Transcript GPS與IMU的整合Ladybug3是否支援在拍照同時送出訊號?

背負式環景測繪系統建置技術研析
報告人：劉濠雄
中央研究院人社中心地理資訊科學研究專題中心
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移動式測繪系統

移動式測繪系統(Mobile Mapping System, MMS)

MMS=載台+感測器



車載攝影機、航照、UAV、背負式環景攝影
目的：快速採集空間資訊
方法：直接定位系統


GPS提供位置資訊，INS提供姿態資訊
直接在影像上定出坐標資訊
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移動式測繪系統
直接定位系統(Direct Geo-referencing System)

x
z
(x, y)
Y
(Xpc+S．x, Ypc +S．y, Zpc-f )
焦距f
(Xpc, Ypc, Zpc-f )
(Xpc, Ypc, Zpc)
 X p   X pc (t )
   x 
  

    y 
Y

Y
(
t
)

S

 p   pc 
   
 Z p   Z pc (t ) 
   f 
  

rpm  rpcm (t )  S  Rim (t )  rpi
[El-Sheimy, 1996]
e
d
a
b
ce  bd 
c
ac
ab
未考慮景深!!
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移動式測繪系統

直接定位系統(Direct Geo-referencing System)
rpm  rpcm (t )  S  Rim (t )  rpi
m
rpm  rINS
(t )  Rbm (t )  ( S  Rib  rpi  a1b )
m
m
rINS
(t )  rGPS
(t )  Rbm (t )  a2b
[El-Sheimy, 1996]
m
m
b
i
b
b
rpm  rGPS
(
t
)

R
(
t
)

(
S

R

r

a

a
/ INS
b
i
p
1
2)
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移動式測繪系統

直接定位系統(Direct Geo-referencing System)
[Thomas, Rosenbaum, Kurz, Suri & Reinartz , 2009]
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移動式測繪系統

直接定位系統(Direct Geo-referencing System)

 m11  X A  X L   m12 YA  YL   m13 Z A  Z L  
x


f
 a



 m31  X A  X L   m32 YA  YL   m33 Z A  Z L 

 y   f  m11  X A  X L   m12 YA  YL   m13 Z A  Z L  


 a
 m31  X A  X L   m32 YA  YL   m33 Z A  Z L 
已知:
f :相機焦距
m11~m33 :外方位參數之旋轉矩陣
(XL , YL , ZL ) :相機坐標
( xa , ya ) :相片共軛點坐標
求解:
(XA , YA, ZA ) :地面坐標
[共線條件式]
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移動式測繪系統

直接定位系統(Direct Geo-referencing System)


精度完全取決於GPS及IMU的品質
必須取得拍照瞬間的位置及姿態方可解算
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背負式測繪系統

背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System)
[Ellum , 2001]
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背負式測繪系統
環景攝影機
GPS
IMU
轉向支架
筆記型
電腦
太陽能背包
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背負式測繪系統
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背負式測繪系統
GPS資訊
IMU資訊
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背負式測繪系統

感測器振動頻率




Camera (Ladybug 3): 16 frames/s
GPS (Trimble ProXT Receivers): 10 Hz
IMU (MicroStrain 3DM-GX1): 100Hz
要如何取得拍照瞬間的位置及姿態資訊?
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Topcon IP-S2 Lite
Topcon co., Ltd (http://www.topcon-medical.eu/eu/)
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成大測量系測量車
使用Meinberg GPS170 PCI時鐘卡達成在不同頻率
感測器間的資料同步
 可記錄至100ns的時間區分

Meinberg GPS170PCI
[李育華, 2009]
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成大測量系測量車
[李育華, 2009]
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背負式測繪系統

背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System)
[Ellum, 2001]
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背負式測繪系統

背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System)
[Coppa, Guarnieri, Pirotti & Vettore, 2007]
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背負式測繪系統

背負式測繪系統(Backpack Mobile Mapping System)



GPS接收器是否可接收外來訊號?
GPS與IMU的整合
Ladybug3是否支援在拍照同時送出訊號?
[Ellum, 2001]
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背負式測繪系統

Ladybug 3


支援訊號輸入觸發快門
支援訊號輸出(PWM signal)
GPS接收器是否可接收外來訊號?
GPS與IMU的整合
Ladybug3是否支援在拍照同時送出

Ladybug3是否支援在拍照同時送
訊號?
出訊號?
Ladybug3 Technical Reference Manual p.27
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背負式測繪系統

NovAtel ProPak-V3



GPS接收器
可支援IMU訊號輸入
支援訊號輸入標記(Time tag)

GPS接收器是否可接收外來訊號?
GPS接收器是否可接收外來訊號?

GPS與IMU的整合
GPS與IMU的整合
 Ladybug3是否支援在拍照同時送
出訊號?
SPANTM Technology for OEMV® User Manual p.29
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背負式測繪系統

定位定向系統(Position and Orientation System, POS)
F3 System [Wright, Yotsumata & El-Sheimy, 2004]
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背負式測繪系統

定位定向系統(Position and Orientation System, POS)
Trimble AP60 GNSS-Inertial OEM System
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背負式測繪系統

定位定向系統(Position and Orientation System, POS)
Novatel SPAN-CPTTM [S. Kennedy, 2008]
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小結

背負式測繪系統

同步問題

直接定位系統必須整合相機、GPS、IMU三種不同訊號
→POS系統整合GPS及IMU訊號，並可記錄相機快門時間

率定問題

訊號源裝置未在同一個框架上，位置及姿態產生誤差
→固定POS系統及相機於同一個框架上，使資料更具代表性

資料串流問題

由於資料量過大造成資料存取延遲，造成誤差
→可採用內建記憶體的相機或專門處理大量資料的資料記錄器(data
logger)
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背負式測繪系統

商業方案 ：yellowBird
yellowBird®
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背負式測繪系統

商業方案 ：immersive media
immersive media®
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結論
背負式環景測繪系統可於車輛或航空載具不易到
達處進行空間資訊收集
 建置直接定位系統必須取得拍照瞬間相機位置及
姿態
 直接定位系統精度取決於GPS及IMU精度
 自行建立並處理資訊，不僅可更瞭解系統運作，
亦能更有彈性地規劃後續應用

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參考文獻
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4.
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Applications, (Ph.D. Thesis), UCGE Report No. 20101, Department of Geomatics
Engineering, the University of Calgary
Thomas, U., Rosenbaum, D., Kurz, F., Suri, S. and Reinartz, P., 2009. A New
Software/Hardware Architecture for Real Time Image Processing of Wide Area Airborne
Camera Images, Journal of Real-Time Image Processing, Springer, 4(3), 229-224
Ellum, C.M., 2001. The Development of a Backpack Mobile Mapping System, (M.Sc.
Thesis), University of Calgary, Calgary, Canada
李育華，車載移動式製圖系統之系統率定及其直接地理定位之效能分析，2009，國
立成功大學測量及空間資訊學系碩博士論文
Coppa, U., Guarnieri, A., Pirotti F., Vettore A., 2007. A Backpack MMS Application,
Sezione Ov, Napoli, Italia
Ladybug3 Technical Reference Manual
SPANTM Technology for OEMV® User Manual
Wright D.B., Yotsumata, N., El-Sheimy, 2004. Real Time Identification and Location of
Forest Fire Hotspots form Geo-referenced Thermal Images, The International Society for
Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) 2004 Congress, Commission I, Istanbul,
Turkey, July 15-22, 2004 (6 Pages, CD)
Kennedy, S. & Rossi, J., 2008. Performance of a Deeply Coupled Commercial Grade
GPS/INS System form KVH and Novatel inc. In Position, Location and Navigation
Symposium. IEEE/ION
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報告完畢