FoU-linje av Rainpoos produktserie

Genom introduktionen av Hur brännvidd påverkar 3D-modelleringsresultat kan du få en preliminär förståelse för sambandet mellan brännvidden och FOV. Från inställningen av flygparametrarna till 3D-modelleringsprocessen har dessa två parametrar alltid sin plats. Så vilken effekt har dessa två parametrar på 3D-modelleringsresultaten? I den här artikeln kommer vi att presentera hur Rainpoo upptäckte sambandet i processen för produktutveckling och hur man hittar en balans mellan motsättningen mellan flyghöjd och 3D-modellresultat.

1、Från D2 till D3

RIY-D2 är en produkt speciellt utvecklad för fastighetsmätningsprojekt. Det är också den tidigaste snedställda kameran som har en rullgardinsmeny och en inre linsdesign. D2 har hög modelleringsnoggrannhet och bra modelleringskvalitet, vilket är lämpligt för scenmodellering med platt terräng och inte för höga golv. Men för stora fall, komplex terräng och topografi (inklusive högspänningsledningar, skorstenar, basstationer och andra höghus) kommer drönarens flygsäkerhet att vara ett stort problem.

I den faktiska verksamheten planerade vissa kunder inte en bra flyghöjd, vilket gjorde att drönaren hängde upp högspänningsledningar eller träffade basstationen; Eller även om några drönare hade turen att passera genom de farliga platserna, fick de reda på att drönarna var väldigt nära de farliga platserna först när de kontrollerade flygbilderna.. Dessa faror och dolda faror orsakar ofta enorma egendomsförluster för kunderna.

En basstation visas på bilden, du kan se att den är väldigt nära drönaren, med stor sannolikhet att slå på Därför har många kunder gett oss förslag: Kan en snedkamera med lång brännvidd utformas för att göra drönarens flyghöjd högre och göra flygningen säkrare? Baserat på kundernas behov, baserat på D2, har vi utvecklat en version med lång brännvidd som heter RIY-D3. Jämfört med D2 kan D3 vid samma upplösning öka drönarens flyghöjd med cirka 60 %.

Under forskningen och utvecklingen av D3 har vi alltid trott att en längre brännvidd kan ha en högre flyghöjd, bättre modelleringskvalitet och högre noggrannhet. Men efter själva arbetet fann vi att det inte var som förväntat, jämför med D2, 3D-modellen byggd av D3 var relativt ansträngd och arbetseffektiviteten var relativt låg.

namn	Riy-D2/D3
Vikt	850 g
Dimensionera	19018088mm
Sensortyp	APS-C
CMOS en storlek	23,5 mm×15,6 mm
Fysisk storlek på pixel	3,9 um
Totalt antal pixlar	120 MP
Minsta exponeringstidsintervall	1s
Kameraexponeringsläge	Isokronisk/isometrisk exponering
brännvidd	20mm/35mm för D235mm/50mm för D3
Strömförsörjning	Uniform försörjning (power by drone)
minneskapacitet	320G
Datanedladdning spped	≥70M/s
Arbetstemperatur	-10°C~+40°C
Firmware-uppdateringar	Gratis
IP-hastighet	IP 43

2、Kopplingen mellan brännvidd och modelleringskvalitet

Sambandet mellan brännvidden och modelleringskvaliteten är inte lätt för de flesta kunder att förstå, och även många snedkameratillverkare tror felaktigt att ett objektiv med lång brännvidd är till hjälp för modelleringskvaliteten.

Den faktiska situationen här är: under förutsättningen att andra parametrar är desamma, för byggnadsfasaden, ju längre brännvidd, desto sämre modelleringslikhet. Vilken typ av logisk relation är inblandad här?

I den sista artikeln Hur brännvidd påverkar 3D-modelleringsresultat vi har nämnt att:

Under förutsättningen att andra parametrar är desamma kommer brännvidden endast att påverka flyghöjden. Som visas i bilden ovan finns det två olika fokallinser, röd indikerar en lång fokal lins och blå indikerar en kort fokal lins. Den maximala vinkeln som bildas av den långa brännvidden och väggen är α, och den maximala vinkeln som bildas av den korta brännvidden och väggen är β. Självklart:

Vad betyder denna "vinkel"? Ju större vinkeln är mellan kanten på linsens FOV och väggen, desto mer horisontell är linsen i förhållande till väggen. När man samlar in information om byggnadsfasader kan korta fokala linser samla in vägginformation mer horisontellt, och de 3D-modeller som baseras på det kan bättre återspegla fasadens struktur. Därför, för scener med fasader, ju kortare brännvidd på linsen är, desto rikare är den insamlade fasadinformationen och desto bättre modelleringskvalitet.

För byggnader med takfot, under villkoret av samma markupplösning, ju längre brännvidd linsen har, desto högre flyghöjd för drönaren, desto fler döda fläckar under takfoten, desto sämre blir modelleringskvaliteten. Så i det här scenariot kan D3 med ett objektiv med längre brännvidd inte konkurrera med D2 med ett objektiv med kortare brännvidd.

3、Mosskillnaden mellan drönarens flyghöjd och kvaliteten på 3D-modellen

Enligt den logiska anslutningen av brännvidden och modellens kvalitet, om objektivets brännvidd är tillräckligt kort och FOV-vinkeln är tillräckligt stor, behövs ingen multilinskamera alls. En supervidvinkellins (fisheye-lins) kan samla information i alla riktningar. Enligt nedanstående:

Går det inte bra att designa objektivets brännvidd så kort som möjligt?

För att inte tala om problemet med stor distorsion som orsakas av den ultrakorta brännvidden. Om brännvidden på ortolinsen på en sned kamera är designad att vara 10 mm och data samlas in med en upplösning på 2 cm, är drönarens flyghöjd endast 51 meter.

Uppenbarligen, om drönaren är utrustad med en snett kamera utformad på detta sätt för att utföra jobb, kommer det definitivt att vara farligt.

PS: Även om ultravidvinkelobjektivet har begränsad användning av scener i snedfotograferingsmodellering, har det praktisk betydelse för Lidar-modellering. Tidigare hade ett berömt Lidar-företag kommunicerat med oss i hopp om att vi skulle designa en antennkamera med vidvinkelobjektiv, monterad med Lidar, för tolkning av markobjekt och texturinsamling.

4、Från D3 till DG3

FoU av D3 fick oss att inse att för snedfotografering kan brännvidden inte vara monotont lång eller kort. Längden är nära relaterad till modellens kvalitet, effektiviteten i arbetet och flyghöjden. Så i objektiv FoU är den första frågan att överväga: hur ställer man in brännvidderna för linser?

Även om den korta fokalen har bra modelleringskvalitet, men flyghöjden är låg, är den inte säker för drönarens flygning. För att säkerställa drönarnas säkerhet måste brännvidden utformas längre, men längre brännvidd kommer att påverka arbetseffektiviteten och modelleringskvaliteten. Det finns en viss motsättning mellan flyghöjden och 3D-modelleringskvaliteten. Vi måste söka en kompromiss mellan dessa motsättningar.

Så efter D3, baserat på vår omfattande övervägande av dessa motsägelsefulla faktorer, hade vi utvecklat DG3 snedkameran. DG3 tar hänsyn till både 3D-modelleringskvaliteten för D2 och flyghöjden för D3, samtidigt som den lägger till ett värmeavlednings- och dammavlägsnande system, så att den även kan användas på fastvingade eller VTOL-drönare. DG3 är den mest populära snedkameran för Rainpoo, den är också den mest använda snedkameran på marknaden.

namn	Riy-DG3
Vikt	650 g
Dimensionera	17016080mm
Sensortyp	APS-C
CCD-storlek	23,5 mm×15,6 mm
Fysisk storlek på pixel	3,9 um
Totalt antal pixlar	120 MP
Minsta exponeringstidsintervall	0,8 s
Kameraexponeringsläge	Isokronisk/isometrisk exponering
brännvidd	28mm/40mm
Strömförsörjning	Uniform försörjning (power by drone)
minneskapacitet	320/640G
Datanedladdning spped	≥80M/s
Arbetstemperatur	-10°C~+40°C
Firmware-uppdateringar	Gratis
IP-hastighet	IP 43

5、Från DG3 till DG3Pros

RIY-Pros-seriens snedkamera kan uppnå bättre modelleringskvalitet. Så vilken speciell design har proffsen i linslayout och brännviddsinställning? I det här numret kommer vi att fortsätta att introducera designlogiken bakom Pros-parametrarna.

6、Sned linsvinkel och modelleringskvalitet

Det tidigare innehållet nämnde en sådan uppfattning: ju kortare brännvidd, desto större synvinkel, desto mer byggnadsfasadinformation kan samlas in och desto bättre modelleringskvalitet.

Förutom att ställa in en rimlig brännvidd kan vi förstås också använda ett annat sätt för att förbättra modelleringseffekten: öka direkt vinkeln på de sneda linserna, vilket också kan samla in mer riklig fasadinformation.

Men i själva verket, även om inställning av en större sned vinkel kan förbättra modelleringskvaliteten, finns det också två bieffekter:

1: Arbetseffektiviteten kommer att minska. Med ökningen av den sneda vinkeln kommer också utvidgningen av flygvägen att öka mycket. När den sneda vinkeln överstiger 45 ° kommer flygeffektiviteten att sjunka kraftigt.

Till exempel, den professionella antennkameran Leica RCD30, dess sneda vinkel är bara 30 °, en av anledningarna till denna design är att öka arbetseffektiviteten.

2: Om den sneda vinkeln är för stor kommer solljus lätt att tränga in i kameran och orsaka bländning (särskilt på morgonen och eftermiddagen på en disig dag). Rainpoo snedkamera är den tidigaste som har antagit den interna linsdesignen. Denna design motsvarar att lägga till en huva till linserna för att förhindra att de påverkas av det sneda solljuset.

Speciellt för små drönare, i allmänhet, är deras flygattityder relativt dåliga. Efter att linsens sneda vinkel och drönarens attityd har lagts över, kan ströljus lätt komma in i kameran, vilket ytterligare förstärker bländningsproblemet.

7、Ruttöverlappning och modelleringskvalitet

Enligt erfarenhet, för att säkerställa modellkvaliteten, för alla föremål i rymden, är det bäst att täcka texturinformationen för de fem grupperna av linser under flygning.

Detta är lätt att förstå. Om vi till exempel vill bygga en 3D-modell av en gammal byggnad, måste modelleringskvaliteten på cirkelflygningen vara mycket bättre än kvaliteten på att bara ta några få bilder på fyra sidor.

Ju fler täckta bilder, desto mer rumslig och texturinformation innehåller den, och desto bättre modelleringskvalitet. Detta är innebörden av flygvägsöverlappning för snedfotografering.

Graden av överlappning är en av nyckelfaktorerna som bestämmer kvaliteten på 3D-modellen. I den allmänna scenen för snedfotografering är överlappningsfrekvensen mestadels 80 % rubrik och 70 % i sidled (den faktiska informationen är överflödig).

Faktum är att det verkligen är bäst att ha samma grad av överlappning för sidledes, men för hög sidoöverlappning kommer drastiskt att minska flygeffektiviteten (särskilt för drönare med fasta vingar), så baserat på effektiviteten kommer den allmänna överlappningen i sidled att vara lägre än rubrik överlappning.

Tips: Med tanke på arbetseffektiviteten är överlappningsgraden inte så hög som möjligt. Efter att ha överskridit en viss "standard" har en förbättring av överlappningsgraden en begränsad effekt på 3D-modellen. Enligt vår experimentella feedback kommer en ökning av överlappningen ibland att minska kvaliteten på modellen. Till exempel, för en modelleringsscen med en upplösning på 3 ~ 5 cm, är modelleringskvaliteten med lägre överlappningsgrad ibland bättre än den högre överlappningsgraden.

8、Skillnaden mellan teoretisk överlappning och faktisk överlappning

Innan flygning ställer vi in 80 % kurs och 70 % sidledsöverlappning, vilket bara är den teoretiska överlappningen. Under flygningen kommer drönaren att påverkas av luftflödet,och attitydförändringen kommer att göra att den faktiska överlappningen blir mindre än den teoretiska överlappningen.

Generellt sett gäller att oavsett om det är en drönare med flera rotorer eller fastvingar, ju sämre flygattityd, desto sämre är 3D-modellens kvalitet. Eftersom de mindre drönarna med flera rotorer eller fastvingar är lättare i vikt och mindre i storlek, är de känsliga för störningar från externt luftflöde. Deras flygläge är i allmänhet inte lika bra som för medelstora/stora flerrotor- eller fastvingade drönare, vilket resulterar i att den faktiska överlappningsgraden i vissa markområden inte räcker, vilket i slutändan påverkar modelleringskvaliteten.

9、Svårigheter i 3D-modellering av höghus

När byggnadens höjd ökar kommer svårigheten med 3D-modellering att öka. Det ena är att höghuset kommer att öka risken för drönarens flygning, och det andra är att när byggnadens höjd ökar, sjunker överlappningen av höghusdelarna kraftigt, vilket resulterar i dålig kvalitet på 3D-modellen.

1 Inverkan av ökad överlappning på 3D Modellering av höghusens kvalitet

För ovanstående problem har många erfarna kunder hittat en lösning: öka graden av överlappning. Faktum är att med ökningen av graden av överlappning kommer modelleffekten att förbättras avsevärt. Följande är en jämförelse av de experiment vi gjorde:

Genom ovanstående jämförelse kommer vi att finna att: ökningen av graden av överlappning har liten inverkan på modelleringskvaliteten hos låga byggnader; men har stort inflytande på höghusens modelleringskvalitet.

Men när graden av överlappning ökar kommer antalet flygfoton att öka och tiden för databehandling kommer också att öka.

2 Inflytandet av brännvidd på 3D Modellering av höghusens kvalitet

Vi har gjort en sådan slutsats i det föregående innehållet:För fasadbyggnad 3D modelleringsscener, ju längre brännvidd, desto sämre modellering kvalitet. För 3D-modellering av höghusområden krävs dock en längre brännvidd för att säkerställa modelleringskvaliteten. Enligt nedanstående:

Under förhållanden med samma upplösning och överlappningsgrad kan linsen med lång brännvidd säkerställa den faktiska överlappningsgraden av taket och en tillräckligt säker flyghöjd för att uppnå en bättre modelleringskvalitet av höghus.

Till exempel, när den sneda kameran DG4pros används för att göra 3D-modellering av höghus, kan den inte bara uppnå god modelleringskvalitet, utan noggrannheten kan fortfarande nå 1: 500 matrikelundersökningskrav, vilket är fördelen med den långa fokalen längd linser.

Fall: Ett framgångsfall av snedfotografering

10、RIY-Pros-serien snedställda kameror

För att uppnå en bättre modelleringskvalitet, under förutsättningen av samma upplösning, är det nödvändigt att säkerställa tillräcklig överlappning och de stora synfälten. För regioner med stora terränghöjdsskillnader eller höghus är objektivets brännvidd också en viktig faktor som påverkar modelleringskvaliteten. Baserat på ovanstående principer har Rainpoo RIY-Pros-serien snedställda kameror gjort följande tre optimeringar på linsen:

1 Ändra objektivets layoutses

För Pros-seriens snedställda kameror är den mest intuitiva känslan att dess form ändras från rund till fyrkantig. Den mest direkta orsaken till denna förändring är att linsernas layout har ändrats.

Fördelen med denna layout är att kamerastorleken kan designas för att vara mindre och vikten kan vara relativt lättare. Den här layouten kommer dock att resultera i att överlappningsgraden för de vänstra och högra sneda linserna är lägre än den för de främre, mitten och bakre perspektiven: det vill säga, området för skugga A är mindre än området för skugga B.

Som vi nämnde tidigare, för att förbättra flygeffektiviteten, är överlappningen i sidled i allmänhet mindre än rubrikens överlappning, och denna "surroundlayout" kommer att minska överlappningen i sidled ytterligare, vilket är anledningen till att den laterala 3D-modellen kommer att vara sämre än rubriken 3D modell.

Så för RIY-Pros-serien ändrade Rainpoo linslayouten till: parallell layout. Enligt nedanstående:

Denna layout kommer att offra en del av formen och vikten, men fördelen är att den kan säkerställa tillräcklig överlappning i sidled och uppnå en bättre modelleringskvalitet. I faktisk flygplanering kan RIY-Pros till och med minska viss överlappning i sidled för att förbättra flygeffektiviteten.

2 Justera vinkeln på sned lenses

Fördelen med den "parallella layouten" är att den inte bara säkerställer tillräcklig överlappning, utan också ökar sido-FOV och kan samla in mer texturinformation för byggnader.

På grundval av detta ökade vi också brännvidden för de sneda linserna så att dess nedre kant sammanföll med den nedre kanten av den tidigare layouten "surroundlayout", vilket ytterligare ökade sidovyn av vinkeln, som visas i följande figur:

Fördelen med denna layout är att även om vinkeln på sneda linser ändras så påverkar det inte flygeffektiviteten. Och efter att FOV för sidolinser har förbättrats avsevärt, kan mer fasadinformation samlas in, och modelleringskvaliteten förbättras naturligtvis.

Kontrastexperiment visar också att, jämfört med den traditionella layouten av linserna, kan Pros-seriens layout verkligen förbättra sidledskvaliteten hos 3D-modeller.

Den vänstra är 3D-modellen byggd av den traditionella layoutkameran, och den högra är 3D-modellen byggd av proffskameran.

3 Öka brännvidden på sneda linser

RIY-Pros oblique kamerans linser ändras från den traditionella "surroundlayouten" till en "parallell layout", och förhållandet mellan närpunktsupplösningen och fjärrpunktsupplösningen för bilder tagna med sneda linser kommer också att öka.

För att säkerställa att förhållandet inte överstiger det kritiska värdet, ökas Pros oblique linsers brännvidd med 5% ~ 8% än tidigare.

namn	Riy-DG3-proffs
Vikt	710 g
Dimensionera	13014299,5 mm
Sensortyp	APS-C
CCD-storlek	23,5 mm×15,6 mm
Fysisk storlek på pixel	3,9 um
Totalt antal pixlar	120 MP
Minsta exponeringstidsintervall	0,8 s
Kameraexponeringsläge	Isokronisk/isometrisk exponering
brännvidd	28mm/43mm
Strömförsörjning	Uniform försörjning (power by drone)
minneskapacitet	640G
Datanedladdning spped	≥80M/s
Arbetstemperatur	-10°C~+40°C
Firmware-uppdateringar	Gratis
IP-hastighet	IP 43