Quadrocopters e vários UAVs estão gradualmente se tornando ferramentas familiares em muitas áreas da atividade profissional. É muito difícil superestimar as capacidades dos drones nas mãos de fotógrafos e videomakers, mas o potencial desses dispositivos pode ser totalmente realizado precisamente no campo da indústria e da geodésia. Em particular, se o helicóptero estiver executando um software especializado e os materiais de levantamento aéreo forem processados por computador e usados para analisar vários dados.
Algumas empresas produzem software para resolver problemas específicos, mas existem projetos adequados para várias áreas de atividade de uma só vez. Um desses fabricantes é a empresa suíça Pix4D, que desde 2011 desenvolve diversas soluções no campo da fotogrametria. Começando como um ramo (ou melhor, um laboratório de visão computacional) da maior universidade politécnica da Europa EPFL, hoje o Pix4D se tornou uma das empresas que mais crescem no mundo. Com base em sua vasta experiência na criação de software para converter imagens multiespectrais em modelos 3D e mapas tridimensionais, a empresa desenvolveu uma gama de produtos de software úteis em construção e cadastro, agricultura, fotogrametria aérea e imóveis.
Como isso funciona
Os produtos Pix4D permitem tirar automaticamente centenas de fotografias de ângulos diferentes na câmera do quadcopter, que são processadas e combinadas em um único mapa topográfico ou modelo 3D usando um algoritmo especial. Em termos simples, o princípio do programa é muito semelhante ao princípio da visão humana. Nossos olhos vêem o mesmo objeto de um ângulo diferente, e o cérebro, com base nessa diferença, converte essas imagens em uma imagem tridimensional.
Primeiro, o usuário deve selecionar um dos tipos de controle disponíveis. É possível escolher o modo de missão Freeflight, no qual o operador é responsável pelos movimentos do helicóptero, e a câmera obtém um novo quadro depois de alterar a posição do drone por um determinado valor horizontal e vertical.
Nos modos automáticos, para construir um modelo de elevação digital (DEM), é necessário definir os limites do objeto gravado, altitude de vôo, ângulo da câmera e outros parâmetros no aplicativo. A decolagem e a aterrissagem são realizadas automaticamente, mas o piloto deve ter habilidades de controle de UAV se dificuldades ou obstáculos imprevistos surgirem no caminho do drone.
Após a decolagem, o quadrocóptero voa automaticamente sobre a área que está sendo filmada, produz o número necessário de quadros. O programa também grava informações sobre cada foto em um arquivo EXIF separado, que indica os dados de longitude e latitude, altitude de vôo e ângulo da câmera. Após a conclusão da filmagem, os dados obtidos devem ser importados para o programa Pix4D ou enviados ao armazenamento em nuvem para processamento. Com a ajuda da tecnologia de reconhecimento de padrões, será iniciada uma busca por pontos comuns ou de "conexão" nas fotografias: são procuradas combinações semelhantes únicas de pixels em cores e arranjo geométrico em fotografias diferentes, como resultado dessa coincidência se torna um ponto-chave. Quanto mais correspondências forem encontradas, mais precisamente o modelo será construído. Para construir o ponto desse modelo no espaço, é necessário combinar pelo menos três fotografias, mas melhor em números maiores, e isso é possível se a sobreposição das fotografias for de pelo menos 60% nas direções transversal e 75% nas direções longitudinais.
Em seguida, as coordenadas espaciais de cada ponto-chave são calculadas triangulando e extraindo dados de um arquivo EXIF. A imagem ocupa a área central da qual a fotografia foi tirada e é traçada uma linha de visão para cada ponto-chave encontrado na foto. O resultado da interseção dessas linhas fornece o valor desejado das coordenadas espaciais. Além disso, o algoritmo Levenberg-Marquardt ou o método de bundle é usado para minimizar a soma dos quadrados do conjunto de erros.
Com base em todos esses cálculos, o programa constrói uma nuvem estendida de pontos para gerar uma superfície removível composta de polígonos ou malhas. E a última etapa é calcular o tamanho dos pixels e determinar se os pixels da foto correspondem à malha gerada.
Após a conclusão do programa, você obtém um modelo tridimensional da área necessária. Você pode alterar a escala, ajustar o contraste e o brilho, o balanço de calor, importar os dados recebidos em programas GIS e CAD, medir o volume de terraplenagem, usar o editor ortomosaico para selecionar o fragmento desejado do conjunto de imagens e outros recursos.
Campos de aplicação
A linha de produtos do Pix4D inclui produtos como Pix4Dmapper, Pix4Dfields, Pix4Dmodel, Pix4Dbim e o aplicativo Pix4Dcapture gratuito para a construção de rotas de vôo do helicóptero.
O potencial para o uso do software Pix4D na indústria é enorme. Antes de tudo, é claro, o software é usado em geodésia, cartografia, fotogrametria aérea, para construir mapas 3D precisos. Para resolver problemas nessa área, o Pix4Dmapper é adequado. Esta é uma ferramenta com funcionalidade rica. Com sua ajuda, você pode converter fotografias aéreas da área em uma imagem tridimensional. O processo de processamento em si ocorre em um computador ou no armazenamento em nuvem Pix4D, onde você precisa enviar todos os dados coletados para conversão. O programa tem a capacidade de medir o tamanho, a área e o volume de objetos obtidos em um modelo 3D. Isso ajuda a realizar inspeções no local remotamente. A precisão da pesquisa é de 1 a 2 cm / pixel nos planos X e Y, bem como de 1 a 3 cm / pixel no plano Z (dependendo da diferença de altura da área a ser tomada). Também é possível classificar uma nuvem de pontos: os elementos necessários do modelo e da superfície (terra, asfalto, vegetação alta, edifícios, objetos criados pelo homem) são destacados em cores para uma análise precisa e posterior ajuste do projeto. Usando o Pix4Dmapper, é obtido um ortomosaico de alta resolução, um terreno digital e um modelo de terreno, um mapa de contornos e refletividade do contorno, além de mapas com valores de temperatura.
Representantes da esfera sociocultural e imobiliária estarão interessados em outra ferramenta chamada Pix4Dmodel. Com sua ajuda, a digitalização de monumentos históricos, Patrimônio Mundial da UNESCO, estruturas arquitetônicas. Os modelos resultantes podem ser usados como objetos interativos em programas para fones de ouvido VR ou para criar vídeos de voo e posterior publicação em sites populares de hospedagem de vídeo. Exportação disponível do modelo resultante em vários formatos populares (.bj, .fbx, .dxf, .ply) para uso em programas de simulação e impressão 3D.
Uma ferramenta foi desenvolvida para a indústria agrícola. O Pix4Dfields permite calcular e comparar índices espectrais e índices de vegetação, construir cercas geográficas e ortomosaicos.
Pix4Dbim é um poderoso programa para empresas de construção. Com ele, o usuário obtém uma imagem completa de seu projeto, graças à construção automática de mapas topográficos e de contorno da área, projeções bidimensionais ou tridimensionais, uma escala cronológica na qual todas as etapas do trabalho de construção são exibidas. O Pix4Dbim facilita a avaliação do progresso da construção: basta exportar desenhos CAD e compará-los com os dados BIM resultantes em uma sobreposição simples.
E, é claro, os dados e modelos obtidos em todas as ferramentas podem ser carregados na nuvem Pix4D, deixar um comentário, uma receita e compartilhar com o cliente ou sua equipe.
Limitações
O produto do Pix4D possui pequenas falhas. O programa reconhece quaisquer superfícies refletivas como um elemento estrutural e as processa automaticamente para criar um modelo. Esses erros são facilmente eliminados pelas ferramentas integradas, mas o Pix4D ainda não é adequado para digitalizar a superfície do mar ou lagos.
Também no modo automático, existem restrições na área da fotografia aérea para um voo. Quanto maior a altura (menor resolução) e menor o grau de sobreposição (menos pontos-chave e menor precisão da reconstrução do modelo), maior a área pode ser coberta de cada vez. Por exemplo, um modelo de quadrocóptero Phantom 4 Pro com uma altura de tiro de 200 metros (5,5 cm / pixel) e uma sobreposição mínima (75% longitudinal e 60% transversal) pode capturar 100 hectares de terreno. Isso ocorre devido ao tempo de operação do UAV de uma bateria. No entanto, ninguém se preocupa em substituir a bateria e continuar a missão no local em que a pesquisa anterior foi concluída. Os aplicativos modernos de planejamento de rotas permitem fazer isso. E a tecnologia não pára e cada novo modelo de helicóptero pode permanecer no ar por mais e mais tempo. Não esqueça que o Pix4D suporta e desenvolve regularmente seu produto, o que afeta os recursos de toda a linha.
O software do Pix4D suporta o trabalho com os drones mais modernos, acelera e simplifica o processo de fotogrametria, digitalização e construção de modelos 3D. As empresas industriais não precisam mais sofrer perdas contratando um helicóptero para inspeção. O Pix4D permite um reconhecimento rápido e preciso do terreno e também coleta e processa automaticamente as informações necessárias para o usuário. Alguns anos atrás, muitas empresas só podiam sonhar com isso. Mas, graças ao desenvolvimento da tecnologia e à produção de UAVs, a capacidade de criar placas 3D precisas está se tornando disponível mesmo para pequenas empresas.