Original paper

Evaluation of a Light-weight Lidar and a Photogrammetric System for Unmanned Airborne Mapping Applications

[Bewertung eines Lidarsystems mit geringem Gewicht und eines photogrammetrischen Systems für Anwendungen auf einem UAV]

Conte, Gianpaolo; Rudol, Piotr; Doherty, Patrick

Abstract

This paper presents a comparison of two light-weight and low-cost airborne mapping systems. One is based on a lidar technology and the other on a video camera. The airborne lidar system consists of a high-precision global navigation satellite system (GNSS) receiver, a microelectromechanical system (MEMS) inertial measurement unit, a magnetic compass and a low-cost lidar scanner. The vision system is based on a consumer grade video camera. A commercial photogrammetric software package is used to process the acquired images and generate a digital surface model. The two systems are described and compared in terms of hardware requirements and data processing. The systems are also tested and compared with respect to their application on board of an unmanned aerial vehicle (UAV). An evaluation of the accuracy of the two systems is presented. Additionally, the multiecho capability of the lidar sensor is evaluated in a test site covered with dense vegetation. The lidar and the camera systems were mounted and tested on-board an industrial unmanned helicopter with maximum take-off weight of around 100 kilograms. The presented results are based on real flight-test data.

Kurzfassung

Dieser Beitrag präsentiert einen Vergleich von zwei leichten und kostengünstigen luftgestützten Kartiersystemen. Eines der Systeme basiert auf Laserscanner-Technologie, während das andere eine Videokamera benutzt. Das luftgestützte Laserscannersystem besteht aus einem hochgenauen Empfänger für globale Navigationssatellitensysteme (GNSS), einer inertialen Messeinheit (IMU) auf Basis eines mikro-elektromechanischen Systems (MEMS), einem magnetischen Kompass und einem kostengünstigen Laserscanner. Das optische System basiert auf einer handelsüblichen Videokamera. Ein kommerzielles photogrammetrisches Softwarepaket wird verwendet, um die damit aufgenommenen Bilder zu prozessieren und digitale Oberflächenmodelle abzuleiten. Die beiden Systeme werden beschrieben und in Hinblick auf ihre Anforderungen an Hardware und Datenprozessierung verglichen. Außerdem werden sie in Hinblick auf ihre Eigenschaften bei der Verwendung auf unbemannten Flugkörpern (UAV) getestet und verglichen. Die Genauigkeit beider Systeme wird evaluiert. Zusätzlich wird die Fähigkeit des Laserscanner- Sensors in Hinblick auf Mehrfachechos in einem Testgebiet mit dichter Vegetation untersucht. Beide Systeme wurden auf einem unbemannten Industrie-Helikopter mit einem maximalen Startgewicht von ca. 100 kg montiert. Alle hier präsentierten Daten beruhen auf tatsächlich im Zuge von Testflügen aufgenommenen Daten.

Keywords

UASlidarsensor fusionphotogrammetry