Лінія досліджень і розробок серії продуктів Rainpoo

Завдяки введенню «Як фокусна відстань впливає на результати 3D-моделювання», ви можете отримати попереднє розуміння зв’язку між фокусною відстанню та FOV. Від налаштування параметрів польоту до процесу 3D-моделювання ці два параметри завжди мають своє місце. Як же впливають ці два параметри на результати 3D-моделювання? У цій статті ми розповімо, як Rainpoo виявив зв’язок у процесі досліджень і розробок продукту, і як знайти баланс між суперечністю між висотою польоту та результатом 3D-моделі.

1、Від D2 до D3

RIY-D2 – продукт, спеціально розроблений для проектів кадастрової зйомки. Це також найперша похила камера, яка має розкривний і внутрішній об’єктив. D2 має високу точність моделювання та хорошу якість моделювання, що підходить для моделювання сцени з рівною місцевістю та не надто високими поверхами. Однак для великих перепадів, складного рельєфу та рельєфу (включаючи високовольтні лінії, димоходи, базові станції та інші висотні будівлі) безпека польотів дрона буде великою проблемою.

У реальних операціях деякі замовники не планували хорошу висоту польоту, що спричиняло зависання дрона високовольтними лініями або врізання в базову станцію; Або навіть незважаючи на те, що деяким дронам пощастило пройти через небезпечні місця, вони з’ясували, що дрони були дуже близько до небезпечних місць, коли перевірили аерофотознімки. Ці небезпеки та приховані небезпеки часто завдають клієнтам величезних матеріальних збитків.

На фото показана базова станція, ви можете побачити, що вона знаходиться дуже близько до дрона, дуже ймовірно, що він вдариться Тому багато клієнтів дають нам пропозиції: чи можна спроектувати косу камеру з великою фокусною відстанню, щоб підвищити висоту польоту дрона та зробити політ безпечнішим? Виходячи з потреб клієнтів, на основі D2, ми розробили версію з великою фокусною відстанню під назвою RIY-D3. У порівнянні з D2, при тій же роздільній здатності D3 може збільшити висоту польоту дрона приблизно на 60%.

Під час досліджень і розробок D3 ми завжди вважали, що більша фокусна відстань може мати більшу висоту польоту, кращу якість моделювання та більшу точність. Але після фактичної роботи ми виявили, що це було не так, як очікувалося, порівняно з D2, 3D-модель, створена D3, була відносно напруженою, а ефективність роботи була відносно низькою.

Ім'я	Рій-Д2/Д3
Вага	850 г
Розмір	19018088 мм
Тип датчика	APS-C
CMOS розміром	23,5 мм × 15,6 мм
Фізичний розмір пікселя	3,9 мкм
Загальна кількість пікселів	120 МП
Мінімальний інтервал часу експозиції	1с
Режим експозиції камери	Ізохронічна/ізометрична експозиція
фокусна відстань	20 мм/35 мм для D235 мм/50 мм для D3
Блок живлення	Рівномірне постачання (живлення від дрона)
ємність пам'яті	320 г
Прискорене завантаження даних	≥70 М/с
Робоча температура	-10°C~+40°C
Оновлення прошивки	Безкоштовно
Швидкість IP	IP 43

2、Зв’язок між фокусною відстанню та якістю моделювання

Зв’язок між фокусною відстанню та якістю моделювання нелегко зрозуміти більшості клієнтів, і навіть багато виробників косих камер помилково вважають, що об’єктив з великою фокусною відстанню корисний для якості моделювання.

Фактична ситуація тут така: за умови, що інші параметри однакові, для фасаду будівлі, чим більше фокусна відстань, тим гірша рівність моделювання. Про який логічний зв’язок тут йдеться?

В останній ст Як фокусна відстань впливає на результати 3D-моделювання ми згадали, що:

За умови, що інші параметри однакові, фокусна відстань вплине лише на висоту польоту. Як показано на малюнку вище, є дві різні фокальні лінзи, червоний вказує на довгу фокальну лінзу, а синій — на коротку. Максимальний кут, утворений довгою фокальною лінзою та стінкою, дорівнює α, а максимальний кут, утворений короткою фокальною лінзою та стінкою, дорівнює β. Очевидно:

Що означає цей «кут»? Чим більший кут між краєм поля зору лінзи та стінкою, тим лінза горизонтальна відносно стінки. Збираючи інформацію про фасади будівель, короткі фокальні лінзи можуть збирати інформацію про стіни більш горизонтально, а 3D-моделі на її основі краще відображають текстуру фасаду. Тому для сцен з фасадами чим коротша фокусна відстань об’єктива, тим багатше зібрана інформація про фасад і краща якість моделювання.

Для будівель з карнизами, за умови однакової роздільної здатності грунту, чим більше фокусна відстань об’єктива, чим вище висота польоту дрона, чим більше сліпих зон під карнизом, тим гірше буде якість моделювання. Таким чином, у цьому сценарії D3 з об’єктивом з більшою фокусною відстанню не може конкурувати з D2 з об’єктивом з меншою фокусною відстанню.

3、Протиріччя між висотою польоту дрона та якістю 3D-моделі

Відповідно до логіки зв’язку фокусної відстані та якості моделі, якщо фокусна відстань об’єктива досить коротка, а кут FOV достатньо великий, багатооб’єктивна камера взагалі не потрібна. Суперширококутний об’єктив (об’єктив «риб’яче око») може збирати інформацію в усіх напрямках. Як показано нижче:

Хіба не добре створити якомога коротшу фокусну відстань об’єктива?

Не кажучи вже про проблему великих спотворень, викликаних ультракороткою фокусною відстанню. Якщо фокусна відстань орто-лінзи косої камери розрахована на 10 мм, а дані збираються з роздільною здатністю 2 см, висота польоту дрона становить лише 51 метр.

Очевидно, що якщо безпілотник оснащений косою камерою, розробленою таким чином для виконання завдань, це точно буде небезпечно.

PS: Хоча надширококутний об’єктив має обмежене використання сцен у моделюванні косої фотографії, він має практичне значення для моделювання Lidar. Раніше з нами спілкувалася одна відома компанія Lidar, сподіваючись, що ми розробимо ширококутну аерофотокамеру, змонтовану разом із Lidar, для інтерпретації наземних об’єктів та збору текстур.

4、Від D3 до DG3

Дослідження та розробки D3 змусили нас зрозуміти, що для косої фотографії фокусна відстань не може бути одноманітно довгою чи короткою. Довжина тісно пов’язана з якістю моделі, ефективністю роботи, висотою польоту. Отже, в дослідженнях і розробках об’єктивів перше питання, яке слід розглянути: як встановити фокусну відстань лінз?

Хоча короткий фокус має хорошу якість моделювання, але висота польоту мала, це небезпечно для польоту дрона. Щоб забезпечити безпеку дронів, фокусна відстань має бути більшою, але більша фокусна відстань вплине на ефективність роботи та якість моделювання. Існує певне протиріччя між висотою польоту та якістю 3D моделювання. Ми повинні шукати компроміс між цими протиріччями.

Тому після D3, на основі нашого всебічного врахування цих суперечливих факторів, ми розробили косу камеру DG3. DG3 враховує як якість 3D-моделювання D2, так і висоту польоту D3, а також додає систему відведення тепла та пилу, щоб його також можна було використовувати на безпілотниках з фіксованим крилом або VTOL. DG3 є найпопулярнішою косою камерою для Rainpoo, вона також є найбільш широко використовуваною косою камерою на ринку.

Ім'я	Рій-ДГ3
Вага	650 г
Розмір	17016080 мм
Тип датчика	APS-C
Розмір ПЗС	23,5 мм × 15,6 мм
Фізичний розмір пікселя	3,9 мкм
Загальна кількість пікселів	120 МП
Мінімальний інтервал часу експозиції	0,8с
Режим експозиції камери	Ізохронічна/ізометрична експозиція
фокусна відстань	28 мм/40 мм
Блок живлення	Рівномірне постачання (живлення від дрона)
ємність пам'яті	320/640G
Прискорене завантаження даних	≥80 М/с
Робоча температура	-10°C~+40°C
Оновлення прошивки	Безкоштовно
Швидкість IP	IP 43

5、Від DG3 до DG3Pros

Похилі камери серії RIY-Pros можуть досягти кращої якості моделювання. Тож який особливий дизайн мають професіонали щодо розташування об’єктива та налаштування фокусної відстані? У цьому випуску ми продовжимо представляти логіку дизайну, що стоїть за параметрами Pro.

6. Косий кут лінзи та якість моделювання

У попередньому вмісті згадувався такий погляд: чим менша фокусна відстань, тим більший кут огляду, тим більше інформації про фасад будівлі можна зібрати, і тим краще якість моделювання.

На додаток до встановлення розумної фокусної відстані, звичайно, ми також можемо використовувати інший спосіб покращити ефект моделювання: безпосередньо збільшити кут нахилу косих лінз, що також може зібрати більш рясну інформацію про фасад.

Але насправді, хоча встановлення більшого кута нахилу може покращити якість моделювання, є також два побічні ефекти:

1: Ефективність роботи зменшиться. Зі збільшенням похилого кута зовнішнє розширення маршруту польоту також значно збільшиться. Коли косий кут перевищує 45 °, ефективність польоту різко впаде.

Наприклад, професійна аерофотокамера Leica RCD30, її похилий кут всього 30°, одна з причин такої конструкції - підвищення ефективності роботи.

2: Якщо похилий кут занадто великий, сонячне світло легко проникне в камеру, викликаючи відблиски (особливо вранці та вдень похмурого дня). Похила камера Rainpoo є першою, хто використовує внутрішній об’єктив. Ця конструкція еквівалентна додаванню бленди до лінз, щоб запобігти впливу косих сонячних променів.

Особливо для невеликих дронів, загалом, їх польоти відносно погані. Після того, як похилий кут об’єктива та положення дрона накладаються, розсіяне світло може легко проникнути в камеру, ще більше посилюючи проблему відблисків.

7、Накладання маршрутів і якість моделювання

Як показує досвід, для забезпечення якості моделі для будь-якого об’єкта в космосі найкраще охоплювати інформацію про текстуру п’яти груп лінз під час польоту.

Це легко зрозуміти. Наприклад, якщо ми хочемо побудувати 3D-модель старовинної будівлі, якість моделювання польоту по колу має бути набагато кращою, ніж якість лише кількох знімків з чотирьох сторін.

Чим більше покритих фотографій, тим більше просторової та текстурної інформації вони містять, і тим краще якість моделювання. Це сенс перекриття маршрутів польоту для косої фотографії.

Ступінь перекриття є одним із ключових факторів, що визначають якість 3D-моделі. У загальній сцені косої фотографії частота накладання в основному становить 80% заголовком і 70% збоку (фактичні дані зайві).

Насправді, безперечно, найкраще мати однаковий ступінь перекриття для бічних, але занадто велике бокове перекриття різко знизить ефективність польоту (особливо для дронів з нерухомим крилом), тому, виходячи з ефективності, загальне бокове перекриття буде нижчим, ніж перекриття заголовків.

Поради: враховуючи ефективність роботи, ступінь перекриття не настільки високий, наскільки це можливо. Після перевищення певного «стандарту», покращення ступеня перекриття має обмежений вплив на 3D-модель. Згідно з нашими експериментальними відгуками, іноді збільшення перекриття насправді знизить якість моделі. Наприклад, для сцени моделювання з роздільною здатністю 3 ~ 5 см якість моделювання з нижчим ступенем перекриття іноді є кращою, ніж більшою.

8、Різниця між теоретичним і фактичним перекриттям

Перед польотом ми встановлюємо 80% курсу і 70% бічного перекриття, що є лише теоретичним перекриттям. Під час польоту на безпілотник буде впливати повітряний потік,і зміна ставлення призведе до того, що фактичне перекриття буде менше, ніж теоретичне.

Загалом, незалежно від того, чи це безпілотник з кількома гвинтами чи з фіксованим крилом, чим гірше направление польоту, тим гірша якість 3D-моделі. Оскільки менші дрони з кількома роторами або фіксованими крилом мають меншу вагу та менші розміри, вони чутливі до перешкод від зовнішнього повітряного потоку. Їх льотне положення, як правило, не таке добре, як у середніх/великих безпілотників із кількома роторами чи з фіксованим крилом, внаслідок чого фактичного ступеня перекриття в певній зоні землі недостатньо, що в кінцевому підсумку впливає на якість моделювання.

9、Труднощі в 3D-моделюванні висотних будівель

Зі збільшенням висоти будівлі складність 3D моделювання буде зростати. Одна полягає в тому, що багатоповерхівка підвищить ризик польоту дрона, а друга полягає в тому, що зі збільшенням висоти будівлі різко зменшується перекриття висотних частин, що призводить до поганої якості 3D-моделі.

1 Вплив збільшення перекриття на 3D Якість моделювання багатоповерхівок

Для вищевказаної проблеми багато досвідчених клієнтів знайшли рішення: збільшити ступінь перекриття. Дійсно, зі збільшенням ступеня перекриття ефект моделі буде значно покращений. Нижче наведено порівняння експериментів, які ми проводили:

Завдяки наведеному вище порівнянню ми виявимо, що: збільшення ступеня перекриття мало впливає на якість моделювання малоповерхових будівель; але має великий вплив на якість моделювання багатоповерхових будинків.

Однак із збільшенням ступеня перекриття кількість аерофотознімків буде зростати, а також збільшиться час обробки даних.

2 Вплив фокусна відстань на 3D Якість моделювання багатоповерхівок

Такий висновок ми зробили в попередньому матеріалі:Для фасадна будівля 3D моделювання сцен, чим більше фокусна відстань, тим гірше моделювання якість. Однак для 3D-моделювання багатоповерхівок потрібна більша фокусна відстань для забезпечення якості моделювання. Як показано нижче:

За умов однакової роздільної здатності та ступеня перекриття лінза з великою фокусною відстанню може забезпечити фактичний ступінь перекриття даху та достатньо безпечну висоту польоту для досягнення кращої якості моделювання висотних будівель.

Наприклад, коли похила камера DG4pros використовується для 3D-моделювання висотних будівель, вона не тільки може досягти хорошої якості моделювання, але й точність може досягати вимог кадастрової зйомки 1: 500, що є перевагою довгого фокусу. довжина лінз.

Випадок: Успішний випадок косої фотографії

Похилі камери серії 10、RIY-Pros

Щоб досягти кращої якості моделювання, за умови однакової роздільної здатності, необхідно забезпечити достатнє перекриття та великі поля зору. Для регіонів із великим перепадом висот місцевості або висотних будинків фокусна відстань об’єктива також є важливий фактор, що впливає на якість моделювання. Виходячи з вищезазначених принципів, косі камери Rainpoo RIY-Pros серії зробили три такі оптимізації об’єктива:

1 Змініть розташування об’єктивасес

Для косих камер серії Pros найбільш інтуїтивно зрозуміло, що їх форма змінюється з круглої на квадратну. Найбільш пряма причина цієї зміни полягає в тому, що змінилося розташування лінз.

Перевага цієї компоновки полягає в тому, що розмір камери може бути меншим, а вага може бути відносно меншою. Однак таке розташування призведе до того, що ступінь перекриття лівої та правої косих лінз буде нижчою, ніж у передньої, середньої та задньої перспектив: тобто площа тіні A менша за площу тіні B.

Як ми згадували раніше, щоб підвищити ефективність польоту, бокове перекриття, як правило, менше, ніж перекриття курсу, і така «об’ємна компоновка» ще більше зменшить бічні перекриття, тому бічна 3D-модель буде біднішою, ніж 3D-модель заголовка. модель.

Тож для серії RIY-Pros Rainpoo змінив розташування лінз на: паралельне розташування. Як показано нижче:

Таке розташування зменшить частину форми та ваги, але перевага полягає в тому, що воно може забезпечити достатнє бокове перекриття та досягти кращої якості моделювання. У реальному плануванні польотів RIY-Pros можуть навіть зменшити деяке бічні перекриття, щоб підвищити ефективність польотів.

2 Відрегулюйте кут нахилу косий lenses

Перевага «паралельного макета» полягає в тому, що воно не тільки забезпечує достатнє перекриття, але також збільшує бічний FOV і може зібрати більше інформації про текстуру будівель.

Виходячи з цього, ми також збільшили фокусну відстань косих лінз так, щоб їх нижній край збігався з нижнім краєм попереднього макета «об’ємного макета», ще більше збільшивши кут огляду збоку, як показано на наступному малюнку:

Перевага такої компоновки в тому, що хоча кут косих лінз змінений, це не впливає на ефективність польоту. А після значного покращення поля зору бічних лінз можна буде зібрати більше даних про фасади, і, звичайно, якість моделювання покращиться.

Експерименти з контрастом також показують, що в порівнянні з традиційним розташуванням лінз, розкладка серії Pros може дійсно покращити бічну якість 3D-моделей.

Ліворуч – це 3D-модель, створена за допомогою камери традиційного макета, а справа – 3D-модель, створена камерою Pros.

3 Збільште фокусну відстань косі лінзи

Об’єктиви косих камер RIY-Pros змінено з традиційної «об’ємної компоновки» на «паралельне розташування», а також збільшиться співвідношення роздільної здатності ближньої точки до роздільної здатності дальньої точки фотографій, зроблених косими об’єктивами.

Щоб гарантувати, що коефіцієнт не перевищує критичне значення, фокусна відстань косих лінз Pros збільшена на 5% ~ 8%, ніж раніше.

Ім'я	Riy-DG3 Pros
Вага	710 г
Розмір	13014299,5 мм
Тип датчика	APS-C
Розмір ПЗС	23,5 мм × 15,6 мм
Фізичний розмір пікселя	3,9 мкм
Загальна кількість пікселів	120 МП
Мінімальний інтервал часу експозиції	0,8с
Режим експозиції камери	Ізохронічна/ізометрична експозиція
фокусна відстань	28 мм/43 мм
Блок живлення	Рівномірне постачання (живлення від дрона)
ємність пам'яті	640 г
Прискорене завантаження даних	≥80 М/с
Робоча температура	-10°C~+40°C
Оновлення прошивки	Безкоштовно
Швидкість IP	IP 43