大疆P1相機與傳統(tǒng)五鏡頭相機在三維實景模型方面的優(yōu)劣勢測試

近幾年來無人機行業(yè)發(fā)展迅速,其所搭載的各類型傳感器也越來越豐富多樣,從傳統(tǒng)的正射相機到傾斜五鏡頭相機,從多角度云臺到多傳感器融合。大疆作為無人機界的扛把子,近幾年來其不斷推陳出新,不斷打破行業(yè)壁壘,讓航測更親民。其從最開始的精靈3、精靈3Pro,到熱度持續(xù)不減的精靈4RTK,再到去年上半年重點打造的經(jīng)緯M300RTK,相信大部分小伙伴都用到了,而且具有非常豐富作業(yè)經(jīng)驗;去年年底,大疆又推出了P1相機,飛控同時也更新了仿地模式和搖擺模式,可謂給行業(yè)帶來了巨大的震動。


為測試P1相機與傳統(tǒng)五鏡頭相機在三維實景模型方面的優(yōu)劣勢,我公司組織人員從航飛、空三、建模、精度評定等幾方面進行了全方位的測試,以下為本次測試的相關(guān)情況介紹。鑒于經(jīng)驗有限,如有錯誤之處,還請各位看官批評指正。



以下對此次測試進行總結(jié):


01
測區(qū)環(huán)境


本次測試以我司鄂州區(qū)域某項目為依托,選擇某一典型居民點進行測試,測試場地為微丘地形,測區(qū)內(nèi)包含了水塘、房屋、電桿、柵欄、圍墻等基本要素。測試區(qū)域面積為0.05KM2,測試當天天氣為陰天,微風,光照充足,成像良好,滿足航飛及本次測試需求。


02
航飛平臺及傳感器選擇


1、航飛平臺


鑒于大疆經(jīng)緯M300RTK可搭載多種傳感器,且飛行性能優(yōu)越,能最大限度滿足本次測試需求,故本次測試選擇使用大疆經(jīng)緯M300RTK為航飛平臺。其相應(yīng)技術(shù)參數(shù)如下:


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2、傳感器選擇


為測試多傳感器、多采集模式下成像質(zhì)量及模型質(zhì)量,本次測試選擇使用大疆P1相機和天擎智造Smart2五鏡頭相機,采用五鏡頭模式、搖擺模式、環(huán)繞模式(航跡大師規(guī)劃航線)等分別采集影像數(shù)據(jù),另外再采集一組正射照片。


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傳感器相關(guān)參數(shù)介紹:


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03
航線規(guī)劃及像控點布設(shè)


1、像控點布設(shè)


測區(qū)像控點采取區(qū)域網(wǎng)布點方式進行布設(shè),數(shù)據(jù)采集使用千尋星矩SR3,像控點點間距為150米至200米;按照事先制定的測試方案,本次測試嚴格使用三角對中桿對中整平,每個點數(shù)據(jù)采集三個測回,每個測回平滑15次,每次平滑間隔2秒。共布設(shè)像控點5個,1個檢查點。


像控點均在實地噴涂紅色L狀紅色油漆。


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2、航線規(guī)劃


本次測試按照五鏡頭、搖擺、環(huán)繞、正射的順序采集影像數(shù)據(jù)。


●   五鏡頭模式

相對航高100米,地面分辨率為1.25cm,航線規(guī)劃圖如下:


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●   搖擺模式

相對航高100米,地面分辨率為1.25cm,航線規(guī)劃圖如下:


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●   環(huán)繞模式

相對航高80米,地面分辨率為1cm,航線規(guī)劃圖如下:


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●   正射模式

相對航高80米,地面分辨率為1cm,航線規(guī)劃圖如下:


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04
航飛測試情況對比分析


航飛完成后,將各項數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/span>


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通過上述表格比對,我們可以發(fā)現(xiàn)在相同面積的情況下,作業(yè)時間最短的是P1相機搖擺航飛模式,作業(yè)時間最長的為五鏡頭航飛模式;從照片數(shù)量上看,P1相機搖擺航飛和環(huán)繞航飛照片數(shù)量接近,五鏡頭相機航飛模式照片數(shù)量為其余兩種模式的10倍;從耗電量上可以看出,P1搖擺航飛模式最節(jié)省電量。


綜合比較,可以得出航飛測試對比結(jié)論:P1搖擺航飛模式優(yōu)于環(huán)繞航飛模式,環(huán)繞航飛模式優(yōu)于五鏡頭模式,而且P1搖擺航飛和環(huán)繞航飛比傳統(tǒng)五鏡頭大大節(jié)省照片數(shù)量,對于后期數(shù)據(jù)的處理可以大幅度節(jié)約資源,提高模型制作效率。


當然,航飛有優(yōu)勢,并不代表后期模式制作就有優(yōu)勢,想知道最終結(jié)論,還請各位看官繼續(xù)跟著小編往下分析。


05
模型制作情況對比分析


1、建模軟件選用


市面上有很多三維模型制作軟件,本次測試選用CCC4.4.15及大疆智圖主流建模軟件對前期采集的各類型航飛數(shù)據(jù)進行空中三角測量和模型制作,并對制作過程中的各項參數(shù)進行實時記錄,為后期比對提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。


本次實驗CC軟件測試均采用兩臺相同配置的工作站進行空三,18臺配置相同的節(jié)點機進行內(nèi)業(yè)建模,瓦片RAM使用量均為20G。大疆智圖軟件采用單臺與CC軟件相同配置的工作站完成空三以及建模工作。


2、機房相關(guān)配置


本次測試使用2臺高性能工作站,18臺節(jié)點機組成的機房進行數(shù)據(jù)處理。其中,2臺高性能工作站進行空三處理,18臺節(jié)點機進行模型制作。


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2臺高性能工作站配置如下:


處理器:I9

運行內(nèi)存:128G

獨立顯存:32G

物理內(nèi)存:10T

18臺節(jié)點機配置如下:

處理器:I7 10代

運行內(nèi)存:32G

獨立顯存:8G

物理內(nèi)存:2T


3、模型制作


對于航飛成果的各套數(shù)據(jù)分別采取五鏡頭成果建模、p1搖擺模式建模、p1環(huán)繞模式建模、p1環(huán)繞+搖擺模式建模、p1環(huán)繞+正射模式建模和p1搖擺模式使用大疆智圖建模這六種方法進行測試,并對于各項成果實時記錄相關(guān)測試信息,最終建模測試數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚?/span>


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從內(nèi)業(yè)建模方面來看使用p1的環(huán)繞飛行以及搖擺飛行航飛數(shù)據(jù)使用cc建模的效率,對比傳統(tǒng)五鏡頭使用cc建模的效率有非常明顯的優(yōu)勢。其次在使用大疆智圖對p1相機成果進行建模時,空三效率尤為突出。看到這里童鞋們心中是否會有疑問,照片數(shù)量這么少,效率這么高那p1鏡頭擺拍和環(huán)繞的模型效果不會很差呢,下面我們就用截圖來展示模型成果。


06
三維實景模型比對分析



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此外,為充分測試,我們?nèi)诤蠋追N不同模式下建模制作的成果,展示如下:


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從模型效果來看整體直觀的差別并不是很大,但是細心的童鞋應(yīng)該發(fā)現(xiàn),在模型房角的平整度柵欄、電桿的完整度這些細節(jié)的區(qū)別方面,使用p1擺拍航飛+大疆智圖內(nèi)業(yè)建模的這套成果以及使用p1擺拍+環(huán)繞建模的這套成果在細節(jié)效果方面還是優(yōu)于其他幾種成果數(shù)據(jù)的。


07
精度情況比對分析


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我們使用全站儀對測試區(qū)域的部分房屋角點進行了測量,準確測出其坐標,以此為真實值,用以比對其余各種模式下的模型精度,本次測試以平面精度5公分為基準進行精度評定。


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通過測試表格,可以分析得出如下結(jié)論:


●不管哪種模式,中誤差均未超過5公分;

●精度最好的為大疆智圖+P1搖擺模式,其次為五鏡頭模式,精度最差為環(huán)繞模式;

●每種模式下,都有部分點位超過5公分,超限最少的為大疆智圖+P1搖擺模式,只有4個點位超限,超限最多的為環(huán)繞模式和環(huán)繞+正射模式,都有10個點位超限;

●每種模式下均未發(fā)現(xiàn)有點位超過2倍中誤差,均在有效范圍內(nèi);

●在前期表現(xiàn)出色的P1搖擺模式,如果使用CCC建模,其精度處于中間水平。


08
總結(jié)


根據(jù)以上所有實驗成果對比不難發(fā)現(xiàn),航飛使用大疆m300搭載p1相機做搖擺傾斜航飛,內(nèi)業(yè)使用大疆智圖軟件進行內(nèi)業(yè)建模,不管是從工作效率還是模型效果以及精度等方面綜合考慮都是最優(yōu)化的方案,對比傳統(tǒng)五鏡頭來看特別是在照片數(shù)量上減少了十倍!這對于項目整體的航飛以及建模等工序來說,在效率上有質(zhì)的提升!


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