Механические затворы: руководство для пилотов беспилотников
В самых разных отраслях беспилотники нарушают традиционные методы сбора данных и помогают профессионалам работать быстрее, умнее и безопаснее. Еще десять лет назад представление о летающем роботе, который молниеносно проносится по небу и делает снимки, было скорее научной фантастикой, чем реальностью. Теперь же специалисты в области сельского хозяйства, строительства, геодезии и мониторинга окружающей среды используют технологии DJI для создания подробных карт и моделей местности.
Дроны стали основными инструментами для картографирования и аэрофотосъемки, и теперь вы, вероятно, хорошо знаете процесс: ваш БПЛА летит по заданному маршруту на высокой скорости, делая снимки через регулярные промежутки времени и на постоянной высоте. Затем фотографии сшиваются вместе с помощью умного программного обеспечения для создания точных карт.
В этой статье мы углубимся в базовую технологию и рассмотрим ключевую особенность, которая отличает картографические дроны корпоративного класса от остальных: наличие механического затвора.
Что же такое механический затвор? Чем он отличается от других типов затворов? И почему он играет такую важную роль в получении высококачественных аэрофотоснимков? Давайте начнем…
Более подробный взгляд на то, как работают камеры CMOS
Чтобы понять, почему механические затворы так важны для картографических и геодезических приложений, полезно вернуться на несколько шагов назад и изучить принцип работы камер (и дронов с камерами).
Когда свет попадает в камеру, он улавливается датчиком изображения, состоящим из миллионов крошечных пикселей. Эти пиксели сделаны из материала, называемого комплементарным металлооксидным полупроводником (КМОП). Когда свет попадает на КМОП, он создает электрический заряд, который используется для создания изображения.
Как же устроен затвор? Затвор контролирует, как долго КМОП подвергается воздействию света. Если затвор открыт, свет проникает в камеру и попадает на КМОП. Когда камера делает снимок, затвор временно открывается, позволяя свету попасть на КМОП и создать изображение.
Что такое механический затвор и чем он отличается от остальных?
Существует несколько различных типов затворов, каждый из которых по-разному воздействует на пиксели CMOS.
Начнем с механического затвора- типа, который предпочитают профессионалы картографии и который используется в новом Mavic 3 Enterprise, Phantom 4 RTK и сенсоре Zenmuse P1.
Механические затворы работают за счет того, что весь кадр датчика изображения подвергается воздействию света за один раз. Это означает, что каждый пиксель представляет собой точно такой же момент времени экспозиции. Как мы вскоре увидим, это время – главное. Это становится более понятным, если вспомнить, как работают механические затворы в отличие от электронных или роллинг-шаттеров.
Электронные затворы отличаются тем, что подвергают датчик изображения воздействию света по одной линии пикселей за раз. Электронные затворы используют матрицу камеры для управления экспозицией и экспонируют пиксели постепенно, сверху вниз. Это означает, что электронные затворы имеют небольшую временную задержку между верхней частью кадра и нижней. В большинстве случаев это не является проблемой, но когда в кадр попадает движение, эти типы затворов могут вызвать так называемый эффект качения/желе – тип искажения изображения, характерный для съемки движущихся объектов (или когда сама камера движется с высокой скоростью, как это происходит во время полета дрона).
Итак, механический затвор работает, одновременно экспонируя каждый пиксель матрицы вашей камеры. Электронные затворы подвергают пиксели воздействию света по одному ряду за раз. Но почему это важно в контексте аэросъемки?
Для профессиональных геодезистов точность – это главное. Поскольку поворотные и электронные затворы могут вызывать искажения, когда в уравнение вносится движение, они не являются идеальными для картографических миссий. Даже небольшое количество “эффекта желе”, возникающего при движении затвора, может нарушить ориентацию вашего картографического программного обеспечения, что в свою очередь снизит точность измерений.
Необходим ли механический затвор для картографических миссий?
Работа профессиональных геодезистов обычно оценивается по ее точности. Поскольку многие беспилотники теперь оснащены технологией RTK, позволяющей проводить измерения с сантиметровой точностью, нет оправдания некачественным снимкам, которые могут подпортить ваши результаты. Использование дрона с механическим затвором обеспечивает наилучшее качество изображения и снижает вероятность возникновения ужасного эффекта “желе”. Если электронные или роллинг-шаттерные системы вносят размытость в процесс съемки, то механические затворы не допускают этого. Риск искажений был бы минимальным, если бы камера и объект съемки были статичными. Но если вы хотите воспользоваться преимуществами эффективности, которые дают беспилотники, вам нужен затвор, который лучше всего работает при съемке с движущейся платформы.
Zenmuse P1 и его механический затвор
Какие дроны оснащены механическим затвором?
Несколько платформ DJI Enterprise оснащены механическим затвором, который идеально подходит для картографических и геодезических работ. К ним относятся:
Phantom 4 RTK
Phantom 4 RTK оснащен встроенным модулем RTK для получения данных с сантиметровой точностью и снижения зависимости от наземных контрольных точек во время съемок. Его 1-дюймовый 20-мегапиксельный CMOS-сенсор оснащен механическим затвором, исключающим риск смазывания при откате затвора.
Mavic 3 Enterprise
Mavic 3 Enterprise (M3E) – это компактная и портативная платформа с революционными возможностями для профессионалов геодезии. Помимо модуля RTK, обеспечивающего точность картографирования на уровне сантиметров, M3E оснащен 20-мегапиксельной широкоугольной камерой с матрицей 4/3 CMOS и механическим затвором.
Очень важно, что благодаря скорости захвата изображения 0,7 секунды M3E поднимает на новую высоту эффективность картографических работ и миссий. Благодаря более коротким интервалам между снимками можно значительно сократить продолжительность съемки.
M3E также способен работать в условиях недостаточной освещенности. Широкоугольная камера с пикселями 3,3 мкм и улучшенным программным обеспечением для работы в условиях низкой освещенности. Никогда еще ваше рабочее окно не было таким широким.
Matrice 300 RTK и Zenmuse P1
Сенсор Zenmuse P1 – это флагманская фотограмметрическая полезная нагрузка DJI. Он сочетает в себе полнокадровый 45 МП сенсор со сменными объективами с фиксированным фокусом на 3-осевом стабилизированном кардане.
Размер пикселя 4,4 мкм обеспечивает низкий уровень шума и высокую чувствительность изображения, а модуль RTK и интервалы между снимками в 0,7 секунды позволяют проводить высокоэффективные съемки.
Zenmuse P1 также оснащен механическим затвором и системой DJI TimeSync 2.0, которая синхронизирует время между модулями на микросекундном уровне для обеспечения сантиметровой точности данных и ориентации в реальном времени.
Zenmuse P1 совместим исключительно с DJI M300.
Выбор правильного дрона для картографии и аэросъемки
Если вы ищете идеальный беспилотник для картографии и аэрофотосъемки, мы рекомендуем летать с камерой, оснащенной механическим затвором. Это, безусловно, лучший способ устранить риск срабатывания затвора или эффекта “желе”. С Phantom 4 RTK, M3E и сенсором Zenmuse P1 вы можете отправляться на динамичные съемки, будучи уверенными в том, что ваши фотографии (и созданные на их основе карты и модели) будут максимально четкими и точными.
