Dispositivo para geo-localización 3D y orientación de tomas fotográficas terrestres.

Dispositivo para geo-localización 3D y orientación de tomas fotográficas terrestres.

Se describe en la memoria descriptiva de la presente invención un desarrollo de un sistema para la geo-localización 3D y orientación de tomas fotográficas terrestres realizadas desde trípode con la finalidad de automatizar la obtención de modelos tridimensionales y ortofotos de manera rápida, precisa y automática. Para ello se detalla un dispositivo que permite alojar una unidad central para procesar datos que llegan de varios sensores como pueden ser sensores de geolocalización y otro tipo de sensores que permiten captar datos que son procesados por dicha unidad de proceso e incorporarlos a las imágenes.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el campo de la instrumentación destinada a toma de imágenes geolocalizadas.

El objeto de la invención consiste en un sistema para la geolocalización 3D y orientación de tomas fotográficas terrestres realizadas desde trípode con la finalidad de automatizar la obtención de modelos tridimensionales y ortofotos de manera expedita y automática.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El posicionamiento directo, espacial y angular, de las cámaras fotográficas ha sido durante décadas una meta perseguida y ansiada por parte de la fotogrametría tanto aérea como terrestre que tenía que recurrir a procedimientos indirectos (topográficos) para la 20 determinación de la posición de sus cámaras. Más concretamente, había que recurrir al establecimiento de una red de puntos de apoyo y chequeo levantados por instrumental y personal topográfico que permitiese resolver la indeterminación de la posición de los puntos de vista de la cámara y por tanto el problema de intersección inversa. Con el paso de los años y la evolución de la tecnología esta indeterminación, más acusada en el caso de las 25 cámaras aerotransportados en movimiento, se ha resuelto satisfactoriamente con la entrada en escena de los sistemas de posicionamiento por satélite GNSS y muy especialmente con su hibridación con los sensores inerciales IMU, lo que a ha permitido aspirar a la georreferenciación directa de las cámaras en tiempo real. Una prueba del grado de avance en este campo y muy particularmente en el de la fotogrametría aérea son los numerosos 30 desarrollos en forma de algoritmos, métodos numéricos e incluso patentes en el campo de la georreferenciación directa de cámaras fotogramétricas aéreas mediante la integración GNSS/IMU. Gracias a esta hibridación se está en disposición de hacer frente a la determinación directa de la posición espacial y angular de una cámara en movimiento y por

ende la posibilidad de resolver el proceso de orientación de las imágenes y la generación de productos cartográficos de manera automática, esencial en muchas aplicaciones en las que se demanda un alto grado de inmediatez en la obtención de este tipo de resultados.

En la actualidad se conocen algunos dispositivos para posicionamiento espacial y angular como el descrito por el documento P200900365 donde se describe un soporte de sistema fotogramétrico multi-cámara portátil para aplicaciones terrestres que facilita la georreferenciación directa y la calibración en procesos fotogramétricos; para ello cuenta con un cuerpo central provisto de un habitáculo para el alojamiento de un sistema de navegación inercial INS en su interior y con posibilidad de giro horizontal, una base que soporta sensores y cámaras, y una antena GNSS dispuesta en la parte superior del soporte, posibilitando así tres realizaciones consistentes en: un modelo rígido en el que la situación relativa de los sistemas particulares de coordenadas, con respecto al sistema general definido por el soporte, permanece constante durante el proceso de medición; un modelo con eje horizontal giratorio en el que las cámaras y sensores pueden tener giro de cabeceo; y un modelo con eje horizontal giratorio más sistema de verticalización de antena que permite cabeceo y alabeo de cámaras y sensores, y evita faltas de verticalidad en la antena. El soporte aquí descrito requiere que ambas cámaras mantengan los mismos giros y sólo permite dos grados de libertad, acimutal y vertical, este último limitado por la propia construcción del artefacto. Incorpora un sistema GNSS topográfico de coste elevado. Asimismo, se trata de un sistema enormemente pesado que dificulta su movilidad en campo de forma ágil y más aún en escenarios complejos (zonas estrechas sin espacio).

También se conocen otros desarrollos como la Plataforma multisensorial militar controlada a distancia para aplicaciones de monitorización de tráfico marítimo, labores de vigilancia, patrullas de costa denominada Sea Cobra System ( http://www.chess- dynamics.com/products/sea-cobra-system.html . En este dispositivo los diferentes sensores que incorpora (cámara visible, térmica, distanciómetro) no son intercambiables; y dado que el problema técnico que plantea es el de vigilancia, no sirve a propósitos fotogramétricos, ya que sólo incorpora una cámara visible, que además presenta paralaje frente al eje de giro por lo tampoco es adecuada para la generación de panoramas. La plataforma presenta dos grados de libertad respecto a los giros (horizontal y vertical), y no incorpora sistemas de posicionamiento GNSS ni IMU. En este tipo de dispositivos se encuentra el Fovex Measure

3D ( http://www.fovex.com/ ) que es una plataforma robotizada para la generación de panoramas. Presenta una única posibilidad de rotación (acimutal) y no permite cámaras intercambiables ya que emplea un sensor TDI (time delay and integration); hace uso de un movimiento robotizado que permite generar panoramas y solamente mediante múltiples 5 estaciones reconstrucciones 3D de objetos; asimismo carece de sistemas de

posicionamientos GNSS y sistema IMU que le dote de capacidades de geolocalización y explotación fotogramétrica.

En este sentido, la presente invención permite conocer de forma directa, precisa y con bajo- 10 coste las coordenadas espaciales (X,Y,Z) y angulares ("axis", "tilt", "swing") del punto de

vista de la cámara, habilitando la posibilidad de acometer procesos de medición

fotogramétrica y de reconstrucción 3D sin necesidad de procedimientos invasivos de apoyo topográfico o medición sobre el objeto o escenario, permitiendo obtener productos

fotogramétricos como los modelos tridimensionales y las ortofotos de manera automática a 15 partir de la toma de imágenes múltiples horizontales o convergentes de un mismo objeto o escenario.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención aporta una solución al problema anteriormente planteado de manera que se permite obtener una georreferenciación directa de cámaras terrestres embarcadas en trípode mediante un sistema flexible y portable que incorpora sensores de posicionamiento espacial y angular de bajo coste sin renunciar a la precisión y calidad en sus resultados.

Para ello el dispositivo aquí descrito que permite la orientación directa de cualquier cámara haciendo uso de un trípode, dotando a cualquier toma fotográfica de coordenadas espaciales (X, Y, Z) y angulares ("Axis"-giro acimutal, "Tilt"-giro vertical, "Swing"-giro propio). Esto permite la posibilidad de realizar modelos tridimensionales y ortofotos de manera 30 rápida y automática en cualquier aplicación terrestre relacionada con la ingeniería y la arquitectura en la que se requieran la toma de imágenes. El dispositivo aquí descrito consta principalmente de un soporte articulado en forma de "arco" fabricado en un material ligero y resistente como puede ser fibra de carbono, que permite, gracias a su forma específica,

flexibilidad en los giros acimutales (axis) del soporte, y libertad de movimientos de la cámara incluso en su posición cenital, gracias al abatimiento vertical de su parte central.

El dispositivo dispone de un sistema GNSS (Global Navigation Satellite System) de bajo 5 coste para el posicionamiento espacial integrado por un módulo GNSS y una antena ensamblada en el extremo superior del soporte y alineado con la vertical del centro óptico de la cámara (2) y que garantiza la obtención de coordenadas espaciales (X, Y, Z) de precisión centimétrica. Un sistema IMU (Inertial Measurement Unit) de bajo coste para el posicionamiento angular de la cámara incorporado en la parte superior de esta (base para 10 flash externo) y solidario con ella (3). Una unidad de control terrestre, computadora portátil, de bajo coste responsable del procesado, sincronización y almacenamiento de la información, de tipo tableta con pantalla táctil protegida por una carcasa metálica estanca y anclada al propio soporte (1) que permite la gestión del sistema en la toma de fotos, así como el almacenamiento de los datos de posición espacial y angular. Un soporte para la 15 cámara del tipo rótula de bola, micrométrica o panorámica (5) para embarcar la propia cámara y que permite la realización de giros específicos en la toma de imágenes.

La presente invención describe un sistema ligero, preciso y de bajo coste para la geo- localización 3D y orientación de tomas fotográficas terrestres embarcadas en trípode que 20 permite determinar de forma directa la posición (X, Y, Z) y orientación (Axis,Tilt,Swing) de la cámara y por ende la posibilidad de obtener modelos digitales tridimensionales y ortofotos de manera automática. Para ello, el sistema requerirá...

1. Dispositivo (1) para geo-localización 3d y orientación de tomas fotográficas terrestres que comprende:

un primer soporte (2) articulado que comprende al menos un brazo superior (21) y un brazo inferior (22) unidos por una articulación (23) en cuyos extremos libres se encuentran respectivamente ubicados un primer alojamiento (24) que se encuentra en un extremo libre del brazo superior (21) y un segundo alojamiento (25) que se encuentra ubicado en un extremo libre del brazo inferior (22) donde el segundo alojamiento (25) se encuentra adaptado para fijar el dispositivo (1) a al menos un trípode,al menos una unidad de proceso (4) fijada al soporte (2)

dispositivo (1) caracterizado porque comprende:

un sensor de posicionamiento espacial (5) vinculado a la unidad de proceso (4) y que se encuentra ubicado en la parte superior del soporte (2) y alineado con la vertical del centro óptico de la cámara (3),

un sensor de posicionamiento angular (6) de la cámara (3) solidario a la misma y fijado a la parte superior de ésta, y

una antena de posicionamiento espacial (7) asociada al sensor de posicionamiento espacial (5) y alojada en el primer alojamiento (24) del brazo superior (21) del soporte (2).

2. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el primer alojamiento (24) se encuentra ubicado en una posición alineada con respecto de la vertical del centro óptico de la cámara (3).

3. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque antena de posicionamiento espacial (7) se encuentra ubicada en una posición alineada con respecto de la vertical del centro óptico de la cámara (3).

4. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el sensor de posicionamiento angular (6) comprende al menos tres acelerómetros y tres giróscopos.

5. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el sensor de posicionamiento espacial (5) forma parte de la unidad de proceso (4).

6. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque comprende un segundo 5 soporte (8) destinado a ser fijado al primer soporte (2) y a alojar al menos una cámara (3),

segundo soporte (8) comprende una base (81) de la cual parte un miembro vertical (82) del cual parte un miembro horizontal (83) paralelo a la base (81) donde la base (81) y los miembros (82,83) se encuentran unidos solidariamente por fijaciones ajustables.

7. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque la unidad de proceso (4)

comprende una pantalla táctil destinada a mostrar información y a permitir la entrada de datos a la unidad de proceso (4).

8. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende al 15 menos dos pasadores destinados a bloquear movimiento de la articulación que une los

brazos (21,22) impidiendo el movimiento de la menos uno de ellos.

9. Dispositivo (1) según reivindicación 6 caracterizado porque al menos uno de la: base (81) y los miembros (82, 83) comprenden medios de fijación para fijar la cámara (3) al segundo

soporte (8).