ES2401512B1

ES2401512B1 - Método para la modelización de pares estereoscópicos transversales en procesos fotogramétricos.

Info

Publication number: ES2401512B1
Application number: ES201101096A
Authority: ES
Inventors: Ignacio José ALONSO BORRAGAN; Jorge MARTÍNEZ TORRES
Original assignee: INGENIO 3000 SL
Current assignee: INGENIO 3000 SL
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2014-02-25
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: ES2401512A1

Abstract

Método para la modelización de pares estereoscópicos transversales en procesos fotogramétricos, que comprende:#- Diseño de una línea de vuelo (1) fotogramétrico aproximadamente coincidente en planta con el elemento lineal (2) a representar.#- Establecimiento de la altura de vuelo, del recubrimiento, y de la posición aproximada de los fotocentros atendiendo a la escala del proyecto, las características del sensor, y las particularidades el proyecto.- Y desdoblamiento de la línea de vuelo (1) en dos nuevas líneas de vuelo (1?) paralelas entre sí y simétricas respecto a la línea original; donde la distancia entre dichas líneas (1?) de vuelo será la base aérea de los pares estereoscópicos transversales (5?).

Description

MÉTODO PARA LA MODELIZACIÓN DE PARES ESTEREOSCÓPICOS

TRANSVERSALES EN PROCESOS FOTOGRAMÉTRICOS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un método para la modelización de pares estereoscópicos transversales en procesos fotogramétricos, el cual aporta, a la función a que se destina, ventajas y características de novedad que se describirán en detalle más adelante y que suponen una destacable mejora del estado actual de la técnica en su campo de aplicación.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en el desarrollo de un método para la modelización de pares estereoscópicos transversales en procesos fotogramétricos, particularmente los aplicados a objetos lineales, empleando dobles pasadas paralelas formando pares estereoscópicos en la dirección perpendicular al avance de la pasada, permitiendo con ello mejorar notablemente las limitaciones que presenta la metodología clásica de configuración de pares estereoscópicos en determinadas circunstancias.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la realización de procesos fotogramétricos aéreos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Según la Sociedad Internacional de Fotogrametría y Teledetección (ISPRS), lt;lt;Fotogrametría y Teledetección es el arte, ciencia, y tecnología de obtener información fidedigna a partir de imágenes sin contacto y otros sistemas de sensores de la Tierra y su

entorno,: y de otros objetos físicos a través del

registro,: medida, análisis y representa ció ngt;gt; (ISPRS,

2000)

Si disponemos de un mínimo de dos imágenes (par) en las que podemos identificar sendas

representaciones de un determinado punto del objeto a modelizar, y conocemos todos los parámetros de la orientación espacial de las imágenes, podremos determinar la posición espacial de dicho punto en un determinado sistema de referencia.

La precisión en la determinación de la posición espacial de un punto es función de la distancia lineal que separa dos imágenes que forman un par (Base) en las que el punto a determinar está representado, la distancia focal del sistema óptico, la distancia entre el sensor y el punto a determinar, la resolución de las imágenes, las distorsiones en el sistema óptico del sensor, las características del punto a identificar (como tamaño, forma, orientación,

definición,: contraste), así como los parámetros de

contorno como: humedad, temperatura, índice de

refracción,: etc.

Las distorsiones en el sistema óptico del sensor se determinan y modelizan mediante un proceso de calibración, y los parámetros de contorno se acotan en un rango en el cual su efecto es inferior a la precisión del sistema o se modelizan. El resto de parámetros se fijan en la configuración del proyecto, que en su mínima expresión se reduce al par estereoscópico.

La finalidad en la configuración de un par estereoscópico es permitir la determinación de puntos homólogos de toda la superficie a modelizar, por técnicas manuales o automáticas, que garanticen la unicidad del resultado, con el objetivo de establecer una relación biunívoca entre el modelo representado por el par estereoscópico y la realidad a representar, con precisión suficiente y homogénea.

La metodología clásica de configuración de pares estereoscópicos en procesos fotogramétricos está sometida a limitaciones en determinadas circunstancias, no permitiendo garantizar la unicidad del resultado ni el grado de precisión necesario. Tales circunstancias deben ser analizadas y anticipadas, haciendo que sea deseable el desarrollo de una metodología óptima que elimine o minimice el alcance de tales limitaciones, siendo este el objetivo de la presente invención.

Por otra parte, y como referencia al estado de la técnica, debe señalarse que, por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ningún otro método o invención de aplicación similar que presente unas características técnicas, semejantes a las que presenta el que aquí se preconiza, y cuyos detalles caracterizadores se encuentran convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

En la determinación de puntos homólogos de

modelos fotogramétricos, ya sea por técnicas manuales o automáticas, se emplea la propiedad de que el homólogo de un punto dado siempre se encuentra en la paralela a la línea epipolar que pasa por dicho punto, característica que permite reducir el área de búsqueda a una línea. La identificación final (posado) se realiza analizando los puntos de esta línea y localizando el mejor candidato.

En determinadas circunstancias puede ocurrir que no exista un único candidato óptimo, con lo que no se podrá garantizar la unicidad de la solución, ni la precisión suficiente. Esta situación se produce cuando se dan conjuntamente dos condicionantes:

Que el elemento a representar es lineal, paralelo o sensiblemente paralelo a la línea epipolar, y la información captada por el sensor del elemento es uniforme o sensiblemente uniforme en un entorno determinado.

Y que el entorno próximo del elemento a representar no permite discriminar entre los posibles candidatos. Esto se produce cuando el entorno próximo es uniforme; cuando no existe correspondencia entre los entornos próximos de los puntos homólogos del elemento; y/o cuando no existe en el entorno próximo ningún elemento característico en dirección distinta a la epipolar.

Como ejemplo de lo anteriormente expuesto, son los siguientes casos:

Aquellos en los que elementos objeto de captura son lineales, paralelos o sensiblemente

paralelos a la línea epipolar, y uniformes. Se produce notablemente en líneas blancas de carreteras, catenarias de líneas eléctricas, vías de ferrocarril, en definitiva redes lineales en las que las líneas de vuelo deben seguir forzosamente una dirección paralela al elemento para garantizar el correcto recubrimiento del área de interés del proyecto, y por lo tanto se producirá que las líneas epipolares serán sensiblemente paralelas al elemento a representar.

-: Aquellos en los que el entorno próximo es uniforme. Se produce muy habitualmente en ferrocarriles cuando el entorno próximo se reduce a la vía y las traviesas, y no existe suficiente definición en el balasto. El detalle se repite cíclicamente en la misma dirección y por lo tanto no se podrá realizar el posado en ausencia de un elemento característico bien contrastado ya sea puntual o lineal.

-: Aquellos en los que no hay correspondencia de entornos próximos. Se produce muy habitualmente cuando el elemento a representar se encuentra a distinto nivel que su entorno. Conjuntamente debe ocurrir que el sensor capture la información empleando una proyección no ortogonal, y que la relación entre la altura relativa del elemento con respecto a su entorno próximo y la distancia entre el sensor y el entorno próximo supere un determinado valor. Se produce en catenarias de líneas eléctricas, viaductos, acueductos, en definitiva redes aéreas con una importante altura sobre el terreno.

-Aquellos en los que el entorno próximo es un entorno carente de elementos en dirección distinta a la línea epipolar. Se produce muy habitualmente en carreteras recién asfaltadas, el entorno de la línea

blanca es un pavimento homogéneo y uniforme, carente de detalles.

Cabe aclarar que el entorno próximo hace referencia al área de estudio en torno al punto de interés, la cual vendrá definida por un tamaño prefijado que se establece atendiendo a los requisitos de precisión posicional requerida y las condiciones particulares de cada proyecto, y que se materializará en una ventana de búsqueda en procesos automáticos, o en un factor de zoom en procesos manuales.

Siguiendo con la explicación del método de la invención, conviene mencionar que la mejor situación posible al realizar una coincidencia entre dos elementos lineales a lo largo de una dirección se produce cuando los elementos siguen una dirección perpendicular al desplazamiento. Por lo tanto la situación ideal frente los casos citados anteriormente, sería que en la identificación final o posado, el elemento lineal a representar siguiese una dirección perpendicular a la línea epipolar. En estas circunstancias la identificación del punto homólogo a lo largo de la línea epipolar se realiza con una precisión muy elevada, garantizando la unicidad, y con independencia de las características del entorno próximo.

Para poder dotar de esta característica a un proyecto lineal en el que la línea de vuelo debe seguir forzosamente una dirección paralela al elemento, el método preconizado propone desdoblar la línea de vuelo en dos pasadas paralelas, con los fotocentros de las dos pasadas correspondientes a la misma zona situados en la misma perpendicular al elemento, a fin de formar pares estereoscópicos transversales a la línea de vuelo

en los que el elemento a representar sigue una

dirección perpendicular a la línea epipolar.

Con ello se consiguen destacables ventajas, entre las que cabe destacar lo siguiente:

Permite realizar posados por coincidencia en la mejor de las situaciones de configuración geométrica posible, siendo óptimo para redes lineales de cualquier naturaleza.

Permite mejorar la apreciación altimétrica

del: elemento lineal. Podemos aumentar la base aérea

transversal: conservando el recubrim iento en

longitudinal.

Se obtienen cuatro puntos de vista de cada elemento en cabeceras de pasada, y seis puntos de vista de cada elemento en el resto de pares. Esta característica permite aumentar la redundancia en los procesos de correlación automática, y garantiza el total recubrimiento de elementos verticales como torres eléctricas, antenas repetidoras, etc.

Proporciona mayor estabilidad geométrica y garantías en los procesos de aerotriangulación.

Por otra parte, el método de dobles pasadas paralelas presenta algunos inconvenientes, ya que el coste del proyecto aumenta al duplicar el número de fotogramas, y, además, el tiempo transcurrido entre la captura de las dos pasadas paralelas puede producir variaciones en las sombras, vegetación, líneas eléctricas, paneles solares giratorios, en definitiva elementos sujetos a variaciones de posición a lo largo del tiempo. Sin embargo, dichas variaciones

generalmente están acotadas en un rango, y en algunos casos la variación sigue una ley que puede ser determinada.

Visto lo que antecede, se constata que el método para la modelización de modelos estereoscópicos transversales en procesos fotogramétricos que la invención propone representa una innovación de características desconocidas hasta ahora para tal fin,

razones: que unidas a su utilidad práctica, la dotan de

fundamento: suficiente para obtener el privilegio de

exclusividad que: se solicita.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando del dispositivo objeto de la invención, y para ayudar a una mejor comprensión de las características que lo distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número l.-Muestra una vista en perspectiva de una representación del método convencional de modelización de modelos estereoscópicos en la que se muestra como se lleva a cabo mediante la pasada simple de avión que toma las imágenes.

La figura número 2.-Muestra una vista en planta de la representación del par estereoscópico de imágenes obtenido según el método convencional, en las que dichas imágenes quedan superpuestas linealmente al objeto.

La figura número 3.-Muestra una vista en perspectiva de una representación del método según la invención, en la que se muestra como se lleva a cabo mediante dobles pasadas paralelas.

La figura número 4.-Muestra una vista en planta de la representación del par estereoscópico obtenido mediante el método preconizado, en el que dicho par se superpone transversalmente al objeto.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede apreciar cómo según el método tradicional (figuras 1 y 2), para la modelización de modelos estereoscópicos en procesos fotogramétricos los pasos a seguir son:

Diseño de una línea de vuelo (1) fotogramétrico aproximadamente coincidente en planta con el elemento lineal (2) a representar, para que la lleve a cabo el avión (3) o aeronave que tomará las imágenes (4) que conformarán los pares estereoscópicos

(5) •

-: Establecimiento de la altura de vuelo, el recubrimiento, y la posición aproximada de los fotocentros atendiendo a la escala del proyecto, las características del sensor, y las particularidades el proyecto.

El resultado, como muestra la figura 2, son pares esteroscópicos (5) en los que las imágenes (4) están alineadas con el elemento lineal (2) a representar.

Por su parte, el método para la modelización

de modelos estereoscópicos que la invención propone

(figuras 3 y 4) presenta la particularidad de que dichos modelos estereoscópicos son transversales al elemento lineal (2) a representar, para lo cual dicho método comprende los siguientes pasos:

Como en el caso anterior, diseño de una

línea: de vuelo (1) fotogramétrico aproximadamente

coincidente: en planta con el elemento lineal (2) a

representar.

-: Establecimiento de la altura de vuelo, del recubrimiento, y de la posición aproximada de los fotocentros atendiendo a la escala del proyecto, las características del sensor, y las particularidades el proyecto.

-: Desdoblamiento de la línea de vuelo (1) en dos nuevas líneas de vuelo (1' ) paralelas entre sí y simétricas respecto a la línea original. La distancia entre dichas nuevas líneas (1') de vuelo será la base aérea de los pares estereoscópicos transversales (5'), con lo que se elegirá atendiendo a la apreciación altimétrica mínima requerida y al recubrimiento mínimo que garantice la total cobertura del área de proyecto.

Como se observa en la figura 4, los pares esteroscópicos transversales (5') los conforman las imágenes (4) que en este caso no quedan alineadas con el elemento lineal (2) a representar, sino una a cada lado del mismo.

En resumen, el método propuesto es aplicable a un proyecto lineal en el que la línea de vuelo deba seguir forzosamente una dirección paralela al elemento,

y propone de forma innovadora desdoblar la línea de vuelo en dos pasadas paralelas, con los fotocentros de las imágenes tomadas de las dos pasadas correspondientes a la misma zona situados en la misma perpendicular al elemento, a fin de formar pares estereoscópicos transversales a la línea de vuelo en los que el elemento lineal a representar sigue una dirección perpendicular a la línea epipolar.

Con todo ello, las ventajas que aporta el método propuesto son:

Eliminación de las indeterminaciones geométricas X,Y,Z en elementos que sigan la trayectoria de la dirección de vuelo.

-: Optimización de la definición altimétrica en elementos lineales.

-: En los procesos de correlación automática, garantiza resolver la indeterminación de todos los elementos verticales que se produce por el método clásico.

-: Garantiza la estabilidad geométrica en los procesos de aerotriangulación.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará

igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-MÉTODO PARA LA MODELIZACIÓN DE PARES

ESTEREOSCÓPICOS TRANSVERSALES EN PROCESOS FOTOGRAMÉTRICOS, aplicable a proyectos de fotogrametría en los que la línea de vuelo (1) debe seguir forzosamente una dirección paralela al elemento y en

los

que dicho elemento es un elemento con desarrollo

lineal

(2), caracterizado porque comprende los

siguientes pasos:

Diseño de una línea de vuelo (1) fotogramétrico aproximadamente coincidente en planta con el elemento lineal (2) a representar.

-

Establecimiento de la altura de vuelo, del recubrimiento, y de la posición aproximada de los fotocentros atendiendo a la escala del proyecto, las características del sensor, y las particularidades el proyecto.

-

Desdoblamiento de la línea de vuelo (1) en dos nuevas líneas de vuelo (1' ) paralelas entre sí y simétricas respecto a la línea original; en que los fotocentros de las imágenes tomadas en las dos pasadas correspondientes a la misma zona están situados en la misma perpendicular al elemento lineal (2), para formar pares estereoscópicos transversales (5') a la línea de vuelo en los que el elemento lineal a representar sigue una dirección perpendicular a la línea epipolar.
2.-MÉTODO PARA LA MODELIZACIÓN DE PARES ESTEREOSCÓPICOS TRANSVERSALES EN PROCESOS FOTOGRAMÉTRICOS, según la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia entre las nuevas líneas (1') de vuelo paralelas desdobladas será la base

aérea de los pares estereoscópicos transversales (5'), y se elige atendiendo a la apreciación altimétrica mínima requerida y al recubrimiento mínimo que garantice la total cobertura del área de proyecto.