Los quadrocopters y varios UAV se están convirtiendo gradualmente en herramientas familiares en muchas áreas de la actividad profesional. Es muy difícil sobreestimar las capacidades de los drones en manos de los fotógrafos y camarógrafos, pero el potencial de estos dispositivos se puede realizar con precisión precisamente en el campo de la industria y la geodesia. En particular, si el helicóptero está ejecutando un software especializado y los materiales de prospección aérea se procesan por computadora y se utilizan para analizar diversos datos.
Algunas compañías producen software para resolver problemas específicos, pero hay proyectos que son adecuados para varias áreas de actividad a la vez. Uno de estos fabricantes es la empresa suiza Pix4D, que desde 2011 desarrolla varias soluciones en el campo de la fotogrametría. Comenzando como una rama (o más bien, un laboratorio de visión por computadora) de la universidad politécnica más grande de Europa, EPFL, hoy Pix4D se ha convertido en una de las compañías de más rápido crecimiento en el mundo. Basándose en su vasta experiencia en la creación de software para convertir imágenes multiespectrales en modelos 3D y mapas tridimensionales, la compañía ha desarrollado una línea completa de productos de software útiles en los campos de construcción y catastro, agricultura, fotogrametría aérea y bienes raíces.
Como funciona
Los productos Pix4D le permiten tomar automáticamente cientos de fotografías desde diferentes ángulos en una cámara quadrocopter, que se procesan y combinan en un solo mapa topográfico o modelo 3D utilizando un algoritmo especial. En términos simples, el principio del programa es muy similar al principio de la visión humana. Nuestros ojos ven el mismo objeto desde un ángulo diferente, y el cerebro, sobre la base de esta diferencia, convierte estas imágenes en una imagen tridimensional.
Primero, el usuario debe seleccionar uno de los tipos de control disponibles. Es posible elegir el modo de misión Freeflight, en el que el operador es responsable de los movimientos del helicóptero, y la cámara toma un nuevo marco después de cambiar la posición del dron en un valor horizontal y vertical dado.
En los modos automáticos, para construir un modelo de elevación digital (DEM), es necesario establecer los límites del objeto grabado, la altitud de vuelo, el ángulo de la cámara y otros parámetros en la aplicación. El despegue y el aterrizaje se llevan a cabo automáticamente, pero el piloto debe tener habilidades de control de UAV si surgen dificultades u obstáculos imprevistos en el camino del dron.
Después del despegue, el quadrocopter vuela automáticamente sobre el área que se está disparando, hace la cantidad necesaria de fotogramas. El programa también escribe información sobre cada foto en un archivo EXIF separado, que indica los datos de longitud y latitud, altitud de vuelo y ángulo de la cámara. Una vez completado el disparo, los datos obtenidos deben importarse al programa Pix4D o enviarse al almacenamiento en la nube para su procesamiento. Con la ayuda de la tecnología de reconocimiento de patrones, comenzará una búsqueda de puntos comunes o de "conexión" en las fotografías: se buscan combinaciones únicas únicas de píxeles en color y disposición geométrica en diferentes fotografías, como resultado de lo cual esta coincidencia se convierte en un punto clave. Cuantas más coincidencias se encuentren, más exactamente se construirá el modelo. Para construir un punto de este modelo en el espacio, se debe hacer una coincidencia en al menos tres fotografías, pero mejor en números más grandes, y esto es posible si la superposición de fotografías es al menos 60% en la dirección transversal y 75% en las direcciones longitudinales.
A continuación, las coordenadas espaciales de cada punto clave se calculan triangulando y extrayendo datos de un archivo EXIF. La imagen toma el área central desde la que se tomó la fotografía, y desde ella se dibuja una línea de visión a cada punto clave que se encuentra en la imagen. El resultado de la intersección de estas líneas da el valor deseado de las coordenadas espaciales. Además, el algoritmo de Levenberg-Marquardt o el método de paquete se usa para minimizar la suma de los cuadrados del conjunto de errores.
Basado en todos estos cálculos, el programa construye una nube extendida de puntos para generar una superficie removible compuesta de polígonos o mallas. Y el último paso es calcular el tamaño de los píxeles y determinar la correspondencia de los píxeles en la foto con la malla generada.
Al completar el programa, obtienes un modelo tridimensional del área que necesitas. Puede cambiar la escala, ajustar el contraste y el brillo, el equilibrio térmico, importar los datos recibidos en los programas SIG y CAD, medir el volumen de movimiento de tierras, usar el editor de ortomosaico para seleccionar el fragmento deseado del conjunto de imágenes y otras características.
Campos de aplicación
La línea de productos de Pix4D incluye productos como Pix4Dmapper, Pix4Dfields, Pix4Dmodel, Pix4Dbim, así como la aplicación gratuita Pix4Dcapture para construir rutas de vuelo del helicóptero.
El potencial para usar el software Pix4D en la industria es enorme. En primer lugar, por supuesto, el software se utiliza en geodesia, cartografía, fotogrametría aérea, para construir mapas 3D precisos. Para resolver problemas en esta área, Pix4Dmapper es adecuado. Esta es una herramienta con una rica funcionalidad. Con su ayuda, puede convertir fotografías aéreas del área en una imagen tridimensional. El proceso de procesamiento en sí tiene lugar en una computadora o en el almacenamiento en la nube Pix4D, donde debe enviar todos los datos recopilados para la conversión. El programa tiene la capacidad de medir el tamaño, el área y el volumen de los objetos obtenidos en un modelo 3D. Esto ayuda a realizar inspecciones del sitio de forma remota. La precisión de la encuesta es de 1 a 2 cm / píxel en los planos X e Y, así como de 1 a 3 cm / píxel en el plano Z (dependiendo de la diferencia de altura del área a tomar). También es posible clasificar una nube de puntos: los elementos necesarios del modelo y la superficie (tierra, asfalto, vegetación alta, edificios, objetos creados por el hombre) se resaltan en colores para un análisis preciso y el posterior ajuste del proyecto. Con Pix4Dmapper, se obtiene un ortomosaico de alta resolución, un terreno digital y un modelo de terreno, un mapa de contornos de contorno y reflectividad, así como mapas con valores de temperatura.
Los representantes de la esfera sociocultural y de bienes raíces estarán interesados en otra herramienta llamada Pix4Dmodel. Con su ayuda, la digitalización de monumentos históricos, sitios del Patrimonio Mundial de la UNESCO, estructuras arquitectónicas. Los modelos resultantes se pueden usar como objetos interactivos en programas para auriculares VR o para crear videos de vuelo y publicación posterior en sitios populares de alojamiento de videos. Exportación disponible del modelo resultante en varios formatos populares (.bj, .fbx, .dxf, .ply) para usar en programas de simulación e impresión 3D.
Se ha desarrollado una herramienta para la industria agrícola. Pix4Dfields le permite calcular y comparar índices espectrales e índices de vegetación, construir geofences y ortomosaicos.
Pix4Dbim es un poderoso programa para empresas constructoras. Con él, el usuario obtiene una imagen completa de su proyecto gracias a la construcción automática de mapas topográficos y de contorno del área, proyecciones bidimensionales o tridimensionales, una escala cronológica en la que se muestran todas las etapas del trabajo de construcción. Pix4Dbim hace que sea muy fácil evaluar el progreso del edificio: simplemente exporte dibujos CAD y compárelos con los datos BIM resultantes en una superposición simple.
Y, por supuesto, los datos y modelos obtenidos en todas las herramientas se pueden cargar en la nube Pix4D, dejar un comentario, una receta y compartir con el cliente o su equipo.
Limitaciones
El producto de Pix4D tiene fallas menores. El programa reconoce las superficies reflectantes como un elemento estructural y las procesa automáticamente para crear un modelo. Tales errores se eliminan fácilmente con las herramientas integradas, pero Pix4D aún no es adecuado para digitalizar la superficie del mar o los lagos.
También en modo automático hay restricciones en el área de fotografía aérea para un vuelo. Cuanto mayor sea la altura (menor resolución) y menor el grado de superposición (menos puntos clave y menor la precisión de la reconstrucción del modelo), mayor será el área que se puede cubrir a la vez. Por ejemplo, un modelo de quadrocopter Phantom 4 Pro con una altura de disparo de 200 metros (5,5 cm / píxel) y una superposición mínima (75% longitudinal y 60% transversal) puede capturar 100 hectáreas de terreno. Esto se debe al tiempo de funcionamiento del UAV desde una batería. Sin embargo, nadie se molesta en reemplazar la batería y continuar la misión desde el lugar donde se completó la encuesta anterior. Las aplicaciones modernas de planificación de rutas le permiten hacer esto. Y la tecnología no se detiene, y cada nuevo modelo de helicóptero puede permanecer en el aire cada vez más. No olvide que Pix4D regularmente apoya y desarrolla su producto, lo que afecta las capacidades de toda la línea.
El software de Pix4D admite trabajar con la mayoría de los drones modernos, acelera y simplifica el proceso de fotogrametría, digitalización y construcción de modelos 3D. Las empresas industriales ya no tienen que sufrir pérdidas al contratar un helicóptero para su inspección. Pix4D permite un reconocimiento rápido y preciso del terreno, y también recopila y procesa automáticamente la información necesaria para el usuario. Hace unos años, muchas empresas solo podían soñar con algo así. Pero gracias al desarrollo de la tecnología y la producción de vehículos aéreos no tripulados, la capacidad de crear tarjetas 3D precisas está disponible incluso para pequeñas empresas.