Chengdu Rainpoo Technology Co., Ltd.

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Rainpoo产品系列的研发线

通过介绍焦距如何影响3D建模结果,您可以初步了解焦距和FOV之间的关系。从飞行参数的设置到3D建模过程,这两个参数始终处于自己的位置。那么这两个参数对3D建模结果有什么影响?在本文中,我们将介绍Rainpoo如何在产品研发过程中发现这种联系,以及如何在飞行高度和3D模型结果之间的矛盾之间找到平衡。

1,从D2到D3

RIY-D2是专门为地籍测量项目开发的产品。这也是最早采用下拉式和内部镜头设计的斜置相机。D2具有较高的建模精度和良好的建模质量,适用于地形平坦且楼层不太高的场景建模。但是,对于大滴,复杂的地形和地形(包括高压线,烟囱,基站和其他高层建筑),无人机的飞行安全将是一个大问题。

 

在实际操作中,一些客户没有计划好的飞行高度,这导致无人机悬挂高压线或撞到基站。甚至即使有些无人机幸运地通过了危险点,他们也只是在检查航拍照片时才发现无人机离危险点很近。这些危险和隐患常常给客户造成巨大的财产损失。

照片中显示了一个基站,您可以看到它离无人机非常近,很容易撞上 因此,许多客户给我们建议:长焦距斜角摄像头可以设计成使无人机的飞行高度更高并且使飞行更安全吗?根据客户需求,基于D2,我们开发了一个长焦距版本RIY-D3。与D2相比,在相同的分辨率下,D3可以使无人机的飞行高度增加约60%。

在D3的研发过程中,我们始终认为,较长的焦距可以具有更高的飞行高度,更好的建模质量和更高的精度。但是经过实际的工作,我们发现并没有达到预期的效果,与D2相比,D3建立的3D模型比较紧张,工作效率相对较低。

名称 Riy-D2 / D3
重量 850克
尺寸 190 * 180 * 88毫米
感应器类型 APS-C
CMOS尺寸 23.5毫米×15.6毫米
像素物理尺寸 3.9微米
总像素 120MP
最小曝光时间间隔 1秒
相机曝光模式 等时/等距曝光
焦距 D2为20mm / 35mmD3 35mm / 50mm
电源 统一供应(无人机供电)
内存容量 320克
数据下载速度加快 ≥70M/秒
工作温度 -10°C〜+ 40°C
固件更新 免费
IP速率 IP 43

2,焦距与造型质量的关系

焦距与建模质量之间的联系对于大多数客户而言并不容易理解,甚至许多倾斜的相机制造商都错误地认为长焦距镜头有助于建模质量。

 这里的实际情况是:在其他参数相同的前提下,对于建筑物外立面,焦距越长,建模平等性越差。这里涉及什么样的逻辑关系?

在最后一篇文章中 焦距如何影响3D建模结果 我们提到过:

在其他参数相同的前提下,焦距只会影响飞行高度。如上图所示,有两个散焦透镜,红色表示长焦透镜,蓝色表示短焦透镜。由长焦距透镜和壁形成的最大角度是α,而由短焦距透镜和壁形成的最大角度是β。明显:

这个“角度”是什么意思?镜片的FOV的边缘与壁之间的角度越大,则镜片相对于壁的水平越高。在收集建筑物外墙的信息时,短焦距镜头可以更水平地收集墙壁信息,基于此的3D模型可以更好地反映外墙的纹理。因此,对于带有外墙的场景,镜头的焦距越短,收集到的外墙信息越丰富,建模质量就越好。

 

对于具有屋檐的建筑物,在相同的地面分辨率条件下,镜头的焦距越长,无人机的飞行高度越高,屋檐下的盲点越多,建模质量将越差。因此,在这种情况下,具有较长焦距镜头的D3无法与具有较短焦距镜头的D2竞争。

3,无人机的飞行高度与3D模型质量之间的矛盾

根据焦距和模型质量的逻辑联系,如果镜头的焦距足够短并且FOV角度足够大,则根本不需要多镜头相机。超广角镜头(鱼眼镜头)可以收集所有方向的信息。如下所示:

 

设计镜头的焦距越短越好吗?

更不用说由超短焦距引起的大失真问题。如果将倾斜摄像机的正交镜头的焦距设计为10mm,并且以2cm的分辨率收集数据,则无人机的飞行高度仅为51米。

 显然,如果无人机配备以此方式设计的斜角摄像头来完成工作,那肯定是危险的。

PS:尽管超广角镜头在倾斜摄影建模中对场景的使用有限,但对于激光雷达建模具有实际意义。以前,一家著名的激光雷达公司曾与我们联系,希望我们设计一个安装在激光雷达上的广角镜头航拍相机,用于地面物体的解释和纹理采集。

4,从D3到DG3

D3的研发使我们意识到,对于倾斜摄影而言,焦距不能单调地长或短。长度与模型的质量,工作效率和飞行高度密切相关。因此在镜头研发中,首先要考虑的问题是:如何设置镜头的焦距?

虽然短焦具有良好的建模质量,但是飞行高度较低,但对于无人机的飞行而言并不安全。为了确保无人机的安全性,必须将焦距设计得更长一些,但是焦距较长会影响工作效率和建模质量。飞行高度和3D建模质量之间存在一定矛盾。我们必须在这些矛盾之间寻求妥协。

因此,在D3之后,基于对这些矛盾因素的综合考虑,我们开发了DG3斜角相机。DG3同时考虑了D2的3D建模质量和D3的飞行高度,同时还增加了散热和除尘系统,因此它也可以用于固定翼或VTOL无人机。DG3是Rainpoo最受欢迎的斜角相机,也是市场上使用最广泛的斜角相机。

名称 Riy-DG3
重量 650克
尺寸 170 * 160 * 80毫米
感应器类型 APS-C
CCD尺寸 23.5毫米×15.6毫米
像素物理尺寸 3.9微米
总像素 120MP
最小曝光时间间隔 0.8秒
相机曝光模式 等时/等距曝光
焦距 28毫米/ 40毫米
电源 统一供应(无人机供电)
内存容量 320 / 640G
数据下载速度加快 ≥80M/秒
工作温度 -10°C〜+ 40°C
固件更新 免费
IP速率 IP 43

5,从DG3到DG3Pro

RIY-Pros系列斜摄像机可以达到更好的造型质量。那么专业人士在镜头布局和焦距设置方面有哪些特殊设计?在本期中,我们将继续在Pros参数后面介绍设计逻辑。

6,斜透镜的角度和造型质量

先前的内容提到了这样的观点: 焦距越短,视角越大,可以收集到更多的建筑物立面信息,并且建模质量越好。

 当然,除了设置合理的焦距外,我们还可以使用另一种方法来改善建模效果: 直接增加斜透镜的角度,也可以收集更多丰富的立面信息。

 

但是实际上,尽管设置较大的倾斜角度可以提高建模质量,但还有两个副作用:

 

1:工作效率降低。 随着斜角的增加,飞行路线的向外扩展也将增加很多。当倾斜角超过45°时,飞行效率将急剧下降。

例如,专业的航拍相机Leica RCD30,它的倾斜角度仅为30°,这种设计的原因之一就是提高了工作效率。

2:如果倾斜角度太大,阳光很容易进入相机,造成眩光 (尤其是在阴霾的早晨和下午)。Rainpoo斜相机是最早采用内部镜头设计的相机。这种设计等效于在镜头上加一个遮光罩,以防止其受到斜日光的影响。

通常,尤其是对于小型无人机,其飞行姿态相对较差。镜头倾斜角和无人机的姿态叠加后,杂散光很容易进入相机,进一步加剧了眩光问题。

7,路线重叠和造型质量

根据经验,为了确保模型质量,对于空间中的任何物体,最好在飞行过程中覆盖五组镜片的纹理信息。

 这很容易理解。例如,如果我们要构建一幢古建筑的3D模型,则圆形飞行的建模质量必须比仅在四个侧面拍摄几张照片的质量好得多。

照片覆盖的越多,其中包含的空间和纹理信息就越多,建模质量也越好。 这就是倾斜摄影的飞行路线重叠的含义。

重叠程度是确定3D模型质量的关键因素之一。在倾斜摄影的一般场景中,重叠率大部分是航向的80%和横向的70%(实际数据是多余的)。

实际上,横向最好具有相同程度的重叠,但是横向重叠过高会大大降低飞行效率(尤其是固定翼无人机),因此基于效率,一般的横向重叠度会低于标题重叠。

 

提示:考虑到工作效率,重叠程度应尽可能小。在超过某个“标准”之后,提高重叠度对3D模型的影响有限。根据我们的实验反馈,有时增加重叠实际上会降低模型的质量。例如,对于3〜5cm分辨率的建模场景,较低重叠度的建模质量有时要优于较高重叠度的建模质量。

8,理论重叠与实际重叠的区别

飞行之前,我们将航向设置为80%,将侧向重叠设置为70%,这仅仅是理论上的重叠。在飞行中,无人机会受到气流的影响,态度的变化将导致实际重叠小于理论重叠。

通常,无论是多旋翼还是固定翼无人机,飞行姿态越差,3D模型的质量就越差。因为较小的多旋翼或固定翼无人机重量更轻且尺寸更小,所以它们容易受到外界气流的干扰。它们的飞行姿态通常不如中/大型多旋翼或固定翼无人机,因此导致某些地面区域的实际重叠度不够,最终影响建模质量。

9,高层建筑3D建模的难点

随着建筑物的高度增加,3D建模的难度也会增加。一是高层建筑会增加无人机飞行的风险,二是随着建筑物高度的增加,高层部分的重叠会急剧下降,从而导致3D模型的质量较差。

1重叠的增加对 3D 高层建筑的建模质量

对于上述问题,许多有经验的客户已经找到了解决方案:增加重叠程度。实际上,随着重叠程度的增加,模型效果将得到极大改善。以下是我们所做实验的比较:

通过以上比较,我们发现:重叠程度的增加对低层建筑的建模质量影响很小;但是对高层建筑的建模质量影响很大。

但是,随着重叠程度的增加,航空照片的数量将增加,并且数据处理的时间也将增加。

2 的影响 焦距 上 3D 高层建筑的建模质量

我们在先前的内容中得出了这样的结论:对于 门面建筑 3D 建模场景,焦距越长,建模效果越差 质量但是,对于高层区域的3D建模,需要更长的焦距才能确保建模质量。如下所示:

在相同的分辨率和重叠度的条件下,长焦距镜头可以确保屋顶的实际重叠度和足够安全的飞行高度,以实现更高的高层建筑建模质量。

例如,当使用DG4pros斜摄像机对高层建筑进行3D建模时,不仅可以达到良好的建模质量,而且精度仍然可以达到1:500地籍测量的要求,这是长焦距的优势。长镜片。

案件: 斜摄影的成功案例

10,RIY-Pros系列斜摄像机

为了获得更好的建模质量,在相同分辨率的前提下,必须确保足够的重叠度和大视野;对于地形高度差异较大或高层建筑物的区域,镜头的焦距也应为影响建模质量的重要因素。基于上述原理,Rainpoo RIY-Pros系列斜置相机在镜头上进行了以下三个优化:

1更改镜头的布局塞斯

对于Pros系列倾斜摄像机,最直观的感觉是其形状从圆形变为方形。发生此更改的最直接原因是镜头布局已更改。

这种布局的优点是可以将摄像机尺寸设计得更小,重量也可以相对更轻。但是,这种布局将导致左右斜透镜的重叠程度低于前,中和后透视图的重叠程度:也就是说,阴影A的面积小于阴影B的面积。

如前所述,为了提高飞行效率,侧向重叠通常小于航向重叠,并且这种“周围布局”将进一步减少侧向重叠,这就是为什么横向3D模型比航向3D更差的原因模型。

因此,对于RIY-Pros系列,Rainpoo将镜头布局更改为:平行布局。如下所示:

这种布局将牺牲部分形状和重量,但是优点是可以确保足够的横向重叠并获得更好的建模质量。在实际的飞行计划中,RIY-Pro甚至可以减少一些侧向重叠以提高飞行效率。

2 调整角度  伦SEs

“平行布局”的优点是,它不仅可以确保足够的重叠,而且可以增加侧面FOV并可以收集更多建筑物的纹理信息。

在此基础上,我们还增加了斜透镜的焦距,使其底部边缘与以前的“周围布局”布局的底部边缘重合,从而进一步增加了角度的侧视图,如下图所示:

这种布局的优点是,尽管斜透镜的角度发生了变化,但它不会影响飞行效率。而且,在大大提高了侧镜的FOV之后,可以收集更多的外墙信息数据,并且当然可以提高建模质量。

对比实验还表明,与传统的镜头布局相比,Pros系列布局可以真正提高3D模型的横向质量。

左侧是传统布局相机构建的3D模型,右侧是Pros相机构建的3D模型。

3 增加焦距 斜镜片

 

RIY-Pros斜镜头镜头从传统的“环绕布局”变为“平行布局”,并且斜镜头拍摄的照片的近点分辨率与远点分辨率之比也将增加。

 

为了确保该比率不超过临界值,Pros斜透镜的焦距比以前增加了5%〜8%。

名称 Riy-DG3优点
重量 710克
尺寸 130 * 142 * 99.5毫米
感应器类型 APS-C
CCD尺寸 23.5毫米×15.6毫米
像素物理尺寸 3.9微米
总像素 120MP
最小曝光时间间隔 0.8秒
相机曝光模式 等时/等距曝光
焦距 28毫米/ 43毫米
电源 统一供应(无人机供电)
内存容量 640克
数据下载速度加快 ≥80M/秒
工作温度 -10°C〜+ 40°C
固件更新 免费
IP速率 IP 43

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