ES2315083B2 - Cam-dist.sistema fotogrametrico para medicion 3d semi-automatica de objetos. - Google Patents
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Abstract
CaM-DisT. Sistema fotogramétrico
para medición 3D semi-automática de objetos.
El equipo que se patenta permitirá la medición
semiautomática de superficies planas y de los elementos contenidos
en éstas.
Para ello se fundamenta en los principios de la
fotogrametría de objeto próximo y en la utilización conjunta de
cámaras fotográficas digitales y distanciómetros láser. Una de las
ventajas principales de la invención vendrá dada porque este equipo
permitirá realizar las mediciones de los diferentes elementos sin
necesidad de establecer contacto físico previo de ningún tipo entre
el soporte especial y los objetos que se pretenden medir.
Este equipo aporta una solución sencilla y
eficaz a una problemática existente en el sector de la edificación,
como es la medición de fachadas o de elementos individuales como
puertas y ventanas, en edificios de nueva construcción o
rehabilitaciones.
Description
CaM-DisT. Sistema fotogramétrico
para medición 3D semi-automática de objetos.
El equipo que se describe permitirá la medición
semiautomática de superficies planas y de los elementos contenidos
por estas, para ello se fundamenta en los principios de la
fotogrametría de objeto próximo y en la utilización conjunta de
cámaras digitales y distanciómetros láser, todo ello sin necesidad
de contacto físico previo entre este equipo y los objetos que se
pretende medir. Este equipo aporta una solución sencilla y eficaz a
una problemática existente en el sector de la edificación,
concretamente en la medición de fachadas o de elementos individuales
como puertas y ventanas, en edificios de nueva construcción o
rehabilitaciones.
La fotogrametría es una técnica para obtener
información acerca de la posición, tamaño y forma de un objeto
midiendo sobre fotografías del mismo. Cuando la extensión del
objeto a medir es inferior a unos 100 metros y las cámaras están
cerca de él se habla de fotogrametría de objeto cercano.
Un caso particular de fotogrametría de objeto
cercano es la de bajo coste que persigue acercar la fotogrametría a
usuarios no especializados y carentes de pocos recursos para
invertir en equipos. Principalmente se basan en el empleo de
cámaras digitales de bajo coste y en la supresión de métodos y
equipos topográficos para la toma de puntos de control.
La medida de objetos por métodos fotogramétricos
simples utilizando una cámara fotográfica y un distanciómetro láser
ha sido planteada por Tommaselli y Lópes (2005), que proponen una
metodología válida para medir objetos planos de forma rectangular,
orientada principalmente a la medición de paneles publicitarios.
El equipo que hemos diseñado permite mejorar la
técnica propuesta por Tommaselli y Lópes, ya que integra la cámara
y el distanciómetro en un soporte que permite girar este último en
diferentes posiciones, de manera que su eje no tiene que ser
paralelo al de la cámara, lo cual es muy útil para la medición de
huecos en fachadas de edificios, como puertas y ventanas, en los
que la distancia de la cámara al plano de la fachada debe medirse
en la pared exterior al hueco. Además, el sistema incorpora una PDA
para almacenar la distancia medida con el distanciómetro e
introducir datos relativos al objeto fotografiado que pueden ser
enviados por conexión remota a un ordenador mediante un sistema de
comunicaciones bluetooth.
Antonio María García Tommaselli and Mario
Luis López Reiss (2005). A Photogrammetric Method for
Single Image Orientation and Measurement. Photogrammetric
Engineering and Remote Sensing, 71 (6):
727-732.
El sistema fotogramétrico para medición 3D
semi-automática de objetos permite la utilización
combinada de cámaras fotográficas y distanciómetros láser para la
obtención por métodos indirectos de dimensiones de objetos. A partir
de la información proporcionada por las cámaras y los
distanciómetros es posible la medición sobre superficies planas,
aplicando los principios de la fotogrametría de objeto próximo se
eliminará la necesidad de realizar mediciones de referencia sobre
estas superficies, evitándose el contacto físico con los objetos a
medir, pues esta información conocida normalmente como "puntos de
apoyo", necesaria para la realización del proceso denominado
Orientación Absoluta, se obtendrá directamente de la medición
realizada con el distanciómetro láser.
La técnica se fundamenta en la deformación
conocida que sufre un objeto plano cuando es fotografiado de forma
no perfectamente perpendicular al mismo. Conociendo puntos de la
superficie y la distancia medida con el distanciómetro, que será
asimilable a la distancia cámara-objeto, es posible
determinar la posición relativa entre el soporte especial y el
plano sobre el que se pretende medir, pudiendo evaluar la
deformación y consecuentemente las dimensiones reales del objeto
capturado.
El sistema fotogramétrico para medición 3D
semi-automática de objetos posibilita el montaje
conjunto de una cámara fotográfica y un distanciómetro láser de
forma estable y perfectamente conocida, asegurando sus posiciones
relativas y consecuentemente la precisión de las medidas del
equipo. Así mismo se dispone de una serie de mecanismos necesarios
para posibilitar la regulación del mismo en diferentes posiciones.
Esta regulación consiste en la desviación de la dirección de
medición del láser respecto de la dirección de la toma fotográfica
(dirección normal desde el punto principal al plano de la película
o sensor CCD). La justificación de estos ajustes se debe a la
necesidad de evitar huecos, relieves u otros elementos que no se
sitúan sobre el plano de interés; la finalidad es poder disponer en
todo momento de la medida realizada sobre la superficie objeto de
las mediciones.
El mecanismo permite la regulación de la
posición relativa entre cámara y distanciómetro mediante la
variación de la posición del último, manteniendo la cámara fija.
Se dispone de una bandeja sobre la que se fija el láser y que puede
girar sobre dos ejes perpendiculares entre si, simultánea o
individualmente, así como anclar una determinada posición
rígidamente para poder operar con el equipo. Con esto se consiguen
dos movimientos del haz láser de medida: pan y tilt.
La posición relativa entre los instrumentos para cada posición es
conocida tras un proceso de calibración realizado previamente.
Durante el proceso de calibración se determinarán en primer lugar,
las componentes sobre los tres ejes (b_{x}, b_{y}, b_{Z}) que
determinarán la posición del origen de la señal del distanciómetro
respecto al punto principal de la cámara; y en segundo lugar los
ángulos (\alpha y \beta) que forman entre si el haz del láser y
el eje perpendicular desde el punto principal al plano imagen en la
cámara fotográfica.
El equipo se complementa con un sistema de
comunicaciones Bluetooth® y un microcontrolador. Para la toma de
datos se realiza la toma fotográfica y automáticamente la captura
de la distancia medida por el distanciómetro láser que se transmite
mediante comunicación Bluetooth® a un equipo cercano (ordenador
personal, PDA, etc.). Al realizar la fotografía se produce un cambio
de estado en la señal de salida de la cámara dispuesta para el
control de un flash externo. La función del microcontrolador será
estar en todo momento a la escucha de esta señal, de tal manera que
un cambio de estado en la misma se interpreta como una captura de
la cámara, y a continuación enviar, también por Bluetooth®, al
distanciómetro la orden para que capture la distancia y la envíe al
equipo que recoge los datos. El microcontrolador a continuación
volverá a ponerse a la escucha de una nueva señal. Las
comunicaciones son de tipo asíncrono estándar RS-232
entre microcontrolador, distanciómetro y el equipo que recoge los
datos. Para ello los distintos instrumentos deben de tener esta
característica. El microcontrolador se combina con un transceptor
de datos Buetooth® para disponer de esta facilidad.
\vskip1.000000\baselineskip
Para mayor comprensión de la invención descrita
en el este documento se incluyen las siguientes figuras.
Figura
1
Representa el flujo de información así como la
interrelación entre las diferentes partes que forman el conjunto
durante su utilización.
Figura
2
Muestra el sistema de anclaje de las pletinas
fijas a los instrumentos, en este caso la cámara fotográfica pero
el sistema es aplicable de igual forma al distanciómetro láser.
Figura
3
Se muestra un detalle de cómo se montan los
instrumentos sobre el resto del equipo; nótese la sección ficticia
con la finalidad de facilitar la comprensión del montaje. Una vez
colocada la pletina, ésta encaja en un hueco dispuesto en el
soporte y se mantiene en su posición mediante los tornillos de
apriete manual mostrados. Igualmente se muestra la cámara
fotográfica pero con el distanciómetro se opera de igual forma.
Figura
4
Se muestra la secuencia de regulación para la
modificación de la posición del distanciómetro sobre el eje
vertical. En el primer fotograma se observa la posición inicial, en
el siguiente la liberación al actuar sobre la palanca y separar el
rodillo de la leva fija, y finalmente la posición deseada.
Figura
5
Esa figura muestra como se mantiene/fuerza el
ajuste debido a la acción que el muelle ejerce sobre las palancas
que soportan los cilindros (eje horizontal).
Figura
6
Vista del diseño final elegido para el conjunto
de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La parte mecánica del sistema fotogramétrico
para medición 3D semi-automática de objetos está
compuesta por un brazo principal que mantiene solidarios la cámara
fotográfica y el distanciómetro láser, y por una bandeja giratoria
que permite la realización de los ajustes (según posiciones
previamente establecidas) de la desviación entre los
instrumentos.
El sistema de anclaje de los instrumentos,
cámara y distanciómetro, se realiza de la misma forma. En ambos se
coloca una pletina permanente en su base, fijada mediante el
tornillo dispuesto para el trípode (Figura 2). Esta pletina tiene la
función de encajar sobre la bandeja o el brazo, en el caso del
distanciómetro y de la cámara respectivamente, permitiendo además
su montaje y desmontaje del resto del equipo. El acople se realiza
en un hueco con forma la de la pletina y se asegura mediante dos
tornillos de apriete manual en cada una (Figura 3). Con este sistema
se facilita el desmontaje para transporte de los instrumentos
evitando tener que recalibrar el conjunto.
La posición relativa entre los instrumentos se
regula mediante dos mecanismos iguales (uno por eje) que actúan
sobre la bandeja que soporta el distanciómetro permitiendo el giro
en dos ejes perpendiculares (Figuras 4 y 5). El principio de
funcionamiento se basa en una leva con un número de hendiduras igual
al de posiciones de regulación posibles en las que encaja un
rodillo. El rodillo tiene la misión de mantener inalterable la
posición de la leva ejerciendo una presión suficiente entre ambos
elementos mediante la acción de un muelle. Esto se ve favorecido
por la forma en "V" de la hendidura que además asegura la
repetición de cada una de las posiciones en la bisectriz de su
ángulo. El cambio de posición se realiza actuando sobre una palanca
que separa el rodillo de la leva y permite el giro de la misma.
El sistema fotogramétrico para medición 3D
semi-automática de objetos está diseñado para
realizar mediciones sobre objetos planos; ésta debe ser la principal
característica de los elementos a medir para que su aplicación sea
posible.
La medición de fachadas de edificios en
construcción o rehabilitación será una de sus posibles
aplicaciones. Al tratarse de elementos generalmente planos es
posible conocer, utilizando este equipo, las dimensiones de los
elementos que se sitúan sobre ella, totalmente de forma indirecta,
lo que significa que no será, necesario contacto alguno con la
misma. Se determinan de esta manera dimensiones de muros, huecos de
fachada u otros elementos constructivos de interés facilitando la
realización de mediciones para controlar, presupuestar o
fabricar.
Un operario se coloca ante el objeto que se
pretende medir en posición adecuada para la realización de una toma
fotográfica. Se fija entonces la posición del distanciómetro
respecto de la cámara de tal manera que el puntero del mismo se
situé sobre el plano a capturar, evitando relieves o huecos. Una vez
conseguido esto se puede capturar la información: primero se
dispara la cámara que almacena el fotograma correspondiente, y
automáticamente el equipo electrónico registra este evento enviando
una orden para que el distanciómetro capture la distancia entre
soporte y superficie a medir, a continuación será transmitida por
Bluetooth® al equipo cercano dispuesto para su almacenaje (PDA o
PC). Los datos recogidos se procesan posteriormente, conociéndose
entonces las dimensiones reales del objeto.
Claims (3)
1. CaM-DisT, sistema
fotogramétrico para medición 3D semi-automática de
objetos permite la realización de mediciones de objetos de forma
indirecta, está caracterizado esencialmente por la
posibilidad de obtener las dimensiones reales de objetos desde
fotogramas tomados de los mismos sin necesidad de realizar
mediciones de referencia sobre estos elementos, evitando de esta
forma cualquier tipo de contacto.
2. CaM-DisT, sistema
fotogramétrico para medición 3D semi-automática de
objetos, según la reivindicación 1, caracterizado por
permitir el montaje conjunto de dos instrumentos de medición
indirecta en un mismo soporte especial. Con esta invención es
posible utilizar simultáneamente una cámara fotográfica y un
distanciómetro láser y transmitir los datos capturados de forma
automática a un equipo remoto mediante comunicación
inalámbrica.
3. CaM-DisT, sistema
fotogramétrico para medición 3D semi-automática de
objetos, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por
la posibilidad de poder desviar la dirección sobre la que se toman
medidas y evitar elementos (huecos o salientes) que provocarían una
medida de referencia errónea.
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