Linia badawczo-rozwojowa serii produktów Rainpoo

Dzięki wprowadzeniu Jak ogniskowa wpływa na wyniki modelowania 3D, można wstępnie zrozumieć związek między ogniskową a polem widzenia. Od ustawienia parametrów lotu po proces modelowania 3D, te dwa parametry zawsze mają swoje miejsce. Jaki więc wpływ mają te dwa parametry na wyniki modelowania 3D? W tym artykule przedstawimy, w jaki sposób Rainpoo odkrył powiązanie w procesie badań i rozwoju produktu oraz jak znaleźć równowagę między sprzecznością między wysokością lotu a wynikiem modelu 3D.

1、Od D2 do D3

RIY-D2 to produkt opracowany specjalnie do projektów badań katastralnych. Jest to również najwcześniejszy aparat ukośny, który przyjmuje konstrukcję rozwijaną i wewnętrzną soczewkę. D2 ma wysoką dokładność modelowania i dobrą jakość modelowania, która jest odpowiednia do modelowania scen z płaskim terenem i niezbyt wysokimi piętrami. Jednak w przypadku dużych spadków, złożonego terenu i topografii (w tym linii wysokiego napięcia, kominów, stacji bazowych i innych wysokościowców) bezpieczeństwo lotu drona będzie dużym problemem.

W rzeczywistych operacjach niektórzy klienci nie planowali dobrej wysokości lotu, co powodowało, że dron zawieszał linie wysokiego napięcia lub uderzał w stację bazową; Albo chociaż niektóre drony miały szczęście przelatywać przez niebezpieczne miejsca, o tym, że drony znajdowały się bardzo blisko niebezpiecznych miejsc, dowiedzieli się dopiero podczas sprawdzania zdjęć lotniczych. Te niebezpieczeństwa i ukryte niebezpieczeństwa często powodują ogromne straty mienia dla klientów.

Na zdjęciu stacja bazowa, widać, że jest bardzo blisko drona, bardzo prawdopodobne, że trafi Dlatego wielu klientów dało nam sugestie: Czy można zaprojektować ukośną kamerę o długiej ogniskowej, aby podnieść wysokość lotu drona i uczynić lot bezpieczniejszym? W oparciu o potrzeby klientów, w oparciu o D2, opracowaliśmy wersję o długiej ogniskowej o nazwie RIY-D3. W porównaniu z D2 przy tej samej rozdzielczości, D3 może zwiększyć wysokość lotu drona o około 60%.

Podczas prac badawczo-rozwojowych nad D3 zawsze wierzyliśmy, że dłuższa ogniskowa może mieć wyższą wysokość lotu, lepszą jakość modelowania i wyższą dokładność. Ale po rzeczywistej pracy stwierdziliśmy, że nie było zgodnie z oczekiwaniami, w porównaniu z D2, model 3D zbudowany przez D3 był stosunkowo napięty, a wydajność pracy była stosunkowo niska.

Nazwa	Riy-D2/D3
Waga	850g
Wymiar	19018088mm
Typ czujnika	APS-C
CMOS rozmiar	23,5 mm × 15,6 mm
Fizyczny rozmiar piksela	3,9um
Całkowita liczba pikseli	120MP
Minimalny przedział czasu ekspozycji	1s
Tryb ekspozycji aparatu	Ekspozycja izochroniczna/izometryczna
długość ogniskowa	20mm/35mm dla D235mm/50mm dla D3
Zasilacz	Jednolite zasilanie (zasilanie dronem)
pojemność pamięci	320G
Przyspieszenie pobierania danych	≥70M/s
Temperatura pracy	-10°C~+40°C
Aktualizacje oprogramowania układowego	Za darmo
Stawka IP	IP 43

2、Związek między ogniskową a jakością modelowania

Dla większości klientów związek między ogniskową a jakością modelowania nie jest łatwy do zrozumienia, a nawet wielu producentów aparatów skośnych błędnie uważa, że obiektyw o długiej ogniskowej jest pomocny w jakości modelowania.

Rzeczywista sytuacja tutaj jest taka: przy założeniu, że inne parametry są takie same, dla elewacji budynku im dłuższa ogniskowa, tym gorsza równość modelowania. Jaki rodzaj logicznej relacji jest tutaj zaangażowany?

W ostatnim artykule Jak ogniskowa wpływa na wyniki modelowania 3D wspomnieliśmy, że:

Przy założeniu, że inne parametry są takie same, ogniskowa wpłynie tylko na wysokość lotu. Jak pokazano na powyższym rysunku, istnieją dwie różne soczewki ogniskowe, czerwony oznacza długą ogniskową, a niebieski oznacza krótką ogniskową. Maksymalny kąt utworzony przez długą soczewkę ogniskową i ściankę to α, a maksymalny kąt utworzony przez krótkoogniskową soczewkę i ściankę to β. Oczywiście:

Co oznacza ten „kąt”? Im większy kąt między krawędzią pola widzenia soczewki a ścianą, tym bardziej poziomo soczewka względem ściany. Podczas zbierania informacji o elewacjach budynków, krótkie soczewki ogniskowe mogą zbierać informacje o ścianach bardziej poziomo, a oparte na nich modele 3D mogą lepiej odzwierciedlać fakturę elewacji. Dlatego w przypadku scen z fasadami im krótsza ogniskowa soczewki, tym bogatsze zebrane informacje o fasadach i lepsza jakość modelowania.

W przypadku budynków z okapami, przy tej samej rozdzielczości gruntu, im dłuższa ogniskowa obiektywu, im wyższa wysokość lotu drona, im więcej martwych punktów pod okapami, tym gorsza jakość modelowania. Tak więc w tym scenariuszu D3 z obiektywem o dłuższej ogniskowej nie może konkurować z D2 z obiektywem o krótszej ogniskowej.

3、Sprzeczność między wysokością lotu drona a jakością modelu 3D

Zgodnie z logicznym połączeniem ogniskowej i jakości modelu, jeśli ogniskowa obiektywu jest wystarczająco krótka, a kąt FOV wystarczająco duży, w ogóle nie jest potrzebny aparat wieloobiektywowy. Obiektyw superszerokokątny (obiektyw typu rybie oko) może zbierać informacje ze wszystkich kierunków. Jak pokazano niżej:

Czy nie wystarczy zaprojektować jak najkrótszą ogniskową obiektywu?

Nie mówiąc już o problemie dużej dystorsji spowodowanej ultrakrótką ogniskową. Jeśli ogniskowa ortosoczewki kamery skośnej została zaprojektowana na 10mm, a dane zbierane są z rozdzielczością 2cm, wysokość lotu drona wynosi tylko 51 metrów.

Oczywiście, jeśli dron jest wyposażony w ukośną kamerę zaprojektowaną w ten sposób do wykonywania zadań, na pewno będzie niebezpieczny.

PS: Chociaż ultraszerokokątny obiektyw ma ograniczone wykorzystanie scen w modelowaniu fotografii skośnej, ma praktyczne znaczenie dla modelowania Lidar. Wcześniej skontaktowała się z nami jedna znana firma Lidar, mając nadzieję, że zaprojektujemy kamerę lotniczą z szerokokątnym obiektywem, zamontowaną z Lidarem, do interpretacji obiektów naziemnych i zbierania tekstur.

4、Od D3 do DG3

Badania i rozwój firmy D3 uświadomiły nam, że w przypadku fotografii ukośnej ogniskowa nie może być monotonnie długa ani krótka. Długość jest ściśle związana z jakością modelu, wydajnością pracy i wysokością lotu. Tak więc w dziale badań i rozwoju obiektywów pierwsze pytanie do rozważenia to: jak ustawić ogniskowe obiektywów?

Chociaż krótka ogniskowa ma dobrą jakość modelowania, ale wysokość lotu jest niska, nie jest bezpieczna dla lotu drona. Aby zapewnić bezpieczeństwo dronów, ogniskowa musi być dłuższa, ale dłuższa ogniskowa wpłynie na wydajność pracy i jakość modelowania. Istnieje pewna sprzeczność między wysokością lotu a jakością modelowania 3D. Musimy szukać kompromisu między tymi sprzecznościami.

Tak więc po D3, w oparciu o nasze wszechstronne rozważenie tych sprzecznych czynników, opracowaliśmy ukośną kamerę DG3. DG3 uwzględnia zarówno jakość modelowania 3D D2, jak i wysokość lotu D3, dodając jednocześnie system rozpraszania ciepła i odpylania, dzięki czemu może być również używany w dronach stałopłatowych lub VTOL. DG3 to najpopularniejsza kamera ukośna dla Rainpoo, jest to również najczęściej używana kamera ukośna na rynku.

Nazwa	Riy-DG3
Waga	650g
Wymiar	17016080mm
Typ czujnika	APS-C
Rozmiar CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Fizyczny rozmiar piksela	3,9um
Całkowita liczba pikseli	120MP
Minimalny przedział czasu ekspozycji	0,8s
Tryb ekspozycji aparatu	Ekspozycja izochroniczna/izometryczna
długość ogniskowa	28mm/40mm
Zasilacz	Jednolite zasilanie (zasilanie dronem)
pojemność pamięci	320/640G
Przyspieszenie pobierania danych	≥80M/s
Temperatura pracy	-10°C~+40°C
Aktualizacje oprogramowania układowego	Za darmo
Stawka IP	IP 43

5、Od DG3 do DG3Pros

Kamera skośna z serii RIY-Pros może osiągnąć lepszą jakość modelowania. Jaką więc specjalną konstrukcję mają profesjonaliści w zakresie układu obiektywu i ustawienia ogniskowej? W tym wydaniu będziemy nadal wprowadzać logikę projektowania stojącą za parametrami Pros.

6、Kąt obiektywu skośnego i jakość modelowania

Poprzednia treść wspominała o takim widoku: im krótsza ogniskowa, tym większy kąt widzenia, tym więcej informacji o elewacji budynku można zebrać i tym lepsza jakość modelowania.

Oprócz ustawienia rozsądnej ogniskowej możemy oczywiście zastosować jeszcze inny sposób na poprawę efektu modelowania: bezpośrednio zwiększyć kąt ukośnych soczewek, co może również zbierać więcej informacji o elewacji.

Ale w rzeczywistości, chociaż ustawienie większego kąta skośnego może poprawić jakość modelowania, są też dwa skutki uboczne:

1: Wydajność pracy zostanie zmniejszona. Wraz ze wzrostem kąta skośnego, rozszerzenie trasy lotu na zewnątrz również znacznie wzrośnie. Gdy kąt skosu przekroczy 45 °, wydajność lotu gwałtownie spadnie.

Na przykład profesjonalna kamera lotnicza Leica RCD30, jej kąt skosu to tylko 30°, jednym z powodów takiej konstrukcji jest zwiększenie wydajności pracy.

2: jeśli kąt ukośny jest zbyt duży, światło słoneczne łatwo wejdzie do aparatu, powodując odblaski; (szczególnie rano i po południu w mglisty dzień). Kamera ukośna Rainpoo jako pierwsza przyjmuje konstrukcję z wewnętrzną soczewką. Ten projekt jest równoznaczny z dodaniem osłony do soczewek, aby zapobiec wpływowi ukośnego światła słonecznego.

Zwłaszcza w przypadku małych dronów ich postawy podczas lotu są stosunkowo słabe. Po nałożeniu kąta skosu obiektywu i ustawienia drona, rozproszone światło może łatwo dostać się do aparatu, dodatkowo wzmacniając problem olśnienia.

7、Nakładanie się tras i jakość modelowania

Zgodnie z doświadczeniem, aby zapewnić jakość modelu, dla dowolnego obiektu w przestrzeni, najlepiej jest pokryć informacje o teksturze pięciu grup soczewek podczas lotu.

Łatwo to zrozumieć. Na przykład, jeśli chcemy zbudować model 3D starożytnego budynku, jakość modelowania lotu po okręgu musi być znacznie lepsza niż jakość wykonania tylko kilku zdjęć z czterech stron.

Im więcej zakrytych zdjęć, tym więcej zawiera informacji przestrzennych i teksturowych oraz tym lepsza jakość modelowania. Takie jest znaczenie nakładania się tras lotu w przypadku fotografii ukośnej.

Stopień nakładania się jest jednym z kluczowych czynników decydujących o jakości modelu 3D. W ogólnej scenie fotografii ukośnej współczynnik nakładania się wynosi w większości 80% w kierunku i 70% w bok (rzeczywiste dane są zbędne).

W rzeczywistości z pewnością najlepiej jest mieć taki sam stopień nakładania się na boki, ale zbyt duże nakładanie się na boki drastycznie zmniejszy wydajność lotu (szczególnie w przypadku dronów ze stałymi skrzydłami), więc w oparciu o wydajność, ogólne nakładanie się na boki będzie mniejsze niż nagłówek nakładania się.

Wskazówki: Biorąc pod uwagę wydajność pracy, stopień nakładania się nie jest tak wysoki, jak to możliwe. Po przekroczeniu pewnego „standardu” poprawa stopnia nakładania się ma ograniczony wpływ na model 3D. Zgodnie z naszymi eksperymentalnymi opiniami, czasami zwiększenie nakładania się faktycznie obniża jakość modelu. Na przykład w przypadku sceny modelowania o rozdzielczości 3 ~ 5 cm jakość modelowania o niższym stopniu nakładania się jest czasami lepsza niż w przypadku wyższego stopnia nakładania się.

8、Różnica między teoretycznym a rzeczywistym nakładaniem się

Przed lotem ustawiamy 80% kierunku i 70% bocznego zachodzenia, co jest tylko teoretycznym zachodzeniem na siebie. W locie dron będzie pod wpływem przepływu powietrza,a zmiana nastawienia spowoduje, że faktyczne nakładanie się będzie mniejsze niż teoretyczne nakładanie się.

Ogólnie rzecz biorąc, niezależnie od tego, czy jest to dron wielowirnikowy, czy stałopłat, im gorsza pozycja w locie, tym gorsza jakość modelu 3D. Ponieważ mniejsze drony wielowirnikowe lub stałopłat są lżejsze i mniejsze, są podatne na zakłócenia z zewnętrznego przepływu powietrza. Ich postawa w locie nie jest na ogół tak dobra, jak w przypadku średnich/dużych dronów wielowirnikowych lub stałopłatowych, co powoduje, że rzeczywisty stopień nakładania się w niektórych obszarach naziemnych jest niewystarczający, co ostatecznie wpływa na jakość modelowania.

9、Trudności w modelowaniu 3D wieżowców

Wraz ze wzrostem wysokości budynku wzrośnie trudność modelowania 3D. Jednym z nich jest to, że wieżowiec zwiększa ryzyko lotu drona, a drugim jest to, że wraz ze wzrostem wysokości budynku nakładanie się części wysokościowca gwałtownie spada, co skutkuje słabą jakością modelu 3D.

1 Wpływ rosnącego nakładania się na 3D Modelowanie jakości budynków wysokościowych

Na powyższy problem wielu doświadczonych klientów znalazło rozwiązanie: zwiększyć stopień nakładania się. Rzeczywiście, wraz ze wzrostem stopnia nakładania się, efekt modelu ulegnie znacznej poprawie. Poniżej znajduje się porównanie eksperymentów, które przeprowadziliśmy:

Na podstawie powyższego porównania stwierdzimy, że: wzrost stopnia nakładania się ma niewielki wpływ na jakość modelowania budynków niskich; ale ma duży wpływ na jakość modelowania budynków wysokościowych.

Jednak wraz ze wzrostem stopnia nakładania się zwiększy się liczba zdjęć lotniczych, a także wydłuży się czas przetwarzania danych.

2 Wpływ długość ogniskowa na 3D Modelowanie jakości budynków wysokościowych

Do takiego wniosku doszliśmy w poprzedniej treści:Do budynek elewacyjny 3D scen modelowania, im dłuższa ogniskowa, tym gorsze modelowanie jakość. Jednak w przypadku modelowania 3D obszarów wysokościowych wymagana jest dłuższa ogniskowa, aby zapewnić jakość modelowania. Jak pokazano niżej:

W warunkach tej samej rozdzielczości i stopnia nakładania się, obiektyw o długiej ogniskowej może zapewnić rzeczywisty stopień nakładania się dachu i wystarczająco bezpieczną wysokość lotu, aby uzyskać lepszą jakość modelowania wieżowców.

Na przykład, gdy kamera skośna DG4pros jest używana do modelowania 3D wieżowców, nie tylko może osiągnąć dobrą jakość modelowania, ale dokładność może nadal osiągnąć wymagania pomiarów katastralnych 1:500, co jest zaletą długiego ogniskowania soczewki długości.

Sprawa: Sukces fotografii ukośnej

10 (kamery ukośne z serii RIY-Pros)

Aby uzyskać lepszą jakość modelowania, przy założeniu tej samej rozdzielczości, konieczne jest zapewnienie wystarczającego nakładania się i dużych pól widzenia. W przypadku regionów o dużych różnicach wysokości terenu lub wysokich budynków, ogniskowa obiektywu jest również ważny czynnik wpływający na jakość modelowania. W oparciu o powyższe zasady, kamery skośne Rainpoo serii RIY-Pros dokonały następujących trzech optymalizacji obiektywu:

1 Zmień układ lenses

W przypadku kamer skośnych z serii Pros najbardziej intuicyjnym odczuciem jest to, że ich kształt zmienia się z okrągłego na kwadratowy. Najbardziej bezpośrednią przyczyną tej zmiany jest zmiana układu soczewek.

Zaletą tego układu jest to, że rozmiar aparatu może być mniejszy, a waga może być stosunkowo lżejsza. Jednak taki układ spowoduje, że stopień nakładania się lewej i prawej soczewki skośnej będzie mniejszy niż w przypadku perspektywy przedniej, środkowej i tylnej: to znaczy, że obszar cienia A jest mniejszy niż obszar cienia B.

Jak wspomnieliśmy wcześniej, w celu poprawy wydajności lotu, nakładanie się na boki jest generalnie mniejsze niż nakładanie się kursu, a ten „układ otoczenia” jeszcze bardziej zmniejszy nakładanie się na boki, dlatego boczny model 3D będzie gorszy niż 3D kursu Model.

Tak więc w przypadku serii RIY-Pros firma Rainpoo zmieniła układ soczewek na: układ równoległy. Jak pokazano niżej:

Ten układ poświęci część kształtu i wagi, ale zaletą jest to, że może zapewnić wystarczające nakładanie się na boki i osiągnąć lepszą jakość modelowania. W rzeczywistym planowaniu lotu, RIY-Pros może nawet zmniejszyć niektóre boczne nakładanie się, aby poprawić wydajność lotu.

2 Dostosuj kąt skośny lenses

Zaletą „układu równoległego” jest to, że nie tylko zapewnia wystarczające nakładanie się, ale także zwiększa boczne pole widzenia i może zebrać więcej informacji o teksturach budynków.

Na tej podstawie zwiększyliśmy również ogniskową soczewek skośnych tak, aby ich dolna krawędź pokrywała się z dolną krawędzią poprzedniego układu „układ przestrzenny”, dodatkowo zwiększając kąt widzenia z boku, jak pokazano na poniższym rysunku:

Zaletą takiego układu jest to, że chociaż zmieniany jest kąt skośnych soczewek, nie wpływa to na efektywność lotu. A po znacznej poprawie pola widzenia soczewek bocznych, można zebrać więcej danych dotyczących elewacji, a jakość modelowania oczywiście się poprawi.

Eksperymenty z kontrastem pokazują również, że w porównaniu z tradycyjnym układem soczewek, układ serii Pros może naprawdę poprawić jakość boków modeli 3D.

Po lewej stronie znajduje się model 3D zbudowany przez tradycyjną kamerę układu, a po prawej model 3D zbudowany przez kamerę Pros .

3 Zwiększ ogniskową soczewki skośne

Ukośne obiektywy kamer RIY-Pros zostały zmienione z tradycyjnego „układu przestrzennego” na „układ równoległy”, a stosunek rozdzielczości bliskiego punktu do rozdzielczości dalekiego punktu zdjęć wykonanych przez obiektywy ukośne również wzrośnie.

Aby mieć pewność, że przełożenie nie przekroczy wartości krytycznej, ogniskowa obiektywów skośnych Prosa została zwiększona o 5% ~ 8% niż wcześniej.

Nazwa	Riy-DG3 Plusy
Waga	710g
Wymiar	13014299,5mm
Typ czujnika	APS-C
Rozmiar CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Fizyczny rozmiar piksela	3,9um
Całkowita liczba pikseli	120MP
Minimalny przedział czasu ekspozycji	0,8s
Tryb ekspozycji aparatu	Ekspozycja izochroniczna/izometryczna
długość ogniskowa	28mm/43mm
Zasilacz	Jednolite zasilanie (zasilanie dronem)
pojemność pamięci	640G
Przyspieszenie pobierania danych	≥80M/s
Temperatura pracy	-10°C~+40°C
Aktualizacje oprogramowania układowego	Za darmo
Stawka IP	IP 43