GARRIGUES TALENS, Pascual (Universidad Politécnica de Valencia, CTT-Edif. 6GCamino de Vera, Valencia, 46022, ES)
GARCÍA-ASENJO VILLAMAYOR, Luis (Universidad Politécnica de Valencia, CTT-Edif. 6GCamino de Vera, Valencia, 46022, ES)
GARRIGUES TALENS, Pascual (Universidad Politécnica de Valencia, CTT-Edif. 6GCamino de Vera, Valencia, 46022, ES)
| I -11- REIVINDICACIONES 1.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO MULTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, que facilita la georreferenciación directa y la calibración del proceso 5 fotogramétrico; caracterizado porgue dicho soporte cuenta con un cuerpo central (1, 1') provisto de un habitáculo (11, 13) para el alojamiento de un sistema de navegación inercial INS (10) en su interior y con posibilidad de giro horizontal (acimutal), una base (2, 14) que soporta0 sensores y cámaras, y una antena GNSS (26) dispuesta en la parte superior del referido soporte, posibilitando esta configuración genérica tres realizaciones consistentes en: - Una primera realización o modelo rígido en la 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; - una segunda realización o modelo con eje horizontal o secundario giratorio, en la que las cámaras y los sensores dispuestos en el eje secundario (perpendicular al eje principal o vertical) pueden tener un giro de cabeceo; y - una tercera realización o modelo con eje horizontal o secundario giratorio más sistema de verticalización de la antena GNSS, permitiendo esta tercera realización el cabeceo y el alabeo de cámaras y sensores, y evitándose faltas de verticalidad de la antena GNSS (26) para impedir pérdida de la señal GNSS. 2.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO MULTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, según reivindicación 1, caracterizado porque en dicha primera realización la aludida base consiste en una bandeja horizontal (2) con un cuerpo central (1) para alojar el INS (10) en su interior, y que presenta en su parte superior medios para incorporar una antena GNSS (6), y en la parte inferior medios para ser soportada por un elemento sustentador (4); disponiendo la bandeja horizontal (2) de una serie de carriles guias (5) que reciben de manera mecánicamente controlada los soportes de los diferentes sensores o cámaras; disponiendo dichos carriles guias (5) de escalas de lectura para situar convenientemente los sensores y cámaras. 3.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO NIULTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, según reivindicación 2, caracterizado porque en dicha primera realización el cuerpo central (1) consiste en un cilindro hueco que soporta la bandeja (2) para instalación de sensores, una tapa superior (3) para la instalación de los medios de incorporación de antena (6) , y un sistema de soporte y centrado (4) en su parte inferior constituyente de los referidos medios de soporte sobre elemento sustentador; consistiendo los medios de incorporación de antena en un adaptador de antena GNSS (6); en tanto que el referido sistema de soporte y centrado (4) consiste en un dispositivo que rosca sobre la base de un cilindro (7) y mediante un tornillo de presión (8) permite fijar el ángulo de cabeceo del sistema, incluyéndose en su parte inferior medios (9) para su instalación sobre un elemento sustentador; mientras que el INS (10) va alojado en el interior del referido cilindro hueco (1) sobre una plataforma adaptadora (11) que apoya en un zócalo previsto en la pared interior del aludido cilindro hueco (1) . 4.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO MÜLTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, según reivindicación 1, caracterizado porque en dicha segunda realización una carcasa externa (12) contiene al cuerpo central (I1) , el cual dispone de unos brazos laterales (14) solidarios coaxiales al eje secundario o de cabeceo y que soportan al INS (10) en un rebaje (13) del cuerpo central (1") y a las cámaras, sensores o dispositivos en los propios brazos (14) mediante unos soportes o abrazaderas (15) que deslizan y se fijan sobre dichos brazos (14) mediante unas guias (18); presentando la carcasa externa (12) en su parte superior medios para incorporar una antena GNSS (16) , y en la parte inferior medios para ser soportada por un elemento sustentador (17), que puede ser un bastón centrador (telescópico) , con nivel esférico para aplomarlo, o bien un trípode; en tanto que los referidos soportes o abrazaderas (15) cuentan con tornillos de sujeción (19) y con adaptador para cámaras (20) . 5.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO MULTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, según reivindicación 4, caracterizado porque en dicha segunda realización, el aludido cuerpo central (I1), a efectos de centrar con precisión el sensor INS (10), dispone de una bandeja guiada con tres grados de libertad, haciéndolo coincidir con la intersección de los ejes de giro vertical y horizontal, en tanto que uno de los mencionados brazos (14) permite pasar por su interior un cable perteneciente al sensor INS (10); disponiéndose en la referida carcasa (12) de medios que presionan sobre el cuerpo central (I1) para fijar a éste en una posición de cabeceo determinada, preferentemente determinados por un tornillo de fijación (22); mientras que los referidos medios de soporte de elemento sustentador consisten en un roscado (17) dispuesto en una base inferior de la carcasa (12) , en tanto que los medios de incorporación de antena consisten en un roscado superior (16) para una antena GNSS; incorporándose en la carcasa externa (12) una tapa lateral roscada (21) que permite la introducción y el encaje del cuerpo central (I1) en el interior de dicha carcasa (12) ; habiéndose previsto dotar al eje secundario o de cabeceo de medios mecánicos para evitar que gire involuntariamente por efecto del peso de los sensores. 6.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO MÜLTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, según reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque dicha tercera realización consiste en añadir un sistema de verticalización de antena GNSS a la referida segunda realización, para lo cual se acopla un sistema cardán al cuerpo central (I1) , de manera que el centro de la antena GNSS (26) esté siempre situado sobre la vertical de la intersección de los ejes de cabeceo y de alabeo; sustentándose dicho cardán sobre dos medios a la carcasa externa (12), que son coaxiales al eje de acimut; acoplándose además un contrapeso (27) en la zona inferior del cuerpo central (I1)- 7.- SOPORTE DE SISTEMA FOTOGRAMÉTRICO MÜLTI-CÁMARA PORTÁTIL PARA APLICACIONES TERRESTRES, según reivindicación 6, caracterizado porque dicho sistema de verticalización se encuentra montado sobre la carcasa externa (12) mediante un doble rodamiento (23), mientras que sobre unas piezas (24) que unen ambos rodamientos (23) 'gira un soporte (25) de la antena GNSS (26) , que en su parte inferior dispone del referido contrapeso (27) para su verticalización; de manera que este contrapeso (27) inhabilita los medios de soporte o roscado (17) de la parte inferior central de la carcasa (12), por lo que se incorpora una nueva pieza de sustentación (28) en las zonas inferiores extremas de la carcasa (12) , con medios para su instalación o transporte; permitiendo esta nueva pieza de sustentación (28) su adaptación para jalón, bastón centrador, o bien bases magnéticas para su instalación en automóvil. |
PARA APLICACIONES TERRESTRES
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un soporte de sistema fotogramétrico multi-cámara portátil para aplicaciones terrestres, cuya finalidad es permitir la georreferenciación directa y la calibración del proceso fotogramétrico. El proceso de georreferenciación directa implica fijar las posiciones espaciales y orientaciones angulares en tres ejes perpendiculares para conseguir ángulos de cabeceo, de alabeo y de acimut muy precisos. Para la calibración, el soporte permite que la situación relativa entre sensores sea fácilmente determinada mediante procesos mecánicos. Además, el soporte es adaptable y extensible a un conjunto ilimitado de cámaras (no sólo estereoscópicas) o sensores, de manera que sea posible capturar información en color, multiespectral y láser simultáneamente . Otros objetivos de la invención consisten en garantizar soluciones fotogramétricas robustas solucionando problemas de orientación espacial y permitiendo realizar una georreferenciación mixta, combinando sensores GNSS (Global Navigation Satellite System, lo que incluye GPS, GLONASS, GALILEO, etc.) y un sistema de navegación inercial (INS) con la solución fotogramétrica tradicional. El soporte de la invención puede montarse sobre bastón centrador, trípode, carro móvil o automóvil, distinguiéndose asi de sistemas concebidos para ser aerotransportados. Además, el soporte de la invención podrá ser utilizado para cálculo de coordenadas en 3D, generación de modelos digitales y mosaicos continuos de información multi-banda y captura de imágenes estereoscópicas entre múltiples cámaras, asi como fusionar información métrico- espectral proveniente de diferentes sensores. Las principales áreas de aplicación del soporte de la invención son las siguientes:
Fotogrametría terrestre, incluyendo las variantes arquitectónica, arqueológica, industrial, médica y de ingeniería civil.
- Teledetección de objeto cercano.
- Cartografiado o mapeado móvil.
- Modelización 3D.
- Documentación del patrimonio cultural. - Cartografiado terrestre en aplicaciones medioambientales, geografía y geología.
- Simulación real y virtual.
ANTECEDENTES DE IA INVENCIÓN
Entre los registros relacionados con la invención cabe citar los siguientes:
WO2005100915. Se trata de un sistema aerotransportado que reivindica un sistema multi-cámara con filtros de imagen en diferentes bandas de frecuencia, integrando GPS e INS. - GB2257250A. Se trata de un sistema con varias cámaras de distinto tipo para generar mediciones 3D.
- W09735166 = ÜS5894323. Se trata de un sistema que es definido para ser incorporado en vehículos y que incorpora GPS, INS y multi-cámaras multi-espectrales . - US2003138247A1. Se trata de un equipo fotogramétrico para montar varias cámaras en una posición determinada.
- FR2836215 = ÜS7187401 = US2003202089. Se trata de un sistema multi-cámara estereoscópica de modelo tridimensional, térmica, con GPS, INS y además es portátil. Los registros citados, asi como el estado de la técnica que conocemos, presenta el inconveniente de que no resuelve mecánicamente ni facilita la operación previa al proceso de georrreferenciación directa mediante procesos de calibración. La calibración consiste en determinar la posición relativa de los sistemas de coordenadas particulares de los dispositivos con respecto al sistema general materializado por la plataforma o soporte, de manera que una vez calibrados los dispositivos, los parámetros obtenidos (tres traslaciones y tres rotaciones para cada dispositivo) es posible llevar a cabo el proceso de georreferenciación directa. Si los dispositivos se sustituyen por otros diferentes o se cambia la situación relativa de los mismos es necesario volver a calibrar el sistema. Los dispositivos del estado de la técnica, contrariamente a la presente invención, no tienen en cuenta la necesidad de calibrar el sistema y facilitar las mediciones externas necesarias, con lo que la sustitución de dispositivos es más lenta y compleja que si se emplea la invención propuesta. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un soporte de sistema fotogramétrico multi-cámara portátil para aplicaciones terrestres, que facilita la georreferenciación directa y la calibración del proceso fotogramétrico. Para la georreferenciación directa, deben conocerse las posiciones espaciales y orientaciones angulares en tres ejes perpendiculares para conseguir ángulos de cabeceo, de alabeo y de acimut muy precisos. Para la calibración, el soporte permite que la situación relativa entre sensores pueda ser fácilmente determinada mediante procesos mecánicos.
Novedosamente, según la invención, el soporte de la misma cuenta con: un cuerpo central provisto de un habitáculo para el alojamiento de un sistema de navegación inercial (INS) con posibilidad de giro acimutal, una base que soporta sensores y cámaras, y una antena GNSS dispuesta en la parte superior del referido soporte. Esta configuración genérica da lugar a tres posibles realizaciones de la invención: Primera realización: Modelo rigido. La situación relativa de los sistemas particulares de coordenadas, con respecto al sistema general definido por el soporte, permanecen constantes durante el proceso de medición. Entre las ventajas de esta primera realización se encuentra la de ser un sistema mecánicamente robusto, que permite el desplazamiento de las cámaras hacia delante y hacia detrás, asi como su intercambiabilidad. Las tomas inclinadas con esta primera realización son limitadas en cuanto a la capacidad de cabeceo y alabeo del sistema, tanto para las tomas de las cámaras o los sensores acoplados como para la captura de señal GNSS.
Segunda realización: Modelo con eje horizontal o secundario giratorio. Esta segunda realización facilita el que las cámaras y los sensores dispuestos en el eje secundario (perpendicular al eje principal o vertical) puedan tener un giro de cabeceo. Esta realización permite configurar modelos más compactos y ligeros para su transporte a pie y sobre bastón centrador. Esta segunda realización está limitada únicamente por la condición de que el bastón centrador debe quedar aproximadamente en posición vertical.
Tercera realización: Modelo con eje horizontal o secundario giratorio más sistema de verticalización de la antena GNSS. Esta tercera realización permite el cabeceo y el alabeo de cámaras y sensores, y evita la falta de verticalidad de la antena GNSS, y por tanto la pérdida de señal GNSS.
De modo genérico, en las tres referidas realizaciones, la invención permite un giro horizontal (acimutal) para el cuerpo central que contiene el INS. A continuación se describen aspectos particulares de cada una de las tres realizaciones .
Realización primera: Consiste en una bandeja horizontal con un cuerpo central para alojar el INS en su interior, que presenta en su parte superior medios para incorporar una antena GNSS, y en la parte inferior, medios para ser soportada por un elemento sustentador. La bandeja horizontal dispone de una serie de guias que reciben de manera mecánicamente controlada los soportes de los diferentes sensores o cámaras. Las guías disponen a su vez de escalas de lectura para situar convenientemente los sensores y cámaras.
Segunda realización: Una carcasa externa contiene al cuerpo central, el cual dispone de unos brazos laterales solidarios coaxiales al eje secundario de cabeceo y soporta al INS en un rebaje del cuerpo central, mientras que las cámaras y sensores o dispositivos quedan soportados en los aludidos brazos mediante unos soportes o abrazaderas que deslizan y se fijan sobre dichos brazos. La carcasa externa presenta en su parte superior medios para incorporar una antena 4 GNSS, y en la parte inferior medios para ser soportada por un elemento sustentador, que puede ser un bastón centrador (telescópico) , con nivel esférico para aplomarlo, o bien un trípode.
El aludido cuerpo central, a efectos de centrar con precisión el sensor INS, podría disponer de una bandeja guiada con tres grados de libertad, haciéndolo coincidir con la intersección de los ejes de giro vertical y horizontal.
Uno de los brazos que se han mencionado permite pasar por su interior el cable correspondiente al INS.
En la carcasa externa se dispone de medios que presionan sobre el cuerpo central para fijar a ésta en una posición de cabeceo determinada.
Los medios de incorporación al bastón vertical centrador consisten en un roscado dispuesto en una base inferior de la carcasa exterior, en tanto que los medios de incorporación de la antena consisten en un roscado para antena GNSS en la parte superior. La carcasa exterior en esta segunda realización incorpora una tapa lateral que permite la introducción y el encaje del cuerpo central en el interior de la carcasa. Al eje secundario de cabeceo se le puede dotar de medios mecánicos para evitar que gire involuntariamente por efecto del peso de los sensores. El bastón centrador que se ha mencionado es susceptible de ser un bastón telescópico con un nivel esférico para ser convenientemente verticalizado.
Tercera realización: La realización segunda que se ha descrito anteriormente puede ser complementada con un sistema para verticalizar en todo momento la antena GNSS, con lo que se obtiene esta tercera realización. Para ello, se puede acoplar un sistema cardán al cuerpo central, de manera que el centro de la antena GNSS esté siempre situado sobre la vertical de la intersección de los ejes de cabeceo y de alabeo. El cardán se sustentará sobre dos medios a la carcasa externa, que serán coaxiales al eje de acimut.
En la zona inferior del cuerpo central se acopla un contrapeso. Con las tres realizaciones descritas, la invención presenta las siguientes ventajas para el proceso fotogramétrico :
- Facilita la intercambiabilidad y extensibilidad a un conjunto ilimitado de cámaras (no solo estereoscópicas) o sensores, de manera que es posible capturar información en color, multi-espectral y láser simultáneamente. Si se requiere de otros tipos de cámaras o dispositivos, el sistema se puede readaptar con un nuevo diseño para los brazos y/o sustituyendo soportes de los sensores. - Permite una rápida, sencilla y precisa autocalibración de los diferentes dispositivos. Gracias a que el soporte se encuentra mecanizado para facilitar la medición precisa de los centros de los diferentes dispositivos, el calibrado de los mismos puede hacerse de manera rigurosa y precisa mediante procesos directos o indirectos en campos de pruebas, bancos de calibración y/o patrones murales, tanto in situ como en laboratorio.
- Garantiza una solución robusta y de alta precisión a los siguientes problemas: a) Orientación espacial de dispositivos; b) Intersección espacial de rayos a los objetos capturados en las imágenes, puesto que permite una georreferenciación mixta, combinando sensores GNSS,
INS e información a partir de imágenes multi-banda. - El diseño del sistema permite una elevada portabilidad, ya que puede montarse sobre trípode, bastón centrador, carro móvil o automóvil, a diferencia de otros dispositivos o sistemas concebidos para su uso en sistemas aerotransportados o en sistemas de cartografiado móvil sobre automóviles.
El sistema fotogramétrico multi-cámara puede ser utilizado en escenarios físicos para simulaciones métricas, tanto reales como virtuales, ya que permite calcular objetos en 3D, generar modelos digitales, proyectar texturas capturadas mediante las cámaras, desarrollar mosaicos continuos de información multi-banda y fusionar información métricoespectral proveniente de diferentes sensores .
A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BKESVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Figura 1.- Modelo rígido. Representa una vista en perspectiva de una primera realización del soporte del sistema fotogramétrico de la invención, incluyéndose un despiece de dicha primera realización.
Figura 2.- Modelo con eje horizontal giratorio. Representa una vista en perspectiva de una segunda realización del soporte del sistema fotogramétrico de la invención, incluyéndose un despiece de dicha segunda realización.
Figura 3.- Modelo con eje horizontal giratorio más sistema de verticalización de la antena GNSS. Representa una vista en perspectiva de una tercera realización del soporte de sistema fotogramétrico de la invención, incluyéndose una antena GNSS instalada.
DESCRIPCIÓN DE UNO O VARIOS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN DE IA INVENCIÓN
Seguidamente se realiza una descripción de tres realizaciones de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.
Realización primera: Modelo rígido (figura 1) . El soporte del sistema fotogramétrico se muestra en la figura
1, donde puede apreciarse que cuenta con un cuerpo central
1. Dicho cuerpo central 1 consiste en un cilindro hueco que soporta una bandeja 2 para instalación de sensores, una tapa 3 para la instalación del soporte de la antena GNSS en su parte superior, y en su base inferior un sistema de soporte y centrado 4.
La bandeja 2 para la instalación de cámaras fotográficas, de video, multi-espectrales o láser, incorpora carriles guía 5 para alojar los soportes específicos de cada sensor. Junto a cada carril guía 5 se dispone de regletas para medir los desplazamientos.
La tapa 3 para instalación de la antena GNSS alberga un adaptador de antena 6.
El sistema de soporte y centrado 4 consiste en un dispositivo que rosca sobre la base de un cilindro 7, y mediante un tornillo de presión 8, permite fijar el ángulo de cabeceo del sistema. En su parte inferior dispone de medios 9 para su instalación sobre un elemento sustentador.
El sensor INS 10 va alojado en el interior del cilindro hueco 1 mediante una plataforma adaptadora 11 que apoya sobre un zócalo previsto en la pared interior del cilindro hueco 1.
Segunda realización: Modelo con eje horizontal giratorio (figura 2) . Este modelo dispone de un cuerpo central 1' interior a una carcasa externa 12. El cuerpo central 1' tiene un rebaje 13 para alojar el sistema INS y dispone de unos brazos laterales 14 por donde se desplazan unos soportes 15 de los sensores o cámaras.
La carcasa externa 12 dispone en su parte superior de un medio 16 para incorporar una antena GNSS y en su parte inferior, de un medio similar 17 para incorporar un bastón vertical que puede consistir en un bastón telescópico con medios para su verticalización.
Los brazos laterales 14 habilitan unas guias 18 sobre las que se desplazan los soportes 15 que sujetan dispositivos tales como cámaras, sensores u otros. Los soportes 15 disponen de tornillos de sujeción 19 y de un adaptador 20 para las cámaras.
En esta segunda realización de la invención, uno de los brazos laterales 14 ha sido convenientemente vaciado para permitir, en caso necesario, la salida del cable del dispositivo GNSS.
El encaje y giro del cuerpo central 1' dentro de la carcasa externa 12 queda asegurado mediante una tapa roscada 21, y la posición relativa del cuerpo central 1' con respecto a la carcasa externa 12 se fija mediante un tornillo de fijación 22.
Tercera realización: Modelo con eje horizontal giratorio más sistema de verticalización de la antena GNSS (figura 3) . Esta realización amplia la realización segunda añadiendo un sistema de verticalización desmontable de la antena GNSS.
El dispositivo de verticalización va montado sobre la carcasa externa 12 mediante un doble rodamiento 23. Sobre unas piezas 24 que unen ambos rodamientos gira un soporte 25 de la antena GNSS 26, que en su parte inferior dispone de un contrapeso 27 para su verticalización.
El contrapeso 27 inhabilita el medio inferior 17 de la carcasa externa 12, lo cual se soluciona incorporando una nueva pieza de sustentación 28 con medios para su instalación o transporte. Esta pieza de sustentación 28 permite su adaptación para jalón, bastón centrador, o bien bases magnéticas para su instalación en automóvil.