Orthomosaics and digital elevation models generated from images taken with UAV systems

Context: Nowadays, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are among the technological tools most researched and applied in areas such as aerial photogrammetry and remote sensing, presenting itself as an important alternative for capturing imagery with Ortomosaicos y modelos digitales de elevación generados a partir de imágenes tomadas con sistemas UAV Orthomosaics and digital elevation models generated from images taken with UAV systems Jesús Orlando Escalante Torrado1, Jhon Jairo Cáceres Jiménez2, Hernán Porras Díaz3 Fecha de recepción: 8 de febrero de 2016 Fecha de aceptación: 10 de septiembre de 2016 Cómo citar: Escalante T. , J.O. ; Cáceres J., J.J. y Porras D. , H. (2016). Ortomosaicos y modelos digitales de elevación generados a partir de imágenes tomadas con sistemas UAV. Revista Tecnura, 20(50), 119-140. doi: 10.14483/ udistrital.jour. tecnura.2016. 4.a09 1 Ingeniero civil, estudiante de Maestría en Ingeniería Civil, investigador Grupo Geomática, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Colombia. Contacto: jescalto@uis.edu. co 2 Ingeniero de sistemas, doctor en Ingeniería Civil y Costera, docente e investigador de la Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Colombia. Contacto: jcaceres@uis.edu. co 3 Ingeniero civil, doctor en Ingeniería Telemática, director Grupo Geomática, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Colombia. Contacto: hporras@uis.edu. co Ortomosaicos y modelos digitales de elevación generados a partir de imágenes tomadas con sistemas UAV EscalantE t. , J.O. ; cácErEs J., J.J. y POrras D. , H. Tecnura • p-ISSN: 0123-921X • e-ISSN: 2248-7638 • Vol. 20 No. 50 • Octubre Diciembre 2016 • pp. 119-140 [ 120 ] INTRODUCCIÓN Actualmente, la comunidad fotogramétrica y de percepción remota establece y promueve el uso de los vehículos aéreos no tripulados o sistemas UAV (por sus siglas en inglés) como una nueva y confiable alternativa de bajo costo para la adquisición de imágenes aéreas (ISPRS, 2004). Estos sistemas que han sido desarrollados y empleados desde finales de los años cincuenta en el campo militar para tareas de reconocimiento, vigilancia y misiones en territorios hostiles, hoy en día forman parte también de actividades civiles de monitoreo, mediciones atmosféricas, evaluación de daños, agricultura, mapeo y cartografía entre otras (Bendea et al., 2008; Chiabrando, Nex, Piatti y Rinaudo, 2011). Por lo general los sistemas UAV se componen de dos elementos principales: una plataforma aérea, equipada con una cámara y un sistema de navegación, y un centro de control en tierra desde donde se programa y monitorea la actividad aérea. Desde el punto de vista de la fotogrametría y de sensores remotos, las grandes ventajas que estos sistemas ofrecen, en comparación con las plataformas tradicionales como satélites y aviones tripulados, tienen que ver con: la obtención de imágenes de alta resolución espacial y temporal, los bajos costos de adquisición y de operación, el uso en ambientes peligrosos para el ser humano, la ausencia de una tripulación, la respuesta rápida y las pocas restricciones de vuelo en la mayoría de países (Shi, Wang y Xu, 2011; Xiang y Tian, 2011). Gracias a estas ventajas, los sistemas UAV han cumplido un papel importante en investigación en aspectos tan diversos como: atención de emergencias (Adams y Friedland, 2011; Arthur, Al-Tahir y Davis, 2012), geología (Li, Li y Fan, 2012), arqueología (Chiabrando et al., 2011), agricultura (Xiang y Tian, 2011), ciudades digitales 3D (Xie, Lin, Gui y Lin, 2012) y tráfico urbano (Salvo, Caruso y Scordo, 2014), entre otros. Por lo general, las aplicaciones más importantes de sistemas UAV en áreas como la fotogrametría y de percepción remota han sido la generación de productos cartográficos y de modelos tridimensionales. Esto ha sido posible con el aporte de estrategias de procesamiento desarrolladas en áreas como la de visión por computador y de fotogrametría de rango cercano (Hartley y Mundy, 1993). De acuerdo con esto, en el presente artículo se presenta una revisión general de las estrategias que están siendo empleadas para la generación de nubes de puntos, de modelos digitales de elevación y de ortomosaicos a partir del procesamiento de imágenes UAV. high spatial and temporal resolution. However, UAV flight parameters, image and sensor characteristics, result on major challenges for traditional processing for producing mapping products such as digital elevation models and orthomosaics, that is why it is required to identify new processing strategies. Method: In this paper, a review of the main characteristics of UAVs used in aerial photogrammetry is done, along with related processing strategies currently being used in areas such as computer vision and photogrammetry. Results: From this review, it is shown that processing strategies in the area of computer vision are more akin to the information captured with UAV systems for generating digital elevation models and orthomosaics. Conclusions: The technological advances in UAVs systems and advances in strategies for processing large data volumes continue to drive research and application of these systems for the generation of mapping products more accurately in areas such as photogrammetry and computer vision.