Leica RTC360: Una nueva forma, mas rápida y sencilla, de realizar Escaneado terrestre

Leica RTC360: Una nueva forma, mas rápida y sencilla, de realizar Escaneado terrestre

              

El Escaneo Láser Terrestre es, a día de hoy, una tecnología que se está adaptando a múltiples sectores y campos profesionales. A la hora de realizar Escaneados para capturar la Realidad 3D, sin duda una de las grandes ventajas es la rapidez y productividad que esta tecnología nos permite alcanzar. Esta productividad se ve igualmente limitada por factores tecnológicos, en función del instrumento utilizado, y es por ello que empresas como Leica Geosystems continúan su desarrollo en busca del Laser Scanner mas eficiente del mercado.

Hasta ahora, durante la fase de toma de datos en campo, los usuarios apenas podían gestionar y avanzar en la gestión de los datos almacenados, lo que suponía un incremento de la posterior labor en oficina, y por lo tanto el tiempo necesario para procesar estas nubes de puntos. Sin embargo, con la aparición del Leica RTC360, la productividad en campo mejora enormemente, alcanzando así el siguiente nivel...

                        

     

El flujo de trabajo mediante el Leica RTC360 está pensado y diseñado para mejorar la productividad tanto en campo como en la oficina, llegando a conseguir procesar hasta 12 Escaneados en una sola hora. Además, mientras te mueves entre los diferentes escaneados, sus 5 cámaras y la Unidad de Medición Inercial (IMU) integrada se activan para conseguir una localización Visual-Inercial, y calcular automáticamente los 6 parámetros de transformación con los que enlazar cada escaneado, con el anterior y el posterior.

Para el caso de objetos en movimiento, el RTC360 puede realizar un doble escaneado, lo cual requerirá un tiempo adicional en campo pero permitirá que se filtren automáticamente estos objetos posteriormente durante el procesamiento de datos.

Mientras el escáner está recolectando datos (escaneados, imágenes), el usuario puede ir procesando los datos ya almacenados, utilizando la aplicación para dispositivos móviles Cyclone FIELD 360.

El flujo de trabajo se simplifica todavía más teniendo en cuenta el compacto tamaño del RTC360, y el uso de un trípode de bajo peso. Además, gracias a la estimación automática de inclinación no necesita nivelarse, por lo que el usuario puede transportar el scanner sobre el trípode de forma sencilla entre los diferentes estacionamientos, y ponerlo inmediato a escanear.

            

Recopilación de datos HDR

El escáner láser RTC360 es capaz de almacenar datos en HDR para los datos 3D e imágenes. El modo HDR es muy popular en fotografía, donde la misma imágen es recogida con diferentes ajustes de exposición permitiendo obtener el mejor valor para cada píxel respectivamente. El RTC360 utiliza esta tecnología HDR para los datos 3D obtenidos, y para los sensores de posición, lo que permite que algunos ajustes de usuario tradicionales sean innecesarios, aumentando enormemente la simplicidad y accesibilidad a los usuarios sin ninguna experiencia en el uso de estos instrumentos.

               


         

Captura de imágenes HDR

El RTC360 almacena imágenes de todo el Campo de Visión (FoV), utilizando tres cámaras de 12 Megapíxeles (MP) ubicadas en la carcasa externa. Cada una de estas cámaras está compuesta por un sensor de color de 12 MP orientado verticalmente, y una lente FoV de 62º en vertical. Entre las 3 cámara cubren el campo FoV vertical completo, teniendo en cuenta la sombra inferior del nadir, y la superposición requerida. El FoV horizontal es de 48º, de forma que la superposición vertical obtenida a través de 12 posicionamientos horizontales, garantizada la obtención de datos para el horizonte completo. El resultado es un alto grado de solapamiento entre las múltiples imágenes, lo cual mejora enormemente el resultado de los algoritmos de enlace.

Los valores de exposición e ISOs están predefinidos, sin importar cuales son las condiciones de iluminación del lugar. No se necesitan por lo tanto procedimientos de medición de la luz antes del almacenamiento de imágenes, ni ninguna estimación.

Respecto al tiempo necesario para este proceso, puede traducirse en un 1 minuto de tiempo de recogida de imágenes HDR. La fusión de las imágenes HDR da como resultado una resolución de imagen en bruto total de 423 MP (MP 12 x 3 cámaras x 12 posiciones).

         

Motor de datos HDR 3D

La calidad y precisión de las nubes de puntos 3D almacenadas con laser scanner se ha incrementado considerablemente en los últimos años. Uno de los principales retos para estas mejoras, consiste en la capacidad de medir puntos con precisión sobre cualquier tipo de superficie. Es conocido que hay varios factores que tienen un impacto directo sobre la calidad de las mediciones: la distancia a la que se encuentra la superficie, el ángulo de incidencia, la reflectividad de la superficie, etc.

En particular, el albedo de la superficie (el porcentaje de luz láser reflejada, respecto a la emitida) afecta significativamente sobre la calidad de la nube de puntos almacenada. Para conseguir mejorar los resultados respecto a esta limitación física, es necesario establecer un enfoque HDR-like en el sistema Electrónico de Medición de Distancias (EDM).

La forma en la que el HDR EDM se implementa en el RTC360, es a través de una modulación del haz láser emitido en dos pulsos diferentes, llamados "fuertes" y "débiles".

       

             

Los dos impulsos se desplazan a 75 ns, y apenas crean errores visuales en la cuadrícula generada por la nube de puntos. El punto resultante, es la combinación de los componentes recibidos de los dos pulsos.

El "pulso fuerte" lleva mas energía que el "pulso débil", por lo que resulta más sensible en superficies de baja reflectividad. Por lo tanto, los puntos medidos en superficies de baja reflectividad están generados por la reflexión de los pulsos fuertes. Sin embargo, en superficies de alta reflectividad, el diodo del receptor podría verse saturado, por lo tanto, en estos casos predomina la reflexión de los pulsos débiles.

La relación de energía entre los pulsos débiles y fuertes es sobre 1:7 y ayuda al EDM del RTC360 a mejorar su dinamismo en la medición de superficies de baja reflectividad, en comparación con los módulos EDM de versiones anteriores.

            

      

Además, los datos medidos en superficies de baja reflectancia, no solo son más completos sino que también permiten generar un nivel de ruido mucho mejor, ya que la energía del pulso es mayor.

Por lo tanto, para cada punto es necesaria la emisión de dos pulsos. Ya que el Leica RTC360 alcanza una velocidad de hasta 2 millones de puntos por segundo, esto significa que el EDM del RTC360 es capaz de emitir hasta 4 millones de pulsos por segundo!

             

VIS: Sistema Inercial Visual

El propósito del Sistema Inercial Visual (VIS) es el de determinar la posición relativa y la orientación entre dos escaneados consecutivos. Los 6 parámetros de transformación se calculan de forma totalmente automática, sin la necesidad de ninguna interacción por parte del usuario. Basándose en el posicionamiento relativo, la segunda nube de puntos puede ser transformada al sistema de coordenadas de la primera. Este pre-registro inicial es muy valioso para un control preliminar del usuario, y permite realizar un ajuste automático mediante algoritmos ICP (Punto Iterativo mas Cercano).

El principio de funcionamiento del VIS es la SLAM Visual (Mapeado y Localización Simultanea). Combina la información visual a partir de cinco cámaras con mediciones inerciales de una IMU, produciendo de esta forma un sistema de posicionamiento muy preciso.

            

        

Cuatro de las cinco cámaras de 2 MP están situadas cerca de las cuatro esquinas superiores del escáner, más una quinta que se sitúa apuntando hacia arriba. Esta configuración garantiza la mejor cobertura posible del horizonte.

Una vez que está finalizado el escaneado desde el primer estacionamiento, los algoritmos del VIS identifican características visuales en el primer conjunto de las imágenes transmitidas desde las cinco cámaras. Estos puntos se sitúan en 3D gracias a la calibración relativa del motor 3D y las cámaras VIS. La sección de apoyo del primer conjunto de puntos 3D nos da la posición calculadas del escáner como punto de partida del seguimiento VIS.

Cuando el escáner se está moviendo, el continuo proceso de observación y seguimiento a través de triangulación, permite al VIS calcular la posición del escáner en tiempo real, en el mismo sistema de coordenadas que el escaneado inicial.

        

                    

Cyclone FIELD 360

El Cyclone FIELD 360 es la aplicación para dispositivos móviles, que se ejecuta en Tablets Android o iOS y está diseñada para ayudar a los usuarios a comprobar el pre-registro de escaneados, y revisar los datos obtenidos en el campo.

El dispositivo móvil se conectar al RTC360 a través de Wi-Fy, y genera para cada escaneado una versión reducida y de peso reducido de los datos almacenados, con la finalidad de mejorar la productividad a la hora de la transferencia de datos, consiguiendo así que esta no dure mas que unos segundos. Pese a que no se representan la totalidad los datos almacenados, conserva perfectamente la geometría y el contenido de las imágenes.

A diferencia de otros sistemas de escaneado, el registro en campo del Leica RTC360 permite al usuario llegar a obtener datos procesados antes de llegar a la oficina, y en un periodo muy corto de tiempo. Si no hubiese una posición calculada a partir del sitema VIS entre dos escaneados consecutivos, la tarea de registro podría ser mas complicada, en especial para usuarios sin experiencia. 

       

                    

Además, los usuarios pueden beneficiarse de la disponibilidad de los datos en Cyclone FIELD 360, para su verificación y para ampliar los datos con información adicional recogida en campo, mediante etiquetas (imágenes, vídeos, texto, notas de audio, ...) que pueden adjuntarse al proyecto, ubicándolos geográficamente.

Todos los cambios que el usuario aplica sobre los datos originales se sincronizan entre Cyclone FIELD 360, y el RTC360, mediante un doble canal de comunicación directa entre ambos componentes. El centro donde se preserva la integridad de los datos es el escáner, y su dispositivo de memoria USB.

          

             

Cyclone REGISTER 360

Al finalizar los trabajos de campo, los datos almacenados se transfieren desde el RTC360 a un ordenador, a través del dispositivo de memoria USB. Con un simple "arrastrar y soltar", el usuario puede visualizar rápidamente una vista previa de los datos almacenados, con una apariencia muy parecida a la de la aplicación Cyclone FIELD 360.

          

       

Durante esta fase, el operador puede revisar las alineaciones creadas en campo y hacer cualquier cambio de última hora. Posteriormente, al pulsar el botón de importación se ejecuta la importación de datos completa. Existen varias opciones disponibles para guiar al software en este registro automático de los datos, como el registro por dianas, o el registro nube a nube.

Las imágenes son son procesadas, mediante la creación de imágenes panorámicas y del coloreado de la nube de puntos. POr último, en caso de que se haya realizado una doble exploración, se retiran automáticamente de la escena los objetos en movimiento.