LiDAR vs Fotogrametría: Principales diferencias y aplicaciones

Jul 02, 2024

Este artículo compara dos tecnologías populares para crear modelos y mapas 3D: la fotogrametría y el LiDAR. La atención se centra en las diferencias clave entre ambos: cómo funcionan, los distintos resultados que se crean con cada uno y los casos de uso más habituales. El artículo termina con un análisis de por qué invertir en LiDAR puede ser una mejor opción, a pesar de los costes más elevados.

Explicación del LiDAR y la fotogrametría

El LiDAR y la fotogrametría son dos tecnologías populares para crear mapas y modelos 3D. Como ambos pueden producir resultados similares, pueden parecer idénticos a primera vista, pero la realidad es que hay más diferencias que semejanzas.

Este artículo explica qué son la fotogrametría y el LiDAR, cómo funcionan y cuáles son las principales diferencias entre ambos.

Breve introducción

Ambas son tecnologías de teledetección. La teledetección consiste en captar información sobre un objeto o fenómeno sin entrar en contacto físico con él. El LiDAR utiliza escáneres láser 3D que emiten láseres pulsados para medir distancias variables (rangos) que generan información precisa y tridimensional sobre el terreno y los distintos tipos de superficie. LiDAR significa Light Detection and Ranging (Detección y Alcance de la Luz) y también se escribe «lidar» o «Lidar».

La fotogrametría incluye varias técnicas de captura, medición e interpretación de imágenes fotográficas para producir modelos 3D, mapas y otros datos espaciales. Pueden incluir imágenes aéreas y terrestres, tomadas por distintos tipos de cámaras en diversas plataformas diferentes. De forma similar a cómo se captura el LiDAR, puede tratarse de plataformas aéreas (dron, avión tripulado), así como de plataformas estáticas o móviles sobre el terreno.

Los principios básicos de la tecnología LiDAR se desarrollaron en la década de 1960, mientras que la fotogrametría tiene sus raíces a mediados del siglo XIX. La fotogrametría avanzó significativamente durante la Primera y la Segunda Guerra Mundial, donde se utilizó ampliamente para la cartografía y la planificación militar. La llegada del ordenador permitió un procesamiento más automatizado de las imágenes, impulsando los avances de la fotogrametría.

Del mismo modo, el progreso de la tecnología láser y la electrónica en las décadas de 1970 y 1980 dio lugar a sistemas LiDAR más prácticos y portátiles. En la década de 1990 se produjeron nuevos avances tecnológicos en LiDAR, como el aumento de la precisión y la resolución, junto con la aparición de sistemas LiDAR comerciales y la adopción por parte de la industria. Estos y otros avances sentaron las bases para su uso generalizado en las décadas siguientes.

Principio de fotogrametría

Principio LiDAR

Aplicaciones principales

Hoy en día, la fotogrametría se utiliza ampliamente en campos como la cartografía, la arquitectura y la arqueología, entre otros:

Cartografía y cartografía: la fotogrametría ayuda a crear mapas detallados y datos SIG transformando imágenes fotográficas en modelos 3D y datos espaciales precisos y mensurables.
Arquitectura y construcción: la fotogrametría permite documentar y planificar proyectos de construcción e inspeccionar estructuras con modelos y mapas 3D precisos.
Arqueología: la fotogrametría ayuda a generar modelos 3D precisos de yacimientos y artefactos sin tocar nada (de ahí la parte «remota» de «teledetección»). Capta detalles finos, apoya las reconstrucciones virtuales y facilita el seguimiento de los cambios a lo largo del tiempo, mejorando los estudios arqueológicos y del patrimonio.

El LiDAR se utiliza en ámbitos como la silvicultura, la agricultura y la vigilancia medioambiental, entre otros:

Silvicultura: El LiDAR es capaz de penetrar en la vegetación, lo que permite medir la altura de los árboles, la estructura de las copas y la biomasa, creando modelos 3D detallados. Esto permite realizar un inventario forestal preciso, controlar los cambios, evaluar la salud y gestionar los recursos con eficacia para apoyar la conservación y la gestión forestal sostenible.
Agricultura: El LiDAR en la agricultura proporciona modelos 3D detallados para la agricultura de precisión, la optimización de la siembra, el control del crecimiento, la evaluación del potencial de rendimiento y la mejora de la eficiencia y la sostenibilidad general de las explotaciones.
Vigilancia medioambiental: El LiDAR crea mapas muy detallados y precisos de las características del terreno. Los mapas con un alto nivel de detalle pueden ayudar a identificar posibles riesgos medioambientales, como la erosión, la deforestación y la destrucción de hábitats.

Nube de puntos LiDAR de una isla de la Antártida generada en YellowScan CloudStation

Nube de puntos coloreada de la misma zona. Se utilizó un módulo de cámara con el sistema LiDAR durante la adquisición

Comparación entre LiDAR y fotogrametría

Ahora que sabemos qué son el LiDAR y la fotogrametría, así como algunos de sus casos de uso, podemos compararlos con más detalle. Explicaremos que, aunque el LiDAR y la fotogrametría son tecnologías de teledetección, funcionan de forma diferente y tienen características distintas. A continuación, veremos algunos de los puntos fuertes y los inconvenientes tanto del LiDAR como de la fotogrametría.

Diferencias clave

La recogida de datos, los atributos de los datos recogidos, el coste, la precisión y las aplicaciones son algunas de las principales diferencias entre ambas tecnologías:

Recogida de datos: una diferencia clave entre el LiDAR y la fotogrametría es cómo se recogen los datos. El LiDAR utiliza impulsos láser para medir distancias y es un sistema activo de teledetección. Esto significa que el propio sistema genera energía (luz). La fotogrametría utiliza la detección pasiva con imágenes fotográficas. Los sensores pasivos detectan la energía emitida o reflejada por un objeto. Mientras que el LiDAR puede funcionar en la oscuridad, la fotogrametría depende de la luz ambiental externa y requiere buenas condiciones de iluminación. Por lo general, la fotogrametría no puede penetrar a través de la vegetación densa, mientras que los impulsos LiDAR pueden atravesar los huecos del follaje y llegar al suelo como la luz del sol.
Atributos de los datos: El LiDAR recoge información diferente de la fotogrametría. El LiDAR suele capturar coordenadas x, y y z, así como valores de intensidad. Son valores enteros que varían con la composición de la superficie objeto que refleja el haz láser. Los escáneres láser producen nubes de puntos 3D que contienen todas las mediciones de puntos 3D. La fotogrametría captura imágenes en 2D, tras lo cual el software de fotogrametría utiliza un método llamado triangulación para producir mediciones de puntos en 3D, de forma que se conozcan las coordenadas x, y, z de cada punto. Las imágenes fotogramétricas también contienen información de color en forma de valores RGB (rojo, verde, azul) para producir modelos 3D visualmente ricos. El LiDAR puede integrar una cámara RGB para capturar también información de color junto con los puntos 3D, pero no es la opción por defecto.
Despliegue: En comparación con la fotogrametría, el LiDAR suele ser más caro y requiere experiencia en el procesamiento y análisis de datos, sin embargo, el tiempo de despliegue y procesamiento del LiDAR es significativamente mejor que el de la fotogrametría.
Casos de uso: El LiDAR y la fotogrametría suelen tener casos de uso diferentes, debido a las características únicas y a los datos captados por cada uno. Pero también puede haber casos en que ambos sean adecuados para el trabajo. En general, el LiDAR es útil para aplicaciones que requieren una gran precisión y la capacidad de captar datos a través de la vegetación: de forma similar a cómo los haces de luz atraviesan pequeños huecos en la cubierta vegetal, el LiDAR puede ver a través del denso follaje para cartografiar el terreno que hay debajo. La fotogrametría es preferible para aplicaciones que requieren modelos 3D detallados y texturizados con representación realista del color.

Debe quedar claro que los ejemplos anteriores son generalizaciones, y que la preferencia por una tecnología u otra depende de muchos factores, entre ellos:

Coste
Tiempo
El tamaño del área que hay que cartografiar
La plataforma elegida
La producción necesaria, entre otros factores.

También es importante mencionar que elegir una tecnología no significa que no pueda utilizarse la otra: ambas tecnologías pueden combinarse para que el modelo 3D o el resultado derivado combine los puntos fuertes individuales del LiDAR y la fotogrametría.

YellowScan Vx20 equipado con dos cámaras para fines de coloración o fotogrametría.

Posibles limitaciones e inconvenientes

Además de las diferencias entre ambas tecnologías, estos son algunos de los posibles inconvenientes y limitaciones de cada una:

Posibles limitaciones e inconvenientes de la tecnología LiDAR:

Además de los costes de adquisición de hardware y software LiDAR, los costes operativos pueden ser elevados, por ejemplo para contratar personal cualificado.
El LiDAR puede tener problemas con las superficies poco reflectantes o muy reflectantes. Esto da lugar a una captura de datos incompleta y puede ocurrir al capturar LiDAR batimétrico en masas de agua muy reflectantes durante determinadas horas del día, o si el lecho de la masa de agua es especialmente oscuro.
Al capturar datos LiDAR, los objetos pueden bloquear la visión de otros, creando lagunas o sombras en los datos. Se denominan oclusiones.
No todos los sistemas LiDAR integran cámaras RGB, por lo que la información sobre el color puede ser limitada. Una posible solución a este problema es una nube de puntos coloreada que combine la información RGB de los datos fotogramétricos.

Posibles limitaciones e inconvenientes de la fotogrametría:

La fotogrametría depende de unas buenas condiciones de iluminación para captar imágenes de alta calidad. Las condiciones meteorológicas, como la nieve, la lluvia o la niebla, pueden dificultar la captura de imágenes y reducir la calidad de los datos.
Los elementos con poca textura también son difíciles de captar e identificar en profundidad, como la nieve o la arena.
De forma similar al LiDAR, pueden producirse oclusiones durante la captura de datos, lo que da lugar a modelos incompletos o inexactos.
La precisión de la fotogrametría depende de múltiples factores: la calidad de la imagen, la calibración de la cámara y los algoritmos de procesamiento. Pueden producirse errores por desalineación de la imagen, distorsiones del objetivo o solapamiento insuficiente de la imagen.
La resolución de imagen alcanzable está limitada por la resolución de la cámara y la distancia al objeto capturado, lo que puede ser una limitación para proyectos a gran escala o requisitos de gran detalle.

Ventajas del LiDAR sobre la fotogrametría

A estas alturas, debería estar claro que el LiDAR y la fotogrametría son dos tecnologías muy diferentes. Ambas tecnologías tienen sus ventajas, limitaciones y casos de uso preferentes. Una cosa que hay que tener en cuenta al decidir invertir en LiDAR o fotogrametría es que, aunque la fotogrametría puede ser más barata que el LiDAR, las muchas ventajas del LiDAR compensan el precio más bajo de la fotogrametría.

He aquí algunas de las ventajas del LiDAR sobre la fotogrametría, a pesar de su precio más elevado:

El LiDAR mide directamente las distancias a los objetos mediante impulsos láser, proporcionando nubes de puntos 3D muy exactas y precisas. En fotogrametría, la medición de distancias depende de múltiples factores, lo que aumenta potencialmente la posibilidad de errores.
Dado que el LiDAR puede penetrar en las copas de los árboles, resulta especialmente útil para aplicaciones como la silvicultura, la vigilancia medioambiental y la arqueología.
El LiDAR puede funcionar de día y de noche, mientras que la fotogrametría depende de la luz ambiental y es menos eficaz en condiciones de poca luz. También suele funcionar mejor en condiciones nubladas o brumosas.
Los sistemas LiDAR pueden recoger rápidamente grandes cantidades de datos sobre extensas áreas. El LiDAR proporciona información espacial directa en 3D, reduciendo la necesidad de un amplio postprocesamiento e interpretación.
El LiDAR puede proporcionar datos de elevación absolutos con gran precisión y funciona bien en zonas con textura o características mínimas, como campos abiertos o masas de agua.

Un ejemplo de sistema LiDAR de alta precisión es el YellowScan Explorer, una solución LiDAR compacta que puede montarse en aviones tripulados ligeros, helicópteros o plataformas UAV. Su capacidad para detectar y procesar hasta cinco ecos de objetivo por pulso láser garantiza una penetración óptima en la vegetación. Este sistema también tiene una cámara integrada que puede utilizarse para colorear.

Nube de puntos LiDAR coloreada

YellowScan Explorer montado en un UAV Hexadrone Tundra

Preguntas frecuentes

¿Puedes combinar LiDAR y fotogrametría?

Sí. Es posible capturar datos LiDAR y fotogramétricos de la misma zona y fusionar los datos, lo que da como resultado un único modelo 3D que contiene información precisa de elevación y estructural procedente de LiDAR, y datos fotogramétricos que añaden texturas de alta resolución y detalles de color.

¿Qué ventajas tiene combinar LiDAR y fotogrametría?

La combinación de LiDAR y fotogrametría ofrece la fuerza de cada tecnología: El LiDAR proporciona mediciones precisas de la distancia, mientras que la fotogrametría añade información detallada sobre la textura y el color.

¿Qué es una nube de puntos coloreada?

Una nube de puntos coloreada es una representación 3D que combina los datos espaciales precisos del LiDAR con la rica información visual de las imágenes fotogramétricas. A cada punto de la nube de puntos se le asigna un valor de color, que se obtiene de las imágenes fotogramétricas.