A Process for Radiometric Correction of UAV Image Blocks Verfahren zur radiometrischen Korrektur von UAV Bildblöcken

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Abstract:

The objective of this investigation is to develop and test a radiometric correction process for UAV image blocks. The phases of the process include the laboratory calibration of the sensor and the radiometric correction of the campaign image data. This investigation focuses on developing a process for radiometric correction of the image data collected during a remote sensing campaign. First of all, the orientations for the images are determined using the self-calibrating bundle block adjustment method and an accurate DSM is generated by automatic image matching. The varying radiometric level of images due to changes in illumination and the instability of the sensor are eliminated using a relative radiometric block adjustment technique. Optional reflectance reference observations can be used to adjust the data to absolute reflectance units. The process was demonstrated and evaluated by using two UAV imaging systems: a consumer camera-based system and a novel Fabry-Perot interferometer-based next generation light-weight hyperspectral imaging system. The method improved the homogeneity of the data, but some drift also appeared in the parameters. The first experiment provided 0.003–0.008 reflectance errors in the areas close to the radiometric control points (mostly on the level of 5 % of the reflectance value). The presented approach provides a general framework for rigorous radiometric correction of UAV image blocks, and the novel technology provides many possibilities for the further development of the method. Our results also show that hyperspectral stereophotogrammetry is now possible with UAV imaging sensors weighing less than 500 g.

German
Das Thema der vorgestellten Untersuchung ist die Entwicklung und der Test eines Korrekturverfahrens für die Radiometrie eines Bildblocks, der mit kleinen unbemannten Flugzeugen aufgenommen wurde (UAVs = Unmanned Aerial Vehicles). Das Verfahren umfasst die Laborkalibrierung der Kamera und die radiometrische Korrektur der bei der Befliegung aufgenommenen Bilddaten, und ist vor allem auf fernerkundliche Anwendungen ausgerichtet. Im ersten Schritt werden die Bilderüber eine Aerotriangulation verknüpft, wobei die Parameter der inneren Orientierung mitgeschätzt werden (Selbstkalibrierung). Dann folgt die Ableitung eines digitalen Oberflächenmodells. Die radiometrischen Unterschiede zwischen den einzelnen Bildern bedingt durch Beleuchtungsunterschiede und Instabilität des Sensors werden durch ein neues Verfahren zur relativen radiometrischen Blockausgleichung entfernt. Optional können Referenzreflektanzen eingeführt werden, um auf diese Weise den aufgenommenen Daten absolute Reflektanzwerte zuordnen zu können.

Das Verfahren wurde mit Bilddaten zweier auf UAVs betriebener Systeme erprobt. Es handelte sich einerseits um eine Consumer-Kamera und andererseits um eine neue Hyperspektralkamera von Fabry-Perot, die sich durch geringes Gewicht und die Nutzung der Interferometrie auszeichnet. Die Anwendung unseres Verfahrens ließ zwar homogenere Bilddaten entstehen. Gewisse Drifteffekte blieben aber bestehen. Die ersten Untersuchungen zeigten einen RMS-Fehler von 0.003–0.008 der Reflektanzeinheit im Bereich der radiometrischen Passpunkte, meistens in der Größenordnung von 5 % der Reflektanzwerte. Das vorgestellte Verfahren bietet einen Rahmen für eine durchgreifende radiometrische Ausgleichung von Bilddaten, die von UAV-Plattformen aufgenommen werden. Neue Technologien, z.B. der Sensoren, lassen viele weitere Entwicklungen erwarten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass hyperspektrale Stereophotogrammetrie von UAVs heute möglich ist, wenn die Sensoren leichter als 500 g sind.

Keywords: CALIBRATION; GEOMETRY; HYPERSPECTRAL; RADIOMETRY; REFLECTANCE; UAV

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/1432-8364/2012/0106

Publication date: May 1, 2012

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  • Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation (PFG) is an international scholarly journal covering the progress and application of photogrammetric methods, remote sensing technology and the intricately connected field of geoinformation processing.

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