Квадрокоптер измерение высоты: Датчики удержания высоты дрона — Мир квадрокоптеров

Датчики удержания высоты дрона — Мир квадрокоптеров

Ответы на вопросы о дронах (квадрокоптерах)

• 26.02.2017
• Опубликовано Admin

26 Фев

1111

Содержание

• 1 Что значит режим удержания высоты?
• 2 Какие датчики отвечают за режим Altitude?
• 3 Плюсы и минусы каждого датчика

Любой квадрокоптер средней ценовой категории имеет множество режимов полета. Во всех этих режимах не всегда просто сориентироваться. Давайте попробуем разобраться как работает режим удержания высоты или Altitude Hold Mode и какие датчики за это отвечают.

Что значит режим удержания высоты?

Режим удержания Altitude Hold Mode позволяет пилоту управлять креном (Roll), тангажем (Pitch) и рысканьем (Yaw) не меняя высоты. Если требуется изменить высоту необходимо скорректировать положение стика газа (увеличить или уменьшить).

Какие датчики отвечают за режим Altitude?

Умение удерживать высоту обеспечивается путем анализа давления которое измерят специальный барометрический датчик. Таким датчиком оборудовано большинство современных полетных контроллеров.

Принцип работы бародатчика основан на уменьшении атмосферного давления с увеличением высоты. Однако данные барометрического датчика не всегда точны, например, на малых высотах, в помещении или в случае перемены погоды, когда меняется давление.

Для того, чтобы повысить точность измерения на небольших высотах (до 10 метров) используются другие типы датчиков, например, ультразвуковой датчик или сонар.

Ультразвуковые сенсоры активно применяются, например, в селфи-дронах, многие из которых предназначены для полетов в помещении.

Система сенсоров дрона AirSelfie.

В случае с звукопоглощающими материалами ультразвуковые датчики могут неверно замерять высоту.

Еще один тип датчиков который помогает квадрокоптеру ориентироваться в пространстве – это датчик визуального позиционирования. Этот датчик активно используется в современных дронах фирмы DJI, например, Phantom 4 Pro или Mavic Pro. По сути это видеокамера, которая в режиме реального времени анализирует поверхность под дроном.

У нее тоже есть ряд ограничений, она будет некорректно работать в случае с очень темными или очень яркими поверхностями.

Если вы летаете в основном на улице, для удержания высоты используется GPS/ГЛОНАСС приемники, разумеется если они установлены на вашем дроне.

Как видите одного универсального датчика или сенсора на «все случаи жизни» не бывает, только комплекс датчиков позволяет вашему дрону ориентироваться в пространстве и корректно удерживать высоту.

Плюсы и минусы каждого датчика

Для того, чтобы вам было проще ориентироваться, мы свели всю информацию в таблицу.

Датчик	Работает	Не работает
Бародатчик	На высотах более 1-2 метров	На малых высотах При плохой погоде
GPS	На открытом воздухе	В помещении, где поиск спутников затруднён
Ультразвуковой датчик	На малых высотах (до 10 метров) В помещении	На больших высотах При полетах над звукопоглощающими поверхностями При полете над наклонными поверхностями (которые отражают сигнал в сторону от дрона)
Датчик визуального позиционирования	В помещении и открытом воздухе На высотах (0,3 до 10 метров)	На больших высотах (свыше 10 метров) При полете над водой или прозрачными средами При полете над крайне темными или крайне яркими поверхностями При полете над одноцветной поверхностью (например, снег) При полете над поверхностями, не имеющими четких контуров или текстуры

Дрон научили обходиться без стереоскопического зрения при оценке высоты

Ученые из Делфтского технического университета смогли использовать единственную камеру оптического потока для определения высоты при посадке беспилотника. Статья с подробным описанием технологии опубликована в IOPscience.

Исследователи при экспериментах с квадрокоптером Parrot AR drone 2.0 обнаружили, что при посадке в автоматическом режиме беспилотник в какой-то момент начинает покачиваться. Причем амплитуда этих колебаний строго зависит от высоты. Изучив вопрос, авторы пришли к выводу, что покачивание летательного аппарата не связано с аэродинамическим влиянием небольшого расстояния до земли — причина оказалась в автоматической корректировке позиции беспилотника по камере оптического потока.

Камера оптического потока представляет собой обычную камеру, обычно закрепляемую снизу летательного аппарата, и служит для определения скорости передвижения дрона по смещению изображения. Похожим образом люди, находящиеся в движущемся автомобиле, могут определить скорость «на глаз» по смещению окружающих объектов и пейзажа.

Оказалось, что при посадке в заданной точке алгоритм при помощи камеры оптического потока отслеживает положение дрона над указанным местом и самостоятельно компенсирует смещение летательного аппарата — например, если его сдувает ветром. При этом с определенной высоты поверхность становится настолько близкой, что малейшее смещение изображения в камере оптического потока приводит к запуску непрекращающегося покачивания всего беспилотника. При этом исследователи выяснили, что амплитуда покачиваний квадрокоптера всегда привязана к конкретной высоте.

Таким образом, отмечают авторы, летательный аппарат по возникновению таких колебаний можно с достаточно высокой точностью определить высоту и высчитать удачный момент для посадки и отключения двигателей. При этом для подобного маневра нет необходимости в датчиках расстояния, альтиметре или ресурсоемкой системе распознавания препятствий — при работе управляющее программное обеспечение опирается только на данные камеры оптического потока.

Ученые полагают, что подобный метод можно использовать на серийно выпускаемых гражданских беспилотниках или в качестве запасной системы автоматической посадки на других летательных аппаратах. Кроме того, исследователи полагают, что такой подход может объяснить, как справляются с оценкой расстояний до объекта насекомые, у которых глаза расположены очень близко и не позволяют использовать полноценное стереоскопическое зрение.

Ранее исследователи из Цюрихского университета разработали прототип автономной системы стабилизации и вынужденной посадки для квадрокоптеров. Система из акселерометра, гироскопа, камеры, датчика измерения расстояния и управляющего микрочипа строит трехмерную карту поверхности под беспилотником и выбирает ровную площадку и безопасную траекторию, после чего дрон самостоятельно садится в выбранное место.

Николай Воронцов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Насколько точны дроны-альтиметры?

Часть данных телеметрии, которая считается одной из самых важных для пилотов дронов, — это высота над уровнем моря. Высота должна контролироваться не только для того, чтобы убедиться, что вы соблюдаете правила, но также играет роль в некоторых операциях по сбору данных. Вы также захотите контролировать высоту, если летите близко к высоким конструкциям.

Однако задумывались ли вы когда-нибудь о точности высотомера дрона? Это точно в пределах нескольких футов или вы должны дать ему более широкий допуск? Как вообще работают дроны-альтиметры?

Важность высотомеров дронов

Показания высоты дрона — это не просто часть телеметрических данных, которые мы время от времени просматриваем. Во многих ситуациях показания высотомера являются одними из наиболее важных параметров полета. Если вы летите в городской местности, вам, возможно, придется установить минимальную высоту выше минимальной высоты пролета препятствий (MOCA), чтобы избежать высоких сооружений.

Отслеживание значений высоты также может иметь решающее значение для соблюдения требований законодательства. В зонах контролируемого воздушного пространства полеты дронов обычно ограничиваются высотами ниже 400 футов над уровнем земли. Это гарантирует, что ваш дрон не будет мешать работе пилотируемых летательных аппаратов.

Высокая точность определения высоты очень важна в приложениях дистанционного зондирования, таких как аэрофотосъемка или точное земледелие. Пространственные измерения, выполняемые с помощью дистанционного зондирования, всегда выполняются относительно местоположения дрона — параметра, который включает высоту его полета. Не обращая внимания на точность высоты дрона, вы можете получить неточные измерения, независимо от того, составляете ли вы карту всего поля или измеряете высоту здания.

Точность различных дронов-высотомеров

Одним из факторов, усложняющих это дело, является то, что дроны-альтиметры могут работать с использованием разных механизмов. В некоторых случаях дроны могут иметь более одной системы измерения высоты и переключаться между ними при определенных обстоятельствах.

Инфракрасный

Большинство дронов оснащены датчиками, направленными вниз, которые используют инфракрасный порт. Их обычно называют системой визуального позиционирования (VPS). Эти датчики основаны на принципах времени полета для определения высоты беспилотника.

Инфракрасная высота очень точна, если вы используете ее в пределах допустимого диапазона и что дрон не летит над отражающей поверхностью, такой как вода. Это было запрограммировано в дронах, и они будут выходить из VPS, когда достигнут определенного порога высоты, обычно от 20 до 30 футов.

Преимущество высоты VPS в том, что она всегда измеряется относительно земли или в единицах AGL. Если вам нужно измерить высоту конструкции, то использование VPS — это простой способ получить точные показания. Вам не нужно делать «сброс высоты» дрона, чтобы получить точные показания VPS — его точность довольно постоянна, даже если вы летали в течение длительного времени без посадки.

Основным ограничением VPS на основе инфракрасного излучения является то, что оно работает только в небольшом диапазоне высот. Для большинства дронов этот предел составляет около 25 футов над уровнем моря. Кроме того, инфракрасный сигнал становится слишком слабым из-за естественного затухания. Если вам нужно лететь выше, то полагаться только на показания высоты только на VPS нельзя.

Барометрия

Основным механизмом измерения высоты в дронах является барометрия. Это измеряет высоту как функцию атмосферного давления. По мере того, как дрон набирает высоту, показания атмосферного давления неуклонно снижаются. Барометр не имеет ограничений, не имеет показателей эффективности с точки зрения высоты — он все равно может измерять высоту на максимальных уровнях, которых может достичь дрон.

Барометр дрона может измерять как относительную, так и абсолютную высоту. Это означает, что он записывает высоту одновременно в единицах MSL и AGL. Любое из этих показаний или оба могут быть важны в зависимости от приложения.

Барометр дрона, как и любой другой инструмент, нуждается в периодической калибровке. Это должно быть сделано на уровне моря, где давление воздуха теоретически должно быть около 14,7 фунтов на квадратный дюйм или 101,325 миллибар. Информация, собранная при калибровке, будет использоваться дроном для определения абсолютных значений высоты.

Хотя барометрия является устоявшейся технологией измерения высоты, она также не идеальна. В рамках одного полета показания высоты могут колебаться из-за каких-либо значительных изменений атмосферного давления или температуры.

Некоторые испытания показали, что колебания показаний барометра увеличиваются по мере того, как продолжается полет. Простое решение этой проблемы — «обнулить» барометр, посадив дрон и снова взлетев. Однако явление дрейфа высоты затрудняет точное определение точности барометра.

Точность определенного барометра может варьироваться в зависимости от уровня сложности столбца давления воздуха. В большинстве случаев высота на основе барометра должна быть точной в пределах 10 футов. Этого должно быть достаточно для базовой навигации в полете, но все же может быть слишком неточным для высокоточного картографирования.

GPS

Бортовые GPS-приемники дрона определяют местоположение дрона, используя триангулированные данные с нескольких спутников GPS. Это в основном используется для определения горизонтального положения дрона. Данные GPS играют огромную роль в приложениях дронов, которые используют пространственные данные, такие как картографирование и 3D-моделирование.

GPS-триангуляцию также можно использовать для определения высоты полета дрона. Однако он считается менее точным и даже более склонным к дрейфу по сравнению с барометрией. Большинство дронов могут записывать как барометрические данные, так и высоту по GPS. Платформы картографического программного обеспечения обычно неравнодушны к данным о высоте на основе барометрии, что свидетельствует о том, насколько ненадежными считаются показания высоты GPS.

Точность данных о местоположении GPS может варьироваться в зависимости от уровня сигнала GPS. Это будет зависеть от созвездия сети GPS и может быть подвержено влиянию помех, будь то другие источники электромагнитных сигналов или какие-либо расположенные поблизости большие сооружения, которые могут блокировать сигналы GPS. Известно, что показания высоты GPS смещаются на 50 футов в течение пяти минут полета дрона.

Глядя на технологии, используемые для измерения высоты, мы также понимаем, что каждая из них имеет ограничения. Принятие во внимание этих ограничений является ключом к пониманию того, что мы можем и чего не можем делать с нашими дронами.

Способы повышения точности определения высоты

Если вы запускаете дрон просто для удовольствия или для фотосъемки, то вам вряд ли стоит беспокоиться о неточности высоты. Показания высоты дрона редко дрейфуют настолько, чтобы считаться серьезными или опасными.

В тех случаях, когда необходимы точные показания высоты, могут потребоваться дополнительные протоколы.

Периодическая калибровка IMU

Независимо от того, как вы используете свой дрон, рекомендуется периодически калибровать его IMU. Инерциальный измерительный блок (IMU) — это собирательный термин для датчиков, которые дрон использует для определения своего местоположения и направления движения, включая барометр, гироскопы и акселерометры.

Есть несколько обстоятельств, которые должны указывать на то, что ваш дрон нуждается в калибровке IMU. Вы должны откалибровать дрон перед первым полетом и каждый раз, когда дрон получает обновление прошивки. Если ваш дрон потерпит неприятную аварию, было бы неплохо заново отцентрировать его датчики с помощью калибровки IMU.

Если вы перемещаете дрон на другую высоту (более 1000 футов), вы, вероятно, получите лучшие результаты высоты, если сначала выполните калибровку.

Также могут быть явные признаки того, что ваш дрон нуждается в калибровке, например, он не может удерживать стабильное зависание или показания высоты не возвращаются к нулю, когда дрон приземляется в одной и той же точке взлета. Имея достаточный опыт, вы должны научиться «слушать» свой дрон и распознавать признаки некалиброванных датчиков.

Почти все современные дроны имеют режимы автоматической калибровки IMU. Просто не забудьте выполнить калибровку, поместив дрон на плоскую поверхность вдали от любых основных источников электромагнитных помех. Для этого шага рекомендуется использовать настоящий пузырьковый уровень.

Установление опорных точек

Для картографических приложений погрешность высоты до 10 футов недопустима. Чтобы компенсировать эти неточности, одним из наиболее известных методов является размещение наземных контрольных точек (GCP) в пределах области съемки.

Опорные точки — это предварительно установленные и отмеченные точки в районе съемки, которые могут служить «якорями» для карты. Группа геодезистов должна получить доступ к этим точкам, чтобы они могли проводить высокоточные GPS-измерения. Хорошей практикой считается наличие не менее 5 опорных точек в районе исследования, независимо от размера.

Корректировка высоты с помощью опорных точек — это метод, применяемый после полета. Для этого требуется обработка данных через платформу ГИС, такую ​​как ArcGis или GlobalMapper. Это не поможет вам с навигацией, потому что картографические съемки в любом случае выполняются с использованием заранее запрограммированных планов полета.

Использование наземной станции

Альтернативой GCP является наземная станция, которая связывается с другим модулем на борту дрона. При этом используется рабочий процесс кинематики в реальном времени (RTK) или кинематики постобработки (PPK). Идея этого метода заключается в том, что дрон постоянно корректирует свои позиционные данные в зависимости от расстояния до постоянной наземной станции.

Коррекция высоты через наземную станцию ​​может обеспечить точность до сантиметра. Однако это также предполагает покупку дрона, оснащенного RTK или PPK и соответствующей наземной станцией. Это обойдется вам как минимум в 5000 долларов. Дополнительное удобство, которое он обеспечивает, заключается в том, что он сокращает работу, необходимую для настройки GCP в полевых условиях.

Если вы не занимаетесь картографией, то несколько футов отклонения по высоте, вероятно, не имеют большого значения. Выполнение базовой калибровки IMU должно быть достаточным для повседневного использования. Те, кому нужны более точные цифры высоты, должны будут исправить свои данные, используя методы «земной правды». Они довольно хорошо известны в области картографии.

Заключительные мысли

Высотомер — один из важнейших датчиков дрона. Они надежны, но могут быть не совсем точными. На точность высотомера дронов влияет несколько факторов, и некоторые из них нелегко контролировать.

Хорошей новостью является то, что показания дронов обычно дрейфуют в допустимом диапазоне значений. Пока вы выполняете калибровку IMU с разумной частотой, показания высоты вашего дрона должны быть в пределах 10 футов от фактических значений.

Картографические приложения являются исключением из этого уровня допуска. Однако точность определения местоположения на уровне сантиметра может быть достигнута с помощью некоторых установленных протоколов коррекции данных.

Дрон-высотомер на основе анализа изображений

---

Многим пилотам дронов интересно знать, на какой высоте летит дрон. В следующем видео объясняются основы метода измерения с использованием анализа изображений.

Измерение высоты над землей — это измерение расстояния (по вертикали) от земли. Для этой цели есть несколько испытанных датчиков:

Often used

• Barometric altimeter
• GPS altimeter

Less often used (excerpt)

• Ultrasonic Distance Measurement
• laser triangulation
• Laser — Distance measurement by run-time

Измерение высотомера возможно даже без этих датчиков
Но что делать пилотам, у которых в дроне нет таких датчиков? У многих пилотов есть цифровая камера, которую можно поднять дроном. Для моделей самолетов, вертолетов или дронов эта камера может быть не слишком тяжелой. Экшн-камеру, такую ​​как камера GoPro, также можно поднять в воздух с помощью моделей меньшего размера. Если вы берете камеру с дрона после полета, измерения можно проводить с информацией об изображении. Маленькая камера поворачивается так, чтобы направление просмотра было направлено вниз. На землю кладется предмет с известными размерами (например, одеяло) и берется с воздуха.

Впоследствии размеры в пикселях определяются на компьютере. По этим данным можно рассчитать высоту полета или расстояние до камеры от объекта.

Камера на дроне, направление взгляда вниз в полете.

Даже дрон может быть объектом измерения
Для более крупных дронов камеру можно расположить на земле. В этом случае объектом измерения будет, например, размах крыльев самолета. Для больших высот (в зависимости от дрона примерно от 50 метров) этот метод измерения слишком неточен. Лучше носить камеру как экшн-камеру GoPro в дроне. Объект измерения внизу можно легко увеличить до ожидаемой высоты полета и наоборот.

Что такое измерение высоты с помощью анализа изображения?
Проще говоря, известный объект используется в качестве эталона и рассчитывается с помощью математики расстояния.

Преимущества по сравнению с обычными датчиками для измерения высоты

Измерение изображения предлагает многочисленные преимущества по сравнению с другими датчиками:

• Независимость от спутников (GPS) и атмосферного давления (барометрическая высота).
• При правильной интерпретации (расчеты ниже) очень точно.
• Возможна высокая скорость измерения в зависимости от камеры. До 50 измерений в секунду для большинства камер не проблема.

Чтобы определить высоту дрона, камеру нужно направить прямо вниз. Кроме того, необходим объект известных размеров. Это может быть плед для пикника, полотенце или лучше круглая скатерть. Если модель самолета находится над известным объектом, можно вычислить расстояние или высоту с помощью простых геометрических вычислений. Чем дальше расстояние до (измеряемого) объекта, тем меньше на экране.

Можно рассчитать насколько маленькое одеяло с учетом высоты или расстояния.

Описание измерения высоты на дроне

эскиз

D: Размер объекта
h: высота или расстояние камеры до объекта
ß: угол обзора объекта

Математическое соотношение:

При таком расположении угол также можно рассчитать следующим образом:

Примечание: треугольник не является прямоугольным.

Угол обзора можно рассчитать по цифровому изображению следующим образом.

ß: угол обзора объекта
A: угол камеры
P_a: размер диагоналей экрана записи в пикселях (исходя из угла обзора.)
P_Objekt: размер объекта в пикселях

Угол обзора часто можно увидеть из таблицы данных на камеру с фиксированным фокусом (например, камеры GoPro).

Лучше, если вы определите угол зрения. Это несложно. Расчетный угол обзора обозначен буквой «В». Следующие значения могут принимать x 1020 пикселей с GoPro 3 на 1920 пикселей:

Значение «B» указывает, какой угол зрения соответствует одному пикселю в градусах. Чем меньше это значение, тем крупнее будет объект на изображении.

Камера в качестве дальномера

Из-за допусков в производстве, но лучше определить угол вашей камеры самостоятельно и рассчитать значение «В».

Выполните следующие действия:

Выберите объект, размер и расстояние до которого вы знаете, и сфотографируйте его. Подойдет, например, круглый дорожный знак, прямоугольная оконная рама или другой высококонтрастный объект. Отмерьте от этого и сфотографируйте этот объект с известного расстояния. Запись видео также возможна, когда вы позже создаете неподвижные изображения. Убедитесь, что объект находится примерно в середине записи. Некоторые объективы искажают картинку в краевой области, поэтому эта область неуместна.

Для расчета применяется следующее уравнение. Именно это значение вы рассчитаете или воспользуетесь таблицей ниже.

пример
Оконная рама с 85 см на расстоянии 30 метров на изображении показывает 34 пикселя? 0,048 °/пиксель. Это значение будет обозначаться буквой B. B отличается от камеры к камере и всегда должно определяться в начале.

Доверяйте этому типу измерений альтиметра

Благодаря измерениям известных объектов вы быстро приобретете уверенность в этом методе измерения. Расстояние или высоту вы определили по формуле. При расчете с помощью калькулятора убедитесь, что угловая функция установлена ​​в градусах («DEG»).

Простой расчет расстояния или высоты

B: Угол обзора одного пикселя. В зависимости от принимающей системы. Расчет описан выше.
P_Object: размеры известного объекта измерения в пикселях
D: Размер известного объекта измерения в метрах.

Эталонным объектом может быть круглая скатерть или что-то подобное. При необходимости полотенце, автомобиль и т. д. Лучше плоские предметы, чем высокие.

Таким образом, вы можете легко рассчитать высоту полета вашего летательного аппарата (например, дрона, квадрокоптера, вертолета или самолета). Это также работает и в обратном направлении, если вы фотографируете свой самолет с земли. К сожалению, с маленькими дронами быстро достигаются пределы, поэтому на больших расстояниях (примерно от 50 метров, в зависимости от дрона) лучше наоборот. Вы можете масштабировать объект на местности и тем самым дополнительно повысить точность измерения.

Схемы для камеры GoPro 3 в качестве дальномера или высотомера

Диаграммы GoPro 3 на дорожном знаке с разными настройками FOV. Разрешение изображения 1920 x 1080 пикселей. Попробуйте сами и сравните значения.

Пример записи дорожного знака с помощью GoPro
Расстояние 79 метров до дорожного знака диаметром 60 см.
Настройка GoPro 3: 1920 x 1080 пикселей; FOV: n (узкий)

Судя по картинке, ширина пикселя около 13 пикселей

Из диаграммы для дорожного знака диаметром 60 см и FOV n получается расстояние 73 метра. Погрешность измерения дорожного знака и расстояния может составлять 7 метров. Определенные 73 метра находятся в пределах допуска. Расчет точности измерения проводится ниже.

Точность дальномера или измерения высоты

Измеряемый объект не соответствует расстоянию или высоте, точность измерения ограничена. Если объект измерения на изображении имеет размер всего в несколько пикселей, погрешность измерения велика.

Наименьшая единица измерения — пиксель. Это выражается буквой B. Чем больше размер измеряемого объекта в пикселях, тем точнее измерение.

Можно вычислить, насколько точно вы можете измерить.

Если расстояние изменится на ?h, угол бета уменьшится на альфа. Это происходит при увеличении высоты и соответствует практическому опыту, когда более удаленный объект кажется меньше. Спускаем дрон, угол бета увеличивается на Альфу. ?h в этом случае является отрицательным.

В лучшем случае объект можно измерить точно по пикселю. Это максимальное разрешение измерения. Интерполяции между пикселями не учитываются.

Это уравнение не может быть решено аналитически до D. Численное решение всегда работает и будет показано позже. Чтобы все же прийти к полезной формуле, можно использовать приближенные методы.

Определите простую формулу для расчета допуска

Для малых углов углы могут быть представлены как аппроксимационные функции ряда Тейлора.

Это позволяет упростить приведенную выше формулу следующим образом:

После формирования и преобразования угла в радианы (для формулы приближения):

D: минимальный размер измеряемого объекта
h: высота или расстояние камеры до объекта
?h: желаемое разрешение
B: угол обзора одного пикселя

пример GoPro 3 (FOV: м)
При разрешении в пикселях, точности в один метр и высоте 100 метров минимальный размер объекта на земле составляет 9.6 метров.

Объект измерения должен быть круглым. Отклонения от круглой формы легко распознать. Это может произойти по адресу:

• Ошибки изображения (обычно из-за вибрации, объектива типа «рыбий глаз» в граничной области).
• Нет точного позиционирования над объектом, особенно с объективом типа «рыбий глаз».

Приближенная формула вполне подходит для практических целей.
Если дрон находится на высоте 100 метров над уровнем земли и с камерой GoPro (FOV: м) требуется измерение с точностью до одного метра: Объект измерения должен иметь размер не менее 9.6 метров. В приграничных районах может быть легче найти средние круглые предметы, если диаметр измерять с разных ракурсов.

Измерение высоты с помощью объектива «рыбий глаз»

Если дрон находится не точно над круглым объектом измерения, всегда следует использовать длинную сторону объекта измерения. Это относится, в частности, к объективам типа «рыбий глаз».

пример: Круглые белые скатерти на лугу.
Лучше используйте более длинную сторону, если измеряемый объект не находится посередине.

Толстые или высокие объекты измерения могут привести к ошибочным измерениям. Измерения, оставленные на картинке, не измеряют диаметр, но также частично содержат высоту объекта измерения. Это приводит к ошибке измерения.

С помощью следующих диаграмм вы можете легко определить минимальный размер объекта в зависимости от расстояния и настроек камеры GoPro HERO 3. Разрешение изображения камеры должно быть установлено на уровне 1920 x 1020 пикселей.

Если вы хотите измерить ровно 1 метр на расстоянии 80 метров и поле зрения (GoPro 3) в м, размер объекта измерения должен быть не менее 4 метров.

Если вы хотите измерить ровно 1 метр на расстоянии 80 метров и поле зрения (GoPro 3) в м, размер объекта измерения должен быть не менее 6 метров.

Если вы хотите измерить ровно 1 метр на расстоянии 80 метров и поле зрения (GoPro 3) в м, размер объекта измерения должен быть не менее 8 метров.

Настройки камеры для оптимального высотомера

В зависимости от цифровой камеры можно изменить перспективу. С одной стороны через оптический зум, с другой стороны на сам сенсор. Последний, например, используется в экшн-камере GoPro. В зависимости от настроек камеры у GoPro при этом меняется угол обзора (FOV — Field of view).

Примеры изображений с одинакового расстояния и с разными настройками.

Измерение расстояния с помощью анализа изображения имеет высокую точность и скорость измерения. С экшн-камерой GoPro можно легко записать 50 хороших снимков в секунду. Это соответствует времени измерения 20 мс. Высокая точность при высокой частоте измерения позволяет определять более интересные параметры.

Измерение скорости подъема

Если скорость подъема должна быть определена дроном или моделью вертолета, это также может быть определено с помощью анализа изображения. Пусть дрон зависнет над объектом измерения (например, круглым покрывалом для пикника), а затем поднимется вертикально вверх. Измерьте высоту в определенное время, и вы сможете определить скорость подъема. Чтобы анализ изображения был точным, перед дальнейшей обработкой видео рекомендуется отображать номера изображений или время. Таким образом, каждое неподвижное изображение может быть четко идентифицировано позже.

Измерение вертикального ускорения

При высокой скорости измерения записи изображения помимо скорости можно также рассчитать ускорение. Для этого вычисляется скорость подъема дрона в разное время. Об изменении скорости во времени легко вычислить ускорение.

Сравнение различных измерений высоты

Далее сравниваются разные показания.

Использовались следующие датчики:

1. Altimeter по анализу изображений (размер объекта 10 м)
2. Ольтимерный анализ изображения (размер объекта 1,36 м)
3. Autoquad GPS-Heigh44484444444444444444444444484448444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444448н.

   набор данных A — измерение (Высота над землей)	1	2	3
   расчетная высота (объект 10 м)	27 м	41 м	82 M
   Расчетная высота (объект 1,36 м)	29 M	43 M	77 M
   AQ-GPS-GPS-GPS-HE
   eLogger GPS-height	26 m	34 m	58 m
   AQ Baro height	27 m	35 m	73 m
   eLo height baro	32 m	53 м	94 м

   
   

   набор данных B — измерение (Высота над землей)	1	2	3	4
   Расчетная высота (объект 10 м)	4 M	15 M	4 M	15 M M)	4 M	15 M M)	4 M	. (объект 1,36 м)	8 м	17 м	42 м	102 м
   AQ-GPS-height	7 m	38 m	64 m	127 m
   eLogger GPS-height	7 m	8 m	16 m	27 m
   AQ Baro height	6 m	37 m	63 m	126 m
   eLo height baro	10 m	33 m	60 m	118 m

   У датчиков есть большая погрешность, хотя замеры производились при этом в дроне.

   Вывод дрона-высотомера по анализу изображения с дрона

   Вы можете видеть, что с помощью простого видео можно получить много данных с помощью модели самолета. Будь то дрон, вертолет или самолет. Измерение точное, легкое для понимания и быстрое при правильном обращении. Измерение может быть выполнено, как только объект измерения находится в прямой видимости. Независимо от плохого приема GPS или проблем с барометрическим измерением. Для точного измерения барометрической высоты кстати не только погода должна подыгрывать, а датчик должен быть установлен так, чтобы ветер или ветер вообще ни на что не влияли. Основным недостатком оценки изображения является то, что ее можно провести только после полета. Если к летной модели не подключены датчики, анализ данных изображения — это простой способ определить высоту полета модели дрона, вертолета или самолета. Также возможны измерения расстояния для других целей. С помощью анализа изображения вы также можете проверить, правильно ли работают существующие датчики. Особенно при неблагоприятных условиях эти значения непригодны для использования. Подумайте об измерениях высоты с помощью GPS вблизи высоких зданий или в горных долинах. Запись изображения может осуществляться сразу после включения камеры. Ожидание действительных сигналов GPS опущено.

   Каждый метод измерения имеет свои преимущества и недостатки. Что преобладает, всегда зависит от предполагаемого сценария использования.

   Преимущества измерения высоты путем анализа изображения
   

   • Отсутствие зависимости от сигналов GPS. Особенно в условиях плохого приема.
   • Отсутствие зависимости от колебаний атмосферного давления из-за изменений погоды или ветра.
   • Точно выбранный объект измерения.
   • возможно обнаружение ошибок (например, плохое изображение).
   • Возможна высокая скорость измерения более 50 Гц.

   Недостатки:

   • Камеру в основном приходится носить с собой (дополнительный вес).

     No related posts.

     Добавить комментарий Отменить ответ

     Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

     Комментарий *

     Имя *

     Email *

     Сайт