Les quadrocoptères et divers drones deviennent progressivement des outils familiers dans de nombreux domaines d'activité professionnelle. Il est très difficile de surestimer les capacités des drones entre les mains des photographes et vidéastes, mais le potentiel de ces appareils peut être pleinement réalisé avec précision dans le domaine de l'industrie et de la géodésie. En particulier, si l'hélicoptère utilise un logiciel spécialisé et que le matériel de levé aérien est traité par ordinateur et utilisé pour analyser diverses données.
Certaines entreprises produisent des logiciels pour résoudre des problèmes spécifiques, mais il existe des projets qui conviennent à plusieurs domaines d'activité à la fois. L'un de ces fabricants est la société suisse Pix4D, qui développe depuis 2011 différentes solutions dans le domaine de la photogrammétrie. Commençant comme une branche (ou plutôt, un laboratoire de vision par ordinateur) de la plus grande université polytechnique européenne EPFL, Pix4D est devenue aujourd'hui l'une des entreprises à la croissance la plus rapide au monde. S'appuyant sur sa vaste expérience dans la création de logiciels de conversion d'images multispectrales en modèles 3D et cartes tridimensionnelles, l'entreprise a développé une gamme de produits logiciels utiles dans la construction et le cadastre, l'agriculture, la photogrammétrie aérienne et l'immobilier.
Comment ça marche
Les produits Pix4D vous permettent de prendre automatiquement des centaines de photographies sous différents angles sur un quadricoptère, qui sont traitées et combinées en une seule carte topographique ou modèle 3D à l'aide d'un algorithme spécial. En termes simples, le principe du programme est très similaire au principe de la vision humaine. Nos yeux voient le même objet sous un angle différent, et le cerveau, sur la base de cette différence, convertit ces images en une image en trois dimensions.
Tout d'abord, l'utilisateur doit sélectionner l'un des types de contrôle disponibles. Il est possible de sélectionner le mode de mission Freeflight, dans lequel l'opérateur est responsable des mouvements de l'hélicoptère, et la caméra prend une nouvelle image après avoir changé la position du drone d'une valeur horizontale et verticale donnée.
Dans les modes automatiques, afin de construire un modèle numérique d'élévation (DEM), il est nécessaire de définir les limites de l'objet enregistré, l'altitude de vol, l'angle de la caméra et d'autres paramètres dans l'application. Le décollage et l'atterrissage sont effectués automatiquement, mais le pilote doit avoir des compétences de contrôle d'UAV si des difficultés imprévues ou des obstacles surviennent sur le chemin du drone.
Après le décollage, le quadricoptère survole automatiquement la zone à photographier, effectue le nombre d'images nécessaire. Le programme écrit également des informations sur chaque photo dans un fichier EXIF distinct, qui indique les données de longitude et de latitude, l'altitude de vol et l'angle de la caméra. Une fois la prise de vue terminée, les données obtenues doivent être importées dans le programme Pix4D ou envoyées au stockage cloud pour traitement. Avec l'aide de la technologie de reconnaissance des formes, une recherche commencera pour les points communs ou «connectés» dans les photographies: des combinaisons uniques similaires de pixels en couleur et de disposition géométrique dans différentes photographies sont recherchées, à la suite de quoi cette coïncidence devient un point clé. Plus il y a de correspondances, plus le modèle est construit avec précision. Pour construire un point de ce modèle dans l'espace, une correspondance doit être faite dans au moins trois photographies, mais mieux en plus grand nombre, et cela est possible si le chevauchement des photographies est d'au moins 60% dans le sens transversal et 75% dans le sens longitudinal.
Ensuite, les coordonnées spatiales de chaque point clé sont calculées en triangulant et en extrayant les données d'un fichier EXIF. L'image prend la zone centrale à partir de laquelle la photographie a été prise, et de là une ligne de vue est tracée vers chaque point clé trouvé dans l'image. Le résultat de l'intersection de ces lignes donne la valeur souhaitée des coordonnées spatiales. De plus, l'algorithme de Levenberg-Marquardt ou la méthode des faisceaux est utilisé pour minimiser la somme des carrés de l'ensemble des erreurs.
Sur la base de tous ces calculs, le programme construit un nuage de points étendu pour générer une surface amovible composée de polygones ou de mailles. Et la dernière étape consiste à calculer la taille des pixels et à déterminer la correspondance des pixels de la photo avec le maillage généré.
À la fin du programme, vous obtenez un modèle en trois dimensions de la zone dont vous avez besoin. Vous pouvez changer l'échelle, régler le contraste et la luminosité, l'équilibre thermique, importer les données reçues dans des programmes SIG et CAD, mesurer le volume de terrassement, utiliser l'éditeur orthomosaïque pour sélectionner le fragment souhaité dans l'ensemble d'images et d'autres fonctionnalités.
Domaines d'application
La gamme de produits de Pix4D comprend des produits tels que Pix4Dmapper, Pix4Dfields, Pix4Dmodel, Pix4Dbim, ainsi que l'application gratuite Pix4Dcapture pour construire des trajectoires de vol de l'hélicoptère.
Le potentiel d'utilisation du logiciel Pix4D dans l'industrie est énorme. Tout d'abord, bien sûr, le logiciel est utilisé en géodésie, cartographie, photogrammétrie aérienne, pour construire des cartes 3D précises. Pour résoudre les problèmes dans ce domaine, Pix4Dmapper convient. Il s'agit d'un outil avec de riches fonctionnalités. Avec son aide, vous pouvez convertir des photographies aériennes de la zone en une image en trois dimensions. Le processus de traitement lui-même se déroule sur un ordinateur ou dans le stockage cloud Pix4D, où vous devez envoyer toutes les données collectées pour la conversion. Le programme a la capacité de mesurer la taille, la surface et le volume des objets obtenus sur un modèle 3D. Cela permet d'effectuer des inspections de site à distance. La précision du levé est de 1 à 2 cm / pixel dans les plans X et Y, ainsi que de 1 à 3 cm / pixel dans le plan Z (en fonction de la différence de hauteur de la zone capturée). Il est également possible de classer un nuage de points: les éléments nécessaires du modèle et de la surface (terre, asphalte, végétation élevée, bâtiments, objets créés par l'homme) sont mis en évidence en couleurs pour une analyse précise et un ajustement ultérieur du projet. À l'aide de Pix4Dmapper, une orthomosaïque haute résolution est obtenue, un terrain numérique et un modèle de terrain, une carte des contours de contour et de la réflectivité, ainsi que des cartes avec des valeurs de température.
Les représentants de la sphère socioculturelle et de l'immobilier seront intéressés par un autre outil appelé Pix4Dmodel. Avec son aide, la numérisation des monuments historiques, des sites du patrimoine mondial de l'UNESCO, des structures architecturales. Les modèles résultants peuvent être utilisés comme objets interactifs dans des programmes pour casques VR ou pour créer des vidéos de vol et une publication ultérieure sur des sites d'hébergement vidéo populaires. Exportation disponible du modèle résultant dans divers formats populaires (.bj, .fbx, .dxf, .ply) pour une utilisation dans les programmes de simulation et l'impression 3D.
Un outil a été développé pour l'industrie agricole. Pix4Dfields vous permet de calculer et de comparer les indices spectraux et les indices de végétation, de construire des geofences et des orthomosaïques.
Pix4Dbim est un programme puissant pour les entreprises de construction. Avec lui, l'utilisateur obtient une image complète de son projet grâce à la construction automatique de cartes topographiques et de contours de la zone, de projections bidimensionnelles ou tridimensionnelles, une échelle chronologique sur laquelle toutes les étapes des travaux de construction sont affichées. Pix4Dbim permet d'évaluer très facilement la progression du bâtiment: il suffit d'exporter des dessins CAO et de les comparer avec les données BIM résultantes dans une superposition simple.
Et, bien sûr, les données et modèles obtenus dans tous les outils peuvent être téléchargés sur le cloud Pix4D, laisser un commentaire, une prescription et partager avec le client ou votre équipe.
Limitations
Le produit de Pix4D a des défauts mineurs. Le programme reconnaît toutes les surfaces réfléchissantes comme un élément structurel et les traite automatiquement pour créer un modèle. Ces bogues sont facilement éliminés par les outils intégrés, mais Pix4D n'est pas encore adapté à la numérisation de la surface de la mer ou des lacs.
En mode automatique également, il existe des restrictions sur le domaine de la photographie aérienne pour un vol. Plus la hauteur (résolution inférieure) est élevée et plus le degré de chevauchement est faible (moins de points clés et la précision de la reconstruction du modèle), plus la zone peut être couverte à la fois. Par exemple, un modèle de quadricoptère Phantom 4 Pro avec une hauteur de prise de vue de 200 mètres (5,5 cm / pixel) et un chevauchement minimum (75% longitudinal et 60% transversal) peut capturer 100 hectares de terrain. Cela est dû au temps de fonctionnement de l'UAV à partir d'une batterie. Cependant, personne ne prend la peine de remplacer la batterie et de poursuivre la mission depuis l'endroit où l'enquête précédente a été effectuée. Les applications modernes de planification d'itinéraire vous permettent de le faire. Et la technologie ne s'arrête pas, et chaque nouveau modèle de l'hélicoptère peut rester en l'air de plus en plus longtemps. N'oubliez pas que Pix4D soutient et développe régulièrement son produit, ce qui affecte les capacités de toute la gamme.
Le logiciel de Pix4D prend en charge le travail avec la plupart des drones modernes, accélère et simplifie le processus de photogrammétrie, de numérisation et de construction de modèles 3D. Les entreprises industrielles n'ont plus à subir de pertes en louant un hélicoptère pour inspection. Pix4D permet une reconnaissance rapide et précise du terrain, et recueille et traite également automatiquement les informations nécessaires à l'utilisateur. Il y a quelques années, de nombreuses entreprises ne pouvaient que rêver d'une telle chose. Mais grâce au développement de la technologie et à la production de drones, la possibilité de créer des cartes 3D précises devient disponible même pour les petites entreprises.