R&D линия от продуктовата серия на Rainpoo

Чрез въвеждането на Как фокусното разстояние влияе на резултатите от 3D моделирането, можете да имате предварително разбиране за връзката между фокусното разстояние и FOV. От настройката на параметрите на полета до процеса на 3D моделиране, тези два параметъра винаги имат своето място. И така, какъв ефект имат тези два параметъра върху резултатите от 3D моделирането? В тази статия ще представим как Rainpoo открива връзката в процеса на научноизследователска и развойна дейност на продукта и как да намерим баланс между противоречието между височината на полета и резултата от 3D модела.

1、От D2 до D3

RIY-D2 е продукт, специално разработен за проекти по кадастрално заснемане. Това е и най-ранната наклонена камера, която приема падащ и вътрешен дизайн на обектива. D2 има висока точност на моделиране и добро качество на моделиране, което е подходящо за моделиране на сцени с равен терен и не твърде високи етажи. Въпреки това, за голям спад, сложен терен и топография (включително високоволтови линии, комини, базови станции и други високи сгради), безопасността на полета на дрона ще бъде голям проблем.

При реални операции някои клиенти не са планирали добра височина на полета, което е накарало дрона да окачи високоволтови линии или да удари базовата станция; Или въпреки че някои дронове имаха късмета да преминат през опасните места, те откриха, че дроновете са много близо до опасните места, когато провериха въздушните снимки. Тези опасности и скрити опасности често причиняват огромни имуществени загуби на клиентите.

На снимката се вижда базова станция, можете да видите, че е много близо до дрона, има голяма вероятност да се удари Ето защо много клиенти ни дадоха предложения: Може ли наклонена камера с голямо фокусно разстояние да бъде проектирана така, че да направи височината на полета на дрона по-висока и да направи полета по-безопасен? Въз основа на нуждите на клиентите, базирани на D2, ние разработихме версия с голямо фокусно разстояние, наречена RIY-D3. В сравнение с D2, при същата резолюция, D3 може да увеличи височината на полета на дрона с около 60%.

По време на R&D на D3, ние винаги сме вярвали, че по-голямото фокусно разстояние може да има по-висока височина на полета, по-добро качество на моделиране и по-висока точност. Но след действителната работа открихме, че не беше както се очакваше, в сравнение с D2, 3D моделът, създаден от D3, беше сравнително напрегнат, а ефективността на работа беше сравнително ниска.

име	Riy-D2/D3
Тегло	850гр
Измерение	19018088 мм
Тип сензор	APS-C
CMOS размер	23,5 мм × 15,6 мм
Физически размер на пиксела	3.9um
Общо пиксели	120MP
Минимален интервал от време на експозиция	1s
Режим на експозиция на камерата	Изохронична/изометрична експозиция
фокусно разстояние	20 мм/35 мм за D235 мм/50 мм за D3
Захранване	Еднакво захранване (захранване от дрон)
капацитет на паметта	320G
Изтеглянето на данни е ускорено	≥70M/s
Работна температура	-10°C~+40°C
Актуализации на фърмуера	Безплатно
IP процент	IP 43

2、Връзката между фокусното разстояние и качеството на моделиране

Връзката между фокусното разстояние и качеството на моделиране не е лесна за разбиране за повечето клиенти и дори много производители на наклонени камери погрешно вярват, че обективът с голямо фокусно разстояние е полезен за качеството на моделирането.

Действителната ситуация тук е: при предпоставката, че другите параметри са същите, за фасадата на сградата, колкото по-голямо е фокусното разстояние, толкова по-лошо е равенството на моделирането. За каква логическа връзка става дума тук?

В последната чл Как фокусното разстояние влияе на резултатите от 3D моделирането споменахме, че:

При предпоставката, че другите параметри са едни и същи, фокусното разстояние ще повлияе само на височината на полета. Както е показано на горната фигура, има две различни фокусни лещи, червеното показва дълга фокусна леща, а синьото показва къса фокусна леща. Максималният ъгъл, образуван от дългата фокусна леща и стената, е α, а максималният ъгъл, образуван от късата фокусна леща и стената, е β. Очевидно:

Какво означава този "ъгъл"? Колкото по-голям е ъгълът между ръба на FOV на обектива и стената, толкова по-хоризонтален е обективът спрямо стената. При събиране на информация за фасадите на сградите, късите фокусни лещи могат да събират информация за стените по-хоризонтално, а базираните на нея 3D модели могат по-добре да отразяват текстурата на фасадата. Следователно, за сцени с фасади, колкото по-късо е фокусното разстояние на обектива, толкова по-богата е събраната информация за фасадата и толкова по-добро е качеството на моделирането.

За сгради със стрехи, при една и съща разделителна способност на земята, колкото по-голямо е фокусното разстояние на обектива, колкото по-висока е височината на полета на дрона, толкова повече слепи петна под стрехите, толкова по-лошо ще бъде качеството на моделирането. Така че в този сценарий D3 с обектив с по-дълго фокусно разстояние не може да се конкурира с D2 с обектив с по-късо фокусно разстояние.

3、Противоречието между височината на полета на дрона и качеството на 3D модела

Според логическата връзка на фокусното разстояние и качеството на модела, ако фокусното разстояние на обектива е достатъчно кратко и ъгълът на FOV е достатъчно голям, изобщо не е необходима многообективна камера. Супер широкоъгълен обектив (обектив рибешко око) може да събира информация във всички посоки. Както е показано по-долу:

Не е ли добре да проектирате фокусното разстояние на обектива възможно най-кратко?

Да не говорим за проблема с голямото изкривяване, причинено от ултра-късото фокусно разстояние. Ако фокусното разстояние на орто обектива на наклонената камера е проектирано да бъде 10 mm и данните се събират с разделителна способност от 2 cm, височината на полета на дрона е само 51 метра.

Очевидно, ако дронът е оборудван с наклонена камера, проектирана по този начин да върши работа, определено ще бъде опасно.

PS: Въпреки че ултраширокоъгълният обектив има ограничено използване на сцени при моделиране на наклонена фотография, той има практическо значение за моделирането на Lidar. Преди това една известна компания Lidar комуникира с нас, надявайки се да проектираме широкоъгълна антенна камера с обектив, монтирана с Lidar, за интерпретиране на наземни обекти и събиране на текстури.

4、От D3 до DG3

Изследванията и разработките на D3 ни накараха да осъзнаем, че за наклонена фотография фокусното разстояние не може да бъде монотонно дълго или кратко. Дължината е тясно свързана с качеството на модела, ефективността на работа и височината на полета. Така че в изследванията и разработката на обективи първият въпрос, който трябва да разгледате, е: как да настроите фокусните разстояния на обективите?

Въпреки че късият фокус има добро качество на моделиране, но височината на полета е ниска, не е безопасно за полета на дрона. За да се гарантира безопасността на дроните, фокусното разстояние трябва да бъде проектирано по-дълго, но по-голямото фокусно разстояние ще повлияе на ефективността на работа и качеството на моделиране. Съществува известно противоречие между височината на полета и качеството на 3D моделиране. Трябва да търсим компромис между тези противоречия.

Така че след D3, въз основа на нашето цялостно разглеждане на тези противоречиви фактори, ние разработихме наклонената камера DG3. DG3 взема предвид както качеството на 3D моделиране на D2, така и височината на полета на D3, като също така добавя система за разсейване на топлината и прах, така че да може да се използва и на дронове с фиксирано крило или VTOL. DG3 е най-популярната наклонена камера за Rainpoo, тя е и най-широко използваната наклонена камера на пазара.

име	Riy-DG3
Тегло	650гр
Измерение	17016080 мм
Тип сензор	APS-C
CCD размер	23,5 мм × 15,6 мм
Физически размер на пиксела	3.9um
Общо пиксели	120MP
Минимален интервал от време на експозиция	0.8s
Режим на експозиция на камерата	Изохронична/изометрична експозиция
фокусно разстояние	28 мм/40 мм
Захранване	Еднакво захранване (захранване от дрон)
капацитет на паметта	320/640G
Изтеглянето на данни е ускорено	≥80M/s
Работна температура	-10°C~+40°C
Актуализации на фърмуера	Безплатно
IP процент	IP 43

5、От DG3 до DG3Pros

Наклонената камера от серия RIY-Pros може да постигне по-добро качество на моделиране. И така, какъв специален дизайн имат професионалистите в оформлението на обектива и настройката на фокусното разстояние? В този брой ще продължим да представяме логиката на дизайна зад параметрите Pros.

6、Наклонен ъгъл на обектива и качество на моделиране

Предишното съдържание споменава такъв изглед: колкото по-късо е фокусното разстояние, толкова по-голям е зрителният ъгъл, толкова повече информация за фасадата на сградата може да се събере и толкова по-добро е качеството на моделирането.

В допълнение към задаване на разумно фокусно разстояние, разбира се, можем да използваме и друг начин за подобряване на ефекта на моделиране: директно увеличаване на ъгъла на наклонените лещи, което също може да събира по-богата информация за фасадата.

Но всъщност, въпреки че задаването на по-голям наклонен ъгъл може да подобри качеството на моделиране, има и два странични ефекта:

1: Работната ефективност ще намалее. С увеличаването на наклонения ъгъл външното разширяване на маршрута на полета също ще се увеличи много. Когато наклонният ъгъл надвиши 45 °, ефективността на полета ще спадне рязко.

Например, професионалната въздушна камера Leica RCD30, нейният наклонен ъгъл е само 30 °, една от причините за този дизайн е да се повиши ефективността на работа.

2: Ако наклоненият ъгъл е твърде голям, слънчевата светлина лесно ще влезе в камерата, причинявайки отблясъци (особено сутрин и следобед в мрачен ден). Наклонената камера Rainpoo е първата, която приема вътрешния дизайн на обектива. Този дизайн е еквивалентен на добавяне на сенник към обективите, за да се предотврати влиянието му от наклонената слънчева светлина.

Особено за малките дронове, като цяло, техните нагласи за полет са сравнително лоши. След като наклоненият ъгъл на обектива и позицията на дрона се наслагват, разсеяната светлина може лесно да влезе в камерата, допълнително засилвайки проблема с отблясъците.

7、Припокриване на маршрута и качество на моделиране

Според опита, за да се гарантира качеството на модела, за всеки обект в космоса е най-добре да се покрие информацията за текстурата на петте групи лещи по време на полет.

Това е лесно за разбиране. Например, ако искаме да изградим 3D модел на древна сграда, качеството на моделиране на кръговия полет трябва да бъде много по-добро от качеството на правене само на няколко снимки от четири страни.

Колкото повече покрити снимки, толкова повече пространствена и текстурна информация съдържа и толкова по-добро е качеството на моделирането. Това е значението на припокриването на маршрута на полета за наклонена фотография.

Степента на припокриване е един от ключовите фактори, които определят качеството на 3D модела. В общата сцена на наклонената фотография честотата на припокриване е предимно 80% в посока и 70% встрани (действителните данни са излишни).

Всъщност със сигурност е най-добре да имате еднаква степен на припокриване за странично, но твърде голямото странично припокриване драстично ще намали ефективността на полета (особено за дронове с фиксирано крило), така че въз основа на ефективността общото странично припокриване ще бъде по-ниско от припокриване на заглавията.

Съвети: Като се има предвид ефективността на работа, степента на припокриване не е възможно най-висока. След превишаване на определен "стандарт", подобряването на степента на припокриване има ограничен ефект върху 3D модела. Според нашата експериментална обратна връзка, понякога увеличаването на припокриването всъщност ще намали качеството на модела. Например, за сцена за моделиране с разделителна способност 3 ~ 5 cm, качеството на моделиране с по-ниска степен на припокриване понякога е по-добро от по-високата степен на припокриване.

8、Разликата между теоретичното припокриване и действителното припокриване

Преди полета ние задаваме 80% направление и 70% странично припокриване, което е само теоретичното припокриване. По време на полета дронът ще бъде засегнат от въздушния поток,и промяната в отношението ще доведе до това, че действителното припокриване е по-малко от теоретичното.

Като цяло, независимо дали е дрон с няколко ротора или с фиксирано крило, колкото по-лоша е позицията на полета, толкова по-лошо е качеството на 3D модела. Тъй като по-малките многороторни или дронове с фиксирано крило са по-леки по тегло и по-малки по размер, те са податливи на смущения от външен въздушен поток. Тяхното отношение към полета като цяло не е толкова добро, колкото това на дронове със средни/големи многоротори или дронове с фиксирано крило, което води до действителната степен на припокриване в определена земна зона не е достатъчна, което в крайна сметка се отразява на качеството на моделирането.

9、Трудности при 3D моделиране на високи сгради

С увеличаването на височината на сградата ще се увеличава и трудността на 3D моделирането. Едното е, че високата сграда ще увеличи риска от полета на дрона, а второто е, че с увеличаване на височината на сградата припокриването на високите части рязко спада, което води до лошо качество на 3D модела.

1 Влиянието на увеличаващото се припокриване върху 3D Моделиране на качеството на високите сгради

За горния проблем много опитни клиенти са намерили решение: увеличаване на степента на припокриване. Всъщност с увеличаването на степента на припокриване ефектът на модела ще бъде значително подобрен. Следва сравнение на експериментите, които направихме:

Чрез горното сравнение ще установим, че: увеличаването на степента на припокриване има малко влияние върху качеството на моделиране на нискоетажни сгради; но има голямо влияние върху качеството на моделиране на високи сгради.

Въпреки това, с увеличаване на степента на припокриване, броят на въздушните снимки ще се увеличи и времето за обработка на данните също ще се увеличи.

2 Влиянието на фокусно разстояние На 3D Моделиране на качеството на високите сгради

Ние направихме такова заключение в предишното съдържание:За фасадна сграда 3D моделиране на сцени, колкото по-дълго е фокусното разстояние, толкова по-лошо е моделирането качество. Въпреки това, за 3D моделиране на високи площи е необходимо по-голямо фокусно разстояние, за да се гарантира качеството на моделирането. Както е показано по-долу:

При условията на една и съща разделителна способност и степен на припокриване, обективът с голямо фокусно разстояние може да осигури действителната степен на припокриване на покрива и достатъчно безопасна височина на полета за постигане на по-добро качество на моделиране на високи сгради.

Например, когато наклонената камера DG4pros се използва за извършване на 3D моделиране на високи сгради, тя не само може да постигне добро качество на моделиране, но точността все още може да достигне изискванията за кадастрално заснемане 1: 500, което е предимството на дългия фокус дълги лещи.

Случай: Успешен случай на наклонена фотография

Наклонени камери от серия 10、RIY-Pros

За да се постигне по-добро качество на моделиране, при предпоставката за същата разделителна способност, е необходимо да се осигури достатъчно припокриване и големи зрителни полета. За региони с големи разлики във височината на терена или високи сгради, фокусното разстояние на обектива също е важен фактор, който влияе върху качеството на моделирането. Въз основа на горните принципи, наклонените камери от серията Rainpoo RIY-Pros са направили следните три оптимизации на обектива:

1 Променете оформлението на обективасес

За наклонените камери от серията Pros, най-интуитивното усещане е, че формата им се променя от кръгла към квадратна. Най-пряката причина за тази промяна е, че оформлението на лещите се е променило.

Предимството на това оформление е, че размерът на камерата може да бъде проектиран да бъде по-малък, а теглото може да бъде относително по-леко. Въпреки това, това оформление ще доведе до степента на припокриване на лявата и дясната наклонени лещи да е по-ниска от тази на предната, средната и задна перспектива: тоест площта на сянката A е по-малка от площта на сянката B.

Както споменахме по-горе, за да се подобри ефективността на полета, страничното припокриване обикновено е по-малко от припокриването на курса и това „оформяне на съраунд“ допълнително ще намали страничното припокриване, поради което страничният 3D модел ще бъде по-лош от 3D заглавието модел.

Така че за серията RIY-Pros, Rainpoo промени оформлението на лещите на: паралелно оформление. Както е показано по-долу:

Това оформление ще пожертва част от формата и теглото, но предимството е, че може да осигури достатъчно странично припокриване и да постигне по-добро качество на моделиране. При реалното планиране на полета, RIY-Pros могат дори да намалят някои странични припокривания, за да подобрят ефективността на полета.

2 Регулирайте ъгъла на наклонена lenсеs

Предимството на „паралелното оформление“ е, че то не само осигурява достатъчно припокриване, но също така увеличава страничния FOV и може да събира повече информация за текстурата на сградите.

На тази основа също така увеличихме фокусното разстояние на наклонените лещи, така че долният му ръб да съвпадне с долния ръб на предишното оформление на „оформяне на съраунд“, като допълнително увеличихме страничния изглед на ъгъла, както е показано на следващата фигура:

Предимството на това оформление е, че въпреки че ъгълът на наклонените лещи се променя, това не се отразява на ефективността на полета. И след като FOV на страничните лещи се подобри значително, могат да се съберат повече информация за фасадата и качеството на моделиране, разбира се, се подобрява.

Експериментите с контраста показват също, че в сравнение с традиционното оформление на лещите, оформлението на серията Pros може наистина да подобри страничното качество на 3D моделите.

Отляво е 3D моделът, изграден от традиционната камера за оформление, а отдясно е 3D моделът, създаден от камерата Pros.

3 Увеличете фокусното разстояние на наклонени лещи

Обективите на наклонените камери на RIY-Pros са променени от традиционното „съраунд оформление“ на „паралелно оформление“, като съотношението на разделителната способност в близката точка към разделителната способност на далечната точка на снимките, направени от наклонени лещи, също ще се увеличи.

За да се гарантира, че съотношението не надвишава критичната стойност, фокусното разстояние на косите лещи Pros е увеличено с 5% ~ 8% от преди.

име	Riy-DG3 Професионалисти
Тегло	710гр
Измерение	13014299,5 мм
Тип сензор	APS-C
CCD размер	23,5 мм × 15,6 мм
Физически размер на пиксела	3.9um
Общо пиксели	120MP
Минимален интервал от време на експозиция	0.8s
Режим на експозиция на камерата	Изохронична/изометрична експозиция
фокусно разстояние	28 мм/43 мм
Захранване	Еднакво захранване (захранване от дрон)
капацитет на паметта	640G
Изтеглянето на данни е ускорено	≥80M/s
Работна температура	-10°C~+40°C
Актуализации на фърмуера	Безплатно
IP процент	IP 43