DISPOSITIVO AUTOMÁTICO PARA DOCUMENTACIÓN FOTOGRAMÉTRICA DE
OBJETOS
Dispositivo automático para documentación fotogramétrica de objetos.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se engloba como herramienta auxiliar dentro de la fotogrametría digital / Structure from Motion, que es una técnica que permite la obtención de modelos tridimensionales a partir de dos o más imágenes que comparten un mínimo porcentaje de solape entre ellas. Esta técnica, hoy en día, es aplicada en multitud de sectores productivos, desde la ingeniería, al estudio y la conservación del patrimonio cultural o la creación de contenidos para cine digital o videojuegos, entre muchos otros.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Actualmente, la documentación tridimensional de objetos se realiza a través de diferentes técnicas e instrumentos. Aunque no es el objeto de este documento realizar una exposición exhaustiva de todos los sistemas de documentación tridimensional, es posible establecer una clasificación general a partir de los siguientes criterios:
1. Técnicas y equipos que se basan en la emisión de luz, a diferente longitud de onda en función de la técnica empleada, y en la medición y análisis de dicha emisión, así como de la respuesta obtenida. Son, por lo general, equipos con un elevado coste, entre 4.000 y 100.000 ?, entre los cuales podemos incluir los siguientes:
a. Escáneres de tiempo de vuelo.
b. Escáneres de triangulación óptica.
c. Escáneres de diferencia de fase.
d. Escáneres de luz blanca estructurada.
2. Técnicas y equipos que se basan en la captura de información de objetos sobre los que incide una fuente de iluminación (natural o artificial). En la práctica, se basan en la captura fotográfica y el tratamiento y análisis de las relaciones entre las diferentes imágenes obtenidas mediante la utilización de restituidores o de software específico. Se pueden citar los siguientes:
a. Fotogrametría analítica
b. Fotogrametría analógica
c. Fotogrametría digital / Structure from Motion
Actualmente, de entre todos los sistemas mencionados, la fotogrametría digital / Structure from Motion se ha convertido en la técnica más empleada y más extendida, principalmente por su bajo coste y su versatilidad (puede ser utilizado sobre cualquier tipo de objeto o estructura).
Ante la creciente expansión de la fotogrametría digital / Structure from Motion y su utilización en prácticamente todos los sectores productivos (arquitectura, conservación y restauración, arqueología, ingeniería, cine digital, videojuegos, peritación o criminalística, entre muchos otros) se hace necesario analizar cuáles son las fases de trabajo que pueden ser optimizadas y automatizadas. Precisamente una de ellas es la de la documentación de objetos y piezas, que actualmente se realiza de un modo completamente manual. Para ello, para obtener el modelo tridimensional de un objeto, el técnico debe manipularlo, haciéndolo rotar sobre sí mismo para obtener información de todo su volumen, o bien debe rotar él mismo sobre el objeto para obtener el mismo resultado; su presencia es, por lo tanto, necesaria durante todo el proceso, lo que hace inviable la aplicación de la técnica a grandes volúmenes de objetos.
En este sentido, la utilización de hardware que facilite la automatización de este proceso (captura fotográfica) , puede resultar útil en diferentes sectores, entre los cuales:
1. Documentación 3D de piezas arqueológicas para museos y empresas e instituciones del sector.
2. Documentación de modelos a escala para la construcción de objetos efímeros y / o relacionados con eventos populares: fallas u hogueras (entre otros).
3. Prototipado y fabricación de piezas en ingeniería industrial, joyería o calzado.
4. Cine y arte digital: documentación 3D de modelos a escala para su integración digital en escenarios de cine o en videojuegos.
Por todo lo expuesto en el apartado anterior, es necesario desarrollar un dispositivo auxiliar para la documentación 3D de objetos; automático y de coste reducido.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El desarrollo de este dispositivo surge de la necesidad de optimizar, automatizándola, la fase de captura fotográfica, dentro del método general de obtención de modelos tridimensionales a través de la técnica descrita conocida como fotogrametría digital /
Structure from Motion.
Se trata de un dispositivo capaz de automatizar el proceso de captura fotográfica en dos fases:
1. Configuración y programación del proyecto de captura a través de un panel de control digital que sincroniza el torno con la cámara fotográfica.
2. Ejecución del proyecto de captura: rotación automática de la pieza y captura fotográfica en base a la configuración previa.
El dispositivo permite rotar verticalmente y de forma automática un objeto con la finalidad de capturar imágenes aptas para su posterior procesado con software de fotogrametría y la obtención final del modelo 3D correspondiente. Por lo tanto, este dispositivo está diseñado para optimizar la fase de captura fotográfica, automatizándola.
Por tanto, la presente invención se refiere a un dispositivo automático para documentación fotogramétrica de objetos, que comprende dos bloques principales: torno y unidad de control. El primero recoge las piezas que configuran el torno; y el segundo es el dispositivo hardware adherido al torno que comprende, entre otros, la parte software que controla el dispositivo.
Además el dispositivo requiere de una cámara fotográfica. Cabe destacar la ventaja de que el usuario puede utilizar su propia cámara fotográfica, lo que le permite al usuario emplear el dispositivo de captura con el que está familiarizado, agilizando el trabajo y haciendo innecesarios la adquisición y el aprendizaje en el manejo de otro sensor.
El dispositivo permite al usuario la configuración y programación del proceso de captura de imágenes a través de la unidad de control, concretamente usando un panel digital, de modo que se puede configurar la captura, especificando el rango de grados que desea avanzar en cada rotación, además de comunicar a la cámara, a través de infrarrojos, cuándo efectuar cada disparo.
Por tanto, la presente invención se refiere a un dispositivo automático para documentación fotogramétrica de objetos que comprende el torno y la unidad de control adherida al torno, de modo que el dispositivo está caracterizado por comprender los siguientes elementos:
Plato
Base giratoria
Estructura principal con la unidad de control adherida
Estructura de soporte
Donde la estructura principal es una pieza que comprende en su parte superior un rail y en el interior, un sistema de rotación para mover las piezas; y que tiene adherida la unidad de control que permite la configuración del proyecto por parte del usuario, automatizando la rotación y la captura fotográfica del objeto.
En una realización en particular, la base giratoria es circular y comprende ruedas en serie que permiten la rotación del objeto.
En una realización en particular, el resto de piezas son objetos con forma rectangular.
En una realización en particular, el sistema de rotación comprende un motor, un eje de rotación del motor y las conexiones con el resto de componentes.
En una realización en particular, la unidad de control, que permite la automatización de la rotación del objeto captando un set completo de imágenes del mismo, comprende los siguientes elementos:
Panel digital que comprende:
o Display LCD o Pulsadores
Circuito electrónico
Conexiones
Donde se encuentra embebido el software que controla todo el dispositivo.
En términos prácticos, el esquema de trabajo de este dispositivo para la obtención de imágenes de un objeto para construir el modelo 3D correspondiente quedaría de la siguiente manera:
1. Colocación del objeto sobre el plato del torno.
2. Colocación y configuración de parámetros de la cámara fotográfica en la posición deseada (preferiblemente sobre trípode).
3. Configuración, desde el panel digital de la unidad de control del torno, del número de imágenes que se desea tomar del objeto. Si se desea realizar un total de 8 fotografías, el torno rota sobre su propio eje y, a intervalos de 45°, se detiene y automáticamente ordena a la cámara fotográfica realizar un disparo.
4. Obtención de un set completo de imágenes fotográficas del objeto, aptas para ser procesadas con software de fotogrametría digital / Structure from Motion.
Su coste, reducido respecto a otros sistemas automatizados de captura, ayuda a consolidar a la fotogrametría digital / Structure from Motion como el método más empleado a la hora de obtener modelos tridimensionales de objetos y como una alternativa eficaz a sistemas de escaneado 3D, cuyos costes resultan más elevados.
Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña la presente memoria descriptiva de un conjunto de vistas, en base a cuyas figuras se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas de los dispositivos objetos de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1. Vista en perspectiva explosionada del dispositivo automático de documentación fotogramétrica, donde se distinguen las distintas partes del torno y de la unidad de control.
Figura 2. Vista lateral del dispositivo.
Figura 3. Vista en planta del dispositivo, por la cara superior del torno.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN
Como se ha comentado anteriormente, el dispositivo automático de documentación fotogramétrica comprende dos bloques principales, el torno y la unidad de control.
El torno comprende objetos de forma rectangular, salvo la base giratoria que es circular, ensamblados entre sí formando un dispositivo con forma octogonal sobre el que se sitúa el objeto a fotografiar. Los elementos del torno son:
El plato 1 desmontable e intercambiable donde se sitúa el objeto a fotografiar.
Base giratoria 2 con forma circular sobre la que descansa el plato 1. Esta base giratoria 2 dispone de unas ruedas 4 situadas en serie y está conectada por la cara inferior al eje de rotación del motor 3.
Estructura principal 6 sobre la que apoya la base giratoria 2. Esta estructura principal 6 comprende un rail 5 ubicado en la parte superior sobre el que se desplazan las ruedas 4 y un sistema de rotación formado por: un motor, un eje de rotación del motor 3 y las conexiones con el resto de componentes. En el centro de la estructura
principal 6 se encuentra un orificio 7 que permite la salida del eje de rotación del motor 3, para conectarse a la base giratoria 2. De esta forma, el sistema de rotación permite mover objetos pesados con un motor de baja potencia.
Estructura de soporte 13, base sobre la que descansa todo el sistema.
Adherida al torno, se encuentra la unidad de control 9, que comprende los siguientes elementos:
Panel digital que comprende:
o Display LCD 10. o Tres pulsadores 11.
Circuito electrónico 12.
Y las conexiones correspondientes.
El display LCD 10 y los pulsadores 11 están situados en la parte superior de la unidad de control 9, pudiendo ser manipulados desde el exterior. En el interior está situado el circuito electrónico 12 y las conexiones con el resto de componentes del sistema. Además, en la unidad de control 9 se encuentra embebido el software que controla la totalidad del sistema.
