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Tome mejores decisiones con mapas y modelos 3D precisos a través de estudios de alta precisión en Topografía basados en fotogrametría aérea

La fotogrametría es el proceso de tomar medidas fiables a partir de fotografías. Ha estado con nosotros de alguna forma durante siglos y ha ayudado a dar forma a nuestra comprensión de cosas como la superficie de la tierra. Hoy en día, juega un papel vital en muchas industrias. Así que aquí hay una primera para darle una comprensión general de lo que es y cómo funciona.

Introducción

La fotogrametría es un tema muy amplio. Se ha vuelto cada vez más popular a lo largo de los años, por lo que se utiliza en muchas aplicaciones diferentes, cada una con sus propias peculiaridades. Aquí, presentamos los conceptos generales que sustentan la fotogrametría. Analizamos cómo funciona, algunas aplicaciones comunes, qué hardware se usa normalmente, cuándo usar fotogrametría en general y cuándo no.

Comencemos con una definición.

Definición de fotogrametría

La fotogrametría es el proceso de tomar medidas fiables a partir de fotografías. Esta definición puede parecer un poco simplista, pero la etimología del término lo confirma: “Fotos” en griego significa luz, “gramma” significa escribir o dibujar, y “metron” significa medir.

También puede encontrar algunas definiciones de fotogrametría que incluyen tomar medidas de patrones de energía radiante electromagnética y otros fenómenos. Esto se debe a que, en algunos círculos, la definición de fotogrametría incluye no solo la fotografía, sino también datos de otras imágenes multiespectrales.

Al final del día, el principio general detrás de esto permanece sin cambios: obtener información confiable sobre las dimensiones de los objetos físicos mediante el examen e interpretación de imágenes. En la mayoría de los casos, estas imágenes son imágenes regulares de una cámara, generalmente una DSLR. Esta es la definición con la que trabajaremos.

Entonces, piense en una imagen de la vieja escuela de la escena de un crimen con una regla a escala colocada junto a un objeto de interés y fotografiada. ¿Eso califica como fotogrametría? Después de todo, proporciona un medio para medir un objeto a partir de una fotografía.

Bueno no exactamente. Veremos por qué en un momento.

¿Cómo funciona la fotogrametría?

Definimos la fotogrametría como la toma de medidas fiables a partir de fotografías. La palabra “confiable” aquí está haciendo mucho trabajo pesado porque, en esencia, la fotogrametría es la confiabilidad.

Volviendo a la escena del crimen, digamos que tenemos una imagen de una huella en el suelo con una regla forense al lado. No podemos determinar con confianza el tamaño del zapato a partir de la imagen, incluso con la escala que proporciona la regla. Si la huella se curva sobre un montículo de tierra, desde arriba parece más pequeña de lo que realmente es.

Si esta huella se hizo sobre un montículo curvo de tierra, podría parecer más pequeño desde esta perspectiva, lo que hace que las mediciones de esta imagen no sean confiables.
Si esta huella se hizo sobre un montículo curvo de tierra, podría parecer más pequeño desde esta perspectiva, lo que hace que las mediciones de esta imagen no sean confiables.

Para tomar una medida precisa, debemos tener en cuenta la curvatura de la superficie. Pero si la cámara se coloca directamente sobre la huella mirando hacia abajo, es ciega a los contornos del suelo.

Entonces, ¿cómo evita la fotogrametría este problema?

La respuesta corta es mediante el uso de múltiples imágenes superpuestas desde diferentes posiciones y ángulos.

La fotogrametría deduce las dimensiones de una escena mediante el uso de múltiples imágenes superpuestas tomadas desde diferentes posiciones y ángulos.
La fotogrametría deduce las dimensiones de una escena mediante el uso de múltiples imágenes superpuestas tomadas desde diferentes posiciones y ángulos.

Se trata de perspectiva

La fotogrametría se centra en la perspectiva y su interpretación. Lo que hace esencialmente la fotogrametría es retroceder en el proceso de fotografía. Mientras que la fotografía toma un objeto o una escena y los aplana en una imagen 2D, la fotogrametría hace lo contrario; mira esta representación 2D y construye un modelo 3D a partir de pistas en las imágenes.

Pero, ¿cómo exactamente?

Sabemos que las cámaras ven los objetos de manera similar al ojo humano. Por ejemplo, cuanto más cerca está un objeto de la lente, más grande parece. Una ilustración de esto es cómo un camino recto parece disminuir en la distancia aunque su ancho en realidad no cambie.

Una demostración más elaborada de este concepto aparece en el texto de 1525 de Albrecht Dürer, A Painter’s Manual. Representa a dos hombres que intentan crear un dibujo geométricamente preciso de un laúd. Colocan el laúd en una mesa frente a una especie de ventana, pero con un lienzo en lugar de un cristal de ventana. Fijan una cuerda en un punto de la pared donde estaría el ojo de un observador y la pasan por la ventana abierta.

Un grabado de 1525 del Manual del pintor de Albrecht Dürer que demuestra la perspectiva geométrica. La fotogrametría utiliza este concepto para inferir datos 3D a partir de imágenes 2D.
Un grabado de 1525 del Manual del pintor de Albrecht Dürer que demuestra la perspectiva geométrica. La fotogrametría utiliza este concepto para inferir datos 3D a partir de imágenes 2D.

Luego mueven el extremo opuesto de la cuerda alrededor de diferentes puntos del laúd, observan la posición de la cuerda en la ventana para cada uno de esos puntos y dibujan un punto en el lienzo para cada posición de la cuerda en el marco de la ventana. Lo que emerge es una imagen de matriz de puntos geométricamente precisa del laúd.

La fotogrametría se basa en estos principios para hacer inferencias sobre las dimensiones y propiedades físicas de los objetos. Con suficientes imágenes superpuestas que proporcionen la información espacial necesaria, es posible reconstruir un modelo 3D de un objeto o escena completos.

Triangulación

Tener imágenes superpuestas es clave para la fotogrametría. Al identificar los mismos puntos en varias imágenes y tener en cuenta parámetros como la posición y la orientación de la cámara para cada fotografía, su distancia focal, la distorsión de la lente y otras variables, es posible determinar dónde se ubicaron esos puntos en el espacio 3D. Esto se llama triangulación.

La triangulación funciona identificando puntos comunes en imágenes superpuestas y determinando sus posiciones en el espacio 3D en relación con las posiciones conocidas de la cámara.
La triangulación funciona identificando puntos comunes en imágenes superpuestas y determinando sus posiciones en el espacio 3D en relación con las posiciones conocidas de la cámara.

Cuando se identifica un punto en al menos dos imágenes tomadas desde diferentes ubicaciones conocidas, podemos dibujar líneas imaginarias desde las dos posiciones de la cámara en la dirección de ese punto. Luego determinamos matemáticamente dónde se cruzan las líneas. Las líneas convergentes nos dan las coordenadas XYZ del punto objetivo. Y con suficientes puntos, podemos construir un modelo de la escena.

Los seres humanos en realidad hacen exactamente lo mismo intuitivamente. Básicamente, caminamos con dos pequeñas cámaras en la cabeza, ligeramente separadas, para ayudarnos a percibir la profundidad y la distancia.

Escala y orientación

Sin embargo, una cosa a tener en cuenta es que los modelos fotogramétricos tienen proporción pero no tienen escala. Para escalar el modelo, debe haber al menos una distancia conocida. Esto es similar a cómo nuestro cerebro también necesita un objeto familiar para ayudarlo a estimar el tamaño de algo que estamos mirando. Lo que al principio parece un edificio de tamaño completo en una imagen puede convertirse en un modelo en miniatura cuando se coloca una moneda al lado. En fotogrametría, el equivalente de esa moneda serían las barras de escala.

La fotogrametría proporciona proporción pero no escala. Sin la barra de escala calibrada en forma de T, es imposible saber qué tan grande (o pequeño) es este cigüeñal.
La fotogrametría proporciona proporción pero no escala. Sin la barra de escala calibrada en forma de T, es imposible saber qué tan grande (o pequeño) es este cigüeñal.

Las barras de escala son barras lineales calibradas con marcadores impresos llamados objetivos adjuntos. Los objetivos en las barras de escala están codificados. Esto significa que el software puede identificar de forma única cada objetivo. Los objetivos no codificados (como los del cigüeñal en la imagen) simplemente proporcionan puntos de referencia de alto contraste que ayudan a unir con precisión las imágenes. No son identificables de forma única.

Los objetivos en las barras de escala están separados por una distancia conocida y, por lo tanto, se pueden usar para escalar la imagen. Para garantizar la consistencia y la precisión, las barras de escala se fabrican con materiales cuyas dimensiones no varían significativamente con los cambios de temperatura.

Los objetivos también se colocan alrededor de la escena antes de que se tomen las imágenes para proporcionar puntos de referencia sólidos que se combinarán entre las imágenes superpuestas cuando las imágenes se unen.

El software de fotogrametría puede reconocer y hacer coincidir automáticamente objetivos codificados entre imágenes y utilizar esta información para alinear las imágenes y determinar la orientación del modelo. Los objetivos no codificados se utilizan además para comprobar la precisión del modelo una vez que el software lo ha procesado.

La consistencia y la calidad son la clave

Hay bastantes factores que influyen en lo que puede lograr con la fotogrametría. El hardware, como cámaras, lentes, etc., determina la calidad máxima que puede generar. Y como era de esperar, la calidad de las imágenes (la resolución, su nitidez, la profundidad de campo y otros factores similares) también son especialmente cruciales. Nos sumergiremos un poco más en esto más adelante.

Pero aparte de su calidad, la forma en que se toman las imágenes es igual de importante.

Lo importante es asegurarse de que el objeto se captura completamente. Una recomendación útil es hacer varios círculos completos alrededor del objeto, tomando fotografías sistemáticamente a diferentes distancias para que las posiciones de la cámara creen una especie de cúpula a su alrededor. Para objetos más pequeños, naturalmente habrá menos fotografías. Pero cualquiera que sea el caso, siempre querrá asegurarse de que la totalidad del objeto esté enfocado en todas las imágenes para obtener los mejores resultados.

Para obtener los mejores resultados, se recomienda realizar varios círculos completos alrededor del objeto, tomando fotografías sistemáticamente a diferentes distancias.
Para obtener los mejores resultados, se recomienda realizar varios círculos completos alrededor del objeto, tomando fotografías sistemáticamente a diferentes distancias.

Para objetos más grandes o escenas que no se pueden rodear (la fachada de un edificio, por ejemplo), la cámara se puede mover a lo largo de una línea recta paralela a la fachada del edificio. Es posible que se necesiten varios barridos para capturar la totalidad de la escena.

Con la fotogrametría aérea, la cámara se montará en un vehículo aéreo, como un dron, apuntando hacia abajo. Si también desea capturar los lados de objetos verticales como edificios o árboles, podría ser una buena idea inclinar un poco la cámara para capturar adecuadamente estas superficies. Aquí nuevamente, la consistencia es clave.

Tipos de algoritmos fotogramétricos

En muchos sentidos, la fotogrametría funciona como la vista humana. Cada uno de nuestros ojos registra constantemente imágenes superpuestas que usamos para percibir la profundidad y la distancia. Asimismo, para que la fotogrametría funcione bien, necesitamos un conjunto de fotos bien tomadas con información suficiente sobre la escena para extrapolar los datos requeridos.

Sin embargo, a diferencia de los seres humanos, la fotogrametría no puede darse el lujo de poder tomar un número ilimitado de fotografías. La cantidad de imágenes requeridas para recopilar la información que necesitamos variará según el tamaño y la complejidad del objeto o la escena, y quizás lo más importante, las necesidades del proyecto.

Entonces, si bien los conceptos subyacentes detrás de la fotogrametría siguen siendo los mismos, sus algoritmos tienen dos clasificaciones amplias basadas en las necesidades del proyecto.

Fotogrametría para ingeniería

Si es un ingeniero que crea un modelo de un objeto con fines de control de calidad, ingeniería inversa o cualquiera que sea el caso, no necesariamente necesita todos y cada uno de los píxeles de la imagen. Para dibujar una línea recta, por ejemplo, solo necesita conocer las posiciones de dos puntos. Este es el concepto detrás de lo que a veces se denomina fotogrametría métrica. El enfoque con esta rama de la fotogrametría es la precisión. El objetivo es obtener medidas y cálculos precisos a partir de fotografías determinando, con la mayor precisión posible, las ubicaciones relativas de ciertos puntos relevantes en las imágenes.

En la fotogrametría métrica, el algoritmo extrae un modelo basado en una serie de puntos relevantes. El objetivo es la precisión, no capturar todas las superficies.
En la fotogrametría métrica, el algoritmo extrae un modelo basado en una serie de puntos relevantes. El objetivo es la precisión, no capturar todas las superficies.

Por lo tanto, los ingenieros colocan objetivos que el algoritmo reconocerá en áreas de interés. El algoritmo utiliza los objetivos para construir un modelo. El resultado es una especie de esqueleto de los puntos relevantes, y no una nube de puntos densa de todas las superficies.

Los objetivos se pegan al objeto para facilitar el proceso de identificación y alineación de áreas superpuestas entre imágenes.
Los objetivos se pegan al objeto para facilitar el proceso de identificación y alineación de áreas superpuestas entre imágenes.

Estos puntos específicos definen el tamaño, la forma y la posición de las características de un objeto con énfasis en la precisión. Los puntos se pueden usar de manera confiable para calcular distancias, áreas e incluso cosas como la elevación para ayudar a crear un mapa topográfico o volúmenes y secciones transversales para otros usos técnicos.

Fotogrametría para modelado 3D en color

Por el contrario, cosas como el desarrollo de juegos, CGI en películas o la preservación del patrimonio exigen representaciones realistas de objetos del mundo real. Como regla general, cuantos más píxeles y detalles pueda incluir en el modelo, mejor. Los expertos que trabajan en estas industrias suelen tener el mejor de los mejores equipos de fotografía y, por lo tanto, también estarán debidamente equipados para la fotogrametría.

Encuentra las diferencias: modelo 3D de fotogrametría (izquierda) junto al modelo producido por Artec Leo, un escáner que también puede capturar texturas.
Encuentra las diferencias: modelo 3D de fotogrametría (izquierda) junto al modelo producido por Artec Leo, un escáner que también puede capturar texturas.

La contrapartida es que la forma final del modelo suele ser imperfecta. El escáner 3D promedio a veces puede tener problemas con superficies brillantes, transparentes o negras, pero con la fotogrametría, la cantidad de artefactos y la cantidad de ruido con los que inevitablemente tiene que lidiar es mucho mayor. El resultado es, en definitiva, un modelo con textura de alta definición, pero también con mucho ruido y geometría imperfecta.

Geometría de un escáner 3D combinada con textura de una cámara para crear un modelo realista y preciso.
Geometría de un escáner 3D combinada con textura de una cámara para crear un modelo realista y preciso.

Con este tipo de proyectos, es mejor combinar la fotogrametría con un escáner 3D para obtener resultados óptimos. Exploramos esto más a fondo en la sección sobre la combinación de escáneres 3D con fotogrametría.

Hardware de fotogrametría

Aparte de los objetivos y las barras de escala, que ya hemos cubierto, el equipo fotográfico juega un papel importante en el proceso.

Los resultados de la fotogrametría dependen totalmente de las imágenes utilizadas en el proceso. Factores como la resolución, la iluminación y la profundidad de campo juegan un papel crucial en la precisión y confiabilidad de las mediciones del modelo resultante. Las imágenes claras y detalladas son vitales.

Aunque es fácil caer en la madriguera del equipo fotográfico, hay algunos conceptos útiles que merecen discusión. Los fotógrafos, o cualquier persona que sepa manejar una cámara, ya están un paso por delante. Si términos como la distancia focal y la apertura son parte de su trabajo o pasatiempos, ya está allí. Puede omitir las siguientes secciones y pasar a las aplicaciones de fotogrametría.

Sensores

Las cámaras vienen en todas las formas y tamaños, desde cámaras de teléfonos móviles, CCTV, GoPros, hasta equipos de video profesionales completos. Hasta qué punto son adecuados para su proyecto podría reducirse a los tamaños de los sensores. Un sensor es para una cámara lo que la retina es para el ojo humano. Registra la imagen que pasa a través de la lente y determinará la cantidad de detalles que realmente puede capturar. Cuanto más grande sea el sensor, más puntos capturará, lo que se traduce en un mayor nivel de detalle.

El sensor dentro de una cámara registra la imagen que llega a través de la lente y determina cuántos píxeles tendrán sus imágenes.
El sensor dentro de una cámara registra la imagen que llega a través de la lente y determina cuántos píxeles tendrán sus imágenes.

Entonces, mientras que una cámara pequeña de apuntar y disparar podría hacer un trabajo aceptable en las condiciones de iluminación adecuadas, una DSLR de gama alta con un sensor de fotograma completo (a veces hasta 30 veces el tamaño de la cámara de apuntar y disparar) sería proporcionar muchos más píxeles y, por lo tanto, una resolución mucho mejor para el modelo 3D.

El tamaño del sensor también afecta lo que se conoce como factor de recorte. Una lente similar en dos sensores diferentes capturará diferentes partes de la escena porque un sensor más pequeño puede “ver” menos, mientras que un sensor más grande cubre más de la escena en cada fotografía.

 

Lentes

La lente es la siguiente pieza crucial del rompecabezas. Esto es lo que dobla la luz y la enfoca en el sensor de la cámara. Determina lo que está enfocado, la exposición, la ampliación y qué tan ancho o estrecho es el ángulo de visión en la imagen.

La lente es lo que dobla la luz y la enfoca en el sensor de la cámara. Tiene un efecto directo en la calidad de sus imágenes.
La lente es lo que dobla la luz y la enfoca en el sensor de la cámara. Tiene un efecto directo en la calidad de sus imágenes.

La lente tiene una pieza curva de vidrio en un extremo y su apertura (el orificio de tamaño variable a través del cual la luz fluye hacia la cámara) en el otro. La imagen se captura cuando el obturador de la cámara se abre y se cierra, permitiendo brevemente que la luz ingrese al sensor a través de la apertura de la lente. Todas estas piezas se combinan para determinar las características de la imagen y, por lo tanto, son consideraciones importantes en la fotogrametría.

Longitud focal

La distancia focal se refiere a la distancia óptica en milímetros entre el sensor de la cámara y el punto de la lente donde convergen los rayos de luz. La distancia focal determina el ángulo de visión y el aumento. Un número más pequeño (una distancia focal más corta) significa un campo de visión más amplio y un aumento más bajo, por lo que la cámara puede capturar más de la escena. En fotogrametría, normalmente tendrás una distancia focal fija.

La distancia focal de la lente determina la ampliación y el campo de visión: qué parte de la escena se puede capturar.
La distancia focal de la lente determina la ampliación y el campo de visión: qué parte de la escena se puede capturar.

Abertura

Este es un número, expresado en f-stops, que describe cuánto se abre el diafragma del objetivo para dejar entrar la luz en la cámara. Cada f-stop duplica la cantidad de luz que entra en la cámara. Quizás de manera confusa, un número grande, como f-32, significa una abertura pequeña, y un número pequeño significa una abertura abierta.

La apertura determina directamente la profundidad de campo: qué parte de la escena está enfocada. Una apertura amplia mantendrá enfocada una capa delgada de la imagen y desenfocará el resto. Esto puede verse bien en la fotografía de retrato, por ejemplo, donde tiene un enfoque muy nítido en el sujeto y un rico efecto bokeh borroso en el fondo. Este tipo de desenfoque se conoce como desenfoque de enfoque.

La apertura determina la profundidad de campo: qué parte de la escena está enfocada.
La apertura determina la profundidad de campo: qué parte de la escena está enfocada.

Para la fotogrametría, desea mantener la mayor parte de la escena enfocada como sea posible. Las imágenes borrosas dificultan la unión de las imágenes.

Esto se adapta muy bien al otro tipo de desenfoque: el desenfoque de movimiento.

Velocidad de obturación y desenfoque de movimiento

La velocidad de obturación es cuánto tiempo permanece abierto el obturador de la cámara y permite que la luz caiga sobre el sensor. Suele expresarse en fracciones de segundo. Además de afectar la cantidad de luz que cae sobre el sensor, la velocidad de obturación también se relaciona directamente con el desenfoque de movimiento.

Si el sujeto, o la cámara, se mueve mientras el obturador está abierto, la imagen resultante se verá borrosa. Una buena ilustración de este efecto es cómo una imagen de un helicóptero flotando a una velocidad de obturación lo suficientemente alta congelará las palas del rotor en movimiento, mientras que una velocidad de obturación más lenta desenfocará el movimiento para que las palas no sean visibles.

Si está tomando fotografías sin trípode, querrá usar una velocidad de obturación lo suficientemente alta para contrarrestar los ligeros movimientos de sus manos mientras sostiene la cámara. Alternativamente, puede usar un trípode para asegurarse de que la cámara permanezca completamente quieta.

La velocidad de obturación determina el desenfoque de movimiento. Una velocidad de obturación más rápida congela la acción mientras que una más lenta la desenfoca.
La velocidad de obturación determina el desenfoque de movimiento. Una velocidad de obturación más rápida congela la acción, mientras que una más lenta la desenfoca.

Al final, todos estos factores deben ser considerados cuidadosamente para asegurarse de obtener los mejores resultados posibles con la fotogrametría.

Aplicaciones de fotogrametría

La fotogrametría como técnica es popular no solo por su versatilidad y costo, sino también por su efectividad en largas distancias. Echemos un vistazo a algunos de sus usos más comunes.

Grandes proyectos de ingeniería.

Los ingenieros suelen utilizar la fotogrametría aérea en grandes proyectos de construcción.
Los ingenieros suelen utilizar la fotogrametría aérea en grandes proyectos de construcción.

Dada su precisión al escanear a grandes distancias, los ingenieros utilizan la fotogrametría mediante drones o aviones para planificar y evaluar grandes proyectos de construcción. Por ejemplo, la ubicación y el diseño de las autopistas. Los datos de la fotogrametría métrica podrían usarse para calcular las cantidades de movimiento de tierras y proporcionar notas esenciales sobre el terreno para los ingenieros civiles. También es esencial al evaluar el progreso de los proyectos al proporcionar representaciones 3D etapa por etapa a lo largo del tiempo.

Cine y Entretenimiento

Con la ayuda de la fotogrametría, las industrias del juego y del cine han podido mejorar su capacidad para crear entornos de aspecto realista. Al combinar la fotogrametría y los escáneres 3D, los cineastas pueden crear diseños de escenarios a partir de modelos de escaneo 3D precisos superpuestos con información de color de la fotogrametría. Los diseñadores de juegos también pueden crear activos creíbles y de alta calidad y entornos realistas.

Medicina forense

La fotogrametría juega un papel crucial en la investigación forense y la escena del crimen.
La fotogrametría juega un papel crucial en la investigación forense y la escena del crimen.

La fotogrametría métrica también ha llegado a desempeñar un papel importante en la investigación forense y de la escena del crimen. En muchos casos, son los pequeños detalles los que marcan la diferencia. Ser capaz de capturar con precisión la escena de un crimen o accidente con medidas precisas puede ser fundamental no solo en los casos judiciales, sino quizás incluso más importante, para hacer que el entorno construido sea más seguro.

Un ejemplo es cómo, al analizar las marcas de neumáticos en una imagen de la superficie de una carretera, los investigadores pudieron determinar si las marcas de derrape coincidían con las dimensiones de un automóvil que había conducido una mujer y su posición en la carretera en relación con un segundo vehículo que golpeó su coche y la hirió gravemente. La fotogrametría métrica resultó crucial para resolver versiones contradictorias de las posiciones de los dos vehículos cuando ocurrió el accidente.

Agrimensura

Los municipios locales y los ingenieros civiles suelen utilizar la fotogrametría aérea para la topografía.
Los municipios locales y los ingenieros civiles suelen utilizar la fotogrametría aérea para la topografía.

La fotogrametría métrica también es utilizada por equipos de construcción, arquitectos y municipios para determinar los límites de la propiedad, para planificar proyectos de construcción o para el análisis de datos. Las imágenes satelitales también brindan esta información, pero la fotogrametría aérea a menudo ofrece una mayor precisión para áreas específicas de interés.

Fotogrametría en Bienes Raíces

La fotogrametría también se utiliza para crear modelos virtuales de viviendas que los posibles propietarios pueden ver. Muchos compradores ya confiaban en los listados en línea para tomar decisiones de compra. Y ahora, un cambio en la cultura inducido por el covid probablemente haya acelerado el movimiento en línea para muchas empresas de bienes raíces. A una fracción del costo, la fotogrametría moderna permite a las agencias inmobiliarias crear una experiencia virtual de las casas que anuncian.

Cartografía

A partir de fotografías tomadas con drones, aviones o satélites, la fotogrametría se ha utilizado para mapear terrenos en 3D. Con imágenes de alta resolución tomadas desde aviones o vehículos sumergibles, es posible crear modelos de áreas de difícil acceso, incluso bajo el agua, con un tiempo de respuesta mucho más rápido.

Las fotos tomadas desde drones, aviones o satélites se han utilizado para mapear terrenos en 3D
Las fotos tomadas desde drones, aviones o satélites se han utilizado para mapear terrenos en 3D

Google Earth es hasta la fecha el proyecto más ambicioso que ha utilizado la fotogrametría para crear imágenes precisas del terreno terrestre. Google utiliza miles de millones de imágenes de múltiples fuentes (imágenes de Street View, aéreas y satelitales), todas unidas para mostrar detalles sobre un área, incluidas las distancias precisas entre objetos como carreteras, marcas de carriles, edificios y ríos.

Arqueología

En arqueología, la capacidad de mapear un área y comprender el diseño y la estructura de un sitio es absolutamente esencial. La fotogrametría métrica ofrece a los arqueólogos la capacidad de mapear un área y registrar artefactos de interés de forma rápida y precisa. La capacidad de compartir las representaciones en 3D también facilita la colaboración con otros arqueólogos que pueden no estar en el sitio.

Uno de los usos más comunes de la fotogrametría es en la preservación del patrimonio.
Uno de los usos más comunes de la fotogrametría es en la preservación del patrimonio.

Cuándo no usar la fotogrametría

Hay algunas trampas a tener en cuenta al decidir si optar por la fotogrametría o no. En pocas palabras, las consideraciones a pesar se basan en las necesidades del proyecto.

Fotogrametría métrica sin equipo especializado

Si su objetivo es realizar mediciones precisas y la información de color no es una prioridad, solo debe usar la fotogrametría si tiene un buen kit de fotogrametría diseñado específicamente para aplicaciones relacionadas con la medición, como los sistemas de fotogrametría de alta gama de Hexagon. Estos vendrán con una cámara digital, un conjunto de objetivos y un conjunto de barras de escala calibradas con precisión para garantizar que esté completamente equipado para su tarea.

Completo kit de fotogrametría diseñado específicamente para aplicaciones relacionadas con la medición.
Completo kit de fotogrametría diseñado específicamente para aplicaciones relacionadas con la medición.

Sin embargo, tenga en cuenta que, a pesar de su precisión, incluso un kit de este tipo producirá una nube de puntos escasa en comparación con un buen escáner 3D.

Alta precisión con una nube de puntos densa

Por lo tanto, si necesita una nube de puntos densa, además de precisión, un escáner como Artec Eva, que es capaz de capturar y procesar simultáneamente hasta dos millones de puntos por segundo, con una precisión de hasta 0,1 mm, es una apuesta mucho mejor.

De hecho, con su tecnología de escaneo de luz estructurada, Eva captura con precisión objetos de casi cualquier tipo, incluidos objetos con superficies negras y brillantes, sin necesidad de objetivos, lo que la convierte en una excelente solución integral.

Datos de color y textura sin una cámara de gama alta

Si, por otro lado, sus necesidades de fotogrametría no están relacionadas con la medición y está utilizando la fotogrametría principalmente para capturar texturas, primero debe asegurarse de que el equipo de cámara que está utilizando para la fotogrametría sea capaz de ofrecer una mejor calidad que un escáner como Artec Space. Spider o Artec Leo: escáneres que capturan texturas.

 

Si está utilizando fotogrametría para capturar texturas, asegúrese de que la cámara que utiliza sea capaz de obtener una mejor calidad que un escáner que captura texturas, como Artec Space Spider o Artec Leo.
Si está utilizando fotogrametría para capturar texturas, asegúrese de que la cámara que utiliza sea capaz de obtener una mejor calidad que un escáner que captura texturas, como Artec Space Spider o Artec Leo.

Las personas en el diseño de películas o juegos suelen poseer equipos de fotografía de alta gama. Dicho equipo especializado produciría imágenes de muy alta calidad, muy probablemente superando la textura de la cámara de un escáner 3D promedio.

Dicho esto, este tipo de fotogrametría no utiliza objetivos y, por lo tanto, es propenso a la imprecisión. Entonces, incluso con una cámara de alta calidad, es una buena idea usarla junto con un escáner 3D profesional que producirá un modelo preciso para combinar con la textura. Todos los escáneres 3D de Artec son capaces de escanear sin objetivos, por lo que serían una excelente opción para combinar con este tipo de fotogrametría.

Inconvenientes generales de la fotogrametría

En general, los inconvenientes de la fotogrametría son que lleva mucho tiempo, requiere una buena cantidad de experiencia para lograrlo correctamente e incluso entonces, es posible que no produzca los resultados que necesita si las condiciones no son las adecuadas. Es posible que deba tomar docenas, a veces cientos, de fotos una por una, asegurándose de que cada imagen tenga una calidad suficientemente alta y que haya una superposición adecuada entre las imágenes.

Además, a menos que se haya tomado la molestia de preparar la escena con iluminación controlada, también deberá asegurarse de que no haya cambios drásticos en las condiciones de iluminación de una foto a la siguiente. Una sombra que cae sobre su objeto en una imagen, por ejemplo, también aparecerá en el modelo final.

La fotogrametría requiere una iluminación uniforme y adecuada, por lo que debe planificar y preparar su escena en consecuencia.
La fotogrametría requiere una iluminación uniforme y adecuada, por lo que debe planificar y preparar su escena en consecuencia.

La fotogrametría requiere una iluminación uniforme y adecuada, por lo que debe planificar y preparar su escena en consecuencia.

Un escáner como Artec Leo viene con una pantalla táctil que construye una réplica en tiempo real mientras escanea, ofreciendo una experiencia de escaneo completamente móvil. El dispositivo tiene procesamiento automático integrado, una batería incorporada y conectividad inalámbrica que le permite transmitir a un segundo dispositivo. Entonces, con Artec Leo, escanear no es muy diferente de grabar un video.

Dicho esto, la fotogrametría tiene sus ventajas. Se puede hacer a un costo menor en comparación con el escaneo 3D. También funciona bien si está escaneando un área grande, generalmente más de unos pocos metros.

Software de fotogrametría

Existe una gran variedad de software de fotogrametría en el mercado. Con un poco de investigación, puede encontrar cualquier cosa, desde aplicaciones gratuitas hasta paquetes de software que cuestan miles de dólares. Nuevamente, todo se reduce a cuáles son sus necesidades y qué recursos están disponibles para usted.

Si recién está comenzando con la fotogrametría, podría ser una buena idea comenzar con soluciones gratuitas como 3DF Zephyr, Meshroom o Visual SFM. Sin embargo, estos ofrecen una funcionalidad limitada y pueden ser más lentos o producir resultados menos precisos. Es posible que también deba instalar complementos adicionales para poder hacer cosas como crear mallas texturizadas con color.

Si necesita más funciones, puede optar por opciones más completas como Elcovision, iWitness o Photomodeler. MetaShape, Pix4D y Reality Capture también son opciones populares.

Para quienes utilizan la fotogrametría para metrología, un paquete como Aicon 3D Studio de Hexagon proporciona herramientas inteligentes y potentes. El software también ofrece la posibilidad de interactuar con PolyWorks a través de un complemento. PolyWorks admite una amplia variedad de funcionalidades de medición 3D y debería ser suficiente para la mayoría de las tareas realizadas por las empresas de fabricación industrial.

Para los profesionales de CGI o cualquier persona que quiera lo mejor en términos de geometría y calidad de textura, Artec Studio 16 ofrece un flujo de trabajo sencillo que le permite lograr una geometría perfecta y una excelente calidad de textura. El software ha pasado por una actualización que hace que el mapeo de texturas en datos de malla desde un escáner 3D sea perfecto.

Los galardonados escáneres 3D de Artec son capaces de realizar escaneos extremadamente precisos, logrando puntos de referencia líderes en la industria, como una precisión de hasta 0,05 mm para Artec Space Spider, uno de los modelos portátiles, y una precisión aún mayor de hasta 10 micrones con Artec Micro: un escáner de escritorio.

Con las potentes funciones de Artec Studio 16, puede alinear automáticamente fotografías con píxeles perfectos de una cámara de alta resolución a escaneos 3D de escáneres de grado de metrología precisos y lograr modelos 3D increíblemente realistas.