metria: digital photogrammetry for architecture, heritage, engineering and industry

Visión general
Orthoware © es una nueva herramienta de software específicamente diseñada para la produccion de ortofotografías verdaderas de alta calidad en patrimonio histórico cultural. Partiendo de unas cuantas fotografías tomadas con una camara digital convencional, y algunas medidas auxiliares, Orthoware © gracias a su simplificado e intuitivo manejo reduce el tiempo de producción de ortoimagenes de semanas a tan solo unas pocas horas. No es necesario ningún MDS (Modelo Denso de Superfície) previo, ni cámaras métricas o estereopares. Se trata de una herramienta progresiva diseñada para usuarios no especializados, que proporciona métodos intuitivos para diagnosticar visualmente la calidad de los resultados. Orthoware © ha sido concebido por metria tras varios años realizando ortofotografías y planimetrías de manera comercial. Sus principales características se muestran a continuación.

Novedoso interfaz de usuario y gestor de imágenes
El novedoso interfaz de usuario de Orthoware © permite una completa interactividad en tiempo real proporcionando elementos de diagnóstico a partir de los resultados parciales obtenidos. Las imágenes por ejemplo arrastradas desde el disco duro al intefaz de trabajo pueden ser interactivamente organizadas con cualquier criterio en diversos escritorios virtuales configurables. Más adelante, cuando los parámetros de orientación externa de las imágenes puedan ser resueltos, el escritorio permite mostrar de forma natural una vista tridimensional del modelo físico del elemento objeto de estudio y la posición de las cámaras desde donde se tomaron las fotografías. Este proceso implica procesos de cálculo muy intensivos acometidos mediante el desarrollo específico de software para GPU (Graphic Processing Unit) empleando OpenGL (Open Graphics Library).

	Imágenes organizadas espacialmente segun la posición de su toma. Una lupa permite la inspección rápida de detalles	Vista física 3D del modelo y de la posición de las cámaras

Fácil inicio, orientación y calibración
El empleo de algoritmos automáticos de extracción de características posibilita la orientación externa aproximada de las cámaras. Si esto fallase, el usuario podrá corregir los emparejados erróneos mediante diversos métodos mejorados de marcado manual. Esto es fácilmente realizable en modo "blending", un espacio de trabajo donde dos o más imágenes se funden a voluntad del usuario. A partir de aquí, imágenes nuevas pueden ser orientadas automáticamente por interpolación de las ya orientadas. Las imágenes se corrigen de distorsión y en el momento en que se obtienen más puntos homólogos el modelo de camara se refina. Con puntos suficientes, los parámetros internos y externos de las cámaras se recalculan permitiéndose incluso el uso de objetivos distintos no calibrados. El diseño innovador de todos los procesos gráficos permite la transformación de todos los puntos en tiempo real, incluida la corrección de la distorsión de los objetivos y la proyección.

	Dos imágenes originales fundidas y superpuestas para su inspección. Los segmentos blancos indican marcas emparejadas	Nuevas imágenes orientadas por interpolación de otras ya orientadas

Espacios de trabajo
El usuario puede elegir cualquier plano de proyección provisional sobre la fachada y la definición de los ejes para realizar una rectificación inicial usando la información complementaria disponible de campo, una línea de plomada física o láser y un factor de escala. De esta manera se puede saber de forma muy intuitiva en modo "blending" qué areas de la imagen se ajustan bien a ese plano o por el contrario no se ajustan tan bien. Todo este proceso se realiza de forma gráficamente interactiva, pudiéndose trabajar indistintamente en espacio de trabajo imagen, espacio rectificado o de ortofoto. Con este proceder la consecución de más puntos homólogos es ahora muy rápida y fácil.

	Dos imágenes fundidas en espacio de trabajo rectificado. Las puertas, que definen el plano, se ven nítidas. Las zonas que no se ajustan al plano se ven borrosas	Vista 3D del plano de trabajo y errores de relieve

Editor de mallas
Para mejorar el ajuste, en especial de las zonas borrosas, el usuario puede crear una malla poligonal que modele el elemento de forma aproximada. Empleando la malla, una imagen puede ser interactivamente "deformada" hasta que visualmente encaje con otra. En ese momento los nodos de la malla son nuevas parejas de puntos que se han creado justo donde eran más necesarias, siendo fidedignas y precisas en el momento en que se convierten en coordenadas originales. A partir de aquí, diversos algoritmos de búsqueda de homologías funcionan mejor sobre la malla al emplear ventanas de búsqueda más pequeñas, siendo así todo el proceso más simple y rápido.

	Creación de malla. Las columnas de la izquierda estan modeladas de forma grosera por una malla plana sin marcas interiores. El lado de la derecha emplea una malla con tan solo 25 puntos	Vista 3D de "ortofoto cercana". El ruido geométrico debido al relieve es menos perceptible en esta vista, por tanto la malla es adecuada.

Refinamiento por correlación
Se emplean técnicas de correlación automática para generar un mapa de disparidades que proporciona las correcciones restantes al suministrar millones de nuevos puntos homólogos cuyo ruido es filtrado posteriormente. Estas correcciones se muestran inmediatamente aplicadas en cada píxel de la imagen. El usuario puede fácilmente detectar dónde el proceso automatico ha fallado al conmutar entre las diferentes imágenes de orígen. Se comprueba el modelo de cámara y la orientación y se refinan estos empleando los puntos homólogos obtenidos por correlación. La ortofoto es también refinada en un proceso iterativo sin remuestreo hasta que esta alcance la precisión adecuada acorde con la resolución deseada, alcanzando incluso precisión subpíxel.

	Mapa de disparidad del relieve fino (sin filtrado del ruido). La parte de la izquierda todavía requiere algunas marcas manuales para mejorar la malla	Imagen sintética tras la aplicación del mapa de disparidad. La información proyectada se superpone casi exactamente con la imagen original

Espacio de ortoimagen y modelo tridimensional
Finalmente las imagenes originales se reproyectan sobre el plano definitivo de ortofoto tras diversos procedimientos de ajuste y filtrado, procesando transparentemente las correcciones en el plano de trabajo, en la malla, y en la disparidad del relieve fino. Finalmente todas las imágenes coinciden proporcionando una porción validada de la ortofoto final. Adicionalmente las imágenes originales pueden ser reproyectadas en el espacio de trabajo 3D obteniéndose entonces una nube de puntos tridimensional, similar a aquellas obtenidas con láser escáner, pero con color nativo partiendo del mapa de disparidad de las imágenes.

	Tres diferentes fuentes de ortofoto del tímpano para la ortofoto final	Nube de puntos 3D sin filtrar ni constreñir

Ortofoto multicapa
La aplicación finalmente emplea ajuste radiométrico, siendo el usuario quien encaja las imágenes obtenidas en un editor multi capa requiriéndose la elección de la mejor fuente de imagen para cada área. Sin conocimiento previo de la geometría del elemento (MDS), se genera una ortofoto sin perspectiva ni fuga en verdadera proyección ortogonal. Esta puede emplearse como un mapa del elemento con precisión de píxel y con toda la información adicional de textura proporcionada por las fotografías.

	Ortofoto con calidad final de impresión, compuesta a partir de cinco capas diferentes tras ajuste radiométrico. Portada Oeste de la basílica de San Vicente, Ávila, España Proyecto realizado por metria contratado por D. José Ramón Duralde, arquitecto.

La versión comercial de este software estará disponible en la primavera del año 2010. No dude en contactar con nosotros para más información.