Ближчий погляд на технологію, що лежить в основі наступного покоління інструментів для аерофотозйомки
У широкому спектрі галузей дрони руйнують традиційні методи збору даних і допомагають професіоналам працювати швидше, розумніше та безпечніше. Десять років тому уявлення про літаючого робота, який ширяє в небі й робить знімки, було більше науковою фантастикою, ніж реальністю. Тепер же фахівці в галузі сільського господарства, будівництва, геодезії та моніторингу довкілля використовують технологію DJI для створення детальних карт і моделей місцевості.
Дрони стали основним інструментом для картографування та аерофотозйомки. Зараз Ваш БПЛА летить заданим маршрутом на високій швидкості, роблячи фотографії через рівні проміжки часу на постійній висоті. Потім фотографії зшиваються разом за допомогою розумного програмного забезпечення, щоб сформувати точні карти.
У цій статті ми заглибимося в технологію, що лежить в основі цього процесу, й розглянемо головну особливість, яка відрізняє картографічні дрони Enterprise-класу від інших: наявність механічного затвору.
Що таке механічний затвор? Чим він відрізняється від інших типів затворів? І чому він відіграє таку важливу роль у зборі високоякісних аерофотознімків?
Як працюють CMOS-камери
Щоб зрозуміти, чому механічні затвори такі важливі для картографування та зйомки, корисно повернутися на кілька кроків назад і дослідити, як працюють камери (і дрони з камерами).
Коли світло потрапляє в камеру, воно фіксується датчиком зображення, що складається з мільйонів крихітних пікселів. Ці пікселі виготовлені з матеріалу, який називається комплементарний металооксидний напівпровідник (complementary metal oxide semiconductor, CMOS). Коли світло потрапляє на CMOS, воно створює електричний заряд, що використовується для створення зображення.
Як же працює затвор? Затвор контролює тривалість впливу світла на CMOS-матрицю. Якщо затвор відкритий, світло потрапляє в камеру й на CMOS. Коли камера робить знімок, затвор тимчасово відкривається, даючи змогу світлу потрапляти на CMOS і створювати зображення.
Що таке механічний затвор і чим він відрізняється від інших?
Існує кілька різних типів затворів, і кожен по-різному впливає на пікселі CMOS-матриці.
Почнемо з механічного затвора — типу, якому віддають перевагу професіонали в галузі картографії, і який використовується в моделях Mavic 3 Enterprise, Phantom 4 RTK і сенсорах Zenmuse P1.
Механічні затвори працюють, опромінюючи всю рамку датчика зображення за один раз. Це означає, що кожен піксель відображає один і той самий момент експозиції. Як ми незабаром побачимо, цей час — це все. Це стає зрозумілішим, якщо подумати про те, як працюють електронні затвори або затвори рулонного типу.
Електронні затвори відрізняються тим, що вони піддають світлу датчики зображення по одній лінії пікселів за раз. Електронні затвори використовують сенсор камери для контролю експозиції світла й поступово експонують пікселі зверху донизу. Це означає, що електронний затвор фактично має коротку часову затримку між верхньою частиною кадру й нижньою. Здебільшого це не є проблемою, але коли в кадрі фіксується рух, ці типи затворів можуть спричинити так званий ефект кочення/желе — тип спотворення зображення, характерний для зйомки рухомих об'єктів (або коли сама камера рухається з високою швидкістю, як це відбувається під час польоту дрона для картографування).
Отже, механічний затвор працює, експонуючи кожен піксель сенсора Вашої камери одночасно. Електронний затвор освітлює пікселі по черзі. Але чому це важливо в контексті аерофотозйомки?
Для професійних геодезистів точність — це все. Оскільки рухомі та електронні затвори можуть спричиняти спотворення, коли в рівняння вводиться рух, вони не є ідеальними для картографічних місій. Навіть невелика кількість «ефекту желе» від рухомого затвора може підірвати відчуття орієнтації Вашого картографічного програмного забезпечення, що знижує точність Ваших вимірювань.
Чи потрібен механічний затвор для картографічних місій?
Роботу професійних геодезистів зазвичай оцінюють за її точністю. Оскільки багато дронів зараз поєднуються з технологією RTK для забезпечення вимірювань із точністю до сантиметрів, немає виправдання для неякісних знімків, які можуть спотворити результати. Використання дрона з механічним затвором забезпечує найкращу можливу якість зображення та зменшує ймовірність виникнення жахливого ефекту желе. Там, де електронні або рухомі системи затворів вносять розмиття в рівняння руху, механічні затвори запобігають цьому. Ризик спотворення мінімальний, якщо камера та об'єкт зйомки будуть статичними. Але коли Ви хочете скористатися перевагами підвищення ефективності, які забезпечують дрони, Вам потрібен затвор, який найкраще підходить для зйомки зображень із рухомої платформи.
Камера Zenmuse P1 та її механічний затвор
Які дрони мають камеру з механічним затвором?
Кілька платформ DJI Enterprise мають механічні затвори, які ідеально підходять для картографування та зйомки.
Phantom 4 RTK має вбудований RTK-модуль для отримання даних із точністю до сантиметрів і зменшення залежності від наземних контрольних точок під час зйомки. Його 1-дюймовий 20-Мп CMOS-датчик обладнаний механічним затвором, що усуває ризик розмиття.
Mavic 3 Enterprise (M3E) — це компактна та портативна платформа з революційними можливостями для професіоналів у сфері геодезії. Крім модуля RTK для сантиметрової точності картографування, M3E оснащений 20-Мп камерою з 4/3 CMOS сенсором і механічним затвором.
Важливо, що M3E виводить картографування та ефективність місій на нові висоти завдяки швидкості захоплення зображення 0,7 секунди. Завдяки коротшим інтервалам між знімками Ви можете значно скоротити тривалість зйомки.
M3E також здатна працювати в умовах низької освітленості. Її широка камера має пікселі з роздільною здатністю 3,3 мкм, а також покращене програмне забезпечення для зйомки в умовах низької освітленості. Робоче вікно ще ніколи не було таким широким.
Zenmuse P1 — це флагманська фотограмметрична камера DJI. Вона поєднує повнокадровий 45-Мп сенсор зі змінними об'єктивами з фіксованим фокусом на 3-осьовому стабілізованому підвісі.
Розмір пікселя 4,4 мкм забезпечує низький рівень шуму й високу чутливість зображень, а модуль RTK і 0,7-секундний інтервал між знімками дають змогу проводити високоефективні зйомки.
Zenmuse P1 також оснащена механічним затвором і системою DJI TimeSync 2.0, яка синхронізує час між модулями на мікросекундному рівні для забезпечення сантиметрової точності даних і орієнтації в реальному часі.
Zenmuse P1 сумісна виключно з флагманською польотною платформою DJI M300.
