Иногда возникает необходимость сделать аэрофотосъёмку. Например, на фестивале, проводящемся на открытом воздухе. Свежепостроенные фестивальные объекты могут не попасть на общедоступные спутниковые снимки, поэтому снимать их приходится самостоятельно. В данной работе рассмотрена методика, применявшаяся при аэрофотосъёмке фестивалей <<Пустые Холмы — Город Золотой>> осенью 2013 года и <<Фестиваля 17>> летом 2014 года.

Задача состоит в том, чтобы, подняв фотоаппарат на достаточную высоту, сделать серию вертикальных снимков, после чего “склеить” их между собой, привязать к местности и привести в удобную для дальнейшей работы форму.

Немаловажным в наше время является и низкая стоимость как создания, так и эксплуатации решения подобной задачи.

Схематичное изображение процесса аэрофотосъёмки

Аппаратная часть

Готовые решения в виде специализированных самолётов стоят довольно дорого, а в самостоятельном производстве трудозатратны. Радиоуправляемые вертолёты (“дроны”) стоят дешевле, однако дрон, способный устойчиво поднимать в воздух относительно тяжёлый фотоаппарат стоит существенно дороже дешёвых моделей (а лёгкие фото-видеокамеры дороги сами по себе). К тому же у дронов высокие эксплуатационные издержки. Относительно дешёвыми являются воздушный змей и воздушный шар. Был выбран воздушный змей.

Для создания пикавета — платформы, обеспечивающей вертикальность съёмки, — была использована часть деревянной коробки, найденная среди бытовых отходов. Крючки для прикрепления пикавета к лееру были найдены в заброшенном цеху НИИДАРа (научно-исследовательский институт дальней радиосвязи).

Пикавет

Обеспечить серийную съёмку недорогими аппаратами стало возможным благодаря проекту CHDK — имеющийся функционал по выполнению скриптов позволил запрограммировать необходимое поведение даже у дешёвой “мыльницы” Canon PowerShot A480. Отдельным преимуществом является возможность работы от AA-батареек, что гораздо удобнее в полевых условиях, чем аккумуляторы “проприетарных” форматов.

Для привязки к местности снимаются GPS-координаты нескольких заметных объектов, однако для удешевления можно воспользоваться данными OpenStreetMap и публично доступными спутниковыми снимками. В данном случае использовался Garmin GPSMAP 62.

Программные средства

Стоит отметить, что почти всё необходимое программное обеспечение (за исключением CHDK) можно обнаружить в дистрибутиве Debian GNU/Linux, что удобно в полевых условиях.

CHDK

Canon Hacker’s Development Kit¹, так называемая “неофициальная прошивка”, а на самом деле — резидентная программа, работающая без модификации прошивки фотоаппарата. Поддерживаются более сотни моделей аппаратов. Позволяет запускать самописные скрипты, программируя логику поведения аппарата в том числе в зависимости от внешних обстоятельств. Для данной задачи оказалось достаточным скрипта для съёмки timelapse, доступного “из коробки”.

Hugin

Hugin² позволяет склеивать фотографии между собой для разных задач. Хотя позиционируется как инструмент для создания круговых панорам, имеет, наряду с прочими, возможность и “плоской склейки”, нужной для данной задачи.

Склейка производится по контрольным точкам. Программа умеет автоматически их находить по похожим участкам изображения, однако на практике склейка проводится в полуавтоматическом режиме — требуется ручное вмешательство как для не очень удачных снимков, так и из-за параллакса.

Hugin позволяет вычислить точность совмещения снимков, однако за пределами операции склейки в этом мало практического смысла.

QGis

QGis³ — геоинформационная система. В нашем случае используется всего лишь для привязки к местности по GPS-точкам (с трансформацией по необходимости) склеенного изображения и получения на выходе изображения в формате GeoTIFF — содержащего метаданные о географической привязке.

gdal2tiles

Для генерации “тайлов”, которые могут быть использованы для нужд удобного отображения полученного результата, может быть использован gdal2tiles⁴.

OpenLayers

OpenLayers⁵ — JavaScript-библиотека для удобной визуализации через браузер. Впрочем, также можно посоветовать использовать для этих целей Leaflet⁶.

Итоги

Стоимость

Воздушный змей, способный поднимать несколько килограмм полезной массы (“грузовой” или “лифт”), стоит чуть больше $100, но при желании может быть сшит самостоятельно. Важной составляющей является леер, километровый моток которого стоит $50 (выдерживая нагрузку до 40 кг), однако на практике (после одного случая) оказалось более надёжным взять рыболовный шнур “на сома” меньшей длины по цене $30 (зато выдерживает нагрузку более 100 кг). Платформа для крепления фотоаппарата и мотовило для сматывания леера делаются самостоятельно, хотя при желании на рынке можно найти и готовые решения. Фотоаппарат подойдёт практически любой CHDK-совместимый, в данном случае использовался Canon PowerShot A480 (купленный “с рук” за $20), хотя можно было бы достичь лучших результатов с помощью Canon PowerShot SX20 (купленного “с рук” за $100).

Недостатки и преимущества

Выбранное решение обладает как рядом существенных недостатков, так и преимуществами.

Для подобного рода задач очевидны проблемы по трудозатратам на ручной отбор удачных снимков и склейку, борьбу с искажениями и параллаксом, зависимость от погодных условий (“нелётная погода” при сильном ветре), проблемы безопасности находящихся под камерой людей. Для воздушного змея также характерна неполная управляемость и требования по силе ветра для старта: например, для использованного змея скорость ветра для успешного запуска должна превышать 3 м/с. Также необходимо соблюдать паритет между противоречивыми требованиями длины леера, его прочностью и весом, грузоподъёмностью воздушного змея и требованиями по минимальной скорости ветра для старта.

Попытки запуска с велосипеда при отсутствии естественного ветра не увенчались успехом — достичь высоты, необходимой для стабильного полёта, не удалось. Возможно, подобная задача требует конструктивного усовершенствования.

Ограничением также является необходимость открытого пространства для запуска, и сложность в перемещении среди препятствий.

Также стоит отметить, практическую сложность оценки погрешности точности определения местоположения каждой конкретной точки снимка при данном подходе, однако это приемлемо для любительской съёмки.

С другой стороны, использование воздушного змея позволяет, при удачном стечении обстоятельств, поднять его на высоту, где он может находиться неограниченно долго, пока позволяют погодные условия — в любое время суток, даже при отсутствии ветра у поверхности земли. Что позволяет его использовать для постоянного “лифта” не только для аэрофотосъёмки, но и для обеспечения мобильной связи в тех случаях, когда у поверхности земли она затруднена (на площадке размещается смартфон, а при необходимости поднять его повыше — также и мобильный роутер).

Применение

Полученную аэрофотосъёмку можно использовать не только в эстетических целях, но и для нужд любительского картографирования, а также в качестве базы для других проектов: например, можно отображать на карте фотографии, сделанные посетителями конкретного мероприятия — использование реалистичной подложки упрощает восприятие информации.

Перспективы дальнейшего усовершенствования метода

Для нивелирования некоторых недостатков погодных условий (отсутствие ветра для запуска) можно рассмотреть вопрос использования воздушного шара (BAP — Balloon Aerial Photography: чёрный воздушный шар, поднимающийся за счёт нагрева солнечными лучами воздуха внутри него) или применение более лёгкого воздушного змея, который может быть использован в качестве “лифта” для основного змея после поднятия на достаточную высоту для стабильного полёта.

¹ http://chdk.clan.su/

² http://hugin.sourceforge.net/

³ http://qgis.org/ru/site/

⁴ http://www.gdal.org/gdal2tiles.html

⁵ http://openlayers.org/

⁶ http://leafletjs.com/