Fotogrammetria Quadricottero - 💡 Fix My Ideas

Fotogrammetria Quadricottero

Fotogrammetria Quadricottero


Autore: Ethan Holmes, 2019

Verso la fine del mio corso di laurea in media arts e informatica, mi sono ritrovato a lavorare su una tesi a cui non avevo più molto interesse. Avevo perso la motivazione e temevo di finire in un limbo con un progetto che non avrei potuto t portare me stesso a completare e le aspettative, comprese le mie, insoddisfatte. In quel periodo un mio amico si era iscritto a una lezione che sarebbe andata a Cuba. Questa è stata un'opportunità da non perdere, quindi mi sono iscritto. Questa avventura mi ha portato a molti altri, tra cui la genesi di quella che sarebbe diventata la mia nuova tesi.

Sono stato a lungo un appassionato di volo R / C. Durante la mia infanzia, mio ​​padre e io costruimmo un piccolo aereo in legno di balsa alimentato a gas. Era legato a una corda e si poteva volare solo in cerchio. L'aereo povero non sopravvisse al suo primo volo. Ciò ha concluso la mia esperienza di R / C per molti anni, poiché non potevamo permetterci di ricostruirlo. Il prezzo di tutte le cose R / C in quel momento la rendeva proibitiva per molti.

Un paio di anni fa ho scoperto di nuovo l'hobby. Ho acquistato un piccolo elicottero R / C per mio fratello e sono rimasto sorpreso dalla qualità, dal tempo di volo e dalla manovrabilità. Ho iniziato a fare qualche ricerca e ho trovato un nuovo, più accessibile mondo di R / C. Questa rivoluzione è dovuta principalmente all'avvento e alla proliferazione di batterie ai polimeri di litio e motori brushless, che hanno sostituito i costosi motori a gas disordinati e hanno reso i modelli elettrici una proposta più realistica. E così è iniziata la mia ossessione.

È iniziato con piccoli elicotteri. Quindi elicotteri più grandi costruiti da parti. Ciò ha portato agli aerei, che è stato il modo in cui ho iniziato a volare in FPV (in prima persona). Poco dopo arrivarono tricotteri e quadricotteri, che fornivano piena libertà di movimento tridimensionale e una piattaforma molto stabile per le telecamere.

Poi vennero Cuba, la fotogrammetria e la liberazione dalla mia tesi non ispirata. La fotogrammetria è un metodo per creare modelli 3D di oggetti prendendo una serie (di solito centinaia) di fotografie. Il concetto è antico quanto la fotografia moderna. Ciò che è cambiato è l'uso di foto digitali e software. Il software prende tutte le fotografie e le confronta per trovare i punti corrispondenti. Quindi il software utilizza questi punti per calcolare la profondità.

Attraverso il mio corso di laurea in media arts presso la New Mexico Highlands University, ho viaggiato a Cuba per la fotografia, la fotogrammetria e uno scambio di idee. Uno degli obiettivi era quello di contattare l'ufficio dello storico, responsabile del ripristino degli edifici dell'Avana Vecchia.

L'Università di Highlands aveva lavorato con il Georgia O'Keeffe Museum per circa un anno, sviluppando l'uso della fotogrammetria come strumento per la conservazione e la conservazione. Speravamo di condividere queste tecniche semplici e poco costose con i membri dell'Ufficio dello storico. Li abbiamo contattati, abbiamo imparato di più su quello che fanno e abbiamo dimostrato i metodi che avevamo sviluppato per documentare oggetti e siti storici usando la fotogrammetria. Erano molto eccitati e ci hanno offerto l'opportunità di creare modelli fotogrammetrici di diversi edifici e strutture.

Questa è stata la mia prima vera opportunità di utilizzare la fotogrammetria sul campo, e anch'io sono rimasto impressionato da ciò che era possibile. Tuttavia, mentre lavoravamo a documentare diverse strutture, è apparso chiaro che eravamo limitati scattando foto a livello del suolo, creando lacune nelle immagini. Una volta che abbiamo reso un modello preliminare di Hotel Santa Isabel, ho scoperto che qualsiasi cosa sopra il campo visivo si presenterebbe inevitabilmente nei dati come buchi neri piuttosto che come un solido modello 3D.

Ho iniziato a pensare a diversi modi per ottenere una visione completa dell'edificio. Un metodo ovvio sarebbe quello di noleggiare un sollevatore idraulico, ma ciò potrebbe essere costoso e poco pratico in spazi ristretti. Gli elicotteri potrebbero funzionare ma anche essere proibitivi. Poi mi ha colpito: potevo usare gli aerei multirotore R / C per fotografare le aree inaccessibili. La mia passione per la fotografia e il mondo R / C si sono riuniti in un modo bellissimo.

Quando tornai da Cuba, mi misi subito al lavoro. Solo di recente avevo iniziato a sperimentare con la costruzione di quadricotteri, e quello che possedevo aveva visto giorni migliori. Ma sono andato avanti e ho iniziato a modificarlo per portare una fotocamera per la mia build di proof-of-concept. Il mio test iniziale utilizzava un set GoPro Hero HD per il time-lapse e la mia casa come soggetto. Ho scattato 200 foto e i risultati, anche se non belli, sono stati molto incoraggianti. Ho deciso di creare un quadricottero appositamente costruito come una piattaforma fotografica stabilizzata per creare modelli fotogrammetrici di strutture su larga scala.

Sin dall'inizio, ero determinato a renderlo accessibile e accessibile, e speravo che la mia idea potesse ispirare ed educare gli altri. Nella sua forma più semplice, la fotogrammetria può essere eseguita con una fotocamera digitale compatta e un laptop con risultati sorprendentemente buoni. Ma con l'aumento della qualità desiderata del modello finito, i requisiti hardware e i tempi di elaborazione aumentano notevolmente.

Una volta costruito il nuovo quadricottero, ho iniziato a testare e raccogliere dati. Ha funzionato alla perfezione. Ho raccolto centinaia di foto da elaborare e trasformato in un modello 3D completo dello storico edificio a più piani che era il mio soggetto. Quando le foto sono state elaborate e nel software è stato creato un modello completo, ho concluso che la mia metodologia era solida e completamente valida come strumento utile per la fotogrammetria di strutture su larga scala.

In associazione con i test sul campo, ho creato un blog per aiutare chiunque fosse interessato a iniziare con il proprio quadricottero. Uav3-d.info ha articoli su quasi tutti i concetti di volo in quadricottero, in modo che questa tecnologia sia accessibile anche ai più non iniziati.


LA MIA SETUP

MULTIROTOR: costruito su misura utilizzando parti in gran parte da rctimer.com con una scheda controller APM 2.5 da diydrones.com. Dispone di ESC SimonK a 30 ampli (controlli elettronici della velocità) e motori 900kV con puntelli in fibra di carbonio 10 × 4.7 ".

FOTOCAMERA: Canon PowerShot con firmware personalizzato CHDK, che consente alla fotocamera di riprendere in formato RAW e scattare foto automaticamente.


Suggerimenti per la fotogrammetria

  1. La migliore è una fotocamera digitale con lunghezza focale fissa.
  2. Assicurati che le tue foto si sovrappongano dal 60% all'80%.
  3. Porta le foto orizzontalmente al tuo oggetto e ad una distanza uniforme.
  4. L'illuminazione uniforme è importante per la creazione di buoni modelli.
  5. Elabora le immagini in Agisoft PhotoScan.
  6. I modelli di bassa qualità possono essere generati su un laptop. I modelli di alta qualità richiedono sistemi multi-GPU con 128 GB di RAM.
  7. Per i modelli più piccoli puoi scappare da 30 a 60 foto. I modelli più grandi (come gli edifici) possono richiedere diverse migliaia di immagini. Più foto, più dettagli puoi ottenere.

Questo articolo è apparso su MAKE Volume 37, pagina 42.



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