Patrón dimensional para sistemas laser y fotogramétricos.

Consiste en un objeto que permite verificar la precisión,

exactitud y deriva de sistemas de medición basados en laser escáner y fotogramétricos por medio del cálculo de las distancias conocidas entre centros de las esferas (2) ensambladas sobre un bloque (1). Sobre dicho bloque están también mecanizados cubos (4) y cajeras (5) de diferentes tamaños para obtener la resolución vertical y horizontal en la medición de salientes y hendiduras. Además, dispone de cajeras en la parte inferior para aligerar el peso de la estructura y anillas toroidales (3) que favorecen el anclaje de las esferas al bloque.

nación de un distanciómetro láser para la medida de Patrón dimensional para sistemas láser escáner y fotogramétricos.

La presente invención se refiere al desarrollo de un patrón que sirve para la verificación dimensional de sistemas tipo láser escáner y fotogramétricos, obteniendo la precisión, exactitud y deriva de los mismos, así como comprobando su resolución horizontal y vertical en la medición de relieves como hendiduras o salientes.

Antecedentes de la invención Los sistemas de medición basados en fotogrametría y láser escáner permiten la obtención de nubes de puntos con coordenadas espaciales de la superficie de objetos para posteriormente obtener modelos tridimensionales de los mismos. Estas aplicaciones resultan de utilidad en sectores como la arquitectura, ingeniería civil, conservación del patrimonio, geodesia, e incluso en industrias como la naval o aeronáutica.

Las técnicas de fotogrametría digital se basan en la utilización de cámaras réflex o compactas digitales en las cuales se conocen u obtienen previamente los parámetros correspondientes a su orientación interna como por ejemplo las distorsiones radial y tangencial de la lente, coordenadas del punto principal, distancia focal de la lente, tamaño del sensor, etc. Estos parámetros en definitiva modelan la geometría del sistema óptico de la cámara y establecen una relación entre el sistema de coordenadas de la imagen y el sistema de coordenadas del sensor. Estos parámetros combinados con la orientación externa de la imágenes obtenidas del objeto y empleando la algorítmica adecuada, basada en gran parte en el principio de colinealidad, permiten la obtención de las coordenadas espaciales tridimensionales del objeto. La orientación externa establece una relación entre el sistema de coordenadas del sensor y el correspondiente al mundo real. El modelo obtenido se debe dimensionar empleando por ejemplo dianas de control de coordenadas geométricas conocidas o barras de escala. La fotogrametría está íntimamente unida a tecnologías como la visión artificial, procesado digital de imagen o la óptica, que contribuyen a su desarrollo y avance.

En la actualidad casi todos los desarrollos relacionados con la metrología en sistemas fotogramétricos se han ocupado de factores como por ejemplo la fabricación de elementos ópticos de alta calidad para disminuir las distorsiones ópticas, incrementar el número de píxeles de los sensores para obtener imágenes con mayor resolución espacial, establecer procedimientos para la correcta calibración interna de las cámaras, desarrollo de algoritmos fotogramétricos para mejorar la orientación externa de las fotografías del objeto y mejorar las coordenadas tridimensionales obtenidas o aplicar procesado digital de imagen para automatizar el proceso de búsqueda de puntos fiduciales. A pesar de los grandes desarrollos realizados no existen comercialmente patrones tridimensionales orientados a este tipo de tecnología. Dichos patrones deberían permitir que los usuarios de estos equipos comprueben las especificaciones metrológicas (precisión, exactitud y resolución) ofrecidas por los fabricantes de cámaras y desarrolladores de software fotogramétrico, y por otra parte, verificar el sostenimiento de las mismas durante la vida útil de los equipos (deriva) .

distancia con dos espejos móviles a partir de los que se obtienen los ángulos cenital y acimutal. Esto hace que la superficie del objeto se sitúe en un sistema de coordenadas de tipo esférico que después se puede fácilmente convertir a cartesiano. A nivel metrológico se ha trabajado mucho en la obtención de distanciómetros más precisos, encoders de alta precisión para obtener mayor calidad en la medición de los ángulos, modelado de los errores típicos del sistema como por ejemplo el error lineal de rango, errores periódicos en la medición de distancia, errores de colimación, errores en la medida de ángulos, etc.

De la misma forma que con los sistemas fotogramétricos, no existen patrones tridimensionales ni procedimientos de verificación normalizados que permitan a los usuarios comprobar las especificaciones metrológicas ofrecidas por los fabricantes de este tipo de instrumentación, así como las derivas existentes durante la vida útil de los instrumentos.

En la presente patente se muestra un patrón dimensional versátil que se puede aplicar indistintamente a sistemas fotogramétricos o láser escáner y que permitirá comprobar las especificaciones metrológicas de los mismos: exactitud, precisión, resolución y deriva. Descripción de la invención

El patrón dimensional aquí desarrollado permite verificar la exactitud y precisión de los sistemas láser escáner y fotogramétricos en rangos variables a través de la medición de distancias conocidas entre centros de esferas fijas sobre un bloque. Para ello, a partir de las coordenadas geométricas referidas a la superficie de las esferas se extraen los centros de las mismas empleando un ajuste por mínimos cuadrados o similar. Las distancias entre centros dan lugar a distancias geométricas hasta un rango máximo materializado por la longitud entre las coordenadas de los centros de las esferas de los extremos. Evaluando la repetitividad de las medidas se obtendrá la desviación típica de los datos obtenidos que será representativa de la precisión del sistema. Por otra parte, comparando los valores de distancia calculados frente a los previamente certificados por otro procedimiento metrológicamente superior, como por ejemplo con una máquina de medición por coordenadas, se podrá evaluar la exactitud del sistema. De forma similar, si se guarda un histórico con las medidas observadas y éstas se repiten a lo largo del tiempo, se podrá observar la evolución de la precisión y exactitud del equipo durante su vida útil (deriva) .

Además, el patrón también permite la determinación de la resolución vertical y horizontal de dichos sistemas en la medición de relieve, tanto en salientes, materializados físicamente por cubos de diferentes dimensiones mecanizados sobre un plano de referencia, como en la medición de hendiduras, materializadas por cajeras mecanizadas respecto a un plano de referencia. La resolución tanto en la medición de salientes como de hendiduras vendrá dada por la distancia geométrica menor que es capaz de detectarse en cada uno de los ejes. En el caso de la resolución vertical esta magnitud se obtendrá a través de la distancia entre dos planos. Uno de los planos proviene en ambos casos, salientes y hendiduras, de un ajuste por mínimos cuadrados de los puntos geométricos situados en la superficie de referencia. El otro plano, dependien

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do del caso, proviene de la superficie superior de los cubos o la inferior de las cajeras. En el caso de la resolución horizontal se puede utilizar un método basado en extraer la distancia horizontal entre el máximo y el mínimo de la función derivada de las coordenadas verticales sobre las coordenadas horizontales.

La distancia entre cubos debe ser suficiente para evitar efectos de sombra entre las diversas fotografías que se realicen al verificar una técnica fotogramétrica.

El patrón es portátil y se puede sujetar con un trípode de los empleados típicamente en topografía, que permitirá su desplazamiento para comprobar sus características metrológicas a distancias y ángulos diferentes entre los equipos de medición y el patrón.

El patrón dispone también de cajeras inferiores sin objetivo metrológico, pero con la función importante de aligerar peso en el sistema.

La principal ventaja que presenta esta invención consiste en que permitirá de una forma sencilla que los usuarios de equipos láser escáner y fotogramétricos verifiquen las especificaciones metrológicas de dichos sistemas tanto en el momento de su compra como el mantenimiento de las mismas durante su vida útil. Además, el patrón está pensado para minimizar los escaneados y fotografías necesarias para la verificación de los sistemas y se puede utilizar de forma portátil. Breve descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan los siguientes dibujos.

La figura 1 muestra una vista del patrón dimensional en la que se observan las esferas para la medición de exactitud, precisión y deriva en la medida de distancia, los cubos para la determinación de la resolución en la medida de salientes y las cajeras de la parte inferior para la disminución del peso. La figura 2 muestra una...

1. El patrón dimensional para sistemas láser escáner y fotogramétricos, está caracterizado esencialmente por un conjunto de esferas (2) ensambladas linealmente sobre un bloque (1) , que materializan una longitud para la verificación de la precisión, exactitud y deriva.

2. El patrón dimensional para sistemas láser escáner y fotogramétricos, dispone de cubos (4) con diferentes tamaños y cajeras de diferente ancho (5) para la verificación de la resolución tanto en salientes como en medidas sobre hendiduras.

3. El patrón dimensional para sistemas láser escáner y fotogramétricos, está caracterizado también por disponer de cajeras (6) para la disminución de peso del sistema.

ES 2 369 802 A1

ES 2 369 802 A1