Aplicación de la fotogrametría digital en la medición de trofeos

 

En los últimos años se observa una creciente demanda de modelos 3D, especialmente orientados al control dimensional dentro de los diferentes campos de la arquitectura o ingeniería, en los que tanto la instrumentación, los métodos de captura (fotogrametría digital y láser escáner), como el tratamiento posterior de la información, requieren de procedimientos y modernas herramientas informáticas acordes con los fines específicos.

 

 

 

Por Roberto Rodríguez-Solano Suárez, Serafín López-Cuervo Medina, Alejandro de Blas Gutiérrez de La Vega y Luis Avendaño María. Universidad Politécnica de Madrid

 

 

Los ensayos realizados se encuadran dentro de los métodos de homologación cinegética, que son, en definitiva, los distintos sistemas de medición y puntuación de las diferentes especies de caza mayor. En este estudio se ha seleccionado un trofeo de gamo para la realización de los diferentes tratamientos, análisis y modelización. En la actualidad, los organismos competentes en esta materia emplean para realizar estos trabajos mediciones directas y baremos específicos, principalmente con instrumentación analógica.

 

 

Introducción

 

Las aplicaciones de la fotogrametría digital han revolucionado la generación de bases de datos para fines métricos. Entre estas tecnologías, los láser escáner son una fuente más de información y se trabaja a pasos agigantados en la fusión de la información de sus nubes de puntos con la información proveniente de las imágenes. La posibilidad de generar una única base de datos capaz de dar un resultado de mayor entidad y potencialidad a la hora de dar soluciones métricas o documentales a los problemas planteados, enriquece dicho tratamiento. 

 

El uso de barredores permite una adquisición rápida y una elaboración posterior de los datos capturados, siendo necesario una correcta definición de las tomas para asegurar los datos precisos en el momento de la explotación de la información. Por su parte, la información de imágenes fotogramétricas, después de un proceso de fototriangulación, permite una definición de las bases de datos conforme a la necesidad de explotación de la información. Esto significa que para documentar o analizar visualmente el objeto, no es necesario tratamiento, salvo la orientación; y que para un análisis o extracción de información bastará con realizar aquellas medidas que conduzcan a la definición de la pieza. Hecho que ahorra, de forma muy significativa, tiempos y costes.

 

La homologación de un trofeo de caza mayor es el conjunto de actos y mediciones realizados de acuerdo con las normas internacionales establecidas por el Consejo Internacional de la Caza (CIC). Es preciso destacar que los criterios aplicados en los diferentes países difieren entre sí, por lo que resulta en ocasiones inabordable un análisis conjunto.

 

El trabajo realizado en la explotación de información métrica y documental de trofeos de caza se basa en estas últimas premisas. Por un lado, y gracias a la fotogrametría de objeto próximo, se define de manera objetiva la catalogación y se proponen nuevas técnicas de homologación de los trofeos, lo que permite de manera rápida, precisa y objetiva la comparación y extracción métrica de sus partes, así como la simulación 3D de estas piezas. Además de los procesos de imágenes, se aprovechan los barredores y se integran sus datos con los anteriores, cuando la comparación de métodos recomienda los barredores para el caso de la generación de modelos de los trofeos.

 

 

 

Antecedentes

 

Los ensayos realizados se encuadran dentro de los métodos de homologación cinegética, que son, en definitiva, sistemas de medición y puntuación de las diferentes especies de caza mayor. En este estudio se ha seleccionado un trofeo de gamo para la validación de los posteriores análisis.

 

En la actualidad se emplea principalmente instrumentación analógica, que permite la medición de una dimensión como flexómetros, a los que se aplica, según la especie cinegética analizada, un baremo que permite valorar ciertos parámetros asignando coeficientes a cada trofeo. Esta sistemática se ha concebido en el sentido de puntuar aspectos que coinciden con una mejor selección natural. Es decir, en hipótesis se debería premiar a aquel ejemplar que por sus condiciones físicas cumple una serie de requisitos por los cuales ha demostrado su calidad genética.

 

Estos métodos de valoración no son estándar ni existe ningún tipo de baremo global internacionalmente aceptado ni una base de datos para poder comparar y evaluar de forma objetiva un trofeo de caza. En España para tratar de paliar esta circunstancia se ha procurado establecer unos criterios homogéneos, validos en el territorio nacional, en el que participan diversos organismos e instituciones, como son el CIC y las Juntas de Homologación de Trofeos (nacional y autonómicas).

 

Por otra parte, es destacable advertir que se trata de procesos de medición directos afectados de notables inexactitudes, por las diferentes interpretaciones de las diferentes magnitudes analizadas, y que no permiten generar una base de datos digital que asegure, con el paso del tiempo, un método objetivo y fiable, lo cual supone complejas controversias, que se deben principalmente a la falta de procedimientos de gestión dimensional y del empleo de  instrumentación y sistemas de medición y control tridimensional avanzados.

 

 

 

Materiales y métodos

 

Para la realización de estos ensayos se ha empleado un trofeo de gamo. Esta especie, en libertad, no suele superar los 8 o 10 años de vida. Su cornamenta sufre mudas anuales, distinguiéndose la roseta, las luchaderas y palas, que terminan en tres puntas o candiles. Por ello, resulta una de las especies más complejas, por la enorme variabilidad de sus cuernas.

 

La primera de las técnicas de obtención de datos utilizada ha sido la explotación fotogramétrica de imágenes digitales. En la toma de imágenes del trofeo seleccionado, se ha utilizado una cámara digital no métrica modelo Canon DS500 con 15,1 pixeles efectivos, localizada de manera estable y nivelada sobre un trípode fotográfico. La distancia al objeto hace que esta cámara sea idónea por resolución para el fin que se buscaba, la alta resolución de la cámara permite compensar su carácter de no métrica. Aun así, se ha realizado una calibración de dicha cámara que ha permitido establecer  unos parámetros de orientación interna de arranque.

 

Para las tomas, el trofeo objeto de este estudio, se ha situado sobre un trípode topográfico y soportado sobre una escuadra robusta, específicamente diseñada para este fin. Sobre este soporte se realizaron un total de 8 pares estereoscópicos que cubren los cuatro laterales más las cuatro diagonales. Las imágenes fueron registradas en formato jpg con un total de 16 imágenes que cubrieron con pares estéreos el 100% del objeto. Los pares permiten realizar las mediciones estereoscópicas necesarias sobre las cuernas para definir la geometría requerida para la catalogación del trofeo.

 

Con la intención de comparar métodos, se ha utilizado también tecnología láser escáner, empleando para este fin escáneres Leica SSC10, Leica HDS6200, Trimble CX y Trimble FX, con diferentes tecnologías en la medición de distancias (tiempo de vuelo o medición de fase). Con cada uno de ellos se realizó un modelo 3D de 360º sobre el trofeo.

 

 

 

Teoría y cálculo 

 

Se trata, por tanto, de una comparación de métodos de captura de la información necesaria para la clasificación y catalogación del trofeo, utilizando dos tecnologías de importante difusión, como son la fotogrametría digital y el láser escáner. Para ello se establecieron las pautas de medición necesarias en la catalogación y su capacidad de medición con ambas técnicas.

 

 

 

4.1.- Medición tradicional empleada por las comisiones de homologación

 

Para la realización de esta fase se ha procedido al cumplimiento minucioso de los procedimientos de valoración establecidos de las magnitudes lineales.

 

Se ha empleado un flexómetro semirrígido de 5 metros de longitud, con apreciación de un milímetro. La primera fase consistió en la localización y marcación de los puntos y guías significativas, como, por ejemplo, la línea de la nervadura a seguir en cada pala. 

 

Es importante destacar que se ha ajustado el flexómetro sobre la superficie curvada en las medidas de longitud y también advertir que se ha tomado la distancia establecida desde la roseta a 3 centímetros para la medición de la longitud de las cuernas. 

 

 

 

4.2.- Proceso fotogramétrico

 

El primer paso consistió en la calibración de la cámara digital utilizada, que permite determinar los parámetros de orientación interna de la cámara empleada: distancia focal, distorsión, parámetros de distorsión y resolución. 

 

Una vez obtenida la calibración, se procedió a la ejecución de los pasos fotogramétricos. Para el análisis y tratamiento  de las imágenes se ha empleado el software Image Master de Topcon. Este programa permite acceder de manera rápida clara y sencilla a las diferentes tareas de orientación, visualización y medida de distancias, superficies y volúmenes, así como la modelización, definición de líneas de contorno y generación de modelos TIN, visualización 3D y su exportación de resultados en diferentes formatos compatibles (dxf, ascii, vrml…), siempre entendiendo que no tiene por qué ser un modelo completo el resultado necesario.

 

El método de orientación de los fotogramas seleccionado ha sido el de ajuste de haces de rayos (principio de colinealidad), aunque la determinación de pares estereoscópicos permite la posterior explotación de la información y, además, sirve de control para la fototriangulación y, por tanto, de una medida de control de calidad de la fototriangulación. Gracias a disponer de una calibración de cámara, se integra esta solución en la fototriangulación, evitando la transformación lineal directa que daría unos resultados menos precisos.

 

Para la fototriangulación se procede a una secuencial identificación de puntos de paso por modelos, identificando entre 6 y 12 puntos por modelo y buscando transferir los puntos en cuantas más imágenes mejor. Además, se buscan puntos fuera del objeto, bien sobre la mesa situada en la parte inferior de la cuerna, bien algún punto en el aire y cercano al objeto para no distorsionar el modelo en exceso.

 

Una vez finalizado este proceso se generan de manera automática resultados tabulados que permiten analizar diferentes variables del proceso de orientación. Además de los errores del par, se podrá comprobar el error de cada uno de los puntos medidos, en función de la desviación típica calculada, valor máximo del residuo y listado de coordenadas y diferenciales.

 

Con este proceso se obtiene un modelo a escala con el que se realizarán las mediciones necesarias para obtener los parámetros de clasificación. Falta, por tanto, definir las dimensiones. De este proceso de orientación, se conocerán los parámetros de orientación, así como las coordenadas calculadas de los centros de proyección y ángulos de giro con los que pasar a la fase de explotación.

 

Una vez realizada la orientación se procede a la restitución del modelo y  se obtienen las medidas que resultan de interés del objeto analizando sobre las superficies con aplicación de texturas, el modelo tridimensional, perímetros, superficies, tanto de las cuernas como del cráneo. 

 

 

 

4.3.- Procesado con láser escáner

 

Los sistemas láser escáner analizados, para estos mismos fines, ponen de manifiesto que para esta aplicaciones de objeto cercano (menos de tres metros) no resultan una solución tan eficiente como la metodología propuesta mediante métodos fotogramétricos, dado que la modelización TIN, definición perimetral del objeto o la textura final del modelo obtenido no alcanzan similares resultados de acabado y precisión.

 

El procedimiento seguido con el láser escáner es estándar; primero se estaciona el escáner en puntos estratégicos alrededor de la pieza a medir, separados de ella un metro, los cuales puedan visualizar unos puntos de control colocados por toda la sala (en total, 5 puntos). Estos estacionamientos siempre buscan minimizar las sombras, aunque en este caso la dificultad e irregularidad de la superficie hace difícil esta disposición. Por último, se hace el barrido de toda la sala y mediante un ordenador conectado al escáner se explotan los datos filtrando con respecto al objeto puntos por distancia, por encontrarse fuera del trofeo analizado, ruidos en el aire y lo que finalmente es más difícil, ruidos sobre la superficie del objeto.

 

En estas pruebas se han utilizado cuatro escáneres (Leica C10, Leica HDS6200, Trimble CX y Trimble FX). Las nubes de puntos obtenidas son realmente increíbles; sin embargo, no permiten definir con la misma calidad las medidas necesarias para la catalogación. Como se ha indicado anteriormente, el fin último no es un modelo –hecho en el que los equipos láser escáner son una alternativa valida y contrastada en numerosas aplicaciones–, sino la identificación de puntos concretos que permitan la medición lineal y la clasificación del trofeo.

 

 

 

Resultados

 

El manejo intuitivo del software facilitó en gran medida su proceso de aprendizaje y destacan los resultados obtenidos con el programa Image Master, fueron muy favorables en cuanto a los tiempos de trabajo dado que todo el proceso dura un total de dos horas.

 

 

 

Tabla de resultados                    

 

 

 

                                                                                                          Flexómetro  (cm)             Image Master (cm)

 

1. Promedio de la longitud de las dos cuernas:
      – Izquierda (cm)                                                                                 61,38                                 60,78
      – Derecha (cm)                                                                                   59,50                                 59,75          

 

2. Promedio de la longitud de las dos luchaderas:
      – Izquierda (cm)                                                                                 16,90                                 17,59

      – Derecha (cm)                                                                                   16,00                                 15,88

 

3. Promedio de la longitud de las dos palas:
      – Izquierda (cm)                                                                                 40,50                                 39,44*(AE=21, 34)

      – Derecha (cm)                                                                                   39,00                                 38,97*(AE=20,78)    

 

4. Promedio de la anchura de las dos palas:
     – Izquierda (cm)                                                                                   14,00                                 13,63

      – Derecha (cm)                                                                                   12,50                                 12,53

 

5. Promedio de los perímetros de las dos rosetas:
     – Izquierda (cm)                                                                                   16,00                                 15,77

      – Derecha (cm)                                                                                   15,70                                 15,42

 

 

6. Perímetro de la cuerna derecha

entre la luchadera y la punta central                                                      8,30                                   8,88

 

7. Perímetro de la cuerna izquierda

entre la luchadera y la punta central                                                      8,00                                  8,27

 

8. Perímetro de la cuerna derecha

entre la punta central y la pala                                                               10,00                                 8,16

 

9. Perímetro de la cuerna izquierda

entre la punta central y la pala                                                                 9,10                                10,03

 

 

 

 

 

(*En la medida de la longitud de la pala por rapidez y accesibilidad de la imagen se ha medido la distancia desde el punto E1/E2 hasta el punto A1/A2 de la roseta, restándolo a la longitud de la cuerna medida con anterioridad: Distancia EB = Distancia AB – Distancia AE).

 

 

Discusión

Gracias a la facilidad de manejo del trofeo (el cual se colocó sobre un pedestal para facilitar las capturas con láser escáner o fotografía), a que se pudieron diseñar con comodidad las posiciones para su captura eliminando sombras con los escáneres o eligiendo la mejor disposición para adquirir las luchaderas o para definir los pares estereoscópicos en el caso de las imágenes, la comparación entre ambos métodos se centra en su capacidad de explotación o en cómo ambos se adaptan al fin propio del proyecto: la determinación de las medidas necesarias para la catalogación del trofeo.

 

Para la solución del proyecto se seleccionó el método fotogramétrico por las siguientes razones:

1.- La realización de las medidas conducentes a la catalogación necesita de la mejor definición de los puntos sobre el objeto y, para ello, contar con imágenes de gran definición permite identificar los puntos que definen mediante una poligonal las distancias a medir.

2.- No se trata de la realización de un modelo 3D completo del trofeo, que se hubiera realizado con mayor rapidez mediante un escáner, sino de un número de medidas concreto, caso que permite a la fotogrametría igualar la productividad.

3.- Las distancias de toma arrojan una resolución píxel de 0,5 mm en planimetría y de 1 mm en profundidad. Precisiones óptimas para la determinación de las medidas a ejecutar.

4.- Los tiempos de ejecución son similares: Fotogrametría (Toma + Fototriangulación + Medición de vectores) frente a Láser Escáner (Barridos + Fusión + Eliminación de ruidos); al no necesitarse de la elaboración del modelo completo, si se necesitara el modelo completo los datos provenientes de láser escáner serían más productivos. En ambos casos se estiman estos tiempos en 3 horas.

 

Además de la comparación de métodos es necesario estimar la idoneidad del método en cuanto a la catalogación de trofeos. Entonces es importante señalar:

1.- El proceso realizado permite informar de todas las medidas realizadas, así como reportar otros datos de interés para la catalogación: datos de color, consideraciones estéticas, etc.

2.- Además de las medidas incluidas en las normas establecidas por el CIC y por la Junta Nacional de Homologación de Trofeos, se plantea la ejecución de otros parámetros estéticos a desarrollar a partir de los modelos que se pueden obtener bien con los procesos fotogramétricos, bien con métodos de láser escáner. De esta forma, datos subjetivos como parámetros estéticos, pueden verse apoyados por datos obtenidos de forma más objetiva, lo que redundará en mejoras para los métodos de catalogación.

 

Conclusiones

Se ha presentado en este artículo un método para la realización de la catalogación de trofeos mediante tecnologías y procedimientos novedosos en el campo de la fotogrametría. Los resultados obtenidos garantizan las precisiones necesarias, aportando una documentación fácilmente reproducible y, por tanto, más objetiva en cuanto a la demostración de los datos obtenidos. Igualmente, se ha avanzado en cuanto a nuevos parámetros que se pueden medir y presentar en formato digital, lo que puede suponer un avance en la catalogación de trofeos, que, además, resulta compatible y complementario a los métodos tradicionales.

 

 

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