Мультиспектральная SWIR-, LWIR-камера Yusense AQ300 Pro

Мультиспектральная 7-диапазонная SWIR- и LWIR-камера AQ300 Pro для БПЛА DJI

Yusense AQ300 Pro — 7-диапазонная мультиспектральная камера весом 880 грамм для дистанционного зондирования с БПЛА, объединяющая в едином корпусе 5 сенсоров видимого и ближнего ИК-диапазона, 1 охлаждаемый SWIR-детектор InGaAs с длиной волны 900–1700 нм и 1 неохлаждаемый тепловой детектор Vox 8–14 мкм LWIR. Конфигурация 5 MS + 1 SWIR + 1 LWIR обеспечивает сбор данных в семи спектральных каналах за один облет, что устраняет необходимость многократных вылетов с разными датчиками. Глобальный затвор на мультиспектральных и SWIR-каналах исключает геометрические искажения при движении БПЛА, а интервал синхронной съемки 0,5 с позволяет получать согласованные данные во всех диапазонах одновременно.

Камера предназначена для профессионального применения в точном земледелии, экологическом мониторинге водоемов, лесных и спасательных операциях, обнаружении замаскированных объектов. AQ300 Pro устанавливается на дроны DJI Matrice 350 RTK и Matrice 400 через интерфейс X-Port без дополнительных адаптеров и настроек. Управление съемкой осуществляется через приложение DJI Pilot, поддерживаются режимы запуска по таймеру, по частоте перекрытия, синхронизации и управления полетом. 

Технические особенности мультиспектральной 7-диапазонной SWIR-, LWIR-камеры AQ300 Pro

Семиканальная конфигурация датчиков

Интеграция 3 типов сенсоров в едином корпусе необходим для сбора всех спектральных данных за один облёт. Все семь каналов срабатывают синхронно с интервалом 0,5 с, что исключает временное рассогласование между диапазонами. Камера является единственной на рынке полезной нагрузкой, объединяющей видимый, ближний, коротковолновый и длинноволновый ИК в одном устройстве.

5 мультиспектральных датчиков 

CMOS с разрешением 1,3 Мп покрывают видимый диапазон и ближний ИК: синий 450 нм, зелёный 555 нм, красный 660 нм, красный край 720 нм и ближний ИК 840 нм. 

Охлаждаемый SWIR-детектор InGaAs

Коротковолновый ИК-канал на основе арсенида индия-галлия обеспечивает проницаемость сквозь дым и туман толщиной до нескольких сотен метров, сохраняя информативность изображения. Детектор InGaAs работает в диапазоне 900–1700 нм с разрешением 0,3 Мп и глобальным затвором. Охлаждение детектора снижает темновой ток и повышает отношение сигнал/шум, что критично для детектирования слабых спектральных откликов от растительности и материалов. 

Тепловой детектор Vox LWIR

Неохлаждаемый микроболометр с прямым выводом температуры помогает получать радиометрические данные без вычислений. Детектор Vox работает в тепловом окне прозрачности атмосферы 8–14 мкм, где поглощение водяным паром минимально и тепловое излучение поверхности достигает датчика с минимальными потерями. Разрешение 0,3 Мп с углом обзора 32,91×26,59 обеспечивает GSD 11 см/пиксель при высоте 120 метров. Квантование 14 бит дает 16 384 уровня температуры, что обеспечивает высокую термическую чувствительность — этого достаточно для фиксации перепадов в доли градуса.

AQ300 Pro позволяет использовать данные LWIR для количественного анализа: расчёта индекса водного стресса CWSI, картирования тепловых сбросов в водоемы, определения температурных градиентов на объектах инфраструктуры. Детектор не имеет затвора, поэтому тепловое изображение формируется непрерывно с возможностью видеодетекции в режиме реального времени.

• Сокращение полётного времени | Одна миссия заменяет три отдельных вылета с разными датчиками и экономит ресурс БПЛА
• Синхронность данных | Все каналы снимаются одновременно с интервалом 0,5 с, исключая временное рассогласование при анализе динамики объектов
• Комплексный анализ | Вегетационные индексы NDVI, NDRE, GNDVI, влажность SWIR и температура LWIR доступны из одного набора данных без геопривязки разновременных снимков

Глобальный мультиспектральный и SWIR затворы

Электронный глобальный затвор на шести каналах убирает эффект Rolling Shuttle при движении и позволяет снимать без геометрических искажений. Все пиксели матрицы мультиспектральных и SWIR-сенсоров экспонируются одновременно в один момент времени — это принципиальное отличие от роллинг-затвора, где строки матрицы считываются последовательно, приводя к геометрическим искажениям при движении БПЛА. 

Данный параметр необходим для задач фотограмметрической обработки: аэротриангуляция, построение плотных облаков точек и ортофотопланов в Agisoft Metashape Professional с меньшим количеством связующих точек и более высокой точностью совмещения каналов. Субпиксельная точность многоканальной регистрации достигается именно благодаря параллельной экспозиции всех пикселей.

• Чистые снимки в движении | Геометрия кадров сохраняется при скорости БПЛА до 23 м/с
• Точная фотограмметрия | Глобальный затвор упрощает сшивку и аэротриангуляцию, снижая требования к количеству связующих точек
• Стабильная регистрация | Многоканальное совмещение выполняется с субпиксельной точностью, что необходимо для корректного расчёта вегетационных индексов

Синхронная съемка

Минимальный интервал между кадрами обеспечивает согласованный сбор по всем семи каналам. Интервал 0,5 секунды означает, что камера формирует полный набор из семи синхронизированных снимков каждые полсекунды. При скорости БПЛА 15 м/с расстояние между точками съемки составляет 7,5 метра, что при GSD 12,46 см/пиксель обеспечивает перекрытие ≈89% по фронту — более чем достаточно для бесшовной сшивки. 

При необходимости оператор может увеличить интервал через DJI Pilot, сохранив минимально необходимое перекрытие для конкретной задачи. Частота дистанционной фотосъемки до 2 Гц ограничена скоростью чтения/записи носителя информации. В режиме видеодетекции частота повышается до 20 Гц, обеспечивая плавный видеопоток для оперативного мониторинга.

• Точные перекрытия | Соблюдение заданного процента перекрытия между снимками по фронту и по боку для фотограмметрической обработки
• Согласованность каналов | Все семь каналов снимаются в один момент времени, исключая временное рассогласование при расчёте индексов
• Снижение пропусков | Высокая частота кадров уменьшает вероятность «слепых зон» между маршрутами при маневрировании БПЛА

Встроенная инверсия спектра в реальном времени

Обработка спектральных данных на борту и вывод видеосигнала без задержки. Функция выполняет радиометрическую коррекцию и пересчет сырых значений пикселей в физические величины непосредственно в процессе съемки. Результат выводится как видеосигнал в реальном времени на пульт DJI RC Plus через приложение DJI Pilot.

Функция позволяет принимать решения о корректировке маршрута непосредственно в полете: при обнаружении аномальной зоны, водного стресса по SWIR, температурного пика по LWIR, загрязнения по мультиспектральным индексам. Оператор может отметить участок для повторного облёта с детальным маршрутом.

• Оперативный мониторинг | Оператор видит обработанные спектральные данные в реальном времени, а не сырые значения сенсоров
• Корректировка маршрута | Решение об изменении маршрута принимается по результатам текущего кадра без ожидания постобработки

Оптический датчик нисходящего канала DLS

Датчик освещенности в стандартной комплектации обеспечивает данными для радиометрической калибровки в полете. Датчик нисходящего канала устанавливается на верхней части БПЛА и непрерывно учитывает изменения солнечной радиации в тех же спектральных каналах, что и съемочные сенсоры камеры. Данные DLS записываются в метаданные каждого 16-битного TIFF-файла вместе с GPS-координатами, а при обработке значения DLS используются для пересчета сырых значений пикселей в физически корректные коэффициенты отражения. 

• Учёт освещённости | Непрерывная коррекция на изменения солнечной радиации во время полета, включая переменную облачность
• Точные коэффициенты отражения | Пересчет сырых значений сенсоров в физические величины отражательной способности поверхности
• Сопоставимость данных | Снимки разных дат, времени суток и погодных условий сравнимы между собой для временного анализа

Совместимость и установка

Камера подключается к DJI Matrice 350 RTK и Matrice 400 напрямую, без адаптеров PSDK или внешних кабелей питания через DJI X-Port. Потребляемая мощность до 40 Вт от порта X-Port, при этом отдельный аккумулятор не требуется, однако становится важным рассчитывать время выполнения миссии. Механическое крепление обеспечивает стабилизацию по рысканью, крену и тангажу через встроенный подвес X-Port. 

Plug-and-play интеграция означает, что после установки камера автоматически определяется в приложении DJI Pilot. Там же доступны настройки триггеров, частоты съемки, режимов работы без ручной конфигурации. 

• Plug-and-play | Автоматическое определение камеры в DJI Pilot без ручной конфигурации и дополнительных настроек
• Стабилизация изображения | Встроенный подвес X-Port обеспечивает стабилизацию по трём осям, компенсируя вибрации и наклоны БПЛА

Формат данных и память

Высокий динамический диапазон и полные метаданные обеспечивают сохранение всей спектральной информации без потерь. Мультиспектральные и SWIR-каналы сохраняются в 16-битный TIFF после квантования 12 бит, а LWIR после квантования 14 бит. 16-битный формат для мультиспектральной камеры — 65 536 уровней на канал, обеспечивающих запас динамического диапазона даже при съемке контрастных сцен. 

Каждый файл мультиспектрального канала содержит EXIF-метаданные: GPS-координаты центра кадра, данные об окружающем освещении от DLS, временная метка, параметры экспозиции. LWIR-файлы содержат значения температуры, привязанные к каждому пикселю. Формат TIFF поддерживается во всех профессиональных ГИС и фотограмметрических пакетах без необходимости конвертации. Видеоданные сохраняются в MP4 с частотой до 20 Гц.

Карта micro SD 64 ГБ со скоростью передачи U3 идет в комплекте, но также есть поддержка до 128 ГБ. Скорость U3 — минимальное требование для записи 16-битных TIFF-файлов семи каналов с частотой до 2 Гц без потери кадров. На карту 64 ГБ помещается 3000–4000 наборов кадров, а один полный набор из семи синхронизированных кадров занимает около 15–20 МБ — этого достаточно для маршрутной съемки площадей в сотни гектаров за один вылет.

• Полные данные | 12–14 бит квантования сохраняются в 16-битный файл без потерь, сохраняя весь динамический диапазон сенсоров
• Совместимость | Формат TIFF поддерживается в Yusense Map, Agisoft Metashape, QGIS и ArcGIS без конвертации

2 режима обнаружения

Дистанционное зондирование или видеодетекция выбираются оператором под задачу. Режим дистанционного зондирования предназначен для фотограмметрической съемки с построением ортофотопланов, расчётом индексов и 3D-моделированием. В этом режиме камера делает снимки с частотой до 2 Гц, сохраняя полные 16-битные TIFF-файлы с метаданными. 

Режим видеодетекции предназначен для оперативного мониторинга с непрерывным видеопотоком и встроенной инверсией спектра в реальном времени. Видеорежим также оптимизирует объем данных, так как MP4-файлы занимают меньше места, чем последовательность TIFF-кадров, что важно при длительных миссиях с ограниченным объемом карты памяти.

• Зондирование | Фотосъемка с частотой до 2 Гц и сохранением 16-битных TIFF для построения ортофотопланов и расчёта индексов
• Видеодетекция | Съемка до 20 Гц с инверсией спектра для оперативного мониторинга, патрулирования и поисковых операций

4 режима триггера запуска съемки

Гибкая настройка момента съемки — это адаптация камеры под маршрут и условия. AQ300 Pro поддерживает четыре режима запуска: по таймеру, по частоте перекрытия, триггер синхронизации и триггер управления полетом. Режим по частоте перекрытия — это наиболее востребованный для фотограмметрии, где оператор задает перекрытие 70% по фронту и 60% по боку, а система автоматически рассчитывает момент съемки на основе телеметрии БПЛА. Триггер управления полетом используется при маршрутной съемке по предзаданным точкам, например, при обследовании линейных объектов: береговых линий, трубопроводов, русел рек.

• Запуск по таймеру | Фиксированный интервал между снимками, простой и предсказуемый режим для равномерных маршрутов
• Запуск по перекрытию | Автоматический расчёт момента съемки по телеметрии БПЛА для обеспечения заданного процента перекрытия
• Триггер синхронизации | Одновременное срабатывание всех семи каналов с интервалом 0,5 с для согласованного сбора данных
• Триггер управления полетом | Cъемка по точкам маршрута, заданным в DJI Pilot, для линейных и сложных маршрутов

Эксплуатационные характеристики

Рабочий диапазон от 0 до +45 °C позволяет использовать камеру с середины весны по середину осени, а температура хранения до −20 °C допускает консервацию на зиму, например, в неотапливаемом ангарном помещении. Нижний предел 0 °C связан с характеристиками охлаждаемого InGaAs-детектора, у которого при отрицательных температурах точность терморегуляции охлаждения может нарушаться. Допускается эксплуатация при влажности от 20% до 80% без конденсации. Сертификация CE, FCC, RoHS подтверждает соответствие международным стандартам электромагнитной совместимости и безопасности. Габариты ≤130×160×180 мм и вес ≤880 грамм укладываются в лимит полезной нагрузки DJI Matrice 350 RTK и Matrice 400, оставляя запас для дополнительного оборудования.

Оптимальные параметры | Допускается работа в весенний, летний и осенний периоды, охватывая основные сезоны сельскохозяйственных работ

Транспортабельность и хранение | Хранение до −20 °C позволяет транспортировать и хранить камеру в неотапливаемых помещениях зимой

Сертифицированная безопасность | CE, FCC, RoHS подтверждают соответствие международным стандартам для профессионального оборудования

Компактность и вес | 880 грамм при габаритах 130×160×180 мм оставляет запас грузоподъёмности БПЛА для дополнительного оборудования

Сферы применения мультиспектральной 7-диапазонной SWIR-, LWIR-камеры AQ300 Pro

Точное земледелие и мониторинг влажности растений

Мультиспектральные каналы AQ300 Pro обеспечивают расчёт вегетационных индексов NDVI, NDRE и GNDVI для оценки состояния посевов. SWIR-канал дополняет эти данные информацией о содержании влаги в листьях — параметре, недоступном стандартным мультиспектральным камерам. Совместный анализ спектральных индексов и данных о влажности позволяет выявлять зоны водного стресса до появления визуальных признаков увядания. По результатам обработки в Yusense Map строятся карты дифференцированного внесения удобрений и карт-задания для сельскохозяйственной техники. Тепловой канал LWIR добавляет данные о температуре листового покрова, что используется для расчёта индекса водного стресса CWSI — показателя, связывающего температуру кроны с температурой воздуха для оценки дефицита влаги. 

Обследование водных объектов и экологический мониторинг

Спектральные характеристики водной поверхности в видимом и ближнем ИК-диапазоне используются для построения классификационных индексов по стандартам оценки поверхностных вод. SWIR-канал выявляет зоны с повышенным содержанием взвешенных частиц и растворенных органических веществ, что невозможно при стандартной мультиспектральной съемке. Тепловой канал LWIR фиксирует температурные аномалии — сбросы теплых промышленных сточных вод, зоны термического загрязнения. 

Совместный анализ спектральных и температурных данных позволяет картировать пространственное распределение эвтрофикации, загрязнений, включая зоны чёрной воды и сточные воды с характерным запахом, и идентифицировать источники загрязнения. Обработка ведется в Yusense Map с построением ортофотопланов и расчётом специализированных индексов, затем данные экспортируются в ГИС для подготовки экологических отчетов.

Лесные и поисково-спасательные операции

SWIR-канал AQ300 Pro проникает сквозь дым и туман — данный функционал применяется при мониторинге лесных пожаров и поиске людей в задымленной местности. Тепловой канал LWIR обнаруживает тепловые сигнатуры независимо от освещенности: источники огня, тела людей, технику. Совместная работа двух ИК-диапазонов обеспечивает обнаружение очагов возгорания на ранней стадии и контроль распространения пожара в реальном времени через видеовыход. Режим видеодетекции с частотой до 20 Гц позволяет вести патрулирование с непрерывным мониторингом, а режим дистанционного зондирования фиксировать площадь поражения для последующей обработки в Agisoft Metashape. 

Статья Aeromotus 

Более подробно о технологии SWIR, MWIR и LWIR мы рассказали в статье, где разобрали, как камеры вроде AQ300 Pro фиксируют отраженный свет сквозь дым и туман, обеспечивая видимость там, где оптические камеры бесполезны.

Идентификация камуфляжа

Коротковолновый инфракрасный диапазон SWIR способен проникать сквозь туман и дым, а также имеет высокую чувствительность к спектральному отражению различных материалов. В сочетании с многоспектральным, длинноволновым инфракрасным диапазоном и другими диапазонами дистанционного зондирования от нескольких источников, он может идентифицировать чувствительные цели, такие как камуфляжная маскировка.

Сравнительная таблица AQ300 Pro на БПЛА, ручных методов и аналога

Сценарий применения мультиспектральной 7-диапазонной SWIR-, LWIR-камеры AQ300 Pro