Fotogrametría Digital Tema 2 Sistemas Fotogramétricos Digitales

Transcripción

1 1 Fotogrametría Digital Tema 2 Sistemas Fotogramétricos Digitales Prof. Dr. Jorge Delgado García Dpto. Ingeniería Cartográfica, Universidad de Jaén jdelgado@ujaen.es

2 2 Justificación: En este tema se tratan los aspectos conceptuales relativos al diseño de los sistemas fotogramétricos digitales con atención a los aspectos relacionados con las características y peculiaridades de los mismos. Por último, se establece una clasificación de los diferentes equipos y se presenta un breve análisis referente a la rentabilidad de dichos equipos. Objetivos: Describir y analizar las características de los diferentes elementos componentes de los sistemas fotogramétricos digitales, haciendo un especial hincapié en aquellos elementos específicos de este tipo de sistemas como, por ejemplo, sistemas de visualización estereoscópica, sistemas de desplazamiento tridimensional (modelo), sistema de medida con precisión de subpixel. Establecer los elementos fundamentales relativos al diseño de los sistemas fotogramétricos digitales. Proporcionar al alumno los elementos básicos para establecer el nivel de rentabilidad de los sistemas fotogramétricos digitales. Presentar diferentes ejemplos de sistemas fotogramétricos digitales comercializados, analizando en cada caso las características, ventajas e inconvenientes de cada sistema.

3 3 Tema 2. Sistemas Fotogramétricos Digitales 2.1 Sistemas Fotogramétricos Digitales y Estaciones Fotogramétricas Digitales Elementos de una Estación Fotogramétrica Digital Sistema de visualización estereoscópica Control tridimensionales del modelo Sistemas de medida sobre la imagen con precisión subpixel 2.3 Análisis de rentabilidad de una Estación Fotogramétrica Digital 2.4 Clasificaciones de las Estaciones Fotogramétricas Digitales Ejemplos de estaciones fotogramétricas digitales comerciales

4 4 Bibliografía Graham, L.N.; Ellison, K. y Riddell, C.S. (1997). The Architecture of a Softcopy Photogrammetry System. PE&RS, 63(8), Heipke,C. (1995). State of the Art of Digital Photogrammetric Workstations for Topographical Applications. PE&RS, 61(1). Miller,S., Helava,U.V., y Devenecia,K. (1992). Softcopy photogrammetric workstations. PE&RS, 58(1), Saleh, R.A.; Scarpace, F.L. y Dahman, N.A. (1994). Softcopy Photogrammetric System Evaluation for Production Environment. Proc. Mapping and Remote Sensing Tools for the 21st century. ASPRS Agosto. Washington. Saleh, R.A. (2000). The cost and benefits of softcopy photogrammetric production. IAPRS, XXXIII (B2), Schenk,T. (1994). Concepts and Algorithms in Digital Photogrammetry. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 49(6), 2-8. Schenk,T. y Toth,C.K. (1992). Conceptual issues of Softcopy Photogrammetric Workstations. PE&RS,58(1), Walker, S. (1996). Digital Photogrammetric Workstations IAPRS, 31(B2), Información publicitaria de páginas web de las empresas comerciales.

5 5 2.1 DPW vs DPS Concepto de Sistema Fotogramétrico Digital Sistema Fotogramétrico Digital (DPS) se define como el conjunto de hardware y software cuyo objetivo es la generación de productos fotogramétricos a partir de imágenes digitales mediante técnicas manuales y automatizadas (ISPRS II/III Working Group, 1988) Incluye todos los elementos necesarios tanto a nivel de software como de hardware para obtener los productos fotogramétricos a partir de las imágenes digitales, incluyendo también sistemas de captura de imágenes (interfaces de conexión con cámaras digitales o sistemas de digitalización de imágenes en formato analógico -escáner-) así como sistemas de impresión final (filmadoras, trazadores gráficos, impresoras de imágenes, ). Concepto de Estación Fotogramétrica Digital El elemento fundamental del sistema fotogramétrico digital es la estación fotogramétrica digital (Digital Photogrammetric Workstation, -DPW-) No se debe utilizar la denominación de restituidor digital puesto que sólo hace referencia a una de las tareas de la estación, el proceso de restitución, precisamente no la más importante.

6 Datos Raster Coordenadas Terreno SEM MDE CCD Mod. alambre (wireframe) Sensor Aéreo Sensor Satélite Vistas en perspectiva Curvas de nivel Fotografía Aérea Fotografía Satélite Cámara Terrestre Datos Vector Mapas Planos CAD Ortofotos SIG Mapa vectorial Video Teodolito Mapa digital Mosaico de imágenes Imágenes Estereo 6 Datos de Entrada Digitales Analógicos Analógicos Digitales Datos Temáticos ESCÁNER Base de Datos Mixta Base de Datos Ráster Base de Datos Vectorial Base de Datos Temática Estación de Trabajo Fotogramétrica (DPW) Visión Automática Fotogrametría Análisis de Imágenes Operador Humano Productos Fotogramétricos en formato digital DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS DE SALIDA (Filmadora, Trazadores gráficos,...) Productos Fotogramétricos en formato analógico

7 7 Requisitos básicos de una DPS un sistema de digitalización de imágenes analógicas. posibilidad de entrada directa de datos en formato digital (p.ej., cámara digital) para la realización de aplicaciones fotogramétricas en tiempo real. sistema de medida 3D de imágenes digitales de diferentes fuentes y geometrías manipulación y procesamiento de imágenes de gran tamaño en un tiempo razonable. generación automática de modelos digitales de elevaciones con precisión al nivel de subpíxel. obtención de ortofotografías digitales en un tiempo de proceso aceptable. visualización de las imágenes estereoscópicas en color real. interfaz con SIG con superposición monóscopica y estereoscópica de elementos gráficos y con funciones de edición para modificar dichos elementos. impresoras de imágenes y trazadores gráficos para la impresión analógica de los resultados. MODULARIDAD

8 8 2.2 Elementos que componen una DPW Los elementos característicos están relacionados con la interfaz de usuario y son: sistema de visualización estereoscópica. obtención de coordenadas en tiempo real posibilidad de medidas a nivel de subpíxel

9 9 Sistema de visualización estereoscópica Es un elemento fundamental en todo sistema al ser la conexión entre el operador y las imágenes con vistas a su interpretación. Gran influencia sobre la productividad al controlar la fatiga. Aspectos básicos: Utilización de monitores de alta resolución Superposición vectorial no destructiva Elimina los costos elementos ópticos de visualización Permite ajustes básicos a nivel de monitor (brillo y contraste) Zoom informático (negativo, 1:1, positivo) sin limitaciones físicas Aspectos a tener en cuenta Perdida de calidad visual con respecto a los analíticos (en torno a un 60%) El sistema más simple es presentar la imagen izquierda para su visualización por el ojo izquierdo y la imagen derecha por el ojo derecho.

10 10 Sistemas de visión estereoscópica Métodos: Separación espacial (split) Separación temporal (gafas activas o pasivas) Separación espectral (anaglifos)

11 11 Sistemas de visión estereoscópica ESTEREÓSCOPO DE ESPEJOS ESTEREÓSCOPO DE ESPEJOS PANTALLA 1 PANTALLA 2 PANTALLA RGB IZQUIERDA DERECHA IZQUIERDA DERECHA CPU 1 Buffer Imágenes 1 CPU 2 Buffer Imágenes 2 CPU Buffer Imágenes 1 y 2 IMAGEN 1 IMAGEN 2 IMAGEN 1 IMAGEN 2 Método de separación espacial (split). Izq.: 1 monitor, Der.: 2 monitores

12 12 Sistemas de visión estereoscópica Gafas polarizadas pasivas Polarización vertical Polarización horizontal Gafas polarizadas activas PANTALLA RGB Imagen dividida en dos regiones con planos de polarización perpendiculares PANTALLA RGB Sincronizador de polarización 120 Hz: Imagen monoscópica 60Hz: Imagen estereoscópica CPU Buffer Imágenes 1 y 2 CPU Buffer Imágenes 1 y 2 IMAGEN 1 IMAGEN 2 IMAGEN 1 IMAGEN 2 Método de separación temporal (flicker). Izq.: Pasivo, Der.: Activo

13 13 Sistemas de visión estereoscópica Método de separación temporal (flicker). Es el método más empleado en la actualidad Requiere utilizar hardware específico fundamentalmente gafas (filtros de pantalla), tarjetas gráficas y monitores de gran refresco (120Hz) Ventajas: Libertad de movimientos y múltiples observadores Inconvenientes: Coste y Reducción de resolución espacial Problemas: Flicker (parpadeo de la imagen): Room flicker / Image flicker Utilizar monitores de mayor frecuencia. Ajustar brillo y contraste. Fuentes de iluminación Iluminación asimétrica: Diferencias en las imágenes aumentan el flicker Crosstalk / Ghosting: Interferencias entre las imágenes debido a problemas de refresco de la pantalla/monitor Absorción de la señal: Como consecuencia de la incorporación de filtros polarizantes

14 14 Sistemas de visión estereoscópica Sistema Planar El sistema StereoMirror de Planar consiste en dos monitores LCD de matriz activa (AMLCD) orientados en un ángulo de 110º y un espejo semitransparente a 55º. El monitor inferior muestra la imagen izquierda (a través del espejo semitransparente) y el superior la imagen derecha a través del espejo. El observador visualiza las dos imágenes a través de una gafa polarizada. Se trata de un sistema muy utilizado en la actualidad. Sistemas autoestereoscópicos

15 15 Control tridimensional Es fundamental en el rendimiento la ergonomía afecta a la fatiga del operador Se define por la marca flotante y los sistemas de desplazamiento sobre el modelo Marca: En los sistemas analógicos y analíticos es fijo dentro de un rango y factor básico para evaluar la calidad de un sistema En los sistemas digitales es un conjunto de píxeles que se superponen sobre la imagen de forma no destructiva El desplazamiento es discreto (píxel a píxel), por tanto, tiene menos suavidad que los sistemas analógicos El cursor es totalmente configurable con lo que puede ser ajustado en tamaño, color y forma a las preferencias del usuario Desplazamiento del cursor: Teclado Ratón con rueda Trackball Ratón 3D Manivela y pedal

16 16 Control tridimensional. Desplazamiento del cursor Condicionado por las características técnicas del equipo Ventaja fundamental de poder cambiar fácilmente de modelo en el equipo Dos posibilidades: Imagen fija/cursor móvil: Coste reducido. Problema de refresco en el extremo de la ventana. Imagen móvil/cursor fijo (roaming): Coste más elevado, requiere mayor coste. Similar a los equipos analíticos/analógicos. Tarjetas del orden de 1 millón vectores 3D / s

17 17 Control tridimensional. Desplazamiento del cursor Tipos de desplazamiento (Schenk y Toth, 1997): Desplazamiento lento durante edición/restitución Velocidad en torno a 10mm/s (máximo 20mm/s). La pantalla se debe recorrer de extremo a extremo en 2 s Aconsejable 4 veces más memoria de video (VRAM) que resolución de pantalla d c b a Desplazamiento rápido entre zonas del modelo Selección de zonas en la imagen No es necesario resolución máxima ni visión estereoscópica Desplazamiento muy rápido entre zonas del modelo sin presentar la imagen Se utiliza en orientación interna, aerotriangulación, desplazamientos puntos conocidos.

18 18 Precisión a nivel de subpixel Factores de la precisión de los trabajos Experiencia del operador y condiciones psico-fisiológicas Características de los elementos a medir Resolución de la imagen (tamaño de pixel) Tamaño del cursor Solución 1: Emplear un mayor número de píxeles para representar el elemento Zoom 1:1: Error máximo 2 píxeles (desviación típica: ½ pixel) Zoom 3:1: Error máximo 2*1/3 píxeles (desviación típica: ½ * 1/3= 0.15 píxeles) Solución 2: Se mantiene el cursor fijo y se desplaza la imagen. El desplazamiento se realiza a incrementos inferiores al píxel y se realiza el remuestreo de la imagen en tiempo real. Pixel monitor Pixel Imagen a b Cursor

19 Análisis de rentabilidad de la DPW Es un análisis complejo debido a la gran cantidad de factores que intervienen y a la gran variedad de equipos disponibles (requierimientos de hardware y prestaciones) El objetivo es obtener el precio por hora del equipo. Factores claves: La tecnología digital es superior a la tecnología analógica? Sí. Es económicamente viable en términos económicos? Sí Gran oferta de equipos y gran variedad de sistemas (diferentes prestaciones y configuraciones) Menores costes de adquisición y de mantenimiento. Única forma posible de trabajar en la actualidad con las cámaras fotogramétricas digitales Sistemas modulares que permiten ajustar la adquisición a las necesidades de la empresa Los problemas iniciales fueron la falta de costumbre a trabajar en el entorno digital y las inversiones previas. Los problemas actuales se derivan de los cambios de versiones de software y versiones. Otro problema importante es la depreciación de los sistemas informáticos (menor en sistemas profesionales)

20 Ejemplos de DPW BAE Systems SOCET SET / SOCET GXP ( Leica Photogrammetric Suite ( Inpho ( Intergraph ( Geomatica ( PhotopoL ( DPS software ( Digi3D ( Photomodeler ( Shapecapture ( iwitness ( Arpenteur (