İnsansız Hava Araçlarında Kullanılan Metrik Olmayan Kameraların Kalibrasyonu

Abstract

İnsansız Hava Araçlarının (İHA) kullanımı, gelişen teknolojik imkanlarla günümüzde oldukça ilerlemiştir. Mühendislik çalışmalarında zaman, maliyet ve doğruluk kavramları çok önemlidir. İHA ile zorlu topografik şartlarda bile daha az zamanda yüksek doğruluk sağlanmaktadır. İHA ile yapılan haritacılık faaliyetlerinde doğruluğa ve maliyete etkisinden dolayı entegre kameralar çok önemli donanımlardır. İHA'lardan yüksek doğrulukta veri elde etmek için görüntü alımı işleminin gerçekleştirildiği kamera büyük önem arz etmektedir. İHA'ya entegre olarak kullanılan dijital kameralar çoğunlukla hafif ve düşük maliyetli olan, metrik olmayan kameralardır. Metrik olmayan kameralarda distorsiyon gibi mercek kusurları daha sık şekilde görülmektedir. Distorsiyon benzeri mercek kusurlarının sonuç ürünlere olan etkilerini azaltabilmek için uygun bir kalibrasyon yöntemi tespit edilmeli ve entegre İHA kamerasının kalibrasyonu gerçekleştirilmelidir. Kamera kalibrasyonu ile elde edilen parametreler (odak uzaklığı, asal nokta koordinatları, radyal ve teğetsel distorsiyonlar) entegre İHA kamerası için fotogrametrik olarak yapılan çalışmalarda bir gereklilik olarak bilinmektedir. Kamera kalibrasyon yöntemleri içerisinde en çok tercih edilen kendi kendine kalibrasyon (self calibration) yöntemi olarak görülmektedir. Araştırmalarda bazen kendi kalibrasyon ağı kurularak bazen de hazır kalibrasyon ağını kullanarak sonuçlar ortaya çıkarılmıştır. Altı tane kalibrasyon test alanı ve iki tane farklı İHA kullanılan bu çalışmada kendi kendine kalibrasyon yöntemi ve yazılım kütüphanesinde bulunan kalibrasyon değerleri test edilmiştir. Oluşturulan kalibrasyon test alanlarından elde edilen kalibrasyon parametreleri kullanılarak ışın demetleri ile blok dengelemesi sonucuna göre doğruluk analizleri yapılmıştır. Devamında da kendi kendine kalibrasyon yöntemiyle farklı kalibrasyon değerleri kullanılarak farklı sonuçlar elde edilmiştir. Karşılaştırmalar ise arazide yapılan farklı yüksekliklerde 215 m genişliğinde 215 m uzunluğunda engebeli bir araziden üretilen 3B model üzerinden gerçekleştirilmiştir. Model üretirken arazide 43 tane Yer Kontrol Noktası (YKN) tesis edilmiş ve YKN'lerin konumları GNSS ile hızlı statik yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Görüntü alımı sonrasında 3B model üretmek üzere YKN'lerin büyük kısmı dengeleme amaçlı geri kalanları da denetleme amaçlı olarak kullanılmıştır. Ayrıca bu görüntülerin değerlendirmesinde, kalibrasyon adımından kendi kendine kalibrasyon uygulaması yapılmıştır. Farklı kalibrasyon yöntemlerinin sonucunda elde edilen görüntülerin model doğruluğuna etkisini arazide belirlenen Denetleme Noktalarının (DN), Karesel Ortalama Hatası (KOH) incelenmiştir. Her iki İHA için de, kullanımda olan yönetmeliğe göre, kendi kendine kalibrasyon yönteminin kabul edilebilir doğrulukta olduğu ortaya konulmuştur.

The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has advanced today with the developing technological possibilities. The concepts of time, cost and accuracy are essential in engineering studies. With the UAV, high accuracy is achieved in less time, even in difficult topographic conditions. Integrated cameras are critical equipment due to their effect on accuracy and cost in photogrammetry activities with UAVs. The camera on which the image acquisition is performed is of great importance to obtain high accuracy data from UAVs. The digital cameras used in integration with the UAV are mostly light and low-cost non-metric cameras. Lens deficiencies such as distortion are more common in non-metric cameras. An appropriate calibration method should be determined to reduce the effects of distortion-like lens defects on the final products, and the calibration of the integrated UAV camera should be performed. The parameters obtained by camera calibration (focal length, principal point coordinates, radial and tangential distortions) are a requirement in photogrammetric studies for an integrated UAV camera. It is seen as the most preferred method of self-calibration among camera calibration methods. In most researches, results have been obtained sometimes by establishing its calibration system and sometimes using a ready-made calibration system. In this study, using six calibration test fields and two various UAVs, the software library's self-calibration method and calibration values were tested. Accuracy analyses were performed according to bundle block adjustment with assistance beams using calibration parameters obtained from the calibration test areas created. Subsequently, different results were obtained by using different calibration values with the self-calibration method. The comparisons were made on the 3D model produced from a rough terrain of 215 m wide and 215 m long at different heights in the field. While creating the model, 43 Ground Control Points (GCPs) were established in the area, and the locations of GCPs were determined by the fast static GNSS method. After the image acquisition, most of the GCPs were used for adjustment purposes and the rest for check-point to produce a 3D model. Also, in the evaluation of these images, a self-calibration application was made from the calibration step. The effect of the images obtained as a result of different calibration methods on the model's accuracy was investigated. For both UAVs, the self-calibration way is of acceptable accuracy, according to the laws in use.