1、April 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 07.040; 37.040.01!%b+“2630861www.din.deDIN 18740-4Photogrammetrische Produkte Teil 4:
2、Anforderungen an digitale Kameras fr Luftbild- und WeltraumphotogrammetriePhotogrammetric products Part 4: Requirements for airborne and spaceborne digital camerasProduits photogrammtriques Partie 4: Exigences des cameras digitales ariennes et satellitairesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag
3、 GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 18740-4:2007-09www.beuth.deGesamtumfang 21 SeitenDDIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau)DIN 18740-4:2017-04 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Anforderungen an das Kamerasystem 10 4.1 Allgemeines . 1
4、0 4.2 Komponenten des Kamerasystems . 11 4.2.1 Belichtung, Bildwanderungsausgleich und Lageregelung . 11 4.2.2 Optisches System . 11 4.2.3 Detektor und Signalverarbeitung 11 4.2.4 Umgebungsbedingungen 11 4.3 Kamerakalibrierung . 12 4.3.1 Allgemeines . 12 4.3.2 Geometrische Kalibrierung . 12 4.3.3 Ra
5、diometrische Kalibrierung . 12 4.4 Systeme fr die Positions- und Neigungsbestimmung . 12 5 Anforderungen an die Bildaufnahme . 13 5.1 Allgemeines . 13 5.2 Abtastmuster . 13 5.2.1 Flughhe einer spezifischen Kamera . 13 5.2.2 Radiometrische Dynamik . 13 5.3 Aufnahmebedingungen . 14 5.4 Bildflugzeug .
6、14 5.5 Positionsbestimmung 14 5.6 Bildlage 14 5.7 Flchendeckende Senkrechtaufnahmen . 14 6 Anforderungen an das digitale Bild 15 6.1 Digitales Rohbild 15 6.2 Digitales Messbild 15 7 Speicherung und Dokumentation 15 7.1 Allgemeines . 15 7.2 Kompression . 15 7.3 Metadaten . 15 7.4 Bildflugdokumentatio
7、n . 16 Anhang A (normativ) Spezifikation fr Bildflugprojekte . 17 Anhang B (informativ) Beispiel fr die Spezifikation eines Bildflugprojekts . 19 Literaturhinweise . 21 DIN 18740-4:2017-04 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau), Fachbereich 03 Geodsie, Geoinformatio
8、n“, Arbeitsausschuss NA 005-03-02 AA Photogrammetrie und Fernerkundung“ erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Die Normenr
9、eihe DIN 18740 Photogrammetrische Produkte besteht aus Teil 3: Anforderungen an das Orthophoto Teil 4: Anforderungen an digitale Kameras fr Luftbild- und Weltraumphotogrammetrie Teil 5: Anforderungen an die Klassifizierung optischer Fernerkundungsdaten Teil 6: Anforderungen an digitale Hhenmodelle T
10、eil 7: Anforderungen an das Pansharpening Teil 8: Validierungsverfahren optischer Fernerkundungsdaten (in Vorbereitung) nderungen Gegenber DIN 18740-4:2007-09 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) In der berarbeiteten Version wird bei den Anforderungen kein Unterschied mehr zwischen Luftbildkame
11、ras und Satellitenkameras gemacht; b) der Titel wurde gendert; c) die Norm wurde generell berarbeitet und an den Stand der Technik angepasst. Frhere Ausgaben DIN 18740-4: 2007-09 DIN 18740-4:2017-04 4 Einleitung Die Photogrammetrie ist ein Verfahren, aus Bildern geometrische und thematische Informat
12、ionen zu gewinnen und zu verarbeiten. Zur Erfassung geobezogener Bilddaten werden eine Vielzahl von Sensoren (z. B. Kameras, Radar, Laser) eingesetzt. Entsprechend der Zielsetzung der Normenreihe DIN 18740, Photogrammetrische Produkte festzulegen, konzentriert sich die vorliegende Norm auf digitale
13、photogrammetrische Kameras fr Luftbild- und Weltraumphotogrammetrie und die damit erzeugten Bilddaten. Eine digitale Messkamera stellt einen Sensor dar. Sie ist integriert in ein Sensorsystem, welches u. a. auch die Plattform, das Positionsbestimmungssystem und die Navigation sowie die Datenspeicher
14、ung umfasst. Detektoren erfassen das durch das optische System projizierte Bild. Die Erfassung erfolgt ber einzelne Detektorelemente oder Detektorarrays, die in der Fokalebene angeordnet sind (rumliche Diskretisierung). Die aus den Detektorelementen ausgelesenen elektrischen Signale werden anschliee
15、nd digitalisiert (radiometrische Diskretisierung) und als zweidimensionales geordnetes Datenfeld fr die Weiter-verarbeitung zur Verfgung gestellt. Die einzelnen Elemente dieses Datensatzes werden als Pixel (en: picture element digitales Bildelement) bezeichnet. Das auf diese Weise entstandene digita
16、le Bild ist Grundlage fr photogrammetrische und fernerkundliche Anwendungen sowie fr Visualisierungsaufgaben. Fr Luftbilder werden im Formblatt nach Anhang A die spezifischen Parameter eines einzelnen Bildflug-projektes mit digitalen Kameras angegeben. DIN 18740-4 behandelt drei Schwerpunktthemen: K
17、amerasystem (siehe Abschnitt 4); Bildaufnahme (siehe Abschnitt 5); digitales Bild (siehe Abschnitt 6). DIN 18740-4:2017-04 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr digitale Kameras auf Flugzeug- und Satellitenplattformen, die Bildaufnahme und die dabei entstehenden Bilddaten. Diese Norm gilt fr Bild
18、daten von digitalen Flchen- oder digitalen Zeilenkameras, die fr messtechnische Zwecke eingesetzt werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen
19、 gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN ISO 9022-3, Optik und Photonik Umweltprfverfahren Teil 3: Mechanische Beanspruchung ISO 7137, Aircraft Environmental conditions and te
20、st procedures for airborne equipment 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.3 Bildflugzeug (en: survey aircraft) fr die Aufnahme von Luftbildern geeignetes und zugelassenes Luftfahrzeug Anmerkung 1 zum Begriff: Neben den klassischen Luftfahrzeugen finden in der
21、 zivilen Fernerkundung zunehmend auch Drohnen (en: UAV unmanned aerial vehicle) Verwendung, bei denen fr den ferngesteuerten erdnahen Betrieb besondere Sicherheitsanforderungen gelten. QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.1.5 3.4 Kamera (en: camera) passives Fernerkundungssystem mit einem oder ein
22、er Kombination von Sensoren QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.2.1 3.5 Bodenauflsung (en: ground sampling distance GSD) Abstand der Mittelpunkte der von einem Sensorelement erfassten Oberflchenelemente bezogen auf eine mittlere Gelndehhe und eine mittlere Flughhe Anmerkung 1 zum Begriff: Bei der
23、 Angabe der Bodenauflsung von Fernerkundungssystemen wird im Allgemeinen von einer lotrechten Aufnahmerichtung ausgegangen. Anmerkung 2 zum Begriff: Die Bodenauflsung hat in der Praxis die Angabe des mittleren Bildmastabes abgelst. Je nach Reliefenergie und Aufnahmewinkel kann die lokale Bodenauflsu
24、ng von einer vorgegebenen Bodenauflsung um 30 % abweichen, ohne dass z. B. dadurch die praktische erfahrbare Qualitt von Orthobildern berhrt wird. QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.4.1 DIN 18740-4:2017-04 6 3.6 rumliche Auflsung (en: spatial resolution) Fhigkeit eines Sensorsystems, Signale von
25、 benachbarten Objektstrukturen getrennt zu erfassen Anmerkung 1 zum Begriff: Die rumliche Auflsung kann entweder auf die Bildgre (in m) oder auf die Objektgre (in m) bezogen werden. Anmerkung 2 zum Begriff: Die rumliche Auflsung wird durch die Bodenauflsung und die Modulationsber-tragungsfunktion (M
26、TF) bestimmt. QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.4.2 3.7 Bewegungsunschrfe (en: motion blur) gerichtete Verstrkung der Bildunschrfe verursacht durch Eigenbewegung der Plattform whrend der Belichtung Anmerkung 1 zum Begriff: Die Bewegungsunschrfe wurde frher als Bildwanderung bezeichnet. QUELLE:
27、E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.4.7 3.8 Bildstabilisierung (en: image stabilisation) mechanische, elektronische oder bildverarbeitungsbasierte Kompensation der Bewegungsunschrfe QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.4.8 3.9 Time delayed Integration TDI (en: time delayed integration) Detektoranordnun
28、g zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhltnisses Anmerkung 1 zum Begriff: Synchron zur Kamerabewegung werden die Ladungen in den Detektorzeilen des Sensors so verschoben, dass dadurch eine lngere Belichtungszeit und ein besseres Signal-Rauschverhltnis erzielt werden. QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Be
29、griff 5.4.9 3.10 Instantaneous Field of View IFOV (en: instantaneous field of view) ffnungswinkel, unter dem ein Detektor Strahlung erfasst QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.4.11 3.11 Flughhe (en: flying height, altitude) vertikaler Abstand des Sensors bzw. der Plattform von einer Bezugshhe im
30、Gelnde DIN 18740-4:2017-04 7 Anmerkung 1 zum Begriff: Bei der Aufnahme vom Flugzeug aus wird sie in der Regel auf eine mittlere Gelndehhe bezogen und als Flughhe ber Grund angegeben. Bei der Aufnahme vom Satelliten aus wird die ungefhre Bahnhhe ber dem Meeresspiegel angegeben. QUELLE: E DIN 18716:20
31、16-04, Begriff 5.5.4 3.12 Aufnahmeort (en: exposure station) Ort des objektseitigen Projektionszentrums im Augenblick der Aufnahme, bezogen auf das Objekt-koordinatensystem QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.5.6 3.13 Senkrechtaufnahme (en: nadir view) annhernd lotrechte Aufnahme mit einem Neigun
32、gswinkel 0 QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.5.8 3.14 Horizontalaufnahme (en: horizontal view) waagerechte Aufnahme mit einem Neigungswinkel 90 QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 5.5.9 3.15 Schrgaufnahme (en: oblique view) Aufnahme mit einem Neigungswinkel 0 Verfahren der Feststellung, ob Sen
33、soren oder Datenprodukte geeignet sind, Anforderungen fr eine beabsichtigte Anwendung zu erfllen QUELLE: E DIN 18716:2016-04, Begriff 3.6 3.29 Zeilenfrequenz (en: horizontal frequency) Anzahl der je Sekunde aufgenommenen Zeilen In Anlehnung an IEV 723:2000 3.30 Integrationszeit (en: integration time
34、) Zeitraum, ber den eine vernderliche Gre ermittelt wird In Anlehnung an IEV 531:1989 Anmerkung 1 zum Begriff: Die Integrationszeit entspricht bei Kameras der Belichtungszeit. 3.31 Artefakt (en: artefact) im Bild sichtbare Struktur, die keine Struktur an der entsprechenden Position des Objektes dars
35、tellt und nicht durch Rauschen erklrt werden kann QUELLE: DIN EN 62464-1:2009-07, Begriff 3.1.3 Anmerkung 1 zum Begriff: Sensortypische Beispiele sind Farbsume, partielle Bildausflle. 3.32 Antennenexzentrizitt (en: antenna eccentricity) Koordinatendifferenzen x, y, z zwischen dem Phasenzentrum der G
36、NSS-Antenne und dem Projektionszentrum, bezogen auf das Bildkoordinatensystem der Kamera DIN 18740-4:2017-04 10 3.33 Projektionszentrum (en: projection center) Punkt der Zentralperspektive durch den alle geradlinigen Bildstrahlen verlaufen Anmerkung 1 zum Begriff: Bei dem Projektionszentrum handelt
37、es sich um einen theoretisch/rechnerischen Punkt. Anmerkung 2 zum Begriff: Bei einem realen optischen System existiert sowohl ein objekt- als auch bildseitiges Projektionszentrum, das jeweils durch den Schnittpunkt von Eintritts- bzw. Austrittspupille mit der optischen Achse definiert ist. QUELLE: E
38、 DIN 18716:2016-04, Begriff 5.3.12 3.34 globales Navigationssatellitensystem GNSS (en: Global Navigation Satellite System) Satellitennavigationsystem, das fr eine weltweite Positionierung, Navigation und Zeitbestimmung (PNT) genutzt werden kann Anmerkung 1 zum Begriff: PNT im Englischen steht fr Pos
39、itioning, Navigation and Timing. QUELLE: DIN 18709-3:2012-10, Begriff 8.2 4 Anforderungen an das Kamerasystem 4.1 Allgemeines Fr flugzeug- und satellitengesttzte Sensorsysteme gelten grundstzlich die gleichen Anforderungen. Allerdings sind nach Start der Satellitenplattform keine direkten Messungen,
40、 Kalibrierungen und Wartungen mehr mglich, so dass sich Nachjustierungen auf Methoden der Validierung und des Postprozessings der Daten beschrnken mssen. Mit dem Kamerasystem mssen photogrammetrisch ausmessbare und der Anwendung entsprechend spektral klassifizierbare und farbgetreue Bilder erzeugt w
41、erden knnen. Das Kamerasystem oder seine Subsysteme mssen geometrisch und radiometrisch kalibriert sein. Die auf das Bildprodukt bezogene Qualitt des Kamerasystems ist durch ein Herstellerzertifikat zu belegen. Das Herstellerzertifikat muss mindestens folgende Qualittsnachweise umfassen: rumliche Au
42、flsung; radiometrische Qualitt. Zustzlich muss das Zertifikat je nach Anwendungsfall eine geometrische und/oder radiometrische Kalibrierung umfassen. Die Methoden der Kalibrierung mssen im Zertifikat genannt sein einschlielich der Zertifizierung der Messmittel. Sollen Multispektralkanle mit geringer
43、er Auflsung mit einem panchromatischen Kanal fusioniert werden, muss das Farbbild durch Pansharpening entsprechend den Anforderungen der DIN 18740-7 erstellt werden. DIN 18740-4:2017-04 11 4.2 Komponenten des Kamerasystems 4.2.1 Belichtung, Bildwanderungsausgleich und Lageregelung Bei Kameras mit Fl
44、chensensoren muss die Belichtung mittels Zentralverschluss und mit konstanter Zugriffszeit erfolgen. Enthlt eine Kamera mehrere Aufnahmemodule mit jeweils eigenen Verschlssen, so muss die Synchronisation der Verschlsse so genau sein, dass in den prozessierten Bildern keine Artefakte fr ortsfeste Obj
45、ekte erkennbar sind. Die Auslsezeitpunkte mssen auf 0,1 ms protokolliert und bei der Erstellung der Messbilder bercksichtigt werden. Die maximale Bewegungsunschrfe muss kleiner sein als die angestrebte Bodenauflsung. Wenn dies in Flugrichtung durch die Kombination von Fluggeschwindigkeit und Bodenau
46、flsung nicht sichergestellt ist, muss das Kamerasystem mit Einrichtungen fr den Bildwanderungsausgleich, z. B. FMC (en: Forward Motion Compensation) oder TDI, betrieben werden. Eine durch Winkelnderungen entstehende Bewegungs-unschrfe muss durch Einsatz einer regelbaren Aufhngung kompensiert werden,
47、 die Kombination beider Systeme realisiert eine wirkungsvolle Bildstabilisierung. 4.2.2 Optisches System Das optische System muss das analoge Bild so auf den Detektor abbilden, dass bei der Diskretisierung keine Abtastfehler entstehen und gleichzeitig das maximale Auflsungspotential erzielt wird. Da
48、s optische System muss deshalb auf den Abstand der Detektorelemente abgestimmt sein. Das optische Auflsungsvermgen A sollte mglichst folgenden Wert erreichen: = 1 000/(2 b) (1) Dabei ist A Auflsungsvermgen in 1/mm; SbPixelabstand in m. Das Auflsungsvermgen muss fr Kameras mit Flchensensoren nach dem
49、 Kalibrierungszertifikat radial und tangential ermittelt werden. 4.2.3 Detektor und Signalverarbeitung Die Detektorarrays mssen in der Fokalebene des Objektivs aufgebracht sein. Das gemessene Signal wird durch statische und dynamische Strungen beeinflusst. Die statischen Anteile (z. B. PRNU, DSNU und Detektordefekte) mssen im Rahmen der ra
