Línea de I + D de la serie de productos Rainpoo

A través de la introducción de Cómo la longitud focal afecta los resultados del modelado 3D, puede tener una comprensión preliminar de la conexión entre la distancia focal y el FOV. Desde la configuración de los parámetros de vuelo hasta el proceso de modelado 3D, estos dos parámetros siempre tienen su lugar. Entonces, ¿qué efecto tienen estos dos parámetros en los resultados del modelado 3D? En este artículo, presentaremos cómo Rainpoo descubrió la conexión en el proceso de I + D de productos y cómo encontrar un equilibrio entre la contradicción entre la altura de vuelo y el resultado del modelo 3D.

1 、 De D2 a D3

RIY-D2 es un producto especialmente desarrollado para proyectos de levantamiento catastral. También es la primera cámara oblicua que adopta un diseño de lente interna y desplegable. D2 tiene una alta precisión de modelado y una buena calidad de modelado, lo que es adecuado para el modelado de escenas con terreno plano y pisos no demasiado altos. Sin embargo, para grandes caídas, terrenos complejos y topografía (incluidas líneas de alto voltaje, chimeneas, estaciones base y otros edificios de gran altura), la seguridad de vuelo del dron será un gran problema.

En las operaciones reales, algunos clientes no planificaron una buena altura de vuelo, lo que provocó que el dron colgara líneas de alto voltaje o golpeara la estación base; O aunque algunos drones tuvieron la suerte de pasar por los lugares peligrosos, solo descubrieron que los drones estaban muy cerca de los lugares peligrosos cuando revisaron las fotos aéreas. Estos peligros y peligros ocultos a menudo causan enormes pérdidas de propiedad a los clientes.

Se muestra una estación base en la foto, puedes ver que está muy cerca del dron, es muy probable que golpee Por lo tanto, muchos clientes nos han dado sugerencias: ¿Se puede diseñar una cámara oblicua de longitud focal larga para aumentar la altura de vuelo del dron y hacer que el vuelo sea más seguro? Basándonos en las necesidades del cliente, basados en D2, hemos desarrollado una versión de longitud focal larga llamada RIY-D3. En comparación con D2, con la misma resolución, D3 puede aumentar la altura de vuelo del dron en aproximadamente un 60%.

Durante la I + D de D3, siempre hemos creído que una distancia focal más larga puede tener una altura de vuelo más alta, una mejor calidad de modelado y una mayor precisión. Pero después del trabajo real, descubrimos que no era el esperado, en comparación con D2, el modelo 3D construido por D3 era relativamente tenso y la eficiencia del trabajo era relativamente baja.

Nombre	Riy-D2 / D3
Peso	850g
Dimensión	190 * 180 * 88 mm
Tipo de sensor	APS-C
CMOS un tamaño	23,5 mm × 15,6 mm
Tamaño físico del píxel	3.9um
Píxeles totales	120MP
Intervalo de tiempo de exposición mínimo	1 s
Modo de exposición de la cámara	Exposición isocrónica / isométrica
longitud focal	20 mm / 35 mm para D235 mm / 50 mm para D3
Fuente de alimentación	Suministro uniforme (energía por dron)
capacidad de memoria	320G
Descarga de datos acelerada	≥70 M / s
Temperatura de trabajo	-10 ° C ~ + 40 ° C
Actualizaciones de firmware	Gratis
Tasa de IP	IP 43

2, la conexión entre la distancia focal y la calidad del modelado

La conexión entre la distancia focal y la calidad del modelado no es fácil de entender para la mayoría de los clientes, e incluso muchos fabricantes de cámaras oblicuas creen erróneamente que una lente de larga distancia focal es útil para modelar la calidad.

La situación real aquí es: sobre la premisa de que otros parámetros son los mismos, para la fachada del edificio, cuanto mayor sea la distancia focal, peor será la igualdad de modelado. ¿Qué tipo de relación lógica está involucrada aquí?

En el último artical Cómo afecta la longitud focal a los resultados del modelado 3D hemos mencionado que:

Bajo la premisa de que otros parámetros son los mismos, la distancia focal solo afectará la altura de vuelo. Como se muestra en la figura anterior, hay dos lentes focales diferentes, el rojo indica una lente focal larga y el azul indica una lente focal corta. El ángulo máximo formado por la lente focal larga y la pared es α, y el ángulo máximo formado por la lente focal corta y la pared es β. Obviamente:

¿Qué significa este "ángulo"? Cuanto mayor sea el ángulo entre el borde del campo de visión de la lente y la pared, más horizontal será la lente con respecto a la pared. Al recopilar información sobre fachadas de edificios, las lentes focales cortas pueden recopilar información de la pared de manera más horizontal, y los modelos 3D basados en ella pueden reflejar mejor la textura de la fachada. Por lo tanto, para escenas con fachadas, cuanto más corta sea la distancia focal del objetivo, más rica será la información de la fachada recopilada y mejor será la calidad del modelado.

Para edificios con aleros, bajo la condición de la misma resolución de suelo, cuanto mayor sea la distancia focal de la lente, mayor será la altura de vuelo del dron, más puntos ciegos debajo de los aleros y peor será la calidad del modelado. Entonces, en este escenario, la D3 con una lente de distancia focal más larga no puede competir con la D2 con una lente de distancia focal más corta.

3 、 La contradicción entre la altura de vuelo del dron y la calidad del modelo 3D

De acuerdo con la conexión lógica de la distancia focal y la calidad del modelo, si la distancia focal de la lente es lo suficientemente corta y el ángulo FOV es lo suficientemente grande, no se necesita una cámara con múltiples lentes. Una lente súper gran angular (lente de ojo de pez) puede recopilar la información de todas las direcciones. Como se muestra abajo:

¿No está bien diseñar la distancia focal de la lente lo más corta posible?

Sin mencionar el problema de la gran distorsión causada por la distancia focal ultracorta. Si la distancia focal de la lente ortopédica de la cámara oblicua está diseñada para ser de 10 mm y los datos se recopilan a una resolución de 2 cm, la altura de vuelo del dron es de solo 51 metros.

Obviamente, si el dron está equipado con una cámara oblicua diseñada de esta manera para realizar trabajos, definitivamente será peligroso.

PD: Aunque la lente ultra gran angular tiene un uso limitado de escenas en el modelado de fotografía oblicua, tiene un significado práctico para el modelado Lidar. Anteriormente, una empresa famosa de Lidar se había comunicado con nosotros con la esperanza de que diseñáramos una cámara aérea con lente gran angular, montada con el Lidar, para la interpretación de objetos terrestres y la recopilación de texturas.

4 、 De D3 a DG3

La I + D de D3 nos hizo darnos cuenta de que para la fotografía oblicua, la distancia focal no puede ser monótonamente larga o corta. La longitud está estrechamente relacionada con la calidad del modelo, la eficiencia del trabajo y la altura del vuelo. Entonces, en I + D de lentes, la primera pregunta a considerar es: ¿cómo establecer las distancias focales de los lentes?

Aunque la focal corta tiene una buena calidad de modelado, pero la altura de vuelo es baja, no es seguro para el vuelo del dron. Para garantizar la seguridad de los drones, la distancia focal debe diseñarse más larga, pero una distancia focal más larga afectará la eficiencia del trabajo y la calidad del modelado. Existe una cierta contradicción entre la altura de vuelo y la calidad del modelado 3D. Debemos buscar un compromiso entre estas contradicciones.

Así que después de D3, basándonos en nuestra consideración exhaustiva de estos factores contradictorios, desarrollamos la cámara oblicua DG3. DG3 tiene en cuenta tanto la calidad de modelado 3D de D2 como la altura de vuelo de D3, al tiempo que agrega un sistema de disipación de calor y eliminación de polvo, de modo que también se puede usar en drones de ala fija o VTOL. DG3 es la cámara oblicua más popular para Rainpoo, también es la cámara oblicua más utilizada en el mercado.

Nombre	Riy-DG3
Peso	650g
Dimensión	170 * 160 * 80 mm
Tipo de sensor	APS-C
Tamaño CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Tamaño físico del píxel	3.9um
Píxeles totales	120MP
Intervalo de tiempo de exposición mínimo	0,8 s
Modo de exposición de la cámara	Exposición isocrónica / isométrica
longitud focal	28 mm / 40 mm
Fuente de alimentación	Suministro uniforme (energía por dron)
capacidad de memoria	320 / 640G
Descarga de datos acelerada	≥80 M / s
Temperatura de trabajo	-10 ° C ~ + 40 ° C
Actualizaciones de firmware	Gratis
Tasa de IP	IP 43

5 、 De DG3 a DG3Pros

La cámara oblicua de la serie RIY-Pros puede lograr una mejor calidad de modelado. Entonces, ¿qué diseño especial tienen los profesionales en el diseño de la lente y la configuración de la distancia focal? En este número, continuaremos introduciendo la lógica de diseño detrás de los parámetros Pros.

6, ángulo de lente oblicuo y calidad de modelado

El contenido anterior mencionó tal vista: cuanto más corta es la distancia focal, mayor es el ángulo de visión, más información sobre la fachada del edificio se puede recopilar y mejor es la calidad del modelado.

Además de establecer una distancia focal razonable, por supuesto, también podemos utilizar otra forma de mejorar el efecto de modelado: aumente directamente el ángulo de las lentes oblicuas, que también pueden recopilar información de fachada más abundante.

Pero, de hecho, aunque establecer un ángulo oblicuo más grande puede mejorar la calidad del modelado, también hay dos efectos secundarios:

1: Se reducirá la eficiencia de trabajo. Con el aumento del ángulo oblicuo, la expansión hacia afuera de la ruta de vuelo también aumentará mucho. Cuando el ángulo oblicuo de excede los 45 °, la eficiencia del vuelo se reducirá drásticamente.

Por ejemplo, la cámara aérea profesional Leica RCD30, su ángulo oblicuo es de solo 30 °, una de las razones de este diseño es aumentar la eficiencia de trabajo.

2: Si el ángulo oblicuo es demasiado grande, la luz solar entrará fácilmente en la cámara y provocará deslumbramiento. (especialmente por la mañana y por la tarde de un día brumoso). La cámara oblicua Rainpoo es la primera en adoptar el diseño de lente interna. Este diseño equivale a añadir un parasol a las lentes para evitar que se vea afectado por la luz solar oblicua.

Especialmente para los drones pequeños, en general, sus actitudes de vuelo son relativamente malas. Una vez que se superponen el ángulo oblicuo de la lente y la actitud del dron, la luz parásita puede entrar fácilmente en la cámara, amplificando aún más el problema del deslumbramiento.

7, superposición de rutas y calidad de modelado

Según la experiencia, para garantizar la calidad del modelo, para cualquier objeto en el espacio, es mejor cubrir la información de textura de los cinco grupos de lentes durante el vuelo.

Esto es facil de entender. Por ejemplo, si queremos construir un modelo 3D de un edificio antiguo, la calidad de modelado del vuelo circular debe ser mucho mejor que la calidad de tomar solo unas pocas fotografías en cuatro lados.

Cuantas más fotos cubiertas, más información espacial y de textura contiene, y mejor es la calidad del modelado. Este es el significado de superposición de rutas de vuelo para fotografía oblicua.

El grado de superposición es uno de los factores clave que determinan la calidad del modelo 3D. En la escena general de la fotografía oblicua, la tasa de superposición es en su mayoría 80% de rumbo y 70% de lado (los datos reales son redundantes).

De hecho, ciertamente es mejor tener el mismo grado de superposición para los laterales, pero una superposición lateral demasiado alta reducirá drásticamente la eficiencia del vuelo (especialmente para los drones de alas fijas), por lo que, en función de la eficiencia, la superposición lateral general será menor que la del superposición de encabezados.

Consejos: Teniendo en cuenta la eficiencia de trabajo, el grado de superposición no es tan alto como sea posible. Después de superar un cierto "estándar", la mejora del grado de superposición tiene un efecto limitado en el modelo 3D. Según nuestros comentarios experimentales, a veces, aumentar la superposición reducirá la calidad del modelo. Por ejemplo, para una escena de modelado con una resolución de 3 ~ 5 cm, la calidad de modelado del grado de superposición más bajo a veces es mejor que el grado de superposición más alto.

8 、 La diferencia entre superposición teórica y superposición real

Antes del vuelo, establecemos un 80% de rumbo y un 70% de superposición lateral, que es solo la superposición teórica. En el vuelo, el dron se verá afectado por el flujo de aire,y el cambio de actitud hará que la superposición real sea menor que la superposición teórica.

En general, ya sea un dron multirrotor o de ala fija, cuanto más pobre sea la actitud de vuelo, peor será la calidad del modelo 3D. Debido a que los drones multirrotor o de alas fijas más pequeños son más livianos y de menor tamaño, son susceptibles a la interferencia del flujo de aire externo. Su actitud de vuelo generalmente no es tan buena como la de los drones multirrotor o de ala fija medianos / grandes, lo que hace que el grado de superposición real en cierta área del terreno no sea suficiente, lo que finalmente afecta la calidad del modelado.

9 、 Dificultades en el modelado 3D de edificios de gran altura

A medida que aumenta la altura del edificio, aumentará la dificultad del modelado 3D. Una es que el edificio de gran altura aumentará el riesgo de vuelo del dron, y la segunda es que a medida que aumenta la altura del edificio, la superposición de las partes de gran altura disminuye drásticamente, lo que da como resultado una mala calidad del modelo 3D.

1 La influencia de una superposición creciente en 3D Calidad de modelado de edificios de gran altura

Para el problema anterior, muchos clientes experimentados han encontrado una solución: aumentar el grado de superposición. De hecho, con el aumento del grado de superposición, el efecto del modelo mejorará enormemente. La siguiente es una comparación de los experimentos que hicimos:

A través de la comparación anterior, encontraremos que: el aumento en el grado de superposición tiene poca influencia en la calidad del modelado de edificios de poca altura; pero tiene una gran influencia en la calidad del modelado de edificios de gran altura.

Sin embargo, a medida que aumenta el grado de superposición, aumentará el número de fotografías aéreas y también aumentará el tiempo para el procesamiento de datos.

2 La influencia de longitud focal sobre 3D Calidad de modelado de edificios de gran altura

Hemos llegado a tal conclusión en el contenido anterior:Para edificio de fachada 3D escenas de modelado, cuanto mayor es la distancia focal, peor es el modelado calidad. Sin embargo, para el modelado 3D de áreas de gran altura, se requiere una distancia focal más larga para garantizar la calidad del modelado. Como se muestra abajo:

En condiciones de la misma resolución y grado de superposición, la lente de longitud focal larga puede garantizar el grado de superposición real del techo y una altura de vuelo suficientemente segura para lograr una mejor calidad de modelado de edificios de gran altura.

Por ejemplo, cuando la cámara oblicua DG4pros se utiliza para hacer modelado 3D de edificios de gran altura, no solo puede lograr una buena calidad de modelado, sino que la precisión aún puede alcanzar los requisitos de levantamiento catastral 1: 500, que es la ventaja de la focal larga lentes de longitud.

Caso: Un caso de éxito de la fotografía oblicua

Cámaras oblicuas de la serie RIY-Pros de 10 、

Para lograr una mejor calidad de modelado, bajo la premisa de la misma resolución, es necesario asegurar una superposición suficiente y los grandes campos de visión.Para regiones con grandes diferencias de altura de terreno o edificios de gran altura, la distancia focal de la lente también es un factor importante que afecta la calidad del modelado. Basándose en los principios anteriores, las cámaras oblicuas de la serie Rainpoo RIY-Pros han realizado las siguientes tres optimizaciones en la lente:

1 Cambie el diseño de la lenses

Para las cámaras oblicuas de la serie Pros, la sensación más intuitiva es que su forma cambia de redonda a cuadrada. La razón más directa de este cambio es que ha cambiado el diseño de las lentes.

La ventaja de este diseño es que el tamaño de la cámara se puede diseñar para que sea más pequeño y el peso puede ser relativamente más liviano. Sin embargo, este diseño dará como resultado que el grado de superposición de las lentes oblicuas izquierda y derecha sea más bajo que el de las perspectivas frontal, media y posterior: es decir, el área de la sombra A es más pequeña que el área de la sombra B.

Como mencionamos anteriormente, para mejorar la eficiencia del vuelo, la superposición lateral es generalmente más pequeña que la superposición de rumbo, y este "diseño envolvente" reducirá aún más la superposición lateral, por lo que el modelo lateral 3D será más pobre que el rumbo 3D. modelo.

Entonces, para la serie RIY-Pros, Rainpoo cambió el diseño de las lentes a: diseño paralelo. Como se muestra abajo:

Este diseño sacrificará parte de la forma y el peso, pero la ventaja es que puede garantizar una superposición lateral suficiente y lograr una mejor calidad de modelado. En la planificación de vuelo real, los RIY-Pros pueden incluso reducir algunas superposiciones laterales para mejorar la eficiencia del vuelo.

2 Ajuste el ángulo de la oblicuo lenses

La ventaja del "diseño paralelo" es que no solo garantiza una superposición suficiente, sino que también aumenta el campo de visión lateral y puede recopilar más información sobre la textura de los edificios.

Sobre esta base, también aumentamos la distancia focal de las lentes oblicuas para que su borde inferior coincidiera con el borde inferior del diseño de "diseño envolvente" anterior, aumentando aún más la vista lateral del ángulo, como se muestra en la siguiente figura:

La ventaja de este diseño es que aunque se cambia el ángulo de las lentes oblicuas, no afecta la eficiencia del vuelo. Y después de que se mejore considerablemente el campo de visión de las lentes laterales, se pueden recopilar más datos de información de la fachada y, por supuesto, se mejora la calidad del modelado.

Los experimentos de contraste también muestran que, en comparación con el diseño tradicional de las lentes, el diseño de la serie Pros realmente puede mejorar la calidad lateral de los modelos 3D.

La izquierda es el modelo 3D creado por la cámara de diseño tradicional y la derecha es el modelo 3D creado por la cámara Pros.

3 Aumente la distancia focal del lentes oblicuos

Las lentes de las cámaras oblicuas RIY-Pros se cambian del tradicional "diseño envolvente" a un "diseño paralelo", y la relación entre la resolución del punto cercano y la resolución del punto lejano de las fotos tomadas con lentes oblicuos también aumentará.

Para garantizar que la relación no supere el valor crítico, la distancia focal de las lentes oblicuas Pros aumenta en un 5% ~ 8% que antes.

Nombre	Ventajas de Riy-DG3
Peso	710g
Dimensión	130 * 142 * 99,5 mm
Tipo de sensor	APS-C
Tamaño CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Tamaño físico del píxel	3.9um
Píxeles totales	120MP
Intervalo de tiempo de exposición mínimo	0,8 s
Modo de exposición de la cámara	Exposición isocrónica / isométrica
longitud focal	28 mm / 43 mm
Fuente de alimentación	Suministro uniforme (energía por dron)
capacidad de memoria	640G
Descarga de datos acelerada	≥80 M / s
Temperatura de trabajo	-10 ° C ~ + 40 ° C
Actualizaciones de firmware	Gratis
Tasa de IP	IP 43