sistema software de flujo de trabajo

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Generación de ortoimágenes

Aspectos básicos

Dense matching

AerotriangulaciónRadiometría

sistema software de flujo de trabajo


UltraMap de Microsoft es un flujo de trabajo fotogramétrico completo de última tecnología, end-to-end, que ofrece opciones de proceso altamente automatizadas para permitir a las compañías la generación rápida de productos de datos de alta calidad a partir de datos de un vuelo con UltraCam. UltraMap se ha diseñado para procesar grandes cantidades de datos de UltraCam en el mínimo tiempo posible con 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

innovadora que ya ha producido revolucionarias prestaciones como la fusión monolítica de imágenes y el balanceo de color automático apoyado en el conjunto del proyecto para la corrección de color de bloques de imagen homogéneos. Ahora, además, ofrece revolucionarias funciones automatizadas de generación de datos 3D y procesamiento de ortoimágenes.

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 con gran precisión y sin necesidad de interacción manual, gracias a que el método de creación de ortomosaicos de UltraMap utiliza todas las entradas disponibles (un DSM y el DTM generado automáticamente). UltraMap puede generar líneas de costura en las trayectorias deseadas.

El editado de líneas de costura de zonas complicadas se lleva a cabo empleando la tecnología DragonFly de UltraMap, un motor de visualización de respuesta rápida que permite al usuario hacer controles de calidad en grandes bloques de imagen de forma rápida y eficaz.

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.

Flujo de trabajo fotogramétrico avanzado para imágenes de UltraCam.

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 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 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 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, resultados de la AT, ajustes radiométricos y DSM/DTM. Se pueden generar dos tipos de ortoimágenes: DSMOrthos y DTMOrthos.

Módulos

AT

DenseMatcher

OrthoPipeline

Essentials

Essentials

Descarga, gestión ypost-proceso de datos de imágenes RAW.

UltraMap/Essentials

• 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• Fusión monolítica

• Correcciones radiométricas• 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».

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 pancromáticapermite la obtención de gran cantidad de puntosen las áreas destacadas (izquierda) y la distribución a formatocompleto basada en el canal de color (derecha).

UltraMap realiza una profunda documentación de los resultados de la fusión.Por tanto se pueden estudiar detalles del proceso de nivel 2y la fusión (izquierda) o consultar el completo resumencon imágenes codificadas por color (derecha).

Essentials

Correcciones radiométricas

La corrección radiométrica se basa en los parámetros radiométricos de la cámara, que se estiman durante el procedimiento de calibrado en laboratorio. Los parámetros contienen toda la información sobre los objetivos, obturadores mecánicos y arrays de sensores CCD.

De este modo, el comportamiento radiométrico de la cámara ya se 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 consideran diversos ajustes de valor de abertura, y las máscaras de viñeteado resultantes pasan a estar disponibles para el proceso. En

una segunda etapa, los resultados del análisis radiométrico de las áreas solapadas del CCD se emplean para ajustar la corrección radiométrica y eliminar cualquier diferencia visible de áreas de imagen adyacentes. La imagen de formato completo de la banda de color vuelve a emplearse en este procedimiento, de modo que la fusión monolítica también tiene importantes ventajas para la corrección radiométrica.

Abajo se muestran la máscara de viñeteado (izquierda) y un diagrama de control de obturación (derecha), resultado del procedimiento de calibración radiométrica en laboratorio.

Se muestran la máscara de viñeteado (izquierda) y un diagrama de controlde obturación (derecha), resultado del procedimiento decalibración radiométrica en laboratorio.

Estructura de los datos denivel 2 de post-proceso. Disponibles archivo de proyecto,imágenes de resolución completa yvídeo rápidos.

Archivo de proyecto de UltraMap

Este archivo se genera de forma totalmente automática durante el primer paso del proceso. El archivo contiene datos y metadatos importantes de un proyecto aéreo particular, como los nombres de los archivos de imagen, estructura de carpetas, parámetros de la cámara y datos de orientación exterior inicial, así como resultados del proceso en curso.

El archivo de proyecto de UltraMap tiene extensión .dfp y contiene la información básica para permitir cualquier proceso automatizado posterior de la misión fotográfica completa. A continuación se muestra el archivo de proyecto (aquí UCEf80.dfp), que puede reconocerse directamente dentro del listado de la carpeta de proyecto seleccionada.


UltraMap/Radiometry

La etapa de radiometría del módulo UltraMap/Essentials se encarga de definir el color final de los datos de entrada de nivel 2 y generar datos de salida de nivel 3. Esta etapa está totalmente automatizada y proporciona un completo conjunto de características

para ajustar el color de imágenes individuales, así como la de un bloque en su conjunto. Además, también es posible interactuar exhaustivamente de forma manual para ajustar los resultados a necesidades específicas.

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.

AT

• 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

Generación de datos excelentes de orientación exterior de imágenes a partir de datos de cámara,control en tierra y sistemas GPS/IMU en vuelo.

UltraMap/AT


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.

DenseMatcher

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.

Generación automatizada de nubes de puntos.

UltraMap/DenseMatcher


UltraMap/DenseMatcher

UltraMap/DenseMatcher genera automáticamente nubes de puntos a partir de conjuntos de imágenes solapadas de UltraCam. Esto se realiza mediante correspondencia de píxeles entre todos los pares de imágenes disponibles para una ubicación sobre tierra determinada. Se extrapola la orientación exterior precisa y se genera un valor de altura (valor z) para un píxel dado (para unas x, y de una ubicación dadas). La redundancia de los datos del conjunto de imágenes permite múltiples observaciones de los valores z para una ubicación dada, que entonces se fusionan en una medición tridimensional precisa mediante sofisticados algoritmos de fusión. La notablemente elevada densidad

de puntos de la nube es de por lo general varios cientos de puntos por metro cuadrado.

La precisión de la altura de la nube de puntos que puede conseguirse es, frecuentemente, mayor que la GSD de las imágenes de las que se extrae, de modo que a partir de imágenes de 10 cm de GSD, la precisión de la altura de la nube de puntos resultantes es de <10 cm. Esta nube de puntos detallada y precisa se emplea para generar un modelo digital de superficie (DSM). Gracias a la alta densidad de puntos, este DSM tiene 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.

OrthoPipeline

• 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

Microsoft UltraMap introduceun pipeline de proceso totalmente automatizado para la generación deimágenes DSMOrtho y DTMOrtho.

UltraMap/OrthoPipeline


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.

UltraMap/OrthoPipeline

La imagen DSMOrtho es una ortoimagen generada rectificando la imagen mediante el DSM generado automáticamente. Esto permite obtener una ortoimagen especial sin distorsión por perspectiva ni objetos inclinados, lo que resulta ventajoso en algunas aplicaciones. Gracias a la homogeneidad de su flujo de trabajo, las DSMOrthos generadas con UltraCam y UltraMap son de una calidad notablemente alta, con bordes

muy definidos, estructuras como tejados muy detalladas y con muy pocos artefactos. Esto se debe a que el conjunto de datos (DSM e imágenes) proceden del mismo vuelo y no ha habido cambios en tierra por diferencia de tiempo que pudieran causar artefactos. Otra razón de la gran calidad es el DSM extremadamente definido y preciso que se ha proceso a partir de la nube de puntos, gracias a la alta densidad de esta.

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 softwareofrece funciones automatizadas para fusionar imágenes para crear resultados visualmente atractivos. Se procesan simultáneamente todaslas bandas de imagen (RGB e infrarrojo cercano) de forma homogénea.

RGB-DSMOrtho CIR-DSMOrtho

RGB-DTMOrtho CIR-DTMOrtho

Entorno deproceso

El pipeline de proceso de UltraMapes 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 altos, si es posible, permitiendo la utilización de la infraestructura existente

• El procesamiento distribuido en redes heterogéneas con equilibrado de cargas asegura el aprovechamiento óptimo de los recursos.

• La priorización controlada por el usuario permite el uso de máquinas dedicadas en ventanas de tiempo dedicadas (por ejemplo, usar una estación de trabajo para proceso con UltraMap de noche).

• El esquema de licencias permite adaptarse a todo tipo de necesidades de rendimiento. UltraMap puede literalmente ejecutarse desde en un portátil hasta en un sistema proceso formado por decenas, docenas o incluso centenares de núcleos CPU y, opcionalmente, núcleos GPU adicionales.

• El esquema de licencias permite la configuración en paralelo de pequeños centros de proceso sobre el terreno (por ejemplo, para controles de calidad sobre el terreno después de un vuelo), así como la creación de estaciones de proceso de pequeña, media y gran escala.

• Los nodos GPU ofrecen una gran mejora de velocidad, dado que el proceso de dense matching resulta ideal para una arquitectura SIMD como las tarjetas gráficas. La relación de uso CPU/GPU puede ajustarse para equilibrar el rendimiento.

• Las nuevas definiciones de función en el sistema UltraMap permiten un alto rendimiento: puede asignarse un equipo exclusivamente a una tarea a la vez (equipo de uso intensivo de recursos). Estos equipos pueden configurarse como nodos solo CPU o nodos con GPU.


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.

Lugares de trabajo

Coordinador central Trabajadores

Contacto

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