- La fotogrametría depende en gran medida del tipo de cámara utilizada para capturar imágenes fijas, ya que esto afecta directamente la calidad y precisión de los datos;
- Los componentes clave incluyen el tamaño del sensor, la densidad de píxeles y la velocidad/tipo de obturación;
- Sus objetivos de recopilación de datos pueden ayudar a dictar la cámara óptima para sus necesidades;
- Descubre cómo las cámaras de drones de fotogrametría DJI han sido diseñadas para la recopilación de datos de alta calidad.
La fotogrametría de drones se ha convertido en una poderosa herramienta para capturar imágenes aéreas de alta resolución para crear mapas y modelos precisos.
Si bien el drone en sí juega un papel vital, la calidad del equipo de imágenes que lo acompaña es una consideración crucial y es integral para recopilar datos confiables durante el tiempo que lo acompaña.
En esta publicación de blog, profundizaremos en la importancia de elegir una cámara de calidad para la fotogrametría con drone y exploraremos cómo puede elevar los resultados de su recopilación de datos aéreos y aumentar la eficiencia topográfica, escogiendo la mejor cámara para fotogrametría con drone.
También veremos algunas de las mejores soluciones disponibles, incluyendo el DJI Mavic 3 Enterprise, la Cámara P1 y la Sony a7R IV que se integra con la alta precisión Gimbal de mapeo Gremsy Pixy SM para ser utilizado con el Serie M300, y los más antiguos Phantom 4 RTK.
Ten en cuenta que el DJI Mavic 3 Enterprise tiene una cámara gran angular y una telecámara. Este artículo se centrará en la cámara gran angular del M3E, ya que ha sido diseñada específicamente para la topografía aérea.
Calidad de imagen: Liberando el poder del detalle
Una cámara de alta calidad es esencial para capturar imágenes nítidas y detalladas que forman la base de salidas fotogramétricas precisas.
Numerosos factores entran en juego al elegir una cámara para la fotogrametría de drones, pero algunos de los aspectos más cruciales incluyen el tamaño y la resolución del sensor, el obturador, el ISO y la apertura.
Optar por una cámara de mejor calidad garantiza la fidelidad de los datos capturados y puede ayudar a aumentar la eficiencia de la misión. Después de todo, las imágenes claras y detalladas permiten una extracción precisa de características y facilitan la creación de mapas y modelos precisos.
Tamaño del sensor
El tamaño del sensor de una cámara de drone se refiere a las dimensiones físicas de su sensor de imagen, un parámetro que en fotogrametría con drone resulta bastante relevante.
En general, los tamaños de sensor más grandes tienden a capturar más luz y dan como resultado una mayor calidad de imagen, capturando más detalles, exhibiendo un mejor rango dinámico y funcionando bien en condiciones de poca luz.
Un tamaño de sensor más grande captura un área más grande en una sola imagen, reduciendo el número de imágenes necesarias para cubrir un área de encuesta determinada.
Esto se demuestra en el siguiente gráfico. La cámara P1 y la Sony a7R IV (utilizada con el gimbal Gremsy Pixy SM para la serie M300 RTK) tienen sensores de fotograma completo. Mira cómo un sensor de fotograma completo (cuadro naranja) puede absorber más datos en una sola toma en comparación con los tamaños de sensor pequeños, en este caso, el sensor 3/4 del Mavic 3 Enterprise (recuadro caqui) y el sensor de 4 pulgada del Phantom 4 RTK (gris). Del mismo modo, el sensor 3/4 del M3E absorbe más que el sensor de una pulgada del P4R.
Esto ayuda a aumentar la eficiencia: recopilar más datos en un solo vuelo. Esto significa que se puede cubrir un área mayor en una misión, o una misión se puede completar más rápido.
Por ejemplo, este gráfico muestra las comparaciones de eficiencia entre el P1, Mavic 3 Enterprise y el P4 RTK, mostrando la distancia recorrida durante un solo vuelo.
El gráfico hace referencia a GSD (distancia de muestreo del suelo), que es una consideración crucial durante los estudios de fotogrametría de drones, y se ve afectada por varios factores, incluida la calidad de la cámara y la altitud de vuelo.
Es importante señalar que estos niveles de eficiencia no se deben únicamente al tamaño del sensor, sino a una combinación de factores, como la velocidad del intervalo de disparo, la resolución de la cámara, el tamaño de píxel y la duración de la batería del dron. Muchos de estos serán discutidos más adelante en este blog.
Como los sensores más grandes generalmente producen imágenes de mayor calidad con más detalle, es importante recordar que el procesamiento de estas imágenes requiere más recursos computacionales y tiempo. En comparación, los sensores más pequeños con tamaños de imagen más pequeños pueden agilizar el flujo de trabajo de procesamiento de imágenes y mejorar la eficiencia en la etapa de procesamiento de datos.
En muchos aspectos, depende de qué salidas se requieran: un sensor más grande con más píxeles y detalles más finos puede proporcionar mejores datos para el análisis, lo cual es crucial cuando se requieren mediciones precisas o extracción detallada de características. Pero, si una tarea de topografía no requiere imágenes de alta resolución, un sensor más pequeño con menos píxeles puede hacer el trabajo.
Conoce más sobre las diferentes cámaras con las que contamos
Número de píxeles
El número de píxeles, comúnmente conocido como resolución, determina el nivel de detalle que se puede capturar en una imagen. Más píxeles tienden a dar como resultado imágenes de mayor resolución.
Pero, es importante señalar que un megapíxel alto no significa necesariamente una mejor calidad de imagen: un alto recuento de megapíxeles en un sensor pequeño significa que cada imagen es más pequeña.
Sin embargo, por otro lado, un sensor más grande con un mayor número de megapíxeles puede producir resultados más precisos y visualmente atractivos, especialmente cuando se vuela más alto para aumentar la eficiencia en comparación con otras cámaras con sensores más pequeños / menos megapíxeles. Esto también es beneficioso para capturar detalles finos, características topográficas o distinguir objetos pequeños.
Por ejemplo, el P1, con su sensor de fotograma completo y capacidades de 45MP, puede capturar este nivel de detalle desde 50 m …
… o capturar imágenes que pueden producir impresionantes recreaciones en 3D, como esta…
… con una claridad extrema al acercar la imagen…
En la misma medida, echa un vistazo a esta magnífica recreación, capturada con datos de la Sony a7R IV, que combina su sensor de fotograma completo con 61MP para proporcionar este nivel de claridad en reconstrucciones 3D (imagen cortesía de Visualskies)…
Mientras tanto, mientras que el Mavic 3 Enterprise y el Phantom 4 RTK tienen cámaras de 20MP, las imágenes deberían ser más nítidas en el M3E porque tiene un sensor más grande y píxeles más grandes (3.3um vs 2.4um).
Por ejemplo, la claridad en este mapa 2D a continuación, tomada de Balfour Beatty El trabajo de VINCI en el proyecto HS2 – muestra los altos niveles de detalle que se pueden obtener de la topografía con el Mavic 3 Enterprise.
Tamaño de los píxeles
El tamaño de los píxeles individuales en el sensor de la cámara del drone afecta su sensibilidad a la luz y su capacidad para capturar detalles durante los levantamientos de fotogrametría.
Los píxeles más grandes generalmente funcionan mejor en condiciones de poca luz, ya que pueden reunir más luz, lo que resulta en un ruido reducido y una mejor calidad de imagen.
Por el contrario, los píxeles más pequeños son capaces de capturar detalles más finos debido a su mayor densidad, pero pueden tener dificultades en entornos con poca luz y producir imágenes con más ruido.
Por ejemplo, la P1 tiene un tamaño de píxel de 4.4um, en comparación con los 4.2um del Phantom 4 RTK. Mire cuánto más brillante es la imagen P1 – arriba – en comparación con la P4 RTK – abajo – al capturar la misma imagen en un entorno con poca luz. Otros factores, como ISO, también pueden desempeñar un papel.
Obturador de la cámara
El obturador de una cámara es un dispositivo mecánico o electrónico que controla la duración del tiempo que el sensor de la cámara está expuesto a la luz al tomar una fotografía.
Velocidad de obturación: impacto en la cámara de fotogrametría con drone
La velocidad de obturación controla la duración de la exposición y es crucial para congelar el movimiento o capturar el desenfoque de movimiento deseado.
Una velocidad de obturación más corta es beneficiosa para la fotogrametría aérea, ya que minimiza el desenfoque de movimiento, lo que permite imágenes más nítidas cuando se mueven a gran velocidad.
Los intervalos de disparo rápidos también tienen ventajas para capturar múltiples imágenes de la misma área, lo que nuevamente ayuda con la eficiencia: el P1 y el Mavic 3 Enterprise tienen un intervalo de disparo de 0.7s, en comparación con el intervalo de disparo de 4.2s del P4 RTK.
Obturador mecánico vs electrónico
El obturador de una cámara puede ser mecánico o electrónico.
Un obturador mecánico es una cortina física o un conjunto de cuchillas ubicadas frente al sensor de la cámara. Cuando se presiona el botón del obturador, el obturador mecánico se abre para exponer el sensor a la luz, y después de una duración predeterminada, se cierra nuevamente.
Este proceso crea una clara distinción entre el inicio y el final de la exposición, lo que permite un control preciso sobre el tiempo de exposición.
Por el contrario, un obturador electrónico no depende de componentes físicos. En cambio, controla electrónicamente el sensor de la cámara para capturar la imagen.
El sensor se activa y desactiva directamente para controlar la exposición. Cuando se activa el obturador electrónico, todo el sensor se expone a la luz simultáneamente.
Un obturador mecánico tiene ventajas significativas sobre un obturador electrónico para la topografía con drones porque elimina efectivamente el desenfoque de movimiento que puede ocurrir con los obturadores electrónicos.
Gracias a su captura sincronizada y controlada, un obturador mecánico (obturador global) puede minimizar la distorsión del rolling shutter, o el efecto gelatina, en comparación con un obturador electrónico (rolling shutter) para capturar imágenes más precisas y sin distorsiones.
Esto también mejora el proceso de georreferenciación, asegurando que cada imagen se alinee con precisión con otras, lo que resulta en una reconstrucción fotogramétrica perfecta y confiable.
Algunas cámaras ofrecen una combinación de obturadores mecánicos y electrónicos, lo que permite a los fotógrafos elegir el tipo de obturador más apropiado para diferentes situaciones de disparo.
El Mavic 3 Enterprise, P1 y Phantom 4 RTK están equipados con persianas mecánicas y electrónicas.
Sus velocidades de obturación son:
| Mavic 3 Enterprise (wide camera) | Phantom 4 RTK | ||
| Velocidad de obturación | Obturador mecánico: 1/2000 -1 s Obturador electrónico: 1/8000-1 s * Valor de apertura no mayor que f / 5.6 | Obturador electrónico: 8-1/8000 s Obturador mecánico: 8-1/2000 s | Obturador electrónico:8-1/8000 s Obturador mecánico: 8-1/2000 s |
La Sony a7R IV tiene un obturador electrónico, con una velocidad de obturación de 1/8000 a 30 segundos. Rico en funciones, su obturador permite un disparo silencioso y sin vibraciones y una estructura de amortiguador interno para absorber el impacto del movimiento del obturador para un mínimo de vibración del obturador.
ISO
ISO determina la sensibilidad del sensor de la cámara a la luz.
En la fotogrametría aérea, generalmente es preferible utilizar un ajuste ISO bajo (como ISO 100 o 200) para minimizar el ruido de la imagen y maximizar la calidad de la imagen.
Los ajustes ISO más altos pueden introducir más ruido en las imágenes, lo que puede degradar la precisión y el detalle de la salida fotogramétrica resultante.
Sin embargo, es importante lograr un equilibrio, ya que el uso de un ajuste ISO demasiado bajo en condiciones de poca luz puede conducir a imágenes subexpuestas. Por lo tanto, encontrar la configuración ISO óptima que proporcione suficiente exposición sin sacrificar la calidad de imagen es crucial.
Subexpuesto, correctamente expuesto y sobreexpuesto.
Por lo tanto, tener una cámara con un ajuste ISO amplio le permite ajustar la sensibilidad en función de las condiciones de iluminación con las que está trabajando, lo que le brinda más flexibilidad y control sobre sus imágenes.
Para las imágenes, la P1 tiene un rango ISO de 100-25600; el Mavic 3 Enterprise puede ir de 100-6400, y el rango del P4 RTK es de 100 a 12800.
El rango ISO estándar de la Sony a7R IV es 100-32000 (los números ISO de ISO 50 a ISO 102400 se pueden configurar como rango ISO ampliado).
Apertura: profundidad de campo y control de la luz
La apertura se refiere a la apertura de la lente de la cámara que controla la cantidad de luz que ingresa a la cámara. Está representado por el número f.
En la fotogrametría aérea, generalmente se recomienda usar una apertura más estrecha (número f más alto) para lograr una mayor profundidad de campo, ya que esto garantiza que una mayor parte de la escena esté enfocada, de cerca a lejos. Esto es importante porque la fotogrametría aérea a menudo requiere capturar imágenes de grandes áreas, y tener una amplia profundidad de campo ayuda a garantizar que todos los objetos y características dentro de la escena estén enfocados y capturados con precisión.
Sin embargo, es importante tener en cuenta la compensación entre la profundidad de campo y la cantidad de luz que llega al sensor de la cámara.
En situaciones de poca luz, puede utilizar una apertura más amplia (número f más bajo) para recoger más luz, lo que garantiza una exposición adecuada sin depender únicamente de ajustes ISO altos o velocidades de obturación lentas. Por el contrario, en condiciones de mucha luz, puede seleccionar una apertura más estrecha (número f más alto) para reducir la cantidad de luz que entra en la cámara, evitando la sobreexposición.
Encontrar el equilibrio adecuado entre profundidad de campo y exposición es crucial para obtener imágenes nítidas y bien expuestas.
Por lo tanto, tener una cámara con un rango de apertura más amplio proporciona un mayor control sobre factores como la exposición y la profundidad de campo, lo que le permite adaptarse a diferentes condiciones de iluminación para capturar las mejores imágenes posibles durante las misiones de fotogrametría.
Y tomando las soluciones DJI como guía, el Mavic 3 Enterprise y el Phantom 4 RTK tienen aperturas variables de f / 2.8 a f / 11, mientras que la P1 tiene un rango más grande, de f / 2.8-f / 16.
Distancia focal
La distancia focal (representada en mm) determina qué parte de la escena se capturará, con qué ampliación y qué tan grandes elementos individuales se registrarán.
Para la fotogrametría, una distancia focal más corta aumenta la eficiencia, ya que se puede ver más espacio de objetos en una foto, lo que reduce la cantidad de imágenes requeridas.
Sin embargo, las distancias focales muy cortas pueden provocar una distorsión de la lente.
Como tal, se recomienda una distancia focal fija entre 24-35 mm para la fotogrametría.
El Mavic 3 Enterprise y el Phantom 4 RTK tienen lentes equivalentes a 24 mm.
En comparación, la P1 (en la foto) y la Sony a7R IV ofrecen más flexibilidad con la capacidad de intercambiar lentes, proporcionando versatilidad dependiendo de la misión en cuestión.
La P1 se puede integrar con objetivos de 24 mm, 35 mm o 50 mm, mientras que la Sony a7R IV se ha implementado con opciones de objetivos de 28 mm, 35 mm o 55 mm.
Elegir la mejor cámara de drone para fotogrametría
La fotogrametría depende en gran medida del tipo de cámara utilizada para capturar imágenes fijas, lo que afecta directamente la calidad y precisión de los datos del levantamiento.
Como tal, es crucial que elija la mejor cámara y drone posible según sus necesidades de topografía/fotogrametría.
DJI ha reconocido el valor que tiene el drone y cámara para la fotogrametría aérea y ha diseñado varias soluciones para ofrecer resultados de calidad.
Lo que sea lo mejor va a depender de las necesidades y requisitos de topografía individuales de un operador, y del presupuesto.
Sin embargo, con su sensor de fotograma completo, alto número de píxeles y capacidad de lentes intercambiables, entre otras características clave, la Zenmuse P1 y el Sony a7R IV con el Gremsy Pixy SM (ambos en la foto de abajo – P1 a la izquierda) son opciones muy buenas.
DJI Zenmuse P1 y Gremsy Gimbal con cámara Sony a7R IV y drone DJI M300 RTK.
Son compatibles con la serie M300 (M300 RTK y M350 RTK), que es un drone altamente versátil que puede transportar una variedad de cargas útiles, incluido el Sensor LiDAR L1, abriendo la puerta para tener un dron para múltiples misiones.
Dicho esto, la serie M300 y las cargas útiles compatibles son una opción más cara, en comparación con otras soluciones de topografía, como el Mavic 3 Enterprise.
En contraste, el Mavic 3 Enterprise (en la foto de abajo) ofrece el equilibrio perfecto entre potencia, portabilidad y precio: más rentable que la combinación M300–P1, y mucho más portátil, todo mientras se empaqueta en un CMOS 4/3, 20MP, tamaño de píxel más grande en comparación con el P4 RTK, y un intervalo de disparo más rápido.
Lo anterior, lo convierte en una solución más eficiente y precisa en comparación con el P4 RTK, que es el drone topográfico de la generación anterior de DJI, y es un gran drone con una gran cámara de nivel de entrada para fotogrametría.
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Hola me interesa mas información respecto de elegir equipo para realizar fotogrametría, agradecere sus comentarios
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