أصبحت Quadrocopters ومختلف الطائرات بدون طيار أدوات مألوفة بشكل تدريجي في العديد من مجالات النشاط المهني. من الصعب للغاية المبالغة في تقدير قدرات الطائرات بدون طيار في أيدي المصورين الفوتوغرافيين ومصوري الفيديو ، ولكن يمكن تحقيق إمكانات هذه الأجهزة بشكل كامل في مجال الصناعة والجيوديسيا. على وجه الخصوص ، إذا كان المروحية يقوم بتشغيل برامج متخصصة ، وتتم معالجة مواد المسح الجوي باستخدام الكمبيوتر لتحليل البيانات المختلفة.
تنتج بعض الشركات برمجيات لحل مشاكل معينة ، ولكن هناك مشاريع مناسبة لعدة مجالات من النشاط في وقت واحد. واحدة من هذه الشركات المصنعة هي الشركة السويسرية Pix4D ، التي تعمل منذ عام 2011 على تطوير حلول مختلفة في مجال التصوير الفوتوغرافي. بدءًا من الفروع (أو بالأحرى ، مختبر رؤية الكمبيوتر) لأكبر جامعة بوليتكنيك EPFL في أوروبا ، أصبحت Pix4D اليوم واحدة من أسرع الشركات نموًا في العالم. بناءً على خبرتها الواسعة في إنشاء برامج لتحويل الصور متعددة الأطياف إلى نماذج ثلاثية الأبعاد وخرائط ثلاثية الأبعاد ، طورت الشركة مجموعة من منتجات البرمجيات المفيدة في مجالات البناء والكادستر والزراعة والمسح التصويري الجوي والعقارات.
كيف يعمل
تسمح لك منتجات Pix4D بالتقاط مئات الصور تلقائيًا من زوايا مختلفة على كاميرا quadrocopter ، والتي تتم معالجتها ودمجها في خريطة طبوغرافية واحدة أو نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام خوارزمية خاصة. بعبارات بسيطة ، فإن مبدأ البرنامج يشبه إلى حد كبير مبدأ الرؤية البشرية. ترى أعيننا نفس الشيء من زاوية مختلفة ، والدماغ ، على أساس هذا الاختلاف ، يحول هذه الصور إلى صورة ثلاثية الأبعاد.
أولاً ، يُطلب من المستخدم تحديد أحد أنواع عناصر التحكم المتاحة. من الممكن اختيار وضع مهمة Freeflight ، حيث يكون المشغل مسؤولًا عن تحركات المروحية ، وتأخذ الكاميرا إطارًا جديدًا بعد تغيير موضع الطائرة بدون طيار بقيمة أفقية ورأسية معينة.
في الأوضاع التلقائية ، من أجل بناء نموذج ارتفاع رقمي (DEM) ، يلزم تعيين حدود الكائن المسجل وارتفاع الطائرة وزاوية الكاميرا وغيرها من المعلمات في التطبيق. يتم الإقلاع والهبوط تلقائيًا ، ولكن يجب أن يمتلك الطيار مهارات التحكم في الطائرات بدون طيار إذا ظهرت صعوبات أو عقبات غير متوقعة في طريق الطائرة.
بعد الإقلاع ، تطير الطائرة الرباعية تلقائيًا فوق المنطقة التي يتم تصويرها ، مما يجعل العدد اللازم من الإطارات. يقوم البرنامج أيضًا بكتابة معلومات حول كل صورة في ملف EXIF منفصل ، مما يشير إلى بيانات خط الطول وخط العرض ، وارتفاع الرحلة وزاوية الكاميرا. بعد اكتمال التصوير ، يجب استيراد البيانات التي تم الحصول عليها إلى برنامج Pix4D أو إرسالها إلى التخزين السحابي للمعالجة. بمساعدة تقنية التعرف على الأنماط ، سيبدأ البحث عن نقاط مشتركة أو "متصلة" في الصور: يتم البحث عن مجموعات متشابهة فريدة من البكسل في الألوان والترتيب الهندسي في صور مختلفة ، ونتيجة لذلك تصبح هذه المصادفة نقطة رئيسية. كلما تم العثور على المزيد من التطابقات ، تم بناء النموذج بدقة أكبر. لبناء نقطة من هذا النموذج في الفضاء ، يجب إجراء تطابق في ثلاث صور على الأقل ، ولكن بشكل أفضل بأعداد أكبر ، وهذا ممكن إذا كان تداخل الصور 60٪ على الأقل في المستعرض و 75٪ في الاتجاهات الطولية.
بعد ذلك ، يتم حساب الإحداثيات المكانية لكل نقطة رئيسية عن طريق تثليث البيانات واستخراجها من ملف EXIF. تأخذ الصورة المنطقة المركزية التي تم التقاط الصور منها ، ومنه يتم رسم خط الرؤية إلى كل نقطة رئيسية موجودة في الصورة. تعطي نتيجة تقاطع هذه الخطوط القيمة المرغوبة للإحداثيات المكانية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام خوارزمية Levenberg-Marquardt أو طريقة الحزم لتقليل مجموع مربعات مجموعة الأخطاء.
بناءً على كل هذه الحسابات ، يقوم البرنامج ببناء سحابة ممتدة من النقاط لإنشاء سطح قابل للإزالة يتكون من مضلعات أو شبكات. والخطوة الأخيرة هي حساب حجم البكسل وتحديد مراسلات البكسل في الصورة للشبكة المولدة.
عند الانتهاء من البرنامج ، تحصل على نموذج ثلاثي الأبعاد للمنطقة التي تحتاجها. يمكنك تغيير المقياس ، وضبط التباين والسطوع ، والتوازن الحراري ، واستيراد البيانات المستلمة في برامج GIS و CAD ، وقياس حجم الأعمال الترابية ، واستخدام محرر الفسيفساء لتحديد الجزء المطلوب من مجموعة الصور ، وميزات أخرى.
مجالات التطبيق
يتضمن خط المنتج من Pix4D منتجات مثل Pix4Dmapper و Pix4Dfields و Pix4Dmodel و Pix4Dbim بالإضافة إلى تطبيق Pix4Dcapture المجاني لبناء مسارات الطيران للمروحية.
إن إمكانية استخدام برنامج Pix4D في الصناعة ضخمة. أولاً وقبل كل شيء ، بالطبع ، يتم استخدام البرنامج في الجيوديسيا ، رسم الخرائط ، القياس التصويري الجوي ، لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد دقيقة. لحل المشاكل في هذا المجال ، Pix4Dmapper مناسب. هذه أداة بوظائف غنية. بمساعدتها ، يمكنك تحويل الصور الجوية للمنطقة إلى صورة ثلاثية الأبعاد. تتم عملية المعالجة نفسها إما على جهاز كمبيوتر أو في التخزين السحابي Pix4D ، حيث تحتاج إلى إرسال جميع البيانات التي تم جمعها للتحويل. البرنامج لديه القدرة على قياس حجم ومساحة وحجم الأشياء التي تم الحصول عليها على نموذج ثلاثي الأبعاد. هذا يساعد على إجراء عمليات تفتيش الموقع عن بعد. تتراوح دقة المسح من 1 إلى 2 سم / بكسل في الطائرات X و Y ، وكذلك من 1 إلى 3 سم / بكسل في المستوى Z (اعتمادًا على فرق الارتفاع في المنطقة الملتقطة). من الممكن أيضًا تصنيف سحابة نقطية: يتم تمييز العناصر الضرورية للنموذج والسطح (الأرض والأسفلت والنباتات العالية والمباني والأشياء التي أنشأها الإنسان) بألوان للتحليل الدقيق والتعديل اللاحق للمشروع. باستخدام Pix4Dmapper ، يتم الحصول على فسيفساء عالية الدقة ، ونموذج التضاريس والتضاريس الرقمية ، وخريطة للخطوط الكنتورية والانعكاسية ، بالإضافة إلى الخرائط ذات قيم درجة الحرارة.
سوف يهتم ممثلو المجال الاجتماعي الثقافي والعقارات بأداة أخرى تسمى Pix4Dmodel. بمساعدتها ، رقمنة المعالم التاريخية ، مواقع التراث العالمي لليونسكو ، الهياكل المعمارية. يمكن استخدام النماذج الناتجة ككائنات تفاعلية في برامج سماعات الواقع الافتراضي أو لإنشاء مقاطع فيديو طيران ونشر لاحق على مواقع استضافة الفيديو الشائعة. تصدير متاح للنموذج الناتج بتنسيقات شائعة مختلفة (.bj ، .fbx ، .dxf ، .ply) للاستخدام في برامج المحاكاة والطباعة ثلاثية الأبعاد.
تم تطوير أداة للصناعة الزراعية. تتيح لك Pix4Dfields حساب ومقارنة المؤشرات الطيفية ومؤشرات الغطاء النباتي ، وبناء الأسوار الجغرافية والفسيفساء.
Pix4Dbim هو برنامج قوي لشركات البناء. مع ذلك ، يحصل المستخدم على صورة كاملة لمشروعه بفضل الإنشاء التلقائي للخرائط الطبوغرافية والكونتورية للمنطقة ، وإسقاطات ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد ، ومقياس زمني يتم فيه عرض جميع مراحل أعمال البناء. Pix4Dbim يجعل من السهل جدًا تقييم تقدم البناء: فقط قم بتصدير رسومات CAD ومقارنتها مع بيانات BIM الناتجة في تراكب بسيط.
وبالطبع ، يمكن تحميل البيانات والنماذج التي تم الحصول عليها في جميع الأدوات على سحابة Pix4D ، وترك تعليق ، وصفة طبية ومشاركتها مع العميل أو فريقك.
القيود
المنتج من Pix4D به عيوب طفيفة. يتعرف البرنامج على أي أسطح عاكسة كعنصر هيكلي ويعالجها تلقائيًا لإنشاء نموذج. يتم التخلص من هذه الأخطاء بسهولة من خلال الأدوات المدمجة ، لكن Pix4D ليست مناسبة بعد لرقمنة سطح البحر أو البحيرات.
أيضًا في الوضع التلقائي ، هناك قيود على منطقة التصوير الجوي لرحلة واحدة. كلما زاد الارتفاع (دقة أقل) وانخفضت درجة التداخل (نقاط رئيسية أقل وانخفاض دقة إعادة بناء النموذج) ، يمكن تغطية المنطقة أكبر في كل مرة. على سبيل المثال ، يمكن لطراز Phantom 4 Pro quadrocopter بارتفاع 200 متر (5.5 سم / بكسل) والحد الأدنى من التداخل (75٪ طولية و 60٪ عرضية) أن يلتقط 100 هكتار من التضاريس. ويرجع ذلك إلى وقت تشغيل الطائرات بدون طيار من بطارية واحدة. ومع ذلك ، لا يزعج أحد باستبدال البطارية ومواصلة المهمة من المكان الذي تم فيه المسح السابق. تتيح لك تطبيقات تخطيط الطرق الحديثة القيام بذلك. والتكنولوجيا لا تقف مكتوفة الأيدي ، ويمكن لكل طراز جديد من المروحية البقاء في الهواء لفترة أطول وأطول. لا تنس أن Pix4D تدعم منتجاتها وتطورها بانتظام ، مما يؤثر على قدرات الخط بأكمله.
يدعم البرنامج من Pix4D العمل مع معظم الطائرات بدون طيار الحديثة ، ويسرع ويسهل عملية القياس التصويري ، والرقمنة ، وبناء النماذج ثلاثية الأبعاد. لم تعد الشركات الصناعية تعاني من الخسائر من خلال استئجار طائرة هليكوبتر للتفتيش. يسمح Pix4D باستطلاع سريع ودقيق للتضاريس ، كما يجمع ويعالج تلقائيًا المعلومات اللازمة للمستخدم. قبل بضع سنوات ، كان بإمكان العديد من الشركات أن تحلم بمثل هذا الشيء فقط. ولكن بفضل تطوير التكنولوجيا وإنتاج الطائرات بدون طيار ، أصبحت القدرة على إنشاء بطاقات ثلاثية الأبعاد دقيقة متاحة حتى للشركات الصغيرة.