sistema software de flujo de trabajo

sistema software de flujo de trabajo
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Aerotriangulación
Radiometría
Aspectos básicos
Dense matching
Generación
de ortoimágenes
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Flujo de trabajo
fotogramétrico
avanzado para
imágenes
de UltraCam.
UltraMap de Microsoft es un flujo de trabajo fotogramétrico completo
innovadora que ya ha producido revolucionarias prestaciones como
de última tecnología, end-to-end, que ofrece opciones de proceso
la fusión monolítica de imágenes y el balanceo de color automático
altamente automatizadas para permitir a las compañías la generación
apoyado en el conjunto del proyecto para la corrección de color de
rápida de productos de datos de alta calidad a partir de datos de un
bloques de imagen homogéneos. Ahora, además, ofrece revolucionarias
vuelo con UltraCam. UltraMap se ha diseñado para procesar grandes
funciones automatizadas de generación de datos 3D y procesamiento
cantidades de datos de UltraCam en el mínimo tiempo posible con
de ortoimágenes.
el mayor nivel de automatización, asistido con interacción manual
guiada, herramientas de control de calidad y potentes opciones de
visualización. Con su última versión, UltraMap sigue su trayectoria
UltraMap ahora incluye:
• Generación de nubes de puntos 3D de alta densidad, con una densidad de varios cientos de puntos por metro cuadrado a partir de datos de
una misión fotográfica de UltraCam
• Generación precisa y detallada de modelos digitales de superficie (DSM)
• Filtrado de DSM para la obtención de modelos digitales de terreno (DTM)
• Generación de imágenes DSMOrtho (ortomosaicos basados en DSM generados automáticamente) y DTMOrtho (ortomosaicos tradicionales)
UltraMap genera DSMOrthos y DTMOrthos de una calidad excepcional
El editado de líneas de costura de zonas complicadas se lleva a cabo
con gran precisión y sin necesidad de interacción manual, gracias a que
empleando la tecnología DragonFly de UltraMap, un motor de
el método de creación de ortomosaicos de UltraMap utiliza todas las
visualización de respuesta rápida que permite al usuario hacer controles
entradas disponibles (un DSM y el DTM generado automáticamente).
de calidad en grandes bloques de imagen de forma rápida y eficaz.
UltraMap puede generar líneas de costura en las trayectorias deseadas.
UltraMap es la primera solución de flujo de trabajo fotogramétrico totalmente integrada e interactiva para conseguir el mejor proceso de
datos de UltraCam a partir de datos RAW para generar nubes de puntos, DSM y ortoimágenes.
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Módulos
UltraMap/Essentials |
UltraMap/Essentials es el módulo encargado de convertir las
imágenes RAW obtenidas por UltraCam en archivos de formato estándar para usarse en etapas de
proceso posteriores en UltraMap y/o sistemas software de terceros. El módulo UltraMap/Essentials se
divide en dos etapas de proceso:
UltraMap/RawDataCenter |
La etapa UltraMap/RawDataCenter es la
encargada de procesar las imágenes de UltraCam desde el nivel 0 al nivel 2. La arquitectura
Essentials
distribuida de UltraMap permite que las tareas puedan procesarse en paralelo.
UltraMap/Radiometry | La etapa UltraMap/Radiometry se encarga de definir
el color final de los datos de nivel 2. También ofrece corrección radiométrica basada en
modelos para compensar sobrexposiciones, efectos atmosféricos y bruma, o eliminarlos,
aprovechando la tecnología DragonFly para la interacción con imágenes y visualización
de grandes bloques de imagen.
UltraMap/AT | El módulo de aerotriangulación (AT) ofrece un flujo de trabajo
interactivo para calcular correspondencias de imágenes con que obtener una
AT
orientación exterior precisa para un bloque de imagen completo mediante ajuste de
haces por mínimos cuadrados.
UltraMap/DenseMatcher | El módulo UltraMap/DenseMatcher crea nubes
de puntos de alta densidad y DSM y DTM a partir de imágenes de nivel 2, extrapolando
DenseMatcher
datos de orientación exterior precisos para generar valores de altura por píxel. La nube
de puntos 3D y los datos de DSM pueden exportarse a archivos de formato estándar para
procesarse en software de terceros
UltraMap/OrthoPipeline |
El módulo UltraMap/OrthoPipeline genera el
ortomosaico final a partir de todas las entradas disponibles, como imágenes de nivel 2,
OrthoPipeline
resultados de la AT, ajustes radiométricos y DSM/DTM. Se pueden generar dos tipos de
ortoimágenes: DSMOrthos y DTMOrthos.
Essentials
UltraMap/Essentials
Descarga, gestión y
post-proceso de datos de imágenes RAW.
• Aplicación de calibración de cámara
• Uso de metadatos de vuelo
• Configuración automatizada del archivo de
proyecto de UltraMap
• Ajustes radiométricos
UltraMap/RawDataCenter
La etapa UltraMap/RawDataCenter del módulo UltraMap/Essentials se encarga de descargar y procesar imágenes de UltraCam del nivel 0
al nivel 2 e incluye:
•
Correcciones geométricas
•
Correcciones radiométricas
•
Fusión monolítica
•
Generación del archivo de proyecto de UltraMap
Correcciones geométricas
Las imágenes de UltraCam se capturan durante el reconocimiento aéreo
y se almacenan en formato RAW. Cada posición de captura contiene
varias subimágenes. Cada subimagen corresponde a un único array de
sensores CCD y requiere procesarse y convertirse mediante la fusión de
imágenes. El software identifica puntos de paso en las regiones solapadas
y los usa para componer la imagen virtual total. La calidad de este proceso
de correlación es de magnitud de 1/20 de píxel. Además, la calibración
en laboratorio desempeña un papel significativo en el proceso y permite
la estimación de puntos de paso para evitar errores de correspondencia
y áreas de búsqueda mayores. Los metadatos, tales como lecturas de
temperatura, se incluyen para permitir describir las condiciones de la
cámara en el momento de la captura de la imagen. El resultado de este
proceso es lo que se denomina imagen de nivel 2. Contiene la imagen
pancromática de alta resolución con un rango de datos de 16 bits por píxel
y la imagen multiespectral de 4 bandas en un formato de datos de 16 bits
por banda. Merece la pena destacar que también se aplican correcciones
radiométricas a las imágenes de nivel 2 basándose en la calibración en
laboratorio (ver correcciones radiométricas). Puesto que las imágenes
de nivel 2 se almacenan a 16 bits por banda, el dominio radiométrico es
lineal, sin ninguna modificación logarítmica. Así, se puede denominar a la
imagen de nivel 2 «transparencia digital».
UltraMap realiza una
profunda documentación de
los resultados de la fusión.
Por tanto se pueden estudiar
detalles del proceso de nivel 2
y la fusión (izquierda) o
consultar el completo resumen
con imágenes codificadas
por color (derecha).
Fusión monolítica
La fusión monolítica genera una imagen PAN completa a partir de nueve
subimágenes PAN capturadas por la cámara. Combina la información de
las subimágenes PAN, así como de los conos de color de formato completo
para obtener puntos de paso para la fusión. Esto permite establecer
puntos de paso sólidos entre subimágenes incluso en condiciones críticas,
tales como imágenes con extensiones de agua o terreno no estructurado,
como desiertos de arena. Como resultado, la imagen PAN completa es de
una gran precisión y robustez, literalmente como si se hubiera capturado
con un único objetivo en un único CCD de gran tamaño. Sin embargo, el
uso de múltiples CCD más pequeños tiene considerables ventajas, tales
como un rango dinámico mucho mayor comparado con un único CCD de
gran tamaño. Así, la fusión monolítica de UltraMap permite combinar las
ventajas de la calidad de imagen de CCD’s más pequeños con la precisión
de CCD’s grandes, evitando las desventajas de estos últimos.
La fusión entre áreas de
imagen pancromática
permite la obtención de
gran cantidad de puntos
en las áreas destacadas
(izquierda) y la
distribución a formato
completo basada en el
canal de color (derecha).
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Essentials
Correcciones radiométricas
La corrección radiométrica se basa en los parámetros radiométricos de
una segunda etapa, los resultados del análisis radiométrico de las áreas
la cámara, que se estiman durante el procedimiento de calibrado en
solapadas del CCD se emplean para ajustar la corrección radiométrica y
laboratorio. Los parámetros contienen toda la información sobre los
eliminar cualquier diferencia visible de áreas de imagen adyacentes. La
objetivos, obturadores mecánicos y arrays de sensores CCD.
imagen de formato completo de la banda de color vuelve a emplearse
en este procedimiento, de modo que la fusión monolítica también
De este modo, el comportamiento radiométrico de la cámara ya se
tiene importantes ventajas para la corrección radiométrica.
conoce a un nivel de calidad definido y puede adoptarse durante
el proceso de imágenes RAW (nivel 0) al nivel 2. Para estos datos, se
Abajo se muestran la máscara de viñeteado (izquierda) y un diagrama
consideran diversos ajustes de valor de abertura, y las máscaras de
de control de obturación (derecha), resultado del procedimiento de
viñeteado resultantes pasan a estar disponibles para el proceso. En
calibración radiométrica en laboratorio.
Se muestran la máscara
de viñeteado (izquierda) y
un diagrama de control
de obturación (derecha),
resultado del procedimiento de
calibración radiométrica
en laboratorio.
Archivo de proyecto de UltraMap
Este archivo se genera de forma totalmente automática durante el primer
El archivo de proyecto de UltraMap tiene extensión .dfp y contiene
paso del proceso. El archivo contiene datos y metadatos importantes
la información básica para permitir cualquier proceso automatizado
de un proyecto aéreo particular, como los nombres de los archivos de
posterior de la misión fotográfica completa. A continuación se muestra
imagen, estructura de carpetas, parámetros de la cámara y datos de
el archivo de proyecto (aquí UCEf80.dfp), que puede reconocerse
orientación exterior inicial, así como resultados del proceso en curso.
directamente dentro del listado de la carpeta de proyecto seleccionada.
Estructura de los datos de
nivel 2 de post-proceso.
Disponibles archivo
de proyecto,
imágenes de resolución
completa y
vídeo rápidos.
UltraMap/Radiometry
La etapa de radiometría del módulo UltraMap/Essentials
para ajustar el color de imágenes individuales, así como la de un bloque
se encarga de definir el color final de los datos de entrada de nivel
en su conjunto. Además, también es posible interactuar exhaustivamente
2 y generar datos de salida de nivel 3. Esta etapa está totalmente
de forma manual para ajustar los resultados a necesidades específicas.
automatizada y proporciona un completo conjunto de características
Estos son algunos ejemplos del conjunto de características:
• Corrección radiométrica automatizada basada en modelos para la compensación o eliminación de sobrexposiciones y/o efectos atmosféricos
como bruma
• Corrección de color basada en proyecto (PBCB) para la corrección de color automatizada de bloques enteros. Efectos como diferentes
exposiciones, condiciones de iluminación y horas de vuelo se corrigen automáticamente
• Visualización e interacción fluida de bloques grandes y pequeños gracias a la tecnología DragonFly
• Interfaz de usuario fácil e intuitiva, basada en modernas tecnologías de interfaces gráficas y respuesta instantánea
• Total compatibilidad con flujo de trabajo en 16 bits para garantizar la computación de imágenes sin pérdida de calidad
• Varios formatos de salida de nivel 3, como por ejemplo TIFF, TIFF de 16 bits, JPEG, una banda, 3 bandas o 4 bandas
El módulo UltraMap/Essentials emplea la tecnología
DragonFly para la visualización, y la arquitectura para
procesamiento distribuido. Esto permite que UltraMap sea
escalable dependiendo de las necesidades de rendimiento
e infraestructura informática. Características como el
proceso distribuido en paralelo (procesamiento multinúcleo)
con equilibrado automatizado de cargas optimizan el
rendimiento en redes heterogéneas sin necesidad de
interacción por parte del usuario. La arquitectura permite
el proceso paralelo en ordenadores individuales, así como
en sistemas multinúcleo pequeños, medianos o grandes.
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AT
UltraMap/AT
Generación de datos excelentes de orientación
exterior de imágenes a partir de datos de cámara,
control en tierra y sistemas GPS/IMU en vuelo.
• Obtención automatizada de puntos de paso
• Medición semiautomática de
puntos de control en tierra
• Integración completa de datos
GPS/IMU posprocesos
• Ajuste del conjunto fotogramétrico
• Varios formatos de exportación
UltraMap/AT
UltraMap/AT es el módulo de aerotriangulación de
UltraMap, optimizado para que UltraCam proporcione la máxima calidad.
Permite un flujo de trabajo interactivo mientras calcula correspondencias
de imágenes para generar datos de orientación exterior precisos para
un bloque de imagen completo. UltraMap/AT también ofrece un
alto grado de automatización inteligente. Siempre que se requiera
interacción, UltraMap/AT está diseñado para que esta sea mínima, eficaz
y significativamente asistida, por ejemplo con la mejora manual guiada
de puntos de paso para los pocos casos en que el sistema de obtención
automatizada de puntos de paso no proporciona resultados óptimos.
Estas son algunas de las características de UltraMap/AT:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Utiliza información GPS en vuelo para la orientación inicial
Proyección simple y múltiple de puntos de control en tierra
Inicialización de ajustes de color basados en proyecto
Obtención automatizada y robusta de puntos de paso:
• Autocompletado para medición manual de puntos
• Alta precisión gracias a la combinación de correspondencia de imágenes basada en características y mínimos cuadrados
• Sofisticado método de reducción de puntos de paso basado en imágenes para una cobertura óptima
• Medición manual asistida de puntos (puntos de control y puntos de paso)
Ajuste integrado de bloque fotogramétrico:
• Compatible con datos GPS/IMU como restricciones para los ajustes de conjunto
• Superposiciones gráficas para resultados de AT
• Detección de errores, análisis de datos
Totalmente compatible con todas las cámaras UltraCam
Compatibilidad total con flujo de trabajo en 16 bits
Compatible con entornos de proceso escalables
Visualización e interacción fluida de bloques grandes y pequeños gracias a la tecnología DragonFly
Distribución de puntos de paso en el bloque
AT; visualización codificada con colores.
Visualización de puntos de control
en tierra; representación gráfica
de la precisión de medición.
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DenseMatcher
UltraMap/DenseMatcher
Generación automatizada de nubes de puntos.
El uso de la fotogrametría multihaz ha supuesto un gran
cambio en el sector y fue posible gracias a la llegada de
las cámaras digitales y un flujo de trabajo totalmente
digital. Esto permite un solapamiento longitudinal
significativamente mayor, así como la posibilidad de
capturar más imágenes, sin virtualmente ningún coste
adicional. Sin embargo, la fotogrametría multihaz como
primer paso no es una tecnología nueva: se trata de
un patrón de vuelo específico con un solapamiento
longitudinal muy alto (del 80 en incluso del 90 %),
y un mayor solapamiento lateral (hasta el 60 %). El
resultado es un conjunto de datos altamente redundante
que permite usar dense matching automatizado
para generar nubes de puntos de alta resolución y
precisión, así como modelos digitales de superficie.
UltraMap/DenseMatcher
UltraMap/DenseMatcher genera automáticamente nubes de puntos
de puntos de la nube es de por lo general varios cientos de puntos por
a partir de conjuntos de imágenes solapadas de UltraCam. Esto se
metro cuadrado.
realiza mediante correspondencia de píxeles entre todos los pares de
imágenes disponibles para una ubicación sobre tierra determinada.
La precisión de la altura de la nube de puntos que puede conseguirse
Se extrapola la orientación exterior precisa y se genera un valor de
es, frecuentemente, mayor que la GSD de las imágenes de las que se
altura (valor z) para un píxel dado (para unas x, y de una ubicación
extrae, de modo que a partir de imágenes de 10 cm de GSD, la precisión
dadas). La redundancia de los datos del conjunto de imágenes permite
de la altura de la nube de puntos resultantes es de <10 cm. Esta nube de
múltiples observaciones de los valores z para una ubicación dada, que
puntos detallada y precisa se emplea para generar un modelo digital de
entonces se fusionan en una medición tridimensional precisa mediante
superficie (DSM). Gracias a la alta densidad de puntos, este DSM tiene
sofisticados algoritmos de fusión. La notablemente elevada densidad
bordes notablemente definidos, así como un gran nivel de detalle.
El siguiente paso tras la generación DSM es el proceso de un DTM. El DTM se procesa a partir del DSM mediante un algoritmo jerárquico
desarrollado por Microsoft.
Las salidas de UltraMap/DenseMatcher son:
• Nubes de puntos considerablemente densas
• Modelo digital de superficie (DSM)
Todas las salidas están disponibles en formatos estándares para facilitar su uso en sistemas software de terceros. Actualmente, el modelo digital
de terreno (DTM) se emplea únicamente de forma interna en UltraMap/OrthoPipeline para el proceso de imágenes DTMOrtho.
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OrthoPipeline
UltraMap/OrthoPipeline
Microsoft UltraMap introduce
un pipeline de proceso totalmente
automatizado para la generación de
imágenes DSMOrtho y DTMOrtho.
• Rectificación de imágenes basándose
en los campos de altura disponibles del
modelo digital de superficie (DSM) o del
modelo digital de terreno (DTM)
• Herramientas de control de calidad y
posibilidad de interacción para las líneas de
costura generadas automáticamente
• Composición de mosaicos de resolución
completa para la obtención de imágenes
DSMOrtho y DTMOrtho finales
UltraMap/OrthoPipeline
La imagen DSMOrtho es una ortoimagen generada rectificando la
muy definidos, estructuras como tejados muy detalladas y con muy pocos
imagen mediante el DSM generado automáticamente. Esto permite
artefactos. Esto se debe a que el conjunto de datos (DSM e imágenes)
obtener una ortoimagen especial sin distorsión por perspectiva ni objetos
proceden del mismo vuelo y no ha habido cambios en tierra por diferencia
inclinados, lo que resulta ventajoso en algunas aplicaciones. Gracias a
de tiempo que pudieran causar artefactos. Otra razón de la gran calidad
la homogeneidad de su flujo de trabajo, las DSMOrthos generadas con
es el DSM extremadamente definido y preciso que se ha proceso a partir
UltraCam y UltraMap son de una calidad notablemente alta, con bordes
de la nube de puntos, gracias a la alta densidad de esta.
RGB-DSMOrtho
CIR-DSMOrtho
DTMOrtho son las ortoimágenes tradicionales, procesadas rectificando las imágenes mediante un DTM que también ha generado automáticamente
UltraMap/DenseMatcher. Las líneas de costura se generan automáticamente a partir de la información de las imágenes, así como del campo de
altura. Las líneas de costura pueden optimizarse mediante herramientas de edición manuales.
RGB-DTMOrtho
CIR-DTMOrtho
UltraMap/OrthoPipeline consta de varias etapas que se llevan a cabo en una secuencia:
Ortorrectificación: el primer paso en UltraMap/OrthoPipeline se denomina ortorrectificación y consiste en proyectar las imágenes de entrada
sobre una geometría sustitutiva definida, como el DSM o el DTM. Según el tipo de geometría empleada para la rectificación, el resultado será
una imagen DSMOrtho o una DTMOrtho.
Generación de líneas de costura: tras ejecutar el proceso de ortorrectificación, la siguiente etapa es el cálculo de líneas de costura entre
imágenes rectificadas. Las líneas de costura se corresponden a transiciones de una imagen de entrada a su adyacente.
Ortocomposición: una vez completado el ortoproceso inicial, el software
ofrece funciones automatizadas para fusionar imágenes para crear
resultados visualmente atractivos. Se procesan simultáneamente todas
las bandas de imagen (RGB e infrarrojo cercano) de forma homogénea.
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Entorno de
proceso
El pipeline de proceso de UltraMap
es un sistema de proceso altamente
escalable que se adapta de forma
flexible a entornos informáticos.
Sus características principales son:
• Se puede usar con PCs Windows estándar, de niveles medios y
• El esquema de licencias permite la configuración en paralelo de
altos, si es posible, permitiendo la utilización de la infraestructura
pequeños centros de proceso sobre el terreno (por ejemplo, para
existente
controles de calidad sobre el terreno después de un vuelo), así
como la creación de estaciones de proceso de pequeña, media y
• El procesamiento distribuido en redes heterogéneas con
gran escala.
equilibrado de cargas asegura el aprovechamiento óptimo de los
recursos.
• Los nodos GPU ofrecen una gran mejora de velocidad, dado que
el proceso de dense matching resulta ideal para una arquitectura
• La priorización controlada por el usuario permite el uso de
máquinas dedicadas en ventanas de tiempo dedicadas (por
SIMD como las tarjetas gráficas. La relación de uso CPU/GPU
puede ajustarse para equilibrar el rendimiento.
ejemplo, usar una estación de trabajo para proceso con UltraMap
de noche).
• Las nuevas definiciones de función en el sistema UltraMap
permiten un alto rendimiento: puede asignarse un equipo
• El esquema de licencias permite adaptarse a todo tipo de
exclusivamente a una tarea a la vez (equipo de uso intensivo de
necesidades de rendimiento. UltraMap puede literalmente
recursos). Estos equipos pueden configurarse como nodos solo
ejecutarse desde en un portátil hasta en un sistema proceso
CPU o nodos con GPU.
formado por decenas, docenas o incluso centenares de núcleos
CPU y, opcionalmente, núcleos GPU adicionales.
Un sistema de proceso UltraMap normalmente consta de uno o varios
equipos front-end que se emplean para interactuar con los datos
y que no están diseñados para procesarlos. Además, uno o varios
equipos de proceso se conectan al equipo o equipos front-end y al
servidor o servidores de datos. Los equipos de proceso se encargan
del proceso de los datos y pueden constar de varios nodos CPU
y/o GPU. Los servidores albergan los datos de entrada, intermedios
y finales. Un aspecto muy importante del entorno de proceso es la
red necesaria para transferir los datos eficazmente entre front-end,
equipos de proceso y servidores. El equipo coordinador se encarga de
gestionar todo el tráfico en la red y la distribución de cargas.
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