COMPARISON OF DIGITAL PHOTOGRAPHS RECEIVED FROM UNMANNED AERIAL VEHILES AND ARTIFICIAL SATELLITES OF THE EARTH

СРАВНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ СНИМКОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ С БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

Обзор

Панин Д.Н.¹, Гурьев Г.И.^2, *, Пожидаев И.В.³, Яковлев С.А.⁴

^{1, 2, 3, 4} Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия

* Корреспондирующий автор (glebka10g[at]mail.ru)

Аннотация

В данной статье рассматривается тема обработки цифровых снимков с беспилотных летательных аппаратов. Цифровая фотосъемка таким способом стала очень востребована во многих сферах деятельности человека. В настоящее время это считается одним из самых простых способов фотосъемки в процессе обработки и отличается высоким качеством изображения. Обработка происходит по-разному, в каждой сфере деятельности делают это так как необходимо им. Самыми известными и простыми способами и средствами для обработки цифровых фотоснимков пользуются все, кто хоть как-то связан с данной сферой деятельности.

Ключевые слова: квадрокоптеры, дрон, фотосъемка, беспилотные аппараты.

COMPARISON OF DIGITAL PHOTOGRAPHS RECEIVED FROM UNMANNED AERIAL VEHILES AND ARTIFICIAL SATELLITES OF THE EARTH

Review

Panin D.N.¹, Gurev G.I.^2, *, Pozhidaev I.V.³, Yakovlev S.A.⁴

^{1, 2, 3, 4} Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics, Samara, Russia

* Corresponding author (glebka10g[at]mail.ru)

Abstract

This article discusses the topic of processing digital images from unmanned aerial vehicles. Digital photography has become very popular in many areas of human activity. Currently, it is considered one of the easiest ways to photograph during processing and is characterized by the high image quality. Processing takes place in different ways depending on the field of activity. The most famous and simplest ways and means for processing digital photographs are used by everyone at least somehow connected with this field of activity.

Keywords: quadcopters, drone, photography, unmanned aerial vehicles.

Введение

Цель: произвести сравнение цифровой съемки с БПЛА и с искусственных спутников Земли.

Задачи:

1) Рассмотреть способы съемки со спутников Земли

2) Рассмотреть способы съемки с БПЛА

3) Сравнить в различных аспектах способы получкния цифровых снимков.

Квадрокоптер – это беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с четырьмя пропеллерами, который управляется с помощью дистанционного пульта. По своему назначению БПЛА подразделяются на несколько видов: развлекательные, профессиональные, разведывательные, боевые [1]. Управлять БПЛА можно как в автоматическом режиме с помощью оператора, так и гибридным способом. Квадрокоптеры - это уже не средство для развлечения, а профессиональное оборудование для разных сфер деятельности. Разберём несколько видов деятельности, где уже применяется дроны.

Применение БПЛА в разных сферах деятельности в настоящее время

Совсем недавно начались массовые закупки БПЛА, используемых в военной сфере. Данные устройства отличаются размерами, формами, целями применения для решения задач. Дроны применяются в местах боевых действий, масштабных мероприятиях, исследование территории [2]. БПЛА находят широкое применение для охраны окружающей среды, исследования и отслеживания популяции животных, определения ареала их обитания. Например, в национальных парках, когда происходит популяция животных и запрещен вход в национальные заповедники, дроны способны на невысоком расстоянии следить за животными. Уже в настоящее время квадрокоптеры применяются за отслеживанием популяции пингвинов в Антарктиде, мест обитания китов у побережья в Чили. Благодаря видеоматериалу полученных с БПЛА, учёные могут находить и поддерживать места обитания животных, которые находятся на грани вымирания [3].

Неоценимую роль БПЛА играют в оказании помощи людям, попавшим в стихийные бедствия и катастрофы. Когда сотрудники специальных служб не могут добраться до какого-либо места назначения, квадрокоптеры могут дистанционно исследовать данную местность с высоты и показывать полную обстановку сложившейся ситуации. В 2011 году применено тысячи дронов в Японии передавали видеоматериалы в реальном времени о повреждении атомной станции Фукусима-1 [4]. Помощь сотрудникам полиции. Многие беспилотные аппараты оснащаются тепловизорами с высокой чувствительностью к тепловому излучению. Позволяет в любую погоду получить детальное изображение объекта или территории. Широкую популярность БПЛА обрели при съемке в кинематографе. Многие квадрокоптеры имеют современные камеры для съемки и отличные стабилизаторы установленных в самих беспилотных аппаратов. Чаще всего применяются в массовых сценах, погонях, съемка с высоких объектов и т.п. [5].

В работе проанализированы фотоматериалы, полученные с дрона, и фотоматериалы, полученные со спутника. Проведено сравнение фотоснимков по нескольким аспектам. Спутниковые линзы используют малое количество пикселей на десятки сантиметров. Помимо того, чтобы сделать фотографию земной поверхности, у спутника всегда должна быть крышка, которая должна всегда закрывать линзу в то время, когда не ведётся фотосъёмка. Фотографии, сделанные со спутника, можно всегда найти в интернете, наша Земля была почти на 99% полностью сфотографирована спутниками. Конечно, фотографию определённого места на Земле, когда вы захотите, вы не получите со спутника, это дорогое удовольствие. Обработка фотографий занимает продолжительное время. Погода так же может вносить негативные аспекты для фотосъёмки со спутника. Рассмотрим принцип фотосъёмки с БПЛА. Современные летательные аппараты оснащены камерами с высоким разрешением. Однако время использования БПЛА ограничено из-за малой ёмкости аккумулятора. Расстояние для фото или видео съёмки тоже ограничено. Обработка снимков занимает минимальное количество времени. Возможна срочная фото или видео съёмка каких-либо объектов со всех ракурсов.

Сравнение снимков

Для сравнения фотосъёмки с квадрокоптера и со спутника проведен эксперимент. Выбран объект, для которого необходимо сделать его 3D-модель. Объект исследования располагался на территории города Самары (Российская Федерация) - Храм в честь Собора Самарских Святых. Для того чтобы сделать фото и видео съёмку использовался дрон от компании «DJI Mavic Mini», который не нужно регистрировать, т.к. по постановлению Правительства РФ от 25.05.2019 № 658 регистрация беспилотных аппаратов подлежит массой от 0,25 килограмм. По документам, дрон компании «DJI Mavic Mini» имеет массу 249 граммов. Проведена фотосъёмка с беспилотного аппарата на высоте более 40 метров.

Рис. 1 – Храм вид сбоку и его лицевая сторона

  По данным фотографиям мы создали цифровую модель храма.

Рис. 2 – Цифровая модель храма

 

Для того чтобы сделать цифровую модель храма мы использовали программу «Photoshop CS 6» и инструмент «Лассо», чтобы выделять объекты, которые нам необходимы. Увеличиваем масштаб изображение, чтобы все полностью захватить все детали. Выделяем полностью наш объект, копируем его, и ПКМ вставляем его на новый фон, и так проделываем со всеми снимками.

Так же мы взяли фотографии со спутника на сайте «google.ru/maps» того же объекта.

Рис. 3 – Снимок со спутника

 

Сделать цифровую модель из снимка на рисунке 3 невозможно, поскольку представлен только вид «сверху» и не видно отдельных деталей храма. По данным цифровым моделям храма визуализатор архитектурных сооружений может создать 3D-модель храма, как это реализовано на сайте 2gis.ru.

Рис. 4 – 3D-модель храма с сайта 2gis.ru

 

Сравнение использования Беспилотного летательного аппарата и спутника Земли

Время использования. Время использования у беспилотников, может отличаться от многих факторов (модель, батарея, тип использования и т.п.), но эта цифра колеблется от 20 до 40 минут. У квадракоптеров есть возможность смены батареи, и возможность времени увеличивается на десятки минут. Спутники Земли фотографируют нашу Землю, и полная карта нашей Земли есть в интернете. Можно в любой день, в любое время суток найти фотографии Земли и время само не ограниченно.

Качество съемки. Спутники Земли имеют малое количество пикселей в камере, но увеличение линзы позволяет делать снимки, которые находятся на очень большом расстоянии от нас, но само качество таких снимков будет плохим. Многие квадракоптеры имею встроенную камеру, и в большинстве случаев она очень удобная (качество видео - или фото – материала, стабилизация и т.п.). Конечно, она не способна снимать на большом расстоянии как Спутники Земли. Но из-за качества съемки, и «под разным углом» она будет превосходить Спутники.

Область применения. Квадракоптеры могут отдаляться на более 1000 метров от пульта управления, но после сигнал будет теряться. Спутники Земли, охватывают полностью нашу Землю и имеют больше область применения.

Снимки в настоящее время. Если нужно снять какой-либо объект, сооружение, фауну и т.п. на небольшом расстоянии кадракоптер будет отличным вариантом для этого. На высоте более 300 метров, практически не различим в небе и мы его не услышим. Спутники лишь фотографирует Землю, многим снимкам, которые располагаются на картах более 3-5 лет, и они не обновлялись до сих пор.

Цена съемки. Конечно, цена будет намного дешевле, если даже приобрести новый дрон. Т.к. все спутники Земли принадлежат разным государствам или же каким-либо коммерческим организациям.

Таблица плюсов от фотосъёмки беспилотного аппарата и от фотосъёмки спутникового аппарата.

 

Таблица 1 – Сравнение фотоснимков с БПЛА и спутникового аппарата

Плюсы	Время использования	Качество съёмки	Область применения	Снимки в настоящее время	Цена съёмки
Беспилотные аппараты		+		+	+
Спутники Земли	+		+

 

Подводя итоги можно сказать, что для работы с объектами большой площадью Земли, будет целесообразна съёмка со спутниковых объективов, для небольших участков Земли предпочтительны беспилотные аппараты, т.к. являются как экономически выгодным, так и удобным вариантом.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. Афанасьев И.Б. Всевидящие очи космоса: фотошпионаж / Афанасьев И.Б., Воронцов Д.А. // Электронный журнал «Популярная механика». №4 (78), Апрель 2009, – URL: https://www.popmech.ru (дата обращения:12.2019)
2. Лавренов С.Я. Война XXI века: стратегия и вооружение США / С. Я. Лавренов. - М.: АСТ, Астрель, Транзиткнига, 2005. – 314 с.
3. Евтихеев Н.Н. Бортовое радиоэлектронное и оптоэлектронное оборудование современных и перспективных летательных аппаратов [Text]: учебное пособие / Н. Н. Евтихеев. М.: МИРЭА, 1994. - 84 с.
4. Hayat S. Survey on Unmanned Aerial Vehicle Networks for Civil Applications: A Communications View-point / S. Hayat, E. Yanmaz, and R. Muzaffar // IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 4, pp. 2624–2661, 2016.
5. Александров А.А. Вооружение, военная техника и боеприпасы [Текст]: сборник научных статей : форум лучших студентов технических вузов России, X Международная выставка «Вооружение, военная техника и боеприпасы» (Russia Arms Expo 2015), 10 сентября 2015 года, г. Нижний Тагил / МГТУ; ред.: А. А. Александров, В. К. Балтян. - М.: МГТУ, 2015 - Ч. 2. - 212 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Afanasev I.B. The all-seeing eyes of the cosmos: photospin / Afanasev I.B., Vorontsov D.A. // Electronic magazine "Popular mechanics". No. 4 (78), April 2009, – URL: https://www.popmech.ru (accessed: 25.12.2019) [in Russian]
2. Lavrenov S.Y. War of the XXI century: strategy and armament of the USA / Lavrenov S.Y. – Moscow: AST, Astrel, Tranzitkniga, 2005. – 314 PP. [in Russian]
3. Evtiheev N.N. Avionics and optoelectronic equipment of modern and advanced aircraft [Text]: textbook / N. N. Evtiheev. – Moscow: MIREA, 1994. - 84 p. [in Russian]
4. Hayat S. Survey on Unmanned Aerial Vehicle Networks for Civil Applications: A Communications View-point / S. Hayat, E. Yanmaz, and R. Muzaffar // IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 4, pp. 2624–2661, 2016.
5. Alexandrov A. A., Baltyan V. K. Armament, military equipment and ammunition [Text]: collection of scientific articles: forum of the best students of technical universities of Russia, X international exhibition "Armament, military equipment and ammunition" (Russia Arms Expo 2015), September 10, 2015, Nizhny Tagil / MSTU; ed.: A. A. Alexandrov, V. K. Baltyan. - Moscow: MGTU, 2015-Part 2. - 212 p. [in Russian]