Fotogrametrik dijital hava kameralarında kalibrasyon parametrelerinin zamansal değişim analizi
Analysis of the temporal change of photogrammetric aerial digital cameras calibration parameters
Yazar: ABDULLAH KAYI
Danışman: PROF. DR. BÜLENT BAYRAM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeodezi ve Fotogrametri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Kalibrasyon ölçümlerin doğru ve sistematik olmasını sağlamak için sadece sonuçların doğruluğunu yükseltmek değil aynı zamanda ölçüm hassasiyetlerini belirleme faaliyeti olarak tanımlanmıştır. Bir başka tanıma göre ise kalibrasyon iyi hazırlanmış koşullarda niteliksel belirleme sürecidir. Bu kapsamda fotogrametrik alanda 1963 yılından günümüze birçok akademik çalışma yayınlanmıştır. Bilimsel çalışmaların büyük bir kısmı GNSS/IMU bütünleşik sistemin hava fotogrametrisinde kullanılmaya başlandığı 2001-2004 yılları arasında yapılmıştır. Kamera kalibrasyon parametrelerinin belirlenmesi sürecine genel olarak sistem kalibrasyonu denilmektedir. Sistem kalibrasyonu sistemlerin kendi kalibrasyonları ve birbirine göre kalibrasyonları olmak üzere ikiye ayrılmıştır. Sistemlerin bireysel kalibrasyonu fabrika kalibrasyonu, birbirlerine göre kalibrasyonuna ise kullanıcı kalibrasyonu olarak tanımlanmıştır. Kullanıcı kalibrasyonu genel olarak algılayıcı sistemler ile navigasyon sistemler arasındaki konum ve dönüklüğün belirlenmesidir. Başka bir deyişle GNSS anteni, IMU ve kamera arasındaki fiziksel bağıntının modellenmesidir. Sistem kalibrasyonunun ilk bileşeni GNSS anteni ile kamera perspektif merkezi arasındaki fiziksel mesafe olan öteleme vektörünün ölçülmesidir. İkinci bileşeni ise IMU platform koordinat sistemi ile kamera perspektif merkezi koordinat sistemi arasındaki dönüklük olarak ifade edilen Boresight dönüklük açılarının hesaplanmasıdır. Her ne kadar dijital fotogrametrik hava kameralarının kalibrasyon sürecine yönelik birçok makale yayınlanmış, birçok konu üzerinde akademik camiada görüş birliği sağlanmış olsa da diğer fotogrametrik alanlarda yaşanan gelişmeler (Örn: otomatik detay çıkarımı, yoğun eşleme tekniğiyle sayısal yüzey modeli üretimi) sebebiyle bazı önemli ayrıntılar atlanmış ve sorular cevapsız bırakılmıştır. Kamera kalibrasyon süreci ile ilgili akademik çalışmalar "ne" ve "nasıl" sorularına cevap vermekle birlikte en az bu sorular kadar önemli olan "hangi sıklıkta" ve "gereklilik" sorularına cevap verilmemiştir. Bu tezde, hangi sıklıkta sistem kalibrasyonunun yapılması gerektiği araştırılacak, özel kalibrasyon uçuşları ve özel kalibrasyon test alanlarına ihtiyacın gerekliliği sorgulanacaktır. Bu tezin sonucunda ticari hayatın aktörleri olan kamera kullanıcıların karşılaştıkları ve akademik çalışmalarda cevaplanmamış problemlerine çözüm aranacak ve birbiriyle iç içe olması gereken akademik-ticari alanın birbirine yakınlaşması sağlanacaktır.

Abstract:
Calibration is defined not only to increase the accuracy of the results but also to determine the measurement precision in order to ensure that the measurements are accurate and systematic. According to another definition, calibration is a qualitative determination process in well prepared conditions. In this context, many academic studies have been published since 1963 in the photogrammetric field. Most of the scientific studies were carried out between 2001-2004 when the GNSS / IMU integrated system was used in aerial photogrammetry. The process of determining the camera calibration parameters is generally called system calibration. The system calibration is divided into two parts: calibration of sensors individually and calibration of sensors relative to each other. The self calibration of the systems is defined as factory calibration, and relative calibration is defined as user calibration. User calibration is generally the determination of the position and orientation between the sensor and the navigation systems. In other words, the physical relationship between the IMU, GNSS antenna and the camera is modeled. The first component of the system calibration is the measurement of the lever-arm, which is the physical distance between the GNSS antenna and the camera perspective center. The second component is the calculation of Boresight misalignment, which is expressed as the rotation between the IMU platform coordinate system and the camera perspective coordinate system. Although many articles have been published on the calibration process of digital photogrammetric aerial cameras and a consensus has been achieved in the academic community on many issues, some important details have been omitted due to developments in other photogrammetric fields (e.g. automatic detail extraction, digital surface model production with dense matching technique) and questions were left unanswered. Although the academic studies related to the camera calibration process respond to the questions of "what" and "how", they do not respond to the questions of "frequency" and "necessity" which are as important as these questions. In this thesis, the frequency of system calibration will be investigated, and the need for special calibration flights and special calibration test areas will be questioned. As a result of this thesis, solutions will be sought for the problems, which is not not answered in academic studies, faced by camera users who are the actors of commercial and the academic-commercial field, which should be intertwined with each other, will be brought closer to each other.