعاد برداری ایجاد کرد.

با توسعه چنین الگوریتم هایی مراحل توجیه داخلی، توجیه نسبی و توجیه مطلق نیز بصورت اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک انجام می شوند. این امر، یعنی پردازش اتوماتیک هزاران تصویر و تولید ابرنقاط متراکم و همچنین تولید مدل سه بعدی با کیفیت رویای فتوگرامتریست ها بود.

پس روی کار آمدن چنین الگوریتم هایی باعث شد تا بتوان با تلفیق تصاویر هوایی اخذ شده از پرنده های بدون سرنشین و نرم افزارهای اتوماتیک پردازش تصاویر، سامانه ای بوجود آید که امروزه از آن با عنوان سامانه پهپاد فتوگرامتری یاد می کنند.

همانطور که از نام این سیستم بر می آید، با یک سیستم یا سامانه روبرو هستیم. وقتی می گوییم سامانه، منظورمان این است که این تکنولوژی از اجزاء مختلفی تشکیل شده که با همکاری صحیح و دقیق این اجزا می توان به نتیجه نهایی و قابل قبول رسید.

بطور کلی اجزاء سامانه پهپاد فتوگرامتری را می توان به دو دسته «پرواز و تصویربرداری هوایی» و همچنین «پردازش تصاویر و تهیه نقشه» تقسیم بندی نمود.

در سال های اولیه که این سیستم رواج یافته بود، به دلیل عدم وجود پرنده های تمام اتوماتیک نقش یک اپراتور پرواز و کسی که بتواند یک پرنده را مونتاژ، کنترل و تعمیر و نگهداری کند بسیار پر رنگ بود. اما امروزه با روی کار آمدن پرنده های تمام اتوماتیک و سیستم های نوینی در این زمینه، نقشه یک اپراتور پرواز و یا متخصص هوافضا کم رنگ تر شده است.

البته این بدان معنی نیست که در تمامی پروژه ها یک نقشه بردار می تواند به تنهایی از پس قسمت پرواز بر آید. منظور این است که با توسعه پرنده های بدون سرنشین، امروزه یک نقشه بردار نیز می تواند در اغلب پروژه ها به تنهایی یک پرنده عمود پرواز و یا یک هواپیمای بال ثابت را جهت تصویربرداری هوایی برای مقاصد نقشه برداری به راحتی کنترل نماید.

پس جهت آشنایی بیشتر با جزئیات دو بخش اصلی این سیستم و آموزش نقشه برداری با پهپاد با ادامه مطلب با بنده همراه باشید.

بخش اول : پرواز و تصویربرداری هوایی

در بخش اول به مقوله پرواز و نکات مربوط به تصویربرداری هوایی می پردازیم. در قسمت اول از این بخش به ویژگی های یک پرنده مناسب و در قسمت دوم نکاتی در مورد دوربین های تصویربرداری بیان می کنیم.

قطعات مورد استفاده در پهپادهای فتوگرامتری

بطور کلی پرنده های بدون سرنشین الکتریکی به دو دسته عمود پروازها و هواپیماهای بال ثابت تقسیم بندی می شوند. هر یک از این دو نوع ویژگی ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. برای اینکه با ویژگی های هر یک به خوبی آشنا شوید به معرفی اجزاء یک پرنده بدون سرنشین می پردازیم.

در ساخت پرنده های عمود پرواز یا مولتی روتور از حداقل چهار موتور (کوادکوپتر) استفاده می شود. نمونه های دیگر این نوع پرنده مدل هایی با شش، هشت و یا بیشتر موتور هستند که توان حمل وزن بیشتری دارند. معمولا پرنده هایی که برای مقاصد نقشه برداری استفاده می شوند یا قطعات آنها وارد ایران شده و همینجا مونتاژ می شوند و یا اینکه بصورت یک پرنده پک شده وارد کشور می شوند.

توصیه می شود جهت کاربردهای نقشه برداری از پرنده هایی که بصورت پک و آماده هستند استفاده شود.

در این قسمت بنا نیست که به بررسی فنی پرنده ها بپردازیم. فقط قصد داریم آنها را از دید یک نقشه بردار بررسی کنیم. بطور کلی یک پرنده بدون سرنشین از اجزاء مختلفی تشکیل می شود که در زیر به برخی از آنها اشاره می گردد.

بدنه: هر پرنده عمود پرواز برای آنکه بتواند تجهیزات خاصی را بر روی خود نصب و حمل کند به یک بدنه مقاوم احتیاج دارد. در عمود پروازها معمولا این بدنه از یک مرکز به همراه ۴، ۶، ۸ و یا بیشتر بازو تشکیل شده است. دیسک وسط وظیفه حمل بوردهای الکتریکی، باطری، جی پی اس، دوربین و … را دارد و در انتهای هر بازو که موتور الکتریکی نصب می شود.

درهواپیماهای بال ثابت این بدنه می تواند از جنس فوم، فایبرگلاس و یا فیبرکربن باشد. معمولا سعی می شود در ساخت بدنه پرنده ها از موادی استفاده کنند که وزن سبک و جنس بسیار مقاومی داشته باشد. در هواپیماهای الکتریکی از یک موتور استفاده می شود.

این موتور می تواند در جلو، بالا و یا عقب پرنده نصب گردد. علاوه بر این دو بال در کنار بدنه اصلی وظیفه هدایت پرنده را به عهده دارند. در وسط بدنه معمولا فضایی وجود دارد که می توان بوردهای الکتریکی، باتری، دوربین و دیگر تجهیزات را نصب نمود.

موتور: در ساخت پرنده های بدون سرنشین جهت تصویربرداری هوایی با هدف تهیه نقشه از موتورهای الکتریکی استفاده می شود. این موتورها علاوه بر عمر بالایی که دارند باعث می شوند تا لرزش پرنده به حداقل رسیده و تصاویر بدون لرزشی ثبت شود.

اگر از پرنده هایی استفاده می کنید که در ایران مونتاژ شده اند، حتما توصیه می کنم که از بهترین نوع موتور استفاده کنید. چون یکی از حیاطی ترین قسمت یک پرنده به حساب می آید.

باطری: از آنجاییکه موتورها و دیگر قطعات یک پرنده الکتریکی هستند (و نه بنزینی) از باطری های الکتریکی بعنوان منبع تغذیه استفاده می شود. باطری ها با ولتاژهای مختلف در بازار وجود دارند اما بازهم توصیه می شود که در خرید باطری نیز خساست به خرج ندهید و از بهترین نوع باطری استفاده کنید.

زیرا اگر به هر دلیلی ولتاژ باطری بطور ناگهانی کم شود، موتور یا موتورها از کار می افتند و پرنده شما با سقوط مواجه می شود.

اتوپایلوت (خلبان خودکار): معمولا این قطعه بر روی تمامی پرنده ها وجود ندارد. اما جهت کاربردهای نقشه برداری وجود این قطعه الزامیست.

وظیفه اتوپایلوت (Auto pilot) کنترل پرنده در حالت خودکار و بدون اپراتور است. از آنجایی که جهت تصویربرداری هوایی برای امور نقشه برداری از قبل رن های پروازی طراحی می شود، می بایست این قطعه بر روی پرنده وجود داشته باشد تا بتواند پرنده را در مسیر طراحی شده هدایت کند و تصویربرداری را با بالاترین دقت انجام دهد.

امروزه پرنده ها به اتوپایلوتهای بسیار قوی مجهز هستند که توانایی انجام یک عملیات تصویربرداری هوایی را بصورت کامل و از صفر تا صد دارند. بدین معنی که پس اینکه مسیر پروازی برای پرنده مشخص شد، می تواند از سر جای خود بلند شده، ارتفاع گرفته تا به نقطه اول برسد، سپس در مسیر از پیش تعیین شده حرکت کند، تصویربرداری را انجام دهد و بدون هیچ دخالت عامل انسانی بر سر جای خود فرود آید.

گیرنده جی پی اس (GPS): یکی دیگر از مهمترین قطعات مورد نیاز بر روی پرنده جهت پرواز اتوماتیک آن و همچنین تولید تصاویر مختصات دار، قطعه ای به نام GPS است. نقشه بردارها معمولا به خوبی با این قطعه آشنایی دارند. بطور کلی جی پی اس هایی که بر روی پرنده ها نصب می شوند معمولا دقتی در حد یک GPS معمولی (۳ تا ۵ متر) دارند.

اما در برخی موارد از GPSهای دقیق نظیر سیستم های RTK و یا PPK استفاده می شود. استفاده از جی پی اس های دقیق بر روی پرنده مزایایی از قبیل کاهش و یا حذف نقاط کنترل زمینی و همچنین افزایش دقت مدلسازی سه بعدی دارد.

گیمبال: مانت یا نگهدارنده دوربین که در اصطلاح به آن گیمبال گفته می شود، وسیله ای است که دوربین بر روی آن نصب شده و سپس به بدنه پرنده وصل می شود. یعنی گیمبال وسیله ایست که وظیفه نگهداری، چرخش و جلوگیری از لرزش دوربین را بعهده دارد. معمولا گیمبال ها بصورت یک، دو و یا سه محوره هستند.

در گیمبال های تک محوره دوربین در جهت یک زاویه خاص (برای مثال در کارهای نقشه برداری در جهت عمود بر زمین) قرار می گیرد و وظیفه گیمبال فقط نگهداری دوربین و جلوگیری از لرزش آن است. در گیمبال های دو و یا سه محوره امکان چرخش دوربین به زوایای مختلف جهت فیلمبرداری و تصویربرداری در زوایای دلخواه نیز وجود دارد. بر روی برخی گیمبال ها شاترزن جهت تصویربرداری نیز وجود دارد.

علاوه بر موارد بالا، قطعات الکترونیکی دیگری بر روی پرنده نصب می شود که توضیح مفصل آنها در تخصص بنده و این وبسایت نیست.

دوربین تصویربرداری: یکی دیگر از مهمترین وسایلی که بر روی پرنده نصب می شود، دوربین تصویربرداری است. معمولا دوربین برای امور فتوگرامتری از اهمیت ویژه ای برخوردار است به همین دلیل کمی بیشتر در مورد این وسیله اندازه گیری توضیح خواهم داد. برای شناخت بهتر دوربین بهتر است با این وسیله بیشتر آشنا شویم.

ساختار ثبت تصویر در یک دوربین تصویربرداری بصورت زیر است.

این تصویر بیان می کند که زمانی که یک نور از جمسی ساطع می شود، در اولین مرحله به مجموعه لنز برخورد می کند. به همین دلیل یک لنز باید ویژگی هایی نظیر کیفیت ساخت و تراش بالا و جنس مرغوب را داشته باشد. همچنین بهتر است از لنزهایی با فاصله کانونی ثابت بدلیل شارپنس بالا و اعوجاج کمتر استفاده شود.

در برخی موارد ممکن است قیمت یک لنز از قیمت بدنه دوربین نیز بیشتر شود. بعد از آنکه نور از مجموعه لنز عبور کرد می بایست از روزنه ای بنام دیافراگم عبور کند. بطور کلی دیافراگم میزان نور ورودی به بدنه دوربین را مشخص می کند. معمولا دیافراگم در مجموعه لنز قرار دارد اما در برخی از دوربین ها دیافراگم در بدنه تعبیه می شود.

پس از آنکه نور به بدنه دوربین وارد شد، می بایست به سطح حساس به نور (سنسور) برخورد کرده و تصویر ثبت شود. اما اگر میزان تابش نور به سنسور زیاد شود تصویر شما بسیار روشن و در برخی موارد کاملا سفید می شود. به همین دلیل تیغه ای در جلوی لنز وجود دارد که در مدت زمان کوتاهی باز و بسته می شود.

این تیغه که به آن شاتر می گویند در کسری از ثانیه باز و بسته می شود تا مدت زمان برخورد نور به سنسور را تعیین کند. اگر میزان بازشدگی شاتر بیش از حد مورد نیاز باشد، در پهپاد فتوگرامتری که پرنده در حال حرکت است باعث کشیدگی تصویر و مات شدن آن می شود. پس تنظیم این پارامتر از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در لحظه ای که نور از شاتر عبور می کند این نور به صفحه ای حساس برخورد کرده که به آن سنسور می گوییم. سنسور قطعه ای بسیار حساس و ظریف است که از کنار هم قرار گرفتن میلیونها قطعه الکترونیکی که به آنها پیکسل می گوییم درست شده است. وظیفه سنسور دریافت نور، ثبت و ذخیره آن است.

سپس داده ها از سنسور به یک پردازشگر داده می شود تا این داده ها به تصویر تبدیل شوند. معمولا دوربین های تصاویر را در فرمت های Raw (خام) و JPEG ذخیره می کنند.

پس بطور کلی برای آنکه بتوانیم تصاویر واضح و با کیفیتی تولید کنیم می بایست پارامترهایی که در بالا ذکر شد را به درستی تنظیم کنیم. یعنی علاوه بر استفاده از یک لنز مناسب، سرعت شاتر و میزان بازشدگی دریچه دیافراگم را به خوبی تنظیم کنیم. از آنجایی که در پهپاد فتوگرامتری پرنده در حال حرکت است، می بایست سرعت شاتر به گونه ای تنظیم شود که کشیدگی در تصاویر بوجود نیاید.

علاوه بر این اگر سرعت شاتر را بالا ببریم یعنی زمان باز و بسته شدن شاتر را کوتاه کنیم، نور کمتری وارد دوربین می شود. نور کمتر یعنی تصویری تیره تر و این برای فتوگرامتری مناسب نیست. برای جلوگیری از این اتفاق می بایست دریچه دیافراگم را تا حد ممکن باز کرد. باز شدگی دریچه دیافراگم بیش از حد معمول باعث مات شدن تصویر می شود.

پس همیشه می بایست یک رابطه مناسبی بین سرعت شاتر و دریچه دیافراگم پیدا کرد و آنها را به گونه ای تنظیم کرد که بهترین تصاویر برای ما ثبت شوند.

آموزش نقشه برداری با پهپاد (دوربین های مورد استفاده)

در مبحث پهپاد فتوگرامتری نیازی به تهیه و استفاده از دوربین هایی که با عنوان «متریک» آنها را می شناسیم نیست. شما می توانید از اکثر دوربین های دیجیتال برای این امر استفاده نمایید. دوربین های دیجیتالی که امروزه در دست عموم مردم به وفور یافت می شود. همین امر نیز برای بحث فتوگرامتری برد کوتاه صادق است.

اما یک دوربین تصویربرداری چه ویژگی هایی باید داشته باشد تا بتوانیم به دقت و نتیجه بهتری دست پیدا کنیم؟

به طور کلی و از یک نوع دسته بندی دوربین های دیجیتال را به سه دسته متریک، نیمه متریک و غیر متریک می توان تقسیم بندی نمود.

دوربین های متریک: معمولا دوربین هایی هستند که جنس بدنه مقاومی دارند. یعنی شرایط محیطی مثل گرما و سرما (انقباض و انبساط) بر روی آنها تاثیری نمی گذارد. علاوه بر این ابعاد سنسور آنها در قطع فول فریم است. یعنی ابعاد هر پیکسل به نسبت سایر دوربین ها بزرگتر بوده و این خود به رسیدن به تصاویری با نور کافی و وضوح بالا کمک می کند.

علاوه بر این معمولا دوربین های متریک از لنزهایی با فاصله کانونی ثابت استفاده می کنند. در ساخت این لنزها از یک عدسی استفاده می شود و این عدسی نیز از بهترین جنس بوده و برش آن با بالاترین دقت انجام می شود. همه این موارد به داشتن تصویری با شارپنس بالا (وضوح بالا) و اعوجاج پایین (چیزی که ما در فتوگرامتری به دنبال آن هستیم) کمک می کند.

همچنین وجود چنین لنزهایی سبب می شود که پارامترهای کالیبراسیون معمولا در طول زمان ثابت بوده و تغییرات زیادی نداشته باشد. البته باید خاطرنشان کرد اصطلاح متریک بیشتر برای دوربین های آنالوگ که ویژگی های خاص دیگری داشتند به کار گرفته می شد. امروزه با انتخاب صحیح بدنه و لنز می توان به دوربین هایی نظیر دوربین های متریک دست یافت.

دوربین های نیمه متریک: اصطلاح نیمه متریک به نوعی برگرفته از دوربین های متریک است. برای داشتن یک دوربین نیمه متریک یا دوربینی که تا حد زیادی به دوربین های متریک نزدیک باشد کافی است که از یک بدنه مناسب به همراه یک لنز با فاصله کانونی ثابت استفاده کنیم.

می توان با بهره گیری از دوربین هایی که امروزه در دو قطع فول فریم و هاف فریم (Half Frame or APS-C) در بازار وجود دارند به همراه یک لنز با کیفیت با فاصله کانونی ثابت استفاده کرد و یک دوربین در حد متریک را ایجاد نمود.

دوربین های غیرمتریک: دوربین های غیر متریک معمولا به دوربین های کامپکت خانگی اتلاق می شوند که با هر بار روشن و خاموش کردن لنز به بیرون و داخل هدایت می شود. یکی از مزایای دوربین های نیمه متریک نسبت به غیرمتریک ها همین مورد است. یعنی در لنزهایی که بر روی دوربین های نیمه متریک سوار می شود می توان فاصله کانونی را ثابت نگه داشت.

و حتی می توان دوربین را با یک فاصله کانونی خاص ثابت کرد و آن را کالیبره نمود. اما در دوربین های خانگی به دلیل زوم بودن لنزها و تغییر وضعیت آنها با هر بار روشن و خاموش کردن دوربین، نمی توان انتظار داشت که وضعیت هندسی عدسی ها در یک فاصله کانونی خاص در دو مرحله با هم یکسان باشد. یعنی با هربار روشن و خامون کردن دوربین وضعیت عدسی ها به هم ریخته و تغییر می کند.

این امر باعث می شود تا پارامترهای کالیبراسیون چنین دوربین هایی ثابت باقی نماند. علاوه بر این موارد در ساخت چنین دوربین هایی از عدسی ها کم کیفیت استفاده شده که باعث اعوجاجات بسیار زیاد در تصاویر می شود. همچنین کیفیت پایین لنز و سنسور در این دوربین ها منجر به ثبت تصاویر کم کیفیت و اعوجاج داری می شود که از نظر فتوگرامتری چنین تصاویری قابل قبول نیستند.

نتیجه گیری از مبحث دوربین ها

پس بطور کلی می توان بیان کرد با داشتن دوربین های نیمه متریک می توان پروژه های فتوگرامتری را چه در زمینه پهپاد و چه در زمینه برد کوتاه به راحتی انجام داد.عوامل موثر دیگری در انتخاب یک دوربین جهت تصویربرداری هوایی با هدف تولید نقشه وجود دارد که می توان آنها را به صورت زیر بر شمرد.

وزن قابل حمل پرنده: دقت داشته باشید هر پرنده ای نمی تواند هر نوع دوربینی را از روی زمین بلند کند. در زمان ساخت پرنده ها میزان وزنی که یک پرنده می تواند از زمین بلند کند بصورت خیلی دقیق طراحی و محاسبه می شود. پس هرچقدر دوربین سبکتر باشد فشار کمتری به پرنده وارد شده و این خود باعث می شود که مدت زمان پروازی پرنده بیشتر شود.

ارتفاع پرواز: یکی دیگر از فاکتورهای انتخاب دوربین ارتفاع پرواز است. بدین معنی که باید بدانیم که معمولا قرار است در چه ارتفاعی پرواز صورت گیرد. اگر در ارتفاعات پایین (۱۰۰ و کمتر از آن) پرواز انجام می شود نیازی به استفاده از دوربین های گران قیمت نیست. اما اگر در ارتفاع بسیار زیاد نظیر ۴۰۰متر و بالاتر پرواز صورت می گیرد بهتر است از دوربینی استفاده شود که در آن ارتفاع وضوح تصویر بهتری به شما بدهد.

مقیاس و دقت مورد نیاز: بطور کلی مقیاس نقشه مورد نظر، ارتفاع پرواز، نوع دوربین، پوشش های طولی و عرضی و بسیاری دیگر از پارامترها را مشخص می کند.

سرعت پرواز پرنده: باید بدانیم که معمولا قرار است پرنده ما با چه سرعتی پرواز کند. این امر در هنگام استفاده از هواپیماها بسیار حساس می شود. برای مثال اگر سرعت پرنده زیاد و قرار باشد در ارتفاع پایین تصویربرداری انجام پذیرد، باید از دوربینی استفاده شود که بتواند هر یک ثانیه تصویربرداری کند. قابلیت تصویربرداری در هر ثانیه در اکثر دوربین ها وجود ندارد. به همین دلیل می بایست فاکتور سرعت پرواز را مد نظر داشت.

بطور کلی نمی توان برای هر پروژه یک دوربین خاصی را در نظر گرفت. زمانی که شما از یک پرنده خاص استفاده می کنید نهایتا می توانید از یک و در برخی موارد دو دوربین بسته به پروژه های مختلف استفاده کنید. پس اگر دوربین بصورت پک بر روی پرنده شما وجود نداشت و قصد داشتید که یک دوربین برای پهپاد خود انتخاب کنید حتما به فاکتورهایی که بیان شد دقت نمایید.