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Asumiremos que ambas cámaras poseen la misma distancia focal f, y que el punto antes mencionado se proyecta (según el mismo sistema de coordenadas) en los puntos (xi,yi) y (xd,yd). De acuerdo con [10], resolviendo las ecuaciones que se plantean obtenemos:
x = b(xi′− xd′ )/2
(yi′− yd′) (1)
y = b(yi′− yd′)/2
(xi′ − xd′) (2)
z = b f
(xi′− xd′) (3)
Del estudio de las ecuaciones anteriores se puede deducir las si- guientes afirmaciones:
• La coordenada z (ecuación3) es inversamente proporcional a la disparidad. La distancia a objetos próximos puede medirse de forma más precisa que a objetos lejanos.
• Para un error determinado en el plano de imagen, el interva- lo de incertidumbre en la determinación de z aumenta con la distancia.
• Para un valor fijo de disparidad, la precisión en la determina- ción de Z aumenta al separar más las cámaras. Sin embargo, cuando esta separación aumenta, las imágenes son menos simi- lares con lo cual el establecimiento de correspondencias es más difícil, pudiendo llegarse incluso a que puntos de una imagen no aparezcan en la otra.
Por tanto, hace falta controlar dos factores a la hora del desarrollo de un sistema estéreo convencional: la distancia a los objetos y la separación entre las cámaras. Atendiendo al caso de mapeado 3D a partir de imágenes aéreas estas afirmaciones se traducirían en vuelos a baja altura y en el uso de una distancia base bastante elevada.
Debido a problemas de implementación, los sistemas estéreos con- vencionales no son recomendados en aeronaves pequeñas o UAVs. En contrapartida, se utiliza una técnica denominada estéreo con una cá- mara o motion stereo, la cual comparte muchas características con las técnicas estéreo convencionales.
3.2 sistemas de visión 17
3.2.2 Sistemas estéreo con una sola cámara
Los sistemas esteréos que utilizan solo una cámara cubren el caso par- ticular de visión estéreo donde los ejes ópticos de las cámaras no son paralelos. Por consiguiente, es necesario determinar la transforma- ción que existe entre los sistemas de referencias asociado a la cámara en cada una de las imágenes obtenidas. Por este motivo, la imple- mentación de este tipo de técnicas es muy apropiada en aeronaves pequeñas debido a la integración de sensores inerciales de posiciona- miento (GPS,IMU), que permiten la localización de la cámara en un sistema de coordenadas terrestre.
En la figura7podemos observar cómo utilizando una sola cámara podemos cubrir la zona de interés si realizamos las fotografías en las posiciones adecuadas. En el caso de imágenes aéreas, se deberá realizar un plan de vuelo o path planning, acorde a unas condiciones de solapamiento entre imágenes.
Figura 7: Ejemplo de sistema estéreo con una cámara
3.2.3 Mapeado láser 3D con imágenes aéreas
Por último, se presenta una tecnología consistente en la integración de un sistema monoestéreo junto a un láser para la generación de ma- pas de alturas. Conocido como Airbone Light Detection and Ranging (LiDAR), este láser provee información sobre la distancia a la que se encuentran los objetos cercanos a la aeronave. La cooperación de los sensores inerciales con estas medidas permiten la generación direc- ta de mapas 3D, los cuales poseen una resolución espacial bastante elevada.
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cortinas y por ultimo se lee la información. En el modo vídeo, todo el tiempo se esta leyendo y grabando la información, sin acción de las cortinas, produciendo esta sensación de imagen gelatinosa. Por tanto, se descartará el uso de la mayoría de video-cámaras para mapeado 3D, utilizando para ello cámaras convencionales en modo fotografía.
3.3.2 Parámetros de la cámara
Una vez se ha seleccionado el modelo a utilizar, es importante ade- cuar los parámetros de la cámara en función de la escena, con el objetivo de conseguir una buena calidad de imagen. A continuación se exponen los principales parámetros que debemos tener en cuenta a la hora de obtener las imágenes:
• Sensibilidad ISO: Hace referencia a la sensibilidad de cada una de las celdas que componen el sensor o chip CCD. Esta sensibili- dad es fija y está en torno a 100 ISO. Los índices ISO superiores que nos ofrece la cámara digital se logran mediante un amplifi- cado posterior de la señal, lo que conlleva una amplificación de la emisión aleatoria del chip.
• Velocidad de obturación: Hace referencia al tiempo de exposi- ción o lo que es lo mismo, al periodo de tiempo durante el cual esta abierto el obturador de la cámara fotográfica. Se expresa en segundos y fracciones de segundo por lo cual se entiende que estamos hablando de tiempo y no de velocidad (tiempo/distan- cia). Es muy importante en imágenes aéreas dependiendo de la velocidad del UAV.
• Apertura de la lente: En fotografía, la magnitud de la apertu- ra está controlada por el diafragma, el cual es una estructura interpuesta en la trayectoria de la luz para regular la cantidad de ésta admitida en el sistema. En combinación con la veloci- dad de obturación, el tamaño de apertura regula el grado de exposición a la luz del filme o sensor, determinando así el valor de exposición. Grandes aperturas están relacionadas con una menor profundidad de campo y nitidez, mientras una apertura pequeña consigue concentrar más la luz produciendo una ma- yor profundidad de campo y nitidez en la fotografía resultante.
Una buena estrategia a la hora de configurar la cámara para la adquisición de imágenes aéreas se basa en utilizar una sensibilidad ISO acorde a la iluminación de la escena (siempre intentando utilizar el valor más pequeño), así como una velocidad de obturación en torno a 1/300 y 1/1800 segundos. En lo relativo a la apertura de la lente, la mayoría de las cámaras poseen un modo de funcionamiento en el cual la configuración de este parámetro se hace de manera automática, ajustándola siempre a la mayor apertura posible.
