QuadrocoptersとさまざまなUAVは、専門的な活動の多くの分野で徐々に使い慣れたツールになりつつあります。 写真家やビデオ撮影者の手でドローンの能力を過大評価することは非常に困難ですが、産業および測地学の分野でこれらのデバイスの可能性を完全に認識することができます。 特に、ヘリコプターが特殊なソフトウェアを実行しており、空中調査資料がコンピューター処理され、さまざまなデータの分析に使用される場合。
特定の問題を解決するためのソフトウェアを製造している会社もありますが、いくつかの活動分野に適したプロジェクトがあります。 これらのメーカーの1つは、2011年から写真測量の分野でさまざまなソリューションを開発しているスイスの会社Pix4Dです。 ヨーロッパ最大の工科大学EPFLの派生物（またはコンピュータービジョンラボ）から始まり、今日Pix4Dは世界で最も急成長している企業の1つになりました。 マルチスペクトル画像を3Dモデルおよび3次元マップに変換するソフトウェアを作成した豊富な経験に基づいて、同社は建設および地籍、農業、航空写真測量、および不動産に役立つさまざまなソフトウェア製品を開発しました。
仕組み
Pix4D製品を使用すると、さまざまな角度から数百枚の写真をクアドロコプターカメラに自動的に撮影し、特別なアルゴリズムを使用して単一の地形図または3Dモデルに処理および結合できます。 簡単に言えば、プログラムの原理は人間の視覚の原理に非常に似ています。 私たちの目は同じオブジェクトを異なる角度から見ています。脳は、この違いに基づいて、これらの画像を3次元画像に変換します。
まず、ユーザーは使用可能なコントロールの種類のいずれかを選択する必要があります。 Freeflightミッションモードを選択することができます。このモードでは、オペレーターがヘリコプターの動きを担当し、カメラはドローンの位置を特定の水平および垂直値だけ変更した後に新しいフレームを撮影します。
自動モードでは、デジタル標高モデル（DEM）を構築するために、キャプチャされたオブジェクト、飛行高度、カメラの角度、およびアプリケーションの他のパラメーターの境界を設定する必要があります。 離陸と着陸は自動的に実行されますが、パイロットがドローンの途中で予期せぬ困難や障害が発生した場合、UAVの制御スキルが必要です。
離陸後、クアドロコプターは、撮影するエリアを自動的に飛行し、必要な数のフレームを作成します。 プログラムは、各写真に関する情報を個別のEXIFファイルに書き込みます。このファイルには、経度と緯度、飛行高度、カメラの角度のデータが示されます。 撮影が完了したら、取得したデータをPix4Dプログラムにインポートするか、処理のためにクラウドストレージに送信する必要があります。 パターン認識技術の助けを借りて、写真の共通点または「接続」点の検索が開始されます。色のピクセルと異なる写真の幾何学的配置のユニークな類似の組み合わせが検索され、その結果、この一致がキーポイントになります。 より多くの一致が見つかると、モデルがより正確に構築されます。 このモデルのポイントを空間に構築するには、少なくとも3枚の写真を一致させる必要がありますが、より多くの写真を一致させる必要があります。写真の重なりが横方向で少なくとも60％、縦方向で75％以上であれば可能です。
次に、各キーポイントの空間座標は、EXIFファイルからデータを三角測量して抽出することによって計算されます。 画像は、写真が撮影された中心領域を撮影し、そこから写真内の各キーポイントに視線が引かれます。 これらの線の交差の結果は、空間座標の望ましい値を与えます。 さらに、Levenberg-Marquardtアルゴリズムまたはバンドル法を使用して、エラーのセットの平方和を最小化します。
これらすべての計算に基づいて、プログラムは拡張されたポイントクラウドを構築し、ポリゴンまたはメッシュで構成される取り外し可能なサーフェスを生成します。 最後のステップは、ピクセルのサイズを計算し、生成されたメッシュに対する写真のピクセルの対応を決定することです。
プログラムが完了すると、必要な領域の3次元モデルが得られます。 スケールの変更、コントラストと明るさの調整、熱バランス、受信したデータのGISおよびCADプログラムへのインポート、土工作業の量の測定、オルソモザイクエディターを使用して画像セットなどから必要なフラグメントを選択できます。
応用分野
Pix4Dの製品ラインには、Pix4Dmapper、Pix4Dfields、Pix4Dmodel、Pix4Dbimなどの製品と、ヘリコプターの飛行経路を構築するための無料のPix4Dcaptureアプリケーションが含まれています。
業界でPix4Dソフトウェアを使用する可能性は膨大です。 もちろん、まずソフトウェアは測地学、地図作成、航空写真測量で使用され、正確な3Dマップを作成します。 この分野の問題を解決するには、Pix4Dmapperが適しています。 これは豊富な機能を備えたツールです。 これを使用すると、そのエリアの航空写真を3次元画像に変換できます。 処理プロセス自体は、コンピューターまたはPix4Dクラウドストレージで行われます。ここで、変換のために収集されたすべてのデータを送信する必要があります。 このプログラムには、3Dモデルで取得したオブジェクトのサイズ、面積、体積を測定する機能があります。 これにより、サイトの検査をリモートで実行できます。 撮影精度は、X平面とY平面で1〜2 cm /ピクセル、Z平面で1〜3 cm /ピクセルです（撮影する領域の高さの違いによる）。 また、ポイントクラウドを分類することもできます。モデルとサーフェスの必要な要素（地球、アスファルト、高植生、建物、人が作成したオブジェクト）は、プロジェクトの正確な分析とその後の調整のために色で強調表示されます。 Pix4Dmapper、高解像度オルソモザイク、デジタル地形および地形モデル、等高線の輪郭と反射率のマップ、および温度値のマップを使用して取得します。
社会文化圏と不動産の代表者は、Pix4Dmodelと呼ばれる別のツールに興味を持っています。 その助けを借りて、歴史的建造物、ユネスコの世界遺産、建築物のデジタル化。 作成されたモデルは、VRヘッドセットのプログラムでのインタラクティブオブジェクトとして、または人気のあるビデオホスティングサイトでのフライトビデオの作成とその後の公開に使用できます。 シミュレーションプログラムおよび3Dプリントで使用するために、さまざまな一般的な形式（.bj、.fbx、.dxf、.ply）で結果のモデルの利用可能なエクスポート。
農業業界向けのツールが開発されました。 Pix4Dfieldsを使用すると、スペクトルインデックスと植生インデックスを計算および比較し、ジオフェンスとオルソモザイクを作成できます。
Pix4Dbimは建設会社向けの強力なプログラムです。 それにより、エリアの地形図と等高線図の自動構築、2次元または3次元投影、建設作業のすべての段階が表示される時系列のスケールのおかげで、ユーザーはプロジェクトの全体像を取得します。 Pix4Dbimを使用すると、建物の進捗状況を非常に簡単に評価できます。CAD図面をエクスポートして、単純なオーバーレイで結果のBIMデータと比較するだけです。
そしてもちろん、すべてのツールで取得したデータとモデルをPix4Dクラウドにアップロードし、コメントや処方箋を残して、顧客やチームと共有できます。
制限事項
Pix4Dの製品には小さな欠陥があります。 プログラムは、反射面を構造要素として認識し、自動的に処理してモデルを作成します。 このようなバグは組み込みツールによって簡単に除去できますが、Pix4Dは海面や湖のデジタル化にはまだ適していません。
また、自動モードでは、1回の飛行の航空写真の領域に制限があります。 高さが高い（解像度が低い）ほど、重なりの度合いが低い（キーポイントが少なく、モデル再構築の精度が低い）ほど、一度にカバーできる領域が大きくなります。 たとえば、射撃の高さが200メートル（5.5 cm /ピクセル）で最小オーバーラップ（縦75％、横60％）のPhantom 4 Proクアッドコプターモデルは、100ヘクタールの地形をキャプチャできます。 これは、1つのバッテリーからのUAVの動作時間によるものです。 しかし、バッテリーを交換して、前回の調査が完了した場所からミッションを継続することを誰も気にしません。 最新のルートプランニングアプリケーションでは、これを行うことができます。 そして、技術は止まっておらず、ヘリコプターの新しいモデルは空中でより長く続くことができます。 Pix4Dは定期的に製品をサポートおよび開発することを忘れないでください。これは、ライン全体の機能に影響を与えます。
Pix4Dのソフトウェアは、最新のドローンのほとんどをサポートし、写真測量、デジタル化、3Dモデルの構築のプロセスを高速化し、簡素化します。 工業会社は、検査のためにヘリコプターを雇うことでもはや損失を被る必要はありません。 Pix4Dは、地形の迅速かつ正確な偵察を可能にし、ユーザーに必要な情報を自動的に収集および処理します。 数年前、多くの企業はそのようなことだけを夢見ていました。 しかし、テクノロジーの開発とUAVの生産のおかげで、正確な3Dカードを作成する機能は、小さな会社でも利用可能になりつつあります。