Explicación de la fotogrametría: ¿Por qué forma parte del futuro de la inspección estructural?

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La fotogrametría permite una inspección digital precisa, pero ¿qué es exactamente?

La inspección estructural, a intervalos periódicos, es de gran importancia para garantizar la integridad de las estructuras: su funcionalidad, seguridad y longevidad. Inspeccionar manualmente las estructuras puede ser una tarea ardua, especialmente cuando se trata de una estructura de gran magnitud. Gracias a la fotogrametría, estructuras como puentes, túneles y presas pueden modelarse en lo que se denomina un gemelo digital, texturizado en alta resolución, gracias al uso de simples imágenes fotográficas. Estas imágenes se procesan posteriormente en alta definición utilizando la Inteligencia Artificial (IA) para identificar, analizar y documentar los daños estructurales con niveles de detalle nunca vistos, y a escala.

La ciencia detrás de la fotogrametría

El término “fotogrametría” es una combinación de tres palabras griegas, “photos”(luz), “gramma”(dibujar o escribir) y “metron”(medir). En conjunto, el término se refiere a la ciencia de realizar mediciones extrayendo datos factibles y fiables de las imágenes fotográficas. Esta técnica consiste en tomar imágenes para obtener resultados en forma de mapa, dibujo, medición o modelo 3D de algún objeto o escena del mundo real. Aunque el proceso requiere resolver largas ecuaciones matemáticas para encontrar la coherencia entre los sistemas de coordenadas, la ciencia que hay detrás, en realidad, es bastante sencilla.

Una idea general puede derivarse de la estereoscopía, que significa “ver en estéreo”. En algún momento de nuestra vida, nos damos cuenta de que no es posible ver en 3D con el uso de un solo ojo. Pruébalo si nunca lo has hecho, o si necesitas un recordatorio. Cierra o tapa uno de tus ojos y trata de tomar una taza de café. O, mejor aún, prueba a verter agua en un vaso. No es tan fácil como estás acostumbrado, ¿verdad?

Nuestros ojos funcionan básicamente como cámaras con una distancia fija entre ellos. Crean imágenes en 2D de nuestro entorno para formar dos perspectivas muy similares pero también ligeramente diferentes. Estas pequeñas variaciones en la perspectiva marcan la diferencia. Los objetos que están más cerca de nuestra cara (el punto en el que se forma la perspectiva con nuestros ojos) crean mayores diferencias de “perspectiva” en las dos imágenes separadas creadas por nuestros dos ojos que los objetos que están más lejos. Esta información se procesa en nuestra unidad central de procesamiento, el cerebro, para crear una escena en 3D que permita una orientación y percepción más precisas, alertándonos de resultados no deseados, por ejemplo, como no derramar agua sobre la mesa. El mismo principio se aplica al procesar los datos mediante fotogrametría. Sólo hay que sustituir los ojos por una cámara y el cerebro por un ordenador.

Derivación de las relaciones geométricas a partir de las diferencias de perspectiva
(

https://lens-shutter.net/stereo-kurz-erklaert/

)

Pero recuerda que al menos el 80% de la imagen contiene datos que muestran la misma escena, así que no te alejes demasiado con una segunda cámara. Posteriormente, se puede utilizar una tercera, una cuarta o una quinta cámara para perfeccionar estos datos. Tomando escenas de todas estas cámaras, se puede crear un modelo 3D de su estructura. Automáticamente.

Un montón de cámaras: ¡suena como una gran inversión!

Lo bueno de la fotogrametría es que la misma cámara puede utilizarse varias veces, siempre que el objeto capturado no cambie de posición. Bienvenido al apasionante mundo de la fotogrametría. La técnica no depende de la toma simultánea de imágenes. Con la llegada de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) o drones en la última década, se ha vuelto conveniente y económico utilizarlos como “portadores de cámaras” para tomar imágenes de alta calidad desde puntos de vista específicos, muchos de los cuales habrían resultado inaccesibles, anteriormente. Suena novedoso, ¿verdad? Sin embargo, si cree que atar una cámara a un objeto volador es una idea reciente, piénselo de nuevo…


Fotografía Palomas trabajando (aprox. Primera Guerra Mundial)

Por Bundesarchiv: o.Ang.obra derivada: Hans Adler (charla), CC BY-SA 3.0 de,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7163150

¿Qué son exactamente las “imágenes de alta calidad”?

Dejando a un lado la ciencia, entendamos mejor las imágenes en sí mismas. Para obtener datos relevantes de las fotografías, la imagen en sí misma debe tener la calidad suficiente. Parámetros como la resolución (píxeles -o, de hecho, megapíxeles-), el brillo, la apertura, la nitidez y el color deben cumplir los criterios requeridos para ser utilizados en fotogrametría. Aquí no se aplica la filosofía de “más es siempre mejor”. A veces, el uso de menos imágenes o posiciones de cámara puede crear los mejores resultados. Lo mismo ocurre con la resolución; demasiados megapíxeles pueden significar tiempos de procesamiento más lentos al crear archivos más grandes sin añadir suficiente valor. En otras palabras, hay un punto dulce para obtener resultados óptimos cuando se trata de resoluciones. Ir más allá dejará de añadir valor – y simplemente añadirá datos.

Los requisitos pueden variar en función de las necesidades del proyecto. Entre los factores que pueden afectar a los resultados de alta calidad se encuentran los diferentes tamaños de sensor, las distancias focales y las distancias de los objetos. Un denominador común es la definición de un parámetro llamado “GSD” o “Ground Sampling Distance”. La GSD indica cuánta área de un objeto se captura en un solo píxel. Por ejemplo, una GSD de 1 mm significa que 1 píxel de la imagen corresponde a 1 mm x 1 mm (= 1 mm²) en la realidad.

¿Cómo ayuda la fotogrametría a mejorar la seguridad?

En el campo de las inspecciones estructurales, la fotogrametría proporciona información exacta sobre el estado actual de las estructuras mediante la creación de información geométrica en 3D junto con información textural de mayor resolución. Los resultados del procesamiento fotogramétrico pueden ser las llamadas “nubes de puntos” en varias densidades, mallas con o sin textura, o incluso ortomosaicos proyectados. El resultado puede procesarse posteriormente como entradas para la gestión de la información de los edificios (BIM), y para crear una base precisa para los análisis del ciclo de vida, así como el mantenimiento predictivo para mantener la seguridad de la infraestructura.

El empleo de esta tecnología significa que los lugares de difícil acceso que suelen hacer que la inspección estructural sea más propensa al riesgo pueden realizarse desde la comodidad de una silla de oficina. Los expertos en inspección pueden renunciar a la exigencia de colgarse de un puente en los Alpes y centrarse en cambio en garantizar la seguridad de los demás.


De una imagen (izquierda), a una nube de puntos (centro) y a un gemelo digital 3D texturizado (derecha)

(Del documento “Bauwerksprüfung 4.0 with STRUCINSPECT”, páginas 2 y 3)

¿Es la fotogrametría un factor clave en el futuro de las inspecciones digitales?

Sí, ciertamente lo es. La fotogrametría permite documentar sin fisuras el estado de la superficie de un elemento completo de la infraestructura y generar datos organizados y estructurados que pueden procesarse, analizarse y almacenarse para futuras referencias. Además, es más fácil realizar comparaciones objetivas con datos anteriores para mejorar la gestión de los activos a lo largo del tiempo. Esto simplifica y agiliza todo el proceso de inspección estructural.

¿Quiere simplificar sus inspecciones estructurales?

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