Tesis "Reconstrucción Tridimensional de Fachadas de Edificios Empleando Imágenes Monoculares Obtenidas por un Vehículo Aéreo no Tripulado Autónomo"
Alumno: Carlos Alberto Motta Avila
Asesor: Dr. José Gabriel Ramírez Torres
Sinodales: Dr. Eduardo Arturo Rodríguez Tello, Dr. Hiram Galeana Zapién, Dr. Ezra Federico Parra González
A través de la elaboración de un modelo tridimensional de la fachada de una edificación es posible describir los elementos arquitectónicos que la conforman, así como los detalles cuantitativos (sus medidas) y cualitativos (su apariencia) que la caracterizan. Dicho modelado suele ser un proceso lento y costoso, que requiere ubicar de manera precisa en distintos puntos alrededor de la construcción, un escáner láser para recuperar una nube de puntos que cubra totalmente la fachada del edificio. Sin embargo, la reconstrucción tridimensional a partir de imágenes elimina el costo de emplear un escáner tipo láser.
En este trabajo de investigación se emplea un VANT (vehículo aéreo no tripulado) como plataforma de captura de imágenes, para el desarrollo de una solución novedosa al problema de modelado tridimensional de fachadas a través de imágenes tomadas desde un VANT. Entre las características principales de la solución propuesta, destacan la construcción de forma automática y durante el vuelo del VANT, de un modelo burdo de la fachada de la edificación que permita detectar los "huecos" de la digitalización para garantizar en un proceso posterior la reconstrucción completa del edificio. El enfoque de la solución propuesta desarrolla una nueva aplicación de la visión por computadora a la robótica móvil aérea, aportando al estado del arte de la fotogrametría y estrechando la brecha con la investigación con VANT.
El problema de determinar la posición de la plataforma aérea con respecto a la fachada fue resuelto mediante odometría, la cual se estima mediante los sensores de velocidad del VANT. Sin embargo, debido a que durante el vuelo existen perturbaciones del entorno la cual no es registrada por los sensores se generan errores de incertidumbres en la posición. Mediante el uso de marcadores visuales artificiales, cuya posición en la escena o fachada es fija y conocida, se determina la posición del VANT con precisión, aunado a lo estimado por odometría. El control de navegación junto con la odometría fue validado mediante experimentación en un escenario sin perturbaciones, obteniendo resultados satisfactorios para el desplazamiento frente a la fachada de una edificación.
El procesamiento de imágenes se realiza en pares de manera secuencial, siendo de gran importancia determinar una correcta relación de características presentes en ambas, ya que de esto depende la correcta construcción del modelo tridimensional. La construcción del modelo burdo tridimensional mediante fotografías se centró en los algoritmos más recientes disponibles en el estado del arte para procesamiento de imágenes en tiempo real. Se evaluaron detectores de puntos característicos, descriptores binarios y métodos de emparejamiento con los cuales se obtuvo un procesamiento suficiente para operar en línea. Se determinó que la calidad visual del modelo obtenido en línea depende del par inicial de imágenes, de la cual se calcula el "baseline" u origen para procesar la secuencia de imágenes.
La obtención de nube de puntos tridimensionales a partir de las características de las imágenes se realizó por triangulación iterativa, la cual permite reducir el error de reproyección. Las nubes de puntos tridimensionales obtenidas de cada par de imágenes se incrementan al modelo burdo, estimando su relación con el "baseline" desde antes de ser procesadas, esto elimina el procesamiento directo con puntos tridimensionales. Los resultados obtenidos en la experimentación permiten demostrar la efectividad de la propuesta de solución para la construcción de un modelo tridimensional de forma automática, empleando imágenes obtenidas por un VANT.
Se concluye este trabajo resumiendo áreas de oportunidad para la propuesta de solución.