Linea di ricerca e sviluppo della serie di prodotti Rainpoo

Attraverso l'introduzione di Come la lunghezza focale influisce sui risultati della modellazione 3D, è possibile avere una comprensione preliminare della connessione tra la lunghezza focale e il FOV. Dall'impostazione dei parametri di volo al processo di modellazione 3D, questi due parametri hanno sempre il loro posto. Quindi che effetto hanno questi due parametri sui risultati della modellazione 3D? In questo articolo, introdurremo come Rainpoo ha scoperto la connessione nel processo di ricerca e sviluppo del prodotto e come trovare un equilibrio tra la contraddizione tra l'altezza del volo e il risultato del modello 3D.

1、Da D2 a D3

RIY-D2 è un prodotto sviluppato appositamente per progetti di rilievo catastale. È anche la prima fotocamera obliqua che adotta un design a discesa e con obiettivo interno. D2 ha un'elevata precisione di modellazione e una buona qualità di modellazione, che è adatta per la modellazione di scene con terreno pianeggiante e pavimenti non troppo alti. Tuttavia, per grandi dislivelli, terreni complessi e topografia (comprese le linee ad alta tensione, i camini, le stazioni base e altri grattacieli), la sicurezza del volo del drone sarà un grosso problema.

Nelle operazioni reali, alcuni clienti non hanno pianificato una buona altezza di volo, il che ha fatto sì che il drone appendesse linee ad alta tensione o colpisse la stazione base; O anche se alcuni droni hanno avuto la fortuna di passare attraverso i punti pericolosi, hanno scoperto che i droni erano molto vicini ai punti pericolosi solo quando hanno controllato le foto aeree. Questi pericoli e pericoli nascosti spesso causano enormi perdite di proprietà ai clienti.

Nella foto è mostrata una stazione base, puoi vedere che è molto vicina al drone, è molto probabile che colpisca Pertanto, molti clienti ci hanno dato suggerimenti: una fotocamera obliqua a lunga lunghezza focale può essere progettata per aumentare l'altezza di volo del drone e rendere il volo più sicuro? In base alle esigenze del cliente, in base a D2, abbiamo sviluppato una versione a lunga focale denominata RIY-D3. Rispetto a D2, alla stessa risoluzione, D3 può aumentare l'altezza di volo del drone di circa il 60%.

Durante la ricerca e sviluppo di D3, abbiamo sempre creduto che una lunghezza focale più lunga possa avere un'altezza di volo maggiore, una migliore qualità di modellazione e una maggiore precisione. Ma dopo il lavoro effettivo, abbiamo scoperto che non era come previsto, rispetto a D2, il modello 3D costruito da D3 era relativamente teso e l'efficienza del lavoro era relativamente bassa.

Nome	Riy-D2/D3
Il peso	850 g
Dimensione	19018088mm
Tipo di sensore	APS-C
CMOS una dimensione	23,5 mm × 15,6 mm
Dimensione fisica del pixel	3.9um
Pixel totali	120MP
Intervallo minimo di esposizione	1s
Modalità di esposizione della fotocamera	Esposizione isocrona/isometrica
lunghezza focale	20mm/35mm per D235mm/50mm per D3
Alimentazione elettrica	Fornitura uniforme (alimentazione tramite drone)
capacità di memoria	320G
Velocità di download dei dati	≥70 M/s
Temperatura di lavoro	-10°C~+40°C
Aggiornamenti del firmware	Gratuito
Tasso IP	IP 43

2、La connessione tra lunghezza focale e qualità di modellazione

La connessione tra la lunghezza focale e la qualità della modellazione non è facile da capire per la maggior parte dei clienti, e anche molti produttori di fotocamere oblique credono erroneamente che un obiettivo a lunghezza focale lunga sia utile per la qualità della modellazione.

La situazione attuale qui è: partendo dal presupposto che altri parametri sono gli stessi, per la facciata dell'edificio, maggiore è la lunghezza focale, peggiore è l'uguaglianza di modellazione. Che tipo di relazione logica è coinvolta qui?

Nell'ultimo articolo In che modo la lunghezza focale influisce sui risultati della modellazione 3D abbiamo detto che:

Con la premessa che gli altri parametri sono gli stessi, la lunghezza focale influenzerà solo l'altezza del volo. Come mostrato nella figura sopra, ci sono due diversi obiettivi focali, il rosso indica un obiettivo focale lungo e il blu indica un obiettivo focale corto. L'angolo massimo formato dalla lente focale lunga e dalla parete è α, e l'angolo massimo formato dalla lente focale corta e dalla parete è . Ovviamente:

Cosa significa questo "angolo"? Maggiore è l'angolo tra il bordo del campo visivo dell'obiettivo e la parete, più orizzontale è l'obiettivo rispetto al muro. Quando si raccolgono informazioni sulle facciate degli edifici, le lenti focali corte possono raccogliere informazioni sulle pareti in modo più orizzontale e i modelli 3D basati su di esse possono riflettere meglio la trama della facciata. Pertanto, per scene con facciate, minore è la lunghezza focale dell'obiettivo, più ricche sono le informazioni sulla facciata raccolte e migliore è la qualità della modellazione.

Per gli edifici con gronda, a condizione della stessa risoluzione al suolo, maggiore è la lunghezza focale dell'obiettivo, maggiore è l'altezza di volo del drone, più punti ciechi sotto la grondaia, quindi peggiore sarà la qualità della modellazione. Quindi, in questo scenario, la D3 con un obiettivo a lunghezza focale più lunga non può competere con la D2 con un obiettivo a lunghezza focale più corta.

3、La contraddizione tra l'altezza di volo del drone e la qualità del modello 3D

In base alla connessione logica della lunghezza focale e della qualità del modello, se la lunghezza focale dell'obiettivo è sufficientemente corta e l'angolo FOV è sufficientemente ampio, non è necessaria alcuna fotocamera multiobiettivo. Un obiettivo super grandangolare (obiettivo fish-eye) può raccogliere le informazioni di tutte le direzioni. Come mostrato di seguito:

Non va bene progettare la lunghezza focale dell'obiettivo il più corta possibile?

Per non parlare del problema della grande distorsione causata dalla focale ultra corta. Se la lunghezza focale dell'obiettivo orto della fotocamera obliqua è progettata per essere 10 mm e i dati vengono raccolti con una risoluzione di 2 cm, l'altezza di volo del drone è di soli 51 metri.

Ovviamente, se il drone è dotato di una telecamera obliqua progettata in questo modo per svolgere dei lavori, sarà sicuramente pericoloso.

PS: sebbene l'obiettivo ultra grandangolare abbia un uso limitato delle scene nella modellazione fotografica obliqua, ha un significato pratico per la modellazione Lidar. In precedenza, una famosa azienda Lidar aveva comunicato con noi, sperando che noi progettassimo una fotocamera aerea con obiettivo grandangolare, montata con il Lidar, per l'interpretazione di oggetti a terra e la raccolta di texture.

4、Da D3 a DG3

La ricerca e sviluppo di D3 ci ha fatto capire che per la fotografia obliqua, la lunghezza focale non può essere monotonamente lunga o corta. La lunghezza è strettamente correlata alla qualità del modello, all'efficienza del lavoro e all'altezza del volo. Quindi nella ricerca e sviluppo degli obiettivi, la prima domanda da considerare è: come impostare le lunghezze focali degli obiettivi?

Sebbene la focale corta abbia una buona qualità di modellazione, ma l'altezza di volo è bassa, non è sicura per il volo del drone. Per garantire la sicurezza dei droni, la lunghezza focale deve essere progettata più a lungo, ma una lunghezza focale maggiore influirà sull'efficienza lavorativa e sulla qualità della modellazione. C'è una certa contraddizione tra l'altezza del volo e la qualità della modellazione 3D. Dobbiamo cercare un compromesso tra queste contraddizioni.

Quindi, dopo D3, sulla base della nostra considerazione completa di questi fattori contraddittori, abbiamo sviluppato la fotocamera obliqua DG3. DG3 tiene conto sia della qualità della modellazione 3D di D2 che dell'altezza di volo di D3, aggiungendo anche un sistema di dissipazione del calore e rimozione della polvere, in modo che possa essere utilizzato anche su droni ad ala fissa o VTOL. DG3 è la fotocamera obliqua più popolare per Rainpoo, è anche la fotocamera obliqua più utilizzata sul mercato.

Nome	Riy-DG3
Il peso	650 g
Dimensione	17016080mm
Tipo di sensore	APS-C
Dimensione CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Dimensione fisica del pixel	3.9um
Pixel totali	120MP
Intervallo minimo di esposizione	0.8s
Modalità di esposizione della fotocamera	Esposizione isocrona/isometrica
lunghezza focale	28mm/40mm
Alimentazione elettrica	Fornitura uniforme (alimentazione tramite drone)
capacità di memoria	320/640G
Velocità di download dei dati	≥80 M/s
Temperatura di lavoro	-10°C~+40°C
Aggiornamenti del firmware	Gratuito
Tasso IP	IP 43

5、Da DG3 a DG3Pros

La fotocamera obliqua della serie RIY-Pros può ottenere una migliore qualità di modellazione. Quindi quale design speciale hanno i professionisti nel layout dell'obiettivo e nell'impostazione della lunghezza focale? In questo numero, continueremo a introdurre la logica di progettazione alla base dei parametri Pro.

6、Angolo dell'obiettivo obliquo e qualità di modellazione

Il contenuto precedente menzionava tale vista: minore è la lunghezza focale, maggiore è l'angolo di campo, più informazioni sulla facciata dell'edificio possono essere raccolte e migliore è la qualità della modellazione.

Oltre a impostare una lunghezza focale ragionevole, ovviamente, possiamo anche utilizzare un altro modo per migliorare l'effetto di modellazione: aumentare direttamente l'angolo delle lenti oblique, che possono anche raccogliere informazioni sulla facciata più abbondanti.

Ma in effetti, sebbene l'impostazione di un angolo obliquo maggiore possa migliorare la qualità della modellazione, ci sono anche due effetti collaterali:

1: L'efficienza lavorativa sarà ridotta. Con l'aumento dell'angolo obliquo, aumenterà molto anche l'espansione verso l'esterno della rotta di volo. Quando l'angolo obliquo di supera i 45 °, l'efficienza di volo diminuirà drasticamente.

Ad esempio, la fotocamera aerea professionale Leica RCD30, il suo angolo obliquo è di soli 30 °, uno dei motivi di questo design è aumentare l'efficienza lavorativa.

2: Se l'angolo obliquo è troppo grande, la luce del sole entrerà facilmente nella fotocamera, causando abbagliamento (soprattutto al mattino e al pomeriggio di una giornata nebbiosa). La fotocamera obliqua Rainpoo è la prima ad adottare il design dell'obiettivo interno. Questo design equivale ad aggiungere un paraluce alle lenti per evitare che venga influenzato dalla luce solare obliqua.

Soprattutto per i piccoli droni, in generale, le loro attitudini al volo sono relativamente scarse. Dopo che l'angolo obliquo dell'obiettivo e l'assetto del drone sono stati sovrapposti, la luce parassita può facilmente entrare nella fotocamera, amplificando ulteriormente il problema dell'abbagliamento.

7、Sovrapposizione del percorso e qualità della modellazione

Secondo l'esperienza, per garantire la qualità del modello, per qualsiasi oggetto nello spazio, è meglio coprire le informazioni sulla trama dei cinque gruppi di lenti durante il volo.

Questo è facile da capire. Ad esempio, se vogliamo costruire un modello 3D di un edificio antico, la qualità di modellazione del volo circolare deve essere molto migliore della qualità di scattare solo poche foto su quattro lati.

Più foto sono coperte, più informazioni spaziali e di trama contengono e migliore è la qualità della modellazione. Questo è il significato della sovrapposizione delle rotte di volo per la fotografia obliqua.

Il grado di sovrapposizione è uno dei fattori chiave che determinano la qualità del modello 3D. Nella scena generale della fotografia obliqua, il tasso di sovrapposizione è principalmente dell'80% in direzione e del 70% di lato (i dati effettivi sono ridondanti).

In effetti, è sicuramente meglio avere lo stesso grado di sovrapposizione per i laterali, ma una sovrapposizione laterale troppo alta ridurrà drasticamente l'efficienza di volo (specialmente per i droni ad ala fissa), quindi in base all'efficienza, la sovrapposizione laterale generale sarà inferiore al sovrapposizione di intestazione.

Suggerimenti: Considerando l'efficienza lavorativa, il grado di sovrapposizione non è il più alto possibile. Dopo aver superato un certo "standard", il miglioramento del grado di sovrapposizione ha un effetto limitato sul modello 3D. Secondo il nostro feedback sperimentale, a volte l'aumento della sovrapposizione ridurrà effettivamente la qualità del modello. Ad esempio, per una scena di modellazione con risoluzione di 3 ~ 5 cm, la qualità di modellazione del grado di sovrapposizione inferiore a volte è migliore del grado di sovrapposizione più elevato.

8、La differenza tra sovrapposizione teorica e sovrapposizione effettiva

Prima del volo, impostiamo l'80% di direzione e il 70% di sovrapposizione laterale, che è solo la sovrapposizione teorica. Durante il volo, il drone sarà influenzato dal flusso d'aria,e il cambiamento di atteggiamento farà sì che la sovrapposizione effettiva sia inferiore alla sovrapposizione teorica.

In generale, che si tratti di un drone multirotore o ad ala fissa, minore è l'assetto di volo, peggiore è la qualità del modello 3D. Poiché i droni multirotore o ad ala fissa più piccoli sono più leggeri e di dimensioni più ridotte, sono soggetti a interferenze dal flusso d'aria esterno. Il loro assetto di volo non è generalmente buono come quello dei droni multirotore o ad ala fissa di medie/grandi dimensioni, con il risultato che il grado di sovrapposizione effettivo in alcune determinate aree del terreno non è sufficiente, il che alla fine influisce sulla qualità della modellazione.

9、Difficoltà nella modellazione 3D di grattacieli

All'aumentare dell'altezza dell'edificio, aumenterà la difficoltà della modellazione 3D. Uno è che il grattacielo aumenterà il rischio di volo del drone, e il secondo è che all'aumentare dell'altezza dell'edificio, la sovrapposizione delle parti del grattacielo diminuisce drasticamente, con conseguente scarsa qualità del modello 3D.

1 L'influenza dell'aumento della sovrapposizione su 3D Qualità di modellazione di grattacieli

Per il problema di cui sopra, molti clienti esperti hanno trovato una soluzione: aumentare il grado di sovrapposizione. Infatti, con l'aumento del grado di sovrapposizione, l'effetto modello sarà notevolmente migliorato. Quello che segue è un confronto degli esperimenti che abbiamo fatto:

Attraverso il confronto di cui sopra, troveremo che: l'aumento del grado di sovrapposizione ha poca influenza sulla qualità della modellazione di edifici bassi; ma ha una grande influenza sulla qualità della modellazione dei grattacieli.

Tuttavia, all'aumentare del grado di sovrapposizione, aumenterà il numero di foto aeree e aumenterà anche il tempo per l'elaborazione dei dati.

2 L'influenza di lunghezza focale Su 3D Qualità di modellazione di grattacieli

Abbiamo fatto una tale conclusione nel contenuto precedente:Per edificio con facciata 3D scene di modellazione, maggiore è la lunghezza focale, peggiore è la modellazione qualità. Tuttavia, per la modellazione 3D di aree a molti piani, è necessaria una lunghezza focale maggiore per garantire la qualità della modellazione. Come mostrato di seguito:

Nelle condizioni della stessa risoluzione e grado di sovrapposizione, l'obiettivo a focale lunga può garantire l'effettivo grado di sovrapposizione del tetto e un'altezza di volo sufficientemente sicura per ottenere una migliore qualità di modellazione dei grattacieli.

Ad esempio, quando la fotocamera obliqua DG4pros viene utilizzata per eseguire la modellazione 3D di grattacieli, non solo può ottenere una buona qualità di modellazione, ma la precisione può ancora raggiungere i requisiti di rilevamento catastale 1: 500, che è il vantaggio della lunga focale lenti di lunghezza.

Caso: Un caso di successo di fotografia obliqua

10、Fotocamere oblique della serie RIY-Pros

Per ottenere una migliore qualità di modellazione, con la premessa della stessa risoluzione, è necessario garantire una sovrapposizione sufficiente e ampi campi visivi. Per regioni con grandi differenze di altezza del terreno o edifici alti, anche la lunghezza focale dell'obiettivo è un fattore importante che influenza la qualità della modellazione. Sulla base dei principi di cui sopra, le fotocamere oblique della serie Rainpoo RIY-Pros hanno apportato le seguenti tre ottimizzazioni sull'obiettivo:

1 Modificare il layout dell'obiettivoses

Per le fotocamere oblique della serie Pro, la sensazione più intuitiva è che la sua forma cambi da rotonda a quadrata. La ragione più diretta di questo cambiamento è che il layout delle lenti è cambiato.

Il vantaggio di questo layout è che le dimensioni della fotocamera possono essere progettate per essere più piccole e il peso può essere relativamente più leggero. Tuttavia, questo layout risulterà nel grado di sovrapposizione delle lenti oblique sinistra e destra inferiore a quello delle prospettive anteriore, centrale e posteriore: cioè, l'area dell'ombra A è più piccola dell'area dell'ombra B.

Come accennato in precedenza, al fine di migliorare l'efficienza del volo, la sovrapposizione laterale è generalmente inferiore alla sovrapposizione della rotta e questo "disposizione surround" ridurrà ulteriormente la sovrapposizione laterale, motivo per cui il modello 3D laterale sarà più scadente rispetto alla direzione 3D modello.

Quindi, per la serie RIY-Pros, Rainpoo ha cambiato il layout degli obiettivi in: layout parallelo. Come mostrato di seguito:

Questo layout sacrificherà parte della forma e del peso, ma il vantaggio è che può garantire una sufficiente sovrapposizione laterale e ottenere una migliore qualità di modellazione. Nell'effettiva pianificazione del volo, i professionisti RIY possono persino ridurre alcune sovrapposizioni laterali per migliorare l'efficienza del volo.

2 Regolare l'angolo del obliquo lenses

Il vantaggio del "layout parallelo" è che non solo garantisce una sovrapposizione sufficiente, ma aumenta anche il FOV laterale e può raccogliere più informazioni sulla trama degli edifici.

Su questa base, abbiamo anche aumentato la lunghezza focale delle lenti oblique in modo che il suo bordo inferiore coincidesse con il bordo inferiore del precedente layout "surround layout", aumentando ulteriormente la vista laterale dell'angolo, come mostrato nella figura seguente:

Il vantaggio di questo layout è che sebbene l'angolo delle lenti oblique venga modificato, non influisce sull'efficienza del volo. E dopo che il FOV delle lenti laterali è stato notevolmente migliorato, è possibile raccogliere più dati sulle informazioni sulla facciata e la qualità della modellazione è ovviamente migliorata.

Gli esperimenti di contrasto mostrano anche che, rispetto al layout tradizionale delle lenti, il layout della serie Pro può davvero migliorare la qualità laterale dei modelli 3D.

A sinistra è il modello 3D costruito dalla fotocamera con layout tradizionale e a destra è il modello 3D costruito dalla fotocamera Pro .

3 Aumentare la lunghezza focale del lenti oblique

Gli obiettivi delle fotocamere oblique RIY-Pro vengono cambiati dal tradizionale "layout surround" a un "layout parallelo" e aumenterà anche il rapporto tra la risoluzione del punto vicino e la risoluzione del punto lontano delle foto scattate con obiettivi obliqui.

Per garantire che il rapporto non superi il valore critico, la lunghezza focale degli obiettivi obliqui Pro è aumentata del 5% ~ 8% rispetto a prima.

Nome	Riy-DG3 Pro
Il peso	710g
Dimensione	13014299,5 mm
Tipo di sensore	APS-C
Dimensione CCD	23,5 mm × 15,6 mm
Dimensione fisica del pixel	3.9um
Pixel totali	120MP
Intervallo minimo di esposizione	0.8s
Modalità di esposizione della fotocamera	Esposizione isocrona/isometrica
lunghezza focale	28mm/43mm
Alimentazione elettrica	Fornitura uniforme (alimentazione tramite drone)
capacità di memoria	640G
Velocità di download dei dati	≥80 M/s
Temperatura di lavoro	-10°C~+40°C
Aggiornamenti del firmware	Gratuito
Tasso IP	IP 43