Dòng sản phẩm R&D của Rainpoo

Thông qua phần giới thiệu Độ dài tiêu cự ảnh hưởng đến kết quả mô hình 3D như thế nào, bạn có thể hiểu sơ bộ về mối liên hệ giữa độ dài tiêu cự và FOV. Từ việc thiết lập các thông số chuyến bay đến quá trình mô hình hóa 3D, hai thông số này luôn có vị trí của chúng. Vậy hai thông số này có ảnh hưởng gì đến kết quả mô hình 3D? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu cách Rainpoo phát hiện ra mối liên hệ trong quá trình R & D sản phẩm và cách tìm ra sự cân bằng giữa mâu thuẫn giữa độ cao bay và kết quả mô hình 3D.

1 、 Từ D2 đến D3

RIY-D2 là sản phẩm được phát triển đặc biệt cho các dự án đo đạc địa chính. Đây cũng là máy ảnh xiên đầu tiên áp dụng thiết kế ống kính thả xuống và ống kính bên trong. D2 có độ chính xác mô hình hóa cao và chất lượng mô hình hóa tốt, phù hợp để tạo mô hình cảnh với địa hình bằng phẳng và tầng không quá cao. Tuy nhiên, đối với độ rơi lớn, địa hình và địa hình phức tạp (bao gồm đường dây cao thế, ống khói, trạm gốc và các tòa nhà cao tầng khác), an toàn bay của drone sẽ là một vấn đề lớn.

Trong hoạt động thực tế, một số khách hàng đã không lên kế hoạch độ cao bay tốt khiến máy bay bị treo đường dây cao thế hoặc va vào trạm gốc; Hoặc dù một số drone đã may mắn đi qua những điểm nguy hiểm nhưng khi kiểm tra không ảnh thì họ mới phát hiện ra những chiếc drone đang ở rất gần điểm nguy hiểm ...

Một trạm cơ sở hiển thị trong ảnh, bạn có thể thấy nó ở rất gần máy bay không người lái, rất có thể bị va vào Vì vậy, nhiều khách hàng đã đưa ra gợi ý cho chúng tôi: Có thể thiết kế camera xiên tiêu cự dài để làm cho độ cao bay của drone cao hơn và giúp chuyến bay an toàn hơn không? Dựa trên nhu cầu của khách hàng, dựa trên D2, chúng tôi đã phát triển một phiên bản tiêu cự dài mang tên RIY-D3. So với D2, ở cùng độ phân giải, D3 có thể tăng độ cao bay của drone lên khoảng 60%.

Trong quá trình nghiên cứu và phát triển của D3, chúng tôi luôn tin rằng độ dài tiêu cự dài hơn có thể có độ cao bay cao hơn, chất lượng mô hình tốt hơn và độ chính xác cao hơn. Nhưng sau khi làm việc thực tế, chúng tôi nhận thấy nó không được như mong đợi, so sánh với D2, mô hình 3D do D3 xây dựng tương đối căng, và hiệu quả công việc tương đối thấp.

Tên	Riy-D2 / D3
Cân nặng	850g
Kích thước	190 * 180 * 88mm
Loại cảm biến	APS-C
CMOS một kích thước	23,5mm × 15,6mm
Kích thước vật lý của pixel	3,9um
Tổng số pixel	120MP
Khoảng thời gian phơi sáng tối thiểu	1 giây
Chế độ phơi sáng của máy ảnh	Isochronic / Isometric Exposure
tiêu cự	20mm / 35mm cho D235mm / 50mm cho D3
Nguồn cấp	Nguồn cung cấp đồng nhất (Nguồn bằng máy bay không người lái)
dung lượng bộ nhớ	320G
Số lượt tải xuống dữ liệu	≥70M / s
Nhiệt độ làm việc	-10 ° C ~ + 40 ° C
Cập nhật chương trình cơ sở	Miễn phí
Tỷ lệ IP	IP 43

2 、 Mối liên hệ giữa độ dài tiêu cự và chất lượng mô hình hóa

Hầu hết khách hàng không dễ hiểu mối liên hệ giữa độ dài tiêu cự và chất lượng mô hình hóa, và thậm chí nhiều nhà sản xuất máy ảnh ống xiên còn lầm tưởng rằng ống kính tiêu cự dài có ích cho chất lượng mô hình hóa.

Tình hình thực tế ở đây là: trên tiền đề là các thông số khác giống nhau, đối với mặt tiền của tòa nhà, tiêu cự càng dài thì sự bình đẳng mô hình càng kém. Loại quan hệ lôgic nào có liên quan ở đây?

Trong artical cuối cùng Độ dài tiêu cự ảnh hưởng như thế nào đến kết quả mô hình 3D chúng tôi đã đề cập rằng:

Theo giả thiết rằng các thông số khác giống nhau, độ dài tiêu cự sẽ chỉ ảnh hưởng đến độ cao bay. Như trong hình trên, có hai thấu kính tiêu cự khác nhau, màu đỏ biểu thị thấu kính tiêu cự dài và màu xanh lam biểu thị thấu kính tiêu cự ngắn. Góc lớn nhất tạo bởi thấu kính tiêu cự dài và bức tường là α, và góc lớn nhất tạo thành bởi thấu kính tiêu cự ngắn và bức tường là β. Rõ ràng:

"Góc" này có nghĩa là gì? Góc giữa FOV của thấu kính và tường càng lớn thì thấu kính càng nằm ngang so với tường. Khi thu thập thông tin về mặt tiền của tòa nhà, thấu kính tiêu cự ngắn có thể thu thập thông tin về tường theo chiều ngang hơn và các mô hình 3D dựa trên nó có thể phản ánh tốt hơn kết cấu của mặt tiền. Do đó, đối với những cảnh có mặt tiền, tiêu cự của ống kính càng ngắn thì thông tin mặt tiền thu thập được càng phong phú và chất lượng mô hình càng tốt.

Đối với các tòa nhà có mái hiên, trong điều kiện có cùng độ phân giải mặt đất, tiêu cự của thấu kính càng dài, độ cao bay của máy bay không người lái càng cao, càng có nhiều điểm mù dưới mái hiên, khi đó chất lượng mô hình sẽ kém hơn. Vì vậy, trong trường hợp này, D3 với ống kính tiêu cự dài hơn không thể cạnh tranh với D2 với ống kính tiêu cự ngắn hơn.

3 、 Sự mâu thuẫn giữa độ cao bay của máy bay không người lái và chất lượng của mô hình 3D

Theo kết nối logic của độ dài tiêu cự và chất lượng của mô hình, nếu độ dài tiêu cự của ống kính đủ ngắn và góc FOV đủ lớn thì không cần máy ảnh nhiều ống kính. Ống kính góc siêu rộng (ống kính mắt cá) có thể thu thập thông tin của mọi hướng. Như hình bên dưới:

Không phải là tốt khi thiết kế độ dài tiêu cự của ống kính càng ngắn càng tốt?

Chưa kể đến vấn đề méo hình lớn do tiêu cự cực ngắn gây ra. Nếu tiêu cự của thấu kính ortho của máy ảnh xiên được thiết kế là 10mm và dữ liệu được thu thập ở độ phân giải 2cm thì độ cao bay của máy bay không người lái chỉ là 51 mét.

Rõ ràng, nếu máy bay không người lái được trang bị camera xiên được thiết kế theo cách này để thực hiện các công việc, nó chắc chắn sẽ rất nguy hiểm.

Tái bút: Mặc dù ống kính góc siêu rộng hạn chế sử dụng các cảnh trong mô hình nhiếp ảnh xiên, nhưng nó có ý nghĩa thiết thực đối với mô hình Lidar. Trước đây, một công ty Lidar nổi tiếng đã liên hệ với chúng tôi, mong muốn chúng tôi thiết kế một máy ảnh hàng không ống kính góc rộng, được gắn với Lidar, để giải thích vật thể mặt đất và thu thập kết cấu.

4 、 Từ D3 đến DG3

Nghiên cứu & phát triển của D3 đã khiến chúng tôi nhận ra rằng đối với chụp ảnh xiên, độ dài tiêu cự không thể dài hay ngắn một cách đơn điệu. Chiều dài liên quan chặt chẽ đến chất lượng của mô hình, hiệu quả làm việc và độ cao của chuyến bay. Vì vậy, trong R&D ống kính, câu hỏi đầu tiên cần xem xét là: làm thế nào để đặt tiêu cự của ống kính?

Mặc dù tiêu cự ngắn có chất lượng mô hình tốt, nhưng độ cao bay thấp nên không an toàn cho chuyến bay của máy bay không người lái. Để đảm bảo an toàn cho drone, tiêu cự phải được thiết kế dài hơn, nhưng tiêu cự dài hơn sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc và chất lượng mô hình. Có một sự mâu thuẫn nhất định giữa độ cao của chuyến bay và chất lượng mô hình 3D. Chúng ta phải tìm kiếm sự thỏa hiệp giữa những mâu thuẫn này.

Vì vậy, sau D3, dựa trên việc xem xét toàn diện các yếu tố mâu thuẫn này, chúng tôi đã phát triển máy ảnh xiên DG3. DG3 tính đến cả chất lượng mô hình 3D của D2 và độ cao bay của D3, đồng thời bổ sung hệ thống tản nhiệt và loại bỏ bụi, để nó cũng có thể được sử dụng trên máy bay không người lái cánh cố định hoặc VTOL. DG3 là máy ảnh xiên phổ biến nhất của Rainpoo, nó cũng là máy ảnh xiên được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường.

Tên	Riy-DG3
Cân nặng	650g
Kích thước	170 * 160 * 80mm
Loại cảm biến	APS-C
CCD kích thước	23,5mm × 15,6mm
Kích thước vật lý của pixel	3,9um
Tổng số pixel	120MP
Khoảng thời gian phơi sáng tối thiểu	0,8 giây
Chế độ phơi sáng của máy ảnh	Isochronic / Isometric Exposure
tiêu cự	28mm / 40mm
Nguồn cấp	Nguồn cung cấp đồng nhất (Nguồn bằng máy bay không người lái)
dung lượng bộ nhớ	320/640G
Số lượt tải xuống dữ liệu	≥80M / s
Nhiệt độ làm việc	-10 ° C ~ + 40 ° C
Cập nhật chương trình cơ sở	Miễn phí
Tỷ lệ IP	IP 43

5 、 Từ DG3 đến DG3Pros

Máy ảnh xiên dòng RIY-Pros có thể đạt được chất lượng mô hình tốt hơn. Vậy Ưu có thiết kế gì đặc biệt trong cách bố trí ống kính và thiết lập độ dài tiêu cự? Trong số này, chúng tôi sẽ tiếp tục giới thiệu logic thiết kế đằng sau các tham số Ưu điểm.

6 、 Góc ống kính xiên và chất lượng mô hình

Nội dung trước đã đề cập đến quan điểm như vậy: độ dài tiêu cự càng ngắn, góc xem càng lớn, thì càng có thể thu thập được nhiều thông tin về mặt tiền của tòa nhà và chất lượng mô hình càng tốt.

Tất nhiên, ngoài việc đặt độ dài tiêu cự hợp lý, chúng ta cũng có thể sử dụng một cách khác để cải thiện hiệu ứng mô hình hóa: trực tiếp tăng góc của thấu kính xiên, điều này cũng có thể thu thập thông tin mặt tiền phong phú hơn.

Nhưng trên thực tế, mặc dù đặt góc xiên lớn hơn có thể cải thiện chất lượng mô hình, nhưng cũng có hai tác dụng phụ:

1: Hiệu quả làm việc sẽ giảm sút. Với việc tăng góc xiên, độ mở rộng ra bên ngoài của đường bay cũng sẽ tăng lên rất nhiều. Khi góc xiên vượt quá 45 °, hiệu suất bay sẽ giảm mạnh.

Ví dụ như máy ảnh chuyên nghiệp Leica RCD30, góc xiên của nó chỉ là 30 °, một trong những lý do của thiết kế này là để tăng hiệu quả làm việc.

2: Nếu góc xiên quá lớn, ánh sáng mặt trời sẽ dễ lọt vào máy ảnh, gây chói mắt (đặc biệt là vào buổi sáng và buổi chiều của một ngày mờ mịt). Máy ảnh xiên Rainpoo là máy ảnh sớm nhất áp dụng thiết kế ống kính bên trong. Thiết kế này tương đương với việc thêm một tấm che vào ống kính để ngăn nó bị ảnh hưởng bởi ánh nắng chiếu xiên.

Đặc biệt là đối với các máy bay không người lái nhỏ, nói chung, thái độ bay của chúng tương đối kém. Sau khi góc xiên của ống kính và chế độ của máy bay không người lái được chồng lên nhau, ánh sáng đi lạc có thể dễ dàng đi vào máy ảnh, làm khuếch đại thêm vấn đề chói.

7 、 Chồng chéo tuyến đường và chất lượng mô hình hóa

Theo kinh nghiệm, để đảm bảo chất lượng mô hình, đối với bất kỳ vật thể nào trong không gian, tốt nhất bạn nên che thông tin kết cấu của 5 nhóm thấu kính trong quá trình bay.

Điều này là dễ hiểu. Ví dụ, nếu chúng ta muốn xây dựng mô hình 3D của một tòa nhà cổ, chất lượng mô hình của chuyến bay vòng tròn phải tốt hơn nhiều so với chất lượng chỉ chụp một vài bức ảnh ở bốn phía.

Càng nhiều ảnh được che phủ, nó càng chứa nhiều thông tin về không gian và kết cấu và chất lượng mô hình càng tốt. Đây là ý nghĩa của sự trùng lặp đường bay đối với chụp ảnh xiên.

Mức độ chồng chéo là một trong những yếu tố quan trọng quyết định chất lượng của mô hình 3D. Trong bối cảnh chung của chụp ảnh xiên, tỷ lệ chồng chéo chủ yếu là 80% tiêu đề và 70% sang ngang (dữ liệu thực tế là dư thừa).

Trên thực tế, chắc chắn là tốt nhất nên có cùng một mức độ chồng chéo cho các phương tiện ngang, nhưng độ chồng chéo sang một bên quá cao sẽ làm giảm đáng kể hiệu quả bay (đặc biệt là đối với máy bay không người lái cánh cố định), vì vậy dựa trên hiệu quả, độ trùng lặp về hai bên nói chung sẽ thấp hơn trùng lặp tiêu đề.

Lời khuyên: Xét về hiệu quả làm việc, độ chồng chéo không cao càng tốt. Sau khi vượt quá một "tiêu chuẩn" nhất định, việc cải thiện mức độ chồng chéo có ảnh hưởng hạn chế đến mô hình 3D. Theo phản hồi thử nghiệm của chúng tôi, đôi khi việc tăng chồng chéo sẽ thực sự làm giảm chất lượng của mô hình. Ví dụ: đối với cảnh mô hình hóa độ phân giải 3 ~ 5cm, chất lượng mô hình hóa của mức độ chồng chéo thấp hơn đôi khi tốt hơn mức độ chồng chéo cao hơn.

8 、 Sự khác biệt giữa chồng chéo lý thuyết và chồng chéo thực tế

Trước chuyến bay, chúng tôi đặt 80% tiêu đề và 70% chồng chéo sang hai bên, đây chỉ là sự trùng lặp về mặt lý thuyết. Trong chuyến bay, máy bay không người lái sẽ bị ảnh hưởng bởi luồng không khí,và sự thay đổi thái độ sẽ khiến sự chồng chéo thực tế ít hơn sự chồng chéo lý thuyết.

Nhìn chung, cho dù đó là máy bay không người lái nhiều cánh quạt hay cánh cố định, thái độ bay càng kém thì chất lượng của mô hình 3D càng kém. Do máy bay không người lái nhiều cánh quạt hoặc cánh cố định nhỏ hơn có trọng lượng nhẹ hơn và kích thước nhỏ hơn, chúng dễ bị nhiễu từ luồng không khí bên ngoài. Thái độ bay của chúng nói chung không tốt bằng các máy bay không người lái nhiều cánh quạt hoặc cánh cố định cỡ vừa / lớn, dẫn đến mức độ chồng chéo thực tế ở một số khu vực mặt đất nhất định là không đủ, điều này cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng mô hình.

9 、 Khó khăn trong mô hình 3D của các tòa nhà cao tầng

Khi chiều cao của tòa nhà tăng lên, độ khó của mô hình 3D sẽ tăng lên. Một là tòa nhà cao tầng sẽ làm tăng nguy cơ bay của máy bay không người lái và thứ hai là khi chiều cao của tòa nhà tăng lên, sự chồng chéo của các phần cao tầng giảm mạnh, dẫn đến chất lượng mô hình 3D kém.

1 Ảnh hưởng của việc ngày càng chồng chéo lên 3D Mô hình hóa chất lượng của tòa nhà cao tầng

Đối với vấn đề trên, nhiều khách hàng có kinh nghiệm đã tìm ra giải pháp: tăng độ chồng lên. Thật vậy, với sự gia tăng của mức độ chồng chéo, hiệu ứng của mô hình sẽ được cải thiện đáng kể. Sau đây là so sánh các thí nghiệm chúng tôi đã thực hiện:

Qua sự so sánh trên, chúng ta sẽ thấy rằng: sự gia tăng mức độ chồng lấn ít ảnh hưởng đến chất lượng mô hình của các công trình thấp tầng; nhưng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mô hình của các tòa nhà cao tầng.

Tuy nhiên, khi mức độ chồng chéo tăng lên, số lượng ảnh hàng không sẽ tăng lên, và thời gian xử lý dữ liệu cũng tăng lên.

2 Sự ảnh hưởng tiêu cự trên 3D Mô hình hóa chất lượng của tòa nhà cao tầng

Chúng tôi đã kết luận như vậy trong nội dung trước:Vì tòa nhà mặt tiền 3D cảnh mô hình hóa, độ dài tiêu cự càng dài, mô hình càng tệ chất lượng. Tuy nhiên, đối với mô hình 3D của các khu vực cao tầng, cần có độ dài tiêu cự dài hơn để đảm bảo chất lượng mô hình. Như hình bên dưới:

Trong các điều kiện có cùng độ phân giải và mức độ chồng lên nhau, ống kính tiêu cự dài có thể đảm bảo độ chồng chéo thực tế của mái nhà và độ cao bay đủ an toàn để đạt được chất lượng mô hình tốt hơn của các tòa nhà cao tầng.

Ví dụ, khi máy ảnh xiên DG4pros được sử dụng để tạo mô hình 3D của các tòa nhà cao tầng, nó không chỉ có thể đạt được chất lượng mô hình tốt mà độ chính xác vẫn có thể đạt yêu cầu đo đạc địa chính 1: 500, đây là lợi thế của tiêu cự dài chiều dài ống kính.

Trường hợp: Một trường hợp thành công của nhiếp ảnh xiên

Máy ảnh xiên 10 、 RIY-Pro series

Để đạt được chất lượng mô hình tốt hơn, với tiền đề có cùng độ phân giải, cần đảm bảo đủ độ chồng chéo và trường nhìn lớn. một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng mô hình. Dựa trên các nguyên tắc trên, máy ảnh xiên dòng Rainpoo RIY-Pros đã thực hiện ba tối ưu hóa ống kính sau:

1 Thay đổi bố cục của lenses

Đối với máy ảnh xiên dòng Pro, cảm nhận trực quan nhất là hình dạng của nó thay đổi từ hình tròn sang hình vuông. Lý do trực tiếp nhất cho sự thay đổi này là bố cục ống kính đã thay đổi.

Ưu điểm của cách bố trí này là kích thước máy ảnh có thể được thiết kế nhỏ hơn và trọng lượng có thể tương đối nhẹ hơn. Tuy nhiên, cách bố trí này sẽ dẫn đến mức độ chồng chéo của thấu kính xiên trái và phải thấp hơn so với phối cảnh phía trước, giữa và phía sau: nghĩa là vùng bóng A nhỏ hơn vùng bóng B.

Như chúng tôi đã đề cập trước đây, để cải thiện hiệu quả bay, phần chồng lấn sang hai bên thường nhỏ hơn chồng chéo tiêu đề và “bố cục bao quanh” này sẽ giảm thêm sự chồng chéo sang hai bên, đó là lý do tại sao mô hình 3D bên sẽ kém hơn so với mô hình 3D tiêu đề người mẫu.

Vì vậy, đối với dòng RIY-Pros, Rainpoo đã thay đổi bố cục ống kính thành: bố cục song song. Như hình bên dưới:

Bố cục này sẽ hy sinh một phần hình dạng và trọng lượng, nhưng ưu điểm là nó có thể đảm bảo đủ chồng chéo sang hai bên và đạt được chất lượng mô hình tốt hơn. Trong lập kế hoạch chuyến bay thực tế, RIY-Pros thậm chí có thể giảm bớt một số chồng chéo sang hai bên để cải thiện hiệu quả chuyến bay.

2 Điều chỉnh góc của xiên lenses

Ưu điểm của “bố cục song song” là nó không chỉ đảm bảo đủ chồng chéo, mà còn tăng FOV bên và có thể thu thập thêm thông tin kết cấu của các tòa nhà.

Trên cơ sở này, chúng tôi cũng tăng độ dài tiêu cự của các thấu kính xiên để cạnh dưới của nó trùng với cạnh dưới của bố cục "bố cục bao quanh" trước đó, tăng thêm góc nhìn bên, như thể hiện trong hình sau:

Ưu điểm của cách bố trí này là mặc dù góc của ống kính xiên bị thay đổi nhưng không ảnh hưởng đến hiệu quả bay. Và sau khi FOV của thấu kính bên được cải thiện đáng kể, nhiều dữ liệu thông tin mặt ngoài có thể được thu thập và chất lượng mô hình tất nhiên được cải thiện.

Các thí nghiệm về độ tương phản cũng cho thấy rằng, so với cách bố trí ống kính truyền thống, bố cục dòng Pro thực sự có thể cải thiện chất lượng nghiêng của các mô hình 3D.

Bên trái là mô hình 3D được tạo bởi máy ảnh bố cục truyền thống và bên phải là mô hình 3D được tạo bởi máy ảnh Ưu điểm.

3 Tăng độ dài tiêu cự của thấu kính xiên

Ống kính máy ảnh xiên RIY-Pros được thay đổi từ “bố cục xung quanh” truyền thống thành “bố cục song song” và tỷ lệ giữa độ phân giải điểm gần với độ phân giải điểm xa của ảnh chụp bằng ống kính xiên cũng sẽ tăng lên.

Để đảm bảo rằng tỷ lệ không vượt quá giá trị tới hạn, tiêu cự của ống kính xiên Pro được tăng lên 5% ~ 8% so với trước đây.

Tên	Riy-DG3 Ưu điểm
Cân nặng	710g
Kích thước	130 * 142 * 99,5mm
Loại cảm biến	APS-C
CCD kích thước	23,5mm × 15,6mm
Kích thước vật lý của pixel	3,9um
Tổng số pixel	120MP
Khoảng thời gian phơi sáng tối thiểu	0,8 giây
Chế độ phơi sáng của máy ảnh	Isochronic / Isometric Exposure
tiêu cự	28mm / 43mm
Nguồn cấp	Nguồn cung cấp đồng nhất (Nguồn bằng máy bay không người lái)
dung lượng bộ nhớ	640G
Số lượt tải xuống dữ liệu	≥80M / s
Nhiệt độ làm việc	-10 ° C ~ + 40 ° C
Cập nhật chương trình cơ sở	Miễn phí
Tỷ lệ IP	IP 43