HOGENT - bachelor vastgoed afstudeerrichting landmeten - meetmethodes 3 (fotogrammetrie)

Meetmethodes 03 Fotogrammetrie

Fotogrammetrie Theorie

Dr. Cornelis Stal Dr. Marie-Leen Verdonck V1 (Dutch version)

Departement Omgeving

Bachelor in het vastgoed Meetmethodes 03 Fotogrammetrie 2021-2022

Inhoudstafel 1

Algemene principes van de fotogrammetrie 1.1

Ontstaan van de fotogrammetrie

4

1.2

Geschiedenis van de fotogrammetrie

5

1.2.1

Ontstaan van de fotografie

5

1.2.2

Analoge tijdperk

5

1.2.3

Analytische tijdperk

6

1.2.4

Digitale tijdperk

7

1.3

Teledetectie

2

Classificatie van teledetectiesystemen

3

Toepassingen

4

7

9 10

3.1

Toepassingsdomeinen

10

3.2

Fotogrammetrische producten

10

3.2.1

Beeldproducten

10

3.2.2

Hoogteproducten

11

3.2.3

Objectproducten

12

3.2.4

Samengestelde producten: 3D stadsmodellen

12

Verwezenlijking van beelden 4.1

Fotocamera’s

14 14

4.1.1

Fotografische parameters: belichting

15

4.1.2

Balans tussen apertuur, sluitertijd en lichtgevoeligheid

19

4.1.3

De film of de sensor

20

4.1.4

Fotogrammetrische parameters

21

4.1.5

Luchtfotocamera’s

25

4.1.6

Camera’s voor terrestrische fotogrammetrie

25

4.2

Scanners

25

4.2.1

Optisch-mechanische scanner

25

4.2.2

Kenmerken van Scanners

26

4.2.3

Digitale Scanner

30

4.3

5

3

Radar en laser

Aanmaak en opbouw van digitale beelden 5.1

Digitale Beelden

32

34 34

5.2

Panchromatische beelden

35

5.2.2

Multispectrale beelden

36

5.2.3

Hyperspectrale beelden

37

Resolutie

Het fotogrammetrisch proces 6.1

Fotografische opname

40 41

Schaal

41

6.1.2

Overlap

42

6.1.3

Samenvattende parameters

43

Restitutie

44

6.2.1

Interne oriëntatie

45

6.2.2

Relatieve oriëntatie

46

6.2.3

Absolute oriëntatie

46

Metingen en producten

47

6.3

6.3.1

Foto en terreincoördinaten

47

6.3.2

Hoogteligging

48

6.3.3

Orthofotoproductie

48

6.4

Beeldverwerking

49

6.4.1

Image matching

49

6.4.2

Structure from motion (SfM)

49

6.4.3

Multispectrale beeldclassificatie

49

Luchtfotografie

52

7.1

Tilt

52

7.2

Bedekking

53

7.3

Vertekeningen

54

7.3.1

Radiale reliëfsverplaatsing

7.3.2 Vertekeningen ten gevolge van het niet vlak zijn van het terrein of hellende opname as 7.4

8

38

6.1.1

6.2

7

35

5.2.1

5.3

6

Soorten digitale beelden

Verloop van de opname

54 54 56

7.4.1

Projectdefinitie

56

7.4.2

Projectontwerp

57

7.4.3

Projectuitvoering

57

Satellietwaarnemingen

58

8.1

Inleiding

58

8.2

Baan van de satelliet

58

8.2.1

Geostationaire baan

58

8.2.2

Polaire baan

58

8.2.3

Oblieke baan

58

8.3

9

Resolutie

RPAS 9.1

58

60

Enkele definities en context

60

9.1.1

Het platform

60

9.1.2

UAS-exploitanten en piloten op afstand

61

9.1.3

Wetgeving

61

9.2

UAS-categorieën: OPEN, SPECIFIC en CERTIFIED

61

9.2.1

OPEN

9.2.2

SPECIFIC

4

9.2.3

CERTIFIED

9

9.3

Opleiding

9.4

Toepassingen van RPAS voor de landmeter

10

Terrestrische fotogrammetrie

61

9 11

12

10.1

Kleurkalibratie en witbalans

12

10.2

Algemene opmerkingen bij de opnames

13

11

Checklist voor veldwerk

14

12

Handige software

15

13

Literatuurlijst

16

3 1 Algemene principes van de fotogrammetrie “Photogrammetry is the art, science and technology of obtaining reliable information about physical objects and the environment, through processes of recording, measuring, and interpreting photographic images and patterns of recorded radiant electromagnetic energy and other phenomena” (Definitie volgens ASPRS).

Fotogrammetrie is de techniek, wetenschap of kunst om betrouwbare metingen te verrichten met behulp van foto’s. De metingen en waarnemingen worden vanop afstand verricht, zonder fysiek in contact te komen met het waargenomen object of fenomeen. De term is afgeleid uit het Grieks, en laat zich letterlijk vertalen als het gebruik van “licht” (φωτός) voor het schrijven (γράφω) van en “meten” (μέτρον).

Samen met de uitvinding van de fotografie, halverwege de negentiende eeuw, begon de ontwikkeling van de fotogrammetrie. Tijdens die evolutie werd de discipline van fotointerpretatie meermaals opgenomen in handboeken en literatuur over dit onderwerp. Dat leidde tot het ontstaan van parallelle studies over de teledetectie (“remote sensing”, synoniem voor afstandswaarneming of remote sensing). Vaak werd het onderscheid tussen fotogrammetrie en teledetectie gemaakt op basis van het gebruik van respectievelijk conventionele foto’s en satellietbeelden. In recente werken is het onderscheid tussen de beide vakgebieden minder duidelijk en is een inzicht in het ene nodig om specialisatie in het andere te bekomen.

Verder wordt er een onderscheid gemaakt tussen actieve en passieve systemen (Figuur 1-1). Actieve systemen bepalen locaties aan de hand van de afgelegde afstand van een signaal dat ze zelf uitsturen. Binnen de landmeetkunde is de elektromagnetische afstandsmeting een veelgebruikte toepassing van actieve meetsystemen, zoals geïmplementeerd in een totaalstation of laserscanner. Passieve systemen zijn vergelijkbaar met het menselijke zicht en de locatie van de waargenomen objecten wordt bepaald door middel van parallax. Parallax is een verschijnsel waarbij de positie van een voorwerp t.o.v. een ander voorwerp/achtergrond kan variëren afhankelijk van de positie van waaruit het wordt bekeken en wordt gemeten aan de hand van een waargenomen richtingsverandering op basis van natuurlijk of kunstlicht.

De techniek laat toe om een object geometrisch te documenteren, zonder dat hiervoor contact met het object vereist is. Dit is in veel gevallen een zeer goede eigenschap, bijvoorbeeld wanneer het object niet toegankelijk is in verband met veiligheid, of wanneer het object fragiel is. Verderop in dit hoofdstuk zullen we zien dat de fotogrammetrie gebaseerd is op collineariteit. Hierbij vertrekken we van een cameramodel, waarbij het gefotografeerde object en de projectie van dit object op de film of sensor verbonden zijn door rechte lijnen.

Alle projectielijnen snijden elkaar daarnaast door het centrum van de camera. Deze lijnen impliceren eveneens dat een opname met een fotocamera resulteert in een opname volgens centrale projectie. Objecten lijken zich hierbij van het optisch centrum (ook wel principaal punt) weg te verplaatsen. Deze beeldverplaatsing, of parallax, maakt dat we meerdere beelden nodig hebben in een triangulair stelsel, om te komen tot een metrisch correcte representatie van het object.

Algemene principes van de fotogrammetrie

4

Figuur 1-1: Opdeling van de meetmethodes die licht gebruiken

Omdat deze meettechniek voortdurend evolueert, zijn mogelijke toepassingen van fotogrammetrie ook zeer divers. Als voornaamste vermelden we hier dat het de basis levert van nagenoeg alle bronnen van ruimtelijke informatie en geodata. Voor landmeters is verder nog de terrestrische fotogrammetrie van belang. De technieken en wiskundige principes zijn in de beide gevallen analoog; de verschillen situeren zich in de schaal van de toepassing en het operationele gebeuren van de opmeting.

1.1 Ontstaan van de fotogrammetrie Het menselijk zicht laat ons toe om onze omgeving te begrijpen en er mee in interactie te treden. De fotografie zorgt voor een momentopname van wat we op een bepaald moment vanuit een bepaald standpunt kunnen zien. Als we vervolgens op dat fotomateriaal metingen kunnen uitvoeren, kunnen we een meerwaarde toevoegen aan anders vluchtige waarnemingen.

De voordelen hierbij zijn: -

-

We hoeven het object dat we waarnemen niet aan te raken De opname kan snel gebeuren en de verwerking op een later tijdstip Het is een niet of weinig selectieve methode. Als een voorwerp op onze foto staat, is het waargenomen, ook al hebben we er nog geen meting op uitgevoerd. Hiervoor is begrip van de randvoorwaarden waarbinnen men kan meten van essentieel belang (bvb resolutie) We kunnen kleurinformatie registreren

Algemene principes van de fotogrammetrie

5 1.2 Geschiedenis van de fotogrammetrie 1.2.1 Ontstaan van de fotografie Reeds in de vijftiende eeuw bestudeerde Leonardo da Vinci de principes van aerodynamica, optische projectie. Hij ontwierp ook technieken voor het vormen en polijsten van lenzen.

Eeuwenlang werden deze technieken verfijnd in diverse disciplines zoals astronomie, tot Tournachon zijn camera en hete luchtballon gebruikte om landschappen vanuit de lucht te fotograferen in 1858 (Figuur 1-2).

Figuur 1-2: Cartoon omtrent Nadar’s activiteiten

Aimé Laussedat experimenteerde met dezelfde technieken om metingen te verrichten met dergelijke foto’s. Enkele tientallen jaren later was Meydenbauer in Duitsland de eerste om de term “fotogrammetrie” te gebruiken in publicaties over fotografisch meten.

1.2.2 Analoge tijdperk Na de eerste wereldoorlog was de fotogrammetrie al ontwikkeld tot een professionele discipline waarmee op economisch verantwoorde wijze kaarten konden geproduceerd worden. Tijdens de eerste wereldoorlog waren de toepassingen vooral beperkt tot fotointerpretatie. De fotogrammetrische opmetingstechnieken evolueerden trager tot de vredesverdragen getekend waren. De vooruitgang situeerde zich vooral op de productie van steeds betere camera’s en films en de mogelijkheid om toestellen te ontwerpen om op de beelden te meten aan de hand van stereoscopische waarnemingen. Alle meettoestellen uit deze periode reconstrueerden fysiek de analoge equivalenten van de beelden zoals ze opgenomen waren (Figuur 1-3). De meetproducten werden manueel en op papier of drukplaten gecreëerd.

Algemene principes van de fotogrammetrie

6

Figuur 1-3: Stereosimplex GalileoG6, één van de laatste analoge plotters ontworpen in Italië (1970)

1.2.3 Analytische tijdperk Na de tweede wereldoorlog stond de wiskundig theoretische basis op punt en was ook de rekenkracht in de eerste computers beschikbaar om de repetitieve taken uit de optischmechanische toestellen over te nemen. Waar het analoge proces weinig flexibel was met betrekking tot invoerparameters en uitvoer van resultaten, zijn de beperkingen van de analytisch numerieke methode enkel afhankelijk van het wiskundig model. De analytische verwerking laat door overtalligheid toe om hogere nauwkeurigheden te halen, grove fouten te detecteren en verstrekt statistische informatie over de metingen en de resultaten. Na verloop van tijd kon men de analoge stereoparen niet enkel restitueren op basis van berekeningen, maar kon men ook de afgeleide producten rechtstreeks gaan digitaliseren (Figuur 1-4).

Figuur 1-4: SD3000 analytischeplotter door Leica (WILD en KERN)

Algemene principes van de fotogrammetrie

7 1.2.4 Digitale tijdperk Op het einde van de twintigste eeuw werden hoge resolutie scanners ingezet om analoge beelden te digitaliseren of werden beelden rechtstreeks digitaal opgenomen. De ontwikkeling van beeldverwerkingsalgoritmes sinds de jaren 1970 liet toe om het volledige fotogrammetrisch proces digitaal te laten verlopen. Tot enkele jaren in de 21ste eeuw werd de digitale fotogrammetrie verder ontwikkeld om de klassieke fotogrammetrische problemen op te lossen. De verfijning van technieken zoals computer vision en structure from motion, samen met de toenemende rekenkracht van desktop- en laptopcomputers opende ook de mogelijkheid om buiten de best-practices van de klassieke fotogrammetrische randvoorwaarden te meten.

1.3 Teledetectie De informatieverwerving bij teledetectie gebeurt via straling die de atmosfeer doordringt, en na interactie met de aardkorst, wordt teruggekaatst. De voornaamste bron van deze straling is de zon maar er bestaan ook kunstmatige bronnen zoals radiogolven of microgolven die worden uitgezonden door een vliegtuig. In dit geval hebben we uiteraard te maken met een actief systeem. Deze teruggekaatste energie wordt opgevangen door sensoren die zich in een vliegtuig of in een satelliet bevinden. Die sensoren nemen de verschillen waar in de uitgezonden elektromagnetische straling door de verschillende delen van het aardoppervlak.

Deze verschillen zorgen ervoor dat we elk voorwerp op aarde kunnen herkennen op basis van wat we de spectrale kenmerken van het voorwerp noemen.

-

-

-

-

Teledetectie maakt het onzichtbare zichtbaar, Verschijnselen die buiten het zichtbare elektromagnetische spectrum vallen kunnen gevisualiseerd worden. Bv. Door middel van een valse kleurencomposiet vegetatie in kaart brengen (zie Figuur 1-5) Meetbare gegevens worden geleverd met een grotere objectiviteit. Uit deze gegevens zijn kwalitatieve en kwantitatieve feiten af te leiden.

Het verschaft een positiegebonden, thematische informatie. Het geeft een antwoord op de vraag: waar, wat, wanneer, hoeveel, hoe. Hierdoor komt men tot een adequatere kartering.

De gegevens verkregen door teledetectie zijn reproduceerbaar. De analoge of digitale gegevens kunnen opnieuw opgeroepen worden, gereproduceerd worden, bewerkt en geïnterpreteerd worden. Steeds meer worden ze gekoppeld aan een GISbestand.

Waarneming via teledetectie biedt veel meer mogelijkheden van contrastwerking, detaillering, variërende invalshoek en afstand bij de waarneming.

Bij afstandswaarneming is de samenhang tussen de verschillende samenstellende componenten veel duidelijker zichtbaar.

Het geeft een “vlaksgewijze” informatie. Deze kan steeds aangevuld worden met selectieve “puntinformatie”.

Een groot gebied kan in korte tijd “gezien” worden. Hierdoor vereenvoudigt het de actualisering van het bestaande materiaal.

Processen worden gevisualiseerd.

Het geeft snelle en betrouwbare informatie over moeilijke en/of ontoegankelijke gebieden.

Overtollige gegevens worden opgeslagen. Nieuwe waarnemingen zijn niet nodig bij de vraag naar meer gegevens.

Algemene principes van de fotogrammetrie

8

Figuur 1-5: Opbouw valse kleurencomposiet

Algemene principes van de fotogrammetrie

9 2 Classificatie van teledetectiesystemen Een eerste indeling van teledetectiesystemen gebeurt op basis van het onderscheid tussen metrische en interpretatiesystemen. Bij metrische systemen is het doel om geometrische informatie zoals hoeken, afstanden, oppervlaktes, volumes en vormen te registreren. De systemen voor interpretatie behandelen vooral de herkenning en identificatie van de waargenomen objecten.

Een andere classificatie is het onderscheid tussen passieve en actieve systemen. De passieve systemen maken gebruik van door het voorwerp gereflecteerde elektromagnetische straling om een beeld van het voorwerp te registreren. Deze lichtbron is doorgaans de zon, maar ook kunstlicht kan hiervoor gebruikt worden voor toepassingen op korte afstand. De actieve systemen gebruiken een eigen energiebron om zelf elektromagnetische straling uit te sturen en de reflectie in een beeld om te zetten.

Een derde mogelijke indeling gebeurt op basis van opnameplatform. Hierbij gebruiken we de verwijdering tussen beeldsensor en waargenomen object als vertrekpunt (Figuur 2-1). De resolutie en beeldschaal nemen doorgaans af bij een grotere verwijdering van het opnameplatform. We onderscheiden achtereenvolgens: -

Satellietfotogrammetrie Luchtfotogrammetrie RPAS fotogrammetrie Terrestrische of close-range fotogrammetrie

We merken op dat de toegepaste technieken en toepassingen dikwijls over de platformen heen lopen. Zo zijn de technieken voor lucht- en RPAS-fotogrammetrie zeer gelijkaardig, maar sluiten de toepassingen voor de RPAS aan bij zowel de lucht- als close-rangefotogrammetrie.

Satellietopnames

RPAS opnames

Opnamehoogte

Klassieke luchtfotogrammetrie

Terrestesche fotogrammetrie

ROV opnames

Figuur 2-1: Voorbeelden van verschillende platformen voor fotogrammetrische opnames

Classificatie van teledetectiesystemen

10 3 Toepassingen 3.1 Toepassingsdomeinen De voornaamste toepassing van fotogrammetrie ligt in de productie van groot- en middenschalige geografische data. Zowel orthofoto’s, digitale terreinmodellen als rechtstreeks ingewonnen lijnenkaarten zijn standaard resultaten voor de moderne fotogrammetrische processen.

Close-range fotogrammetrie wordt onder andere gebruikt voor architectuur, archeologie, precisiemetingen van gebouwen, biometrische toepassingen, forensisch onderzoek en vele meer.

Door de veelheid aan toepassingen, zijn ook steeds meer deeldisciplines binnen dit vakgebied gaan ontstaan. Een tip voor de beginnende fotogrammetrist is om bij een voorgelegd probleem steeds van de finaliteit uit te gaan in plaats van te vertrekken van de voorhanden zijnde technologie. Dit wil zeggen dat je eerst kijkt naar welk product er moet gemaakt worden, en pas daarna de keuze maakt voor de best gepaste technologische meetoplossing. Het spreekt voor zich dat men voor een gevelplan op schaal 1:50 geen satellietbeeld zal gebruiken, maar de keuze tussen RPAS en terrestrische opnamen is in dit geval niet altijd eenduidig te verantwoorden.

3.2 Fotogrammetrische producten De verschillende toepassingsdomeinen maken telkens gebruik van één of meer fotogrammetrische producten. Deze producten zijn niet altijd eenduidig van elkaar te onderscheiden (bvb verschil tussen terreinmodel en 3D model) maar kunnen toch in drie grote categorieën worden opgedeeld: -

Beeld Hoogte Object

3.2.1 Beeldproducten Georiënteerde beeldproducten sluiten het dichtste aan bij de origineel opgenomen beeldinformatie. Deze worden verrijkt met informatie over de positie en de oriëntatie van het opnamesysteem. Ze bevatten op zich niet veel toegevoegde waarde, maar kunnen een tussenstap zijn bij de samenwerking tussen verschillende partijen waarbij bijvoorbeeld partij A gespecialiseerd is in opname en oriëntatie van beelden en partij B instaat voor de extractie van verdere informatie en producten.

Gerectificeerde beelden zijn de eenvoudigste vorm van fotogrammetrische producten (Figuur 3-1, links). Dit zijn beelden die ondanks enkele beperkingen toch als metrisch document gebruikt kunnen worden. De eenvoudigste toepassing is de rectificatie van een foto van een vlakke gevel aan de hand van enkele met een totaalstation opgemeten paspunten.

Bij een orthofoto wordt het volledige beeld of een groep van beelden gecorrigeerd voor elke beeldvervorming die in de originele beelden voorkomt (Figuur 3-1, rechts).

Toepassingen

11

Figuur 3-1: Orthografische projectie (links) en een perspectieve projectie (rechts)

Een perspectief stilstaand beeld of een rendering voor 3D visualisatie is het meest gevorderde vorm van beeldproduct. Dikwijls is een 3D model hier ook een bijproduct dat noodzakelijk is voor de creatie van een dergelijk beeld.

De kwaliteit van beeldproducten wordt doorgaans uitgedrukt voor zowel de radiometrie (dmv histogram) als de positionele nauwkeurigheid (RMSE aan de hand van control points en check points).

3.2.2 Hoogteproducten Hoogteproducten worden voornamelijk geproduceerd door middel van LiDAR (Light Detection And Ranging, zie sectie 4.3 en de cursus Laserscanning, Figuur 3-2, links) en stereofotogrammetrie (Figuur 3-2, rechts). De keuze tussen beide opnamemethodes is doorgaans gebaseerd op de andere producten die men in hetzelfde proces wil produceren.

Zowel grid, TIN als contourlijnen behoren hier tot de mogelijkheden. Voor gespecialiseerde toepassingen produceert men soms ook rechtstreeks profielen en doorsnedes.

De kwaliteit van hoogteproducten wordt minstens uitgedrukt in de horizontale en verticale fout van de afgeleide hoogtepunten.

Figuur 3-2: Verschil tussen een LiDAR (links) en fotogrammetrische opname (rechts) in functie van de aanmaak van een hoogteproduct

Toepassingen

12 3.2.3 Objectproducten De objectproducten hebben de grootste diversiteit van deze drie categorieën. Verschillende types vectoren (punten, lijnen, polygonen, volumes, segmenten) kunnen gemeten worden en kunnen ook een geïnterpreteerd of berekend attribuut meekrijgen. Punten, lijnen, polygonen en volumes komen overeen met de gelijknamige geometrische primitieven van terreinobjecten zoals deze in geografische informatiesystemen gebruikt worden. Een segment is een groep pixels met gelijkaardige eigenschappen. Beeldsegmentatie is het proces dat de verdeling van een beeld in dergelijke groepen pixels uitvoert, met als doel het beeld te vereenvoudigen en betekenis toe te voegen aan het beeld om het eenvoudiger interpreteerbaar te maken. Een segment kan zowel een abstract als een concreet object voorstellen.

De kwaliteit van objectproducten wordt gegeven in positienauwkeurigheid, volledigheid en juistheid (zie cursussen en naslag over het GRB, Figuur 3-3).

Figuur 3-3: Zoom van het GRB (Grootschalig Referentie Bestand)

3.2.4 Samengestelde producten: 3D stadsmodellen Virtuele driedimensionale stadmodellen kunnen belangrijke informatie leveren voor diverse aspecten van het stedelijk beheer. CityGML is een voorbeeld van een standaardoverschrijdend 3D stadsmodel (https://www.ogc.org/standards/citygml).

Vanuit het vakgebied fotogrammetrie is het concept levels-of-detail (LOD, Figuur 3-4) van dit CityGML interessant om te bestuderen. Er zijn vijf LODs die afgeleid kunnen zijn van verschillende databronnen en die elk hun gebruik kennen voor visualisatie en analyse. Elke LOD is ook gekenmerkt door nauwkeurigheden en minimale afmeting van objecten.

-

LOD0: een 2.5D terreinmodel waarover een luchtfoto gedrapeerd kan zijn LOD1: een blokkenmodel zonder dakstructuren of textuur LOD2: dakstructuren en textuur zijn zichtbaar LOD3: architecturale details zijn zichtbaar (bvb balkon) LOD4: interne structuren zijn toegevoegd

Het dient opgemerkt te worden dat de hierboven vermeldde LODs gelden voor CityGML. Bij andere datastandaarden of dataconcepten, zoals bij een BIM (Building Information Model), wordt een andere definitie gebruikt.

Toepassingen

13

Figuur 3-4: LODs in CityGML

Toepassingen

14 4 Verwezenlijking van beelden 4.1 Fotocamera’s De werking van een moderne camera is qua principe vergelijkbaar met die van een camera obscura. Dit is een verduisterde ruimte waarbij in één van de wanden een gaatje zit waardoor licht binnenvalt op de tegenoverliggende wand. Hierdoor verkrijgen we een omgekeerd beeld (Figuur 4-1).

Het oudste toestel dat gebruikt werd om een beeld van een voorwerp te creëren was een pinhole camera. Een kleine opening dient als projectiecentrum. De lichtstralen die door deze opening vallen, vormen het beeld op het beeldvlak. Het nadeel van dergelijke camera is dat zeer weinig lichtstralen door de kleine opening passeren om het beeld te vormen. Optische lenzen laten toe om meer invallende straling te benutten voor de beeldvorming.

Figuur 4-1: Schematische voorstelling camera

Bij de fotocamera is het gaatje vervangen door een lenzensysteem met diafragma. De tegenoverliggende wand is vervangen door een lichtgevoelig oppervlak (film of beeldsensor).

Om de beeldsensor enkel op het gewenste tijdstip aan licht bloot te stellen, gebruikt men een sluitermechanisme dat gedurende een bepaalde tijd opent en licht doorlaat. Het beeld dat de camera aflevert is onder andere bepaald door: -

De focuslengte of brandpuntsafstand 𝑓: afstand van het optisch middelpunt tot het beeldoppervlak; De grootte van het lichtgevoelig oppervlak 𝑤: breedte van de sensor.

In een van de volgende secties wordt toegelicht hoe deze parameters zich verhouden tot de beeldhoek of “field of view” (FOV). Dit principe wordt geïllustreerd in Figuur 4-2.

Verwezenlijking van beelden

15

Figuur 4-2: Schematische werking van een fotocamera

4.1.1 Fotografische parameters: belichting De belichting (Figuur 4-3) tijdens de opname wordt bepaald door een drietal parameters, namelijk de grootte van de opening van de lens (“aperture”), de sluitertijd (“shutter speed”) en de lichtgevoeligheid van de sensor (“sensor sensitivity”). Bij de meeste SLR-camera’s kunnen deze drie parameters afzonderlijk ingesteld worden. Goedkopere digitale camera’s laten vaak enkel toe om de lichtgevoeligheid en sluitertijd in te stellen.

Figuur 4-3: Schematische voorstelling van de locatie van de lichtgevoeligheid van de sensor, de shutter en de grootte van de opening van de lens

Verwezenlijking van beelden

16 Apertuur Apertuur komt van het Latijnse “apertura” en betekent letterlijk opening. Meer bepaald slaat het begrip op de (effectieve) diameter van een ontvanger van elektromagnetische straling.

Nog nauwkeuriger gedefinieerd is het de diameter van de intreepupil van de ontvanger. De apertuur bepaalt dus de hoeveelheid licht die door de opening van de lens, of het diafragma, de camera binnengelaten wordt.

De waarde van de apertuur komt echter niet overeen met de fysische opening van het diafragma, maar wordt uitgedrukt als een relatief nummer van de focale lengte van de lens ten opzichte van deze werkelijke opening. Voor een 100 mm lens en diafragmaopening van 12.5 mm krijgen we bijvoorbeeld een waarde van f/8. Dezelfde apertuur krijgen we echter ook met een lens van 300 mm en een opening van 37.5 mm. Deze verhouding geeft een aantal f-nummers of f-stops, waarbij de relatie tussen de fysische grootte van het diafragma en de focale lengte is vastgelegd (Figuur 4-4).

Figuur 4-4: Verschillende f-stops. Bij de overgang van bepaalde f-stop naar de eerstvolgende lagere f-stop zal de oppervlakte van het diafragma telkens verdubbelen, ofwel zal de diameter vermenigvuldigd worden met een waarde √2.

Samengevat stellen we vast dat een kleine apertuur correspondeert met een grote f-stop. De apertuur is daardoor dus ook omgekeerd evenredig met de hoeveelheid licht die binnengelaten wordt. Een verandering van de f-stop resulteert dus in een verdubbeling of halvering van de hoeveelheid licht. De invloed van de apertuur op de beelddiepte wordt later besproken.

Sluitertijd Al het omgevingslicht wordt geblokkeerd tot het moment dat de sluiter opent. De tijd dat de sluiter geopend wordt, noemen we de sluitertijd (“shutter speed”) en wordt uitgedrukt in seconden of fracties van seconden. De sluitertijd staat bijgevolg eveneens in directe relatie tot de hoeveelheid doorgelaten licht. Ter uitbreiding dient echter ook opgemerkt te worden dat bij zeer grote hoeveelheden licht de sensor sterk zullen belichten, waardoor een reductie van de beeldscherpte kan ontstaan. Dit kan van belang zijn bij het fotograferen van objecten met veel tegenlicht of sterk reflecterende oppervlakken.

Bij statische fotografie, zoals bij opnames op een statief, kan de sluitertijd vaak in alle vrijheid aangepast worden. Wanneer de camera vibreert, zoals bij een UAV-gebaseerde opname waarbij het platform stationair blijft, of beweegt, zoals bij de meeste luchtopnames, dient de sluitertijd beperkt te worden.

Bij de opening van het sluitermechanisme verplaatst het vliegtuig zich over een afstand ΔS (m). Deze afstand komt overeen met een afstand Δs (pixels) op de foto, en is afhankelijk van Verwezenlijking van beelden

17 de sluitertijd van de camera en de snelheid van het platform. Deze verplaatsing heet het sluiereffect of “motion blur”. Bij conventionele luchtfoto-opnames wordt dit effect gecompenseerd door de beeldsensor over een afstand Δs te verplaatsen gedurende het openen van het sluitermechanisme (de zogenaamde FMC of “Forward Movement Compensation”). Bij de meeste UAV opnames zit er echter niets anders op dan de sluitertijd beperkt te houden (Figuur 4-5).

Figuur 4-5: Sluiereffect bij UAV opnames met een sluitertijd van 1/100 sec (links) en 1/1000 sec (rechst)

Lichtgevoeligheid De lichtgevoeligheid betreft de gevoeligheid van de film of de sensor voor het binnenkomende licht, en wordt uitgedrukt door middel van een ISO-waarde (“International Organization for Standardization”). Bij film werd ook gebruik gemaakt van ASA- (“American Standards Association”) of DIN-waarden (“Deutsches Institüt für Normung”).

Een lage ISO-waarde duidt op een lage gevoeligheid voor licht, en zal eveneens resulteren in een beperkte hoeveelheid ruis in de opnames. Omgekeerd zal een hoge ISO-waarde een grote gevoeligheid voor light hebben met relatief veel ruis. Zo zal een sensor die ingesteld staat op 200 ISO slechts de helft van de hoeveelheid licht nodig hebben in vergelijking met een instelling op 100 ISO. Voor fotogrammetrische opnames is ruis uiteraard zeer storend, en dient dit tot een minimum beperkt te worden. De lage ISO-waarden die hiermee gepaard gaan, zorgen mogelijks voor donkere opnames, waardoor de apertuur of de sluitertijd aangepast moeten worden (Figuur 4-6). De balans tussen deze parameters wordt later toegelicht.

Verwezenlijking van beelden

18

Figuur 4-6: Verschillende ISO-waarden bij luchtopnames van hoog (links) naar laag (rechts)

De sluiter (“shutter”) Een sluitermechanisme zorgt ervoor dat het gereflecteerde licht door de lens het beeldvlak bereikt. Dit kan zowel mechanisch als elektronisch gerealiseerd worden. Elektronische sluiters zijn het makkelijkst te realiseren, en worden vooral compactere camera’s toegepast.

De sensor wordt hierbij voor de duur van de sluitertijd onder spanning gezet, waardoor er licht geregistreerd wordt. Deze techniek werkt prima voor de meeste consumententoepassingen, maar heeft een aantal technische beperkingen voor de fotogrammetrie.

Bij een mechanische “leaf shutter” springt een reeks bladen open tot een bepaalde cirkelvormige apertuur, waarmee bepaald wordt hoeveel licht het beeldoppervlak kan bereiken. CMOS-sensoren (zie sectie 4.1.3) worden dikwijls gebruikt in compactere camera’s, waar niet altijd plaats voor een mechanische sluiter in de behuizing. Hier kan men gebruik maken van de “rolling shutter”. De beeldrijen worden dan opeenvolgend belicht en geregistreerd. Als het beeldplatform en het gefotografeerde object bewegen ten opzichte van elkaar tijdens het “openen” van de “rolling shutter”, kan dit resulteren in grote vervormingen in het beeld. Om de beelden van een “rolling shutter” camera van bewegende objecten of een bewegend platform te kunnen verwerken, moet de werking van de “rolling shutter” opgenomen worden bij de interne oriëntatie van de beelden. Het effect van de verschillende type shutters wordt geïllustreerd in Figuur 4-7.

Figuur 4-7: Beeldopname bij een “rolling shutter” (links) en een “leaf shutter” (rechts)

Verwezenlijking van beelden

19 Beelddiepte (“depth of field”) Wanneer we of een voorwerp focussen, en er dus voor zorgen dat dit object scherp wordt waargenomen, zal er op een zekere afstand van dit object een geleidelijke onscherpte ontstaan (Figuur 4-8). Deze beelddiepte bepaalt dus het afstandsbereik waarbinnen objecten een aanvaarbare beeldscherpte hebben.

De apertuur is bepalend voor de beelddiepte, ofwel het afstandsbereik waarbinnen het beeld scherp kan worden waargenomen. De beelddiepte hangt echter ook af van het type camera, de sensorgrootte, de focale lengte van de lens en uiteraard de afstand tot het object. Door middel van een geometrische reconstructie, die hier weggelaten is, kan aangetoond worden dat een grote apertuur zal resulteren in een smalle beelddiepte en omgekeerd.

Figuur 4-8: De relatie tussen de apertuur en de beelddiepte. Een grote apertuur geeft een smalle beelddiepte en omgekeerd.

Bij het voorbereiden van de camera zal er dus een balans gezocht moeten worden tussen een acceptabel of bruikbare beelddiepte enerzijds en de hoeveelheid licht anderzijds. Een grote apertuur geeft wel lichte beelden, maar zal resulteren in een beperkte beelddiepte.

Zeker bij kleine beeldsensoren, en bij terrestrische fotogrammetrie in het bijzonder zal hier rekening mee gehouden moeten worden.

4.1.2 Balans tussen apertuur, sluitertijd en lichtgevoeligheid Uit de vorige sectie is gebleken dat de drie parameters die de belichting van een camera bepalen, elkaar in grote mate tegenwerken. Een lage f-stop of kleine opening geeft een grote beelddiepte, maar donkere beelden, waardoor de ISO-waarde verhoogd dient te worden (met meer ruis tot gevolg) of de sluitertijd verhoogd (groter sluiereffect tot gevolg, Tabel 4-1).

De samenhang tussen deze parameters wordt geïllustreerd in de belichtingsdriehoek in Figuur 4-9. Afhankelijk van de omstandigheden dient telkens gezocht te worden naar de meest optimale parameterinstellingen. Telkens wanneer een bepaalde parameter aangepast wordt, dient ten minste een andere parameter te wijzigen een soortgelijk beeld te krijgen (Tabel 4-1). Meestal start men met een set basisinstellingen, voor opname van een statief in een “normaal” belichtte ruimte bijvoorbeeld f/8, 1/125 sec en 200 ISO. Als we vanuit deze Verwezenlijking van beelden

20 instellingen over willen gaan naar een sluitertijd van 1/30 sec, zal ofwel de apertuur verhoogd moeten worden naar f/16 (2 stops bij gelijke ISO-waarde), ofwel naar f/11 bij 100 ISO.

Tabel 4-1: Overzicht van de verschillende belichtingsstops

ISO A S

25 f/1 1

50 f/1.4 1/2

100 f/2 1/4

200 f/2.8 1/8

400 f/4 1/15

800 f/5.6 1/30

1600 f/8 1/60

3200 f/11 1/125

6400 f/16 1/250

De ideale parameters komen niet altijd overeen met de instellingen die automatisch door de camera bepaald worden. Veel camera’s beschikken daarom over de mogelijkheid om deze manueel in te stellen. Naast de automatische modus en een aantal programma’s voor specifieke scenes (voedsel, sport, macro, …), zijn er modi als apertuur prioriteit, sluiter prioriteit. Deze voorzien respectievelijk in de mogelijkheid in de mogelijkheid om de apertuur en de sluitertijd manueel in te stellen. Andere parameters worden door de camera bepaald.

Uiteraard kan ook vaak de gehele set aan parameters manueel ingesteld worden.

Figuur 4-9: Parameters voorgesteld in de belichtingsdriehoek

4.1.3 De film of de sensor De registratie van het beeld dat door het lenzensysteem op het beeldvlak wordt geprojecteerd kan op verschillende manieren gebeuren. Traditioneel werd een lichtgevoelige film gebruikt om een beeld vast te leggen. Een laag film bestaat uit een emulsie zilver halide kristallen in gelatine. Deze lichtgevoelige kristallen reageren op licht en vormen zo een latent Verwezenlijking van beelden

12800 f/22 1/500

21 beeld. Verdere chemische bewerking van de film zorgt voor fixering van het beeld op het fotonegatief. Kleurenbeelden worden bekomen door opeenvolgende lagen in de film.

Dergelijke fotografische films worden tegenwoordig nog maar zelden gebruikt.

Bij digitale camera’s is de analoge film in het beeldvlak vervangen door een CCD of CMOS sensor (Figuur 4-10). Een CCD-chip (Charged Coupled Device) bestaat uit een matrix van lichtgevoelige elementen die onder invloed van invallend licht een bepaalde elektrische stroom genereren. Deze lading wordt over de chip geleidt naar de analoog-digitaal converter (AD converter) die de analoge signalen omzet naar een digitaal beeld.

Doordat de lichtgevoelige elementen het volledige beeldvlak innemen, kunnen CCD-chips doorgaans hoge resolutie beelden met weinig ruis opslaan. Bij een CMOS-chip zitten de lichtgevoelige elementen en de AD-converter naast elkaar op de chip. Dit zorgt ervoor dat het beeld sneller kan opgeslagen worden, maar dat de resolutie en lichtgevoeligheid van de sensor iets lager zijn dan bij een CCD-chip van dezelfde afmetingen.

Figuur 4-10: Meest voorkomende manier van kleurvorming bij CCD en CMOS camera’s

Zowel de kwaliteit van de foto als de gehele configuratie van het fotogrammetrisch proces hangt in grote mate af van de eigenschappen van de sensor. De lichtgevoeligheid van digitale camera’s kan meestal ingesteld worden, afhankelijk van het omgevingslicht. De grootte van de sensor, het aantal pixels en de grootte van een individuele pixel zijn echter inherent aan het toestel zelf. Worden parameters en hun samenhang worden in de volgende paragraaf besproken. Meer informatie over de data-acquisitie en de opslag van deze data wordt beschreven in hoofdstuk 5.

4.1.4 Fotogrammetrische parameters Hoewel bovenstaande parameters een grote invloed hebben of de radiometrische kwaliteit (kort door de bocht de visuele beeldkwaliteit), zijn ze van geen belang voor de fotogrammetrie zelf. Hiervoor dienen we namelijk te kijken naar de parameters met Verwezenlijking van beelden

22 betrekking tot de sensor (sensorgrootte, aantal pixels en pixelgrootte), alsook de focale lengte.

De sensor Vaak is men geneigd de kwaliteit van een camera af te leiden door simpelweg naar het aantal pixels op de sensor te kijken. Een camera met bijvoorbeeld een 20 megapixel sensor krijgt daardoor vaak een betere beoordeling van camera met een 16 megapixel sensor. Het aantal megapixels komt hierbij overeen met het afgerond product van het aantal pixels in de breedte (𝑠𝑥) en lengte (𝑠𝑦) van de sensor.

Wanneer we ons beperkten tot de kwaliteit van de sensor, is de fysische afmeting van de sensor even belangrijk (𝑠𝑤 en 𝑠ℎ, Figuur 4-11). Voor fotogrammetrische toepassingen is het daarnaast van groot belang om kennis te hebben over de fysische afmeting van een individuele pixel (𝑝𝑠). Deze zaken zijn namelijk bepalend voor de configuratie van de dataacquisitie (afstand tot het object en verplaatsing), alsook de uiteindelijke beeldresolutie die bekomen (“ground sampling distance”, GSD).

𝑝𝑠𝑥 = 𝑠𝑤/𝑠𝑥 en 𝑝𝑠𝑦 = 𝑠ℎ/𝑠𝑦

Vergelijking 4-1

Figuur 4-11: Voorbeelden van camera’s en hun camera sensor size

Focale lengte De focale lengte of brandpuntsafstand van de lens is de afstand van het projectiecentrum van de lens tot het punt waar parallelle beeldlijnen elkaar na breking door de lens en convergentie snijden met de basis-as van de camera.

Verwezenlijking van beelden

23 Crop factor De meeste digitale beeldsensoren zijn kleiner dan de fotografische 35 mm film en geven dus, voor eenzelfde focuslengte, een kleinere openingshoek of field-of-view (Figuur 4-12). De verhouding van de beelddiagonaal bij een 35-mm film tot de beelddiagonaal bij een digitale sensor noemen we de crop-factor. Een full-frame digitale camera heeft een crop factor van 1.

Andere gangbare formaten zijn APS, Nikon APS-C, Canon APS-C. De crop factor kan je opzoeken bij de specificaties van je camera. Voor fotogrammetrische projecten waarbij slechts één camera gebruikt wordt, heeft dit niet zoveel belang, omdat je bij omrekening naar het 35-mm equivalent zowel focuslengte als afmetingen van het beeldvlak met de crop-factor vermenigvuldigd. Omdat het niet altijd duidelijk is of meegegeven wordt met welke camera men werkt, is het aan te raden om in planningsberekeningen steeds met het 35-mm equivalent te rekenen en dit ook te vermelden in je berekeningen. De beeldresolutie wordt hierdoor niet beïnvloedt, maar bij het berekenen van de langse overlap tussen opeenvolgende beelden kan dit nefast zijn.

Figuur 4-12: Crop factor voor verschillende beeldformaten

Beeldveld (field of view) Het beeldveld (“field of view”, “FOV”), ofwel de hoek die gemaakt wordt vanuit het centrum van de lens op het te fotograferen object, wordt bepaald door de crop factor (Figuur 4-13).

De FOV staat dus in direct verband met de focale lengte van de lens en de sensorgrootte van de body. Deze figuur laat eenvoudig toe om de FOV te bekerenen:

𝐹𝑂𝑉 = 2 atan(0.5 × 𝑤 × 𝑓) met 𝑤 = sensorbreedte in mm 𝑓 = focale lengte in mm

Verwezenlijking van beelden

Vergelijking 4-2

24

Figuur 4-13: Illustratie van het beeldveld of de “field of view”

Zoals we gezien hebben bij de bespreking van de crop factor, zal de openingshoek verkleinen bij een identieke lens, maar een kleinere sensor. Goedkopere of uiterst compacte camera’s hebben bijgevolg vaak zeer grote focale lengtes (breedhoek tot bijna “fish eye”).

Anderzijds zal voor eenzelfde camera bij stijgende focale lengte de beeldhoek afnemen (Figuur 4-14).

Figuur 4-14: FOV voor verschillende lenzen, telkens gemonteerd op dezelfde camera

Verwezenlijking van beelden

25 4.1.5 Luchtfotocamera’s Bij luchtfoto’s maakt men gebruik van gereflecteerd zonlicht om een beeldvlak te belichten en zo een fotografische weergave van een gebied te bekomen. De belichting wordt via een lenzensysteem met centrale perspectief op het analoge (film) of digitale (sensor) beeldvlak overgebracht. Met langse en dwarse overlapping kan een volledige stereo overlapping van het overvlogen gebied gerealiseerd worden. Door middel van fotogrammetrische restitutie1 kunnen de vertekeningen, veroorzaakt door het niet verticaal zijn van de opname as en hellend terrein, omgezet worden naar een orthofotomozaïek.

4.1.6 Camera’s voor terrestrische fotogrammetrie Zoals eerder vermeld worden camera’s met fotografische film nog maar zelden gebruikt.

Deze camera’s hebben echter het voordeel dat steeds een standaard grootte van beeldvlak werd gebruikt door de beschikbaarheid van fotografische film. Het meest voorkomende formaat was de 35 mm-film. Bij deze film meet de grootte van het beeldvlak 24 op 36 mm.

De film zelf is 35 mm.

4.2 Scanners Scanners geven “aftastbeelden”, waarbij de kleinste beeldeenheid de pixel is. Het volledige beeld wordt opgebouwd uit opeenvolgende discrete metingen van de ontvangen straling.

4.2.1 Optisch-mechanische scanner

Figuur 4-15: Procedure optisch-mechanische scanner.

1

Zie hoofdstuk 6 Verwezenlijking van beelden

26 Een optische mechanische scanner maakt gebruik van een roterende of oscillerende spiegel.

Dit systeem tast het terrein lijn na lijn af en dit loodrecht op de vliegrichting. De vliegas wordt beschouwd als de x-as, de scanlijn als de y-as. De scanner kan zo herhaaldelijk meten van de ene zijde naar de andere zijde van het vliegtuig. De meest gebruikte hoek waarbinnen er opgemeten wordt ligt tussen 90°en 120°. Opeenvolgende scanlijnen worden afgetast omdat het vliegtuig verder vliegt. Zo wordt een tweedimensionaal beeld verkregen.

Op elk ogenblik `ziet' de scanner de IFOV (Instantaneous field of view). De hoogte boven het terrein (H') en de openingshoek (β) bepalen de grootte (D) van de IFOV. D = H’ β

Figuur 4-16: Ground resolution element en IFOV

Het gescande oppervlak op de grond, wordt “ground resolution element” of “ground resolution cell” genoemd (Figuur 4-16).

4.2.2 Kenmerken van Scanners Tangentiële schaal vervorming Optisch mechanische scanners vertonen een grote vervorming in de richting loodrecht op de vliegrichting. Deze vervorming is afkomstig van het feit dat de hoeksnelheid van de spiegel Verwezenlijking van beelden

27 constant is, waardoor de geen constante snelheid van de IFOV over het terrein bekomen wordt. Hoe verder van de nadir, hoe sneller de IFOV over het terrein beweegt. Dit zorgt voor een tangentiële schaal vervorming in het beeld (S-vormig).

Rechtlijnige elementen, andere dan deze evenwijdig aan de scanlijn, worden S vormig vervormd. De schaal in de vliegrichting blijft constant, maar de schaal wijzigt loodrecht op de vliegrichting.

Figuur 4-17: Optisch-mechanische scanner

Figuur 4-18: Bron van tangentiële schaalvervorming.

Verwezenlijking van beelden

28

Figuur 4-19: Tangentiële schaalvervorming

Figuur 4-20: Vergelijking tussen luchtfoto (links) en optisch-mechanische scanner (rechts)

Verwezenlijking van beelden

29 Grootte van de IFOV De grootte van het gescande oppervlak vergroot symmetrisch langs beide zijden van de nadir als de afstand tussen scanner en het gescande oppervlak vergroot. De IFOV cirkels worden steeds meer vervormd tot ellipsen.

1-Dimensionale perspectief vervorming Er is een vervorming loodrecht op de scanlijn, de bomen en gebouwen lijken om te vallen van de scanlijn weg. Een voordeel hiervan is dat de gevels van gebouwen ook bekeken kunnen worden, een nadeel dat kleinere objecten achter het object niet gedetecteerd worden. De mate van vervorming vergroot evenredig met de afstand tot de vlieglijn. (Ook bij digitale scanner)

Figuur 4-21: Wijziging grootte IFOV

Verwezenlijking van beelden

30

Figuur 4-22: Lineaire verplaatsing bij een scanner (rechts) ten opzichte van radiale verplaatsing bij een luchtfoto (links)

Invloed van de beweging van het vliegtuig -

a: grondoppervlak: het gescande oppervlak op de grond b: scan beeld: c: roll distorsie d: crab distorsie e: pitch distorsie

Figuur 4-23: Invloed van de beweging van het vliegtuig.

4.2.3 Digitale Scanner Net zoals de optische mechanische scanner, wordt er een lijn onder het vliegtuig gescand.

De gescande lijn wordt in één beweging opgenomen, er is hier geen spiegel aanwezig, maar een lineaire batterij van gekoppelde sensoren. Het voordeel hierbij is dat het terrein synchroon aan de bewegingssnelheid van het vliegtuig wordt gescand. Een nadeel is dat er

Verwezenlijking van beelden

31 een groot aantal sensoren moeten gekalibreerd worden, alsook de beperkte spectrale gevoeligheid van de sensoren.

Figuur 4-24: Digitale scanner

Bij Digitale scanners is er geen tangentiële vervorming, omdat de scanlijn in één beweging wordt gescand.

Figuur 4-25: Geometrie van de scanlijn bij een digitale scanner.

Verwezenlijking van beelden

32 4.3 Radar en laser Radar werd ontworpen tijdens de tweede wereldoorlog om vijandelijke objecten te detecteren van op afstand door middel van radiogolven. Het is een actief teledetectiesysteem. De microgolven worden door de radarantenne met korte pulsen uitgezonden en gedifferentieerd teruggekaatst door de voorwerpen op het terrein.

Figuur 4-26: Voorplanting van één radar puls.

Niet alleen de intensiteit van de reflectie kan gemeten worden maar ook de afstand tot het object. Er kan eveneens gewerkt worden met verschillende spectrale banden. Vermits er met microgolven wordt gewerkt is er bijna geen storende invloed van de atmosfeer. Daarbij komt nog dat dit systeem onafhankelijk werkt van de natuurlijke verlichting. Een veel gebruikt type radar is de SLAR (Side looking Airborne Radar). Bij SLAR is de afstand tussen de antenne en het object (slant range of 𝑆𝑅), afhankelijk van de snelheid van de puls (𝑐) en de tijd tussen zenden en ontvangen van de puls (𝑡):

𝑆𝑅 =

𝑐×𝑡 2

Vergelijking 4-3

De beeldregistratie bij een radar gebeurt in de volgorde waarin de straling terug wordt ontvangen. Daardoor kan er hoogteverkorting of omkering ontstaan, doordat daken eerder worden geregistreerd dan de straat. De top van een berg kan op die manier komen overhellen en over het nadirpunt liggen. Ook de lengte van de helling kan op die manier worden omgekeerd als de radarpuls de voet vroeger opvangt dan de top. er is ook eenzijdige schaduwvorming zoals bij een flits op een fototoestel.

De lasertechniek, beter bekend als LiDAR is veel recenter dan het gebruik van de radar, maar steunt op dezelfde principes. In plaats van radargolven worden er door dit actieve systeem laserstralen uitgezonden en opgevangen. Dit systeem is eveneens onafhankelijk van het daglicht en de weersomstandigheden. Omdat men met deze techniek ook de afstand tot de waargenomen voorwerpen kan bepalen kan men ook hoogteliggingen gaan meten.

Deze techniek wordt dan ook vaak gebruikt voor het opstellen van digitale hoogtemodellen en het opmaken van andere 3D modellen.

Verwezenlijking van beelden

33 De radar of laser geeft een eenzijdige lineaire verplaatsing naar de vlieglijn toe. De objecten hellen over en geven slagschaduwen af die langer worden verder van de vlieglijn.

Figuur 4-27: Lineaire verplaatsing bij radarbeelden (a) relatie tussen afstand en invalshoek; (b) relatie tussen helling en golffront; (c) relatie grootte omkering en afstand; (d) relatie grootte schaduw en afstand.

Verwezenlijking van beelden

34 5 Aanmaak en opbouw van digitale beelden 5.1 Digitale Beelden Nadat de informatieverwerving is gebeurd en de gegevens door de sensoren werden opgenomen kunnen ze verwerkt worden. Dit gebeurt door krachtige computers die de gegevens verwerken en omzetten in een digitaal beeld.

Zo een beeld kan je vergelijken met wat wij te zien krijgen op het beeldscherm van onze computer wanneer we bijvoorbeeld een foto bekijken. Wanneer we zo een beeld sterk zouden vergroten zouden we zien dat dit bestaat uit kleine vierkantjes. We noemen dit pixels. We weten dat elke pixel overeenkomt met een bepaalde waarde, de digital number of DN-waarde, bijvoorbeeld de hoeveelheid teruggekaatst rood licht. De DN-waarde is normaal het gemiddelde van het hele gebied dat door de pixel bedekt wordt. Omwille van de eindige opslagcapaciteit wordt deze waarde opgeslagen als een eindig aantal bits. De meeste digitale beelden gebruiken 8 bits per band.

Figuur 5-1: Pixel coördinaten en DN-waarde.

Doorgaans wordt de oorsprong van de rijen en kolommen van een digitaal beeld links bovenaan gelegd. Op deze manier kan eenvoudig het verband tussen pixelcoördinaten en cameracoördinaten gelegd worden. In aanvulling op de beeldweergave, kan ook het histogram opgebouwd worden op een grafiek. Dit gebeurt door de het bereik van de DNwaarden op de X-as weer te geven, en het aantal pixels per DN-waarde op de Y-as uit te zetten.

Figuur 5-2: Voorbeeld van een histogram. In het voorbeeld zijn voor index 154 - op een schaal van 0 tot 255 71628 pixels geteld, op een totaal van 22118400 pixels

Aanmaak en opbouw van digitale beelden

35 Digitale beelden kunnen als verschillende bestandsformaten worden opgeslagen. De keuze voor het bestandsformaat gaat meestal samen met de nood aan compressie van de data.

Verliesloze compressie (lossless compression) laat geen informatie weg uit een beeld.

Dergelijke compressie algoritmes zoeken efficiënte manieren om een beeld in bestandsgrootte te reduceren en tegelijkertijd dezelfde informatiehoeveelheid te behouden.

Dit kan bijvoorbeeld door herhalende patronen te herkennen en vervolgens een verwijzing naar dat patroon op te slaan in plaats van het volledige patroon. Verliesgevende compressie (lossy compression) daarentegen staat een zekere vorm van beelddegradatie toe om een kleinere bestandsgrootte te bekomen. Dit kan bijvoorbeeld door kleurinformatie op een lagere resolutie op te slaan dan het beeld zelf.

Overzicht van verschillende formaten voor opslag van digitale beelden

5.2 Soorten digitale beelden Op basis van het aantal gebruikte banden kunnen we drie soorten digitale beelden onderscheiden

5.2.1 Panchromatische beelden Panchromatische beelden worden verkregen door opname van straling binnen de golflengtes van het zichtbare licht. Bij panchromatische beelden wordt maar via een kanaal waargenomen. Hierdoor kan alleen een enkelvoudig beeld worden aangemaakt waarbij de hoeveelheid teruggekaatst licht wordt weergegeven door een bepaalde grijswaarde zonder verdere inkleuring.

Ook golflengtes die buiten het bereik van het zichtbare licht vallen kunnen op deze manier worden weergegeven als panchromatisch beeld.

Aanmaak en opbouw van digitale beelden

36

Figuur 5-3: Panchromatisch beeld met het overeenkomstige histogram en de link met de kleurenschaal.

5.2.2 Multispectrale beelden Multispectrale beelden worden verkregen door de gelijktijdige opname door meerdere banden (minimum drie). Hierdoor bestaat de mogelijkheid om deze banden telkens met een andere primaire kleur (rood, groen, blauw) zichtbaar te maken, in plaats van enkel met grijswaarden. De gegevens van elke band worden weergegeven als een primaire kleur en naargelang de relatieve helderheid (afhankelijk van de digitale waarde en bepaald in een grijswaarde) van elke pixel in elke band, worden de primaire kleuren gecombineerd in verschillende proporties om zich te mengen tot verschillende kleuren. Zo verkrijgt men een kleurenbeeld, ook wel kleurencomposiet genoemd.

We onderscheiden daarbij nog een ware kleurencomposiet als de spectrale banden die werden opgenomen binnen het blauwe licht, het groene en het rode licht respectievelijk door de overeenkomstige kleurwaarde worden voorgesteld.

Bij een valse kleurencomposiet worden de spectrale banden niet door de overeenkomstige kleur voorgesteld. Zo zal men bij voorbeeld het groene licht voorstellen in het blauw, het blauwe licht in het groen en het infrarode licht in het rood. Ook andere combinaties zijn mogelijk.

Aanmaak en opbouw van digitale beelden

37

Figuur 5-4: Multispectraal beeld.

5.2.3 Hyperspectrale beelden Hyperspectrale beelden worden bekomen door middel van sensoren die informatie kunnen opnemen in een veelheid (dikwijls meer dan 200) aan spectrale banden in het zichtbaar licht, het nabij-infrarood en midden-infrarood. Deze banden zijn veel smaller dan die van multispectrale beelden (in de grootteorde van enkele nm) en dikwijls aangrenzend.

Hyperspectrale gegevens leveren dus meer gedetailleerde informatie over de spectrale eigenschappen (fijne spectrale signatuur) van een object en laten een preciezere identificatie en discriminatie toe.

Elke pixel van een hyperspectraal beeld bevat de informatie verzameld in grote opnamevensters die uitgestrekt zijn over het geheel van zichtbaar en infrarood licht.

De toepassingen met hyperspectrale beelden zijn vanzelfsprekend velerlei. Enkele van de belangrijkste zijn geologie (mineraalidentificatie), precisielandbouw, bosbouw (gezondheidstoestand, soortidentificatie) en beheer van aquatische milieus (waterkwaliteit, samenstelling van het fytoplankton).

Aanmaak en opbouw van digitale beelden

38

Figuur 5-5: Schematische weergave van de spectrale banden in een hyperspectraal beeld.

5.3 Resolutie De resolutie is een maatstaf voor de kwaliteit van een beeld of fotografische opnamen. Ze is afhankelijk van de camera, film en/of beweging van het opnameplatform. We maken een onderscheid tussen spectrale, ruimtelijke en temporele resolutie.

De ruimtelijke of grondresolutie komt overeen met de grondoppervlakte die wordt voorgesteld door één pixel. Hoe groter de afgebeelde oppervlakte, hoe lager de resolutie. De ruimtelijke resolutie is dus in verband te brengen met de beeldschaal. Het wiskundige verband tussen kaartschaal en beeldresolutie werd in 1987 bepaald door Waldo Tobler: Deel de schaalnoemer door 1000 om de minimaal detecteerbare grootte in meter te bekomen. De resolutie is de helft hiervan.

We merken op dat voor kaartschalen groter dan 1/1000 (bijvoorbeeld bij gevelfotogrammetrie) de gevraagde nauwkeurigheid mogelijk kleiner is dan de resolutie die bekomen word door bovenstaande vuistregel. Het is aangeraden in dat geval de resolutie ook bijpassend te kiezen.

De spectrale resolutie drukt de gevoeligheid van de sensor uit voor het waarnemen van spectrale verschillen binnen het golflengtebereik van de sensor. Hoe kleiner het waargenomen spectraal verschil, hoe groter de resolutie. De interactie van invallende elektromagnetische straling met materie hangt af van de moleculaire structuur van het object. De energie kan mono- of multidirectioneel gereflecteerd, doorgegeven of Aanmaak en opbouw van digitale beelden

39 geabsorbeerd worden. Het gereflecteerde licht is een functie van de hoeveelheid invallende straling en de reflectantie van het oppervlak. Als we deze reflectantie voor een bepaalde materie of voorwerp op een grafiek zetten, bekomen we de zogenaamde spectrale signatuur.

De mate waarin verschillende objecten van elkaar kunnen onderscheiden worden, enkel rekening houdend met het radiometrisch aspect, levert de spectrale resolutie op.

Figuur 5-6: Voorbeeld van de spectrale signatuur van naakte bodem, water en vegetatie.

De temporele resolutie hangt af van het tijdsinterval tussen twee opnames van hetzelfde object of gebied. Hoe groter de temporele resolutie, hoe dichter de twee opnamemoment bij elkaar liggen in de tijd. Voor satelliet teledetectie heet dit ook de terugkeertijd. Deze kan zowel afhankelijk zijn van de beschikbaarheid van het platform (bvb satelliet die terug boven het gebied passeert) als de omstandigheden van de belichting in het gebied (bijvoorbeeld geostationaire satelliet, luchtfoto’s per seizoen, …)

Aanmaak en opbouw van digitale beelden

40 6 Het fotogrammetrisch proces In dit hoofdstuk worden enkele wiskundige principes van de fotogrammetrie toegelicht. Het maakt hierbij in principe niet uit of deze concepten worden toegepast op luchtfotogrammetrie of terrestrische fotogrammetrie. De grootteordes van verschillende parameters zal verschillend zijn, en de oriëntatie van de scene is uiteraard verschillend.

Terug naar de definitie van fotogrammetrie gaan we dus onze omgeving gaan vastleggen door gereflecteerd licht te gaan capteren met een lichtgevoelige substantie (analoog) of een sensor (digitaal). Verschillende beelden zullen vervolgens, door middel van fotogrammetrische beeldverwerking, omgezet worden tot eindproducten waarop metingen uitgevoerd kunnen worden. Vermits onze omgeving opgebouwd is uit een complexe 3D geometrie, en een foto een projectie is van deze geometrie op een 2D vlak, kunnen enkele beelden niet gebruikt worden om daadwerkelijk metingen uit te voeren.

Fotocamera’s hebben daarnaast de volgende eigenschappen waarvoor we in de fotogrammetrie correcties uit moeten voeren, die veroorzaakt worden door de centrale projectie van het beeld door het centrale punt van de camera (zie verder, Figuur 6-1): -

Beeldverplaatsing; Variabele schaal in functie van de afstand tot het centrale punt; Enkel objecten in de “light of sight” (LoS) zijn zichtbaar;

Deze zaken resulteren dus allen in een foutieve representatie van de geometrie.

Figuur 6-1: Invloed van centrale projectie

We onderscheiden de objectruimte (object space) en de beeldruimte (image space). De objectruimte is het deel van de ruimte rondom ons dat afgebeeld wordt. De image space is het beeldvlak of de verzameling beeldvlakken waarop we objecten weergeven. De conversie van 2D coördinaten in de beeldruimte naar 3D coördinaten in de objectruimte vereist dus meerdere opnames. Kort samengevat zullen deze beeldmetingen gecombineerd worden met de afstand tussen de camera en het object, de camera parameters (focale lengte en sensorgrootte) om tot terreincoördinaten te komen. De wijze waarop deze conversie plaatsvindt, zijnde de fotogrammetrische restitutie, vormt het onderwerp van dit hoofdstuk.

Het fotogrammetrisch proces

41 6.1 Fotografische opname 6.1.1 Schaal Naar analogie met kaartschaal is de schaal van een afbeelding de verhouding van een afstand op de foto tot de overeenkomstige afstand op het terrein. Meer algemeen is de schaal van een afbeelding de verhouding van een afstand in de beeldruimte, tot de overeenkomstige afstand in de objectruimte. Een schaal wordt doorgaans genoteerd als een dimensieloze breuk met het getal 1 in de teller en een geheel getal in de noemer (bijvoorbeeld 1:12.000).

Bij een verticale luchtfoto over vlak terrein is de schaal constant binnen het beeldvlak.

Wanneer de luchtfoto boven een terrein met variabele hoogte genomen wordt, veranderd de schaal binnen het beeldvlak. Hoger gelegen punten zullen op een grotere schaal afgebeeld staan, dan lager gelegen punten. Het schaalverschil binnen de foto geldt ook voor luchtfoto’s die niet verticaal genomen zijn. Om de schaal te berekenen gebruiken we de volgende basisformule (Figuur 6-2):

𝑆=

𝑓 (𝐻 − ℎ)

Vergelijking 6-1

met: -

𝑓 = focusafstand 𝐻 = vlieghoogte of verwijdering ℎ = hoogte van het terrein

Schaal berekenen uit metingen op foto en op kaart:

𝑑𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜 𝑑𝑚𝑎𝑝 = 𝑆𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜 𝑆𝑚𝑎𝑝

Het fotogrammetrisch proces

Vergelijking 6-2

42

Figuur 6-2: Relaties tussen de camera parameters, vlieghoogte en de GSD

6.1.2 Overlap Om driedimensionale coördinaten van terreinpunten te bekomen hebben we minstens twee beelden van het terrein nodig, genomen vanuit verschillende posities. De eenvoudigste manier om dit te bekomen voor verticale luchtfoto’s is door een zekere overlap te nemen tussen opeenvolgende foto’s. Voor gevallen waarin afgeweken wordt van verticaal of loodrecht fotograferen, geven convergente vizierlijnen de mogelijkheid om de positie van objectpunten te bepalen.

De terreinbasis is de afstand tussen twee opeenvolgende foto’s in een fotoreeks. Uit onderstaande figuur blijkt dat de verhouding tussen de terreinbasis en de verwijdering of vlieghoogte effect heeft op de nauwkeurigheid waarmee de positie van een punt P bepaald kan worden. De term die hiervoor gebruikt wordt is basis-hoogte-verhouding of base-toheight-ratio (Figuur 6-3).

Bij een constante basis-hoogte-verhouding kan de gewenste nauwkeurigheid bekomen worden door de juiste schaal te kiezen.

Het fotogrammetrisch proces

43

Figuur 6-3: Basis-hoogte-vehouding bij verticale of loodrechte opname

Gegeven een lengte van de plaat (𝑙), film of sensor, en een bepaald percentage voor de overlap (𝑟), kan de metrische overlap berekend worden door:

𝑜𝑣𝑒𝑟𝑙𝑎𝑝 = 𝑙 × 𝑟

Vergelijking 6-3

Dezelfde parameters worden gebruikt om de basisafstand op de foto te berekend. Deze afstand is de afstand tussen twee opnamepunten, gemeten op een van beide foto’s:

𝑏 = 𝑙 − (𝑙 × 𝑟)

Vergelijking 6-4

Vermenigvuldiging met de noemer van de schaal geeft de lengte van de basislijn op het terrein (𝐵):

𝐵 = 𝑏 × 𝑆 −1

Vergelijking 6-5

Bij luchtfotogrammetrische opnames wordt deze afstand gebruikt om in functie van de vliegsnelheid het tijdsinterval (𝑡) tussen twee opeenvolgende foto’s te berekenen in functie van een bepaalde vliegsnelheid (𝑣):

𝑡=

𝐵 𝑣

Vergelijking 6-6

6.1.3 Samenvattende parameters Vooral bij terrestrische of close-ranges opnames worden de vereiste resolutie of “ground sampling distance” (GSD) bekend in functie van de karakteristieken van de sensor en de focale lengte. Meer bepaald is kennis vereist over het aantal pixels in de lengte en de Het fotogrammetrisch proces

44 breedte van de sensor en de fysische afmeting van de sensor. Op basis hiervan wordt de fysische afmeting van een individuele pixel berekend.

𝐺𝑆𝐷 =

met

𝐻 ∗ 𝑝𝑠 𝑓

Vergelijking 6-7

H= afstand tot object ps= pixel grootte = lengte van de sensor / aantal pixels in de lengte richting van de sensor f= focus lengte

6.2 Restitutie Restitutie is het wegwerken van de tilt bij niet metrisch-correcte foto’s (geen perfect verticale foto’s) om op die manier een metrische correcte fotokaart te bekomen. Het principe van de fotogrammetrische restitutie omvat een reconstructie van de opnamesituatie. De wiskundige grondslag hiervoor vinden we in de fotogrammetrische vergelijking (Figuur 6-4):

𝑃 = 𝐶 + 𝑚 × 𝑅 × 𝑝′

Vergelijking 6-8

Waarbij: -

P = de objectcoördinaten van een punt p C = de objectcoördinaten van het perspectiefcentrum van de camera m = een schaalfactor (onbekend, kan variëren voor elk punt in het beeld) R = de rotatiematrix van het camera

Op basis van deze vergelijking kunnen we voor elk punt waarvan we een coördinaat in het beeld hebben, de objectcoördinaten uitrekenen.

Het fotogrammetrisch proces

45

Figuur 6-4: Beeldrestitutie geïlstreerd aan de hand van de relatie tussen beeldcoördinaten en objectcördinaten

6.2.1 Interne oriëntatie Interne oriëntatie is de reconstructie van een stralenbundel door de foto precies in te passen in het instrument waarmee ze verder bewerkt worden. Dit gebeurt op basis van de gekende instelling van de camera, al dan niet aangevuld met informatie die verkregen is uit kalibratie van de camera.

Ook de lensvervorming wordt in deze stap namelijk weggewerkt. Lenssystemen laten toe om de nadelen van enkelvoudige lenzen te compenseren voor wat betreft de identificatie van afgebeelde objecten. Lensdistorsie daarentegen beïnvloedt de positie van een beeldpunt in het beeldvlak en niet de beeldkwaliteit van het afgebeelde punt. Lensdistorsie zorgt er voor dat de schaal van beeld varieert in functie van de positie binnen het beeld (Figuur 6-5). De radiale distorsie als gevolg van de kromming van de lens is symmetrisch rond het hoofdpunt van het beeldvlak. Het effect is een verplaatsing van de beeldpunten weg van (barrel distorsie) of naar (pincushion distorsie) het hoofdpunt.

Figuur 6-5: Radiale distorsie bij fotocamera’s

Het fotogrammetrisch proces

46 Tangentiële distorsie staat loodrecht op de radiale distorsie en is het gevolg onvolkomenheden in de vorm van de lens. Deze vorm van distorsie kan een belangrijke bron van fouten zijn bij terrestrische en RPAS fotogrammetrie. Naast deze lensdistorties zijn er nog andere parameters die de beeldgeometrie verstoren, bv. de optische as zal in werkelijkheid niet loodrecht op de beeldsensor staan.

In de beeldruimte rekenen we in beeld- of pixelcoördinaten. In Figuur 6-6 worden beide coördinaatsystemen toegelicht. Het cameracoördinatensysteem is identiek aan dat van de beeldcoördinaten, maar met toevoeging van een Z-as en de oorsprong in het perspectiefcentrum van de camera.

Figuur 6-6: Pixel- en beeldcoördinaten op de foto van een gevel met aanduiding van de respectievelijke assen

6.2.2 Relatieve oriëntatie Het plaatsen van de beide stralenbundels in de juiste onderlinge positie door de beide luchtfoto’s te positioneren in een stereopaar zodat alle homologe punten op een correcte afstand volgens het gebuikte instrument van elkaar liggen. De onderlinge positie komt dan overeen met de situatie tijdens de opname.

6.2.3 Absolute oriëntatie Deze plaatst beide stralenbundels in de juiste absolute positie door het stereomodel correct in het cartografisch referentiesysteem in te passen. Hiervoor gebruikt men paspunten en controlepunten waarvan de coördinaten gekend zijn via terreinopmetingen. Voor de absolutie oriëntatie heeft men per foto zeven parameters nodig: - De schaalfactor - De terreincoördinaten (translatie) - De drie richtingsparameters (rotatie) Deze kunnen berekend worden op basis van drie paspunten per foto, waarvan er drie altimetrisch en minstens twee planimetrisch moeten opgemeten worden. Dit kan gebeuren door het uitvoeren van terreinmetingen maar kan evengoed via aerotriangulatie.

Aerotriangulatie heeft als doel plaatscoördinaten af te leiden voor het vervaardigen van kaarten op basis van fotogrammetrie. Men zal de opmeting van de paspunten uitvoeren via fotogrammetrie en niet op het terrein. De methode is toepasbaar op een fotoblok van Het fotogrammetrisch proces

47 minstens drie overlappende foto’s die gekoppeld worden door verbindingspunten. Dit blok wordt achteraf via de grondcontrolepunten ingepast in het grondsysteem.

De paspunten of grondcontrolepunten (GCP) moeten: voldoende verspreid liggen in planimetrie én in altimetrie, ondubbelzinnig zichtbaar, identificeerbaar en aanmeetbaar zijn, zowel op het object als op de beelden.

Het exacte aantal en de spreiding kan verschillen tussen de opnameplatformen. Bij voorkeur worden de punten gemeten met een onafhankelijke meetmethode zoals GNSS of totaalstation met een nauwkeurigheid die minstens de helft bedraagt van de gevraagde nauwkeurigheid van het op te leveren product. Bij lagere resoluties (bvb satellietbeelden) kunnen ook GCPs van externe bronnen gebruikt worden zoals topografische kaarten.

Natuurlijke grondcontrolepunten zijn kenmerkende punten op het object van het terrein zoals een boordsteen of de rand van een raam. Het voordeel is dat je deze punten kan opmeten nadat de foto opnames zijn uitgevoerd. Voor dergelijke punten moet voldoende aandacht besteed worden aan de ondubbelzinnige aanmeetbaarheid. De op het terrein opgemeten natuurlijke punten moeten overeenkomen met de op het beeld aangemeten punten (cfr bovenkant versus onderkant boordsteen). Ook moet de uitvoerder zeker zijn dat hetzelfde punt gemeten werd (cfr hoekpunt zebrapad).

Gemarkeerde grondcontrolepunten worden vóór de opnames aangebracht op het terrein of object. Dit kunnen zowel permanent gemarkeerde punten zijn (met verf), of punten die enkel gemarkeerd worden voor de duur van de opname (kunststof merktekens, biologisch afbreekbaar karton). De afmetingen van deze punten moet liggen tussen 5 tot 10 keer de grondresolutie. Als de merktekens kleiner zijn kunnen ze niet steeds geïdentificeerd worden op de beelden. Als de merktekens groter zijn, kunnen ze niet nauwkeurig genoeg gemeten worden in de beelden, of neemt het plaatsen en verwijderen van de punten teveel tijd in beslag.

6.3 Metingen en producten Na de restitutie kunnen we overgaan tot het meten van individuele punten in het fotogrammetrisch model, of kunnen we de afgeleide producten gaan aanmaken.

6.3.1 Foto en terreincoördinaten Op luchtfoto’s kunnen terreinobjecten door fotocoördinaten worden gelokaliseerd. De x-as is de vliegas op de foto; de y-as wordt gevormd door de loodlijn op de vliegas in het hoofdpunt van de foto. Fotocoördinaten kunnen omgezet worden tot metrische, rechthoekige terreincoördinaten. Het verband tussen beide kan gemakkelijk uit een schets worden afgeleid. Om de terreincoördinaten te kunnen bepalen, moeten gekend zijn (Figuur 6-7): -

H = vlieghoogte (hoogte boven het punt) f = focusafstand h punt = hoogteligging van het punt x, y punt = fotocoördinaat van het punt

X punt = 𝑥 𝑝𝑢𝑛𝑡( 𝐻−ℎ𝑝𝑢𝑛𝑡) / 𝑓 Y punt = 𝑦 𝑝𝑢𝑛𝑡( 𝐻−ℎ𝑝𝑢𝑛𝑡) / 𝑓

Het fotogrammetrisch proces

48

Figuur 6-7: Bepaling van terreincoördinaten

6.3.2 Hoogteligging De reliëfverplaatsing is afhankelijk van de hoogteligging (h) van het punt op het terrein -

aa” = p = verplaatsing van het punt op de foto H = vlieghoogte d = afstand gemeten op de foto

h =𝐻× 𝑝/𝑑

6.3.3 Orthofotoproductie De orthofoto kan op verschillende manieren geproduceerd worden, afhankelijk van het niveauverschil binnen het afgebeelde gebied of object.

-

Rectificatie of ontschranking voor vlakke gebieden Differentiële ontschranking voor gebieden met vlakke deelgebieden die afzonderlijk gerectificeerd worden.

Een orthofoto op basis van het digitaal terrein- of oppervlaktemodel.

Het fotogrammetrisch proces

49 6.4 Beeldverwerking Extractie van informatie uit digitale beelden en de voorstelling van dergelijke informatie in computers is een zeer breed studiegebied dat gekend staat als computer vision. Hieronder bespreken we kort verschillende computer vision technieken waarmee we onder andere: - Automatisch objecten herkennen in beelden; - Deze objecten kunnen voorstellen in een computer; - de vorm en afmetingen kunnen bepalen van objecten aan de hand van beelden; - de positie en oriëntatie van beelden kunnen reconstrueren.

6.4.1 Image matching Image matching technieken en algoritmes werden en worden voornamelijk gebruikt om op automatische wijze posities in een beeld te bepalen. Dit betekent dat de processen van beeldoriëntatie en het meten van digitale oppervlaktemodellen geautomatiseerd worden.

Bij area based matching worden overeenkomstige punten in verschillende beelden bekomen door het zoeken naar gelijkaardige grijswaardepatronen in de beelden. De mate van overeenkomst wordt bepaald aan de hand van correlatie of toepassingen van kleinste kwadraten technieken. De gedetailleerde bespreking van beiden valt buiten het bestek van deze cursus. De geïnteresseerde lezer raden we aan om Hoofdstuk 6 van de Manual of Photogrammetry (6th edition) te raadplegen.

6.4.2 Structure from motion (SfM) Een meer recente techniek is de zogenaamde Structure from Motion (SfM) of multi-view photogrammetry (MVP). SfM lost, in tegenstelling tot eerdere technieken, het probleem van de onbekende cameraposities en objectgeometrie simultaan op door een zeer hoge overtalligheid aan beelden te gebruiken. Waar bij de oudere technieken steeds grondcontrole punten nodig zijn voor de beeldoriëntatie, kan dit bij SfM opgelost worden door het relatieve objectmodel na de berekeningen op schaal te brengen. Recente ontwikkelingen in de beschikbare SfM software pakketten laten ondertussen ook toe om de grondcontrolepunten reeds bij de beeldoriëntatie te gebruiken.

6.4.3 Multispectrale beeldclassificatie Bij multispectrale beeldclassificatie is het de bedoeling om de spectrale eigenschappen van ongekende objecten te analyseren en deze te vergelijken met die van gekende objecten.

Elke spectrale band bestaat uit een beeld met grijswaarden, dat geometrisch overlapt met de grijswaardebeelden van de andere banden. Voor elk van deze beelden kan het histogram berekend worden. Een specifieke object klasse kan dan uit de statistische eigenschappen van een of meer zulke histogrammen afgeleid worden: -

Gemiddelde van de grijswaarden Standaarddeviatie Maximum en minimum grijswaarden voor de objectklasse

Het fotogrammetrisch proces

50

Figuur 6-8: Voorbeeld van een tweedimensionale objectruimte met clusters per objectklasse.

De eenvoudigste manier om te classificeren is de minimum-distance-classifier (Figuur 6-8).

Voor een pixel met gegeven DN-waarden per band, kan de afstand tot de dichtstbijzijnde objectklasse berekend worden. Naast de kleinste afstand kan ook de maximum-likelihoodclassifier gebruikt worden. Hier wordt voor elke pixel berekent voor welke objectklasse de waarschijnlijkheid het grootst is.

Als voor elk object dat geclassificeerd moet worden, met zekerheid enkele kunnen aangeduid worden in het beeld, spreken we van gesuperviseerde classificatie. Dit zijn dan de zogenaamde trainingsobjecten of training areas van de ground-truthing. De ground-truthing vereist waarnemingen op het terrein zelf, of op een andere bron van beeldmateriaal met een veel hogere ruimtelijke resolutie.

Bij niet-gesuperviseerde classificatie is er geen mogelijkheid tot ground-truthing, maar worden de statistische eigenschappen van de classificatie gebruikt om de interne kwaliteit van het algoritme te testen.

Door de al maar toenemende spatiale resolutie van beeldmateriaal worden homogene objecten niet als een eenheid behandeld worden omdat ze worden gevormd door verschillende pixels. Dit kan dus een nadeel zijn van deze pixel-gebaseerde classificatie methodes. Dit kan verholpen worden door de beelden te segmenteren in objecten door randherkenning (edge-detection) of region-growing (één pixel kiezen en alle aangrenzende Het fotogrammetrisch proces

51 gelijkaardige pixels opnemen in hetzelfde beeldsegment) alvorens te classificeren.

Vervolgens kunnen dan dezelfde classificatiemethoden als bij de pixel gebaseerde aanpak gebruikt worden. Daarnaast kunnen nog de vorm, afmetingen en textuur-eigenschappen van de beeldsegmenten in de vergelijking meegenomen worden. Deze aanpak heet de kennisgebaseerde classificatie omdat doorgaans veel voorkennis over de objectklassen vereist is.

Het fotogrammetrisch proces

52 7 Luchtfotografie 7.1 Tilt Luchtfoto’s hebben het voordeel dat ze een globaal beeld geven, alle informatie wordt gelijktijdig op de luchtfoto geregistreerd. Luchtfoto’s worden meestal geclassificeerd als verticaal of schuin (obliek). Verticale luchtfoto’s zijn genomen met de as zo verticaal mogelijk, het is bijna onmogelijk om een echt verticale foto te maken. Er zal altijd een bepaalde tilt aanwezig zijn, tussen de 1°en 3°, toch worden deze foto’s als verticaal beschouwd. Indien foto’s genomen worden met een opzettelijke hellingshoek spreken we van schuine of oblieke luchtfoto’s. De verschillende types (Figuur 7-1): -

De verticale foto’s worden toegepast in de fotogrammetrie. Zolang de hellingshoek niet groter is dan 3° wordt de foto beschouwd als een verticale opname.

Op laag oblieke foto’s is de horizon niet zichtbaar. Dergelijke beelden zijn onder andere interessant bij archeologisch onderzoek.

Bij hoog oblieke foto’s is de horizon wel zichtbaar. Bij deze opnamenzijn er zeer grote schaalverschillen.

Figuur 7-1: Types luchtfoto’s volgens de helling van de opname-as.

Luchtfotografie

53 De tilt-hoek is de resultante van drie rotatiebewegingen rond de assen van het vliegtuig (Figuur 7-2).

-

De rotatie rond de langs as is de “roll” (griekse letter omega) De rotatie rond de verticale as is de “yaw” (griekse letter kappa) De rotatie rond de dwarse as is de “pitch” (griekse letter phi)

Figuur 7-2: Roll, pitch en yaw bewegingen rond de assen van het vliegtuig.

7.2 Bedekking De meeste luchtfoto’s worden genomen volgens een vlieglijn of vliegstrip (Figuur 7-3). De lijn onder het vliegtuig op het terrein is de nadir lijn. Deze lijn verbindt de middens van iedere foto. De luchtfoto’s worden met een zekere overlap genomen. Deze overlap zorgt er niet alleen voor dat alles van het terrein wordt gefotografeerd, maar ook voor stereoscopisch zicht als de overlap tenminste 60% bedraagt. Deze overlap geldt opeenvolgende foto’s, de overlap die genomen wordt tussen verschillende vlieglijnen bedraagt meestal 30%. Het meest nauwkeurige deel voor kartering op een enkele foto vormt de effectieve bedekking.

Het is de zone die dichter ligt bij het hoofdpunt van die beschouwde foto dan bij de hoofdpunten van de andere aanliggende foto’s.

Het is zeer belangrijk met dit gegeven rekening te houden bij het maken van foto mozaïeken.

Luchtfotografie

54

Figuur 7-3: Eén vlieglijn en de overlap bij opeenvolgende foto’s

7.3 Vertekeningen 7.3.1 Radiale reliëfsverplaatsing Op een enkele foto is er steeds vertekening ten gevolge van de radiale reliëfsverplaatsing.

Deze is een gevolg van het centrale perspectief. Hoge voorwerpen leunen naar buiten; de voetpunten liggen dichter bij het centrale punt dan het toppunt. De verplaatsing van de top ten opzichte van de voet van een voorwerp is de parallax. De parallax neemt toe naarmate: -

het voorwerp hoger is. het voorwerp verder van het verticaalpunt ligt. de vlieghoogte lager is of de schaal groter is.

De reliëfverplaatsing is afhankelijk van de hoogteligging (h) van het punt op het terrein (zie Figuur 6-7 op pagina 48) -

aa” = p = verplaatsing van het punt op de foto H = vlieghoogte d = afstand gemeten op de foto

𝑝 = h/H×d

7.3.2 Vertekeningen ten gevolge van het niet vlak zijn van het terrein of hellende opname as Bij een heuvelachtig terrein is de vertekening afhankelijk van de ligging van de punten ten opzichte van het referentievlak (Figuur 7-4 en Figuur 7-5). Punten boven het referentievlak Luchtfotografie

55 worden naar buiten toe verplaatst; punten onder dit vlak verschuiven als het ware naar binnen.

Vertekeningen bij heuvelachtig terrein: -

Vervorming van richting tussen twee punten vermits de plaats op de foto afhankelijk is van de ligging t.o.v. het referentievlak; De afstanden tussen voorwerpen zijn niet correct; Enkel de richtingen door het verticaalpunt zijn hoekgetrouw. Dit kenmerk wordt verder bij toepassingen van luchtfoto’s gebruikt; De hellingen zijn vertekend.

Het gevolg is dat op een verticale luchtfoto niet zomaar afstanden en hoeken gemeten kunnen worden. We moeten eerst de foto restitueren om betrouwbare meetresultaten te bekomen.

Figuur 7-4: Zijaanzicht van de reliefsverplaatsing bij een verticale luchtfoto.

Luchtfotografie

56

Figuur 7-5: Isometrisch aanzicht van de reliëfsverplaatsing bij een verticale luchtfoto.

7.4 Verloop van de opname 7.4.1 Projectdefinitie In deze stap van een fotogrammetrisch project bespreken de eindgebruiker en de uitvoerder de operationele limieten van het aan te leveren product. Ze maken afspraken over onder andere -

De begrenzing van het project gebied De nauwkeurigheid van de kaart of ruimtelijke data De kaartschaal en het contourinterval. Voor digitale producten zijn deze minder van belang, maar ze staan wel in rechtstreeks verband met de gevraagde nauwkeurigheid

Luchtfotografie

57 -

De thematische inhoud van het product omvat de specificaties van de terreinobjecten die gekarteerd moeten worden, hoe ze dienen opgenomen te worden in het geografisch bestand en hoe ze voorgesteld moeten worden.

7.4.2 Projectontwerp De uitvoerder vertrekt vervolgens van de projectdefinitie om een vluchtplan te bekomen. De perspectieve beeldgeometrie wordt bepaald aan de hand keuze van de camera, de vlieghoogte en de focuslengte van de lens. Deze worden zodanig gekozen dat de resulterende beeldschaal zo klein mogelijk is én toch nog toelaat om de gevraagde specificaties te leveren.

Een vliegplan is het basisdocument voor de opname. Het wordt opgemaakt op schaal 1:25000 of 1:50000. De vliegassen zijn best zo lang mogelijk. Voor de aanloop is ongeveer 5 km nodig. De vliegassen zijn evenwijdig aan elkaar en worden zo berekend dat er een overlapping is. Bij foto’s voor gebruik in de fotogrammetrie wordt meestal een overlapping van 30% genomen bij aaneenliggende stroken.

Op het terrein moeten enkel nog richtpunten worden aangegeven indien er reeds een kaart met terreincoördinaten voor het gebied bestaat. Per foto zijn er drie paspunten nodig; per fotokoppel zijn er vier nodig. De paspunten worden planimetrisch en altimetrisch opgemeten.

De paspunten worden op het terrein gematerialiseerd.

De volgende praktische regel wordt daarbij toegepast, de diameter van de signalisatie in cm is 1/400 van de noemer van de schaal van de opname. Bij een schaal (S) van 1:6000 geldt bijvoorbeeld: Diameter van de signalisatie: 6000 / 400 = 15 cm De aanduiding gebeurt een tweetal weken voor de opname. Bedenk dat de opnamedatum nooit vastligt t.g.v. de wisselende weersomstandigheden. Het aangeven van de paspunten op het terrein duurt meerdere dagen. Men kan gebruik maken van plastiekplaten, kartonplaten, verf of kalk Men geeft meestal de voorkeur aan geschilderde signalisatie. Deze kan niet verplaatst worden en kan eventueel meer dan eens gebruikt worden. Dit niet kunnen verplaatsen is belangrijk vermits dit pas wordt opgemerkt bij het fotogrammetrisch verwerken van de foto’s.

7.4.3 Projectuitvoering Vluchten voor luchtfotografie worden in principe enkel uitgevoerd bij een heldere wolkenloze hemel en wanneer de stand van de zon tussen de 30° en 60° boven de horizon is. Dit beperkt het vliegseizoen anders voor verscheidene plaatsen ter wereld. Voor topografische opmetingen verkiezen we meestal een wintervlucht, wanneer het bladerdek van de bomen minimaal is. Voor centraal Europa betekent dit dat er ongeveer 22 tot 28 vluchtdagen per jaar mogelijk zijn.

De vliegtuigen voor deze vluchtuitvoering zijn uitgerust met GNSS sensoren voor navigatie en positionering. De hoekafwijkingen worden bepaald met inertiële meetsystemen. Deze toestellen zijn nodig om de nauwkeurige benaderende waarden van de coördinaten van de opnamepunten en de tilthoek van de opname as te bekomen.

Luchtfotografie

58 8 Satellietwaarnemingen 8.1 Inleiding Orbitale teledetectiesystemen verschillen in hun radiometrische en spectrale eigenschappen.

Satellieten kunnen continu waarnemen. Om te beletten dat weinig gevraagde gegevens voortdurend worden opgenomen zal men de opnamen steeds meer programmeren. Zo worden enkel continu gegevens opgenomen van gebieden waar er ruime vraag is naar gegevens. Voor andere gebieden worden slechts gegevens opgenomen in het kader van vooraf aangevraagde onderzoeksprogramma’s.

8.2 Baan van de satelliet 8.2.1 Geostationaire baan Deze satellieten bevinden zich op ongeveer 36000 km boven het aardoppervlak. Ze hebben een omloopsnelheid die gelijk is aan de rotatiesnelheid van de aarde. De satelliet neemt als het ware een vast punt in boven de aarde. Deze satellieten hangen min of meer boven de evenaar en kunnen een volledige hemisfeer in één keer waarnemen. Deze beelden hebben beperkte grondresolutie (grootte orde kilometer).Deze satellieten zijn ideaal voor het maken van weersvoorspellingen.

8.2.2 Polaire baan Deze satellieten verlopen min of meer noord-zuid over de aardpolen. Met een hoek van iets meer dan 90°dwarsen ze de evenaar. Zo kunnen ze praktisch het ganse aardoppervlak in beeld brengen. Ze circuleren op een hoogte van 450 tot 1000 km boven het aardoppervlak.

Wanneer de polaire baan wordt doorlopen synchroon aan de zonnetijd spreken we over een heliosynchrone baan. Deze banen hebben als voordeel dat de waarnemingen op een bepaalde plaats steeds onder dezelfde verlichtingsomstandigheden gebeuren. Door de lagere vlieghoogte hebben ze een betere grondresolutie (submeter tot 10 tot 80m). Dit type satelliet wordt vooral gebruikt bij aardobservatie.

8.2.3 Oblieke baan Deze satellieten maken een hoek van 30°tot 80°met het evenaarsvlak. Ze bewegen op een hoogte van 200 tot 500 km boven het aardoppervlak. Deze satellieten worden gebruikt voor korte opdrachten. Ze hebben een hoge grondresolutie maar kunnen slechts gebruikt worden op lage breedte.

8.3 Resolutie De grondresolutie van de satellieten is steeds verbeterd. Men spreekt van “generaties” om de steeds betere kwaliteit van de beelden aan te geven. De eerste generatie (vb. Landsat met multispectrale scanner) uit de periode 1972 - 1978 had een grondresolutie van 80 m. De tweede generatie (vb. de nieuwe Landsat met de “thematic mapper”) heeft een grondresolutie van 30 m en vanaf 1993 ook al van 15 m. De Franse SPOT-satelliet heeft een resolutie tot 10 m. Bij de derde generatie (bijvoorbeeld de Russische RESURS en de Europese IKONOS) heeft een resolutie van respectievelijk 5 m en 1 m. De grondbedekking verschilt eveneens van satelliet tot satelliet.

Satellietwaarnemingen

59 Recentelijk komen ook steeds meer satelliet constellaties beschikbaar zoals Pléiades en Sentinel. Deze constellaties hebben het voordeel dat ze een hogere temporele en spectrale resolutie bieden zonder in te boeten aan de geometrische kwaliteit ten gevolge van niet-nadir opnames.

Over satellietwaardeningen,waaronder de acquisitie van data, de verwerking, toepassingsdomeinen, … valt uiteraard veel meer te zeggen dan in deze korte paragraaf.

Voor meer informatie verwijzen we daarom door naar de literatuur en de vele databronnen die online terug te vinden zijn.

Satellietwaarnemingen

60 9 RPAS Onderstaande teksten zijn overgenomen van de website van het Directoraat-generaal Luchtvaart (DGLV, https://mobilit.belgium.be/nl/luchtvaart/drones). Het DGLV is een onderdeel van de FOD Mobiliteit en Vervoer en is verantwoordelijk voor de regelgeving en certificatie voor burgerluchtvaart in België.

9.1 Enkele definities en context Er bestaat een hele waaier aan termen om deze momenteel zeer populaire onbemande luchtvaartuigen te benoemen. Hieronder leggen we u de verschillende betekenissen uit.

Tegenwoordig wordt in het Engels op het internet vooral de term “Unmanned Aerial Vehicle” (UAV). Het ziet er echter naar uit dat deze term langzaam maar zeker zal verdwijnen omdat de burgerluchtvaartautoriteiten van meerdere landen besloten hebben om een andere benaming te gebruiken.

9.1.1 Het platform Een “Remotely Piloted Aircraft” (RPA) is een op afstand bestuurd onbemand luchtvaartuig met een maximale opstijgmassa van niet meer dan 150 kg, bestuurd vanaf een grondcontrolestation. De benaming Remotely Piloted Aircraft System (RPAS) duidt een op afstand bestuurd luchtvaartuig aan en de bijhorende besturingsapparatuur en nodige bestuurs- en controleverbindingen.

De term “Unmanned Aerial System” (UAS) wordt internationaal erkend en duidt het volledige vluchtuitvoeringssysteem aan: het luchtvaartuig, het controlestation en de draadloze dataverbinding (en eventuele meetsystemen aan boord, zoals een camera of laserscanner).

Dit is ook de term die wordt gebruikt in de Europese wetgeving, en de term zal verder gebruikt worden in dit hoofdstuk.

Hoewel “drone” oorspronkelijk onbemande luchtvaartuigen in een militaire context aanduidde, wordt deze term ook vaak gebruikt door zowel amateurs als professionals, zowel in het Frans als in het Nederlands. Deze benaming is echter informeel en wordt dus niet gebruikt in officiële contexten. Zeker bij meetcampagnes buiten Europa is deze term vaak te mijden omwille van de militaire connotatie.

Een UAS wordt als speelgoed beschouwd als het, al dan niet uitsluitend, bedoeld is voor kinderen van minder dan 14 jaar en voldoet aan de eisen van richtlijn 2009/48/CE betreffende de veiligheid van speelgoed. Informeel wordt dan gesproken over een “speelgoeddrone”. Normaal gezien staat dit vermeld op de verpakking, in de handleiding of op het UAS zelf. Buiten enkele uitzonderingen mogen deze UASen in de categorie OPEN worden gebruikt (zie verder).

Officieel wordt een door een particulier gebouwd UAS gedefinieerd als een UAS dat voor eigen gebruik door de bouwer is geassembleerd of vervaardigd, met uitzondering van UASen die zijn vervaardigd uit een reeks onderdelen die als een bouwpakket in de handel worden gebracht. Afhankelijk van hun gewicht en hun karakteristieken kunnen zelfgebouwde UASen in de categorieën OPEN en SPECIFIC vallen. Het is de verantwoordelijkheid van de bouwer om de constructie in overeenstemming te brengen met de huidige Europese wetgeving (en dan vooral op het vlak van gewicht en navigatielichten, of er een camera aanwezig is of niet, ...)

RPAS

61 9.1.2 UAS-exploitanten en piloten op afstand Een UAS-exploitant is een natuurlijke persoon of rechtspersoon die vluchten uitvoert, of van plan is vluchten uit te voeren, met een UAS of meer UASen. Dit wil zeggen dat deze persoon met een eigen of gehuurde UAS vluchten zal uitvoeren (bijvoorbeeld om foto’s of opnames te maken, om topologie te bestuderen, om infrastructuur te inspecteren, ...). In België moet de exploitant zich registreren bij het DGLV en zich verzekeren alvorens de vluchten uit te voeren. Hij of zij moet het UAS niet onder zijn of haar naam laten inschrijven.

Een piloot op afstand is de natuurlijke persoon die de UAS bestuurt. Als u een drone hebt verkregen, voor uzelf of als cadeau, dan bent u zowel de piloot als de exploitant.

9.1.3 Wetgeving Tot voor kort had elke lidstaat van de Europese Unie eigen regels over het gebruik van UASen. Daarom heeft de Europese Commissie twee verordeningen opgesteld om de UASactiviteiten in Europa aan te moedigen en de wetgeving hierrond te harmoniseren. Die zijn van toepassing vanaf 31 december 2020 in alle lidstaten van de Europese Unie, maar ook in IJsland, Noorwegen en Zwitserland.

Een UAS-exploitant of een piloot op afstand die aan de voorwaarden van de Europese wetgeving voldoet, zal dus in het land van herkomst, maar ook in alle andere lidstaten vluchten kunnen uitvoeren op basis van de certificaten (registratie, piloot, exploitant) die in het land van herkomst zijn verkregen.

In de nieuwe Europese wetgeving worden drie UAS-categorieën onderscheiden naargelang het risico dat aan de vluchtuitvoering verbonden is, voor de luchtvaartveiligheid of voor mensen of goederen op de grond. Er wordt geen onderscheid meer gemaakt naargelang het doel (recreatief/sportief of commercieel). Hoe groter het risico, hoe strenger de vereiste goedkeuring van het DGLV wordt. Zorg dus dat u weet in welke categorie u zal vliegen zodat u weet waarvoor u bij het DGLV moet zijn.

9.2 UAS-categorieën: OPEN, SPECIFIC en CERTIFIED 9.2.1 OPEN Vluchtuitvoeringen vallen in de categorie OPEN als ze beantwoorden aan de beschrijving in Tabel 9-1. Let ook goed op de subcategorie waartoe uw vluchtuitvoering behoort. Het lezen van de gebruikershandleiding is in alle gevallen vereist.

Wie valt er in de categorie OPEN? Alle recreatieve piloten mogen vluchten uitvoeren in de categorie OPEN. Normaal gezien vallen de meeste recreatieve vluchten in deze categorie. Professionele exploitanten mogen hun vluchten ook uitvoeren in de categorie OPEN zolang zij zich aan de relevante exploitatievoorwaarden houden. Voor activiteiten van modelluchtvaartuigclubs en verenigingen worden er echter bijzondere bepalingen voorzien.

Verzekering en administratie Verzekering: u moet een verzekering afsluiten om alle mogelijke lichamelijke en materiële schade te dekken, voor u uw registratieaanvraag indient.

RPAS

62 -

-

UAS met een maximale startmassa < 20 kg: verzekering burgerlijke aansprakelijkheid; Het is mogelijk, en dus na te gaan, dat uw gezinsverzekering puur recreatieve vluchten dekt; UAS met een maximale startmassa ≥ 20 kg: specifieke verzekering; U moet een verzekering afsluiten overeenkomstig de bepalingen in de verordening betreffende de verzekeringseisen voor luchtvervoerders en exploitanten van luchtvaartuigen (Verordening (EG) Nr. 785/2004 van het Europees Parlement en de Raad van 21 april 2004).

Registratie exploitant: Als u in België woont of als uw hoofdkantoor hier gevestigd is, dan moet u zich verplicht bij het DGLV registreren als “UAS-exploitant” via een online portaal voor u vluchten mag uitvoeren. Aan het einde van de registratieprocedure krijgt u een registratienummer voor UAS-exploitanten, dat u op alle door u gebruikte UASen moet aanbrengen.

U moet zich niet registreren als u: -

Een UAS gebruikt van minder dan 250 g zonder camera of andere sensor die persoonsgegevens kan opvangen; Een “speelgoeddrone” gebruikt (die dus voldoet aan richtlijn 2009/48/CE over speelgoed) van minder dan 250 g, zelfs als er een camera of andere sensor opzit.

Uw UAS zelf moet niet worden geregistreerd. Ook is er in de categorie OPEN geen register voor exploitanten. Met uw registratienummer mag u in alle Europese lidstaten vliegen.

Beginnen met vliegen: u hoeft dit niet aan te geven bij het DGLV. U hoeft uw UAS enkel te laten besturen door een bekwame piloot en de voorwaarden te respecteren van de subcategorie waarin de vluchten plaatsvinden, inclusief het gebruik van een UAS met het correcte klasse-label. Afhankelijk van de subcategorie mag een UAS in de categorie OPEN wel of niet over bepaalde zones vliegen.

RPAS

3 Tabel 9-1: Overzicht van vluchtuitvoeringen in de categorie OPEN UAS

Exploitatie

Klasse

Gewicht

Subcat.

Eigen bouw /

< 250 g

A1 (A3)

Beperkingen

Exploitant/Piloot Registratie exploitant

Niet-Cx UAS

Opleiding

Minimumleeftijd

-

Opleiding aangeraden

Geen

-

Geografische zones en

Nee, tenzij uitgerust met een hun condities naleven -

Niet vliegen boven niet-

camera of sensor en geen

betrokken mensen

speelgoeddrone.

C0 -

-

Opleiding is aangeraden

-

geografische zones en

14 Geen bij speelgoeddrone

Niet vliegen boven hun condities naleven bijeenkomst van personen

C1

< 900 g

Ja

-

Online opleiding volgen

-

Slagen voor het online

14

theorie-examen C2

< 4 kg

A2 (+A3)

-

-

Niet vliegen boven niet-

-

Online opleiding volgen

betrokken mensen

-

Slagen voor online theorie-

> 30 m horizontale afstand

examen en schriftelijk

van niet-betrokken

DGLV-examen

mensen (5 m in trage

-

modus)

16

Verklaren een praktijkopleiding te hebben gevolgd

C3

< 25 kg

A3

-

C4 Eigen bouw / Niet-Cx UAS

RPAS

-

> 150 m van bevolkte

-

Online opleiding volgen

gebieden vliegen

-

Slagen voor online theorie-

> 30 m horizontale afstand van eventuele omstanders

examen

14

3

Klasselabel Uw UAS moet een klasselabel hebben om aan alle technische vereisten te voldoen voor gebruik in de categorie OPEN. Deze lopen van C0 tot C4 (Tabel 9-2). Dit label moet in de vorm van de onderstaande logo’s komen. U kunt bovenstaande logo’s gebruiken om te weten te komen hoe het etiket dat door de fabrikant op de drone is aangebracht eruit moet zien.

Tabel 9-2: Overzicht van klasselabels Klasse C0

Klasse C1

Klasse C2

Klasse C3

Klasse C4

RPAS

4 Aangezien de meeste UAS die vandaag op de markt zijn niet over dit soort klasselabel beschikken, en om exploitanten niet te verplichten snel zo’n UAS aan te kopen, is er vanaf 31 december 2020 een tussentijdse regeling voorzien door de Europese wetgeving. Op het UAS dat u nu heeft, staat bijvoorbeeld “CE” omdat het aan andere normen voldoet (over bijvoorbeeld elektromagnetische emissies). In het geval dat de fabrikant geen van deze labels op uw drone heeft aangebracht, moet u uw drone als niet-Cx-conform beschouwen waarvoor het gebruik ervan in de categorie Open onderhevig is aan een overgangsperiode is (gebruik in de categorie Limited tot 1/1/2023), daarna is hij enkel nog bruikbaar in de A1- of A3-subcategorie.

Wanneer in de categorie OPEN vliegen?

-

Overdag: zonder bijkomende voorwaarden. ‘s Nachts: ‘s nachts vliegen in de categorie OPEN mag zolang de vlucht aan de volgende voorwaarden voldoet: o Zichtbaarheid: alle vluchten moeten steeds plaatsvinden binnen het zicht van de piloot plaatsvinden (Visual Line Of Sight = VLOS: Vluchtuitvoering binnen zicht). U moet dus steeds uw UAS goed kunnen onderscheiden, zelfs ‘s nachts, om de regels rond zichtbaarheid te respecteren. De vliegomgeving moet er een zijn waar u de hele vlucht lang uw toestel kunt zien. o Veiligheid: er moet de hele vlucht lang een groen knipperlicht branden dat de zichtbaarheid van het UAS in de lucht garandeert.

9.2.2 SPECIFIC Uw vluchten vallen in de categorie SPECIFIC als ze niet aan de voorwaarden van de categorie OPEN voldoen. Het gaat over vluchten: -

met een verhoogd risico; hoger dan 120 m AGL (Above Ground Level); boven (niet betrokken) mensen; buiten zicht (BVLOS, behind visual line of sight); voor dropping.

UAS-vluchtuitvoeringen in deze categorie zijn toegestaan: -

-

RPAS

Met een declaratie: als de vluchten die u wilt uitvoeren voldoen aan de eisen voor vluchtuitvoeringen in een standaardscenario (STS), dan is het voldoende om deze aan te geven bij het DGLV via het Droneportal (https://es.mobilit.fgov.be/eLoket/main/home?lang=nl). U krijgt dan een bevestiging van de ontvangst en volledigheid waarmee u meteen kan beginnen vliegen. In Verordening (EU) 2019/947 worden twee Europese standaard-scenario’s gedefinieerd die van toepassing zijn vanaf 2 december 2021: o STS-01: VLOS boven een gecontroleerde grondoppervlakte in een bevolkte omgeving; o STS-02: BVLOS waarbij luchtruimwaarnemers aanwezig zijn boven een gecontroleerde grondoppervlakte in een dunbevolkte omgeving.

Vliegen in een andere EU-lidstaat: uw Belgische verklaring is geldig in alle lidstaten van de Europese Unie. Voor u gaat vliegen in een ander land moet u gewoon een kopie van uw declaratie en van de bevestiging van de ontvangst en volledigheid doorgeven aan de instantie verantwoordelijk voor burgerluchtvaart van dat land.

5 -

-

Met een exploitatievergunning: als de vluchten die u wilt uitvoeren niet in een standaardscenario passen moet u een exploitatievergunning aanvragen bij het DGLV voor u kunt beginnen vliegen. o Operationele risicobeoordeling: vergunningen worden toegekend op basis van een risicoanalyse die wordt uitgevoerd volgens een methode genaamd risicobeoordeling van specifieke uitvoeringen (SORA, “Specific Operations Risk Assessment”), die door JARUS is ontwikkeld en door het Europees Agentschap voor de veiligheid van de luchtvaart (EASA) is erkend als aanvaardbare wijze van naleving (Publicatie van 9 oktober 2019, AMC1 voor artikel 11 van verordening (EG) 2019/947). Als u meer wilt weten over hoe operationele risico’s worden beoordeeld, kunt u de EASA-publicaties over AMC (aanvaardbare wijzen van naleving) raadplegen. o Vliegen in een andere EU-lidstaat: als u een exploitatievergunning hebt verkregen in België moet u een kopie van uw vergunning sturen naar de autoriteit bevoegd voor luchtvaart van het land waar u wilt vliegen. U moet ook aangeven waar de vluchtuitvoeringen zullen plaatsvinden en, indien nodig, welke risicobeperkende maatregelen u neemt naargelang de omstandigheden ter plaatse (luchtruim, geografie, bevolkingsgraad, klimaat...) bij de bevoegde burgerluchtvaartautoriteit ter plaatse. Na bevestiging dat de genomen risicobeperkende maatregelen voldoende zijn, mag u beginnen met vliegen in dit land.

Met een LUC: een certificaat van exploitant van lichte UAS (“Light UAS operator certificate”, LUC) is een certificaat dat enkel aan een rechtspersoon kan worden toegekend (bedrijf of organisatie).

Als UAS-exploitant kan u het DGLV vragen om te evalueren of uw organisatie over de nodige structuur (organisatie, personeel, procedures,...) en capaciteiten beschikt om de operationele risico’s van een vluchtuitvoering zelf te beoordelen. De nodige competenties zijn vastgelegd in deel C van Verordening (EU) 2019/947.

Als het DGLV oordeelt dat u in staat bent om zelf de risico’s van uw UASvluchtuitvoering in te schatten, krijgt u een certificaat van exploitant van lichte UAS (LUC) dat bepaalde bevoegdheden aan uw organisatie verleent afhankelijk van de mate van volwassenheid van uw organisatie. De organisatie krijgt mogelijk zelfs de bevoegdheid om zelf bepaalde vluchtuitvoeringen goed te keuren zonder vooraf een vergunning aan te vragen bij het DGLV. De bevoegdheden zijn: - Vluchten uitvoeren die binnen een standaardscenario vallen zonder een declaratie in te dienen; - Zelf vluchtuitvoeringen goedkeuren op basis van een op voorhand uitgewerkte risicoanalyse (“Pre-Defined Risk Assessment”, PDRA) zonder vergunning aan te vragen bij het DGLV; - Zelf vluchtuitvoeringen goedkeuren die binnen het kader van het LUC vallen zonder vergunning aan te vragen bij het DGLV. Een LUC is ongelimiteerd geldig zolang de organisatie zich aan de eisen van het LUC houdt. Een LUC kan echter wel beperkt, geschorst of ingetrokken worden door het DGLV of teruggegeven worden door de exploitant.

Voor wie is de categorie SPECIFIC? Alle UAS-exploitanten, professioneel of recreatief, wiens beoogde vluchtuitvoeringen niet in de categorie OPEN passen. In alle gevallen is de piloot of exploitant ouder dan 16 jaar.

RPAS

6 Hoe een vlucht uitvoeren in de categorie SPECIFIC? Er bestaat geen UAS-register voor de categorie SPECIFIC. De UAS-exploitant moet echter wel in de declaratie of vergunningsaanvraag aangeven welke toestellen er gebruikt zal worden.

-

-

-

Verzekering: u moet een verzekering afsluiten om alle mogelijke lichamelijke en materiële schade te dekken, voor u uw registratieaanvraag indient. Deze moet in overeenstemming zijn met de bepalingen in de Verordening betreffende de verzekeringseisen voor luchtvervoerders en exploitanten van luchtvaartuigen (Verordening (EG) Nr. 785/2004 van het Europees Parlement en de Raad van 21 april 2004).

Zich registreren: als u in België woont of als uw hoofdkantoor hier gevestigd is, dan moet u zich bij het DGLV registreren als "UAS-exploitant" via een online portaal voor u vluchten mag uitvoeren. Aan het einde van de registratieprocedure krijgt u een registratienummer voor UAS-exploitanten, dat u op de door u gebruikte UAS moet aanbrengen. o Uw UAS zelf moet niet worden geregistreerd. o Met uw registratienummer mag u in alle Europese lidstaten vliegen.

Technische vereisten: In de Europese standaardscenario’s moet u, afhankelijk van het scenario, een drone gebruiken met een klasse-label C5 of C6. Voor vluchtuitvoeringen waarvoor een vergunning nodig is, wordt de technische informatie over het UAS (remote ID, geo-bewustzijn, octocopter, certificaten...) in de exploitatievergunning beschreven op basis van de operationele risicobeoordeling. Bij vluchtuitvoeringen die uitgevoerd worden met een certificaat van exploitant van lichte UAS (LUC) moet de technische informatie over het UAS in dit certificaat beschreven staan.

Hoe vliegen in de categorie SPECIFIC? Al piloot: wat gebeurt er met uw attest of bewijs van bevoegdheid?

Het DGLV houdt rekening met het ervaringsniveau van afstandspiloten die al een bewijs van bevoegdheid voor klasse 1 of een attest voor klasse 2 hebben bij het beoordelen van vergunningsaanvragen. Het DGLV kan extra competenties of opleidingen eisen als de beoogde vluchtuitvoeringen niet goedgekeurd zijn door het koninklijk besluit van 10 april 2016, of als de nodige competenties niet vermeld worden in de opleidingseisen van het koninklijk besluit van 10 april 2016.

Wanneer in de categorie SPECIFIC Vliegen?

-

Overdag: geen bijkomende beperkingen buiten de vereisten om de vergunning te verkrijgen. ‘s Nachts: geen bijkomende beperkingen buiten de vereisten om de vergunning te verkrijgen.

Standaard scenario’s In de categorie SPECIFIC zijn UAS-vluchtuitvoeringen toegestaan op basis van: -

RPAS

een verklaring; een exploitatievergunning: (zie Categorie SPECIFIC; een certificaat van exploitant van lichte UAS (LUC).

7 UAS-vluchtuitvoeringen op basis van een verklaring moeten voldoen aan een standaardscenario, dat wil zeggen een type UAS-vluchtuitvoering waarvoor een precieze lijst van risico-beperkende maatregelen is vastgelegd waarvoor exploitanten verklaren dat zij deze risico-beperkende maatregelen strikt zullen toepassen wanneer zij vluchtuitvoeringen verrichten.

Verordening (EU) 2019/947 legt twee Europese standaardscenario’s vast: -

STS-01 — VLOS boven een gecontroleerde grondoppervlakte in een bevolkte omgeving; STS-02 — BVLOS met luchtruimwaarnemers boven een gecontroleerde grondoppervlakte in een dunbevolkte omgeving.

Deze Europese standaardscenario’s zullen pas vanaf 2 december 2021 van toepassing zijn.

Tot die tijd kan er dus geen verklaring op basis hiervan worden ingevoerd.

Vóór die datum kunt u UAS-vluchtuitvoeringen verrichten op basis van een verklaring die voldoet aan het Belgische standaardscenario. Deze verklaringen mogen enkel in het Belgische luchtruim worden gebruikt. Op basis van deze verklaring mag u in een andere lidstaat dus geen vluchtuitvoeringen verrichten.

Vanaf 2 december 2021, datum van inwerkingtreding van de Europese standaardscenario’s, zullen verklaringen op basis van het Belgische standaardscenario niet meer mogelijk zijn.

Verklaringen op basis van het Belgische standaardscenario blijven echter geldig tot en met 1 december 2023 binnen de grenzen van het Belgische luchtruim.

De onderstaande punten hebben enkel betrekking op de verklaringen die op basis van het nationale standaardscenario BE-STS-01 zijn afgelegd.

VOORWAARDEN VOOR DE VLUCHTUITVOERING Enkel als u aan alle onderstaande voorwaarden voldoet, mag u uw UAS-vluchtuitvoeringen verrichten op basis van een verklaring die voldoet aan het nationale standaardscenario BESTS-01: -

-

-

-

vlucht op een maximale hoogte van 120 m AGL, behoudens bijzondere voorschriften voor vluchten in de nabijheid van een obstakel (op verzoek van de entiteit die verantwoordelijk is voor dat obstakel); enkel VLOS-vluchten en overeenkomstig de toelatingsvoorwaarden voor geografische UAS-zones (met inbegrip van het gecontroleerde luchtruim); enkel boven een gecontroleerde grondoppervlakte, dat wil zeggen een gebied op de grond waarin het UAS wordt geëxploiteerd en waarin de UAS-exploitant kan garanderen dat alleen betrokken personen aanwezig zijn; onder de omstandigheden die zijn vastgelegd in het door de exploitant opgestelde vluchthandboek volgens het model dat is vastgelegd in het Belgische standaardscenario (zie “Exploitant”); met een piloot op afstand die houder is van de vereiste bevoegd-verklaringen (zie “Piloot”); met een UAS met een grondsnelheid van minder dan 5 m/s en dat voldoet aan de vastgelegde technische kenmerken (zie “Toestel”).

EXPLOITANT

RPAS

8 Naast de algemene verplichtingen van een UAS-exploitant die vluchtuitvoeringen in de categorie SPECIFIC verricht (zie Categorie SPECIFIC, moet u, voordat u met uw vluchtuitvoeringen begint: -

Een vluchthandboek opstellen dat voldoet aan de eisen van het Belgische standaardscenario; Uw vluchtuitvoeringen bij het DGLV aangeven via het Drone Portaal; In het bezit zijn van een bevestiging van ontvangst en volledigheid (ontvangstbewijs) die door het DGLV elektronisch wordt verzonden nadat u uw verklaring hebt ingediend.

Bij de vluchtuitvoeringen bent u ook verantwoordelijk voor: -

-

De vastlegging en naleving van de gecontroleerde grondoppervlakte waarin geen niet-betrokken personen aanwezig zijn; De vastlegging en naleving van de passende procedures voor onvoorziene voorvallen en noodprocedures door de piloot op afstand en alle andere bij de vluchtuitvoering betrokken personen; Het in kennis stellen van de personen die aanwezig zijn in de gecontroleerde grondoppervlakte van de risico’s van de vluchtuitvoering.

PILOOT Om UAS-vluchtuitvoeringen volgens het Belgische standaardscenario te mogen verrichten, moet u bewijzen: -

-

Dat u houder bent van een bewijs van bevoegdheid als bestuurder van een RPA (klasse 1, afgegeven overeenkomstig het koninklijk besluit van 10 april 2016) en dat u het vaardigheidscertificaat van piloot op afstand (subcategorie A2) hebt verkregen door omzetting van dit bewijs van bevoegdheid (na de online opleiding te hebben voltooid en te zijn geslaagd voor het online examen dat enkel betrekking heeft op Verordening (EU) 2019/947); of, Dat u houder bent van een certificaat van theoriekennis van piloot op afstand voor vluchtuitvoeringen volgens het nationale standaardscenario BE-STS-01 en geslaagd bent voor de bijbehorende praktijkopleiding.

Als u begint met uw activiteiten als piloot op afstand of als u houder was van een attest van bestuurder van een RPA (klasse 2) of als u uw bewijs van bevoegdheid als bestuurder van een RPA (klasse 1) niet hebt omgezet, moet u het certificaat van theoriekennis van piloot op afstand behalen voor vluchtuitvoeringen volgens het nationale standaardscenario BE-STS01 en slagen voor de praktijkopleiding voor dat STS. De theorie-opleiding moet worden gevolgd bij een entiteit die is aangewezen om de opleiding over en de controle op de vaardigheden van de piloten op afstand in de categorie SPECIFIC te organiseren (zie lijst) en de praktijkopleiding wordt gegeven door een erkende entiteit (zie lijst).

Naast de algemene verplichtingen van een piloot op afstand die vluchtuitvoeringen in de categorie SPECIFIC verricht (zie Categorie SPECIFIC), moet u er tijdens de vlucht voor zorgen dat u zich aan de vliegvoorschriften van het nationale standaardscenario BE-STS-01 houdt en dat u uw drone onder controle houdt, ook in noodsituaties. U mag op geen enkel moment meerdere UAS tegelijk besturen of de besturing overdragen aan een andere piloot

RPAS

9 op afstand met een andere bedieningseenheid. U kunt zich echter wel laten bijstaan door een UAS-waarnemer.

TOESTEL Enkel UAS die voldoen aan de technische voorwaarden als bedoeld in aanhangsel 3 (http://www.ejustice.just.fgov.be/mopdf/2020/12/31_1.pdf#Page200) bij het ministerieel besluit van 29 december 2020 tot bepaling van een nationaal standaardscenario mogen voor op basis van een verklaring verrichte UAS-vluchtuitvoeringen worden gebruikt zoals bijvoorbeeld een afmeting van minder dan 2 m, een maximale startmassa van minder dan 22 kg, houder zijn van een certificaat van overeenstemming overeenkomstig het koninklijk besluit van 10 april 2016, ... UAS met vaste vleugels (“fixed wing”) zijn verboden.

9.2.3 CERTIFIED Wanneer UAS-vluchtuitvoeringen een te hoog risico inhouden om in de categorie SPECIFIC te worden uitgevoerd (ofwel vanwege de soort vluchtuitvoering, of op basis van de resultaten van de operationele risicobeoordeling), vallen ze in de categorie CERTIFIED. Let wel: de exploitatievoorwaarden voor de categorie CERTIFIED liggen nog niet helemaal vast, en vluchtuitvoeringen in deze categorie zullen niet mogen plaatsvinden vanaf 31 december 2020.

9.3 Opleiding Als UAS-piloot moet u zich houden aan de opleidingseisen voorzien door de Europese wetgeving. Er worden opleidingen en examens georganiseerd zodat u de nodige erkenning van uw competenties kunt verkrijgen. De behaalde certificaten zijn geldig in alle lidstaten van de Europese Unie. In deze opleidingen wordt de basiskennis aangeleerd over veiligheid, luchtvaartreglementering, beperkingen in het luchtruim, vluchtuitvoeringsprocedures, respect voor privacy, enz.

De nieuwe Europese wetgeving maakt geen onderscheid tussen drones meer op basis van hun gebruik (recreatief of commercieel), maar op basis van het risico dat ze creëren voor de veiligheid van het luchtruim. Er zijn drie categorieën (OPEN, SPECIFIC en CERTIFIED), elk met verschillende vereisten op vlak van competentie voor piloten op afstand die afgestemd zijn op het soort vluchtuitvoering.

Categorie OPEN Om in de categorie OPEN te vliegen met een UAS moet de piloot de instructies van de fabrikant lezen in de gebruikershandleiding. Hij of zij moet ook een opleiding volgen en slagen voor een theorie-examen naargelang de subcategorie van de beoogde vluchtuitvoering.

-

-

RPAS

Subcategorieën A1 en A3: de opleiding en het examen vinden online plaats. Als u slaagt voor het examen, zal u een certificaat van de onlineopleiding krijgen, dat vijf jaar geldig is.

Subcategorie A2: Voor deze subcategorie moet u niet alleen het slaagbewijs van de onlineopleiding A1/3 behaald hebben, maar ook: o Een praktijkopleiding volgen die als zelfstudie mag worden uitgevoerd volgens de exploitatievoorwaarden van subcategorie A3 (op minstens 150 m van bewoonde gebieden);

10 o

-

-

Slagen voor een extra theoretisch examen dat in de lokalen van het DGLV wordt georganiseerd. Dit examen bestaat uit minimaal 30 vragen die betrekking hebben op de volgende vakken. o Wanneer u uw profiel op het examenplatform aanmaakt, het slaagbewijs van de onlineopleiding A1/3 opladen. o Na het slagen van dit extra OPEN A2 examen, uw OPEN A2 certificaat downloaden via DRONE PORTAL door het uploaden van een ondertekende verklaring waarin staat dat u effectief de vereiste competenties hebt behaald bij de vereiste praktische zelfscholing.

UAS van minder dan 250 g (C0 of zelfgemaakt): het is niet nodig om de onlineopleiding te volgen om dit UAS te mogen besturen. U moet enkel de gebruikershandleiding van uw toestel goed doorgenomen hebben. We raden u ook aan om de gratis onlineopleiding te volgen.

Modelluchtvaartuigclubs en -verenigingen: Leden van modelluchtvaartuigclubs en verenigingen mogen met UAS of modelluchtvaartuigen vliegen tijdens clubactiviteiten zonder een opleiding te hebben gevolgd. Ze moeten echter wel voldoen aan de opleidingsvereisten die zijn vastgelegd door de modelluchtvaartfederaties en de clubs. Voor alle vluchten die niet binnen de activiteiten van de club vallen moet een modelluchtvaartpiloot echter wel de opleidingsvoorschriften hierboven volgen.

Locatie en prijs van de opleidingen en de examens Subcategorie A1 en A3: De theoretische opleiding en het examen voor de subcategorieën A1 en A3 vinden online plaats. De inschrijving, de opvolging en het bewijs van voltooiing van de onlinetraining (na het succesvol afleggen van het online examen) zijn gratis (https://mobilit.lmsdokeos.com/nl/users/sign_in).

Subcategorie A2: De praktijkopleiding voor subcategorie A2 mag als zelfstudie worden uitgevoerd volgens de exploitatievoorwaarden van subcategorie A3 (op voldoende afstand van bewoonde gebieden). Deze opleiding is dus gratis.

Het DGLV organiseert geen opleidingen voor het extra theorie-examen voor subcategorie A2. Particuliere organisaties mogen, onafhankelijk van het DGLV, opleidingen aanbieden waarvan zij de prijs zelf mogen bepalen. Het extra theorie-examen voor subcategorie A2 vindt plaats in een gebouw van de FOD Mobiliteit en Vervoer (Vooruitgangstraat 56 in Brussel). Dit examen is ook gratis.

Categorie SPECIFIC Over welke vaardigheden u moet beschikken om in deze categorie een UAS te besturen hangt af van: -

Ofwel het standaardscenario dat u in uw declaratie aangeeft en waaronder uw vluchtuitvoeringen zullen vallen; Ofwel de operationele risicobeoordeling, uitgevoerd door de UAS-exploitant, op basis waarvan bepaald zal worden welke opleiding(en) u eventueel moet volgen en welke examens u eventueel moet afleggen om de vluchten veilig uit te voeren.

Om dit te vergemakkelijken heeft het DGLV een lijst opgesteld met instanties die verantwoordelijk zijn voor theorie- en praktijkopleidingen met details over welke opleidingen er worden gegeven.

RPAS

11 Categorie CERTIFIED: Momenteel zijn de competentie-eisen voor de categorie CERTIFIED nog niet gekend.

9.4 Toepassingen van RPAS voor de landmeter De landmeetkundige activiteiten die met een RPAS kunnen worden uitgevoerd vallen hoofdzakelijk in de disciplines fotogrammetrie en inspectie. De nuttige lading zal in vele gevallen beperkt zijn tot een camera.

Kartering aan de hand van luchtfotogrammetrie kan zowel met fixed wing als rotor UAVs uitgevoerd worden, naar gelang de omvang van de te karteren zone. De kwaliteit van de orthofoto en terreinmodellen is afhankelijk van de camera, vlieghoogte en de weersomstandigheden.

Volumebepalingen sluiten nauw aan bij de karteringstoepassingen. Door herhaalde vluchten uit te voeren, kan het volumeverschil tussen verschillende tijdstippen eenvoudig bepaald worden.

Bij architectuurmetingen wordt enkel gebruikt gemaakt van rotor UAVs. Dit omwille van de mogelijkheid om deze platformen telkens op een vaste positie plaats te laten namen en vervolgens de foto te nemen.

RPAS

12 10 Terrestrische fotogrammetrie 10.1 Kleurkalibratie en witbalans Wanneer een opname van een object gemaakt wordt, komt de werkelijke spectrale signatuur van dit object niet overeen met de respons zoals die geregistreerd wordt door het menselijk oog of de digitale sensor (Figuur 10-1). Dit verschil wordt veroorzaakt door de dataregistratie zelf, maar in grote mate ook door de eigenschappen van het omgevingslicht.

Figuur 10-1: De spectrale signatuur van een object komt niet overeen met de geregistreerde waarden

In de praktijk zal dit probleem vaak opgelost worden door te werken met het capteren van een referentieobject, waarbij de werkelijke waarde gekend is. Dergelijke grijswaarden hebben voor zowel het rode, groene als blauwe bereik een gelijke reflectiewaarde. Door de afwijkingen in de opname te vergelijken met deze identieke waarden, kunnen alle beelden die onder dezelfde omstandigheden opgenomen zijn gecorrigeerd worden. Deze grijskaarten kunnen aangekocht worden bij professionele fotowinkels, maar verschillende verfsoorten (zoals RAL 7004 volledig of RAL 7047 en RAL 9006 bij benadering) kunnen soelaas bieden.

Een lichtmeter kan eveneens gebruikt worden om het omgevingslicht te meten en hier correctieparameters op te berekenen. Naast het kalibreren van de witbalans, kunnen ook de kleuren zelf aangepast worden door te werken met kleurkaarten.

Terrestrische fotogrammetrie

13 Een methode die tijdens de opname zelf veel gebruikt wordt, is “bracketing”. Hierbij worden meerdere beelden opgenomen met licht verschillende belichtingsparameters. “Bracketing” vormt eveneens de basis voor HDR-fotografie (“Hight Dynamic Range”).

10.2 Algemene opmerkingen bij de opnames Bij voorkeur zorgen we ervoor dat het te fotograferen object gelijkmatig belicht wordt, en dat deze belichting tijdens de opnames niet veranderd. Klassiek kunnen overtrekkende wolken bij grote veranderingen in de belichting veroorzaken. In plaats van directe bestraling van het object, bijvoorbeeld door de zon of studiolampen moet zo veel mogelijk vermeden worden. In plaats daarvan heeft diffuus licht de voorkeur, zoals bij bewolking of lampfilters. Bij buitenopnames wordt ook vaak gewerkt met schermen om ongelijkmatige belichting van het object te minimaliseren. Mochten de belichtingsomstandigheden tijdens de opname toch veranderen, kan het raadzaam zijn om opnieuw de witbalans en kleuren in te stellen.

Terrestrische fotogrammetrie

14 11 Checklist voor veldwerk Hier wordt een (niet-limitatief) overzicht gegeven van een aantal belangrijke zaken voor de voorbereiding en uitvoering van fotografisch of fotogrammetrisch veldwerk. Deze lijst betreft enkel de voorbereidingen voor de camera, en behandeld geen andere zaken, zoals de UAV, en dergelijken.

-

-

Laad de batterijen op en zorg voor reserve batterijen op het veld; Maak een back-up van de geheugenkaart en maak deze leeg; Zorg ervoor dat de camera op een veilige en stabiele plaats gebruikt kan worden.

Gebruik eventueel een statief; Controleer de belichtingsparameters (A/S/M/ISO instellingen); Zorg voor ene 18% grijskaart; Controleer de witbalans (manueel, tools); Controleer de instellingen van de focus; Controleer de beelddiepte; Controleer de manier waarop de beelden opgeslagen worden: o JPEG en/of RAW; o Resolutie; o Geolocatie; o … …

Checklist voor veldwerk

15 12 Handige software Hieronder een aantal handige hulpprogramma’s die toelaten om met fotografie en fotogrammetrie te werken.

GIMP: http://www.gimp.org UFRAW (uitbreiding voor GIMP): http://ufraw.sourceforge.net ImageMagick: http://www.imagemagick.org Exiftool: http://www.sno.phy.queensu.ca/~phil/exiftool RawTherapee: http://www.rawtherapee.com DoF Droid: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.taro.DofChan

Handige software

16 13 Literatuurlijst Naslagwerken Biljecki, Filip. (2017). Level of detail in 3D city models.

Campbell, J.B. (2011). Introduction to Remote Sensing, Fifth Edition. New York: Guilford Publications.

Konecny, G. (2014). Geoinformation: Remote Sensing, Photogrammetry and Geographical Information Systems. Leiden: Taylor & Francis.

Kraus, K. (2007). Photogrammetry. Geometry from Images and Laser Scans. 2nd edition.

Berlin, New York, Walter de Gruyter.

Luhmann, T (2014). Close-range photogrammetry and 3D imaging. Berlin, Walter de Gruyter McGlone, C. (2013). Manual of Photogrammetry. Sixth Edition. Maryland: American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.

Mikhail, E.M. & Bethel, J.S. (2001). Introduction to Modern Photogrammetry. New York: John Wiley & Sons.

Valavanis, K.P. (2007). Advances in Unmanned Aerial Vehicles – State of the Art and the Road to Autonomy. Dordrecht: Springer.

Tobler, W. (1987). Measuring Spatial Resolution, Proceedings, Land Resources Information Systems Conference, Beijing, pp. 12-16 Wolf, P. (2014). Elements of Photogrammetry with Application in GIS, Fourth Edition. New York: McGraw-Hill Science/engineering/math.

Tijdschriften Canadian Journal of Remote Sensing (http://pubs.casi.ca/journal/cjrs) Photogrammetric Engineering & Remote Sensing (http://www.asprs.org/PhotogrammetricEngineering-and-Remote-Sensing/PE-RS-Journals.html) Instellingen en organisaties ASPRS (http://www.asprs.org) 57 Fotogrammetrie BEUAS (http://www.beuas.be) ICOMOS (http://www.icomos.org) ISPRS (http://www.isprs.org)

Literatuurlijst