Elaboración de modelos 3D de diferentes morfologías y escalas utilizando técnicas Structure-from-Motion y fotografías terrestres

Production of 3D models for different morphologies and scales using structure from motion techniques and terrestrial pictures.

Gómez-Gutiérrez, Á.⁽¹⁾ ; Schnabel, S.⁽¹⁾ ; Conoscenti, C.⁽²⁾ ; Caraballo-Arias, N.A.⁽³⁾ ; Ferro, V.⁽³⁾ ; Di Stefano, C.⁽³⁾ ; Sanjosé, J.J.⁽⁴⁾ ; Angileri, S.E.⁽²⁾ ; De Matías, J.⁽⁴⁾ ; Berenguer-Sempere, F.⁽⁴⁾

(1) Grupo de Investigación Geoambiental, Universidad de Extremadura, Cáceres, España. alvgo@unex.es
(2) Department of Earth and Marine Sciences, University of Palermo, Palermo, Italy.
(3) Department of Agricultural and Forestry Sciences, University of Palermo, Palermo, Italy.
(4) Grupo de Investigación de Geomática, Universidad de Extremadura, España.

Resumen:

En este trabajo se evalúan los métodos de foto-reconstrucción automatizada basados en el uso conjunto de las técnicas structure from motion (SfM) y multi-View stereo (MVS) para medir, monitorizar y cuantificar la dinámica de tres formas geomorfológicas: i ) el glaciar rocoso del Corral del Veleta (Granada, España), ii ) un paisaje de cárcavas de tipo calanchi (Sicilia, Italia) y ii ) cinco pequeñas cabeceras de cárcava (Cáceres, España). Se incluyen en este trabajo los resultados sobre la precisión, utilidad y aplicabilidad de estas técnicas. Para la cuantificación de la precisión se utilizan el error cuadrático medio (RMSE) de los puntos de control que se emplean en la georreferenciación y las distancias medias absolutas entre cada nube de puntos y una nube de puntos de referencia calculadas con los métodos cloud-to-cloud y multiscale model-to-model cloud comparison . Para los casos i ) y iii ) las nubes de referencia se capturaron utilizando un escáner láser terrestre, mientras que para el caso ii ) se empleó un modelo digital de elevaciones obtenido mediante fotogrametría clásica aplicada a fotogramas aéreos capturados con un vehículo aéreo no tripulado. Los resultados de estos análisis mostraron precisiones de rango centimétrico con distancias medias a los modelos de referencia que oscilaron entre 0,01 m y 0,42 m. Las precisiones estimadas indican que los modelos obtenidos podrían utilizarse para calcular el volumen de cambio geomorfológico, tan sólo en el caso de las cabeceras. En el caso del glaciar y del calanchi los modelos podrían emplearse para elaborar cartografía precisa o estimar parámetros morfológicos, pero no para registrar cambios a escala anual.

Abstract:

Three-dimensional photo-reconstruction methods based on the use of Structure-from-Motion (SfM) and MultiView-Stereo techniques (MVS) are tested together for measuring, monitoring and quantifying three different geomorphological features: i ) the Corral del Veleta rock glacier (Granada, Spain), ii ) calanchi type badlands (Sicily, Italy) and iii ) five small gully headcuts (Cáceres, Spain). Results about the accuracy, usefulness and applicability of these techniques are presented here. In order to quantify the accuracy, the root mean square error of the control points used during the georeferencing procedure and the average absolute distance between each point cloud and a benchmark cloud, calculated with the cloud-to-cloud and the multiscale model-to-model comparison techniques, were used. For the cases i) and iii) the benchmark point clouds were acquired by means of a terrestrial laser scanner, while for the case ii) a digital elevation model obtained by means of classical photogrammetry applied to aerial pictures taken by an unmanned aerial vehicle was used as benchmark. The results of these analyses showed centimetre-level accuracies with average distances to the benchmark models ranging from 0.01 m to 0.42 m. The estimated accuracies show that models are suitable for estimating geomorphic changes only in the case of gully headcuts. In the case of the glacier and the badlands, the obtained models are not suitable to estimate changes at an annual scale, but could be useful to produce high-quality maps or estimating morphometric parameters.