Kaarten maken

Eeen hele goede uitleg over het maken van 2D en 3D kaarten met DroneLink door Oyibo VFX

Software

Voor de verschillende fases van het maken van kaarten en het scannen van objecten vanuit de lucht is software nodig. Er kan veel gratis, maar om het makkelijker te maken kan het toch wat geld kosten... We onderscheiden de volgende stappen waarvoor bepaalde software nodig is:

Het maken van de foto's

Om te beginnen moet er natuurlijk een serie foto's worden gemaakt die van bovenaf het terrein en/of het obejct in beeld brengen. Dat vereist een bepaalde "wolk" aan foto's die voldoende beeld geven, ondermeer met overlap. Hoewel dit kan door zelf een beetje boven een gebied te gaan hangen, wat heen en weer te vliegen en een paar foto's maken, gaat dit beter door een aantal waypoint s af te vliegen.

DJI Go 4

In de app voor het bedienen van een aantal van hun modelen (Mavic, Spark serie, Phantom 4) zit de mogelijkheid om waypoints te maken en dan met interval foto's te maken. Maar dit is nog steeds heel bewerkelijk.

DJI Pilot

De besturingsapp voor met name de Mavic 2 Enterprise modellen. Hier zit een heel behoorlijke mission-planner in waarmee je kaarten kunt maken, maar ook 3D vluchtpaden.

DroneLink

Een betaald programma dat een hele uitgebreide set aan mogelijkheden geeft voor het vooraf maken en later uitvoeren van vliegplannen. Met een apart pakket voor "mapping", maar dat zit ook in de "elite" prijsvariant van het gewone pakket. Dan zit er een optie om op de kaart aan te geven welk gebied je in beeld wilt hebben, en dan wordt automatisch een vliegplan gemaakt. Dit kan je zelfs van te voren laten draaien (preview) zodat je een goed beeld krijgt van wat er  

Dus ja, dat kost geld, maar je krijgt er heel veel gemak voor terug. Het "elite" pakket is eenmalig 99,- en is via deze link te vinden.

Het maken van de kaart / het object

Voor het samenstellen van de foto's tot een bruikbaar geheel is ook weer software nodig. Foto's "stitchen" kan op veel manieren, maar er is een wezenlijk verschil tussen van alle losse foto's een grote foto maken, en het creereen van een 3D kaart/object. De foto is fetelijk 2D, dus plat; een 3D object heeft relief (tenzij je een ijsbaan in beeld brengt...) en bevat ook info waardoor je er metingen mee kunt doen. 

WebODM

Voor de hobbyist is er feitelijk maar een goede optie en dat is WebODM, hier te vinden. Het is open source en gratis. Wil je je het makkelijk maken kan je voor ongeveer 48,- een installer kopen en hoef je niet te rommelen met commandlines. Je steunt er ook de ontwikkeling mee, en alleen dat vond ik al een goede reden. 

Wat het doet is de wolk aan foto's aan elkaar plakken, daarbij wetende wat ieders positie was uit de EXIF info. Op basis van algoritmes wordt voor iedere punt in de kaart bepaald wat de hoogte is, en daar gaat dan weer de textuur overheen zoals te zien op de foto's. Het eindresultaat is een 2D kaart, maar ook een 3D weergave. Daarop zijn afstanden, oppervlaktes en volumes te meten, dus niet alleen hoe groot is een grasveld, maar ook wat is het volume van de berg zand die er op ligt.

Er is een officieuze handleiding voor ODM.

Andere pakketten

Er zijn ook betaalde pakketten, maar die richten zich echt op de profesionele markt en zijn daarmee vrij prijzig. Pix4D, DroneDeploy en DJI Terra zijn mogelijkheden. Soms niet eens geschikt voor consumer drones en waarschijnlijk voor ons hobbyisten overpowered.

Software om 2D/3D beelden te zien

2D beelden zijn gewoon afbeeldingen, en dus met standaard applicaties te openen. Voor 3D objecten zijn weer andere pakketten nodig. Doorgaans werkt dat in het programma waarin het obejct is gemaakt (zoals WebODM), maar er is ook software die alleen het model laat zien en evetueel nog wat bewerken. Zo is daar MeshLab, Online 3D Viewer (webbased) Microsoft 3D Viewer (alleen voor Windows) of een van de vele mogelijkheden in Google 

Instellingen voor mapping

Bij het maken van kaarten of 3D objecten is het van belang om met de juiste insttelingen te vliegen. In de video boven aan deze agine wordt dat allemaal uitvoerig uitgelegd, maar hier nog even in het kort. 

Snelheid en wind

Houd in alle gevallen de snelheid relatief laag, rond de 15km/u. Dat zorgt voor het rustig kunnen maken van foto's. Als het te snel gaat moet de drone steeds afremmen voor de volgende foto. Bedenk wel dat de drone ook te maken heeft met wind, zeker op de hoogtes waar je normaal vanaf wilt schieten. Op de limieten van wat je drone kan hebben is het niet fijn kaarten maken! 

Grootte gebied en keuze patroon

Voor een kaart van een specifiek oppervlakte is het genoeg om precies de grenzen op te geven. DroneLink kiest dan bv al een pad waarbij die grenzen worden meegenomen. Voor een scan van een object moet dat gebied wat groter zijn zodat het object ook van de zijkanten goed gezien kan worden.

Voor een 2D kaart is het normale patroon goed, voor 2.5D of 3D heeft een grid  de voorkeur. De drone zal dan meer delen van het terrein onder een andere hoek zien, wat een betere diepte geeft.

Voor een 3D scan dient er bij voorkeur nog een aparte cirkel rond het object te worden gevlogen waarbij er specifiek naar de zijkanten wordt gekeken. Die cirkel moet als middelpunt het object hebben met de straal dan door de hoekpunten van het grid.
Die cirkel wordt met de klok mee gevlogen, en dan moet de drone dus constant 90 graden rechts ten opzichte van zijn pad filmen, waarbij de kijkhoek gericht moet zijn op de helft van het object. Dat zal rond de -45 graden ten opzichte van de horizon zijn, maar dat is een kwestie van in de preview kijken of het klopt. 

Hoogte

Natuurlijk moet de hoogte dusdanig zijn dat gedurende de vlucht je constant boven het hoogste punt blijft. Hoe hoger hoe minder de resolutie, maar hoe minder foto's er nodig zijn. 60 meter is doorgaans goed. De eventuele cirkel wordt ook op die hoogte gevlogen.

Overlap

In DroneLink kan zowel de voor als zijkant overlap worden opgegeven. Hoe hoger de overlap, hoe meer foto's er gemaakt moeten worden. 100% kan niet, want dat zou steeds dezelfde foto zijn. Bij 0% liggen de foto's precies tegen elkaar aan en ziet de software dus geen diepte, want er is geen vergelijkend zicht op een punt.

• Voor 2D is 80% front en 80% flank goed. Het patroon is normaal. De camera kijkt recht naar beneden (-90 graden gimbal)

• Voor 2.5D is 80% front en 70% goed, want die dien je in grid te vliegen. Dat levert sowieso al meer overlappend beeld op. De camera kijkt ook hier recht naar beneden.

• Voor 3D beeld is 80% front 70% flank in een grid patroon ook goed. Daarbij moet de gimbal ook op -75 graden worden gezet. Hierbij wordt de zijkant van objecten ook al in beeld gebracht. Daar komt de cirkel dan nog bij.

Ground Sample Distance

Van belang voor het maken van kaarten en andere toepassingen is de resolutie van je afbeeldingen, vertaald naar Ground Sample Distance (GSD). Dat is hoeveel cm je ziet op een enkele pixel, dus hoe lager de waarde hoe beter! Voor mapping doeleinden is een bepaalde resolutie nodig. Daarbij is het zo dat een hogere resolutie afhangt van een paar factoren:

• Het type drone: hoe beter de camera die er aan hangt, hoe beter. Thermische camera's zijn er bijvoorbeeld niet goed in, want lage resolutie.

• Hoe hoger je vliegt, hoe slechter de resolutie. Twee keer zo hoog is twee keer zo slecht.

Dan zou je denken, "hoe lager hoe beter", maar dan is je overzicht minder en moet je meer foto's maken. Het vluchtpad komt dichter op elkaar en de vluchttijd neemt toe. Mogelijk heb je meer batterijen nodig. Dis is er een balans. Voor mapping haal je een goed resultaat met een  GSD tussen 1.5 en 2.5 cm/pxl, waarbij de lage score het beste is. Professioneel niveau zit tussen de 1 en 1.5 cm/pxl. Met een thermische camera zal je dan al snel binnen de 10 meter van je object moeten zitten. 

 Een uitgebreid artikel vind je hier op de site DJI

Tabel met GSD

Deze tabel is gebaseerd op de data over de drones uit DroneLink (afmeting sensor en brandpuntsafstand). En dat dan weer weg gezet tegen hoogtes. Daaruit volgt voor iedere drone de GSD bij diverse hoogtes. Ik heb in de spreadsheet aangegeven welke hoogte het best overeenkomt met 1.5 cm/pxl, wat ik zie als een goed trade off tussen resolutie en tijd die een missie kost. Maar je zou natuurlijk kunnen kijken hoe laag je kan vliegen (en dus een betere GSD) op een enkele batterij.

Op het tweede tabblad alle (consumer) drones van DJI die DroneLink ondersteunt. Daar kan je eens sorteren op welke drone  de beste GSD heeft.

Om andere drones te kiezen moet je de spreadsheet openen met de knop rechtsboven.