Liña de I+D da serie de produtos Rainpoo

A través da introdución de Como afecta a distancia focal os resultados do modelado 3D, podes ter unha comprensión preliminar da conexión entre a distancia focal e o FOV. Desde a configuración dos parámetros de voo ata o proceso de modelado 3D, estes dous parámetros sempre teñen o seu lugar. Entón, que efecto teñen estes dous parámetros nos resultados do modelado 3D? Neste artigo, presentaremos como Rainpoo descubriu a conexión no proceso de I+D do produto e como atopar un equilibrio entre a contradición entre a altura do voo e o resultado do modelo 3D.

1、De D2 a D3

RIY-D2 é un produto especialmente desenvolvido para proxectos de levantamento catastral. Tamén é a primeira cámara oblicua que adopta un deseño despregable e de lente interna. D2 ten unha alta precisión de modelado e unha boa calidade de modelado, o que é axeitado para o modelado de escenas con terreos planos e pisos non demasiado altos. Non obstante, para grandes caídas, terreos complexos e topografía (incluídas liñas de alta tensión, chemineas, estacións base e outros edificios de gran altura), a seguridade do voo do dron será un gran problema.

Nas operacións reais, algúns clientes non planificaron unha boa altura de voo, o que provocou que o dron colgara liñas de alta tensión ou golpease a estación base; Ou aínda que algúns drons tiveron a sorte de pasar polos lugares perigosos, só se decataron de que os drons estaban moi preto dos lugares perigosos cando revisaron as fotos aéreas. Estes perigos e perigos ocultos adoitan provocar enormes perdas de bens aos clientes.

Unha estación base móstrase na foto, podes ver que está moi preto do dron, moi probable que choque Polo tanto, moitos clientes deixáronnos suxestións: Pódese deseñar unha cámara oblicua de longa distancia focal para aumentar a altura do voo do dron e facer o voo máis seguro? En función das necesidades do cliente, baseado en D2, desenvolvemos unha versión de distancia focal longa chamada RIY-D3. En comparación co D2, coa mesma resolución, D3 pode aumentar a altura de voo do dron nun 60%.

Durante a I+D de D3, sempre cremos que unha distancia focal máis longa pode ter unha maior altura de voo, mellor calidade de modelado e maior precisión. Pero despois do traballo real, descubrimos que non era o esperado, en comparación co D2, o modelo 3D construído por D3 estaba relativamente tenso e a eficiencia do traballo era relativamente baixa.

Nome	Riy-D2/D3
Peso	850 g
Dimensión	19018088 mm
Tipo de sensor	APS-C
CMOS de tamaño	23,5 mm × 15,6 mm
Tamaño físico do píxel	3,9 um
Píxeles totais	120 MP
Intervalo de tempo mínimo de exposición	1s
Modo de exposición da cámara	Exposición isocrónica/isométrica
distancia focal	20 mm/35 mm para D235 mm/50 mm para D3
Fonte de alimentación	Subministro uniforme (alimentación por dron)
capacidade de memoria	320G
Descarga de datos rápida	≥70 M/s
Temperatura de traballo	-10°C~+40°C
Actualizacións de firmware	Gratis
Taxa IP	IP 43

2 、 A conexión entre a distancia focal e a calidade do modelado

A conexión entre a distancia focal e a calidade do modelado non é fácil de entender para a maioría dos clientes, e incluso moitos fabricantes de cámaras oblicuas cren erróneamente que unha lente de distancia focal longa é útil para a calidade do modelado.

A situación real aquí é: partindo da premisa de que outros parámetros son os mesmos, para a fachada do edificio, canto maior sexa a distancia focal, peor será a igualdade de modelado. Que tipo de relación lóxica hai aquí?

No último articulado Como afecta a distancia focal os resultados do modelado 3D mencionamos que:

Baixo a premisa de que outros parámetros son iguais, a distancia focal só afectará á altura do voo. Como se mostra na figura anterior, hai dúas lentes focales diferentes, o vermello indica unha lente focal longa e o azul indica unha lente focal curta. O ángulo máximo formado pola lente focal longa e a parede é α, e o ángulo máximo formado pola lente focal curta e a parede é β. Obviamente:

Que significa este "ángulo"? Canto maior sexa o ángulo entre o bordo do campo de visión da lente e a parede, máis horizontal será a lente en relación á parede. Ao recoller información sobre fachadas de edificios, as lentes focales curtas poden recoller información sobre as paredes de forma máis horizontal e os modelos 3D baseados nela poden reflectir mellor a textura da fachada. Polo tanto, para escenas con fachadas, canto menor sexa a distancia focal da lente, máis rica será a información de fachada recollida e mellor será a calidade do modelado.

Para edificios con aleiro, a condición de que teña a mesma resolución do chan, canto maior sexa a distancia focal da lente, canto maior sexa a altura de voo do dron, máis puntos cegos baixo o aleiro, peor será a calidade do modelado. Polo tanto, neste escenario, o D3 cunha lente de distancia focal máis longa non pode competir co D2 cunha lente de distancia focal máis curta.

3、A contradición entre a altura de voo do dron e a calidade do modelo 3D

Segundo a conexión lóxica da distancia focal e a calidade do modelo, se a distancia focal da lente é o suficientemente curta e o ángulo FOV é o suficientemente grande, non se necesita ningunha cámara con varias lentes. Unha lente super gran angular (lente ollo de peixe) pode recoller a información de todas as direccións. Como se mostra a continuación:

Non está ben deseñar a distancia focal da lente o máis curta posible?

Sen esquecer o problema da gran distorsión causada pola distancia focal ultra curta. Se a distancia focal da lente ortográfica da cámara oblicua está deseñada para ser de 10 mm e os datos recóllense cunha resolución de 2 cm, a altura de voo do dron é de só 51 metros.

Obviamente, se o dron está equipado cunha cámara oblicua deseñada deste xeito para facer traballos, definitivamente será perigoso.

PD: Aínda que a lente ultra gran angular ten un uso limitado de escenas no modelado de fotografía oblicua, ten un significado práctico para o modelado Lidar. Anteriormente, unha famosa empresa Lidar comunicounos connosco, esperando que deseñaramos unha cámara aérea de gran angular, montada co Lidar, para a interpretación de obxectos terrestres e a recollida de texturas.

4、De D3 a DG3

A I+D de D3 fíxonos entender que para a fotografía oblicua, a distancia focal non pode ser monótonamente longa nin curta. A lonxitude está intimamente relacionada coa calidade do modelo, a eficiencia do traballo e a altura do voo. Entón, na I+D de lentes, a primeira pregunta a ter en conta é: como establecer as distancias focais das lentes?

Aínda que o foco curto ten unha boa calidade de modelado, pero a altura do voo é baixa, non é seguro para o voo do dron. Para garantir a seguridade dos drons, a distancia focal debe deseñarse máis tempo, pero a distancia focal máis longa afectará á eficiencia do traballo e á calidade do modelado. Hai unha certa contradición entre a altura do voo e a calidade do modelado 3D. Debemos buscar un compromiso entre estas contradicións.

Entón, despois de D3, baseándonos na nosa consideración exhaustiva destes factores contraditorios, desenvolvemos a cámara oblicua DG3. DG3 ten en conta tanto a calidade de modelado 3D de D2 como a altura de voo de D3, ao tempo que engade un sistema de disipación de calor e eliminación de po, de xeito que tamén se pode usar en drons de á fixa ou VTOL. DG3 é a cámara oblicua máis popular para Rainpoo, tamén é a cámara oblicua máis utilizada no mercado.

Nome	Riy-DG3
Peso	650 g
Dimensión	17016080 mm
Tipo de sensor	APS-C
Tamaño CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Tamaño físico do píxel	3,9 um
Píxeles totais	120 MP
Intervalo de tempo mínimo de exposición	0,8 s
Modo de exposición da cámara	Exposición isocrónica/isométrica
distancia focal	28 mm/40 mm
Fonte de alimentación	Subministro uniforme (alimentación por dron)
capacidade de memoria	320/640G
Descarga de datos rápida	≥80 M/s
Temperatura de traballo	-10°C~+40°C
Actualizacións de firmware	Gratis
Taxa IP	IP 43

5、De DG3 a DG3Pros

A cámara oblicua da serie RIY-Pros pode acadar unha mellor calidade de modelado. Entón, que deseño especial teñen os profesionais no deseño da lente e na configuración da distancia focal? Neste número, seguiremos introducindo a lóxica de deseño detrás dos parámetros Pros.

6 、 ángulo da lente oblicua e calidade de modelado

O contido anterior mencionaba tal punto de vista: canto menor sexa a distancia focal, maior será o ángulo de visión, máis información sobre a fachada do edificio se pode recoller e mellor será a calidade do modelado.

Ademais de establecer unha distancia focal razoable, por suposto, tamén podemos utilizar outra forma de mellorar o efecto de modelado: aumentar directamente o ángulo das lentes oblicuas, que tamén poden recoller información de fachada máis abundante.

Pero de feito, aínda que establecer un ángulo oblicuo maior pode mellorar a calidade do modelado, tamén hai dous efectos secundarios:

1: Reducirase a eficiencia de traballo. Co aumento do ángulo oblicuo, a expansión cara ao exterior da ruta de voo tamén aumentará moito. Cando o ángulo oblicuo de supera os 45 °, a eficiencia do voo caerá drasticamente.

Por exemplo, a cámara aérea profesional Leica RCD30, o seu ángulo oblicuo é de só 30 °, unha das razóns para este deseño é aumentar a eficiencia de traballo.

2: Se o ángulo oblicuo é demasiado grande, a luz solar entrará facilmente na cámara, causando brillo (especialmente pola mañá e pola tarde dun día brumoso). A cámara oblicua Rainpoo é a primeira en adoptar o deseño de lente interna. Este deseño equivale a engadir unha capucha ás lentes para evitar que se vexa afectada pola luz solar oblicua.

Especialmente para os pequenos drons, en xeral, as súas actitudes de voo son relativamente pobres. Despois de que se superpoñan o ángulo oblicuo da lente e a actitude do dron, a luz perdida pode entrar facilmente na cámara, amplificando aínda máis o problema de brillo.

7 、 Superposición de rutas e calidade de modelado

Segundo a experiencia, para garantir a calidade do modelo, para calquera obxecto no espazo, o mellor é cubrir a información de textura dos cinco grupos de lentes durante o voo.

Isto é doado de entender. Por exemplo, se queremos construír un modelo 3D dun edificio antigo, a calidade do modelado do voo circular debe ser moito mellor que a calidade de facer só algunhas fotos nos catro lados.

Cantas máis fotos cubertas, máis información espacial e de textura contén, e mellor será a calidade do modelado. Este é o significado da superposición de rutas de voo para a fotografía oblicua.

O grao de superposición é un dos factores clave que determinan a calidade do modelo 3D. Na escena xeral da fotografía oblicua, a taxa de solapamento é maioritariamente do 80% de cabeza e do 70% de lado (os datos reais son redundantes).

De feito, é certamente mellor ter o mesmo grao de solapamento para os lados, pero a superposición lateral demasiado alta reducirá drasticamente a eficiencia do voo (especialmente para os drones de á fixa), polo que en función da eficiencia, a superposición lateral xeral será menor que a superposición de títulos.

Consellos: tendo en conta a eficiencia de traballo, o grao de superposición non é o máis alto posible. Despois de superar un certo "estándar", mellorar o grao de superposición ten un efecto limitado no modelo 3D. Segundo os nosos comentarios experimentais, ás veces aumentar a superposición reducirá a calidade do modelo. Por exemplo, para unha escena de modelado con resolución de 3 ~ 5 cm, a calidade de modelado do grao de superposición inferior ás veces é mellor que o grao de superposición superior.

8、A diferenza entre a superposición teórica e a superposición real

Antes do voo, establecemos un 80 % de superposición de rumbo e 70 % de solapamento lateral, que é só a superposición teórica. No voo, o dron verase afectado polo fluxo de aire,e o cambio de actitude fará que a superposición real sexa menor que a superposición teórica.

En xeral, se se trata dun dron multirotor ou de á fixa, canto máis pobre é a actitude de voo, peor será a calidade do modelo 3D. Debido a que os drons multirotores ou de á fixa máis pequenos son máis lixeiros e de menor tamaño, son susceptibles a interferencias do fluxo de aire externo. A súa actitude de voo xeralmente non é tan boa como a dos drones multirotor ou de á fixa medianas/grandes, polo que o grao de superposición real nalgunha área do chan non é suficiente, o que finalmente afecta a calidade do modelado.

9、Dificultades no modelado 3D de edificios de gran altura

A medida que aumenta a altura do edificio, aumentará a dificultade do modelado 3D. Un deles é que o edificio de gran altura aumentará o risco de voo do dron, e o segundo é que a medida que aumenta a altura do edificio, a superposición das partes altas cae drasticamente, o que resulta nunha mala calidade do modelo 3D.

1 A influencia do aumento da superposición sobre 3D Calidade de modelización de edificios altos

Para o problema anterior, moitos clientes experimentados atoparon unha solución: aumentar o grao de superposición. De feito, co aumento do grao de superposición, o efecto do modelo mellorarase moito. A seguinte é unha comparación dos experimentos que fixemos:

A través da comparación anterior, atoparemos que: o aumento do grao de solapamento ten pouca influencia na calidade do modelado dos edificios de pouca altura; pero ten gran influencia na calidade do modelado dos edificios de gran altura.

Non obstante, a medida que aumenta o grao de superposición, aumentará o número de fotografías aéreas e tamén aumentará o tempo de procesamento de datos.

2 A Influencia de distancia focal on 3D Calidade de modelización de edificios altos

Fixemos tal conclusión no contido anterior:Para edificio de fachada 3D escenas de modelado, canto maior sexa a distancia focal, peor será o modelado calidade. Non obstante, para o modelado en 3D de áreas de gran altura, é necesaria unha distancia focal máis longa para garantir a calidade do modelado. Como se mostra a continuación:

Baixo as condicións da mesma resolución e grao de superposición, a lente de distancia focal longa pode garantir o grao de superposición real do tellado e unha altura de voo suficientemente segura para conseguir unha mellor calidade de modelado de edificios de gran altura.

Por exemplo, cando a cámara oblicua DG4pros se usa para facer modelado en 3D de edificios altos, non só pode acadar unha boa calidade de modelado, senón que a precisión aínda pode chegar a 1: 500 requisitos de levantamento catastral, que é a vantaxe da longa focal. lentes de lonxitude.

Caso: Un caso de éxito da fotografía oblicua

10 cámaras oblicuas da serie RIY-Pros

Para conseguir unha mellor calidade de modelado, baixo a premisa da mesma resolución, é necesario garantir a suficiente superposición e os grandes campos de visión. Para rexións con grandes diferenzas de altura do terreo ou edificios de gran altura, a distancia focal da lente tamén é un factor importante que afecta a calidade do modelado. Baseándose nos principios anteriores, as cámaras oblicuas da serie Rainpoo RIY-Pros realizaron as seguintes tres optimizacións na lente:

1 Cambia a disposición da lenteses

Para as cámaras oblicuas da serie Pros, a sensación máis intuitiva é que a súa forma cambia de redondo a cadrado. A razón máis directa deste cambio é que o deseño das lentes cambiou.

A vantaxe deste deseño é que o tamaño da cámara pode ser deseñado para ser máis pequeno e o peso pode ser relativamente máis lixeiro. Non obstante, esta disposición fará que o grao de superposición das lentes oblicuas esquerda e dereita sexa inferior ao das perspectivas frontal, media e traseira: é dicir, a área da sombra A é menor que a área da sombra B.

Como mencionamos antes, para mellorar a eficiencia do voo, a superposición lateral é xeralmente menor que a superposición de rumbo, e este "diseño envolvente" reducirá aínda máis a superposición lateral, polo que o modelo 3D lateral será máis pobre que o 3D de rumbo. modelo.

Entón, para a serie RIY-Pros, Rainpoo cambiou a disposición das lentes a: disposición paralela. Como se mostra a continuación:

Este deseño sacrificará parte da forma e do peso, pero a vantaxe é que pode garantir unha superposición lateral suficiente e conseguir unha mellor calidade de modelado. Na planificación real do voo, os RIY-Pros poden incluso reducir algunhas superposicións laterais para mellorar a eficiencia do voo.

2 Axuste o ángulo da oblicuo lenses

A vantaxe do "diseño paralelo" é que non só garante unha superposición suficiente, senón que tamén aumenta o FOV lateral e pode recoller máis información de textura dos edificios.

Sobre esta base, tamén aumentamos a distancia focal das lentes oblicuas para que o seu bordo inferior coincidise co bordo inferior do deseño envolvente anterior, aumentando aínda máis a vista lateral do ángulo, como se mostra na seguinte figura:

A vantaxe deste deseño é que aínda que se cambia o ángulo das lentes oblicuas, non afecta a eficiencia do voo. E despois de que o FOV das lentes laterais mellore moito, pódense recoller máis datos de información de fachada e, por suposto, mellora a calidade do modelado.

Os experimentos de contraste tamén mostran que, en comparación co deseño tradicional das lentes, o deseño da serie Pros realmente pode mellorar a calidade lateral dos modelos 3D.

A esquerda é o modelo 3D construído pola cámara de deseño tradicional e a dereita o modelo 3D construído pola cámara Pros.

3 Aumenta a distancia focal do lentes oblicuas

As lentes das cámaras oblicuas RIY-Pros cámbianse do tradicional "diseño envolvente" a un "diseño paralelo" e tamén aumentará a relación entre a resolución do punto próximo e a resolución do punto afastado das fotos tomadas con lentes oblicuas.

Para garantir que a relación non supere o valor crítico, a distancia focal das lentes oblicuas Pros aumenta nun 5% ~ 8% que antes.

Nome	Riy-DG3 Pros
Peso	710 g
Dimensión	13014299,5 mm
Tipo de sensor	APS-C
Tamaño CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Tamaño físico do píxel	3,9 um
Píxeles totais	120 MP
Intervalo de tempo mínimo de exposición	0,8 s
Modo de exposición da cámara	Exposición isocrónica/isométrica
distancia focal	28 mm/43 mm
Fonte de alimentación	Subministro uniforme (alimentación por dron)
capacidade de memoria	640G
Descarga de datos rápida	≥80 M/s
Temperatura de traballo	-10°C~+40°C
Actualizacións de firmware	Gratis
Taxa IP	IP 43