Ligne R&D de la série de produits Rainpoo

Grâce à l'introduction de Comment la distance focale affecte les résultats de la modélisation 3D, vous pouvez avoir une compréhension préliminaire de la connexion entre la distance focale et le FOV. Du réglage des paramètres de vol au processus de modélisation 3D, ces deux paramètres ont toujours leur place. Alors quel effet ces deux paramètres ont-ils sur les résultats de la modélisation 3D ? Dans cet article, nous présenterons comment Rainpoo a découvert le lien dans le processus de R&D produit et comment trouver un équilibre entre la contradiction entre la hauteur de vol et le résultat du modèle 3D.

1、De D2 à D3

RIY-D2 est un produit spécialement développé pour les projets d'arpentage cadastral. C'est également la première caméra oblique qui adopte une conception déroulante et à objectif interne. D2 a une précision de modélisation élevée et une bonne qualité de modélisation, ce qui convient à la modélisation de scènes avec un terrain plat et des sols pas trop hauts. Cependant, pour les chutes importantes, les terrains et la topographie complexes (y compris les lignes à haute tension, les cheminées, les stations de base et autres immeubles de grande hauteur), la sécurité de vol du drone sera un gros problème.

Dans les opérations réelles, certains clients n'avaient pas prévu une bonne hauteur de vol, ce qui a amené le drone à accrocher des lignes à haute tension ou à heurter la station de base ; Ou même si certains drones ont eu la chance de traverser les endroits dangereux, ils n'ont découvert que les drones étaient très proches des endroits dangereux qu'en vérifiant les photos aériennes. Ces dangers et dangers cachés causent souvent d'énormes pertes de biens aux clients.

Une station de base apparaît sur la photo, vous pouvez voir qu'elle est très proche du drone, très susceptible de frapper Par conséquent, de nombreux clients nous ont fait des suggestions : une caméra oblique à longue focale peut-elle être conçue pour augmenter la hauteur de vol du drone et rendre le vol plus sûr ? Sur la base des besoins des clients, basés sur D2, nous avons développé une version à longue focale nommée RIY-D3. Par rapport au D2, à la même résolution, le D3 peut augmenter la hauteur de vol du drone d'environ 60%.

Au cours de la R&D de D3, nous avons toujours pensé qu'une distance focale plus longue peut avoir une hauteur de vol plus élevée, une meilleure qualité de modélisation et une plus grande précision. Mais après le travail réel, nous avons constaté que ce n'était pas comme prévu, par rapport à D2, le modèle 3D construit par D3 était relativement tendu et l'efficacité du travail était relativement faible.

Nom	Riy-D2/D3
Poids	850g
Dimension	19018088mm
Type de capteur	APS-C
CMOS une taille	23,5 mm × 15,6 mm
Taille physique du pixel	3.9um
Nombre total de pixels	120MP
Intervalle de temps d'exposition minimum	1s
Mode d'exposition de la caméra	Exposition isochronique/isométrique
distance focale	20mm/35mm pour D235mm/50mm pour D3
Source de courant	Alimentation uniforme (alimentation par drone)
capacité mémoire	320G
Le téléchargement des données est accéléré	70M/s
Température de travail	-10°C~+40°C
Mises à jour du micrologiciel	Gratuitement
taux IP	IP43

2、Le lien entre la distance focale et la qualité de modélisation

Le lien entre la distance focale et la qualité de la modélisation n'est pas facile à comprendre pour la plupart des clients, et même de nombreux fabricants d'appareils photo obliques pensent à tort qu'un objectif à longue focale est utile pour la qualité de la modélisation.

La situation réelle ici est la suivante : en partant du principe que les autres paramètres sont les mêmes, pour la façade du bâtiment, plus la distance focale est longue, plus l'égalité de modélisation est mauvaise. Quel type de relation logique est impliqué ici ?

Dans le dernier article Comment la distance focale affecte les résultats de la modélisation 3D nous avons mentionné que :

En partant du principe que les autres paramètres sont les mêmes, la distance focale n'affectera que la hauteur de vol. Comme le montre la figure ci-dessus, il existe deux objectifs à focale différente, le rouge indique un objectif à longue focale et le bleu indique un objectif à courte focale. L'angle maximum formé par la lentille longue focale et le mur est , et l'angle maximum formé par la lentille courte focale et le mur est . Évidemment:

Que signifie cet « angle » ? Plus l'angle entre le bord du FOV de la lentille et le mur est grand, plus la lentille est horizontale par rapport au mur. Lors de la collecte d'informations sur les façades des bâtiments, les lentilles à focale courte peuvent collecter des informations sur les murs plus horizontalement et les modèles 3D basés sur celles-ci peuvent mieux refléter la texture de la façade. Ainsi, pour les scènes avec façades, plus la focale de l'objectif est courte, plus les informations de façade collectées sont riches et meilleure est la qualité de la modélisation.

Pour les bâtiments avec avant-toit, dans des conditions de même résolution au sol, plus la distance focale de l'objectif est longue, plus la hauteur de vol du drone est élevée, plus il y a d'angles morts sous les avant-toits, plus la qualité de modélisation sera mauvaise. Ainsi, dans ce scénario, le D3 avec un objectif à focale plus longue ne peut pas rivaliser avec le D2 avec un objectif à focale plus courte.

3、La contradiction entre la hauteur de vol du drone et la qualité du modèle 3D

Selon la connexion logique de la distance focale et de la qualité du modèle, si la distance focale de l'objectif est suffisamment courte et que l'angle FOV est suffisamment grand, aucune caméra multi-objectifs n'est nécessaire. Un objectif super grand angle (objectif fish-eye) peut collecter les informations de toutes les directions. Comme indiqué ci-dessous:

N'est-il pas bien de concevoir la distance focale de l'objectif aussi courte que possible ?

Sans parler du problème de grosse distorsion causé par la focale ultra-courte. Si la distance focale de l'objectif ortho de la caméra oblique est conçue pour être de 10 mm et que les données sont collectées à une résolution de 2 cm, la hauteur de vol du drone n'est que de 51 mètres.

Évidemment, si le drone est équipé d'une caméra oblique conçue de cette manière pour faire des travaux, ce sera certainement dangereux.

PS : Bien que l'objectif ultra grand-angle ait une utilisation limitée des scènes dans la modélisation de photographie oblique, il a une importance pratique pour la modélisation Lidar. Auparavant, une célèbre société Lidar avait communiqué avec nous, espérant que nous concevons une caméra aérienne à objectif grand angle, montée avec le Lidar, pour l'interprétation d'objets au sol et la collecte de textures.

4、De D3 à DG3

La R&D de D3 nous a fait comprendre que pour la photographie oblique, la distance focale ne peut pas être monotone longue ou courte. La longueur est étroitement liée à la qualité du modèle, à l'efficacité du travail et à la hauteur de vol. Ainsi, dans la R&D des objectifs, la première question à se poser est : comment régler les distances focales des objectifs ?

Bien que la focale courte ait une bonne qualité de modélisation, mais que la hauteur de vol soit faible, elle n'est pas sûre pour le vol du drone. Afin d'assurer la sécurité des drones, la distance focale doit être conçue plus longue, mais une distance focale plus longue affectera l'efficacité de travail et la qualité de la modélisation. Il existe une certaine contradiction entre la hauteur de vol et la qualité de la modélisation 3D. Nous devons chercher un compromis entre ces contradictions.

Ainsi, après D3, sur la base de notre examen approfondi de ces facteurs contradictoires, nous avions développé la caméra oblique DG3. DG3 prend en compte à la fois la qualité de modélisation 3D de D2 et la hauteur de vol de D3, tout en ajoutant également un système de dissipation thermique et de dépoussiérage, de sorte qu'il peut également être utilisé sur des drones à voilure fixe ou VTOL. DG3 est la caméra oblique la plus populaire pour Rainpoo, c'est aussi la caméra oblique la plus utilisée sur le marché.

Nom	Riy-DG3
Poids	650g
Dimension	17016080mm
Type de capteur	APS-C
Taille du CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Taille physique du pixel	3.9um
Nombre total de pixels	120MP
Intervalle de temps d'exposition minimum	0.8s
Mode d'exposition de la caméra	Exposition isochronique/isométrique
distance focale	28mm/40mm
Source de courant	Alimentation uniforme (alimentation par drone)
capacité mémoire	320/640G
Le téléchargement des données est accéléré	80M/s
Température de travail	-10°C~+40°C
Mises à jour du micrologiciel	Gratuitement
taux IP	IP43

5、De DG3 à DG3Pros

La caméra oblique de la série RIY-Pros peut atteindre une meilleure qualité de modélisation. Alors, quelle conception spéciale les pros ont-ils dans la disposition de l'objectif et le réglage de la distance focale ? Dans ce numéro, nous continuerons à introduire la logique de conception derrière les paramètres Pros.

6, angle d'objectif oblique et qualité de modélisation

Le contenu précédent mentionnait un tel point de vue : plus la distance focale est courte, plus l'angle de vue est grand, plus il est possible de collecter des informations sur la façade du bâtiment et meilleure est la qualité de la modélisation.

En plus de définir une distance focale raisonnable, nous pouvons bien sûr également utiliser un autre moyen pour améliorer l'effet de modélisation : augmenter directement l'angle des lentilles obliques, qui peuvent également collecter des informations de façade plus abondantes.

Mais en fait, bien que définir un angle oblique plus important puisse améliorer la qualité de la modélisation, il existe également deux effets secondaires :

1: l'efficacité de travail sera réduite. Avec l'augmentation de l'angle oblique, l'expansion vers l'extérieur de la route de vol augmentera également beaucoup. Lorsque l'angle oblique dépasse 45 °, l'efficacité du vol diminue fortement.

Par exemple, la caméra aérienne professionnelle Leica RCD30, son angle oblique n'est que de 30 °, l'une des raisons de cette conception est d'augmenter l'efficacité de travail.

2: si l'angle oblique est trop grand, la lumière du soleil entrera facilement dans l'appareil photo, provoquant un éblouissement (surtout le matin et l'après-midi d'une journée brumeuse). La caméra oblique Rainpoo est la première à adopter la conception de l'objectif interne. Cette conception équivaut à ajouter un pare-soleil aux lentilles pour éviter qu'elles ne soient affectées par la lumière du soleil oblique.

Surtout pour les petits drones, en général, leurs attitudes de vol sont relativement mauvaises. Une fois l'angle oblique de l'objectif et l'attitude du drone superposés, la lumière parasite peut facilement entrer dans la caméra, amplifiant encore le problème d'éblouissement.

7、Chevauchement d'itinéraire et qualité de modélisation

Selon l'expérience, afin d'assurer la qualité du modèle, pour tout objet dans l'espace, il est préférable de couvrir les informations de texture des cinq groupes de lentilles pendant le vol.

C'est facile à comprendre. Par exemple, si nous voulons construire un modèle 3D d'un bâtiment ancien, la qualité de modélisation du vol circulaire doit être bien meilleure que la qualité de ne prendre que quelques photos sur quatre côtés.

Plus les photos sont couvertes, plus elles contiennent d'informations spatiales et de texture et meilleure est la qualité de la modélisation. C'est le sens du chevauchement des itinéraires de vol pour la photographie oblique.

Le degré de chevauchement est l'un des facteurs clés qui déterminent la qualité du modèle 3D. Dans la scène générale de la photographie oblique, le taux de chevauchement est principalement de 80 % en cap et de 70 % de côté (les données réelles sont redondantes).

En fait, il est certainement préférable d'avoir le même degré de chevauchement pour les côtés, mais un chevauchement latéral trop élevé réduira considérablement l'efficacité du vol (en particulier pour les drones à voilure fixe), donc en fonction de l'efficacité, le chevauchement latéral général sera inférieur au chevauchement de cap.

Conseils : Compte tenu de l'efficacité de travail, le degré de chevauchement n'est pas aussi élevé que possible. Après avoir dépassé un certain "standard", l'amélioration du degré de chevauchement a un effet limité sur le modèle 3D. Selon nos retours expérimentaux, parfois augmenter le chevauchement réduira en fait la qualité du modèle. Par exemple, pour une scène de modélisation de résolution de 3 à 5 cm, la qualité de modélisation du degré de chevauchement inférieur est parfois meilleure que le degré de chevauchement supérieur.

8、La différence entre le chevauchement théorique et le chevauchement réel

Avant le vol, nous définissons 80% de cap et 70% de chevauchement latéral, ce qui n'est que le chevauchement théorique. En vol, le drone sera affecté par le flux d'air,et le changement d'attitude fera que le chevauchement réel sera inférieur au chevauchement théorique.

En général, qu'il s'agisse d'un drone multi-rotors ou à voilure fixe, plus l'assiette de vol est mauvaise, plus la qualité du modèle 3D est mauvaise. Étant donné que les plus petits drones multi-rotors ou à voilure fixe sont plus légers et de plus petite taille, ils sont sensibles aux interférences du flux d'air externe. Leur attitude de vol n'est généralement pas aussi bonne que celle des drones multi-rotors ou à voilure fixe de taille moyenne/grande, ce qui fait que le degré de chevauchement réel dans certaines zones au sol n'est pas suffisant, ce qui affecte finalement la qualité de la modélisation.

9、Difficultés dans la modélisation 3D des immeubles de grande hauteur

À mesure que la hauteur du bâtiment augmente, la difficulté de la modélisation 3D augmentera. Le premier est que le gratte-ciel augmentera le risque de vol du drone, et le second est qu'à mesure que la hauteur du bâtiment augmente, le chevauchement des parties du gratte-ciel diminue fortement, ce qui entraîne une mauvaise qualité du modèle 3D.

1 L'influence du chevauchement croissant sur 3D Modélisation de la qualité des immeubles de grande hauteur

Pour le problème ci-dessus, de nombreux clients expérimentés ont trouvé une solution : augmenter le degré de chevauchement. En effet, avec l'augmentation du degré de chevauchement, l'effet de modèle sera grandement amélioré. Voici une comparaison des expériences que nous avons réalisées :

A travers la comparaison ci-dessus, nous trouverons que : l'augmentation du degré de chevauchement a peu d'influence sur la qualité de modélisation des bâtiments de faible hauteur ; mais a une grande influence sur la qualité de modélisation des immeubles de grande hauteur.

Cependant, à mesure que le degré de chevauchement augmente, le nombre de photos aériennes augmentera et le temps de traitement des données augmentera également.

2 L'influence de distance focale au 3D Modélisation de la qualité des immeubles de grande hauteur

Nous avons fait une telle conclusion dans le contenu précédent:Pour bâtiment de façade 3D scènes de modélisation, plus la distance focale est longue, plus la modélisation est mauvaise qualité. Cependant, pour la modélisation 3D des zones de grande hauteur, une distance focale plus longue est nécessaire pour assurer la qualité de la modélisation. Comme indiqué ci-dessous:

Dans des conditions de même résolution et de même degré de chevauchement, l'objectif à longue focale peut assurer le degré de chevauchement réel du toit et une hauteur de vol suffisamment sûre pour obtenir une meilleure qualité de modélisation des immeubles de grande hauteur.

Par exemple, lorsque la caméra oblique DG4pros est utilisée pour effectuer une modélisation 3D d'immeubles de grande hauteur, non seulement elle peut atteindre une bonne qualité de modélisation, mais la précision peut toujours atteindre les exigences d'arpentage cadastral de 1: 500, ce qui est l'avantage de la longue focale lentilles de longueur.

Cas: Un cas de réussite de la photographie oblique

10, caméras obliques de la série RIY-Pros

Pour obtenir une meilleure qualité de modélisation, sous le principe de la même résolution, il est nécessaire d'assurer un chevauchement suffisant et les grands champs de vision. Pour les régions avec de grandes différences de hauteur de terrain ou les immeubles de grande hauteur, la distance focale de l'objectif est également un facteur important qui affecte la qualité de la modélisation. Sur la base des principes ci-dessus, les caméras obliques de la série Rainpoo RIY-Pros ont effectué les trois optimisations suivantes sur l'objectif :

1 Changer la disposition de la lentilleses

Pour les caméras obliques de la série Pros, le sentiment le plus intuitif est que sa forme passe du rond au carré. La raison la plus directe de ce changement est que la disposition des lentilles a changé.

L'avantage de cette disposition est que la taille de la caméra peut être conçue pour être plus petite et le poids peut être relativement plus léger. Cependant, cette disposition entraînera un degré de chevauchement des lentilles obliques gauche et droite inférieur à celui des perspectives avant, médiane et arrière : c'est-à-dire que la zone d'ombre A est plus petite que la zone d'ombre B.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, afin d'améliorer l'efficacité du vol, le chevauchement latéral est généralement plus petit que le chevauchement de cap, et cette « disposition périphérique » réduira encore le chevauchement latéral, c'est pourquoi le modèle 3D latéral sera plus pauvre que le 3D de cap. maquette.

Ainsi, pour la série RIY-Pros, Rainpoo a modifié la disposition des lentilles en : disposition parallèle. Comme indiqué ci-dessous:

Cette disposition sacrifiera une partie de la forme et du poids, mais l'avantage est qu'elle peut assurer un chevauchement latéral suffisant et obtenir une meilleure qualité de modélisation. Dans la planification de vol réelle, les RIY-Pros peuvent même réduire certains chevauchements latéraux pour améliorer l'efficacité du vol.

2 Ajustez l'angle de la oblique longueurses

L'avantage de la « disposition parallèle » est qu'elle assure non seulement un chevauchement suffisant, mais augmente également le champ de vision latéral et peut collecter plus d'informations sur la texture des bâtiments.

Sur cette base, nous avons également augmenté la distance focale des lentilles obliques de sorte que son bord inférieur coïncide avec le bord inférieur de la disposition précédente « disposition surround », augmentant encore la vue latérale de l'angle, comme le montre la figure suivante :

L'avantage de cette disposition est que bien que l'angle des lentilles obliques soit modifié, cela n'affecte pas l'efficacité du vol. Et une fois que le FOV des lentilles latérales est considérablement amélioré, davantage de données d'informations sur la façade peuvent être collectées et la qualité de la modélisation est bien sûr améliorée.

Les expériences de contraste montrent également que, par rapport à la disposition traditionnelle des lentilles, la disposition de la série Pros peut vraiment améliorer la qualité latérale des modèles 3D.

La gauche est le modèle 3D construit par la caméra de mise en page traditionnelle, et la droite est le modèle 3D construit par la caméra Pros.

3 Augmenter la distance focale du lentilles obliques

Les objectifs des caméras obliques RIY-Pros sont passés de la "disposition surround" traditionnelle à une "disposition parallèle", et le rapport entre la résolution proche et la résolution lointaine des photos prises par les lentilles obliques augmentera également.

Afin de garantir que le rapport ne dépasse pas la valeur critique, la distance focale des lentilles obliques Pros est augmentée de 5% à 8% par rapport à avant.

Nom	Riy-DG3
Poids	710g
Dimension	13014299.5mm
Type de capteur	APS-C
Taille du CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Taille physique du pixel	3.9um
Nombre total de pixels	120MP
Intervalle de temps d'exposition minimum	0.8s
Mode d'exposition de la caméra	Exposition isochronique/isométrique
distance focale	28mm/43mm
Source de courant	Alimentation uniforme (alimentation par drone)
capacité mémoire	640G
Le téléchargement des données est accéléré	80M/s
Température de travail	-10°C~+40°C
Mises à jour du micrologiciel	Gratuitement
taux IP	IP43