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Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía UNIVERSIDAD DE JAÉN Dpto. de Ingeniería Cartográfica,

Geodésica y Fotogrametría

Fotogrametría Digital Tema 2 – Sistemas Fotogramétricos Digitales

Prof. Dr. Jorge Delgado García

Dpto. Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría

Universidad de Jaén

[email protected]

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Justificación:

• 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.

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:

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Tema 2. Sistemas Fotogramétricos Digitales

2.1 Sistemas Fotogramétricos Digitales y Estaciones Fotogramétricas Digitales.

2.2. Elementos de una Estación Fotogramétrica Digital

2.2.1 Sistema de visualización estereoscópica

2.2.2 Control tridimensionales del modelo

2.2.3 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

2.4.1 Ejemplos de estaciones fotogramétricas digitales comerciales

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Bibliografía

• Graham, L.N.; Ellison, K. y Riddell, C.S. (1997). The Architecture of a Softcopy Photogrammetry System. PE&RS, 63(8), 1013-1020.

• 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),77-83.

• 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. 26-29Agosto. Washington.

• Saleh, R.A. (2000). The cost and benefits of softcopy photogrammetric production. IAPRS, XXXIII (B2),476-481.

• 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), 101-110.

• Walker, S. (1996). Digital Photogrammetric Workstations 1992-1996. IAPRS, 31(B2), 384-395 Información publicitaria de páginas web de las empresas comerciales.

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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.

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Datos de Entrada

Digitales DigitalesAnalógicos Analógicos

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ESCÁNER

Base de Datos Ráster Base de Datos Vectorial Base de Datos Temática

OperadorHumano

Fotogrametría

VisiónAutomática

Productos Fotogramétricos en formato digital

Productos Fotogramétricos en formato analógico

DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS DE SALIDA(Filmadora, Trazadores gráficos, ...)

Análisis deImágenes

Base de Datos Mixta

Estación de Trabajo Fotogramétrica (DPW)

Datos Temáticos

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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

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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

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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.

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Sistemas de visión estereoscópica

Métodos: • Separación espacial (split) • Separación temporal (gafas activas o pasivas) • Separación espectral (anaglifos)

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ESTEREÓSCOPO DE ESPEJOS

CPU Buffer Imágenes 1 y 2

IMAGEN 2IMAGEN 1

PANTALLA RGB

IZQUIERDA DERECHA

ESTEREÓSCOPO DE ESPEJOS

PANTALLA 1 PANTALLA 2

IZQUIERDA DERECHA

CPU 1Buffer Imágenes 1

CPU 2Buffer Imágenes 2

IMAGEN 1 IMAGEN 2

Método de separación espacial (split). Izq.: 1 monitor, Der.: 2 monitores

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IMAGEN 2IMAGEN 1

PANTALLA RGB

Gafas polarizadas pasivas

Polarización horizontalPolarización vertical

Imagen dividida en dos

regiones con planos depolarización perpendiculares

Método de separación temporal (flicker). Izq.: Pasivo, Der.: Activo


IMAGEN 2IMAGEN 1

PANTALLA RGBSincronizador de polarización

120 Hz: Imagen monoscópica60Hz: Imagen estereoscópica

Gafas polarizadas activas

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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

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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

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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

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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

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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

ab

c

d

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.

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Precisión a nivel de subpixel

Analógicos(70 años)

Analíticos(20 años)

Digitales(? años)

1900 1970 1990 ?

EVOLUCIÓN REVOLUCIÓN

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

Cursor

a b

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2.3 Análisis de rentabilidad de la DPW



Digitales(? años)

1900 1970 1990 ?


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)

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2.4 Ejemplos de DPW



Digitales(? años)

1900 1970 1990 ?


BAE Systems SOCET SET / SOCET GXP (http://www.socetgxp.com) Leica Photogrammetric Suite (http://www.erdas.com) Inpho (http://www.inpho.de) Intergraph (http://http://www.intergraph.com/learnmore/sgi/photogrammetry/digital-photogrammetry.aspx) Geomatica (http://pcigeomatics.com) PhotopoL (http://www.topol.cz/photopol/) DPS software (http://www.vingeo.com/podelta.html) Digi3D (http://www.digi3d.net) Photomodeler (http://www.photomodeler.com) Shapecapture (http://www.shapecapture.com) iWitness (http://www.iwitnessphoto.com) Arpenteur (http://www.arpenteur.net)

http://www.socetgxp.com/







http://www.erdas.com/







http://www.inpho.de/







http://http//www.intergraph.com/learnmore/sgi/photogrammetry/digital-photogrammetry.aspx














http://pcigeomatics.com/





http://www.topol.cz/photopol/








http://www.vingeo.com/podelta.html










http://www.digi3d.net/









http://www.photomodeler.com/







http://www.shapecapture.com/







http://www.iwitnessphoto.com/







http://www.arpenteur.net/







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