Control del terreno

Durante el procesamiento, Drone2Map utiliza los metadatos de GPS de las imágenes, los parámetros de la cámara de la base de datos de cámaras y los puntos de enlace de la geocodificación de entidades automática para triangular las coordenadas 3D de una escena. Lo ideal sería que los puntos de enlace triangulados convergiesen en una sola coordenada 3D. Sin embargo, suele generarse incertidumbre en la ubicación de los puntos triangulados, lo que se denomina error de reproyección.

Después de triangular los puntos, un proceso de ajuste de paquetes optimiza la posición de las coordenadas 3D mediante el ajuste de las coordenadas 3D estimadas con una solución de ajuste óptimo que minimiza el error de reproyección, a la vez que mantiene los parámetros de la cámara definidos. El resultado es una escena reconstruida con una gran precisión relativa y una precisión absoluta que depende de la precisión de las imágenes georreferenciadas.

Durante el procesamiento, se detectan los puntos clave (verde) de cada imagen y se hacen coincidir con las imágenes circundantes para crear puntos de enlace. Estos puntos de enlace se triangulan en función de una coordenada 3D estimada (rojo). Esta coordenada 3D estimada se vuelve a proyectar en la imagen original (naranja) utilizando los parámetros de la cámara. La distancia entre el punto clave detectado y el punto reproyectado es el error de reproyección. El proceso de ajuste de paquetes cambia la coordenada 3D estimada hasta que se logra una solución de ajuste óptimo que minimiza el error de reproyección de todas las cámaras.

A veces los proyectos requieren una precisión absoluta mayor que la que pueden proporcionar las imágenes georreferenciadas. Para lograr una precisión mejor, puede agregar control al proyecto. El control se refiere a puntos con coordenadas terrestres x,y,z conocidas, que a menudo se obtienen en un estudio del terreno, y se utiliza para aumentar la precisión absoluta del proyecto.

Los puntos de control agregan restricciones de posición al proceso de ajuste de paquetes, lo que optimiza más la solución de ajuste óptimo. Es importante tener en cuenta que incluso con control de alta precisión, la solución de ajuste óptimo del proceso de ajuste de paquetes debe adecuarse a los parámetros de la cámara. En algunos casos, la ubicación de salida de los puntos de control puede desviarse de las ubicaciones recopiladas. La colocación adecuada de la recopilación de imágenes y el control minimiza estas discrepancias.

Calidad de imagen

Las técnicas de recopilación de imágenes deficientes pueden dar lugar a una propagación de errores que reduce la eficacia del control. La precisión absoluta del modelo depende de la precisión del control medido y de lo bien que el proceso de ajuste de paquetes puede minimizar el error en la solución de ajuste óptimo. Los factores que pueden generar un error en el proceso de ajuste de paquetes incluyen la superposición insuficiente entre imágenes, las imágenes borrosas, las condiciones de iluminación deficientes o incoherentes, la vegetación y demás. Por consiguiente, la adopción de técnicas adecuadas de recopilación de imágenes es el primer paso para maximizar la precisión absoluta del proyecto.

Nota:

• Las mejores prácticas sugieren que la precisión del control debería ser tres veces mejor que la distancia de muestra del suelo (GSD) del producto final. Sin embargo, debido a la alta resolución de las imágenes de los drones comerciales, es posible que resulte difícil cumplir esto, con lo que los productos ofrecerían una precisión ligeramente menor que el control.
• La precisión absoluta del modelo no puede ser mayor que la precisión de su control. Con unas técnicas de recopilación de imágenes adecuadas y una colocación correcta del control, la precisión absoluta del modelo suele ser

  1 – 3 x GSD

  en dirección horizontal y

  1 - 4 x GSD

  en dirección vertical.

Distribución de puntos de control del terreno

Además de técnicas de recopilación de imágenes adecuadas, la cantidad y la distribución de puntos de control del proyecto desempeñan una función importante en la precisión absoluta final del modelo.

La incorporación de control limita el proceso de ajuste de paquetes a la ubicación medida del control. Al moverse radialmente desde el centro de un punto de control, la precisión empieza a disminuir. La distribución uniforme del control por el proyecto en una red triangular para reducir la distancia entre puntos de control garantiza una precisión constante en todo el modelo. La colocación del control en una sola línea, como a lo largo del borde de la carretera o a lo largo de un pasillo, da lugar a la deformación geométrica de los productos finales.

Cuanto más aparece un punto de control en varias imágenes, mejores resultados se obtienen. Se recomienda evitar la colocación del control en el borde del proyecto, donde se reduce la superposición de la imagen. Para maximizar la superposición, desplace el control desde el borde hacia el centro en su lugar.

Distribuya el control de manera uniforme por el proyecto según un patrón de cuadrícula triangular. Evite colocar el control en el borde del proyecto, donde la superposición insuficiente reduce la eficacia del control. En este proyecto se ha revelado un área de superposición escasa por medio del informe de procesamiento, lo que podría afectar a la precisión absoluta del proyecto. Agregue puntos de enlace manuales o imágenes adicionales para arreglar el área problemática.

No existe consenso en cuanto al número de puntos de control que debe utilizarse en un proyecto. Sin embargo, la presencia de más puntos de control aumenta la precisión absoluta del proyecto, con efectividad decreciente a medida que la precisión absoluta converge en

1 - 3 x GSD

Drone2Map recomienda un mínimo de 5 a 10 puntos de control. Al introducir geometrías más complejas en el proceso de ajuste de paquetes, como vegetación densa, terreno ondulado y estructuras, puede requerirse un aumento de la densidad de control.

Nota:

• Debe incluir al menos tres puntos de control para que se utilicen durante el procesamiento. Se recomienda un mínimo de 5 a 10 puntos de control.
• Coloque el control en terreno llano a ras del suelo, lejos de entidades que puedan obstruir la vista de la cámara, como vegetación o estructuras.
• Utilice objetivos de control analizados para obtener mejores resultados. Si no se encuentran disponibles, los objetos identificables en las imágenes (puntos de control secundarios) pueden utilizarse como control.

Ajustes de procesamiento

Los puntos de enlace que se obtienen en la geocodificación de entidades automática durante el procesamiento inicial sirven para estimar las coordenadas 3D de la escena, que se emplean en el proceso de ajuste de paquetes para optimizar el modelo. Para maximizar la precisión absoluta de sus productos, es importante que los puntos clave individuales que conforman los puntos de enlace sean tan precisos como resulte posible. Para maximizar la precisión de los puntos clave, Escala de imagen de puntos clave debe configurarse en Completa.

Nota:

• En algunas situaciones, como en el caso de los modelos con vegetación densa, la reducción o el aumento de la escala de imagen de los puntos clave puede generar resultados más precisos. Al crear los productos finales, se recomienda empezar con Escala de imagen de puntos clave configurada en Completa y aumentar o reducir la escala si es necesario.
• El aumento del ajuste de Escala de imagen de puntos calve mejora la precisión de los productos e incrementa el tiempo de procesamiento.

Cuanto mayor es el número de puntos clave que conforman un punto de enlace, más precisión ofrece la coordenada 3D estimada. El ajuste de Pares de imágenes coincidentes especifica las imágenes que se utilizan para buscar puntos clave coincidentes. En general, el ajuste de Pares de imágenes coincidentes incluye suficientes imágenes para producir puntos de enlace precisos. Sin embargo, es posible aumentar la precisión de los productos mediante el incremento de los valores en una estrategia de geocodificación personalizada.

Control de vinculación

Al incorporar el control al proyecto, la ubicación del control se identifica manualmente en cada imagen mediante el Editor de vínculos de imagen. La diligencia con que se marca la ubicación precisa del control en todas las imágenes guarda relación con la precisión absoluta de los productos finales. Aunque en proyectos con varias imágenes y control puede ser una tarea abrumadora, el uso de la entidad de vínculos asistidos agiliza este proceso.

En el ejemplo de la izquierda, el control se ha vinculado de manera aproximada en el Editor de vínculos de imagen a pequeña escala para ahorrar tiempo. Aunque parece que el vínculo de imagen se ha colocado de manera correcta, al acercar (ejemplo de la derecha) se descubre que se encuentra varios píxeles alejado del centro del control. La colocación incorrecta de vínculos de control reducirá la precisión del control.

Evaluación de la precisión del modelo

El proceso de ajuste de paquetes intenta adecuar el modelo a la ubicación del control. Como resultado, la precisión del producto es máxima en los puntos de control. Al moverse hacia fuera radialmente desde un punto de control, la precisión comienza a disminuir. Por consiguiente, el uso de puntos de control como medida de la precisión absoluta puede ofrecer resultados superficiales.

Para autenticar la precisión absoluta general del producto pueden utilizarse puntos de verificación. Los puntos de verificación se recopilan de manera similar a los puntos de control, pero no se incorporan al proceso de ajuste del bloque. En lugar de esto, los puntos de control se usan para evaluar la precisión del modelo de manera independiente una vez que termina el procesamiento.

Nota:

• Distribuya los puntos de verificación por todo el proyecto, igual que los puntos de control.
• El uso de muy pocos puntos de verificación puede dar lugar a resultados inexactos.

Fuentes

Sanz-Ablanedo, E.; Chandler, J.H.; Rodríguez-Pérez, J.R.; Ordóñez, C. "Accuracy of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and SfM Photogrammetry Survey as a Function of the Number and Location of Ground Control Points Used." Remote Sensing. 2018, 10, 1606.