Quantitative remote sensing with off-the -shelf instruments on a small UAV

The Stuttgarter Adler is a small, remote controlled aircraft which was designed as a platform for small-scale remote sensing from 100 to 300 meters above the ground. Equipped with off-the-shelf cameras and a spectrometer it offers a flexible and inexpensive means to collect detailed remote sensing data in the visible and near infrared as well as the thermal infrared range. This paper shows the capability of the platform with its VIS/NIR and thermal instrumentation to acquire remote sensing data of high resolution. A number of calibration methods have been adapted and procedures have been developed for this purpose. Digital numbers of the VIS/NIR cameras and of the spectrometer with the current calibration is better than 7 percent of spectral radiance. Relative errors during calibration caused by noise range from 1 percent for the spectrometer to 2 percent for the NIR-camera. In order to derive reflectance values, the atmospheric properties are measured during image acquisition and used as input to numerical radiation transport to calculate irradiance. For geometric processing and referencing, recent developments in photogrammetric methods, based on image matching and robust bundle adjustment, have been adapted and applied to the data. Image data can be referenced with an accuracy of 0.02 to 0.04 meters. First steps of quality evaluation have been taken for VIS/NIR airborne data by comparison between the instruments and calculation of reflectance

Anforderungen an die Auswertung UAV-gestützter Fernerkundungsdaten

Der Einsatz kleiner, ferngesteuerter Flugzeuge (UAV) bietet sich für die Fernerkundung in vielen Anwendungsbereichen an, da er eine kostengünstige und flexible Datenerfassung mit zeitlich und geometrisch hoher Auflösung verspricht. Am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart wurde in den letzten Jahren ein solches Flugzeug, der Stuttgarter Adler, entwickelt. Für die Fernerkundung wurde es mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, welche die besonderen Anforderungen an Kosten und Gewicht erfüllen können. Zur Unterstützung der Flugführung ist der Stuttgarter Adler mit einem Autopilotensystem ausgestattet. Zur Lagemessung werden Thermalsensoren eingesetzt, welche die Nick- und Rollbewegung des Flugzeuges aus dem Unterschied der Strahlungstemperatur von Himmel und Erdboden abzuschätzen erlauben. Die ermittelten Lagewinkel wurden mit denen einer Inertialmesseinheit verglichen. Anhand eines ersten Messfluges wurde ein Korrekturfaktor für die Winkelberechnung aus den Thermalsensoren ermittelt, unter dessen Verwendung der Schätzwert der Lagewinkel erheblich verbessert werden konnte. Dennoch genügt die erreichte Genauigkeit nicht den Anforderungen konventioneller Softwarepakete zur automatischen Bündelblockausgleichung. In diesem Artikel wird eine alternative Vorgehensweise zur photogrammetrischen Auswertung der Bilddaten vorgestellt. Aus Anwendungen der Nahbereichsphotogrammetrie bekannte Methoden zur Punktextraktion und Punktzuordnung sowie zur Näherungswertbestimmung werden eingesetzt, um eine Georeferenzierung und Orthophotoherstellung zu ermöglichen. Anhand der Bilddaten eines speziell dafür ausgelegten Messfluges wird gezeigt, welche Genauigkeit der geometrischen Auswertung mit Hilfe dieser Vorgehensweise erreicht werden kann