Fotogrametría de los UAV y fundamentos de cartografía con LIDAR

Las aplicaciones de imágenes de fotogrametría y lidares de UAV están aumentando rápidamente. Esto no es sorprendente, ya que el uso de vehículos aéreos no tripulados que incorporan GPS para la vigilancia aérea es muy rentable en comparación con el alquiler de una aeronave con equipo de fotogrametría.

Como los UAV son relativamente baratos, las organizaciones tendrán su propia flota de UAV, lo que permitirá realizar estudios rápidos en grandes zonas terrestres y proyectos de infraestructura cuando sea necesario.

Con aviones teledirigidos equipados con GPS, cámaras digitales y potentes ordenadores, los estudios tienen una precisión de hasta 1 centímetro.

Este post da una mirada general a esta tecnología de mapeo de drones. También echamos un vistazo rápido a los sectores que se benefician del uso de los UAVs para fotogrametría y cartografía lidar. También miramos algunos de los mejores drones cartográficos del mercado junto con el software compatible.

Otro sector estrechamente relacionado es el uso de sensores LiDAR montados en los drones. Es otro sector en crecimiento y puedes leer más sobre el uso de los drones LiDAR aquí.

El uso de quadcopters y multirotores en fotogrametría y mapeo con lidar está todavía en sus primeras etapas pero está creciendo muy rápidamente. Hay grandes oportunidades en varios sectores. Ahora es el mejor momento para aprender sobre los UAVs, fotogrametría, 3D y cartografía lidar.

Si estás interesado en seguir un negocio de fotogrametría de UAVs o similar, compra el mejor quadcopter y sensores que puedas. Hay tremendas oportunidades para los propietarios con equipos de calidad de fotogrametría y lidares de UAV.

¿Qué es exactamente la fotogrametría de los UAV?

La fotogrametría es la ciencia de hacer mediciones a partir de fotografías. La salida de la fotogrametría es típicamente un mapa, un dibujo o un modelo 3D de algún objeto del mundo real o de la masa terrestre.

Mapas y modelos 3D

Para crear mapas 3D a partir de la fotogrametría aérea, la cámara está montada en el dron y suele apuntar verticalmente hacia el suelo.

Usando la fotogrametría para crear modelos 3D de monumentos o estatuas, la cámara se monta horizontalmente en el UAV.

Se toman múltiples fotos superpuestas (80 a 90% de superposición) del suelo o del modelo a medida que el UAV vuela a lo largo de una trayectoria de vuelo programada autónoma llamada waypoint.

Superponer fotos de un objeto o del suelo en un 80 a 90% sería imposible de completar con precisión por la navegación del piloto. Es esencial tener un UAV que tenga tecnología de navegación por puntos de ruta.

La cartografía de los drones y el Lidar explicados

El lidar de los UAV consiste en montar un escáner láser en un UAV para medir la altura de los puntos del paisaje debajo del UAV. Lidar significa en realidad (Detección de Luz y Alcance).3DR X8-M UAV para fotogrametría y mapeo con lidar.

Los escáneres Lidar pueden capturar cientos de kilómetros cuadrados en un solo día.

Midiendo de 10 a 80 puntos por metro cuadrado, se puede crear un modelo digital muy detallado de un paisaje.

La precisión de las mediciones, permite que los modelos 3D creados con el dron lidar se utilicen en procesos de planificación, diseño y toma de decisiones en varios sectores.

Los sensores del LIDAR también pueden perforar el denso dosel y la vegetación, lo que permite capturar la estructura de la tierra desnuda que los satélites no pueden ver, así como la cubierta terrestre con suficiente detalle para permitir la categorización de la vegetación y la vigilancia de los cambios.

La fotogrametría y los usos del Lidar

Mediante el uso de la fotogrametría de los vehículos aéreos no tripulados y la cartografía con lidar, existe una amplia gama de productos que pueden extraerse de las imágenes aéreas. Estos productos incluyen;

• DEM / DTM / DSM (modelos de superficie).
• Ortofotos (imágenes aéreas corregidas geoespacialmente).
• Modelos de construcción en 3D.
• Mapas de contorno.
• Características planimétricas (bordes de carreteras, alturas, señales, huellas de edificios, etc.).
• Levantamientos volumétricos.

Estos son algunos de los mejores usos del LIDAR y la fotogrametría. Todos estos sectores se benefician por tener imágenes 3D de precisión de sus proyectos. También se benefician con el aumento de la eficiencia y la reducción de los costos en comparación con el uso de aeronaves tradicionales.

• Gestión y planificación forestal.
• Modelación de inundaciones.
• Modelación de la contaminación.
• Mapeo y cartografía.
• Planificación urbana.
• Ordenación del litoral.
• Planificación del transporte.
• Exploración de petróleo y gas.
• Canteras y minerales (volumetría y exploración).
• Arqueología.
• Planificación de redes celulares.

Modelación de la vegetación en 3D

NOTA: La modelación de la vegetación utiliza sensores multiespectrales y sensores lidar en lugar de sensores de fotogrametría.

Cámaras de fotogrametría y cartografía 3D de los drones

Hay varios aviones teledirigidos con cámaras, que están listos para el mapeo en 3D. En realidad, cualquier dron equipado con un intervalómetro en la cámara sería adecuado. Un intervalómetro dispara el obturador de la cámara. Una captura fotográfica mínima sería una foto cada 2 segundos. Las siguientes cámaras funcionan bien para la fotogrametría y la cartografía.

• Cámaras Canon – S110, SX260.
• Cámaras Sony – QX1,DSC-RX100 A7R, A7, A7S, NEX-6, NEX-5R, NEX-5T, A5100.
• Cámaras Panasonic – GH3.

Las lentes de las cámaras GoPro no son buenas para crear mapas aéreos. Para obtener algún tipo de resultados decentes, tendrías que estar volando a más de 400 pies (aprox. 120 metros).

Además, las cámaras integradas en los aviones teledirigidos DJI como la Phantom 3, Phantom 4 e Inspire 1 te permitirán capturar imágenes de fotogrametría.

La mejor práctica de fotogrametría

Si las fotos no son buenas, entonces será difícil conseguir una calidad real en tus modelos 3D, no importa lo bueno que sea el software. Las fotos deben ser tan claras como sea posible. Si tienes un dron con una cámara de zoom y haces zoom en tus fotos aéreas, las pequeñas características son borrosas. Si es así, trata de averiguar la razón de la borrosidad y tus imágenes 3D mejorarán enormemente.

Elimina todo lo que se interponga en el camino de la máxima nitidez. Aquí es donde más megapíxeles realmente importa. Disparar en RAW definitivamente ayuda.

La iluminación siempre es importante en la fotografía. Una iluminación brillante y uniforme te permitirá tener una pequeña abertura para reducir la profundidad de campo de la imagen. La poca profundidad de campo es en realidad algo malo para la fotogrametría, porque los detalles borrosos confunden al software.

El objetivo es tener imágenes de alto detalle, nítidas y planas, lo que requiere cerrar la apertura, dando más luz. Una buena iluminación también le permitirá bajar el ISO, lo que reducirá el grano, y le permitirá tener una alta velocidad de obturación que también reduce el desenfoque por movimiento.

Dale al software de fotogrametría 3D sólo información de alta resolución. Si estás trazando un mapa de una escultura o edificio y no necesitas el fondo, entonces enmascáralo.

Si una imagen está apagada o no está alineada correctamente con las imágenes antes y después de ella, entonces borra esta imagen. Los humanos siguen siendo más inteligentes que el software, que se encargará de unir las imágenes. Filtrar las fotos malas o fuera de línea antes de que el software se ponga a trabajar, hará el trabajo del software de fotogrametría 3D más fácil dando una mayor precisión de la imagen.

Si no está en la imagen, entonces no está en su malla e imagen 3D. Asegúrate de que tienes la cobertura que necesitas para obtener todos los detalles que deseas, porque es difícil volver atrás y volver a fotografiar en las mismas condiciones exactas.

Si eres nuevo en el mundo de la fotografía, aquí tienes un artículo estupendo con consejos sobre fotografía aérea.

UAVs para fotogrametría y cartografía en 3D

Los drones de fotogrametría de DJI

DroneDeploy es una de las principales compañías que producen software de fotogrametría. Sus soluciones son compatibles con todos los DJI Drones, incluyendo el último Mavic 2 fold up drone.

DroneDeploy tiene una aplicación móvil para programar el vuelo autónomo y capturar fotos, que luego se pueden subir a la plataforma DroneDeploy en la nube. Esta plataforma DroneDeploy creará entonces los mapas y modelos 3D.

La última solución 3D de DroneDeploy se llama Live Map que crea el mapa 3D en tiempo real mientras vuelas. Puedes verlo durante el vuelo automatizado.

DJI Mavic 2 y Mavic Pro

El Mavic 2 y los anteriores Mavic Pro son perfectos para aplicaciones de fotogrametría y cartografía lidar. Todos estos quadcopters utilizan la última tecnología de IMU y de estabilización de control de vuelo para volar de forma súper suave. También tienen un cardán y una cámara integrados y estabilizados de 4k.

El DJI Mavic creará nubes de puntos muy precisas y mapas 3D perfectos unidos entre sí. Los Mavic son todos drones compatibles con los mejores programas de mapas 3D de compañías como DroneDeploy o Pix4D.

La navegación por puntos es muy importante para crear imágenes de fotogrametría 3D precisas. Los drones Mavic utilizan las balizas para su vuelo programado autónomo.

Sin embargo, todos los mejores programas de fotogrametría incluyen la navegación por balizas.

Con un alcance de transmisión de 7 km y un tiempo de vuelo de hasta 27 minutos, puede cubrir mucho terreno.

Mapeo de drones con DJI Matrice 600

La Matrice 600 (M600) es la nueva plataforma multirotor voladora de DJI diseñada para la fotografía aérea profesional y las aplicaciones industriales. Está construida para integrarse estrechamente con una serie de potentes tecnologías de DJI, incluyendo el controlador de vuelo A3, el sistema de transmisión Lightbridge 2, las baterías inteligentes y el sistema de gestión de baterías, para un máximo rendimiento y una rápida configuración.

El diseño modular del M600 hace que sea rápido y fácil de configurar. Todas las cámaras y cardanes Zenmuse son compatibles con la Matrice 600, con una carga útil máxima de 6 kg le permite volar el cardán Ronin-MX y una gama de cámaras desde los sistemas Micro Cuatro Tercios hasta el RED Epic. Cámaras de alta calidad junto con un multirotor súper estable le darán siempre mapas 3D perfectos.

El M600 cuenta con un tiempo de vuelo prolongado y una transmisión de imágenes HD de largo alcance y latencia ultra baja de 5 km para una composición y captura de imágenes precisas.

Este multirotor utiliza 6 pequeñas baterías inteligentes DJI con un sistema de gestión de baterías personalizado y un tablero de distribución de energía que permite que las seis baterías se enciendan con sólo pulsar un botón, y mantiene el sistema en vuelo en caso de que falle una sola batería, y permite a los usuarios comprobar el estado de la batería en tiempo real durante el vuelo.

La Matrice 600 tiene un GPS mejorado que permite una fotogrametría de alta precisión. El GPS mejorado también permite rastrear la posición de la Matrice 100 en tiempo real, a la vez que permite una adquisición más rápida de los satélites, una conservación más precisa de la posición y la planificación del vuelo.

DJI Phantom 4 Pro para fotogrametría

El DJI Phantom 4 Pro lanzado puede usar la edición DJI de malla Pix4Dmapper. La Phantom 4 también funciona con el software de Despliegue de Drones y Escaneo de Sitio mencionado más adelante en este post. El Phantom 4 vuela perfectamente suave, utiliza sistemas de navegación dual, utiliza la detección de obstáculos y sensores de evasión de colisiones. Tiene una cámara 4k. Y lo que es muy importante, también utiliza la navegación por puntos de ruta.

Es uno de los cuadricópteros más populares para ser usado en imágenes 3D.

DJI Phantom 3 e Inspire 1 Photogrammetry

En septiembre de 2015, una actualización de firmware y software dio a los modelos DJI Inspire 1 y Phantom 3 una navegación por puntos de ruta y ahora pueden ser utilizados para la fotogrametría.

El mejor software para usar con los drones DJI es quizás el DroneDeploy y las soluciones Pix4DModel y Pix4DMapper. También la aplicación Altizure es bastante buena para la fotogrametría.

Estación terrestre DJI con fotogrametría

En diciembre de 2015, Google dejó de apoyar a Google Earth y al software de la Estación Terrestre de DJI que se basaba en la API de Google Earth. Esto significa que DJI ha dejado de dar soporte a su propia PC Ground Station. Sin embargo, hay una gama de soluciones de estaciones terrestres de software de terceros, incluyendo algunas que están incorporadas en el software de cartografía 3D real.

Otros UAVS para fotogrametría

SenseFly eBee X Mapping UAV

El eBee X de Sensefly es el dron de ala fija diseñado específicamente para todas sus necesidades de mapeo. Fue diseñado para aumentar la calidad, eficiencia y seguridad de su recolección de datos.

Tiene una cámara que se adapta a cada trabajo con una precisión y cobertura excepcionales para satisfacer los requisitos de cada proyecto, y puede trabajar con prácticamente cualquier tipo de sitio.

El eBee X tiene un tiempo de vuelo máximo de 90 minutos y tiene una amplia cobertura de hasta 500 hectáreas (1.235 acres) a 400 pies, mientras que su alta precisión le ayuda a lograr una precisión absoluta de hasta 3 cm (1,2 pulgadas), sin GCP (puntos de control en tierra).

El eBee X se adapta a cualquier trabajo gracias a su gama de cámaras innovadoras. Entre ellas se encuentran las siguientes;

SenseFly S.O.D.A. 3D, para impresionantes reconstrucciones en 3D de entornos verticales.
Cámara de fotogrametría aérea SenseFly X RGB.
Dúo T de SenseFly para crear mapas térmicos geo-preciso.
Parrot Sequoia+ para capturar imágenes a través de 4 bandas espectrales definidas, visibles y no visibles, además de imágenes RGB.
SenseFly Corridor simplifica el mapeo de los drones de la infraestructura lineal y los sitios.

Software de la Estación Terrestre SenseFly eMotion

El software de gestión de vuelo de un dron (o estación de tierra) es avanzado, escalable y muy fácil de usar para cualquiera.

eMotion le ayuda a poner su dron en el aire rápidamente, mientras que incluye toda la funcionalidad que necesita para recoger y gestionar exactamente los datos geoespaciales que requiere. Soporta tanto aviones teledirigidos de ala fija como multirotor.

La compatibilidad de la salida incluye;

• Raster ortomosaico.
• Mapa de índice.
• Nube de puntos 3D.
• Modelos digitales de superficie (DSM).
• Malla 3D con textura.
• Líneas de contorno.
• Baldosas de Google Maps / Mapbox.
• Imágenes no distorsionadas.

La salida compatible puede ser llevada a los mejores productos de software como ESRI ArcGIS, GlobalMapper, Autodesk, Google Earth, DraftSight, QGIS, GeoMedia, AgPixel, SMS Ag, Trimble RealWorks, Bentley MicroStation, 3DReshaper y muchos más.

WingtraOne 3D Mapping Drone

El WingtraOne es un VTOL (avión teledirigido de despegue y aterrizaje vertical) diseñado específicamente para la construcción de mapas en 3D.

La capacidad de despegue y aterrizaje vertical permite al WingtraOne ascender y moverse como un helicóptero. Para una misión cartográfica, despega directamente en el aire y luego pasa a un vuelo de crucero hacia adelante y se ajusta a la resistencia y la velocidad de los aviones de ala fija. Para aterrizar, el WingtraOne cambia de nuevo al vuelo en el aire y desciende verticalmente.

Cámara Wingtra One para fotogrametría

El WingtraOne aumenta la precisión y el éxito de la misión de reconocimiento al llevar una cámara de 42 megapíxeles de grado fotogramétrico y una lente de distorsión ultra baja.

El WingtraOne cubre 100 hectáreas con una resolución de 0,7 centímetros por píxel en un solo vuelo o 400 hectáreas con una resolución de 3 centímetros por píxel. Esto hace que las misiones del WingtraOne sean excepcionales en comparación con otros aviones teledirigidos de reconocimiento y cartografía. El WingtraOne es;

• 2 veces más preciso que los vuelos con una cámara de 20 MP.
• Cubre 10 veces más área que los multicópteros.
• 5 veces más rápido que las mediciones terrestres.

Software del Piloto Wingtra

WingtraPilot es la interfaz de usuario intuitiva para gestionar el proceso de adquisición de datos de WingtraOne. Incluye formas de planificar las misiones, supervisar y revisar la misión durante el vuelo e inspeccionar la salida de datos sobre el terreno.

Todas las imágenes aéreas y la información de geo-localización se almacenan en una sola tarjeta SD y pueden ser inspeccionadas sobre el terreno en la tableta WingtraPilot para realizar controles de calidad tempranos. WingtraPilot ofrece la posibilidad de georeferenciar las imágenes de múltiples vuelos al final del día para reducir al mínimo el tiempo de inactividad en el lugar.

Software de fotogrametría compatible con WingtraOne

Los resultados son compatibles con todas las principales herramientas de ajuste y análisis como Pix4D (recomendado), DroneDeploy, PhotoScan y Precision Mapper.

Aeryon Scout Map Edition Quadcopter

El Aeryon sUAS está diseñado para cualquier aplicación que requiera ortomosaicos de precisión de grado topográfico, DSMs y nubes de puntos de imágenes aéreas u oblicuas – y una integración perfecta con GIS, CAD, y software de fotogrametría tradicional.

La Aeryon Map Edition incluye el Aeryon SkyRanger sUAS, la carga útil de imágenes integrada para la captura de imágenes y el software Pix4Dmapper para permitir el procesamiento de imágenes de campo y de oficina, incluyendo herramientas integradas para la visualización y edición de salidas en 3D.

Software de fotogrametría de mapeo y modelado de aviones teledirigidos

A continuación, hemos destacado algunos de los paquetes de software de fotogrametría en el mercado. Hemos publicado otro artículo, que cubre el mejor software de fotogrametría para la creación de mapas 3D en el mercado.

Software Pix4Dmodel

El software de malla Pix4Dmodel hace que la creación de modelos 3D a partir de imágenes sea automática y muy fácil. Todo lo que necesitas es una cámara y el software Pix4Dmodel. Esta Pix4Dmodel Mesh funciona con cualquier avión teledirigido. Abajo están algunos de los drones más populares en el mercado con los que podrías usar el software Pix4Dmodel.

• DJI Mavic 2 (los últimos drones de DJI).
• DJI Phantom 4 (todos los modelos).
• DJI Mavic Air.
• DJI Phantom 3 Advanced and Professional.
• DJI Mavic Pro.
• DJI Inspire 1 (Cámaras X3, X5).
• DJI Inspire 2.
• 3DR SOLO.
• Parrot Bebop 2.

Software de fotogrametría Pix4DMapper

El software de fotogrametría Pix4Dmapper permite generar modelos y mapas 3D profesionales a partir de imágenes. Este software Pix4Dmapper convierte sus imágenes en mapas 2D y modelos 3D altamente precisos y georeferenciados. Los mapas en 3D son personalizables y complementan una amplia gama de aplicaciones y software.

Salidas y características principales del Pix4DMapper

Aquí hay algunas características del software de fotogrametría de Pix4D;

• Nube de puntos 3D densificada – Es un conjunto de puntos 3D que reconstruyen el modelo. La posición X, Y, Z y la información de color se almacena para cada punto de la Nube de Puntos Densificada.
• Modelo Digital de Superficie y Terreno – Obtenga el valor de elevación de cada píxel, con o sin objetos sobre el terreno, listo para su flujo de trabajo SIG preferido.
• Ortomosaico – Un mapa geolocalizado de alta resolución con cada píxel de las imágenes originales proyectadas en el modo de superficie digital.
• Cálculo de volumen – Cálculos exactos de volumen en una representación perfecta de sus reservas, con una altura de base totalmente ajustable.
• Líneas de contorno – Una representación simplificada de la topografía con contornos cerrados que muestran la elevación.
• Modelo con textura 3D – Malla triangular con textura foto realista.
• Mapas de reflectancia – Evaluar la reflectancia en base al valor de los píxeles en imágenes multiespectrales o térmicas.
• Mapas de índices (NDVI, NDRE) – Trabaje con índices conocidos como NDVI y NDRE utilizados por los drones agrícolas o cree índices personalizados.
• Mapas de aplicación – Agregue y visualice los valores derivados de sus mapas de índice.
• Termografía – Un mapa de precisión radiométrica con un valor de temperatura de cada píxel.

Trimble Inpho UASMaster

El Trimble Inpho UASMaster es una completa estación de trabajo fotogramétrica para el UAS y las imágenes terrestres de corto alcance. Trimble tiene más de 30 años de experiencia en la fotogrametría aérea digital.

Su nuevo UASMaster combina los modernos algoritmos de visión por ordenador, con técnicas fotogramétricas de última generación comprobadas, para producir resultados precisos de forma automática, con una interacción manual mínima.

Algunos de los aspectos más destacados del UASMaster de Trimble Inpho son los siguientes;

• Abierto para cualquier cámara de ala fija, multirotor o de marco manual.
• Soporte especial para datos GNSS / IMU de alta calidad para un procesamiento estable en condiciones difíciles o para eliminar la necesidad de control en tierra.
• Flujo de trabajo racionalizado para la extracción automática de características con eCognition y una integración perfecta en Trimble Business Center para la aplicación topográfica clásica.
• Concepto de flujo de trabajo guiado intuitivo para el principiante en fotogrametría.
• Totalmente compatible con los módulos de fotogrametría Inpho de Trimble.

Software gratuito de fotogrametría Altizure

La aplicación Altizure permite el mapeo tridimensional totalmente automatizado de un área. Usted esboza un área en el mapa y la aplicación calculará la mejor ruta para tomar imágenes del área.

Estas imágenes pueden ser subidas a la página web de Altizure, donde son analizadas por su software para crear un renderizado 3D de su ubicación (también puede animar su creación).

Los drones compatibles son el DJI Mavic, Phantom 3, 4, Inspire 1 e Inspire 2. Altizure tiene una versión gratuita y también un servicio de pago.

Aquí hay una muestra de la calidad de salida usando un dron y la aplicación Altizure.

Aplicación de despliegue de drones

La aplicación de software DroneDeploy automatiza el vuelo de los drones y hace que sea muy fácil capturar imágenes aéreas. La plataforma DroneDeploy procesa las imágenes de los UAV usando visión por computador convirtiéndolas en mapas y modelos en 2D y 3D.

Todo lo que necesita es un avión teledirigido y un dispositivo móvil con la aplicación móvil DroneDeploy instalada.

Las imágenes capturadas por el dron están geo-etiquetadas, lo que ayuda a crear los mapas. Mientras el avión no tripulado vuela, un mapa en 2D aparecerá en su aplicación DroneDeploy. Cuando termine, suba las fotos a la página web de DroneDeploy. Después de unas pocas horas las fotos se mezclan en un mapa o modelo 3D.

Características de la aplicación móvil Drone Deploy;

• Hacer fácilmente planes de vuelo en cualquier dispositivo.
• Automatiza el despegue, el vuelo, la captura de imágenes y el aterrizaje.
• Transmisión en vivo de la vista en primera persona (FPV).
• Deshabilitar el vuelo automático y reanudar el control con un solo toque.
• Continuar fácilmente los vuelos ininterrumpidos para trazar mapas de grandes áreas.
• Explore los mapas interactivos de Ortomosaico, NDVI, Elevación Digital y modelos 3D.
• Mida el área y el volumen instantáneamente.
• Colabore con un equipo a través de mapas compartidos y comentarios.
• Obtenga ayuda cuando la necesite con el soporte de la aplicación.

Software de Fotogrametría Precision Mapper & Viewer

PrecisionMapper trabaja en línea para procesar automáticamente los datos aéreos en productos 2D o 3D. Cuenta con una biblioteca en continua expansión de herramientas de análisis bajo demanda, y hace que compartir o colaborar sea muy fácil.

Así es como funciona este software de fotogrametría PrecisionMapper;

• Recoge datos aéreos con el dron.
• Cargue los datos a su cuenta y procese los productos 2D o 3D.
• Gestione, colabore y comparta datos con cualquiera.
• Analice los datos con una biblioteca de herramientas de análisis bajo demanda.

Resultados clave de Precision Mapper

• Ortomosaicos.
• Modelos 3D.
• Herramientas de análisis de la salud de los cultivos.
• Medición de volumen.

Visor de precisión

PrecisionViewer es un software de escritorio que permite a los usuarios ver fácilmente la cobertura de la trayectoria de vuelo, añadir puntos de control en tierra y adjuntar registros de vuelo y límites de vuelo a los estudios.

Traducido desde: dronezon