Линия исследований и разработок серии продуктов Rainpoo

Ознакомившись с разделом «Как фокусное расстояние влияет на результаты 3D-моделирования», вы сможете получить предварительное представление о связи между фокусным расстоянием и полем обзора. От настройки параметров полета до процесса 3D-моделирования эти два параметра всегда имеют свое место. Итак, как эти два параметра влияют на результаты 3D-моделирования? В этой статье мы расскажем, как Rainpoo обнаружил связь в процессе разработки продукта и как найти баланс между противоречием между высотой полета и результатом 3D-модели.

1 、 С D2 на D3

RIY-D2 - продукт, специально разработанный для проектов кадастровой съемки. Это также самая ранняя наклонная камера, в которой использовалась конструкция с раскрывающимся списком и внутренними линзами. D2 имеет высокую точность моделирования и хорошее качество моделирования, что подходит для моделирования сцены с ровной местностью и не слишком высокими этажами. Однако для больших высот, сложной местности и топографии (включая высоковольтные линии, дымоходы, базовые станции и другие высотные здания) безопасность полета дрона будет большой проблемой.

На практике некоторые клиенты не планировали оптимальную высоту полета, из-за чего дрон зависал от высоковольтных линий или ударялся о базовую станцию; Или даже при том, что некоторым дронам посчастливилось пройти через опасные места, они обнаружили, что дроны были очень близко к опасным местам, только когда они проверили аэрофотоснимки. Эти опасности и скрытые опасности часто приводят к огромным имущественным потерям для клиентов.

Базовая станция показана на фото, вы можете видеть, что она очень близко к дрону, очень вероятно, что она ударит Поэтому многие клиенты высказывали нам свои предложения: можно ли сконструировать наклонную камеру с длинным фокусным расстоянием, чтобы увеличить высоту полета дрона и сделать его более безопасным? Исходя из потребностей клиентов, на основе D2, мы разработали версию с большим фокусным расстоянием под названием RIY-D3. По сравнению с D2 при том же разрешении D3 может увеличить высоту полета дрона примерно на 60%.

Во время исследований и разработок D3 мы всегда считали, что большее фокусное расстояние может обеспечить большую высоту полета, лучшее качество моделирования и более высокую точность. Но после фактической работы мы обнаружили, что это не так, как ожидалось, по сравнению с D2, 3D-модель, созданная D3, была относительно напряженной, а эффективность работы была относительно низкой.

Имя	Рий-Д2 / Д3
Масса	850 г
Измерение	190 * 180 * 88 мм
Тип датчика	APS-C
CMOS размер	23,5 мм × 15,6 мм
Физический размер пикселя	3,9 мкм
Всего пикселей	120 МП
Минимальный интервал выдержки	1 с
Режим экспозиции камеры	Изохроническая / изометрическая экспозиция
фокусное расстояние	20 мм / 35 мм для D235 мм / 50 мм для D3
Источник питания	Равномерное питание (питание от дрона)
объем памяти	320 г
Загрузка данных остановлена	≥70 м / с
Рабочая температура	-10 ° С ~ + 40 ° С
Обновления прошивки	Бесплатно
IP рейтинг	IP 43

2. Связь между фокусным расстоянием и качеством моделирования

Большинству клиентов непросто понять связь между фокусным расстоянием и качеством моделирования, и даже многие производители косоугольных камер ошибочно полагают, что объектив с большим фокусным расстоянием помогает улучшить качество моделирования.

Фактическая ситуация здесь такова: при условии, что другие параметры одинаковы для фасада здания, чем больше фокусное расстояние, тем хуже равенство моделирования. Какие логические отношения здесь задействованы?

В последнем художественном Как фокусное расстояние влияет на результаты 3D-моделирования мы упомянули, что:

При условии, что другие параметры такие же, фокусное расстояние будет влиять только на высоту полета. Как показано на приведенном выше рисунке, есть две диффузные фокусные линзы, красный цвет указывает на длиннофокусную линзу, а синий указывает на короткофокусную линзу. Максимальный угол, образованный длинной фокусной линзой и стенкой, равен α, а максимальный угол, образованный короткофокусной линзой и стенкой, равен β. Очевидно:

Что означает этот «угол»? Чем больше угол между краем поля зрения линзы и стеной, тем более горизонтально линза относительно стены. При сборе информации о фасадах зданий короткие фокусные линзы могут собирать информацию о стенах более горизонтально, а основанные на ней 3D-модели могут лучше отражать текстуру фасада. Следовательно, для сцен с фасадами, чем короче фокусное расстояние объектива, тем богаче собираемая информация о фасаде и тем лучше качество моделирования.

Для зданий с карнизом, при условии одинакового разрешения местности, чем больше фокусное расстояние объектива, тем выше высота полета дрона, чем больше слепых зон под карнизом, тем хуже будет качество моделирования. Таким образом, в этом сценарии D3 с объективом с более длинным фокусным расстоянием не может конкурировать с D2 с объективом с более коротким фокусным расстоянием.

3 、 Противоречие между высотой полета дрона и качеством 3D модели

По логической связи фокусного расстояния и качества модели, если фокусное расстояние объектива достаточно мало, а угол обзора достаточно большой, то многообъективная камера вообще не нужна. Сверхширокоугольный объектив (объектив типа «рыбий глаз») может собирать информацию во всех направлениях. Как показано ниже:

Разве не нормально сделать фокусное расстояние объектива как можно короче?

Не говоря уже о проблеме больших искажений, вызванных ультракоротким фокусным расстоянием. Если фокусное расстояние ортообъектива наклонной камеры составляет 10 мм, а данные собираются с разрешением 2 см, высота полета дрона составляет всего 51 метр.

Очевидно, что если дрон оснащен наклонной камерой, предназначенной для выполнения работы, это определенно будет опасно.

PS: Хотя сверхширокоугольный объектив имеет ограниченное использование сцен при моделировании наклонной фотографии, он имеет практическое значение для моделирования лидаров. Ранее с нами связывалась одна известная компания-лидар, надеясь, что мы создадим аэрофотоаппарат с широкоугольным объективом, установленный на лидар, для интерпретации наземных объектов и сбора текстур.

4 、 С D3 на DG3

Исследования и разработки D3 заставили нас понять, что для наклонной фотографии фокусное расстояние не может быть монотонно длинным или коротким. Длина тесно связана с качеством модели, эффективностью работы и высотой полета. Итак, при разработке объективов первый вопрос, который следует рассмотреть: как установить фокусное расстояние объективов?

Хотя короткофокусный объектив имеет хорошее качество моделирования, но высота полета мала, это небезопасно для полета дрона. Чтобы обеспечить безопасность дронов, фокусное расстояние должно быть больше, но большее фокусное расстояние повлияет на эффективность работы и качество моделирования. Между высотой полета и качеством 3D-моделирования существует определенное противоречие. Мы должны искать компромисс между этими противоречиями.

Итак, после D3, основываясь на всестороннем рассмотрении этих противоречивых факторов, мы разработали наклонную камеру DG3. DG3 учитывает как качество 3D-моделирования D2, так и высоту полета D3, а также добавляет систему рассеивания тепла и пылеудаления, так что ее также можно использовать на беспилотных летательных аппаратах с неподвижным крылом или вертикальном взлетном посадке. DG3 - самая популярная наклонная камера для Rainpoo, а также самая широко используемая наклонная камера на рынке.

Имя	Рий-ДГ3
Масса	650 г
Измерение	170 * 160 * 80 мм
Тип датчика	APS-C
Размер ПЗС	23,5 мм × 15,6 мм
Физический размер пикселя	3,9 мкм
Всего пикселей	120 МП
Минимальный интервал выдержки	0,8 с
Режим экспозиции камеры	Изохроническая / изометрическая экспозиция
фокусное расстояние	28 мм / 40 мм
Источник питания	Равномерное питание (питание от дрона)
объем памяти	320/640 г
Загрузка данных остановлена	≥80 м / с
Рабочая температура	-10 ° С ~ + 40 ° С
Обновления прошивки	Бесплатно
IP рейтинг	IP 43

5. С DG3 на DG3Pros

Косая камера серии RIY-Pros позволяет добиться лучшего качества моделирования. Так какой же особый дизайн у Pro в компоновке линз и настройке фокусного расстояния? В этом выпуске мы продолжим знакомство с логикой проектирования, лежащей в основе параметров Pros.

6. Наклонный угол объектива и качество моделирования

В предыдущем содержании упоминалось такое мнение: Чем короче фокусное расстояние, тем больше угол обзора, тем больше информации о фасаде здания можно собрать и тем выше качество моделирования.

В дополнение к установке разумного фокусного расстояния, конечно, мы также можем использовать другой способ улучшить эффект моделирования: напрямую увеличивайте угол наклона косых линз, что также может собирать более обширную информацию о фасаде.

Но на самом деле, хотя установка большего угла наклона может улучшить качество моделирования, есть также два побочных эффекта:

1: Эффективность работы снизится. С увеличением угла наклона значительно увеличится и расширение маршрута полета наружу. Когда угол наклона превышает 45 °, эффективность полета резко падает.

Например, у профессиональной аэрофотоаппарата Leica RCD30 угол наклона всего 30 °, одна из причин такой конструкции - повышение эффективности работы.

2: Если наклонный угол слишком большой, солнечный свет легко попадет в камеру, вызывая блики (особенно утром и днем в пасмурный день). Наклонная камера Rainpoo - первая камера с внутренним объективом. Такой дизайн эквивалентен добавлению бленды к линзам, чтобы на нее не повлиял наклонный солнечный свет.

В целом, у небольших дронов относительно плохие характеристики полета. После совмещения угла наклона объектива и положения дрона посторонний свет может легко попасть в камеру, что еще больше усугубит проблему бликов.

7 、 Перекрытие маршрутов и качество моделирования

Согласно опыту, для обеспечения качества модели любого объекта в космосе лучше всего скрыть информацию о текстуре пяти групп линз во время полета.

Это легко понять. Например, если мы хотим построить 3D-модель старинного здания, качество моделирования кругового полета должно быть намного лучше, чем качество получения всего нескольких снимков с четырех сторон.

Чем больше покрытых фотографий, тем больше пространственной и текстурной информации они содержат и тем выше качество моделирования. Это означает перекрытие маршрутов полета для наклонной фотографии.

Степень перекрытия - один из ключевых факторов, определяющих качество 3D-модели. В общей сцене наклонной фотографии частота перекрытия в основном составляет 80% по направлению и 70% по бокам (фактические данные избыточны).

На самом деле, безусловно, лучше всего иметь одинаковую степень бокового перекрытия, но слишком большое боковое перекрытие резко снизит эффективность полета (особенно для беспилотных летательных аппаратов), поэтому, исходя из эффективности, общее боковое перекрытие будет ниже, чем заголовки перекрываются.

Советы: учитывая эффективность работы, степень перекрытия не так высока. После превышения определенного «стандарта» улучшение степени перекрытия оказывает ограниченное влияние на 3D-модель. Согласно нашим экспериментальным отзывам, иногда увеличение перекрытия фактически снижает качество модели. Например, для сцены моделирования с разрешением 3 ~ 5 см качество моделирования при более низкой степени перекрытия иногда лучше, чем при более высокой степени перекрытия.

8 、 Разница между теоретическим перекрытием и фактическим перекрытием

Перед полетом мы устанавливаем 80% -ное перекрытие по курсу и 70% -ное боковое перекрытие, что является всего лишь теоретическим перекрытием. В полете на дрон будет влиять воздушный поток,и изменение отношения приведет к тому, что фактическое перекрытие будет меньше теоретического.

В целом, будь то мультикоптер или дрон с неподвижным крылом, чем хуже угол полета, тем хуже качество 3D-модели. Поскольку меньшие по размеру многороторные беспилотные летательные аппараты или беспилотные летательные аппараты с неподвижным крылом легче и меньше по размеру, они подвержены влиянию внешнего воздушного потока. Их полетное положение, как правило, не такое хорошее, как у средних / больших многороторных дронов или беспилотных летательных аппаратов с неподвижным крылом, в результате чего фактическая степень перекрытия в некоторой определенной области земли оказывается недостаточной, что в конечном итоге влияет на качество моделирования.

9 、 Трудности в 3D моделировании высотных зданий

По мере увеличения высоты здания сложность 3D-моделирования будет возрастать. Во-первых, высотное здание увеличит риск полета дрона, а во-вторых, по мере увеличения высоты перекрытие высотных частей резко уменьшается, что приводит к низкому качеству 3D-модели.

1 Влияние увеличения перекрытия на 3D Качество моделирования высотного строительства

Для указанной выше проблемы многие опытные клиенты нашли решение: увеличить степень перекрытия. Действительно, с увеличением степени перекрытия эффект модели будет значительно улучшен. Ниже приводится сравнение проведенных нами экспериментов:

С помощью приведенного выше сравнения мы обнаружим, что: увеличение степени перекрытия мало влияет на качество моделирования малоэтажных зданий; но имеет большое влияние на качество моделирования высотных зданий.

Однако по мере увеличения степени перекрытия количество аэрофотоснимков будет увеличиваться, как и время обработки данных.

2 Влияние фокусное расстояние на 3D Качество моделирования высотного строительства

Мы сделали такой вывод в предыдущем содержании:Для фасадное здание 3D моделирование сцен, чем больше фокусное расстояние, тем хуже моделирование качественный. Однако для 3D-моделирования высотных зданий требуется большее фокусное расстояние, чтобы обеспечить качество моделирования. Как показано ниже:

В условиях одинакового разрешения и степени перекрытия линза с большим фокусным расстоянием может обеспечить фактическую степень перекрытия крыши и достаточно безопасную высоту полета для достижения лучшего качества моделирования высотных зданий.

Например, когда наклонная камера DG4pros используется для трехмерного моделирования высотных зданий, она не только может обеспечить хорошее качество моделирования, но и точность может достигать требований кадастровой съемки 1: 500, что является преимуществом длиннофокусной съемки. линзы длины.

Случай: Успешный случай косой фотографии

10. Косые камеры серии RIY-Pros

Для достижения лучшего качества моделирования при условии того же разрешения необходимо обеспечить достаточное перекрытие и большие поля обзора. Для регионов с большим перепадом высот местности или высотных зданий фокусное расстояние объектива также важный фактор, влияющий на качество моделирования. Основываясь на вышеизложенных принципах, наклонные камеры Rainpoo RIY-Pros сделали следующие три оптимизации объектива:

1 Измените расположение линзses

Для наклонных камер серии Pros наиболее интуитивно понятно, что их форма меняется с круглой на квадратную. Самая прямая причина этого изменения - изменилась компоновка линз.

Преимущество такой компоновки заключается в том, что размер камеры может быть меньше, а вес - относительно меньшим. Однако такая компоновка приведет к тому, что степень перекрытия левой и правой наклонных линз будет ниже, чем у передней, средней и задней перспектив: то есть область тени A меньше, чем область тени B.

Как мы упоминали ранее, для повышения эффективности полета боковое перекрытие обычно меньше, чем курсовое перекрытие, и такая «пространственная компоновка» еще больше уменьшит боковое перекрытие, поэтому боковая 3D-модель будет хуже, чем курсовая 3D. модель.

Поэтому для серии RIY-Pros Rainpoo изменил расположение линз на: параллельное расположение. Как показано ниже:

Такой макет принесет в жертву часть формы и веса, но преимущество состоит в том, что он может обеспечить достаточное боковое перекрытие и достичь лучшего качества моделирования. При фактическом планировании полета RIY-Pros может даже уменьшить некоторые боковые перекрытия, чтобы повысить эффективность полета.

2 Отрегулируйте угол наклона косой lenses

Преимущество «параллельной компоновки» состоит в том, что она не только обеспечивает достаточное перекрытие, но также увеличивает боковой угол обзора и может собирать больше информации о текстуре зданий.

Исходя из этого, мы также увеличили фокусное расстояние наклонных линз так, чтобы их нижний край совпадал с нижним краем предыдущего макета «объемного макета», дополнительно увеличив угол обзора сбоку, как показано на следующем рисунке:

Преимущество такой компоновки состоит в том, что, хотя угол наклона косых линз изменен, это не влияет на эффективность полета. А после того, как FOV боковых линз значительно улучшится, можно собрать больше данных о фасаде, и, конечно же, качество моделирования улучшится.

Эксперименты с контрастом также показывают, что по сравнению с традиционной компоновкой линз, компоновка серии Pro действительно может улучшить качество изображения 3D-моделей сбоку.

Слева - 3D-модель, созданная камерой для традиционной компоновки, а справа - 3D-модель, созданная камерой Pros.

3 Увеличьте фокусное расстояние косые линзы

Линзы наклонных камер RIY-Pros заменены с традиционной «объемной компоновки» на «параллельную», а соотношение разрешения ближней точки к разрешению дальней точки фотографий, сделанных с помощью наклонных линз, также увеличится.

Чтобы гарантировать, что соотношение не превышает критического значения, фокусное расстояние наклонных линз Pros увеличено на 5% ~ 8%, чем раньше.

Имя	Riy-DG3 Плюсы
Масса	710 г
Измерение	130 * 142 * 99,5 мм
Тип датчика	APS-C
Размер ПЗС	23,5 мм × 15,6 мм
Физический размер пикселя	3,9 мкм
Всего пикселей	120 МП
Минимальный интервал выдержки	0,8 с
Режим экспозиции камеры	Изохроническая / изометрическая экспозиция
фокусное расстояние	28 мм / 43 мм
Источник питания	Равномерное питание (питание от дрона)
объем памяти	640 г
Загрузка данных остановлена	≥80 м / с
Рабочая температура	-10 ° С ~ + 40 ° С
Обновления прошивки	Бесплатно
IP рейтинг	IP 43