por Geraldine Cheok y Alan Lytle

Recientemente, el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST), el principal laboratorio de mediciones de Estados Unidos, lanzó una evaluación del sistema de medición de EE.UU. El objetivo es determinar si esta infraestructura vital puede responder eficazmente a las necesidades cada día más crecientes de contar con herramientas de medición precisas y fiables, y los servicios afines. Se reconoce que el sistema de mediciones de EE.UU. requiere el desarrollo de métodos de prueba normalizados para los sistemas procesadores de imágenes tridimensionales. El consorcio FIATECH¹ también ha reconocido esta necesidad y, en colaboración con el NIST, ha establecido el Proyecto de Verificación de las Mediciones con Láser (Laser Scanning Measurement Assurance Project).

Si bien la tecnología para la mayoría de los sistemas que procesan imágenes 3D ha existido por varias décadas, sólo en los últimos 10 años se ha notado más su presencia o se ha aceptado más su uso. Los sistemas para procesar imágenes 3D sirven para capturar velozmente, en cientos de mediciones por segundo, información 3D sobre un paisaje o un objeto. Los sistemas incluyen escáneres de láser, sistemas LADAR (detección y seguimiento por láser), radares de láser, cámaras telemétricas 3D y LADAR 3D con flash. Las aplicaciones de los sistemas procesadores de imágenes 3D abarcan amplios sectores industriales y del gobierno, entre ellos la construcción, manufactura (p. ej., aeroespacial y automotriz), seguridad nacional, militar, policía científica y seguridad en el transporte; además, los sectores aumentan cada día más y más. En la industria de la construcción, se prevé que estos sistemas en su momento sustituirán o se combinarán con estaciones totales (instrumentos de levantamiento que miden distancias y ángulos).

No obstante que cada día existen más y más sistemas para procesar imágenes 3D, todavía no hay protocolos de prueba normalizados para evaluar su rendimiento ni mejores prácticas ni métodos para evaluar la precisión de su producto derivado (p. ej., modelos 3D, volúmenes, dimensiones geométricas). Esta falta de métodos de prueba normalizados está inhibiendo la amplia aceptación de los sistemas en la industria. Los métodos de prueba normalizados para la evaluación del rendimiento de sistemas para procesar imágenes 3D facilitará un punto de referencia para comparaciones imparciales, reducirá la confusión en cuanto a la terminología y aumentará la confianza del usuario en la aplicaciones de estos sistemas. Las mejores prácticas mejorarán la calidad del producto y asegurarán un nivel mínimo de rendimiento.

RESUMEN DE LAS ACTIVIDADES DEL NIST

Serie de talleres
Entre el 2003 y el 2006, el NIST presentó cuatro talleres^2,3 con el fin de responder a la necesidad de métodos normalizados para la evaluación del rendimiento de sistemas para procesar imágenes 3D. A los talleres asistieron fabricantes, usuarios e investigadores de universidades y dependencias del gobierno de todo el mundo.

Los participantes del taller convinieron en que se requiere terminología estándar y métodos para evaluar los sistemas para procesar imágenes 3D. Esto incluye tanto la evaluación de las características del instrumento (p. ej., error de alcance, resolución) y evaluación de la precisión del producto final, por ejemplo, el volumen de material trasladado en una obra de construcción.

Además, se requería un lugar neutro para la evaluación/calibración. El consenso fue que una sola instalación que abarcaría la gama completa de sistemas para procesar imágenes 3D sería impráctico. Por lo tanto, se determinó que serían necesarios tres tipos de instalaciones:

• Una instalación pequeña, bajo techo, con control climático, para instrumentos de gran precisión y corto alcance (<10 metros);
• Una instalación mediana, bajo techo, con control climático, para instrumentos con alcance de hasta 50 m;
• Un lugar al aire libre para pruebas con instrumentos de largo alcance para hacer pruebas en un entorno más realista.

A lo largo de estos dos talleres se crearon dos anteproyectos de norma: uno sobre de terminología y uno un protocolo de telemetría. Estos documentos se presentaron en el taller del 2006 y pueden servir como el punto de partida para un proceso formal de normalización.

Además, en el taller del 2006, los participantes seleccionaron a ASTM International como el organismo para crear las normas de sistemas para procesar imágenes 3D y el 7 de junio del 2006, se estableció el Comité E57 sobre Sistemas para Procesar Imágenes 3D de ASTM.

Instalaciones bajo techo del NIST
En la figura 1⁴ se muestra el pequeño local techado para artefactos en el NIST. El propósito de esta instalación es crear protocolos de prueba y métrica para la evaluación de sistemas para procesar imágenes 3D. En la actualidad, la temperatura y humedad se vigilan y registran continuamente pero no se controlan en la instalación. Los artefactos de prototipo creados para usar en esta instalación incluyen esferas de 152 y 204 milímetros de diámetro, un disco ranurado de 610 mm de diámetro y un artefacto en escalera. En la figura 2 se muestran fotos y algunas exploraciones de esos artefactos. También se fabricó una mancuerna de 3 m (figura 3), la cual se podría usar en el campo para determinar si un instrumento está dentro de la tolerancia especificada. La mancuerna consiste en un tubo reforzado con fibra de carbón con un reflector de diámetro de 152 mm montado esféricamente en cada extremo. También se dispone de objetivos de difusión de reflectividad conocida (del 2 al 99 por ciento) para uso en interiores y exteriores.

Además de las instalaciones para artefactos, se cuenta con una instalación para telemetría 1D en interiores5 en el NIST (figura 4) que puede facilitar referencias de medición con una incertidumbre de 10 Ìm ± 0.5 Ìm/m (10 Ìm ± 0.5 ppm); la incertidumbre consiste en un componente constante y un componente dependiente de la longitud. Esta instalación se clasificaría dentro de la instalación de alcance mediano mencionada arriba. La instalación cuenta con control de temperatura y humedad y se vigila la presión barométrica. Se utiliza un sistema de rieles para situar los objetivos a una distancia máxima de 61 m. En la instalación también hay otros artefactos que se pueden utilizar, como esferas de titanio de 102 mm de diámetro y retrorreflectores de 102 mm de diámetro montados esféricamente.

El trabajo futuro incluye la planificación y establecimiento de una instalación al aire donde se puedan establecer puntos de referencia para la evaluación de sistemas para procesar imágenes 3D de más largo alcance.

RESUMEN

Los sistemas para procesar imágenes 3D pueden, en esencia, cambiar la metrología de gran escala como la que se aplica en proyectos de construcción primordiales, manufactura y transporte y asimismo facilitar mejoras mensurables en la entrega de proyectos, calidad de los productos y seguridad. Los beneficios fundamentales incluirían tiempos de entrega más cortos, mejora en la calidad de productos y mayor seguridad laboral. Los métodos de prueba normalizados para la evaluación de sistemas para procesar imágenes 3D aumentarán considerablemente la confianza y aceptación en el mercado y, por consiguiente, el empleo de estos sistemas. El desarrollo de estas normas será bajo el auspicio del Comité E57 sobre Sistemas para Procesar Imágenes 3D de ASTM.

Referencias
1 Un consorcio sin fines de lucro enfocado en el desarrollo e implementación veloz de tecnologías con el fin de mejorar considerablemente el diseño, la ingeniería, construcción y mantenimiento de proyectos de capital.
2 Cheok, G. S., Ed. [2005], “Proceedings of the 2nd NIST LADAR Performance Evaluation Workshop – March 15 - 16, 2005,” NISTIR 7266, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Md., October. www.bfrl.nist.gov/861/CMAG/LADAR_workshop/index.htm
3 Cheok, G. S., Ed. [2003], “Proceedings of the LADAR Calibration Facility Workshop, June 12-13, 2003,” NISTIR 7054, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Md., October. www.bfrl.nist.gov/861/CMAG/LADAR_workshop/index.htm
4 En la figura se muestran ciertos productos de la compañía. En ningún caso dicha identificación implica una recomendación o endoso por el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) ni implica que los productos sean necesariamente los mejores en el mercado para el fin.
5 Para obtener más información sobre esta instalación, comunicarse con Steven Phillips, steven.phillips@nist.gov.