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LiDAR: qué es y qué utilidad tiene para la fotogrametría

La tecnología LiDAR compite con la fotogrametría, pero también la complementa.

Al contrario de lo que se piensa en la cultura popular, los láseres no son sólo haces destructivos que destruyen el planeta. Los láseres son una de las formas más precisas de medir distancias. Esto incluye el LiDAR, cada vez más accesible en los mercados de consumo. La tecnología de Pix4D consiste en medir a partir de imágenes, pero el LiDAR también puede incorporarse al flujo de trabajo. A continuación se explica en qué se diferencia el LiDAR de la fotogrametría, pero también cómo pueden trabajar juntos.



¿Qué es el LiDAR?

LiDAR es un acrónimo de light detection and ranging, que también se conoce como escaneo láser 3D. El LiDAR se utilizó por primera vez en la década de 19601 y se emplea para medir distancias basándose en la luz láser. Funciona iluminando un objeto o espacio objetivo con una luz láser y registrando el tiempo que tarda la luz láser en volver al sensor para medir distancias con gran precisión.

LiDAR scanning survey results
Una nube de puntos detallada de LiDAR (imagen de Daniel L. Lu)

El escaneado láser 3D ya se utiliza en diversos sectores, con aplicaciones que van desde proyectos de recogida de datos móviles hasta terrestres y aéreos. Como el escaneado láser mide las distancias con precisión, es muy eficaz para hacer recreaciones digitales en 3D del espacio, los objetos y los paisajes. En este aspecto puede competir con la fotogrametría como herramienta para digitalizar la realidad. Los métodos LiDAR producen una nube de puntos 3D georreferenciada y no coloreada. Esta densa nube de puntos es muy detallada y a menudo incluye pequeños objetos, como cables o alambres, que la fotogrametría no puede reconocer tan fácilmente. Sin embargo, el LiDAR puede ser costoso de realizar, y a menudo es necesario contratar a una empresa especializada en escaneado láser para recopilar datos.

¿Qué es la fotogrametría?

La fotogrametría es el proceso de medición a partir de imágenes. Las imágenes capturadas y superpuestas se procesan para generar modelos precisos del espacio. Su objetivo principal es digitalizar la realidad para la topografía y la cartografía. La primera fotogrametría se basaba en puntos de vista elevados o en globos aerostáticos para recopilar datos aéreos. Hoy en día es más frecuente el uso de drones para recoger datos topográficos junto con la captura de imágenes a nivel del suelo. La fotogrametría se utiliza en una gran variedad de industrias con un enorme abanico de aplicaciones, desde la cartografía forense de la escena del crimen hasta su uso en la agricultura de precisión.

¿Cuál es la diferencia entre LiDAR y fotogrametría?

En primer lugar, el LiDAR tiene una gran ventaja sobre la fotogrametría: produce su propia luz. Esto significa que no se ve afectado por las condiciones meteorológicas, como la nubosidad y los cambios en las condiciones de iluminación que pueden perturbar en gran medida la recogida de datos aéreos para la fotogrametría. Tanto el escaneo láser terrestre como el aéreo se benefician de ello, mientras que la fotogrametría con drones o cámaras de mano se ve afectada por la mala iluminación.

En segundo lugar, el LiDAR puede penetrar en los espacios entre las piezas de follaje y captar pequeños detalles. El pulso del láser ve entre las hojas y da una medición directa del tronco o del suelo bajo el árbol, mientras que la fotogrametría depende de las fotos, reconstruyendo sólo lo que es visible en la superficie.

El LiDAR consiguió detectar más puntos en la zona de vegetación densa, así como cables estrechos que pueden ser un reto para la fotogrametría. Crédito de la imagen: Scandinavian Drone AB

Sin embargo, el LiDAR suele ser caro. La fotogrametría puede realizarse, con distintos grados de precisión, con una amplia gama de cámaras, incluidas las de consumo, en lugar de con herramientas profesionales exclusivas de alto nivel.

Además, la fotogrametría se beneficia de una serie de resultados, como nubes de puntos coloreadas, mallas texturizadas y ortomosaicos, mientras que el LiDAR sólo produce una nube de puntos.

¿Cómo pueden trabajar juntos la fotogrametría y el LiDAR?

El LiDAR puede utilizarse para realizar tareas similares a las de la fotogrametría y puede reforzar sus resultados. El uso de ambas técnicas en combinación significa que el LiDAR, especialmente el escaneo láser terrestre, puede añadir detalles que los datos de la fotogrametría aérea pueden haber pasado por alto. Por lo tanto, cuando se combinan LiDAR y fotogrametría, aportan más detalles a un proyecto que quizá no se hubieran conseguido por separado.

Esto se ejemplifica en Pix4Dsurvey, el nuevo software de vectorización que tiende un puente entre la fotogrametría y el CAD. Permite a los usuarios fusionar nubes de puntos de fotogrametría con datos de nubes de puntos adquiridos con otras tecnologías, incluido el LiDAR. Al proporcionar acceso tanto a las imágenes originales como a la nube de puntos, la vectorización y la extracción de puntos, polilíneas, polígonos y catenarias es más precisa y rápida que nunca. Para proyectos complicados, por ejemplo con objetos estrechos como líneas eléctricas, el LiDAR puede ayudar a rellenar los huecos que los métodos de recogida de datos de fotogrametría pueden pasar por alto. El software es capaz de utilizar datos de fotogrametría en combinación con el escaneo láser terrestre.

A point cloud in Pix4Dsurvey
Una nube de puntos en Pix4Dsurvey que combina datos LiDAR y fotogramétricos

La vectorización de un área la descompone en polilíneas y polígonos para definir puntos de geometría. Como resultado, los archivos vectoriales finales derivados de grandes datos de nubes de puntos de fotogrametría y LiDAR están listos para la ingeniería.

Fotogrametría y LiDAR en acción

Las nubes de puntos de LiDAR y fotogrametría suelen ser archivos masivos compuestos por miles de millones de puntos. Manipular y navegar sin problemas por estos datos ha sido un reto que Pix4Dsurvey resuelve ahora, permitiendo a los usuarios manejar estos miles de millones de puntos.

En el siguiente ejemplo, se utilizó un dron para recoger imágenes aéreas de un tramo de vía férrea en Suiza. La nube de puntos generada mediante fotogrametría captó muchos detalles de la escena, pero no recogió los detalles de los cables de la vía ni del poste metálico que los soportaba.

Point cloud of a railway track in Switzerland
Los datos LiDAR (superpuestos en verde) captan los detalles que la fotogrametría no captó

Los datos LiDAR registraron estos detalles, rellenando las lagunas que las imágenes del dron habían pasado por alto. Como resultado, se generó un modelo más completo de la escena, desbloqueando más información.

¿Y ahora qué?

Los dispositivos equipados con LiDAR se cada vez más accesibles, lo que hace que la tecnología esté al alcance de muchos al convertir productos de consumo populares en dispositivos preparados para el modelado 3D preciso. Este es especialmente el caso del iPad Pro 2020 y del iPhone 12 Pro para los que se ha optimizado la app Pix4Dcatch.

El flujo de trabajo para el escaneo 3D terrestre con Pix4Dcatch es sencillo: sostener el dispositivo móvil iOS y caminar para capturar imágenes del área de interés. El escaneo se realiza con malla 3D en tiempo real, dando información en vivo sobre la finalización de la escena. Pix4Dcatch registra los datos del GPS y la IMU, lo que permite generar resultados 3D a escala y georreferenciados con Pix4Dmapper o Pix4Dcloud.

Pix4Dcatch srceenshot
Pix4Dcatch permite generar modelos 3D precisos desde un dispositivo portátil

La transición del LiDAR para ser accesible en el mercado de consumo es un desarrollo emocionante para el modelado 3D. La precisión milimétrica del escaneo láser 3D en combinación con la flexibilidad y las variadas aplicaciones y resultados de la fotogrametría forma parte de la revolución continua en la industria de la topografía y la cartografía, garantizando un acceso más sencillo a la información crítica, con más precisión que nunca.


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References

1
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