La otra Automatización de Fotogrametría: Objetivos Codificados

Traducción del inglés desde el blog de Photomodeler aquí:

www.photomodeler.com/the-other-photogrammetry-automation-coded-targets


  • ¿Qué son los objetivos codificados?

  • Historia de la automatización

  • ¿Por qué utilizar objetivos codificados?

  • Objetivos codificados frente a puntos inteligentes

  • Ejemplos y aplicaciones de objetivos codificados


¿Qué son los objetivos codificados?

Estoy seguro de que has visto un código de barras en el empaque de algún producto. Los códigos de barras son escaneados por un láser que lee el patrón de barras blancas y negras y lo convierte en un número único o 'código'. El código se puede utilizar para identificar el producto en el momento del pago.

Los objetivos codificados de PhotoModeler son como códigos de barras, ya que identifican algo de forma única (en este caso, un punto en un objeto o en una escena), pero tienen tres diferencias:

  • el código está impreso en un círculo, lo que facilita su identificación de todos los ángulos (incluida una inclinación),

  • el código está destinado a ser leído en diferentes tamaños, diferentes distancias y diferentes ángulos, y todo dentro de una foto normal tomada con una cámara normal, y

  • tiene un círculo sólido en el centro para ayudar a marcar automáticamente la posición con alta precisión.

Los objetivos codificados pueden ayudar a automatizar determinadas tareas de medición de puntos en PhotoModeler. Aumentan la productividad y la precisión.

Los objetivos codificados de PhotoModeler se denominan RAD - objetivos anillados detectados automáticamente (Ringed Automatically Detected targets). Dos de los 999 objetivos RAD podrían verse así:



Los objetivos codificados se colocan en la escena o en el objeto antes de tomar las fotos. Los objetivos codificados pueden imprimirse en papel normal, montarse en un tablero rígido o fabricarse de plástico para un uso repetido. El único criterio para el tamaño es que el punto central tenga una imagen de al menos 10 píxeles de ancho en todas las fotos. Pueden ser más grandes, rotados o en ángulo.

PhotoModeler busca automáticamente en toda la imagen lo que podría ser un objetivo codificado y luego lee el código para confirmar. Estos objetivos codificados pueden estar en ángulo con la cámara (dentro de lo razonable) y pueden tener diferentes tamaños y diferentes rotaciones. Cuando se identifica el mismo código en varias fotos, esos puntos se hacen coincidir o se "vinculan". Aquí hay una fotografía de ejemplo que tiene objetivos codificados:




Puedes ver que es una escena con iluminación natural y los objetivos se han colocado en un automóvil. Hay muchas aplicaciones de esta tecnología, algunas de las cuales se describen a continuación. En una foto como la de arriba, PhotoModeler buscaría y vincularía los códigos en unos segundos. Un proyecto completo, con 50 fotos y objetivos codificados, se detectaría y procesaría automáticamente (para producir un conjunto de puntos 3D) en menos de un minuto.


La versión 2018.0 de PhotoModeler (lanzada el 14 de diciembre de 2017) tiene una mejora significativa en el procesamiento de proyectos de objetivo codificado. Esta mejora hace que el uso de objetivos codificados sea aún más productivo.

Además de los objetivos codificados, PhotoModeler admite objetivos de puntos RAD y objetivos de puntos simples. Un punto RAD es como un objetivo codificado (con un punto central y un anillo) pero no hay código. Los puntos RAD no se pueden identificar de forma única (es decir, no se pueden hacer coincidir entre las fotos), pero PhotoModeler aún puede marcarlos automáticamente. Los puntos RAD son buenos para agregar densidad de puntos. El anillo ayuda a PhotoModeler a distinguir este punto objetivo de otros objetos circulares en las imágenes.


Los objetivos de puntos simples son solo puntos de alto contraste sin anillos ni código; no se detectan de manera tan robusta porque la mayoría de las fotos naturales tienen objetos circulares. Los puntos simples son buenos para trabajar con puntos pequeños y de mayor densidad en imágenes que no son complejas. Los objetivos codificados y los objetivos de puntos se pueden combinar en un proyecto. El video Tutorial de objetivos codificados muestra un proyecto de caja de techo de automóvil con una combinación de algunos objetivos codificados, objetivos de puntos y la producción de una superficie NURBS.


Historia de la automatización

Desde la introducción temprana de la medición fotogramétrica durante la Segunda Guerra Mundial hasta el día de hoy, un paso clave en el proceso ha sido que los humanos identifiquen manualmente puntos en fotografías y los hagan coincidir con los mismos puntos en otras fotografías. El advenimiento de la informática moderna significó que, a partir de finales de la década de 1980, se pudieron computarizar algunas tareas fotogramétricas. A principios de la década de 2000, la tarea de identificar puntos comunes en fotografías vio algunos pasos de automatización tempranos.


PhotoModeler tiene una larga historia de automatización de coincidencia de puntos:


  • Objetivos codificados introducidos: abril de 2003

  • Objetivos codificados RAD añadidos: enero de 2009

  • Introducción de SmartPoints: octubre de 2010

  • Mejora de procesamiento robusto de codificado de objetivos: diciembre de 2017

Existen varios programas de fotogrametría que utilizan detectores de características inteligentes para automatizar la extracción de nubes de puntos de superficies texturizadas. La detección de características inteligentes es un desarrollo reciente en el campo, pero la automatización más temprana en fotogrametría fue la detección de objetivos codificados. La detección de funciones inteligentes (SmartPoints en PhotoModeler) funciona en superficies naturales y no se necesitan objetivos. Los objetivos codificados tienen un objetivo diferente al de los SmartPoints, como se describe a continuación.


¿Por qué utilizar objetivos codificados?


La detección, el marcado y la vinculación de objetivos codificados es automática, rápida y precisa. A continuación, se muestran las principales ventajas de utilizar objetivos codificados en comparación con el marcado manual y SmartMatch / SmartPoints automatizados:


  • velocidad: mucho más rápido que el marcado y la referenciación manual y, en algunos casos, también más rápido que los SmartPoints.

  • precisión: con el objetivo de punto central, el marcado guiado por visión por computadora puede producir posiciones de puntos precisas de menos de un píxel. Esto es mucho más preciso que el marcado manual o los SmartPoints.

  • recuento de puntos bajo: a menudo, al obtener medidas específicas o al generar dibujos CAD, no necesita una nube de puntos densa.

  • mide los puntos que desees: puede colocar el objetivo con precisión en el punto que deseas capturar.

  • medir puntos que no se pueden ver: con la capacidad de compensación, un objetivo codificado emparejado puede identificar un tercer punto que podría no ser visible para la cámara.

  • modelos no adecuados para SmartPoints: las superficies brillantes y sin textura no funcionan bien con la tecnología SmartPoint, pero se pueden resolver con objetivos codificados.


¿Existe alguna desventaja en el uso de objetivos codificados? Colocar y quitar objetivos lleva mucho tiempo. El tamaño del objetivo es importante (modelar objetos grandes requiere objetivos grandes, que pueden ser difíciles de producir). Por último, si necesita una alta densidad de puntos, puede ser difícil de lograr con el número limitado de códigos (999 códigos con objetivos RAD).


Mayor automatización con objetivos codificados


Además del marcado automático y la coincidencia de puntos con objetivos codificados, hay otras dos capacidades útiles en PhotoModeler: puntos de compensación para medir puntos de difícil acceso u ocultos, y configuración automática de escala y sistema de coordenadas.


Un objetivo codificado con desplazamiento es un par de objetivos separados por una distancia fija y conocida. PhotoModeler los reconoce y puede calcular un tercer punto a partir de esto. Los objetivos codificados con compensación son excelentes para medir puntos donde no se puede colocar un objetivo (como en una esquina o en un borde), o incluso donde el punto deseado está completamente oculto a la cámara.

Cómo funcionan los objetivos codificados con compensación

Otra ventaja única de usar objetivos codificados en un proyecto es que se pueden usar para establecer automáticamente la escala, la orientación y la rotación de un proyecto. Por ejemplo, si define los ID de destino para los extremos de una barra de escala, puede hacer que PhotoModeler configure automáticamente la escala en sus proyectos. Vea el video de YouTube de configuración de escala objetivo codificado de PhotoModeler.


Barra de plástico con dos objetivos codificados para automatización de escala


Objetivos codificados frente a puntos inteligentes


PhotoModeler tiene dos formas de identificación de puntos, marcado y vinculación automatizada: objetivos codificados y puntos inteligentes. Las diferencias se mencionan arriba, pero aquí están las diferencias como una comparación directa:



Ejemplos y aplicaciones de objetivos codificados


Los objetivos codificados de PhotoModeler se utilizan en varias industrias por las razones descritas anteriormente. Algunas ejemplos son:

Escaleras

Varios clientes de PhotoModeler utilizan objetivos codificados para ayudar a automatizar la medición de escaleras, pasamanos, barandas, etc. Una de estas aplicaciones es la instalación de salvaescaleras en escaleras que no tienen una estructura simple. Un cliente de PhotoModeler que utiliza objetivos codificados para el diseño de salvaescaleras es Harmar de Florida / USA; estos son dos de sus proyectos:


Los objetivos codificados de compensación se utilizan para identificar el morro de cada escalera (y, a veces, también la parte posterior). Los objetivos se colocan en cada escalera y luego se toman varias fotografías caminando por ellas y desde múltiples ángulos. También se incluye una escala entre uno o más objetivos. PhotoModeler produce un modelo 3D completo de los puntos y compensaciones que se puede exportar a un software CAD para llevar a cabo un diseño adicional (de ascensores, por ejemplo). Vea también el video Tutorial de escaleras de PhotoModeler en YouTube.


Encimeras de cocina, salpicaderas y otras renovaciones del hogar


Hay varias aplicaciones en la construcción de viviendas o en la renovación de viviendas en las que es necesario realizar mediciones precisas de una forma compleja. Una aplicación común es la medición o creación de plantillas de encimeras de cocina (y salpicaduras) después de que se hayan colocado nuevos gabinetes de cocina. Las caras encimeras de piedra tienen poco margen para errores de medición. Una empresa de cocinas o una empresa de plantillas puede tener un conjunto de plantillas de objetivos codificadas que se colocan en las bases de los gabinetes típicos. Junto con los objetivos desplazados para llegar a las esquinas, se puede desarrollar un sistema automatizado para producir mediciones precisas y dibujos CAD.



Una superficie que es bastante difícil de medir con fotogrametría es el vidrio. En el siguiente ejemplo, se modela una cabina de vidrio para ducha de baño utilizando objetivos codificados y objetivos de compensación.



Partes Industriales

Hay muchas aplicaciones de medición industrial en las que se requiere una precisión muy alta. La fotogrametría con objetivos de subpíxeles es una de las mejores formas de conseguirlo. Además, las piezas y equipos industriales suelen tener superficies metálicas y brillantes. Ambos criterios indican objetivos codificados como un buen método.

Un ejemplo interesante es un caso en el que se tuvo que medir con precisión un objeto muy pequeño. Este sistema de medición industrial requería la colocación precisa y el modelado de la superficie de una superficie en movimiento que tenía solo 6 cm de ancho. Los objetivos codificados se pueden hacer muy pequeños. A continuación se muestra una plantilla utilizada en este sistema utilizando objetivos codificados grabados con láser. La plantilla tiene solo 50 mm de ancho, lo que hace que cada objetivo codificado tenga solo 5,5 mm de ancho.



Los objetivos codificados también pueden estar hechos de material retrorreflectante, es decir, material que devuelve la luz a la cámara con un flash montado. Muchas señales de tráfico están hechas de material retrorreflectante. Una ventaja de hacer objetivos codificados (o objetivos de puntos simples) a partir de material retrorreflectante es que son muy brillantes en la foto. Normalmente, se establecería la exposición en la cámara para que solo los objetivos sean visibles. Reducir las fotos para que contengan solo puntos de destino brillantes aumenta la velocidad de detección, especialmente importante en algunas escenas que pueden tener muchos círculos pequeños en las fotos.


Otras aplicaciones

¡Las aplicaciones para la medición y el modelado de objetivos codificados son ilimitadas! Otras posibles aplicaciones son; topografía precisa de interiores y áreas pequeñas, modelado de la forma del casco de los barcos, modelado de las cubiertas de los barcos para modificaciones, dimensionamiento preciso de muestras arqueológicas, reconstrucción de accidentes, seguimiento del movimiento y calibración precisa de plantillas multicámara, etc.

Obtenga más información sobre cómo funcionan los objetivos codificados y eche un vistazo más de cerca a la capacidad de objetivos codificados de PhotoModeler

en EJEMPLOS, INDUSTRIA Y MEDICIÓN EN EL CAMPO, TOPOGRAFÍA Y MEDICIÓN

9 de Enero de 2018


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