ES2535205B1 - Plataforma fotogramétrica - Google Patents

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Jesús FERNÁNDEZ HERNÁNDEZ
Diego GONZÁLEZ AGUILERA
Alberto HOLGADO BARCO
David HERNÁNDEZ LÓPEZ
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
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Abstract

Plataforma fotogramétrica que permite la instalación de una pluralidad de cámaras (4) en una estructura (1) de soporte con al menos unas paredes laterales (10) y una base (12). Comprende unos alojamientos (2) en la estructura (1) de soporte en los que se encuentran unas bahías (3) destinadas a recibir las cámaras (4). También comprende al menos un soporte adicional (5) unido de forma abatible a la estructura (1) y que también dispone de una bahía (3). Son también parte de la plataforma un sistema de sujeción (6) destinado a fijar la inclinación del soporte adicional (5) respecto a la estructura (1) y un elemento de conexión (7) dispuesto en la base (12) destinado a recibir un tubo de conexión (8) destinado a permitir su colocación en un dispositivo externo que puede ser aéreo o terrestre.

Description

PLATAFORMA FOTOGRAMETRICA
D E S C R I P C I ON
5 OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se puede incluir en el campo tecnico de las plataformas fotogrametricas. Concretamente esta es multifuncion y permite realizar tanto tomas aereas como terrestres.
10
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La fotogrametria es una tecnica que se emplea para determinar las propiedades geometricas de los objetos y las situaciones espaciales a partir de imagenes fotograficas.
15
En la actualidad se ha generalizado el empleo de vehriculos aereos no tripulados de bajo coste (UAV-unmanned aerial vehicles) a partir de lo cual ha proliferado el diseno de plataformas aereas para sustentar camaras y diversos sensores con diferentes propositos fotogrametricos.
20
De forma coincidente en el tiempo, la miniaturization de sensores de posicionamiento y navegacion, junto con la aparicion de camaras fotograficas de bajo coste y peso, ha permitido su embarcacion no solo en plataformas aereas UAV sino tambien en plataformas terrestres estaticas o moviles. Esto permite configuraciones multi-sensor y 25 multi-camara capaces de garantizar resultados de gran calidad e incluso superar en calidad y resolution a las imagenes capturadas por los medios aereos tripulados y los modernos sistemas de escaneo laser terrestre.
En el campo de los UAV, las plataformas para sustentar camaras existentes hasta la 30 fecha estan especializadas, desde el punto de vista fotogrametrico, en dos lmeas de accion hasta ahora incompatibles:
(i) la captura de imagenes panoramicas con fines de inspeccion y fotointerpretacion
(mediante el disparo simultaneo de varias camaras sincronizadas);
(ii) la adquisicion de imagenes estereoscopicas verticales y oblicuas para la reconstruction con fines metricos de cualquier escenario u objeto (mediante el empleo de 5 dos camaras de disparo smcrono en disposition estereoscopica de base conocida, o una sola disparando en diferentes posiciones segun el avance del propio vehriculo aereo).
En esta segunda lmea de action, la adquisicion fotografica con una sola camara esta limitada a la separation (baselmea) entre las camaras y por ende a sus posibles fuentes 10 de error. Actualmente, para minimizar ese problema se emplea una base conocida, pequena y calibrada, que permite un mayor grado de solape y la posibilidad de realizar pares multiples (multiple dense stereo matching). Esto redunda en una mejora de la precision de las reconstrucciones.
15 Del estado de la tecnica se conocen plataformas fotogrametricas que tienen ciertas limitaciones. Por ejemplo se conocen plataformas fotogrametricas que solo se pueden emplear en vehriculos aereos y que ademas en la disposicion en la zona nadiral de la plataforma esta recibe muchas distorsiones debidas a la geometria de "ojo de pez” de las lentes (y su distribution). Otra desventaja es que no permite estereoscopia de base 20 conocida.
Otras plataformas conocidas se instalan mediante sistemas de contrapeso y no permiten la captura de panoramas de forma sincronizada sino que es necesario rotar el propio vehiculo aereo en el que se instalan.
25
Tambien se conocen plataformas que estan restringidas a un uso solo terrestre, o tienen problemas con el panorama que resulta ya que no proporciona cobertura cenital completa. En otras no se permite la captura esteroscopica smcrona de base conocida o se permite solo en direccion horizontal.
30
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invencion ofrece una plataforma fotogrametrica que permite realizar una
captura simultanea de imagenes panoramicas y estereoscopicas. La plataforma esta disenada para la colocacion estrategica de una pluralidad de camaras para la obtencion de panoramas y prestando especial atencion a la toma estereoscopica simple y multiple que permita la automatization en la reconstruction 3D 5 fotogrametrica de las imagenes obtenidas.
Para ello, la plataforma presenta una configuration optimizada que minimiza la excentricidad entre las camaras que se colocan en ella y distribuye adecuadamente el centro de masas para una mayor estabilidad en el caso de ser instalada en un
10 vehiculo aereo no tripulado.
Por otro lado, la presente invention no esta limitada a su aplicabilidad en plataformas aereas no tripuladas (UAV), ya que no siempre es posible su utilization aerea (restricciones de seguridad o fisicas); pudiendo ser embarcada en cualquier soporte o
15 vehiculo terrestre tanto en modo estatico (embarcada en jalon o tripode) como dinamico (embarcada en sistemas terrestres moviles).
La plataforma comprende una estructura en la que hay una pluralidad de paredes laterales dispuestas con un angulo de 90° entre si y que son ortogonales a una base.
20 Comprende tambien una pieza de soporte adicional, que esta unida a la base y que es abatible. Dicho soporte adicional puede pasar de una primera position en la que esta alineado con la base a una segunda posicion en la que queda ortogonal a la base, dispuesto entre dos de las paredes laterales.
25 En cada pared lateral y en el soporte adicional se encuentra una camara y en la base se encuentran dos camaras situadas contrapuestas entre si. Ademas comprende un elemento de conexion con un tubo de conexion destinado a permitir su fijacion a un dispositivo externo en el que se instala.
30 Asi pues la plataforma permite su facil intercambiabilidad entre una configuracion aerea y una configuracion terrestre para conseguir panoramas mediante la cobertura solapada de las camaras dispuestas en ella (camaras de disparo sincronizado). Adicionalmente se pueden obtener imagenes estereoscopicas en techos y bovedas.
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Ademas, en la configuration terrestre, se puede disponer el soporte adicional en la primera position para realizar tomas multiples estereo y estereo-panoramas, de gran interes estos ultimos en las visitas virtuales inmersivas 3D. Para trabajar en esta configuracion hay que girar la plataforma de forma acimutal hasta encuadrar el objeto de interes (alzados, fachadas) mediante el abatimiento del soporte adicional y la rotation sobre su propio eje vertical.
La posibilidad de realizar tomas fotograficas simultaneas con fines de fotointerpretacion y fotogrametria y poder hacerlo tanto desde tierra como desde el aire (ademas de poder embarcar diferentes tipos de camaras (compacta visible, infrarroja, termografica, etc.)) permite abrir el camino a numerosas aplicaciones de la presente invencion.
Mas concretamente, la plataforma fotogrametrica permite obtener imagenes panoramicas para utilizarlas con fines de interpretation y analisis visual, asi como imagenes estereoscopicas que se requieran en aquellas aplicaciones con fines metricos en forma de modelos 3D y ortofotos.
El gran solape existente entre las fotos resultantes (con posibilidad de configuracion de diferentes baselmeas, corta y larga) unido a la redundancia procedente de los multiples pares estereo (imagenes estereoscopicas), permite garantizar una gran calidad en los procesos de matching (que se realiza comparando punto por punto) y por consiguiente en la obtencion de las nubes de puntos 3D para la obtencion de la imagen 3D final.
Con esta invention se aporta un avance en la adquisicion de information fotogrametrica, con independencia del soporte sobre el que se monte la plataforma (soporte aereo y/o terrestre) y el metodo fotogrametrico empleado (panoramico o estereoscopico).
Las principales areas de aplicacion de la plataforma fotogrametrica descrita son el analisis dimensional y reconstruccion tridimensional de edificios/fachadas tanto historicos
como de nueva construction, el analisis dimensional y reconstruction tridimensional de estructuras en ingenieria civil, la documentation y el cartografiado de yacimientos arqueologicos, y la catalogacion e inventariado en urbanismo.
5 Asi pues, en base a lo anteriormente descrito, las mayores ventajas de la presente invention son:
-Se puede emplear tanto en vehiculos aereos no tripulados como terrestres, adaptandose a sus caracteristicas (como por ejemplo la disposition del centro de gravedad para 10 embarcarse con estabilidad en plataformas aereas no tripuladas). Ademas cuando se emplea en aplicaciones terrestres se puede colocar tanto en dispositivos moviles (vehiculos rodados) como en dispositivos estaticos (del tipo tripodes, jalones, mochilas de transporte, etc.).
15 -Permite la captura simultanea de panoramas e imagenes multiples estereoscopicas. -Tiene un bajo coste.
-Es ligero, lo cual es un aspecto crucial en su vertiente aerea no tripulada con un peso del 20 soporte estimado en 870gr con las 6 camaras embarcadas.
-Es portable y robusto dada su ligereza y tiene un diseno compacto.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
25
Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se 30 ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de la estructura de soporte con las bahias en las que se alojan las camaras.
Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de la plataforma fotogrametrica en la que el tubo de conexion esta dispuesto perpendicular a la base y el soporte adicional esta en la primera posicion.
5
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva de la plataforma fotogrametrica en la que el tubo de conexion esta dispuesto paralelo a la base y el soporte adicional esta en la primera posicion.
10 Figura 4.- Muestra una vista desde una perspectiva diferente de la plataforma fotogrametica mostrada en la figura 3 en la que se aprecian las camaras que se encuentran alojadas en la base.
Figura 5.- Muestra una vista en perspectiva de la plataforma fotogrametrica en la que el 15 tubo de conexion esta dispuesto perpendicular a la base y el soporte adicional esta en la segunda posicion.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
20 A continuation se describe con ayuda de las figuras 1 a 5 una realization preferente de la invencion.
Se propone una plataforma fotogrametrica del tipo de las que permiten la instalacion de una pluralidad de camaras (4) en una estructura (1) de soporte, como la mostrada en 25 la figura 1, con al menos unas paredes laterales (10) y una base (12).
Asimismo, la plataforma fotogrametrica comprende unos alojamientos en la estructura (1) de soporte en los que se encuentran unas bahias (3) destinadas a recibir las camaras (4) y al menos un soporte adicional (5) unido de forma abatible a la estructura (1) y que 30 tambien comprende una bahria (3). Ademas comprende un sistema de sujecion (6) destinado a fijar la inclination de dicho soporte adicional (5) respecto a la estructura (1). Dicho sistema comprende unos pasadores que fijan la posicion del soporte adicional (5) respecto a la estructura (1).
En funcion de como se coloque la camara (4) en la bahia (3) del soporte adicional (5) se pueden obtener imagenes con pares estereo de mayor o menor baselmea.
5 La plataforma fotogrametrica esta destinada a ser instalada en un dispositivo externo. Una de las ventajas de la presente invention es que se puede instalar tanto en vehiculos aereos (tripulados y no tripulados) como en dispositivos terrestres. Para ello comprende un elemento de conexion (7) dispuesto en la estructura (1) de soporte destinado a recibir un tubo de conexion (8) destinado a permitir su colocation en el dispositivo externo en el 10 que se instala.
El elemento de conexion (7) esta dispuesto en el centro de masas de la estructura (1) y esto permite mejorar la estabilidad respecto al vehiculo en las tomas aereas.
15 Preferentemente la estructura (1) de soporte esta fabricada en plastico duro (PVC) para optimizar la relation entre el peso (critico en los vehiculos aereos no tripulados- UAV) y la resistencia.
En una realization de la invencion, en la estructura (1) las caras laterales (10) y la base 20 (12) estan dispuestas ortogonalmente entre si creando un espacio libre (11) entre ellas en
el que esta dispuesto el elemento de conexion (7).
En cada cara lateral (10) se encuentra una bahia (3) y en la base (12) se encuentran dos bahias (3) contrapuestas. Es decir, estan dispuestas en el mismo plano con una 25 orientation de 90° entre si. Esta distribution permite la generation de pares estereoscopicos. En funcion de como se coloquen las camaras (4) en estas bahias contrapuestas (3) se podra contar con pares estereo de mayor o menor baselmea.
Como se aprecia en la figura 1, preferentemente hay seis bahias (3) (una en cada pared 30 lateral (10), dos en la base (12) y otra en el soporte adicional (5)).
Las bahias (3) pueden comprender unas guias que facilitan la colocacion de las camaras (4). Dichas camaras (4) pueden ser camaras deportivas (estilo GoPro®), asi como otros
tipos de camaras compactas.
Las badas de la base (12) estan preferentemente contrapuestas entre s^ para garantizar el solape incluso para camaras cuyo campo de vista vertical sea 5 ligeramente menor de 90° y establecer simultaneamente una baselmea estereoscopica.
El soporte adicional (5) esta unido a la base (12) dispuesto entre dos paredes laterales (10) y se desplaza entre una primera position en la que esta alineado con dicha base (12) 10 y una segunda posicion en la que queda ortogonal a la base (12) enfrentado a una tercera pared lateral (10).
Segun esta realization, cuando el soporte adicional (5) esta en la segunda posicion, cuatro de las batias (3) (las tres batias de las paredes laterales (10) y la del soporte 15 adicional (5)) se disponen segun una configuration espedfica conformando un “anillo”. Es decir, el perimetro de la estructura (1) queda cubierto con una bahia (3) en cada una de las paredes laterales (10) que estan separadas 90° entre si y con la batia (3) del soporte adicional (5).
20 Las dos bahias (3) de la base (12) estan en un plano ortogonal a las bahias de las paredes laterales (10). La distribution de las bahias (3) tiene un diseno optimo para minimizar la excentricidad entre las camaras (4) (paralaje) y garantizar una captura de imagenes individuales con solape suficiente para la realizacion de panoramas.
25 La plataforma fotogrametrica descrita consigue su dualidad aire-tierra mediante el soporte adicional (5) gracias a lo que la bahia (3) que esta dispuesta en el tiene posibilidad de abatimiento. Asi pues esta permitida una rotation de 90° para cambiar su plano de disposition (de vertical a horizontal), pasando de la primera posicion a la segunda posicion descrita y viceversa.
30
Mediante la actuation del soporte adicional (5) para que pase a la primera posicion, se dispone de tres bahias en las paredes laterales (10) destinadas a alojar unas camaras (4) con las que componer hasta tres pares estereoscopicos separados por
sus respectivas baselmeas.
El elemento de conexion (7) es preferentemente una rosca doble ortogonal que dispone de un primer orificio (7.1) orientado hacia el soporte adicional (5) y un 5 segundo orificio (7.2) orientado ortogonal a este paralelo a la base (12). El tubo de conexion (8) se puede colocar en cualquiera de los orificios (7.1, 7.2) para poder instalarlo en el dispositivo externo en el que se quiere emplear (UAV, tripode, vehiculo terrestre...). A este respecto el tubo de conexion (8) esta preparado para recibir unas roscas de empalme (9) necesarias en cada caso en funcion del 10 dispositivo externo en el que se quiera instalar.
En las figuras 2 y 5 se observan realizaciones en las que el tubo de conexion (8) esta dispuesto en el segundo orificio (7.2). En las figuras 3 y 4 se observa una realizacion en la que el tubo de conexion (8) esta dispuesto en el primer orificio (7.1).
15
Asimismo la plataforma fotogrametrica puede llevar al menos una tapa (2) que se une a la estructura (1) de soporte en las bahias (3), destinada a asegurar la position de las camaras (4) en las bahias (3). Preferentemente dicha tapa (2) tiene una configuration en "U” y se dispone sobre los extremos de las paredes laterales (10) garantizando la 20 integridad de la estructura (1) de soporte y permitiendo el abatimiento del soporte adicional (5).
En un primer modo de funcionamiento, mostrado en la figura 5, el soporte adicional (5) esta en la segunda posicion y las camaras (4) alojadas en las bahias (3) 25 contrapuestas de la base (12) se disponen en posicion nadiral. De esta forma se pueden captar simultaneamente panoramas completos (con una sombra cenital coincidente con la posicion de la plataforma aerea) junto con la toma de imagenes estereo verticales. En este primer modo de funcionamiento el tubo de conexion (8) esta colocado en el segundo orificio (7.2).
30
Las camaras (4) que se disponen en las bahias (3) de la base (12) se pueden colocar cada una de ellas con una determinada orientation o con una orientation girada 180° (en funcion de como se introduzca en la bahia).
En un segundo modo de funcionamiento el soporte adicional esta tambien en la segunda posicion y es similar al primer modo de funcionamiento pero rotado 180° de forma que las camaras de la base (12) tengan posicion cenital. Con este modo de 5 funcionamiento se consiguen panoramas terrestres completos, salvo para la sombra proyectada en la posicion de la camara terrestre. La reconstruction estereoscopica se puede hacer para las imagenes tomadas en posicion cenital, como pueden ser por ejemplo techos y bovedas de cualquier interior. En este segundo modo el tubo de conexion (8) esta colocado en el segundo orificio (7.2).
10
Un tercer modo de funcionamiento, mostrado en las figuras 3 y 4, de la plataforma fotogrametrica es un modo mixto de pares estereo multiples y de estereo-panoramas terrestres. En este modo de funcionamiento el soporte adicional (5) esta en la primera posicion y el tubo de conexion (8) esta colocado en el primer orificio (7.1). De esta 15 forma se consigue la reconstruccion estereoscopica multiple de triple base de los elementos situados preferentemente en el plano acimutal. Mediante la rotation del tubo de conexion (6) se generan estereopanoramas.
De nuevo, en funcion de como quede la orientation de las camaras (4) contrapuestas 20 que se alojan en las bahias (3) de la base (12) y la de la propia bahia (3) del soporte adicional (5) (0° o 180°), se podran conformar pares estero con distintas baselmeas.

Claims (6)

  1. R E I V I N D I C A C I O N E S
    1. - Plataforma fotogrametrica del tipo de las que permiten la instalacion de una pluralidad de camaras (4) en una estructura (1) de soporte con al menos unas paredes laterales (10)
    5 y una base (12) y que esta caracterizada por que comprende:
    -unos alojamientos en la estructura (1) de soporte en los que se encuentran unas bahias (3) destinadas a recibir las camaras (4),
    -al menos un soporte adicional (5) unido de forma abatible a la estructura (1) y que tambien comprende una bahria (3),
    10 -un sistema de sujecion (6) destinado a fijar la inclination del soporte adicional (5)
    respecto a la estructura (1),
    -un elemento de conexion (7) dispuesto en la base (12) destinado a recibir un tubo de conexion (8) destinado a permitir su colocation en un dispositivo externo en el que se instala.
    15
  2. 2. - Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que en la estructura (1) las caras laterales (10) y la base (12) estan dispuestas ortogonalmente entre si creando un espacio libre (11) entre ellas en el que esta dispuesto el elemento de conexion (7).
    20
  3. 3. - Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que en cada cara lateral (10) se encuentra una bahria (3) y en la base (12) se encuentran dos bahias (3) contrapuestas.
    25 4.- Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que el soporte
    adicional (5) esta unido a la base (12) dispuesto entre dos paredes laterales (10) y se desplaza entre una primera position en la que esta alineado con dicha base (12) y una segunda posicion en la que queda ortogonal a la base (12) enfrentado a una tercera pared lateral (10).
  4. 5.- Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que el sistema de sujecion (6) comprende unos pasadores que fijan la posicion del soporte adicional (5) respecto a la estructura (1).
  5. 6. - Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que comprende adicionalmente al menos una tapa (2) que se une a la estructura (1) de soporte en las bahrias (3), destinada a asegurar la position de las camaras (4) en las bahias (3).
    5
  6. 7. - Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que comprende adicionalmente una rosca de empalme (9) dispuesta en el extremo del tubo de conexion (8) destinada a su union con el dispositivo externo en el que se instala.
    10 8.- Plataforma fotogrametrica segun la reivindicacion 1 caracterizada por que el elemento
    de conexion (7) comprende un primer orificio (7.1) orientado hacia el soporte adicional (5) y un segundo orificio (7.2) orientado ortogonal al primer orificio (7.1) paralelo a la base (12).
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