Chengdu Rainpoo Technology Co., Ltd.

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論文

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Rainpooの製品シリーズの研究開発ライン

焦点距離が3Dモデリングの結果にどのように影響するかを紹介することで、焦点距離とFOVの関係を予備的に理解することができます。飛行パラメータの設定から3Dモデリングプロセスまで、これら2つのパラメータは常にその場所を持っています。では、これら2つのパラメータは3Dモデリングの結果にどのような影響を及ぼしますか?この記事では、Rainpooが製品の研究開発の過程でどのように接続を発見したか、そして飛行高度と3Dモデルの結果の矛盾のバランスを見つける方法を紹介します。

1、D2からD3へ

RIY-D2は、地籍調査プロジェクトのために特別に開発された製品です。ドロップダウンと内部レンズのデザインを採用した最も初期の斜めカメラでもあります。D2は、高いモデリング精度と優れたモデリング品質を備えているため、平坦な地形で床が高すぎないシーンモデリングに適しています。ただし、大規模な落下、複雑な地形や地形(高圧線、煙突、基地局、その他の高層ビルを含む)の場合、ドローンの飛行の安全性は大きな問題になります。

 

実際の運用では、一部の顧客は適切な飛行高さを計画していなかったため、ドローンが高圧線を吊るしたり、基地局に衝突したりしました。または、幸運にも危険な場所を通過できるドローンもありましたが、航空写真を確認したところ、危険な場所に非常に近いことがわかりました。これらの危険と隠れた危険は、顧客に莫大な財産の損失をもたらすことがよくあります。

写真に写っている基地局は、ドローンに非常に近く、衝突する可能性が非常に高いことがわかります。 そのため、多くのお客様からご提案をいただきました。長焦点距離の斜めカメラを設計して、ドローンの飛行高度を高くし、飛行をより安全にすることはできますか?お客様のニーズに基づき、D2をベースに、RIY-D3という長焦点距離バージョンを開発しました。D2と比較して、同じ解像度で、D3はドローンの飛行高度を約60%増加させることができます。

D3の研究開発中、焦点距離が長いほど飛行高度が高くなり、モデリングの品質が向上し、精度が高くなると常に信じてきました。しかし、実際の作業を行ったところ、D2と比較して、予想どおりではなく、D3で作成された3Dモデルは比較的緊張しており、作業効率は比較的低かったことがわかりました。

名前 Riy-D2 / D3
重量 850g
寸法 190 * 180 * 88mm
センサータイプ APS-C
CMOSサイズ 23.5mm×15.6mm
ピクセルの物理サイズ 3.9um
総ピクセル数 120MP
最小暴露時間間隔 1秒
カメラ露出モード 等時性/等尺性暴露
焦点距離 D2の場合は20mm / 35mmD3の場合は35mm / 50mm
電源 均一供給(ドローンによる動力)
記憶容量 320G
データダウンロード速度 ≥70M/ s
作業温度 -10°C〜 + 40°C
ファームウェアの更新 無料で
IPレート IP 43

2、焦点距離とモデリング品質の関係

焦点距離とモデリング品質の関係は、ほとんどのお客様にとって理解しやすいものではなく、多くの斜めカメラメーカーでさえ、長い焦点距離のレンズがモデリング品質に役立つと誤って信じています。

 ここでの実際の状況は次のとおりです。他のパラメータが同じであるという前提で、建物のファサードの場合、焦点距離が長くなるほど、モデリングの同等性が低下します。ここにはどのような論理的関係がありますか?

最後のアーティカルで 焦点距離が3Dモデリングの結果にどのように影響するか 私たちはそれについて言及しました:

他のパラメータが同じであるという前提の下で、焦点距離は飛行高度にのみ影響します。上図に示すように、2つの異なる焦点レンズがあり、赤は長い焦点レンズを示し、青は短い焦点レンズを示します。長焦点レンズと壁がなす最大角度はα、短焦点レンズと壁がなす最大角度はβです。明らかに:

この「角度」とはどういう意味ですか?レンズのFOVの端と壁の間の角度が大きいほど、壁に対してレンズが水平になります。建物のファサードに関する情報を収集する場合、短焦点レンズは壁の情報をより水平に収集でき、それに基づく3Dモデルはファサードのテクスチャをより適切に反映できます。したがって、ファサードのあるシーンでは、レンズの焦点距離が短いほど、収集されるファサード情報が豊富になり、モデリング品質が向上します。

 

庇のある建物の場合、同じ地面解像度の条件下で、レンズの焦点距離が長くなるほど、ドローンの飛行高度が高くなり、庇の下の死角が多くなり、モデリングの品質が低下します。したがって、このシナリオでは、焦点距離の長いレンズを使用したD3は、焦点距離の短いレンズを使用したD2と競合できません。

3、ドローンの飛行高度と3Dモデルの品質の矛盾

焦点距離とモデルの品質の論理的な関係によれば、レンズの焦点距離が十分に短く、FOV角度が十分に大きい場合、マルチレンズカメラはまったく必要ありません。超広角レンズ(魚眼レンズ)は、あらゆる方向の情報を収集できます。以下に示すように:

 

レンズの焦点距離をできるだけ短く設計するのは良いことではありませんか?

超短焦点距離による大きな歪みの問題は言うまでもありません。斜めカメラのオルソレンズの焦点距離を10mmに設計し、2cmの解像度でデータを収集した場合、ドローンの飛行高度はわずか51メートルです。

 明らかに、ドローンが仕事をするためにこのように設計された斜めのカメラを備えているならば、それは間違いなく危険です。

PS:超広角レンズは、斜めの写真モデリングでのシーンの使用が制限されていますが、Lidarモデリングにとって実用的な意味があります。以前、ある有名なLidarの会社が私たちと連絡を取り、地上の物体の解釈とテクスチャの収集のために、Lidarを搭載した広角レンズの航空カメラを設計することを望んでいました。

4、D3からDG3へ

D3の研究開発により、斜め撮影の場合、焦点距離を単調に長くしたり短くしたりすることはできないことがわかりました。長さは、モデルの品質、作業の効率、および飛行の高さに密接に関連しています。したがって、レンズのR&Dで最初に考慮すべき質問は、レンズの焦点距離をどのように設定するかということです。

ショートフォーカルはモデリング品質は良好ですが、飛行高度は低くなりますが、ドローンの飛行には安全ではありません。ドローンの安全性を確保するためには、焦点距離を長く設計する必要がありますが、焦点距離が長くなると、作業効率とモデリング品質に影響します。飛行高度と3Dモデリングの品質の間には一定の矛盾があります。これらの矛盾の間で妥協点を探さなければなりません。

そこで、D3以降、これらの相反する要素を総合的に考慮し、DG3斜めカメラを開発しました。DG3は、D2の3Dモデリング品質とD3の飛行高さの両方を考慮に入れると同時に、熱放散およびダスト除去システムを追加して、固定翼またはVTOLドローンでも使用できるようにします。DG3は、Rainpooで最も人気のある斜めカメラであり、市場で最も広く使用されている斜めカメラでもあります。

名前 Riy-DG3
重量 650g
寸法 170 * 160 * 80mm
センサータイプ APS-C
CCDサイズ 23.5mm×15.6mm
ピクセルの物理サイズ 3.9um
総ピクセル数 120MP
最小暴露時間間隔 0.8秒
カメラ露出モード 等時性/等尺性暴露
焦点距離 28mm / 40mm
電源 均一供給(ドローンによる動力)
記憶容量 320 / 640G
データダウンロード速度 ≥80M/ s
作業温度 -10°C〜 + 40°C
ファームウェアの更新 無料で
IPレート IP 43

5、DG3からDG3Prosへ

RIY-Prosシリーズの斜めカメラは、より優れたモデリング品質を実現できます。では、プロはレンズのレイアウトと焦点距離の設定にどのような特別なデザインを持っていますか?この号では、Prosパラメーターの背後にある設計ロジックを引き続き紹介します。

6、斜めレンズ角度とモデリング品質

前のコンテンツはそのような見解に言及しました: 焦点距離が短いほど、画角が大きくなり、建物のファサード情報をより多く収集でき、モデリングの品質が向上します。

 もちろん、適切な焦点距離を設定することに加えて、モデリング効果を改善するために別の方法を使用することもできます。 斜めレンズの角度を直接大きくすると、より豊富なファサード情報を収集することもできます。

 

実際、斜めの角度を大きく設定するとモデリングの品質が向上しますが、2つの副作用もあります。

 

1:作業効率が低下します。 傾斜角の増加に伴い、飛行経路の外向きの拡大も大幅に増加します。の傾斜角が45°を超えると、飛行効率が急激に低下します。

たとえば、プロ仕様の空中カメラライカRCD30は、傾斜角がわずか30°です。この設計の理由の1つは、作業効率を高めることです。

2:斜角が大きすぎると、太陽光がカメラに入りやすくなり、まぶしさを引き起こします (特にぼんやりとした日の朝と午後)。レインプー斜めカメラは、内部レンズ設計を採用する最も早いものです。このデザインは、レンズにフードを追加して、斜めの日光の影響を受けないようにするのと同じです。

特に小型ドローンの場合、一般的に飛行姿勢は比較的悪いです。レンズの斜め角度とドローンの姿勢を重ね合わせると、迷光がカメラに入りやすくなり、グレアの問題がさらに増幅されます。

7、ルートオーバーラップとモデリング品質

経験によれば、モデルの品質を確保するために、宇宙のあらゆるオブジェクトについて、飛行中の5つのレンズグループのテクスチャ情報をカバーするのが最善です。

 これは理解しやすいです。たとえば、古代の建物の3Dモデルを作成する場合、円飛行のモデリング品質は、4つの側面で数枚の写真を撮る品質よりもはるかに優れている必要があります。

カバーされた写真が多いほど、含まれる空間情報とテクスチャ情報が多くなり、モデリングの品質が向上します。 これが斜め撮影の飛行経路オーバーラップの意味です。

オーバーラップの程度は、3Dモデルの品質を決定する重要な要素の1つです。斜め撮影の一般的なシーンでは、オーバーラップ率は主に方位80%、横70%です(実際のデータは冗長です)。

実際、横方向の重なりが同じ程度であることが確かに最善ですが、横方向の重なりが高すぎると飛行効率が大幅に低下するため(特に固定翼ドローンの場合)、効率に基づいて、一般的な横方向の重なりは見出しの重なり。

 

ヒント:作業効率を考慮すると、重複度は可能な限り高くありません。特定の「標準」を超えた後、オーバーラップ度を改善しても、3Dモデルへの影響は限定的です。実験的なフィードバックによると、重なりを増やすと実際にモデルの品質が低下することがあります。たとえば、3〜5cmの解像度のモデリングシーンでは、オーバーラップ度が低い方がオーバーラップ度が高い方よりもモデリング品質が優れている場合があります。

8、理論上のオーバーラップと実際のオーバーラップの違い

飛行前に、80%の方位と70%の横方向の重なりを設定しました。これは、理論上の重なりです。飛行中、ドローンは気流の影響を受けますが、姿勢の変化により、実際の重なりが理論上の重なりよりも小さくなります。

一般に、マルチローターであろうと固定翼ドローンであろうと、飛行姿勢が悪いほど、3Dモデルの品質は悪くなります。小型のマルチローターまたは固定翼ドローンは軽量でサイズが小さいため、外部の気流からの干渉を受けやすくなっています。それらの飛行姿勢は一般に中型/大型マルチローターまたは固定翼ドローンほど良くなく、その結果、特定の地上領域での実際の重なり具合が十分でなく、最終的にモデリングの品質に影響を与えます。

9、高層ビルの3Dモデリングの難しさ

建物の高さが高くなると、3Dモデリングの難易度が高くなります。1つは、高層ビルがドローンの飛行リスクを高めること、もう1つは、ビルの高さが高くなると、高層ビルの重なりが急激に低下し、3Dモデルの品質が低下することです。

1オーバーラップの増加が及ぼす影響 3D 高層ビルのモデリング品質

上記の問題について、多くの経験豊富な顧客が解決策を見つけました。重なりの程度を増やします。実際、オーバーラップの程度が大きくなると、モデル効果は大幅に改善されます。以下は、私たちが行った実験の比較です。

上記の比較から、次のことがわかります。重なりの程度の増加は、低層ビルのモデリング品質にほとんど影響を与えません。しかし、高層ビルのモデリング品質に大きな影響を与えます。

ただし、オーバーラップの度合いが大きくなると、航空写真の数が増え、データ処理の時間も長くなります。

2 の影響 焦点距離 オン 3D 高層ビルのモデリング品質

以前のコンテンツでそのような結論を出しました:ために ファサードの建物 3D モデリングシーン、焦点距離が長いほど、モデリングは悪くなります 品質ただし、高層エリアの3Dモデリングでは、モデリングの品質を確保するために、より長い焦点距離が必要になります。以下に示すように:

同じ解像度と重なり度の条件下で、長い焦点距離のレンズは、屋根の実際の重なり度と十分に安全な飛行高さを保証して、高層ビルのより良いモデリング品質を実現できます。

たとえば、DG4pros斜めカメラを使用して高層ビルの3Dモデリングを行う場合、優れたモデリング品質を実現できるだけでなく、精度は1:500の地籍調査要件に達する可能性があります。これは長焦点の利点です。長さのレンズ。

場合: 斜め撮影の成功事例

10、RIY-Prosシリーズ斜めカメラ

より良いモデリング品質を実現するには、同じ解像度を前提として、十分なオーバーラップと広い視野を確保する必要があります。地形の高さの差が大きい地域や高層ビルの場合、レンズの焦点距離もモデリングの品質に影響を与える重要な要素。上記の原則に基づいて、Rainpoo RIY-Prosシリーズの斜めカメラは、レンズに対して次の3つの最適化を行いました。

1レンズのレイアウトを変更しますses

Prosシリーズの斜めカメラの場合、最も直感的な感覚は、その形状が円形から正方形に変化することです。この変更の最も直接的な理由は、レンズのレイアウトが変更されたことです。

このレイアウトの利点は、カメラのサイズを小さく設計でき、重量を比較的軽くできることです。ただし、このレイアウトでは、左右の斜めレンズの重なりの度合いが、正面、中央、背面の視点の重なり度よりも低くなります。つまり、シャドウAの領域がシャドウBの領域よりも小さくなります。

前述したように、飛行効率を向上させるために、横方向の重なりは一般に船首の重なりよりも小さく、この「周囲のレイアウト」によって横方向の重なりがさらに減少します。そのため、横方向の3Dモデルは船首の3Dよりも劣ります。モデル。

そのため、RIY-Prosシリーズでは、Rainpooはレンズのレイアウトを平行レイアウトに変更しました。以下に示すように:

このレイアウトは、形状と重量の一部を犠牲にしますが、十分な横方向の重なりを確保し、より優れたモデリング品質を実現できるという利点があります。実際の飛行計画では、RIY-Proは横方向の重なりを減らして、飛行効率を向上させることもできます。

2 の角度を調整します 斜め lenses

「平行レイアウト」の利点は、十分なオーバーラップを保証するだけでなく、側面のFOVを増加させ、建物のより多くのテクスチャ情報を収集できることです。

これに基づいて、次の図に示すように、斜めレンズの焦点距離を増やして、その下端が前の「サラウンドレイアウト」レイアウトの下端と一致するようにし、角度の側面図をさらに増やしました。

このレイアウトの利点は、斜めレンズの角度を変更しても、飛行効率に影響を与えないことです。また、サイドレンズのFOVが大幅に改善された後、より多くのファサード情報データを収集できるようになり、モデリングの品質ももちろん向上します。

コントラスト実験では、レンズの従来のレイアウトと比較して、Prosシリーズのレイアウトが3Dモデルの横方向の品質を実際に改善できることも示されています。

左は従来のレイアウトカメラで作成された3Dモデル、右はプロカメラで作成された3Dモデルです。

3 の焦点距離を長くします 斜めレンズ

 

RIY-Prosの斜めカメラレンズは、従来の「サラウンドレイアウト」から「パラレルレイアウト」に変更され、斜めレンズで撮影した写真の近点解像度と遠点解像度の比率も向上します。

 

比率が臨界値を超えないようにするために、Pros斜レンズの焦点距離は以前より5%〜8%増加しています。

名前 Riy-DG3の長所
重量 710g
寸法 130 * 142 * 99.5mm
センサータイプ APS-C
CCDサイズ 23.5mm×15.6mm
ピクセルの物理サイズ 3.9um
総ピクセル数 120MP
最小暴露時間間隔 0.8秒
カメラ露出モード 等時性/等尺性暴露
焦点距離 28mm / 43mm
電源 均一供給(ドローンによる動力)
記憶容量 640G
データダウンロード速度 ≥80M/ s
作業温度 -10°C〜 + 40°C
ファームウェアの更新 無料で
IPレート IP 43

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