Fundamentos Básicos de Fotogrametria 3D
De cara a poder entender el funcionamiento del sistema V-STARS, para todos aquellos que desconocen la técnica de Fotogrametría, haremos una breve introducción. La fotogrametría, como su nombre indica, se basa en ofrecer coordenadas tridimensionales a partir de fotografías como medio fundamental para la metrología (o la medida).
El principio fundamental usado por la fotogrametría es la triangulación. Supongamos que tomamos fotografías de al menos dos posiciones diferentes sobre un mismo objeto de estudio, " las líneas de vista " han ser desarrolladas desde cada cámara a puntos sobre el objeto.
Estas líneas de vista (a veces llamados rayos, debido a su naturaleza óptica) son cruzadas matemáticamente para producir las coordenadas tridimensionales de los puntos de interés. La triangulación es también el principio usado por los teodolitos para la medida de una coordenada. Si se está familiarizado con estos instrumentos, se encontrarán muchas semejanzas (y algunas diferencias) entre la fotogrametría y el uso de teodolitos. En verdad, se trata de un sistema que nos es cotidiano; la triangulación está también en el modo de trabajo de los dos ojos juntos, por ejemplo para calibrar la distancia . Es así como obtenemos nuestra percepción de la profundidad.
El trabajo con esta técnica se polariza en dos niveles. Por un lado, la Adquisición de Imagen describe los principios fotográficos implicados en la fotogrametría, mientras que la Metrología describe las técnicas para producir coordenadas en tres dimensiones a partir de imágenes bidimensionales. Estudiémoslas separadamente para comprender mejor este extremo.
Adquisición de Imagen
La primera parte de la Fotogrametría
La adquisición de las imágenes es, desde luego, esencial para hacer una medida fotogramétrica. Para obtener la exactitud, fiabilidad y automatización de que el sistema es capaz, las imágenes deben ser de primera calidad. Por suerte, debido al diseño del sistema, la fotografía con V-STARS gracias a la utilización de cámaras digitales, es en realidad más simple que la fotografía de película. Las tres consideraciones principales para la obtención de una buena imagen son:
1. El campo visual (FOV)
2. Enfoque
3. Exposición
1 EL CAMPO VISUAL (FOV)
El campo visual de la cámara define cuánto ve ésta, y es una función de la distancia focal de la lente que utilicemos y el tamaño (tambien llamado formato) del sensor digital. Para una lente dada, un sensor de formato más grande tiene un campo visual más grande. Asimismo para un sensor de tamaño dado, una lente de longitud focal más corta tiene un campo visual más amplio. En el siguiente gráfico se muestran la relación entre el tamaño de sensor, la distancia focal de la lente y el campo visual.
Las lentes estándar disponibles con V-STARS son también llamadas lentes de ángulo medio y tienen aproximadamente 50° de ángulo de visión. A mayor amplitud del campo visual, mejor se ve una posición en el espacio. Para una lente de ángulo medio, una regla básica conveniente es generalmente, ubicarse tan lejos del objeto como el propio tamaño del objeto. Por ejemplo, usted se ubicará aproximadamente a tres metros (de distancia para ver un objeto de tres metros.
En general, hay una compensación entre el campo visual de una lente y su exactitud. Aunque las lentes más amplias de ángulo necesiten menos espacio alrededor del objeto, también tienden a ser menos exactas debido a la producción de aberraciones en sus extremos. (La descripción de estas están más allá del alcance de esta introducción.)
Así, si se desea usar la lente de distancia focal más larga puede hacerse. Las lentes de ángulo medio provistas por V-STARS presentan un compromiso adecuado entre el campo visual y la calidad de imagen.
2 EL ENFOQUE
Una consideración para la fotografía normal, desde luego: A mayor enfoque de la lente resultará una imagen más nítida, con bordes mejor definidos y por lo tanto de mayor calidad. La profundidad de foco incide en la llamada gama de agudeza aceptable.
La profundidad de foco de una lente es una función de muchos factores, incluyendo:
la distancia focal de la lente,
el formato de sensor,
la distancia de la cámara al objeto,
el tamaño del objeto,
el número de F de la lente.
Como puede verse a partir de todos los factores catalogados anteriormente, la profundidad de foco es una función bastante compleja.
V STARS las lentes que utilizan las cámaras provistas con él, poseen una profundidad de foco comprendida entre 0.5 metros (20 pulgadas) y 60 metros (200 pies) respecto de la lente. Gracias a ello se reduce considerablemente el problema del enfoque.
3. EXPOSICIÓN
Para trabajos de fotogrametría, es deseable que el contraste entre las marcas de referencia (retro-reflectantes, o emitidas por PRO-SPOT) y el fondo u objeto sea lo más alto posible por ello el sitema V-STARS utiliza doble exposición una para el objeto y otra para las marcas. En los casos en los que se utilizan marcas retro-reflectantes, las exposiciones de objeto y marcas serán totalmente diferentes. El tiempo de exposición idóneo para la adquisición de las marcas viene se determina por la potencia de destello de estos, mientras que el tiempo de exposición del objeto está determinado por la iluminación ambiental.
La eliminación de la exposición del fondo hace más fácil encontrar y medir los objetivos. Sin embargo, si no hay ninguna imagen de fondo, tratar de obtener un cálculo puede ser difícil. Por lo general, existe un término medio, que se alcanza si se usa la exposición de fondo de forma lo bastante débil para no interferir con la medida objetivo, pero todavía lo bastante brillante para que el objeto sea visto con realzado.
La Exposición De fondo
El tiempo del obturador se usa para controlar la exposición de fondo. Cuando la cámara está en tiempo diferido, el tiempo de obturador se selecciona usando los interruptores que está localizados en la parte superior de la cámara al lado del display. Los tiempos de obturador disponibles sobre un INCA2 se extienden de 8 milisegundos a 8 segundos.
La cámara INCA2 incorpora un modo de Exposición AUTOMÁTICO que puede ser usado para definir la velocidad de obturador automáticamente. La Exposición AUTOMÁTICA se carga automáticamente en el modo por defecto o automático. Si la Exposición AUTOMÁTICA es seleccionada, la exposición de obturador se crea automáticamente la primera vez que usted toma una imagen sobre un trabajo.
La Exposición Objeto
La potencia de destello que se pone para la exposición objeto depende de la distancia de la cámara a estos, y el tamaño objetivo. El diagrama siguiente indica ajustes de potencia de destello recomendados en la variación de distancias. Si los objetivos son más pequeños, se puede querer aumentar el poder de destello para ayudar a compensar el resultado final.
Metrología
La segunda parte de la Fotogrametría
La fotografía en su sentido más amplio es un proceso que convierte el verdadero mundo de tres dimensiones en imágenes planas de dos dimensiones. La cámara es el dispositivo que hace esta transformación o dicho en otra forma, traza un mapa de tres dimensiones a dos dimensiones. Lamentablemente, por ejemplo, no podemos trazar un mapa del mundo de tres dimensiones en dos dimensiones completamente. Siempre alguna información se pierde (principalmente la profundidad).
La fotogrametría en su sentido más amplio invierte el proceso fotográfico descrito anteriormente. Esta, convierte o traza un mapa de imágenes planas de dos dimensiones en el verdadero mundo de tridimensional. Sin embargo, ya que hay información perdida en el proceso fotográfico, no podemos reconstruir el mundo tridimensional completamente de una sola fotografía. Como un mínimo, requerimos de dos fotografías diferentes para llevar a cabo la reconstrucción tridimensional. Si este proceso fuera perfecto, dos fotografías serían más que suficientes para llevar a cabo una reconstrucción 3D.
Lamentablemente, la fotografía y el proceso de medida no es perfecto y la reconstrucción 3D es también imperfecta. Sin embargo, podemos tomar más fotografías y usar la información suplementaria en ellas para mejorar el proceso. Las coordenadas de tres dimensiones que producimos a partir de las medidas de múltiples fotografías son el resultado final de fotogrametría.
La fotogrametría usa el principio básico de Triangulación, por el cual cruzando líneas en el espacio se calcula la posición (ubicación) de un punto en las coordenadas tridimensionales. Sin embargo, para triangular un juego de puntos también hay que conocer la posición de la cámara y ángulos de orientación para todas las imágenes del proceso. Un proceso llamado Resection hace esto. Finalmente, ya que el sistema cámara V STARS es un instrumento de medición de precisión, debe ser calibrado y así sus errores pueden ser definidos y eliminados. Uno de los rasgos más importantes de V STARS es su capacidad de producir esta calibración de cámara como un subproducto de la medida en un proceso llamado Autocalibración
Aunque cada una de estas técnicas será mejor descrita separadamente, todas ellas se realizan simultáneamente en el proceso de Bundle Adjustment.
continuara.......
