FoU-linje av Rainpoos produktserie

Gjennom introduksjonen av Hvordan brennvidde påvirker 3D-modelleringsresultater, kan du få en foreløpig forståelse av sammenhengen mellom brennvidden og FOV. Fra innstillingen av flyparametere til 3D-modelleringsprosessen har disse to parameterne alltid sin plass. Så hvilken effekt har disse to parameterne på 3D-modelleringsresultatene? I denne artikkelen vil vi introdusere hvordan Rainpoo oppdaget sammenhengen i prosessen med produkt-FoU, og hvordan man finner en balanse mellom motsetningen mellom flyhøyde og 3D-modellresultat.

1、Fra D2 til D3

RIY-D2 er et produkt spesielt utviklet for matrikkelundersøkelsesprosjekter. Det er også det tidligste skråkameraet som har en nedtrekks- og internlinsedesign. D2 har høy modelleringsnøyaktighet og god modelleringskvalitet, som egner seg for scenemodellering med flatt terreng og ikke for høye gulv. For store fall, komplekst terreng og topografi (inkludert høyspentlinjer, skorsteiner, basestasjoner og andre høyhus) vil flysikkerheten til dronen være et stort problem.

I faktiske operasjoner planla enkelte kunder ikke en god flyhøyde, noe som førte til at dronen hang høyspentledninger eller traff basestasjonen; Eller selv om noen droner var så heldige å passere gjennom de farlige stedene, fant de først ut at dronene var svært nær de farlige stedene når de sjekket flybildene. Disse farene og skjulte farene forårsaker ofte store eiendomstap for kundene.

En basestasjon viser på bildet, du kan se at den er veldig nær dronen, med stor sannsynlighet for å treffe Derfor har mange kunder gitt oss forslag: Kan et skråkamera med lang brennvidde utformes for å gjøre flyhøyden til dronen høyere og gjøre flyturen tryggere? Basert på kundenes behov, basert på D2, har vi utviklet en versjon med lang brennvidde kalt RIY-D3. Sammenlignet med D2, med samme oppløsning, kan D3 øke flyhøyden til dronen med omtrent 60 %.

Under R&D av D3 har vi alltid trodd at en lengre brennvidde kan ha høyere flyhøyde, bedre modelleringskvalitet og høyere nøyaktighet. Men etter selve arbeidet fant vi ut at det ikke var som forventet, sammenlignet med D2, 3D-modellen bygget av D3 var relativt anstrengt, og arbeidseffektiviteten var relativt lav.

Navn	Riy-D2/D3
Vekt	850 g
Dimensjon	19018088mm
Sensortype	APS-C
CMOS en størrelse	23,5 mm × 15,6 mm
Fysisk størrelse på piksel	3,9 um
Totalt antall piksler	120 MP
Minimum eksponeringstidsintervall	1s
Kameraeksponeringsmodus	Isokronisk/isometrisk eksponering
brennvidde	20mm/35mm for D235mm/50mm for D3
Strømforsyning	Uniform forsyning (Power by drone)
minnekapasitet	320G
Datanedlasting spped	≥70M/s
Arbeidstemperatur	-10°C~+40°C
Fastvareoppdateringer	Gratis
IP rate	IP 43

2、Forbindelsen mellom brennvidde og modelleringskvalitet

Sammenhengen mellom brennvidden og modelleringskvaliteten er ikke lett for de fleste kunder å forstå, og selv mange skråkameraprodusenter tror feilaktig at et objektiv med lang brennvidde er nyttig for modelleringskvaliteten.

Den faktiske situasjonen her er: med forutsetningen om at andre parametere er de samme, for bygningsfasaden, jo lengre brennvidde, desto dårligere modelleringslikhet. Hva slags logisk forhold er det snakk om her?

I den siste artikkelen Hvordan brennvidde påvirker 3D-modelleringsresultater vi har nevnt at:

Under forutsetning av at andre parametere er de samme, vil brennvidden kun påvirke flyhøyden. Som vist i figuren ovenfor, er det to forskjellige fokallinser, rød indikerer en lang fokal linse, og blå indikerer en kort fokal linse. Den maksimale vinkelen som dannes av den lange fokallinsen og veggen er α, og den maksimale vinkelen som dannes av den korte fokallinsen og veggen er β. Åpenbart:

Hva betyr denne "vinkelen"? Jo større vinkelen er mellom kanten av FOV-en til linsen og veggen, jo mer horisontal er linsen i forhold til veggen. Ved innsamling av informasjon om bygningsfasader kan korte fokale linser samle vegginformasjon mer horisontalt, og 3D-modellene basert på det kan bedre reflektere fasadens tekstur. Derfor, for scener med fasader, jo kortere brennvidde på linsen, jo rikere er den innsamlede fasadeinformasjonen og jo bedre modelleringskvalitet.

For bygninger med takskjegg, under betingelsen med samme bakkeoppløsning, jo lengre brennvidde på linsen, jo høyere droneflyhøyde, jo flere blindsoner under takskjegget, jo dårligere blir modelleringskvaliteten. Så i dette scenariet kan ikke D3 med et objektiv med lengre brennvidde konkurrere med D2 med et objektiv med kortere brennvidde.

3、 Motsetningen mellom flyhøyden til dronen og kvaliteten på 3D-modellen

I henhold til den logiske forbindelsen mellom brennvidden og kvaliteten på modellen, hvis brennvidden til objektivet er kort nok og FOV-vinkelen er stor nok, er det ikke nødvendig med et multilinsekamera i det hele tatt. Et supervidvinkelobjektiv (fiskeøyeobjektiv) kan samle informasjon i alle retninger. Som vist under:

Er det ikke greit å designe brennvidden på objektivet så kort som mulig?

For ikke å snakke om problemet med stor forvrengning forårsaket av den ultrakorte brennvidden. Hvis brennvidden til orto-linsen til skråkameraet er designet til å være 10 mm og dataene samles inn med en oppløsning på 2 cm, er flyhøyden til dronen bare 51 meter.

Det er klart, hvis dronen er utstyrt med et skråkamera designet på denne måten for å utføre jobber, vil det definitivt være farlig.

PS: Selv om ultravidvinkelobjektivet har begrenset bruk av scener i skråfotograferingsmodellering, har det praktisk betydning for Lidar-modellering. Tidligere hadde et berømt Lidar-selskap kommunisert med oss i håp om å designe et luftkamera med vidvinkelobjektiv, montert med Lidar, for tolkning av jordobjekter og teksturinnsamling.

4、Fra D3 til DG3

FoU-en til D3 fikk oss til å innse at for skråfotografering kan ikke brennvidden være monotont lang eller kort. Lengden er nært knyttet til kvaliteten på modellen, effektiviteten av arbeidet og høyden på flyturen. Så i objektiv FoU er det første spørsmålet å vurdere: hvordan stille inn brennviddene til objektivene?

Selv om den korte fokalen har god modelleringskvalitet, men flyhøyden er lav, er den ikke trygg for droneflyvning. For å sikre sikkerheten til droner, må brennvidden utformes lengre, men lengre brennvidde vil påvirke arbeidseffektiviteten og modelleringskvaliteten. Det er en viss motsetning mellom flyhøyden og 3D-modelleringskvaliteten. Vi må søke et kompromiss mellom disse motsetningene.

Så etter D3, basert på vår omfattende vurdering av disse motstridende faktorene, hadde vi utviklet DG3 skråkameraet. DG3 tar hensyn til både 3D-modelleringskvaliteten til D2 og flyhøyden til D3, samtidig som den legger til et varmeavlednings- og støvfjerningssystem, slik at den også kan brukes på fastvingede eller VTOL-droner. DG3 er det mest populære skråkameraet for Rainpoo, det er også det mest brukte skråkameraet på markedet.

Navn	Riy-DG3
Vekt	650 g
Dimensjon	17016080 mm
Sensortype	APS-C
CCD-størrelse	23,5 mm × 15,6 mm
Fysisk størrelse på piksel	3,9 um
Totalt antall piksler	120 MP
Minimum eksponeringstidsintervall	0,8 s
Kameraeksponeringsmodus	Isokronisk/isometrisk eksponering
brennvidde	28mm/40mm
Strømforsyning	Uniform forsyning (Power by drone)
minnekapasitet	320/640G
Datanedlasting spped	≥80M/s
Arbeidstemperatur	-10°C~+40°C
Fastvareoppdateringer	Gratis
IP rate	IP 43

5、Fra DG3 til DG3Pros

RIY-Pros-seriens skråkamera kan oppnå bedre modelleringskvalitet. Så hvilken spesiell design har proffene i linselayout og brennviddeinnstilling? I denne utgaven vil vi fortsette å introdusere designlogikken bak Pros-parameterne.

6 、 Skrå linsevinkel og modelleringskvalitet

Det forrige innholdet nevnte et slikt syn: jo kortere brennvidde, jo større synsvinkel, jo mer bygningsfasadeinformasjon kan samles inn, og jo bedre modelleringskvalitet.

I tillegg til å sette en rimelig brennvidde, kan vi selvfølgelig også bruke en annen måte å forbedre modelleringseffekten på: direkte øke vinkelen på de skrå linsene, som også kan samle mer rikelig fasadeinformasjon.

Men faktisk, selv om å sette en større skrå vinkel kan forbedre modelleringskvaliteten, er det også to bivirkninger:

1: Arbeidseffektiviteten vil reduseres. Med økningen av den skrå vinkelen vil også utvidelsen utover av flyruten øke mye. Når skråvinkelen på overstiger 45 °, vil flyeffektiviteten synke kraftig.

For eksempel, det profesjonelle luftkameraet Leica RCD30, dens skrå vinkel er bare 30 °, en av grunnene til dette designet er å øke arbeidseffektiviteten.

2:Hvis den skrå vinkelen er for stor, vil sollys lett trenge inn i kameraet og forårsake gjenskinn (spesielt om morgenen og ettermiddagen på en diset dag). Rainpoo skråkamera er det tidligste som har tatt i bruk den interne linsedesignen. Denne designen tilsvarer å legge til en hette til linsene for å forhindre at den blir påvirket av det skrå sollyset.

Spesielt for små droner, generelt, er flyholdningene deres relativt dårlige. Etter at objektivets skråvinkel og holdningen til dronen er lagt over hverandre, kan strølys lett komme inn i kameraet, noe som forsterker blendingsproblemet ytterligere.

7, Ruteoverlapping og modelleringskvalitet

I følge erfaring er det best å dekke teksturinformasjonen til de fem gruppene av linser for å sikre modellkvaliteten for ethvert objekt i rommet under flyturen.

Dette er lett å forstå. For eksempel, hvis vi ønsker å bygge en 3D-modell av en eldgammel bygning, må modelleringskvaliteten på sirkelflukten være mye bedre enn kvaliteten på å ta bare noen få bilder på fire sider.

Jo flere dekkede bildene, jo mer romlig og teksturinformasjon inneholder den, og jo bedre modelleringskvalitet. Dette er meningen med flyruteoverlapping for skråfotografering.

Graden av overlapping er en av nøkkelfaktorene som bestemmer kvaliteten på 3D-modellen. I den generelle scenen for skråfotografering er overlappingsfrekvensen stort sett 80 % overskrift og 70 % sidelengs (de faktiske dataene er overflødige).

Faktisk er det absolutt best å ha samme grad av overlapping for sidelengs, men for høy sidelengs overlapping vil drastisk redusere flyeffektiviteten (spesielt for fastvingede droner), så basert på effektiviteten vil den generelle sidelengs overlappingen være lavere enn kursoverlapping.

Tips: Med tanke på arbeidseffektiviteten er ikke overlappingsgraden så høy som mulig. Etter å ha overskredet en viss "standard", har forbedring av overlappingsgraden begrenset effekt på 3D-modellen. I følge vår eksperimentelle tilbakemelding vil noen ganger øke overlappingen faktisk redusere kvaliteten på modellen. For eksempel, for en modelleringsscene med 3 ~ 5 cm oppløsning, er modelleringskvaliteten med lavere overlappingsgrad noen ganger bedre enn den høyere overlappingsgraden.

8、Forskjellen mellom teoretisk overlapping og faktisk overlapping

Før flyturen satte vi 80 % kurs og 70 % sidelengs overlapping, som bare er den teoretiske overlappingen. Under flyturen vil dronen bli påvirket av luftstrømmen,og holdningsendringen vil føre til at den faktiske overlappingen blir mindre enn den teoretiske overlappingen.

Generelt, enten det er en flerrotor- eller fastvinget drone, jo dårligere flyholdning, jo dårligere er 3D-modellens kvalitet. Fordi de mindre dronene med flere rotorer eller fastvinger er lettere i vekt og mindre i størrelse, er de utsatt for forstyrrelser fra ekstern luftstrøm. Flyholdningen deres er generelt sett ikke så god som for medium/store flerrotor- eller fastvingede droner, noe som resulterer i at den faktiske overlappingsgraden i et visst bakkeområde ikke er nok, noe som til slutt påvirker modelleringskvaliteten.

9、Vanskeligheter med 3D-modellering av høyhus

Etter hvert som bygningens høyde øker, vil vanskeligheten med 3D-modellering øke. Det ene er at høyhuset vil øke risikoen for drones flukt, og det andre er at når høyden på bygget øker, synker overlappingen av høyhusdelene kraftig, noe som resulterer i dårlig kvalitet på 3D-modellen.

1 Påvirkningen av økende overlapping på 3D Modellering av høyhuskvalitet

For problemet ovenfor har mange erfarne kunder funnet en løsning: øke graden av overlapping. Faktisk, med økningen av graden av overlapping, vil modelleffekten bli sterkt forbedret. Følgende er en sammenligning av eksperimentene vi gjorde:

Gjennom sammenligningen ovenfor vil vi finne at: økningen i graden av overlapping har liten innflytelse på modelleringskvaliteten til lavblokker; men har stor innflytelse på modelleringskvaliteten til høyhus.

Men ettersom graden av overlapping øker, vil antallet flyfoto øke, og tiden for databehandling vil også øke.

2 Innflytelsen av brennvidde på 3D Modellering av høyhuskvalitet

Vi har gjort en slik konklusjon i forrige innhold:Til fasadebygg 3D modelleringsscener, jo lengre brennvidde, jo dårligere modellering kvalitet. For 3D-modellering av høyhus kreves det imidlertid en lengre brennvidde for å sikre modelleringskvaliteten. Som vist under:

Under forholdene med samme oppløsning og overlappingsgrad kan linsen med lang brennvidde sikre den faktiske overlappingsgraden av taket og en tilstrekkelig sikker flyhøyde for å oppnå en bedre modelleringskvalitet av høyhus.

For eksempel, når DG4pros skråkamera brukes til å gjøre 3D-modellering av høyhus, kan det ikke bare oppnå god modelleringskvalitet, men nøyaktigheten kan fortsatt nå 1: 500 matrikkelundersøkelseskrav, som er fordelen med det lange fokuset lengde linser.

Sak: Et vellykket tilfelle av skråfotografering

10, RIY-Pros-serien skrå kameraer

For å oppnå en bedre modelleringskvalitet, under forutsetning av samme oppløsning, er det nødvendig å sikre tilstrekkelig overlapping og de store synsfeltene. For regioner med store terrenghøydeforskjeller eller høyhus er brennvidden til objektivet også en viktig faktor som påvirker modelleringskvaliteten. Basert på prinsippene ovenfor, har Rainpoo RIY-Pros-serien skråkameraer gjort følgende tre optimaliseringer på linsen:

1 Endre utformingen av linsenses

For skråkameraer i Pros-serien er den mest intuitive følelsen at formen endres fra rund til firkantet. Den mest direkte årsaken til denne endringen er at linseoppsettet har endret seg.

Fordelen med denne layouten er at kamerastørrelsen kan designes til å være mindre og vekten kan være relativt lettere. Imidlertid vil denne utformingen resultere i at overlappingsgraden av venstre og høyre skrå linse er lavere enn for front-, midt- og bakperspektivet: det vil si at området til skygge A er mindre enn området til skygge B.

Som vi nevnte tidligere, for å forbedre flyeffektiviteten, er sidelengs overlapping generelt mindre enn overskriftsoverlappingen, og denne "surround-layouten" vil ytterligere redusere sidelengs overlappingen, og det er grunnen til at den laterale 3D-modellen vil være dårligere enn overskriften 3D modell.

Så for RIY-Pros-serien endret Rainpoo linseoppsettet til: parallelloppsett. Som vist under:

Denne layouten vil ofre deler av formen og vekten, men fordelen er at den kan sikre tilstrekkelig sidelengs overlapping og oppnå en bedre modelleringskvalitet. I faktisk flyplanlegging kan RIY-Pros til og med redusere noen sidelengs overlapping for å forbedre flyeffektiviteten.

2 Juster vinkelen på skrå lenses

Fordelen med "parallell layout" er at den ikke bare sikrer tilstrekkelig overlapping, men også øker side-FOV og kan samle inn mer teksturinformasjon til bygninger.

På dette grunnlaget økte vi også brennvidden til de skrå linsene slik at dens nedre kant falt sammen med den nedre kanten av den forrige "surround-layouten", noe som ytterligere økte sidevisningen av vinkelen, som vist i følgende figur:

Fordelen med denne layouten er at selv om vinkelen på skrå linser endres, påvirker det ikke flyeffektiviteten. Og etter at FOV til sidelinser er kraftig forbedret, kan mer fasadeinformasjonsdata samles inn, og modelleringskvaliteten er selvfølgelig forbedret.

Kontrasteksperimenter viser også at sammenlignet med den tradisjonelle utformingen av linsene, kan Pros-seriens layout virkelig forbedre sidelengs kvaliteten til 3D-modeller.

Den venstre er 3D-modellen bygget av det tradisjonelle layoutkameraet, og den høyre er 3D-modellen bygget av Pros-kameraet.

3 Øk brennvidden til skrå linser

RIY-Pros skråkameraobjektiver endres fra det tradisjonelle "surroundoppsettet" til et "parallelloppsett", og forholdet mellom nærpunktoppløsningen og fjernpunktoppløsningen til bildene tatt med skråobjektiver vil også øke.

For å sikre at forholdet ikke overstiger den kritiske verdien, økes brennvidden på Pros skrå linser med 5 % ~ 8 % enn før.

Navn	Riy-DG3 Pros
Vekt	710 g
Dimensjon	13014299,5 mm
Sensortype	APS-C
CCD-størrelse	23,5 mm × 15,6 mm
Fysisk størrelse på piksel	3,9 um
Totalt antall piksler	120 MP
Minimum eksponeringstidsintervall	0,8 s
Kameraeksponeringsmodus	Isokronisk/isometrisk eksponering
brennvidde	28mm/43mm
Strømforsyning	Uniform forsyning (Power by drone)
minnekapasitet	640G
Datanedlasting spped	≥80M/s
Arbeidstemperatur	-10°C~+40°C
Fastvareoppdateringer	Gratis
IP rate	IP 43