Periodická zpráva řešení programového projektu č. DF13P01OVV02 programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI) za rok 2013

Transkript

1 Periodická zpráva řešení programového projektu č. DF13P01OVV02 programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI) za rok 2013 Název projektu: Nové moderní metody neinvazního průzkumu památkových objektů Tématická priorita programu: AF Dokumentace, knihovnictví, práce s informacemi naplňující tematické priority č. TP 3.4 Diagnostika poškozování a životnost kulturního dědictví a TP 3.1 Moderní dokumentační, evidenční a prezentační technologie Programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI). Příjemce: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební Právní forma: veřejná vysoká škola Adresa: Zikova 4, Praha 6 IČ: Zastoupený statutárním orgánem prof. Ing. Václavem Havlíčkem, CSc., rektorem Osoba odpovědná příjemci: Prof. Dr. Ing. Karel Pavelka Web stránky projektu: A) Konstatační část (rešerše, současný stav, vstupní data atd.). Projekt byl řešen prvním rokem. Cílem projektu je zavedení zcela nových technologií a vytvoření souboru metodik pro definování materiálového i chemického složení, diagnostiku poškození a popisu skutečného stavu maleb, obrazů, stavebních prvků i celých konstrukcí objektů kulturního dědictví pomocí nových neinvazivních diagnostických metod. Jádrem bude hyperspektrální snímání, založené na unikátní spektrální odrazivosti elektromagnetického záření jednotlivých sloučenin i materiálů (nové zařízení je k dispozici na pracovišti navrhovatele), dále se bude jednat o využití bezpilotních prostředků (UAV) s pokročilou termovizí i snímáním objektů ve viditelném a blízkém infračerveném záření. Rozvíjeno bude prostorové skenování metodou obrazové korelace, představeny budou nové metody vizualizace a zpracování dat z oblasti fotogrammetrie a panoramatického snímání. Při fotogrammetrických metodách dokumentace bude kladen důraz na vývoj nízkonákladových dostupných systémů pro plnou prostorovou automatickou či poloautomatickou dokumentaci zejména historických objektů. 1. Hyperspektrální snímkování (jinak také obrazová spektroskopie či spektrometrie) je relativně novou metodou využívanou v posledních letech v mnoha různých odvětvích. Tento proces byl velmi urychlen rozvojem technologií, které otevřely novou cestu k analýzám a výzkumu. Spektroskopie byla po mnoho let používaná jako kvantitativní nástroj 1

2 v laboratořích a pro takto získaná data bylo vyvinuto mnoho postupů a analýz. Je to vědní disciplína studující světlo jako funkci vlnové délky, které je emitováno, odraženo a rozptýleno určitou látkou. Slovo hyper znamená mnoho a ukazuje na velké množství zkoumaných spektrálních pásem. Na rozdíl od tzv. multispektrálního snímkování, které je dobře známé z družicových dat zkoumajících zemský povrch. To poskytuje relativně malé množství širokých, na sebe nenavazujících spektrálních pásem. Hyperspektrální snímkování jde o úroveň výše. Snímány jsou desítky až stovky spojitých, na sebe navazujících úzkých spektrálních pásem, které následně umožňují zobrazit celou spektrální informaci zájmového materiálu. Použití takových to dat umožňuje extrahování spektrální odrazivosti na úrovni pixelu a je následně možné porovnat data s údaji měřenými v laboratoři a určit tak vlastnosti a typ zkoumaného materiálu. Přestože pomocí mnoha hyperspektrálních senzorů je možné změřit i několik stovek spektrálních pásem není to jejich množství, co dělá data hyperspektrálními. Je to ona spojitost a relativní úzkost pásem, která je pro obrazovou spektrometrii tak důležitá. Obr. 1: Porovnání množství multispektrálních (nahoře) a hyperspektrálních (dole) pásem ve stejném spektrálním rozsahu, převzato z [1] 1.1 Základní pojmy Elektromagnetické spektrum Elektromagnetické spektrum zahrnuje záření všech vlnových délek (Obr.2). Elektromagnetické záření o vlnové délce λ má frekvenci f a jemu připisovaný foton má energii E. Vztah mezi nimi určuje následující rovnice a E = h*f, kde c je rychlost světla (3*10 8 m/s) a h je Planckova konstanta (6,6261*10-34 J*s) Obr.2: Elektromagnetické spektrum, převzato z [2] 2

3 Části spektra používané pro hyperspektrální snímkování: Ultrafialové spektrum (UltraViolet) 0,001-0,4 μm Viditelné spektrum (VISible) 0,4-0,74μm Blízké infračervené spektrum (NearInfraRed) 0,74 1,4μm Krátkovlnné infračervené spektrum (ShortWaveInfraRed) 1,4-3μm Zobrazující spektrometr Je přístroj získávající hyperspektrální data. Jedná se o zařízení měřící množství záření odraženého od zkoumaného objektu v daných vlnových délkách. Analyzovaný objekt musí být dokonale osvětlen. V případě družicových spektrometrů zkoumající zemský povrch a při práci ve volném terénu je objekt osvětlen slunečním světlem. Pokud pracujeme v laboratoři, je třeba vytvořit vhodné světelné podmínky uměle. To se děje nejčastěji silnými halogenovými světly. V přístroji najdeme optický disperzní element (štěrbina či mřížka), který rozděluje světlo na mnoho úzkých přilehlých spektrálních pásem a energie z každého z nich je měřena speciálním detektorem. Použití těchto detektorů nám umožňuje zaznamenat velmi úzká spektrální pásma (až setina mikrometru, Obr. 1) v širokém spektrálním pásmu, které závisí na vlastnostech senzoru. Měřená data jsou následně zpracována do forem tzv. 3D data cube (obr.3). Obr. 3: 3D data cube a graf spektrální odrazivosti, převzato z [3] Spektrální odrazivost Spektrální odrazivost je procentuální poměr světla dopadajícího na materiál a světla, které je materiálem odraženo. Odrazivost je závislá na vlnové délce a druhu materiálu, protože dochází k rozdílnému rozptylu a absorpci světla. Tyto rozdíly jsou zobrazovány v grafech, které nazýváme křivky spektrální odrazivosti. Na ose x je zobrazována vlnová délka a na ose y jí odpovídající spektrální odrazivost (obr. 3). Odraz a absorpce jednotlivých materiálů se v různých vlnových délkách liší. Toto schéma odrazivosti a absorpce je rozdílné u různých vlnových délek a s jeho pomocí lze jednoznačně specifikovat daný materiál. 3

4 1.1.4 Spektrální knihovny Konkrétní materiály mají své specifické křivky spektrální odrazivosti předem definovány v laboratoři a uloženy v tzv. Spektrálních knihovnách. Pomocí rozdílů v jednotlivých křivkách spektrální odrazivosti je možné na základě porovnání s laboratorními měřeními určit o jaký materiál se jedná. Křivky spekter pocházející ze spektrálních knihoven mohou být klíčem ke klasifikaci materiálů nebo k určení bodů pro další spektrální analýzu obrazu. Existuje několik celosvětových veřejných spektrálních knihoven pro přírodní a člověkem vytvořené materiály. Spektrální charakteristiky jsou měřeny v laboratořích a jsou použitelné pro porovnání se zkoumaným spektrem. Mezi často používané volně dostupné knihovny patří: Spektrální knihovna ASTER pro detekci materiálů pro stejně nazvaný senzor. Knihovna obsahuje cca 2000 spekter včetně minerálů, druhů kamenů, půd, člověkem vytvořených materiálů, typů vod a sněhu. Knihovna je k dispozici na stránkách Spektrální knihovna Americké geologické služby (USGS) obsahuje 500 křivek spektrální odrazivosti včetně různých druhů minerálů a typů vegetace. Je možné jí nalézt na Pro projekt je použit program ENVI, který obsahuje celkem 27 různých spektrálních knihoven týkajících se jak živé tak i neživé přírody. 1.2 Použití hyperspektrálních dat Existují dva základní typy hyperspektrálních senzorů. Prvním typem je tzv whish broom. Senzor funguje na principu rotačního zrcadla, které snímá kolmo ke směru měřické dráhy. Odražené záření je zaznamenáváno jediným detektorem, který snímá v daný okamžik vždy jeden pixel. Pohyblivé části činí tento systém velmi nákladný a také náchylný k brzkému opotřebení. Jako případ tohoto druhu senzoru můžeme uvést letecký skener HyMap [4] a družicový AVIRIS [5]. Druhou a častější senzorovou konfigurací je tzv. push broom. Data jsou získávána snímkováním ve směru měřické dráhy a senzor je složen z linie jednotlivých detektorů, které jsou umístěny kolmo ke směru snímání. Jak se senzor pohybuje tak jsou postupně snímány jednotlivé části dokumentovaného objektu. Tento typ senzorů je z pravidla lehčí, levnější a ve srovnání s konfigurací whish broom je možné zachytit více světla (fotonů), jelikož každá jednotlivá část objektu je měřena delší dobu. Světlo dopadající do objektivu je rozděleno pomocí optického disperzního elementu, jako jsou štěrbina či mřížka na úzké pásy a výsledná energie je pak měřena detektorem. Jako příklad může sloužit družicové skenery jako americký Hyperion [6] nebo evropský CHRIS [7]. Z hlediska použití lze senzory rozdělit na letecké, družicové a pozemní Družicové senzory Níže zmíněné družicové senzory používají konfiguraci push broom a jsou jedinými hyperpektrálními přístroji otevřené široké veřejnosti. Data senzoru Hyperion lze po registraci bezplatně stáhnout z internetových databází americké geologické služby USGS pomocí aplikace GloVis [8]. Stejně tak data senzoru CHRIS umístěného na evropské družici Proba jsou po registraci a zadání projektu dostupné na stránkách ESA [9]. Družicová hyperspektrální data jsou vzhledem k nízkému rozlišení a velké snímané ploše použitelná hlavně pro globální analýzy a analýzy velkého území. 4

5 Obr.4: Evropská družice Proba, která nese hyperspektrální senzor CHRIS [7] Výhody Nízká cena snímku pokud je družice již na oběžné dráze Možnost snímání konkrétního území opakovaně a pravidelně Globální pokrytí Dlouhodobé trvání mise až let Velké snímané území Nevýhody Vysoké náklady na vývoj a vyslání satelitu na orbit Nižší rozlišení Problém s odstraněním vlivu atmosféry Možná potřeba sítě pozemních stanic pro řízení a přenos dat Nižší spektrální a prostorové rozlišení Name and Satellite Manufacturer In operation since Number of Spectral Bands Spectral Range Spectral Resolution Spatial Resolution Web site Hyperion on EO-1 NASA Goddard Space Flight Center 2000 Total 242, 198 calibrated μm around 10nm 30m Eo1.usgs.gov/sensors/hyperion CHRIS on Proba - 1 ESA /32/ μm nm 18 or 36 m Tab.1: Porovnání družicových hyperspektrálních senzorů 5

6 1.2.2 Letecké senzory Letecké senzory jsou široce používané v geologických, a zemědělských aplikací, pro analýzu stavu vod, detekce využití území a mnoho dalších. Jejich využití je zejména na regionální či místní úrovni jelikož je možné měnit prostorové rozlišení změnou výšky letu. Senzory mohou být umístěny jak na letadle/vzducholodi řízených pilotem, tak u na tzv. UAV (Unmanned Aerial Vehicle) a řízeno počítačem. Bohužel tyto přístroje jsou často vlastněny a provozovány komerčními subjekty a tudíž jednoduché a bezplatné stažení z internetových stránek provozovatele (jako u družicových dat viz výše) je nemyslitelné. Cena těchto dat je silně závislá na typu přístroje, provozovateli a zkoumaném území, ale vzhledem k tomu, že se jedná o použití letadla tak výsledné náklady mohou být velmi vysoké. Obr.5: Letecký hyperspektrální senzor HyMap [4] Výhody Místní až regionální rozsah Levnější než družicové přístroje Lepší spektrální rozlišení Lepší prostorové rozlišení (závislé na výšce letu) Flexibilní Nevýhody Vysoké náklady na jednotlivý snímek Potřeba GPS/IMU jednotky 6

7 Name Manufacturer Configuration type Number of Spectral Bands Spectral Range Spectral Resolution Spatial Resolution Web site HyMap AisaDUAL (Airborne Imaging Spectrometer) AVIRIS (Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer) Integrated Spectronics Spectral Imaging NASA Jet Propulsion Lab Whisk broom Up to 128 Push broom Up to 500 Whisk broom μm μm μm nm 3.3 nm for VNIR and 12nm for SWIR Appx. 10 nm 3-10m typical operation range 320 pixels on 24 degrees FOV 677 pixels on 34 degrees FOV aviris.jpl.nasa.gov CASI 1500 (Compact Airborne Spectographic Imager) ITRES Research Limited Push broom Up to μm <3.5 nm 1500 pixels on 40 degrees FOV Tab.2: Letecké hyperspektrální senzory Pozemní/multifukční senzory Multifunkční senzory jsou vhodné pro široké spektrum aplikací. Jejich hlavní výhodou je možnost využití pro měření v terénu, a pokud je k dispozici vhodné vybavení (GPS/IMU jednotka, letadlo/uav) je možné je použít tako pro letecké snímkování. To je umožněno nízkou váhu přístroje a také jeho relativně malou velikostí. Tyto senzory jsou nejlepším řešením pro specifické měření v lokálních podmínkách [11] Obr.6: Hyperspec - multifunkční hyperspektrální senzor [12] Výhody Flexibilní Univerzální Vhodný pro měření v terénu Volitelné spektrální a prostorové rozlišení Může být umístěno na letadlo, ale třeba velmi dobře připravit letový plán a koordinaci s GPS/IMU jednotkou Malá velikost a nízká váha 7

8 Nevýhody Musí být zakoupen uživatelem Lokální pokrytí, pokud je umístěno na letadle může pokrytí být i regionální Nelze jednoduše objednat data od dodavatele Všechna data musí být zpracována uživatelem Name Hyperspec VNIR A-series Manufacturer Headwall Photonics Configuration type Number of Spectral Bands Push broom 810 SOC730VS Surface Optics Push Broom 250 Spectral Range Spectral Resolution μm Min 2 nm μm Spatial Resolution Web site 2 3 nm 1004 pixels 512or 1024 pixels Tab.3: Pozemní hyperspektrální senzory 1.3 Hardware použitý pro potřeby dokumentace památkových objektů Hyperspec VNIR A-series Pro dokumentaci památkových objektů hyperspektrálním snímkováním byl použit pozemní/multifunkční senzor pracující mezi 400 a 1000nm (A-series Hyperspec VNIR). Výrobcem je americká firma Headwall Photonics, Inc. Která patří mezi dlouhodobé výrobce hyperspektrálních senzorů a začínala před mnoha lety zakázkami pro armádu USA. Senzor je vybaven 35mm C-mount objektivem a 18mm dlouhou a 25 μm širokou štěrbinou, kterou lze případně vyměnit či nahradit jinou. Dokumentovaný objekt je snímán 1004 detektory a je možné získat až 810 spektrálních pásem v daném spektrálním rozsahu. Rychlost snímání je až 50 snímků za minutu. Získaná data jsou 12-ti bytová a maximální spektrální rozlišení je 2 μm. Přístroj není vybaven chlazením, a proto je třeba s ním velmi pozorně pracovat, aby nedošlo k přehřátí, které způsobuje zvýšené množství šumu v obraze. Systém je vybaven i tzv. binning, v našem případě 2x2, které se využívá pro zmenšení množství dat na úkor jejich přesnosti (ze 4 pixelů se po matematickém výpočtu stane jeden). Tato možnost nebyla prozatím využita. Kalibrace zařízení byla provedena výrobcem. Obr.7: Hyperspektrální senzor Hyperspec VNIR A-series od firmy Headwall Photonics umístěn na motorizované jednotce Pan&Tilt. 8

9 1.3.2 Pan&Tilt jednotka Hyperspektrální senzor je umístěn na střední motorizované pohyblivé hlavě (tzv. Pan&Tilt jednotka) vytvořené také firmou Headwall Photonics, Inc., která je ovládána počítačem a zajišťuje pohyb nutný ke snímání objektu. Pan&Tilt jednotka je přímo ovládána uživatelem v PC a může být umístěna na stativu. Na tomto nastavení se pracuje Osvětlení Zkoumané objekty byly nejprve osvětlovány dvěma 150W halogenovýma lampami, které se jinak v laboratoři využívají při fotografování. Toto osvětlení se brzy ukázalo jako nedostatečné a proto byly zakoupeny dvě klasické 500W halogenové lampy. Toto osvětlení se ukázalo jako lepší než předchozí, ale i vzhledem k silnému vyzařování tepla stále nedostatečné Problémy Šum v obraze Množství fotonů dopadající na detektory při maximálním expozičním čase nedosahuje úrovně saturace přístroje, a proto se v datech vyskytuje šum, který je nejvíce patrný při zobrazení křivky spektrální odrazivosti tmavého pixelu (Obr. 8, 9). Množství jednotek (fotonů) detekovaných přístrojem ukazuje osa y. Na grafech je evidentní, že hodnoty v řádech desítek jednotek (Obr 8) ukazují větší množství šumu než hodnoty v řádech stovek (Obr. 9). Úroveň saturace u námi používaného přístroje se pohybuje kolem 4 tisíc jednotek a předpokládá se, že právě zde je úroveň šumu nejmenší. Teplo Bylo zjištěno, že halogenové zářivky jsou pro naše účely nejvhodnější variantou. Je to proto, že poskytují přiměřeně konstantní osvětlení ve velkém spektrálním rozsahu (cca nm). Problémem je ovšem vyzařované teplo, které může poškodit zkoumaný objekt. V našem případě nelze přistoupit k použití např. LED zářivek, které vydávají tzv. bílé světlo v rozsahu cca nm, protože tyto zdroje neposkytují dostatečné množství světla v celé spektrální šíři ( nm). Obr.8: Ukázka grafu spektrální odrazivosti tmavého pixelu Obr.9: Ukázka grafu spektrální odrazivosti světlého pixelu Při analýze obrazů hrozí poškození malby, pokud je na ní přítomen včelí vosk. Ten je na historických malbách často použit a může se začít rozpouštět již při 35 C. Jeho postupným rozpouštěním může být ohrožen a v krajním případě i znehodnocen celý objekt. Je třeba se 9

10 proto vyvarovat nadměrnému ozařování zkoumaných objektů. Při analýzách byl vždy použit teploměr a teplota obrazů nikdy nepřesáhla 30 C. Pro tento účel byly zpočátku používány větráky. Ty se ukázaly jako nešťastné řešení, jelikož vířící vzduch způsobuje silné zašumění zejména v delších vlnových délkách. Po této zkušenosti bylo přistoupeno k osvětlování objektů pouze po dobu skenování (cca 30s až 1 min) a také častému větrání. Řešení V následujících měsících budou zakoupena speciální halogenová světla lineárního charakteru, jejichž umístění předpokládáme vedle senzoru přímo na motorizované jednotce. Tento zdroj bude osvětlovat pouze skenovanou oblast a jsme přesvědčeni, že se tím sníží zátěž zkoumaného objektu na minimum. Jsme si vědomi možných problémů s umístěním či nastavením a jsme připraveni tyto problémy řešit. 2. UAV 2.1 Úvod Tato část má za cíl představit reálné aplikace bezpilotních prostředků a jejich potenciál ve fotogrammetrii. Bezpilotní nosiče budou klasifikovány podle známých a zaběhlých atributů. Část bude věnována legislativní problematice bezpilotních prostředků. Praktická ukázka využití bude provedena se systémem Mikrokopter. Práce si také klade za cíl ukázat možnosti využití levných kompaktních fotoaparátů při podrobném a přesném mapování. V práci budou představeny dvě metody kalibrace fotoaparátu, jejíž výstupy byly pro zpracování použity. Na příkladu tvorby ortofoto snímku bude přiblížena problematika snímkování a plánování mise. Prezentovány budou přední zpracovatelské programy pro tvorbu ortofoto snímků a digitálních modelů. Závěr práce bude věnován prezentaci výsledků v geografických informačních systémech, ve kterých budou také provedeny analýzy pro určení přesnosti zpracování. Druhá část se věnuje využití z hlediska dokumentace historických objektů a pro archeologii. Na závěr bude představen nový systém UAV ebee (pořízeno 11/2013). Bezpilotní létající prostředek UAV je zkratkou anglického Unmanned Aerial Vehicle. Již z názvu je zřejmý hlavní rozdíl od klasických létajících strojů s lidskou posádkou a to ten, že pilot není fyzicky na palubě stroje. Slovem bezpilotní je zde myšlena situace, kdy pilot není přímo na palubě stroje, ale na vzdáleném stanovišti či je stroj řízen částečně nebo plně automatizovaně podle předem definované mise nebo pomocí složitějších dynamických autonomních systémů. Není tedy bezpodmínečně nutné, aby se letoun řídil sám. V mnoha případech je za trajektorii letu zodpovědný pilot a posádka, která však není fyzicky na palubě. Podle úřadu pro civilní letectví (ÚCL) je bezpilotní letadlo definováno jako Letadlo určené pro provoz bez pilota na palubě. Bezpilotní systém je definován jako Systém skládající se z bezpilotního letadla, řídící stanice a jakéhokoliv dalšího prvku nezbytného k umožnění letu, jako například datového spoje pro řízení a kontrolu a prvku pro vypuštění a návrat. UAV není pouze samotný létající model. Pod tímto pojmem jsou zahrnuty následující komponenty: model letadla, vrtulníku kontrolní stanice s pilotem 10

11 software komunikační přenosová soustava nesené vybavení potřebné vybavení pro obsluhu a údržbu Využití UAV ve fotogrammetrii pro tvorbu: fotomozaiky a ortofoto 3D modelů a určování kubatur šikmých snímků fotoplánů Využití UAV ve fotogrammetrii může být chápáno jako další nástroj, který otevírá nové možnosti pořizování dat pro řadu oblastí výzkumu. Kombinace letecké a blízké fotogrammetrie přináší zcela nové aplikace. Současná UAV mohou být využívána pro velká i malá území. Cena jednotlivých systémů se odvíjí především od funkcionality, kterou nabízejí. S cenami od do několika miliónů korun mohou být srovnány s cenou klasického letadla.. Tab. 4 : Porovnání letecké, blízké a UAV fotogrammetrie Jak již bylo v úvodu zmíněno, hlavní výhodou bezpilotních prostředků je bezpečnost při práci v prostředí pro lidskou posádku nebezpečném či nepřístupném. Jako jsou např. území zasažená živelnou pohromou, horské či vulkanické oblasti, území zamořená radioaktivitou nebo území, kde není možné létat z bezpečnostních důvodů rafinerie atd. Je možné snímat v místech, kde by let se skutečným letadlem nebyl možný např. kvůli překážkám, povolení, dostupnosti, počasí, neboť UAV mohou létat i velice nízko, pod mraky, tedy tam, kde skutečná letadla z bezpečnostních důvodů létat nemohou. Výhodou nízké výšky je velký 11

12 detail snímaného území. Pokud je potřeba nasnímat jen malé archeologické naleziště, je mnohonásobně levnější využít UAV než speciální letadlo, či vrtulník. Mezi přednosti patří také menší náklady na pořízení a provoz stroje, ovšem to neplatí pro všechny UAV, kde některé svojí cenou převyšují klasická letadla využívaná pro snímkování. Pokud je potřeba snímkovat malé území, pro které by se nevyplatilo využít klasických metod, je bezpilotní prostředek ideální volbou. 2.2 Legislativní omezení v ČR Základní pravidla vychází z předpisu L2-Pravidla létání, který definuje mezinárodní standardy o létání. Zde jsou však definována pouze obecná pravidla létání, bez hlubšího zaměření na problematiku UAV. V roce 2005 byl vydán Řízením letového provozu ČR oběžník s označením AIC C 13/08. Ten byl reakcí na připravované doplnění předpisu L2, tzv. doplňku X, který nabyl platnosti a kterým se do předpisu L2 zapracovávají zásady pro létání s bezpilotními prostředky. Podle oběžníku AIC se za bezpilotní prostředek považuje letadlo, které je konstruováno pro provoz bez pilota - člověka na palubě. Nesmí však dojít k omylu, že bezpilotní prostředek nemá pilota. Pilot je ten, kdo je za bezpilotní prostředek odpovědný a nepohybuje se vůči zemi, tzn., že není na palubě jiného létajícího objektu, ze kterého bezpilotní prostředek řídí. Za bezpilotní systém se považuje systém skládající se z bezpilotního prostředku, řídicí stanice a jakéhokoliv dalšího prvku nezbytného k umožnění letu, jako například komunikačního spojení nebo prvku pro vypuštění a návrat. Bezpilotních prostředků, řídících stanic nebo prvků pro vypuštění a návrat může být v rámci bezpilotního systému více. Podle ustanovení doplňku předpisu L2, Pravidla létání, který právě prochází veřejným připomínkovým řízením, je za bezpilotní systém považován i model letadla, včetně vybavení nezbytného pro jeho provoz. Tato specifikace byla zavedena na základě nutnosti zabezpečit jednotnost regulace všech UAV, ať jsou používány pro profesionální (komerční) účely anebo rekreační a sportovní účely a rovněž bere v úvahu mezinárodní vývoj regulačních požadavků. Vzhledem k nutnosti zajistit bezpečnost civilního letectví, osob a majetku na zemi jako celku byla přijata forma regulace všech bezpilotních prostředků bez ohledu na jejich hmotnost a využití. Model jakékoliv hmotnosti, který je využíván k vědeckým a komerčním účelům, podléhá registraci a nutnosti získat oprávnění. 2.3 Vrtulníky Vrtulník nebo též helikoptéra je letadlo těžší než vzduch s poháněnými horizontálně rotujícími nosnými plochami. Díky své schopnosti kolmého startu a přistání jsou vrtulníky velice často používanými bezpilotními prostředky. Nutnost pouze malého prostoru pro operování je vhodná pro práce menšího rozsahu s velkými terénními složitostmi. Svoje uplatnění tak nacházejí v zastavěných či horských oblastech. Bezpilotní vrtulníky byly pro fotogrammetrické účely použity např. na univerzitě ETH v Curychu, kde sloužil jako nosič laserového skeneru Riegl. Vrtulník s označením Copter 1B je výrobkem francouzské firmy Survey Copter. Svou velikostí a nosností 5kg je tak ideálním leteckým nosičem pro fotogrammetrickou dokumentaci. Pro základní seznámení byl v projektu pořízen malý vrtulník s mikrokamerou a SD kartou pro záznam. 12

13 Obr. 10 : Survey Copter 2.4 Mutikoptéry Pojmem multikopter je označen vícerotorový vrtulník, který má více než dva nosné rotory. Nejčastěji je jejich počet 4, 6 a 8. Hlavním rozdílem oproti klasickým vrtulníkům je samotná podstata řízení. Let vrtulníku je řízen změnou úhlu natočení listů, jak u hlavního, tak i vyrovnávacího rotoru. U multikopterů, jak jsou někdy vícerotorové vrtulníky označovány, se tak děje změnou otáček jednotlivých motorů a s tím souvisejícím vztlakem, který vrtule vytvoří. Vrtule jsou většinou pevné, s předem definovaným stoupáním. Tato odlišnost je výhodou tohoto typu konstrukce, neboť ve srovnání s klasickým vrtulníkem je kromě samotné konstrukce také jednoduchá výroba a údržba mechaniky stroje. Reakční moment nosného rotoru, který je u vrtulníku kompenzován ocasní vrtulí, je u multikopterů vyrovnáván automaticky, použitím levo- i pravotočivých vrtulí. Reakční momenty od jednotlivých rotorů se tak vzájemně vyruší a model při stejné rychlosti všech rotorů zůstává v klidovém stavu. Obr. 11 : Hexakopter 13

14 2.5 Letadla Letadla jsou nejčastěji využívanými bezpilotními prostředky. Jsou často používaná především díky svému dlouhému doletu a výdrži. V malých měřítkách má letecký nosič výhodu v bezpečnosti. Pokud dojde k poruše motoru, je letadlo schopné doletět do určité vzdálenosti. Také průběh letu je stabilnější a hladší než např. u vrtulníků. Letadla mohou být nejrůznějších konstrukcí, od těch klasických po dvouplošníky či delta-křídla, někdy také označována jako samokřídla. Každá z konstrukcí má své výhody a nevýhody. V dnešní době, kdy je cena modelářského vybavení na historickém minimu, a je tak dostupná široké veřejnosti, může využít model letadla jako nosič fotoaparátu téměř kdokoliv. Pokud model nebude řízen pouze manuálně, ale také pomocí autopilota, je možné vybírat z široké škály různých automatických systémů. Obr.12: Swinglet CAM (nahoře) a UAV ebee (novinka v laboratoři fotogrammetrie FSv ČVUT od 11/2013) 14

15 B) Analytická část (vlastní řešení, přínos řešitele, posun znalostí atd.). Řešení i ve svém druhém roce vycházelo ze schválené metodiky a etap projektu. Svým charakterem se jedná o aplikovaný výzkum, při němž jsou odvozovány potřebné matematické vztahy a algoritmy. Jednotlivé přínosy jsou patrné z příloh popisujících podrobně vlastní postupy řešení. Posun znalostí v oblasti výzkum byl realizován jednak studiem odborné literatury a dále účastí na odborných konferencích (CIPA, SGEM a ACRS). V roce 2013 (do zpracování periodické zprávy) byly řešeny úkoly: Rešerše a vstupní výzkum v oblasti využití hyperspektrálního snímání v pozemních aplikacích Výzkum v oblasti UAV (práce s UAV, plán nákupu nového UAV mimo zdroje NAKI) 3. Výzkum v oblasti využití hyperspektrálního snímání v pozemních aplikacích 3.1 Dokumentace památkových objektů Zkoumané objekty Pro testování použitého vybavení v laboratoři byly použity dva obrazy od vlámských mistrů ze 17. stol. Jedná se o olejové malby na dřevěné desce, které byly zapůjčeny ze soukromé sbírky akademického malíře pana Martina Matrana. Jedná se o obraz Interiér mlýna (Obr. 10) od Davida Terniers mladšího a dílo Na cestě (Obr. 11) jehož autorem je Thomas Van Apshoven. Oba autoři patří do zlaté éry vlámských a nizozemských malířů osmnáctého století a jsou typickou ukázkou malířského umění své doby. Obr.13: David Terniers Mladší "Interirér mlýna", velikost obrazu 48x69cm Obr.14: Thomas Van Apshoven "Na cestě", velikost obrazu 76x54cm Analýzy a výsledky Obrazy byly umístěny na malířský stojan před hyperspektrální skener a osvíceny dvěma 500W halogenovými lampami (podrobnosti viz výše). Vzdálenost skenovacího zařízení byla 1,5m. S obrazy bylo manipulováno s maximální opatrností a stále byla měřena teplota obrazu, aby nemohlo dojít k jejich poškození. Skenovací aparatura byla nastavena na nejdelší expoziční čas (40,23 µm) a rychlost skenování byla stanovena na 10 snímků/µm. Snímky byly upraveny pomocí referenční černé (zavřený objektiv) a bílé (čistý kancelářský papír) v programu XCAP, který se využívá pro ovládání skenovacího zařízení a byl vytvořen výrobcem. 15

16 Pro každý obraz bylo zvoleno několik detailů, které byly matematicky zpracovány a na kterých byly provedeny analýzy. Celé obrazy nebyly zpracovány z důvodu obrovské výpočetní náročnosti. Sken obrazu Na cestě měl po sloučení horní a dolní části (skenování bylo nutné rozdělit na dvě části) cca 7GB dat. Dále budou zmíněny pouze dva detaily, jeden z každého obrazu. U Terniersova obrazu se jedná o levý dolní roh s vyobrazením sudu, truhly a nádoby na vodu (Obr. 12). V případě Van Apshovena jde o horní pravou část, kde najdeme domek (Obr. 13). Naším úkolem bylo ukázat možnosti snímání ve viditelném světle a ověřit viditelnost tzv. podkreseb v daných spektrálních pásmech. Jedná se o prvotní malířův náčrt toho, co bude na obraze znázorněno. Podkresby jsou jasně viditelné pomocí infračervené reflektografie (Obr. 15, 17), která pracuje s vlnovými délkami mezi 1500 a 1800 nm. Tyto snímky byly dodány akademickým malířem a restaurátorem panem Martanem. Obr.15: Detail obrazu Terniers Obr.16: Detail obrazu Van Apshoven Pro vlastní analýzu obrazu byl použit program ENVI. Na snímcích byly testovány různé matematické postupy. Velkým problémem byl šum v obraze (viz výše), který se nedá matematicky odstranit, protože více postihuje tmavé části pixely a tudíž není v obraze konstantní. Nejlepší metodou se ukázala analýza hlavních komponent (PCA - Principal Component Analysis) a následné RGB syntézy jednotlivých komponent doplněné různými filtry pro zvýraznění a úpravu obrazu (Obr. 14, 16). Analýza hlavních komponent je matematická metoda sloužící k dekorelaci a snížení dimenze dat. Obr.17: Pseudo-barevná RGB syntéza tří hlavních komponent (PC4 - červená, PC - Zelená, PC1 - modrá) - Terniers 16

17 Obr.18: Detaily obrazu při použití IR reflektografie - Terniers Bylo zjištěno, že matematické postupy a analýzy nemohou plně nahradit infračervenou reflektografii využívající vlnové délky mezi 1500 a 1800nm, ale může pomoci k určování a analýze některých prvků. Jako příklad lze uvést nádobu na vodu viditelnou na obr. 14, kterou autor obrazu později zvětšil. Její původní velikost ukazuje fialová barva, zatímco nárůst je zobrazen barvou modrou. Data v VNIR pásmu ( nm) neprocházejí tak hluboko do malby a lze pomocí nich lépe analyzovat barvy, zatímco delší vlnové délky umožňují zkoumání obrazů více do hloubky. Obr.19: Pseudo barevná RGB syntéza prvních tří hlavních komponent obrazu (PC1 - červená, PC2 - zelená, PC3 - modrá) - Van Apshoven Obr.20: Detail obrazu při použití IR reflektografie - Van Apshoven 3.2 Poznatky z konferencí V rámci zjišťování celosvětového využití hyperspektrálního snímkování v oblasti dokumentace historických objektů byly navštíveny dvě konference zabývající je hyperspektrálními daty. Evropská konference se konala v dubnu tohoto roku ve francouzském městě Nantes. Workshop byl pod záštitou mezinárodní evropské asociace EARSeL a nesl název 8th EARSeL imaging spectroscopy workshop. Jednalo se o třídenní setkání evropských výzkumných pracovníků zabývající se hlavně použitím obrazové spektroskopie v praxi. Publikováno bylo mnoho zajímavých článků týkajících se mimo jiné leteckých či družicových senzorů, jejich typů, možnostech využití a kalibraci jejich dat, dále použití hyperspektrálních 17

18 dat pro geologické účely, aplikace v oblasti zemědělství, globální změny klimatu či risk managementu a městské zástavy. Zmíněno bylo také použití hyperspektrálních dat při zjišťování kvality vod. Bylo zjištěno, že pozemním analýzám se věnuje málo výzkumným institucí a jejich výzkum se zaměřuje hlavně na zkoumání vegetace. Analýzou obrazů se zabývá tým pana Le Mouélic [13], kteří mají k dispozici speciální vybavení sestavené výrobcem přímo pro tento účel. Jedná se o 3 senzory doplněné osvětlením, kde pořizovací cena zařízení přesahuje částku sto tisíc eur. Toto zařízení je také omezeno velikostí snímaného objektu, protože ten je třeba umístit objekt doprostřed systému a nelze jej použít pro dokumentaci omítek a nástěnných maleb. Tyto témata zůstávají stále neprobádána. Druhou navštívenou konferencí byla konference WHISPERS (Workshop on Hyperspectral Image and Signal Processing: Evolution in Remote Sensing), která se konala v červnu tohoto roku v americkém universitním městě Gainesville ve státě Florida [14]. Tato konference je zaměřena hlavně na pořizování a zpracování dat. Mezi hlavní témata patřila kalibrace družicových, leteckých i pozemních senzorů, tvorba a konstrukce nových senzorů, dále také spectral unmixing, klasifikační metody a různé druhy aplikací jako např. v zemědělství, potravinářství, ekologii, geologii, apod. Jiná aplikace pro dokumentaci historických objektů než od pana Le Mouléic zde zmíněna nebyla. 4. Výzkum v oblasti UAV V této kapitole se jedná o výzkum využití UAV pro aplikace v památkové péči, archeologii, obecné dokumentaci, fotogrammetrii i DPZ. 4.1 Popis systému Pro účely této práce byl zakoupen profesionální model šestirotorového vrtulníku (obr. č. 22). Základem je německá elektronika Mikrokopter, již detailně popsaná výše a rám z hliníku a sklolaminátu. Model je vybaven šesti motory s celkovou užitnou nosností cca 1.5 kg. Aby mohl model sloužit jako nosič fotoaparátu, bylo nutné ho vybavit držákem. Ten je vyroben ze sklolaminátu, uhlíku a duralu. O jeho stabilizaci se starají dva modelářské servo motory, které jsou přímo napojeny na řídící elektroniku a v průběhu letu srovnávají fotoaparát do roviny. Váha držáku je cca 300 g, souprava pro bezdrátový přenos obrazu na zem společně s eletronickou či mechanickou spouští fotoaparátu váží dohromady dalších 150 g. Nesená zátěž je s 200 g fotoaparátem 650 g. Celková letová hmotnost modelu je kolem 3 kg. Jako každý bezpilotní systém, i tento tvoří kromě letecké části i část pozemní a programové vybavení. Model je bezdrátově ovládán osmikanálovou RC soupravou s označením MX-16 od německé firmy Graupner, na obr. č. 22. Ta je vybavena českým vysílacím modulem Duplex od firmy Jeti Model, který slouží pro přenos povelů směrem k modelu a zpětným přenosem telemetrie na zem, do externího displeje. Digitální obousměrná komunikace pracuje na frekvenci 2.4 GHz. Start i přistání je nutné provést manuálně, pomocí dálkového ovladače. Ten ovládá základní funkce modelu nutné pro kontrolovatelný let a těmi jsou klonění, klopení, přidání/ubrání otáček, otáčení kolem své osy. Protože je ovládací souprava osmipovelová, jsou dalším čtyřem kanálům přiřazeny funkce pro držení výšky, držení pozice, návrat domů, ovládání náklonu fotoaparátu a spouště. Při létání podle misí je místo ovládání fotoaparátu přiřazena funkce tzv. care free, po jejíž aktivaci přejde model do autonomního módu a let probíhá podle předem stanovené mise. Veškeré funkcionality modelu se nastavují přes program MK Tool. Jedná se o GUI pro správu nastavení a plánování misí. V programu jsou desítky parametrů pro individuální nastavení, jako citlivosti gyroskopů, nastavení ovládacích prvků, GPS, barometrického senzoru atp. Pro snadnější a cílené fotografování především v manuálním módu je fotoaparát doplněn o modul pro bezdrátový přenos náhledu hledáčku na 18

19 zem. Modul pracuje na frekvenci 5.8Ghz a má dosah přibližně 500 m. Pro jeho zobrazení je na vysílači instalován LCD panel o velikosti 7''. Pro on-line nastavování a správu leteckých misí byl model doplněn o telemetrický přenos, který zajišťuje přídavný modem Xbee Pro, pracující na frekvenci 2.4 Ghz, s dosahem kolem 1.5km (v EU je dosah snížen na 750m.). Tento modul nahrazuje klasické kabelové připojení elektroniky k počítači, které je nutné pro systémové aktualizace, nastavení letových parametrů a plánování misí. Model je poháněn LiPol baterií o napětí 14.4 V a kapacitě 6600mAh. V následující tabulce je průměrný letový čas s nákladem, představující např. digitální fotoaparát s držákem a soupravou na videopřenos náhledu hledáčku, tedy vybavení o hmotnosti přibližně 1kg. Letový čas závisí kromě zátěže také na teplotě prostředí, ve kterém je model provozován a především na letovém stylu. S klesající teplotou klesá i využitelnost kapacity baterie, prudkou akcelerací a rychlým letem se zvyšuje odebíraný proud a tím i se zkracuje letový čas. Pokud vezmeme v úvahu tyto faktory, vychází průměrný letový čas podle tabulky č. 4. Obr. 21 : Hexakopter s dálkovým ovládáním Tab. 5 : Letový čas v závislosti na velikosti zátěže 19

20 4.2 Požadované výstupy a programové vybavení S rozvojem bezpilotních prostředků v posledních letech vyvstala nutnost přesného vyhodnocení pořízených dat. Jak již bylo zmíněno, data pořízená UAV jsou svým charakterem blíže pozemní fotografii. Díky použití levných neměřických komor a méně přesných inerciálních jednotek je nutné ke zpracování přistupovat odlišně, než u klasických leteckých snímků s přesnou znalostí všech požadovaných prvků. Programy na tvorbu ortofota, které jsou vhodné pro rozsáhlé projekty na úrovni krajů či celých států, jakými jsou např. Geomatica 12, nejsou pro tato data určená. Při zpracování obrazových dat z UAV se setkáváme s těmito problémy: určování prvků vnější orientace - absence kvalitní GPS/IMU určování prvků vnitřní orientace - použití neměřických komor nestandardní data - snímky často upravené již v sw fotoaparátu Pro zpracování leteckých snímků z bezpilotních prostředků existuje v současné době na trhu několik specializovaných programů. Všechny jsou komerční: Pix4D Aerogis Icaros Dronemapper Photoscan Agisoft Tyto programové produkty jsou předmětem testování, v laboratoři vlastníme sw Photoscan Agisoft. Práce pro vyhodnocení souboru snímků je poměrně jednoduchá, ale výsledky jsou kvalitní pro vhodně pořízený soubor obrazových dat. 4.3 Testování hexakopteru Hexakopter, který je v laboratoři fotogrammetrie, byl pokusně dovybaven nosičem pro fotografický aparát s natáčením a dálkovým spínáním expozice včetně video-nadhledu. Zvládnout pilotáž hexakopteru a zároveň i snímkovat není jednoduchá záležitost a je nutný zácvik. Lepší je pracovat ve dvou osobách, kdy jedna hlídá hexakopter (zejména poryvy větru poblíž staveb jsou nebezpečné) a druhý se věnuje snímkování. Dále byl vytvořen prototyp s nesenou termokamerou. Zde nastal problém se zásobováním kamery el.prodem. I když je miniaturní termokamera napájena přes USB port, jsou energetické požadavky poměrně vysoké a levný mikropočítač, který byl pro misi připraven, neměl dostatečně silný výstup. Nakonec byl použit motherboard z mini PC ve velmi provizorním úchytu. Do budoucnosti je nutno zakoupit výkonný mikropočítač. Hexakopter byl testován v několika modifikacích s různými fotoaparáty (Canon, Nikon, Sonny všechny cca 10-12MPix, kalibrované na kalibračním poli pomocí software Photomodeler). I když by Hexakopter unesl po kratší dobu i levnější zrcadlovku, využity byly kompaktní přístroje s kvalitním velkým objektivem. Právě kvalita objektivu je dominantní pro výstupy. Byly provedeny následující experimenty: Snímání fasády historického objektu (zámek Litomyšl), tvorba fotoplánu Snímání výkopových prací při archeologickém průzkumu (Litomyšl), tvorba ortofota Snímání skládky (Žacléř), tvorba ortofota a digitálního modelu terénu 20

21 Snímání skládky (Žacléř) pomocí termokamery a tvorba termálního ortofota Obr.22: Hexakopter- průzkumný let; severní část zámku v Litomyšli. Průzkum omítky a poškozených sgrafit v horní části fasády bez použití plošiny nebo lešení Obr.23: Snímky z hexakopteru, zámek Litomyšl (renesanční fasáda) 21

22 Obr.24: Snímky archeologických vykopávek (soubor pouhých šesti snímků výkopové jámy) Obr.25: Snímky archeologických vykopávek, zpracované pomocí software Agisoft Photoscan do podoby ortofota; pozůstatky městské zástavby v okolí zámku, pozdní středověk. 22

23 Obr.26: Snímky archeologických vykopávek (soubor 17 snímků výkopů, zbytky odpadního systému z 18. a 19. století u objektu muzea). Obr.27: Ortofoto výkopů, zbytky odpadního systému. 23

24 Obr.28: Snímky archeologických vykopávek (soubor 13 snímků z výkopů). Obr.29: Ortofoto z vykopávek, sestavené ze snímků z obr. 28. Základy středověkých budov a sklepů v těsné blízkosti muzea. Ve spodní části je i zachované ohniště pec. 24

25 4.3 Výsledky V první řadě musí být použitý digitální fotoaparát kalibrován v laboratoři nebo i přímo za letu. Využit byl software Photomodeler a kalibrační deska, za letu se podařilo vytvořit kalibraci na základě rozmístěných a zaměřených cílů na terénu a svazkového vyrovnání, tzv. on field calibration (výsledky kalibrace jsou v tab.6). Kamera laboratoř On field kalibrace Pix4D (16GCP) Konstanta kamery mm mm mm Senzor x5.5880mm x5.5880mm x5.5816mm Hlavní bod , mm , mm , mm Radiální distorze Tangenciální distorze K1:1.770e-003, K2: e-005, K3:0 P1: 3.514e-004, P2: e-004 K1:1.361e-003, K2: e-006, K3:0 P1: 3.358e-004, P2: e-004 Tab.6: Vnitřní orientace kamery K1:-5.04e-007, K2: 1.04e-007, K3:0 P1: -1.23e-004, P2: 1.22e-005 Image nr. Latitude [ ] Longitude [ ] H [m] κ[ ] φ[ ] ω[ ] zacler351.jpg zacler352.jpg zacler353.jpg zacler354.jpg zacler355.jpg zacler356.jpg zacler357.jpg zacler358.jpg Tab.7 : Přibližné parametry vnější orientace z letového záznamu INS Obr.30: Poloha, výška a celková chyba na základě počtu vlícovacích bodů (sw Pix4D) 25

26 Obr.31: Plánovaná a reálná trajektorie letu hexakopteru Obr.32: Ortofoto skládky Jan Šverma, Žacléř 26

27 Obr.33: Digitální model reliéfu (DMR) skládky Jan Šverma, Žacléř 4.4 Termální průzkum Specialitou bylo využití termokamery, která je plánována i pro průzkum pozemních objektů, omítek a maleb. Vzhledem k její mobilitě se podařilo ji umístit a zprovoznit i pro UAV Hexakopter. Měření tepelného vyzařování proběhlo při sledování skládky v Žacléři. Termální snímání je vhodné i pro archeologické nálezy a výkopové práce, včetně průzkumu možných archeologických nálezů a lokalit. Obr.34: detail uchycení termální kamery a mikrokamery pro náhled 27

28 Obr.35: ortofoto skládky Jan Šverma, Žacléř a vložená snímek z termokamery. Obr.36: Unikátní termální ortofoto skládky Jan Šverma, Žacléř. 28

29 C) Návrhová část (výsledky řešení, srovnání dosažených výsledků s cíli programu cíli tématické priority či priorit, které projekt dílčím způsobem naplňuje, míra splnění, uplatnění výsledků, závěr, návrhy opatření atd.). Předpokládanými výsledky projektu za dobu řešení projektu jsou: Základní výzkum: P- český patent podaný využití hyperspektrálního skeneru na analýzu maleb a stavebních prvků (základní databáze stavebních materiálů a barev se spektrálními charakteristikami) Článek v impaktovaném časopise v případě nalezení vhodného periodika a jeho přijetí Aplikovaný výzkum: W uspořádání workshopu pro odborníky památkové péče a dokumentace památek Nové technologie dokumentace a průzkumu památek - poslední tři roky projektu 2014, 2015 a 2016 N mapa s odborným obsahem výstupy z UAV na vzorových projektech Z ověřená technologie: technologie hyperspektrálního snímání v památkové péči, technologie využití UAV v památkové péči, technologie jednoduchých fotogrammetrických postupů při dokumentaci památkových objektů R software pro jednoduchou fotogrammetrii, software pro UAV, software pro zpracování dat mračen bodů a software kalibraci fotoaparátů G prototyp hyperspektrálního snímacího zařízení či specializovaného UAV J rec články v odborných periodikách o nových průzkumných a dokumentačních metodách B- odborná kniha o UAV a nových fotogrammetrických metodách a kniha o hyperspektrálním průzkumu (obě v Čj) Řešení projektu pokračuje podle navrženého harmonogramu. Byly dosaženy výsledky v několika základních rovinách. Výsledky byly prezentovány na výše uvedených mezinárodních konferencích. Z hlediska databáze RIV by se jednalo o výstupy typu D, J-rec a D-WoS (článek ve vyjmenovaném sborníku v databázi WoS). Dílčí výsledky výzkumu části řešitelského týmu Do RIV přijdou zařadit tyto výstupy: 1)Recenzovaný článek ve sborníku (D) není již uváděn ve výsledcích NAKI; přesto většina odborných akcí vydává sborníky často přísně recenzovaných článků a to i z velmi kvalitních akcí (např. kongres ISPRS, 1x za 4 roky pro 3-4tis.účastníků; bohužel, v ČR nastavená kritéria toto neberou v potaz) 29

30 Pavelka, K. - Matoušková, E.: USE OF REMOTE SENSING TECHNOLOGY FOR NON- INVASIVE SURVEY OF WALL PAINTINGS, PLASTERS AND PICTURES. In Proceedings of the 34th Asian Conference on Remote Sensing Jakarta: ACRS Indonesian Remote Sensing Society, 2013, vol. SCO2, p ISBN Matoušková, E. - Pavelka, K.: Hyperspectral approach to a non-invasive survey of cultural heritage objects. In Proceedings of 5th WHISPERS conference. Florida: University of Florida, Matoušková, E. - Pavelka, K. - Švadlenková, Z.: USING VNIR HYPERSPECTRAL SCANNER FOR DIGITAL IMAGING AND ANALYSIS OF OLD PAINTINGS. In Proceedings of 4th Workshop on Cultural and Natural Heritage. Paris: Earsel, )Recenzovaný článek ve sborníku citovaném na WoS (D WoS) Řezníček, J. - Straková, H.: UAV. In 13th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2013, Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing, Conference Proceedings volume I. Sofia: STEF92 Technology Ltd., 2013,. ISSN ISBN Matoušková, E. - Švec, Z. - Pavelka, K.: USING VNIR HYPERSPECTRAL SENSOR FOR 17TH CENTURY OIL PAINTING DOCUMENTATION. In 13th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2013, Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing, Conference Proceedings volume I. Sofia: STEF92 Technology Ltd., 2013, vol. 2, p ISSN ISBN ) Článek v recenzovaném časopisu (J - rec) Matoušková, E. - Pavelka, K. - Švadlenková, Z.: Non-invasive survey of old paintings using VNIR hyperspectral sensor. ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences [online]. 2013, vol. 2013, no. XL-5/W2, Internet: ISSN Pavelka, K. - Bílá, Z. - Růžička, S.: PHOTO-PLAN CREATION OF CYLINDRICAL OBJECTS. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences [online]. 2013, vol. II-5/W/13, no. II-5/W1,, p Internet: ISSN Míra splnění odpovídá prvému roku řešení projektu. Hlavní část byla věnována rešeršní činnosti a základním experimentům se zcela novým vybavením, které bylo pořízeno mimo zdroje NAKI; právě jejich využití je cílem celého projektu. Publikační činnost je solidní, 3 příspěvky v recenzovaném sborníku, 2 příspěvky v recenzovaném sborníku citovaném ve WoS, 2 recenzované články v časopisu. 30

31 D) Použití účelové podpory v členění dle rozpočtu projektu. FMV.cvut Účelová podpora byla čerpána v souladu s pravidly na jednotlivé položky uvedené v projektu: Osobní náklady odpovídají výši úvazků i částek na zaměstnance uvedené v projektu. V souladu s projektem byla také vytvořena nová pracovní pozice k Nová pracovní síla byla přijata na zpracovávání rastrových snímků a zpracování do podoby ortofota a DMR: Ing. Jan Řezníček (poloviční úvazek). Další členi týmu: Ing.Eva Matoušková, Ing.Martina Faltýnová (poloviční úvazky) Odpovědný řešitel: prof.dr.ing.karel Pavelka (1/4 úvazku). Celkem bylo na mzdách vyplaceno přibližně 482tis.Kč + soc.a zdr.pojištění a 1% do fondu (není započítán 11. a 12.měsíc) OON byly využity následovně: Mgr.Bubníková překlady z a do Aj (8100,-Kč) ING.Leipert elektronik, slaboproud konstrukce pro řízení UAV, INS (21900,-Kč v průběhu posledního kvartálu) Náklady nebo výdaje na pořízení hmotného a nehmotného majetku (kapitálové výdaje): Nebyly. Provozní náklady nebo výdaje: Byl pořízen drobný hmotný majetek a spotřební materiál potřebný pro řešení projektu: literatura 9tis.Kč, fotografické komponenty 35tis.Kč, spotř.materiál 10tis.Kč, kancelářský materiál včetně tonerů4,5tis.kč, drobná výpočetní technika disky, 19,5tis.Kč, sw Agisoft, sw pro UAV a spektrální sw 50tis.Kč, maintenace sw ENVI35tis.Kč. Cestovní náhrady: Na rok 2012 jsou schválené uznané náklady cestovních náhrad ve výši ,-Kč. Byly využity ve formě účasti na významné zahraniční odborné akci 24. Symposium CIPA, Strasbourg 2013 v září tohoto roku (aktivní vystoupení, 2 příspěvky, 36800,-Kč včetně vložného 400Euro, dopravy a ubytování ). Dále bylo cestovné využito na tuzemské služební cesty automobilem na lokality, kde se provádělo měření (Litomyšl, Žacléř, 5 x služební cesta s materiálem, celkem 13tis.Kč). Náklady nebo výdaje na služby: Nebyly. Doplňkové (režijní) náklady nebo výdaje: v projektu schválené uznané náklady jsou tyto: Celkem za ČVUT v Praze, FSv: ,- Kč E) Stručné resumé, včetně srovnání dosažených výsledků se stavem v zahraničí v době ukončení projektu a druh výsledku, pod který příjemce zařadí výsledek do RIV. Dosažené výsledky jsou prozatím dílčí povahy s ohledem na první rok řešení projektu. Spočívají především v oblasti teoretického výzkumu, odvozování potřebných matematických 31

32 vztahů, vyhledávání, analýzy a zpracování fotografických záznamů, shromažďování a zpracovávání vstupních zdrojů pro práci s UAV. Současně je zde i pořízení nezbytné infrastruktury pro další výzkum. Dále pak spočívají především v prezentaci metod a prvních výsledků, uplatňovaných v projektu NAKI, formou vystoupení na konferencích a odborných akcích. Aktivity v oblasti hyperspektrálního snímání v památkové péči jsou ojedinělé a existuje jen několik pracovišť na světě, kde se tímto problémem zabývají. Intenzívně komunikujeme s organizací ve Skotsku, kde je laboratoř pro průzkum obrazů; z konzultací vyplynulo, že většina problémů při snímání hyperspektrálních dat pramení z nehomogenního osvětlení a ohraničené maximální vlnové délky přístroje. Navázali jsme kontakty s odborníkem na restaurování a průzkum maleb a spolu jsme provedli již několik měření. Rozvoj této metody je tedy nutně spojený s dalším vybavením naší laboratoře. Profesionální drahé osvětlení budeme pořizovat koncem letošního roku z financí mimo NAKI. V oblasti UAV jsme na solidní pozici, nákupem (opět mimo zdroje NAKI) jsme rozšířili přístrojové vybavení. V současné době je nutno připravit speciální elektroniku a nové závěsy pro Hexakopter a testovat využití UAV ebee (mikroletadlo) pro účely fotogrammetrie v památkové péči a, kulturním dědictví a klasické fotogrammetrii a DPZ. Výsledky pro RIV: 2x J rec 2x D (zařazený do Wos) Pozn.: 3x D (není ve oficiálních výsledcích NAKI, ale jde do RIV s hodnotou 0; vzhledem k neustálým změnám v RIV je těžko možné plánovat dlouhodobě nějaké výstupy. Přitom recenzovaný příspěvek ve sborníku na světové konferenci tam určitě patří) Reference [1] BORENGASSER, Marcus, William S HUNGATE a Russell L WATKINS. Hyperspectral remote sensing: principles and applications. BocaRaton, FL: CRC Press, c2008, 119 p. ISBN [2] [3] VAN DER MEER, Freek Dirk. and Steven M. DE JING. Imaging Spectrometry: Basic principles and prospective applications vyd. The Nederlands: Kluwer Academic Publishers, ISBN [4] HyMap. HYVISTA CORPORATION. HyMap [online].2012 [cit ].Dostupné z: [5] AVIRIS: Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer. NASA JET PROPULSION LABORATORY, California Institute of technology.aviris [online].2012 [cit ].Available from: [6] Earth Observing 1: The extended mission. NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER.EO-1 Home [online].2009 [cit ]. Available from: [7] ESA.Proba: Earthnet online [online] [cit ]. Dostupné z: [8] USGS.USGS Global Visualization Viewer [online] [cit ]. Dostupné z: [9] ESA.EO Portal Catalogues: Catalogues of Earth observation data [online] [cit ]. Dostupné z: [10] SHIPPERT, Peg. Introduction to Hyperspectral Image Analysis. Online Journal of Space Communication [online]. 2012, s. 13 [cit ]. Dostupné z: [11] VAN DER MEER, Freek Dirk. and Steven M. DE JING. Imaging Spectrometry: Basic principles and prospective applications vyd. The Nederlands: Kluwer Academic Publishers, ISBN [12] HEADWALL PHOTONICS. Hyperspectral Imaging application [online] [cit ]. Dostupné z: [13] Université de Nantes. Planétologie et Géodynamique [online] [cit ]. Dostupné z: pagelibre/ 32