Uno sguardo ravvicinato alla tecnologia alla base della prossima generazione di sofisticati strumenti di mappatura aerea
In una vasta gamma di settori, i droni stanno rivoluzionando i metodi tradizionali di raccolta dei dati e aiutano i professionisti a lavorare in modo più rapido, intelligente e sicuro. Un decennio fa, l’idea di un robot volante che sfrecciava nel cielo e catturava immagini era più fantascienza che realtà. Oggi, i professionisti dell’agricoltura, dell’edilizia, dei rilievi e del monitoraggio ambientale utilizzano la tecnologia DJI per produrre mappe e modelli del terreno approfonditi.
I droni sono diventati strumenti indispensabili per la mappatura e i rilievi aerei e probabilmente conoscete già il processo: l’UAV vola ad alta velocità lungo un percorso prestabilito, scattando foto a intervalli regolari e a un’altitudine costante. Le foto vengono poi unite da un software intelligente per formare mappe accurate.
In questo articolo ci addentreremo nella tecnologia di base e analizzeremo una caratteristica fondamentale che distingue i droni cartografici di livello aziendale dagli altri: la presenza di un otturatore meccanico.
Che cos’è un otturatore meccanico? Come si differenzia da altri tipi di otturatore? E perché svolge un ruolo così importante nella raccolta di fotografie aeree di alta qualità? Cominciamo…
Uno sguardo più da vicino al funzionamento delle telecamere CMOS
Per capire perché gli otturatori meccanici sono così importanti per le applicazioni di mappatura e rilievo, è utile fare qualche passo indietro ed esplorare il funzionamento delle telecamere (e dei droni).
Quando la luce entra in una fotocamera, viene catturata da un sensore di immagine, composto da milioni di piccoli pixel. Questi pixel sono fatti di un materiale chiamato semiconduttore complementare di ossido di metallo (CMOS). Quando la luce colpisce il CMOS, crea una carica elettrica che viene utilizzata per generare l’immagine.
Come si inserisce l’otturatore? L’otturatore controlla la durata dell’esposizione del CMOS alla luce. Se l’otturatore è aperto, la luce entra nella fotocamera e colpisce il CMOS. Quando la fotocamera scatta una foto, l’otturatore si apre temporaneamente, consentendo alla luce di colpire il CMOS e creare un’immagine.
Che cos’è un otturatore meccanico e come si differenzia dagli altri?
Esistono diversi tipi di otturatore, ognuno dei quali espone i pixel del CMOS alla luce in modo diverso.
Cominciamo con l’otturatore meccanico, il tipo preferito dai professionisti della mappatura e presente sul nuovo Mavic 3 Enterprise, sul Phantom 4 RTK e sul sensore Zenmuse P1.
Gli otturatori meccanici funzionano esponendo alla luce l’intero fotogramma del sensore di immagine in una sola volta. Ciò significa che ogni pixel rappresenta lo stesso esatto momento dell’esposizione. Come vedremo tra poco, questa tempistica è fondamentale. Questo ha più senso se si pensa a come funzionano gli otturatori meccanici rispetto agli otturatori elettronici o agli otturatori a rullo.
Gli otturatori elettronici si differenziano per il fatto che espongono il sensore di immagine alla luce una riga di pixel alla volta. Gli otturatori elettronici utilizzano il sensore della fotocamera per controllare l’esposizione alla luce ed espongono i pixel gradualmente dall’alto verso il basso. Ciò significa che gli otturatori elettronici hanno un breve ritardo tra la parte superiore dell’inquadratura e quella inferiore. Nella maggior parte dei casi questo non è un problema, ma quando lo scatto è accompagnato da un movimento, questi tipi di otturatori possono causare il cosiddetto effetto “rolling/jello”, un tipo di distorsione dell’immagine tipica delle riprese di obiettivi in movimento (o quando la fotocamera stessa si muove ad alta velocità, come tende a fare durante un volo di mappatura di un drone).
Per riassumere, un otturatore meccanico funziona esponendo ogni pixel del sensore della fotocamera contemporaneamente. Gli otturatori elettronici espongono i pixel alla luce una fila alla volta. Ma perché questo è importante nel contesto di un rilievo aereo?
Per i topografi professionisti la precisione è fondamentale. Poiché gli otturatori elettronici e quelli a rullo possono causare distorsioni quando si introduce il movimento nell’equazione, non sono ideali per le missioni di mappatura. Anche una piccola quantità di “effetto gelatina” dovuto a un otturatore avvolgibile può compromettere il senso di orientamento del software di mappatura, riducendo a sua volta l’accuratezza delle misurazioni.
È necessario un otturatore meccanico per le missioni di mappatura?
Il lavoro dei topografi professionisti viene generalmente giudicato per la sua accuratezza. Con molti droni ora combinati con la tecnologia RTK per fornire misurazioni con precisione centimetrica, non ci sono scuse per immagini scadenti che potrebbero compromettere i risultati. L’uso di un drone con otturatore meccanico offre la migliore qualità d’immagine possibile e riduce la probabilità del temuto effetto gelatina. Mentre i sistemi elettronici o a otturatore rotante introducono la sfocatura da movimento nell’equazione, gli otturatori meccanici la prevengono. Il rischio di distorsione sarebbe minimo se la fotocamera e l’obiettivo fossero entrambi statici. Ma se volete sfruttare i vantaggi di efficienza offerti dai droni, avete bisogno di un otturatore che dia il meglio di sé quando cattura immagini da una piattaforma in movimento.
Quali droni hanno un otturatore meccanico?
Diverse piattaforme Enterprise di DJI sono dotate di otturatori meccanici, ideali per le applicazioni di mappatura e rilievo. Queste includono:
Mavic 3 Enterprise
Il Mavic 3 Enterprise (M3E) è una piattaforma compatta e portatile con capacità rivoluzionarie per i professionisti del rilievo. Oltre a un modulo RTK per una precisione di mappatura a livello centimetrico, l’M3E è dotato di una fotocamera da 20MP con sensore CMOS 4/3 e otturatore meccanico.
Grazie alla velocità di acquisizione delle immagini di 0,7 secondi, l’M3E porta la mappatura e l’efficienza delle missioni a nuovi livelli. Con intervalli più brevi tra gli scatti, è possibile ridurre drasticamente la durata dei rilievi.
L’M3E è in grado di operare anche in condizioni di scarsa luminosità. La sua ampia fotocamera offre pixel da 3,3μm e un software migliorato per le condizioni di scarsa illuminazione. La finestra operativa non è mai stata così ampia.
Matrice 300 RTK e Zenmuse P1
Il sensore Zenmuse P1 è il payload di fotogrammetria di punta di DJI. Combina un sensore full-frame da 45 MP con obiettivi intercambiabili a fuoco fisso su un gimbal stabilizzato a 3 assi.
La dimensione dei pixel di 4,4μm produce immagini a basso rumore ed elevata sensibilità, mentre il modulo RTK e gli intervalli di 0,7 secondi tra gli scatti consentono missioni di rilevamento altamente efficienti.
Lo Zenmuse P1 è inoltre dotato di un otturatore meccanico e del sistema TimeSync 2.0 di DJI, che sincronizza il tempo tra i moduli a livello di microsecondi per garantire dati precisi al centimetro e orientamento in tempo reale.
Lo Zenmuse P1 è compatibile esclusivamente con il DJI M300.
Scegliere il drone giusto per la mappatura e i rilievi aerei
Se state cercando il drone perfetto per le applicazioni di mappatura e rilievo, vi consigliamo di volare con una fotocamera dotata di otturatore meccanico. È di gran lunga il modo migliore per eliminare il rischio di un otturatore a rullo o di un effetto gelatina. Con il Phantom 4 RTK, l’M3E e il sensore Zenmuse P1, potete affrontare missioni di rilievo dinamiche, sicuri che le vostre foto (e le mappe e i modelli che generano) saranno il più chiare e precise possibile.