Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas.

Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas que permite obtener automáticamente con gran precisión y fiabilidad los parámetros internos geométricos

(distancia y punto principal) y físicos (distorsión radial y tangencial) de la cámara. El sistema comprende una cámara termográfica (7), una unidad de control (8) que permite descargar y procesar las fotos y permite resolver los algoritmos fotogramétricos y un blanco (9). El blanco (9) comprende un panel (1) de material aislante que dispone de unas perforaciones (2) destinadas a alojar unas resistencias (3) conectadas a una fuente de alimentación. En la superficie de dicho panel (1), en correspondencia con las perforaciones (2) se disponen unas grapas (4) en posición ortogonal, y el panel (1) está rodeado por un marco de posicionamiento (5) que comprende al menos un elemento de enganche (6) destinado a acoplarse en un trípode fotográfico.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201330321.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE SALAMANCA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GONZALEZ AGUILERA,DIEGO, FERNÁNDEZ HERNÁNDEZ,Jesús, RODRÍGUEZ GONZÁLVEZ,Pablo, HERÁNDEZ LÓPEZ,David.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION > Detalles de los sistemas de televisión (detalles... > H04N5/33 (Transformación de radiación infrarroja)
  • SECCION G — FISICA > FOTOGRAFIA; CINEMATOGRAFIA; TECNICAS ANALOGAS QUE... > APARATOS O DISPOSITIVOS PARA HACER FOTOGRAFIAS, PARA... > G03B5/00 (Regulación del sistema óptico relativo a la imagen o a la superficie del sujeto, distinta al enfoque de aparatos fotográficos, aparatos de proyección o reproductores)
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Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas.

Fragmento de la descripción:

Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema que permite la autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas, permitiendo obtener los parámetros internos geométricos y físicos de la cámara de forma automática, precisa y fiable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 10

La termografía infrarroja es una técnica con un creciente grado de desarrollo y aplicación en los últimos años. Desde la inspección de edificios bien sean nuevos o históricos, donde se analizan perdidas de humedad y patologías, los estudios de eficiencia energética donde se detectan pérdidas de calor y fugas de aire, el mantenimiento de instalaciones eléctricas o mecánicas donde de 15 determinan fallos o sobrecargas en los elementos; hasta aplicaciones médicas en humanos y animales donde se determinan inflamaciones y problemas en el flujo sanguíneo entre otros.

Con esta técnica se obtienen imágenes que contienen la radiación infrarroja que todos los cuerpos emiten debido a sus condiciones térmicas, lo que permite determinar temperaturas o variación de 20 temperaturas en los diferentes objetos analizados y por consiguiente inferir los correspondientes análisis termográficos. Estas medidas de temperatura requieren de procedimientos de calibración térmicos (radiométricos) , ya estandarizados, que permiten garantizar una mayor exactitud en la información de temperatura. Para ello se utiliza un cuerpo negro que actúa como objeto teórico o ideal ya que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él, evitando la 25 reflectividad de falsas radiaciones. Sin embargo, el aspecto geométrico de las cámaras termográficas no se suele considerar y es un factor clave en determinadas aplicaciones de ingeniería y arquitectura donde se desean obtener reconstrucciones tridimensionales y valores métricos que apoyen los datos cualitativos de las temperaturas.

Los escasos acercamientos en esta línea proponen la utilización de lámparas incandescentes que al aumentar su temperatura al encenderse son detectados por las cámaras. No obstante, estos sistemas requieren de alimentación eléctrica y producen efectos de difracción que hacen que la identificación del centro exacto de los puntos sea aproximado. Con el fin de eliminar la deficiencia reseñada, otros acercamientos emplean un patrón con materiales de diversa emisividad utilizando 35 como base un papel aluminio que codifica diferentes dianas circulares y tarjetas. Ambos tipos de acercamientos carecen de una definición precisa y singular de los puntos, ya que las lámparas (sistema activo) y las dianas (sistema pasivo) definen elementos superficiales no puntuales.

Del estado de la técnica se conoce un sistema de calibración pasivo, conformado por una red de 40 dianas artificiales de diferente emisividad y que permite la obtención de los parámetros internos de la cámara termográfica mediante la toma de diferentes imágenes termográficas con diferentes ángulos e inclinaciones.

Otro sistema que se conoce del estado de la técnica es un sistema activo de lámparas 45 incandescentes que permite que cuando dichas lámparas incandescentes aumentan su temperatura sean detectadas por las cámaras termográficas. De la misma forma, a través de un protocolo de toma de imágenes a diferentes distancias y con diferentes ángulos permite la estimación de los parámetros internos de la cámara.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención propone un sistema para la autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas sustentado en el diseño de una red regular de resistencias en sinergia con el material aislante y grapas en disposición ortogonal, estableciendo puntos singulares de control que permitan determinar los parámetros internos de la cámara, tanto desde el punto de vista geométrico, es decir 5 la distancia principal y el punto principal, como físico, es decir la distorsión radial y la tangencial. Obtenidos los parámetros de calibración geométricos y físicos se llevan a cabo los procesos fotogramétricos convencionales habituales con cámaras, del tipo réflex y compactas, consistentes en la extracción y correspondencia de características, la orientación de las imágenes y la generación de modelos tridimensionales y ortofotos termográficas, lo que permite complementar los valores 10 cualitativos de las temperaturas.

El sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas de la presente invención comprende una cámara termográfica destinada a la toma de imágenes. Es la cámara que se autocalibra. Asimismo comprende una unidad de control y tratamiento de las imágenes tomadas por 15 la cámara termográfica y comprende un blanco de unas características especiales que permite la calibración de la cámara. Dicho blanco comprende un panel de material aislante que dispone de una pluralidad de perforaciones. Las mencionadas perforaciones están destinadas a alojar unas resistencias conectadas a una fuente de alimentación.

Las resistencias actúan como fuente activa de calor tal que la cámara se puede calibrar conociendo el patrón del panel y en función del calor que detecta de las resistencias. Como el patrón es de un material aislante todo el calor que generan las resistencias se canaliza en las perforaciones del blanco, aspecto que facilitará la visualización de los puntos individuales.

Para tal fin, el blanco comprende unas grapas en la superficie del panel en correspondencia con las perforaciones. Dichas grapas pueden ser unas grapas en forma de cruz o bien ser dos grapas dispuestas de forma ortogonal entre sí. El punto central de la cruz formada por las grapas sobre las perforaciones determina, junto con la resistencia correspondiente, un punto singular que se emplea para el autocalibrado de la cámara termográfica. 30

El panel está montado de sobre un marco de posicionamiento que comprende al menos un elemento de enganche que está destinado a permitir el acoplamiento del sistema de la invención en un trípode fotográfico. En una realización preferente el elemento de enganche es una rótula fotográfica tal que permite el acoplamiento del sistema en trípodes fotográficos convencionales y 35 que proporciona dos grados de libertad al sistema de forma que puede girar libremente en dirección acimutal y cenital. Así pues no es necesario desplazar la cámara para realizar el autocallibrado sino que estando fija sobre el trípode se puede girar. Esto permite aumentar la fiabilidad de la calibración.

El empleo de resistencias en la presente invención evita pérdidas de energía en la generación de 40 luz gracias a que son materiales de alta eficiencia energética al transformar toda la electricidad en flujo térmico. El uso de resistencias combinado con el empleo de un panel de material aislante evita la formación de bordes difuminados que son propios de los sistemas incandescentes en donde las lámparas incandescentes calientan el material adyacente. Adicionalmente, las perforaciones del panel, en el interior de las que se alojan las resistencias, permiten focalizar el flujo térmico emitido 45 mejorando así el contraste.

Todos los sistemas de calibración del estado de la técnica tienen limitaciones en la precisión del proceso de calibración ya que no materializan un punto sino un área, con los consecuentes errores derivados. La solución a este problema que propone la presente invención es el empleo de las 50

grapas mencionadas, que permiten materializar elementos puntuales que son recogidos por la cámara térmica.

Adicionalmente, los elementos puntuales delimitados por las grapas pueden dotarse de coordenadas mediante el empleo de sistemas metrológicos,...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas que comprende una cámara termográfica (7) , una unidad de control (8) y tratamiento de las imágenes tomadas por la cámara termográfica (7) y un blanco (9) del que se toman las imágenes, y el sistema está 5 caracterizado por que el blanco (9) comprende un panel (1) de material aislante que dispone de unas perforaciones (2) destinadas a alojar unas resistencias (3) conectadas a una fuente de alimentación y en la superficie de dicho panel (1) , en correspondencia con las perforaciones (2) , se disponen unas grapas (4) colocadas en posición ortogonal entre sí, formándose un punto singular entre la resistencia (2) y el punto central de las grapas (4) destinado al autocalibrado de la cámara 10 termográfica, y el panel (1) está rodeado por un marco de posicionamiento (5) que comprende al menos un elemento de enganche (6) destinado a acoplarse en un trípode fotográfico tal que el blanco (9) puede girar durante la calibración de la cámara.

2. Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas según la reivindicación 1 15 caracterizado por que panel (1) del blanco (9) es de poliestireno extruido.

3. Sistema de autocalibración fotogramétrica de cámaras termográficas según la reivindicación 1 caracterizado por que el elemento de enganche (6) del blanco (9) es una rótula fotográfica.