¿Alguna vez ha escaneado una escultura de tamaño grande u objeto, y los resultados de la medición son un desastre total? Escanear los objetos grandes de tamaño puede ser un desafío a medida que se acumulan errores a una cierta distancia durante la medición.
¿Cómo podemos eliminar los errores acumulados? Al integrar la fotogrametría con el escaneo 3D, podemos mejorar la velocidad y la precisión de la recopilación de datos y el proceso de modelado 3D.
La palabra "fotogrametría" fue acuñada por el arquitecto prusiano Albrecht Meydenbauer en su artículo "Die Photometrographie" en 1867. La fotogrametría se desarrolla a partir de la tabla plana, analogía, fotogrametría analítica a digital. Cada fase de su desarrollo se extiende unos 15 años. En este blog, nos centramos principalmente en la fotogrametría digital.
La fotogrametría es una técnica de medición que toma fotografías desde diferentes perspectivas para obtener coordenadas 3D. Específicamente hablando, extrae información geométrica triangulando las ubicaciones de los puntos sobre el tema.
Photogrammetry software can find characteristic points that are repeated in photos. The distance of these points can be inferred using triangulations. The more photos we take from different angles, the more accurate these locations are. Finally, these points would be converted into a mesh and a Modelo 3D.
La fotogrametría puede utilizar imágenes de fotografía aérea, entre otras fuentes, ofreciendo una mayor precisión y profundidad analizando múltiples fotografías tomadas desde varios puntos de vista, no limitados a las vistas aéreas. Mientras que la fotografía aérea sirve para capturar imágenes que proporcionan una visión general del terreno, la fotogrametría profundiza más, ofrece mediciones meticulosas de distancia, área y dirección, superando los errores de posición inherentes que se encuentran en las imágenes aéreas tradicionales.
La esencia de la fotogrametría radica en su utilización de múltiples fotografías superpuestas tomadas de diversos puntos de vista y ángulos. A través del análisis intrincado y la correlación de estas imágenes, la fotogrametría reconstruye una representación 3D de la escena, extrayendo datos espaciales precisos con fidelidad notable.
Este método encuentra una aplicación extensa en varias disciplinas, como la arquitectura, la ingeniería, la topografía y el control de calidad, donde la exactitud en la medición es primordial. Al aprovechar la sinergia entre las técnicas de imagen avanzadas y los algoritmos computacionales, la fotogrametría surge como una herramienta indispensable para capturar y cuantificar las complejidades de nuestro entorno físico con una precisión y eficiencia incomparables.
En la fotogrametría métrica, los ingenieros priorizan la precisión, aprovechando los puntos necesarios sobre los recuentos de píxeles para tareas como control de calidad e ingeniería inversa. Este método extrae mediciones y posiciones precisas de las imágenes utilizando algoritmos de precisión y puntos clave para construir modelos.
La fotogrametría ofrece soluciones exactas y eficientes para la topografía, el diseño, el análisis y la documentación. Es vital en ingeniería para crear mapas detallados, modelos y ortophotos para la infraestructura y las evaluaciones ambientales. También produce documentación precisa de las estructuras existentes, ayudando a las renovaciones y el mantenimiento.
Además, la fotogrametría mejora el diseño y la visualización con modelos 3D, identifica conflictos y reduce los costos. Monitorea la construcción, verificando las desviaciones para mantener la calidad y la seguridad.
El escáner láser 3D usa láseres para escanear la geometría de un objeto y obtener sus datos 3D. Una vez que se capturan todos los puntos, se genera una nube de puntos denso, que se puede usar para crear un modelo 3D.
La mayoría de los escáneres 3D en el mercado son capaces de escanear objetos cuyos tamaños están dentro de un rango de 1 m, mientras que es difícil para estos escáneres 3D escanear objetos a gran escala como turbinas eólicas, aviones y edificios. Ahí está donde entra la fotogrametría.
Al medir un objeto con fotogrametría, el primer paso es colocar marcadores reflectantes en la superficie del objeto y los objetivos codificados a su alrededor. También es necesaria una barra de escala para servir como referencia. Luego, las tomas se toman desde diferentes perspectivas, mientras se asegura de tomar fotos que se superponen.
Estas fotos ayudarán a construir una geometría 3D general del objeto. Los detalles de la superficie del objeto se pueden capturar utilizando un escáner 3D.
Con una alta resolución y cámaras de marco completa, un sistema de fotogrametría puede brindarle la salida de la más alta calidad. Gracias a su gran área de tiro y algoritmos precisos, puede reducir los errores de conexión que se acumulan a la distancia.
Scantech offers Sistema de fotogrametría de MSCAN for scanning large-scale objects, with high requirements in accuracy and measurement repeatability. MSCAN photogrammetry system can work alone, or work with handheld 3D scanners, to achieve a volumetric accuracy of up to 0.015 mm/m.
Mscan
Kscan
Para llevar la fotogrametría a un nuevo nivel, Scantech proporciona escáner 3D compuesto KSCAN. Trae escaneo láser infrarrojo, escaneo láser azul y fotogrametría en un solo dispositivo.
Ofrece resultados de escaneo altamente repetibles con excelentes detalles en alta eficiencia. Cuando se trata de medición, es adecuado tanto para la escala grande como para los objetos pequeños.
Here is an example of how KSCAN 3D scanner helps to inspect a engranaje de portador de planeta para una turbina eólica. El diámetro de este tipo de engranaje portador de planeta es generalmente mayor a 1 metro y pesa más de 1 tonelada métrica.
Usually, planet carrier gears are produced in small batches as the types of planet carrier gears vary. Engineers can get every single detail of the part and obtain precise 3D measurement results, using Kscan - escáner 3D mágico with built-in photogrammetry,
Para optimizar los resultados de la fotogrametría, un conjunto de fotos cuidadosamente seleccionado es crucial, proporcionando suficiente información para deducir los datos requeridos. Mientras que una cámara captura una escena en 2D, la fotogrametría analiza estas imágenes para crear un modelo 3D. Se necesitan suficientes imágenes superpuestas para reconstruir un modelo 3D integral. Sin embargo, el número de fotos requeridas depende de la complejidad del objeto y las necesidades del proyecto. Los algoritmos clave de fotogrametría incluyen:
Algoritmos de correspondencia de características identifican y alinean las características correspondientes a través de imágenes superpuestas que detectan meticulosamente características distintivas como esquinas, bordes o puntos clave dentro de las imágenes, facilitando el establecimiento de correspondencias entre puntos en diferentes imágenes. Al coincidir con precisión, los sistemas fotogramétricos pueden triangular y reconstruir posteriormente la estructura de tres - dimensiones de la escena con precisión y fidelidad.
El ajuste del paquete refina las posiciones y orientaciones estimadas de las cámaras en una configuración fotogramétrica. Al minimizar las disparidades entre las características de imagen observadas y predichas, el ajuste del paquete garantiza la coherencia y la precisión de la escena 3D reconstruida.
Los algoritmos de triangulación forman la piedra angular de la reconstrucción 3D en la fotogrametría. Estos algoritmos calculan las tres coordenadas dimensionales de los puntos en la escena al intersectar los rayos proyectados desde los puntos correspondientes en múltiples imágenes. A través de la triangulación, los sistemas fotogramétricos pueden reconstruir con precisión la geometría espacial de objetos y superficies, permitiendo la creación de modelos 3D detallados y realistas.
Los algoritmos de generación de Dem estiman la elevación de los puntos de terreno analizando pares de imágenes estéreo. Se utilizan métodos como la coincidencia estéreo, la coincidencia de imágenes densas o el escaneo de luz estructurado para reconstruir la topografía del terreno.
Los algoritmos de extracción de características identifican y extraen objetos o estructuras específicas de interés a partir de datos fotogramétricos. Estos algoritmos pueden detectar y delinear edificios, carreteras, vegetación u otras características culturales y naturales, dependiendo de los requisitos de la aplicación. La extracción de características facilita la extracción de información valiosa para tareas como la planificación urbana, el monitoreo ambiental y la respuesta a desastres.
Si bien los principios fundamentales de la fotogrametría siguen siendo consistentes, existen dos categorías principales relacionadas con su aplicación que dependen en gran medida de los requisitos individuales de un proyecto.
Los ámbitos de la preservación del patrimonio cultural, la conceptualización arquitectónica, los esquemas de diseño de productos y las simulaciones de realidad virtual requieren el uso de herramientas de representación fotorrealistas para representar de manera realista objetos de escenarios del mundo real. Como regla general, los modelos altamente detallados que incorporan una multitud de píxeles amplifican la calidad y la precisión.
La incorporación del color para el modelado 3D a través de la fotogrametría consiste en adquirir una variedad de imágenes de color alto de alta fidelidad que capturan diversas perspectivas para recrear colectivamente una impresión o representación integral. Después de este paso está la utilización de sistemas de software fotogramétrico avanzados que amalgaman estas imágenes capturadas en estructuras o modelos 3D meticulosamente detallados. Posteriormente, la integración de los detalles de color seleccionados de las capturas iniciales imparten la textura en estos modelos calculados que ayudan a reiterar auténticamente la apariencia del sujeto principal.
La forma final del modelo es a menudo imperfecta. Los escáneres 3D generales a veces pueden luchar con superficies brillantes, transparentes o negras, pero con la fotogrametría, el número de artefactos y ruido que inevitablemente tiene que lidiar es mucho mayor. El resultado final es un modelo con texturas HD, pero también con mucho ruido y geometría imperfecta.
Después de que se completa la reconstrucción geométrica, la información de color de la imagen original se aplica a la textura superficial del modelo. Esto implica mapear los colores en una imagen a los puntos correspondientes en un modelo 3D, creando así una representación visualmente realista de un objeto o escena.
