Linha de P&D da série de produtos Rainpoo

Através da introdução de Como o comprimento focal afeta os resultados da modelagem 3D, você pode ter uma compreensão preliminar da conexão entre o comprimento focal e o FOV. Desde a configuração dos parâmetros de voo até o processo de modelagem 3D, esses dois parâmetros sempre têm seu lugar. Então, que efeito esses dois parâmetros têm nos resultados da modelagem 3D? Neste artigo, vamos apresentar como Rainpoo descobriu a conexão no processo de P&D do produto e como encontrar um equilíbrio entre a contradição entre a altura de vôo e o resultado do modelo 3D.

1 、 De D2 a D3

RIY-D2 é um produto desenvolvido especialmente para projetos de levantamento cadastral. É também a primeira câmera oblíqua que adota um design de lente suspensa e interna. O D2 tem alta precisão de modelagem e boa qualidade de modelagem, o que é adequado para modelagem de cenas com terreno plano e pisos não muito altos. No entanto, para grandes quedas, terreno complexo e topografia (incluindo linhas de alta voltagem, chaminés, estações base e outros prédios altos), a segurança do vôo do drone será um grande problema.

Em operações reais, alguns clientes não planejaram uma boa altura de vôo, o que fez com que o drone pendurasse as linhas de alta tensão ou atingisse a estação base; Ou mesmo que alguns drones tenham a sorte de passar pelos locais perigosos, eles só descobriram que os drones estavam muito próximos dos locais perigosos quando verificaram as fotos aéreas. Esses perigos e perigos ocultos costumam causar enormes perdas de propriedades aos clientes.

Uma estação base aparece na foto, você pode ver que ela está muito perto do drone, com grande probabilidade de acertar Portanto, muitos clientes nos deram sugestões: Uma câmera oblíqua de longa distância focal pode ser projetada para aumentar a altura de vôo do drone e torná-lo mais seguro? Com base nas necessidades do cliente, com base em D2, desenvolvemos uma versão de longa distância focal chamada RIY-D3. Comparado com D2, na mesma resolução, D3 pode aumentar a altura de vôo do drone em cerca de 60%.

Durante a P&D de D3, sempre acreditamos que uma distância focal mais longa pode ter uma altura de vôo maior, melhor qualidade de modelagem e maior precisão. Mas depois do trabalho real, descobrimos que não era o esperado, em comparação com o D2, o modelo 3D construído pelo D3 estava relativamente tenso e a eficiência do trabalho era relativamente baixa.

Nome	Riy-D2 / D3
Peso	850g
Dimensão	190 * 180 * 88 mm
Tipo de sensor	APS-C
CMOS a tamanho	23,5 mm × 15,6 mm
Tamanho físico do pixel	3,9um
Pixels totais	120 MP
Intervalo de tempo mínimo de exposição	1s
Modo de exposição da câmera	Exposição isocrônica / isométrica
comprimento focal	20mm / 35mm para D235mm / 50mm para D3
Fonte de energia	Fornecimento uniforme (energia por drone)
capacidade de memória	320G
Velocidade de download de dados	≥70M / s
Temperatura de trabalho	-10 ° C ~ + 40 ° C
Atualizações de firmware	De graça
Taxa de IP	IP 43

2 、 A conexão entre comprimento focal e qualidade de modelagem

A conexão entre a distância focal e a qualidade da modelagem não é fácil para a maioria dos clientes entender, e até mesmo muitos fabricantes de câmeras oblíquas acreditam erroneamente que uma lente de longa distância focal é útil para a qualidade da modelagem.

A situação real aqui é: na premissa de que os outros parâmetros são os mesmos, para a fachada do edifício, quanto maior o comprimento focal, pior a igualdade de modelagem. Que tipo de relação lógica está envolvida aqui?

No último ártico Como o comprimento focal afeta os resultados da modelagem 3D mencionamos que:

Sob a premissa de que outros parâmetros são iguais, o comprimento focal afetará apenas a altura de vôo. Conforme mostrado na figura acima, existem duas lentes focais diferentes, o vermelho indica uma lente focal longa e o azul indica uma lente focal curta. O ângulo máximo formado pela lente focal longa e a parede é α, e o ângulo máximo formado pela lente focal curta e a parede é β. Obviamente:

O que esse “ângulo” significa? Quanto maior o ângulo entre a borda do FOV da lente e a parede, mais horizontal será a lente em relação à parede. Ao coletar informações sobre fachadas de edifícios, as lentes focais curtas podem coletar informações da parede mais horizontalmente, e os modelos 3D baseados nelas podem refletir melhor a textura da fachada. Portanto, para cenas com fachadas, quanto menor for a distância focal da lente, mais rica será a informação de fachada coletada e melhor será a qualidade de modelagem.

Para edifícios com beirais, sob a condição de mesma resolução do solo, quanto maior a distância focal da lente, maior será a altura de voo do drone, mais pontos cegos sob os beirais e pior será a qualidade da modelagem. Portanto, neste cenário, a D3 com uma lente de distância focal mais longa não pode competir com a D2 com uma lente de distância focal mais curta.

3 、 A contradição entre a altura de vôo do drone e a qualidade do modelo 3D

De acordo com a conexão lógica da distância focal e a qualidade do modelo, se a distância focal da lente for curta o suficiente e o ângulo FOV for grande o suficiente, nenhuma câmera multi-lente será necessária. Uma lente super grande angular (lente olho de peixe) pode coletar as informações de todas as direções. Como mostrado abaixo:

Não é bom projetar a distância focal da lente o mais curta possível?

Sem mencionar o problema de grande distorção causada pela distância focal ultracurta. Se a distância focal da lente orto da câmera oblíqua for projetada para ser de 10 mm e os dados forem coletados com uma resolução de 2 cm, a altura de vôo do drone será de apenas 51 metros.

Obviamente, se o drone estiver equipado com uma câmera oblíqua projetada dessa forma para fazer trabalhos, será definitivamente perigoso.

PS: Embora a lente ultra grande angular tenha limitado o uso de cenas na modelagem fotográfica oblíqua, ela tem um significado prático para a modelagem Lidar. Anteriormente, uma famosa empresa Lidar havia se comunicado conosco, esperando que projetássemos uma câmera aérea de lente grande angular, montada com o Lidar, para interpretação de objetos no solo e coleta de texturas.

4 、 De D3 a DG3

O P&D da D3 nos fez perceber que, para a fotografia oblíqua, a distância focal não pode ser monotonamente longa ou curta. O comprimento está intimamente relacionado com a qualidade do modelo, a eficiência de trabalho e a altura do vôo. Portanto, em P&D de lentes, a primeira questão a se considerar é: como definir as distâncias focais das lentes?

Embora o focal curto tenha boa qualidade de modelagem, mas a altura de vôo seja baixa, não é seguro para vôo de drones. Para garantir a segurança dos drones, a distância focal deve ser projetada mais longa, mas uma distância focal mais longa afetará a eficiência de trabalho e a qualidade da modelagem. Existe uma certa contradição entre a altura de vôo e a qualidade da modelagem 3D. Devemos buscar um compromisso entre essas contradições.

Portanto, após a D3, com base em nossa consideração abrangente desses fatores contraditórios, desenvolvemos a câmera oblíqua DG3. O DG3 leva em consideração a qualidade de modelagem 3D do D2 e a altura de vôo do D3, ao mesmo tempo em que adiciona um sistema de dissipação de calor e remoção de poeira, de modo que também pode ser usado em drones de asa fixa ou VTOL. DG3 é a câmera oblíqua mais popular para Rainpoo e também a câmera oblíqua mais usada no mercado.

Nome	Riy-DG3
Peso	650g
Dimensão	170 * 160 * 80 mm
Tipo de sensor	APS-C
Tamanho CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Tamanho físico do pixel	3,9um
Pixels totais	120 MP
Intervalo de tempo mínimo de exposição	0,8 s
Modo de exposição da câmera	Exposição isocrônica / isométrica
comprimento focal	28mm / 40mm
Fonte de energia	Fornecimento uniforme (energia por drone)
capacidade de memória	320 / 640G
Velocidade de download de dados	≥80M / s
Temperatura de trabalho	-10 ° C ~ + 40 ° C
Atualizações de firmware	De graça
Taxa de IP	IP 43

5 、 De DG3 para DG3Pros

A câmera oblíqua da série RIY-Pros pode alcançar uma melhor qualidade de modelagem. Então, que design especial os Profissionais têm no layout da lente e na configuração do comprimento focal? Nesta edição, continuaremos a apresentar a lógica de design por trás dos parâmetros Pros.

6 、 Ângulo oblíquo da lente e qualidade de modelagem

O conteúdo anterior mencionou essa visão: quanto menor o comprimento focal, maior o ângulo de visão, mais informações sobre a fachada do edifício podem ser coletadas e melhor é a qualidade da modelagem.

Além de definir uma distância focal razoável, é claro, também podemos usar outra maneira de melhorar o efeito de modelagem: aumentar diretamente o ângulo das lentes oblíquas, que também podem coletar informações de fachada mais abundantes.

Mas, na verdade, embora definir um ângulo oblíquo maior possa melhorar a qualidade da modelagem, também existem dois efeitos colaterais:

1: A eficiência de trabalho será reduzida. Com o aumento do ângulo oblíquo, a expansão para fora da rota de vôo também aumentará muito. Quando o ângulo oblíquo excede 45 °, a eficiência de vôo cairá drasticamente.

Por exemplo, a câmera aérea profissional Leica RCD30, seu ângulo oblíquo é de apenas 30 °, uma das razões para este projeto é aumentar a eficiência de trabalho.

2: Se o ângulo oblíquo for muito grande, a luz do sol entrará facilmente na câmera, causando reflexo (especialmente na manhã e tarde de um dia nublado). A câmera oblíqua Rainpoo é a primeira a adotar o design de lente interna. Este design é equivalente a adicionar um capuz às lentes para evitar que sejam afetadas pela luz solar oblíqua.

Especialmente para pequenos drones, em geral, suas atitudes de vôo são relativamente ruins. Depois que o ângulo oblíquo da lente e a atitude do drone são sobrepostos, a luz dispersa pode facilmente entrar na câmera, amplificando ainda mais o problema de brilho.

7 、 Sobreposição de rota e qualidade de modelagem

De acordo com a experiência, para garantir a qualidade do modelo, para qualquer objeto no espaço, é melhor cobrir as informações de textura dos cinco grupos de lentes durante o vôo.

Isso é fácil de entender. Por exemplo, se quisermos construir um modelo 3D de um edifício antigo, a qualidade da modelagem do vôo circular deve ser muito melhor do que a qualidade de tirar apenas algumas fotos nos quatro lados.

Quanto mais fotos cobertas, mais informações espaciais e de textura contêm e melhor é a qualidade da modelagem. Este é o significado da sobreposição de rota de vôo para a fotografia oblíqua.

O grau de sobreposição é um dos principais fatores que determinam a qualidade do modelo 3D. Na cena geral da fotografia oblíqua, a taxa de sobreposição é principalmente de 80% na direção e 70% nas laterais (os dados reais são redundantes).

Na verdade, é certamente melhor ter o mesmo grau de sobreposição para os lados, mas a sobreposição lateral muito alta reduzirá drasticamente a eficiência de voo (especialmente para drones de asa fixa), portanto, com base na eficiência, a sobreposição lateral geral será menor do que sobreposição de título.

Dicas: Considerando a eficiência de trabalho, o grau de sobreposição não é o mais alto possível. Depois de exceder um certo "padrão", melhorar o grau de sobreposição tem um efeito limitado no modelo 3D. De acordo com nosso feedback experimental, às vezes aumentar a sobreposição reduzirá realmente a qualidade do modelo. Por exemplo, para uma cena de modelagem com resolução de 3 ~ 5 cm, a qualidade de modelagem do grau de sobreposição inferior às vezes é melhor do que o grau de sobreposição superior.

8 、 A diferença entre a sobreposição teórica e a sobreposição real

Antes do vôo, definimos 80% de rumo e 70% de sobreposição lateral, que é apenas a sobreposição teórica. No vôo, o drone será afetado pelo fluxo de ar,e a mudança de atitude fará com que a sobreposição real seja menor do que a sobreposição teórica.

Em geral, seja um drone multi-rotor ou de asa fixa, quanto pior a atitude de vôo, pior é a qualidade do modelo 3D. Como os drones menores com múltiplos rotores ou asas fixas são mais leves e menores em tamanho, eles são suscetíveis à interferência do fluxo de ar externo. Sua atitude de vôo geralmente não é tão boa quanto a de drones de asa fixa ou multi-rotor de médio / grande porte, resultando no grau de sobreposição real em alguma área de solo não é suficiente, o que acaba afetando a qualidade da modelagem.

9 、 Dificuldades na modelagem 3D de edifícios altos

Conforme a altura do edifício aumenta, a dificuldade de modelagem 3D aumenta. Uma é que o prédio aumentará o risco de voo do drone e a segunda é que, à medida que a altura do prédio aumenta, a sobreposição das partes do prédio cai drasticamente, resultando em má qualidade do modelo 3D.

1 A influência do aumento da sobreposição em 3D Qualidade de modelagem de edifícios altos

Para o problema acima, muitos clientes experientes encontraram uma solução: aumente o grau de sobreposição. De fato, com o aumento do grau de sobreposição, o efeito do modelo será muito melhorado. A seguir está uma comparação dos experimentos que fizemos:

Por meio da comparação acima, descobriremos que: o aumento no grau de sobreposição tem pouca influência na qualidade da modelagem de edifícios baixos; mas tem grande influência na qualidade de modelagem de edifícios altos.

No entanto, à medida que o grau de sobreposição aumenta, o número de fotos aéreas aumenta e o tempo para processamento de dados também aumenta.

2 A influência de comprimento focal sobre 3D Qualidade de modelagem de edifícios altos

Chegamos a essa conclusão no conteúdo anterior:Para construção de fachada 3D modelagem de cenas, quanto maior o comprimento focal, pior a modelagem qualidade. No entanto, para a modelagem 3D de áreas altas, uma distância focal maior é necessária para garantir a qualidade da modelagem. Como mostrado abaixo:

Sob as condições de mesma resolução e grau de sobreposição, a lente de longa distância focal pode garantir o grau de sobreposição real do telhado e uma altura de vôo suficientemente segura para alcançar uma melhor qualidade de modelagem de edifícios altos.

Por exemplo, quando a câmera oblíqua DG4pros é usada para fazer modelagem 3D de edifícios altos, ela não só consegue obter uma boa qualidade de modelagem, mas a precisão ainda pode chegar a 1: 500 requisitos de levantamento cadastral, que é a vantagem do foco longo lentes de comprimento.

Caso: Um caso de sucesso de fotografia oblíqua

10 câmeras oblíquas da série RIY-Pros

Para obter uma melhor qualidade de modelagem, sob a premissa da mesma resolução, é necessário garantir sobreposição suficiente e grandes campos de visão. Para regiões com grandes diferenças de altura de terreno ou edifícios altos, a distância focal da lente também é um fator importante que afeta a qualidade da modelagem. Com base nos princípios acima, as câmeras oblíquas da série Rainpoo RIY-Pros fizeram as seguintes três otimizações nas lentes:

1 Mude o layout do lenses

Para as câmeras oblíquas da série Pros, a sensação mais intuitiva é que sua forma muda de redonda para quadrada. O motivo mais direto para essa mudança é que o layout das lentes mudou.

A vantagem desse layout é que o tamanho da câmera pode ser projetado para ser menor e o peso pode ser relativamente mais leve. No entanto, esse layout resultará no grau de sobreposição das lentes oblíquas esquerda e direita sendo inferior ao das perspectivas frontal, média e traseira: ou seja, a área da sombra A é menor do que a área da sombra B.

Como mencionamos antes, a fim de melhorar a eficiência do voo, a sobreposição lateral é geralmente menor do que a sobreposição de rumo, e este "layout surround" reduzirá ainda mais a sobreposição lateral, razão pela qual o modelo 3D lateral será mais pobre do que o de rumo 3D modelo.

Portanto, para a série RIY-Pros, Rainpoo mudou o layout das lentes para: layout paralelo. Como mostrado abaixo:

Esse layout sacrificará parte da forma e do peso, mas a vantagem é que pode garantir uma sobreposição lateral suficiente e obter uma melhor qualidade de modelagem. No planejamento de voo real, o RIY-Pros pode até reduzir algumas sobreposições laterais para melhorar a eficiência do voo.

2 Ajuste o ângulo do oblíquo lenses

A vantagem do “layout paralelo” é que ele não apenas garante uma sobreposição suficiente, mas também aumenta o FOV lateral e pode coletar mais informações de textura de edifícios.

Com base nisso, também aumentamos a distância focal das lentes oblíquas de modo que sua borda inferior coincidisse com a borda inferior do layout anterior de "layout surround", aumentando ainda mais a visão lateral do ângulo, conforme mostrado na figura a seguir:

A vantagem desse layout é que embora o ângulo das lentes oblíquas seja alterado, isso não afeta a eficiência de vôo. E depois que o FOV das lentes laterais é muito melhorado, mais dados de informações de fachada podem ser coletados e a qualidade da modelagem, é claro, é melhorada.

Os experimentos de contraste também mostram que, em comparação com o layout tradicional das lentes, o layout da série Pros pode realmente melhorar a qualidade lateral dos modelos 3D.

À esquerda está o modelo 3D construído pela câmera de layout tradicional e à direita é o modelo 3D construído pela câmera Pros.

3 Aumente a distância focal do lentes obliquas

As lentes das câmeras oblíquas RIY-Pros foram alteradas do tradicional “layout surround” para um “layout paralelo”, e a proporção da resolução do ponto próximo para a resolução do ponto distante das fotos tiradas por lentes oblíquas também aumentará.

Para garantir que a proporção não exceda o valor crítico, a distância focal das lentes oblíquas Pros é aumentada em 5% ~ 8% do que antes.

Nome	Riy-DG3 Pros
Peso	710g
Dimensão	130 * 142 * 99,5 mm
Tipo de sensor	APS-C
Tamanho CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Tamanho físico do pixel	3,9um
Pixels totais	120 MP
Intervalo de tempo mínimo de exposição	0,8 s
Modo de exposição da câmera	Exposição isocrônica / isométrica
comprimento focal	28mm / 43mm
Fonte de energia	Fornecimento uniforme (energia por drone)
capacidade de memória	640G
Velocidade de download de dados	≥80M / s
Temperatura de trabalho	-10 ° C ~ + 40 ° C
Atualizações de firmware	De graça
Taxa de IP	IP 43