Tutorial: WebODM

Sitio: OpenCourseWare for GIS
Curso: Procesamiento de imágenes de Drones con WebODM (Web Open Drone Map)
Libro: Tutorial: WebODM
Imprimido por: Guest user
Día: martes, 21 de mayo de 2024, 10:46

1. Introducción

En este tutorial aprenderás como utilizar  WebODM.

WebODM es una interface web amigable de OpenDroneMap (ODM). ODM es un motor de procesamiento de código abierto para el procesamiento de imágenes de drones, creación de nubes de puntos, modelos 3D y ortofotos.

Objetivos de aprendizaje

Después de realizar este tutorial serás capaz de:

  • Usar  WebODM instalado en un servidor
  • Cargar las imágenes de drones a WebODM
  • Evaluar las opciones de las tareas más importantes
  • Generar nubes de puntos
  • Generar Modelos Digitales de Superficie
  • Generar Ortofotos
  • Visualizar y evaluar resultados en  WebODM
  • Visualizar y evaluar resultados en  QGIS
  • Comparar resultados de diferentes tiempos en QGIS

2. Teoría

Revisa este video para conocer la teoría y una vista general de este tutorial.


3. ¿Qué podemos hacer con WebODM?

WebODM es una interfaz web amigable de Open Drone Map (ODM)

Estas son características de WebODM:

Features of WebODM.
Source: WebODM website

Fuente: website WebODM

En este tutorial cubriremos los temas:

  • ortomosaicos
  • nube de puntos
  • modelos de elevación
  • mediciones
  • exportar
  • compartir

4. Comenzar con WebODM

WebODM es un software de código abierto y puedes instalarlo en una computadora propia o un servidor. Puedes obtener servicios de pago que hacen  las actividades sean más faciles.

Puedes revisar las diferentes opciones en WebODM website. No explicaremos como instalar WebODM sobre tu computadora, pero si te encuentras interesado, puedes revisar las instructiones.

1. Desde un navegador de Internet, dirígetea la página WebODM.

2. Utiliza tus credenciales para ingresar.


3. Click en Log in

Ahora que haz ingresado en  WebODM, observa la página del tableroDashboard:


En el siguiente capítulo, crearemos nuestro primer proyecto.

5. Añade un nuevo proyecto

El primer paso es agregar un nuevo proyecto en tu cuenta.

1. Da un Click en  Add project.


2. En la ventana que aparece, indica un nombre y una descripción.

3. Da un Click en Create Project.

Ahora observa el proyecto que agregaste en el Tablero (Dashboard):

Aún puedes cambiar el nombre y la descripción con un click en el icono Edit.

En el siguiente capítulo, agregaremos las imágenes del drone.

6. Selecciona las imágenes de drones

En este capítulo, agregaremos las imágenes de drones.

Hemos preparado un conjunto de datos de vuelos sobre un área de cultivos en Moatize (Mozambique) para este tutorial. El conjunto de datos contiene: 

Primero, trabajaremos con las imágenes del 19 de dieciembre de 2019. Después repite el procedimiento con las imágenes del 22 de enero de 2020.

1. Descarga las imágenes del 19 de diciembre de 2019: Moatize_Flight_20191219.tar.gz

2. Los datos se encuentran comprimidos en un formato llamado tarball. Extrae el archivo  tarball using unzip software. Una herramienta de código abierto para descomprimir es 7-Zip. Asegurate de extraer el folder al disco duro (ejem. D:\Moatize_Flight_20191219).

3. En el  Dashboard de WebODM, selecciona  Select Images and GCP.



4. En la ventana de  File Upload ,seleciona todas las imágenes (Ctrl-A es un método abreviado para seleccionar todas)y da un click en Open.


Alternativamente, arrastra y borra los archivos en WebODM. Puedes agregar desde diferentes carpetas con un Click en  Select Images and CGP again.

Ahora observa que el Tablero muestra los 32 archivos seleccionados.

En el siguiente capítulo, revisaremos la configuración en la ventana de diálogo.


7. Revisión de la configuración

Ahora, hemos seleccionado 32 imágenes de Drone, requerimos revisar la configuración con la creación de un nuevo Tarea (Task) en tu Proyecto  (Project).

WebODM lee el metadato desde las imágenes. Los emtados son almacenados como etiquetas EXIF  y archivos JPG . EXIF es el acrónimo de  Exchangeable Image File Format. Las etiquetas pueden incluir la información de la ubicación donde la imagen fue tomada. Esta información proviene desde el GPS del drone.

Las imágenes con la información de la geolocalización en la etiquetas  EXIF tags pueden utilizarse para producir ortofotos georreferenciadas y modelos de elevación. Si la información de la ubicación no existe puedes aún crear una nube de puntos y un modelos 3D aunque sin georreferencia. Después, discutiremos brevemente como agregar Puntos de control (GCP) en WebODM que permita la producción de ortofotos georreferenciadas y modelos de elevación.

Revisemos las diferentes configuraciones de la ventana de diálogo


Name

Es el nombre predeterminado de la tarea (Task) generada por WebODM  utilizando la ubicación EXIF y los datos temporales. Las coordenadas son utilizadas en la búsqueda del nombre de un lugar.

Puedes editar el nombre si es necesario. Mantén el nombre por default.

Processing Node

Este es el nodo donde el cálculo se realiza. Tu cuenta esta configurada con un nodo de cálculo específico (puedes ver este cuando utilizar el menú desplegable), puedes mantener este en  Auto. En otra configuración donde tengas nodos múltiples disponibles puedes elegir uno que desee o utilizar Auto para que lo seleccione automáticamente con el menor número de tareas procesando.

Options

Esta opción te permite controlar el algoritmo que se utiliza en el procesamiento de las imágenes de Drones, puedes escoger una lista predefinida de configuraciones. Si mueves el puntero del ratón sobre los valores predefinidos, se mostrará opciones que pueden utilizarse, pero son un poco cripticos.
  • Default: crea una nube de puntos, una ortofoto y un DMS
  • High Resolution: proporciona una salida de alta resolución, pero el tiempo de procesamiento será extenso.
  • Fast Orthophoto: si sólo estas interesado en una ortofoto
  • DSM + DTM: genera un DTM  más el DSM
  • Forest: Habrá un gran número de puntos y una alta calidad que representa mejor a los Bosques
  • Point of Interest / Building: Mejor representación de las Mallas que realcen las estructuras hechas por el hombre.
  • 3D model: optimizar la Malla
  • Volume Analysis: optimizar el  DTM y  DSM para cálculo de volumenes.
  • Multispectral: incluye de parámetros para imágenes mutiespectrales como la calibración radiométrica
Puedes cambiar manualmente, las opciones de muchas tareas disponibles con un click en Edit. Por ahora, mantén las opciones predeterminadas Default.


Resize images

Puedes reducir el tamaño de las imágenes cambiando la configuración aquí. Es útil disminuir la cantidad de memoria utilizada e incrementar la velocidad de procesamiento.  Es una compensación, por suspuesto, con la calidad de los resultados. En este caso, no redimensionaremos las imágenes porque ya ha sido realizado esto para los propósitos de este tutorial.

1. Selecciona para Resize Images No.

Ahora, configura los parámetros como luce la pantalla abajo:


2. Da un Click en Review para ejecutar.

En el siguiente capítulo, procesaremos las imágenes.


8. Inicio del procesamiento

En este capítulo, iniciaremos el procesamiento de las imágenes.

1. Revisa si la configuración se muestra como la captura de pantalla abajo. Da un  Click a Cancel para hacer correcciones si es necesario.

2. Si la configuración es correcta, haz un click en Start Processing.

Ahora la tarea es ejecutada, la cual tomará un tiempo.

En tanto, explicaremos lo que ocurre ahora. 

Primero, tus imágenes son cargadas en el folder correcto sobre el servidor. A continuación, las imágenes se envían al nodo de procesamiento seleccionado. Estos dos pasos son requeridos, porque los nodos de procesamiento pueden distribuirse sobre computadoras remotas y las imágenes requieren ser disponibles  en el nodo para procesamientos futuros. Entonces la tarea se ejecuta sobre el nodo y en el Dashboard observaremos el progreso, incluyendo el tiempo transcurrido.



Cuando la tarea de procesamiento es completada, procederemos con el siguiente capítulo del tutorial.


9. Ver resultados en WebODM en 2D

Una vez que la tarea de procesamiento es completada, podemos observar los resultados en WebODM. Luego descargaremos los resultados y los visualizaremos en QGIS.

Primero, observemos nuestros resultados en 2D.



9.1. Observar la ortofoto

Primero echemos un vistazo en la ortofoto producida.

1. Da Click en View Map.

La Interface  WebODM ahora muestra las ortofotos con el mapa base Google Maps Hybrid:

2. Revisa los resultados de la siguiente manera:

  • Cambia la opacidad con el Slider en la parte inferior de la pantalla.
  • Compara los resultados con diferentes mapas base utilizando el icono   desde el panel a la derecha de la pantalla.
Observa que la imagen  ESRI Satellite no se encuentra disponible para esta área y OSM Mapnik (OpenStreetMap) tampoco tiene mucha información. Así que únicamente compara con la capa Google Maps Hybrid.

3. Amplia y compara la resolución del mapa base con la ortofoto derivada del drone. ¿Cuál tiene mayor detalle?

En la siguiente sección, agregaremos un polígono con nuestra área de interés.



9.2. Añadir datos vectoriales

Podemos agregar datos vectoriales en formato GeoJSON o Shapefile. Agregaremos el límite de nuestra área de interés.

1. Descarga los límites de nuestra área de interés: bdry.zip

2. Extrae la carpeta a tu disco duro., obtendrás los archivos de un Shapefile:
WebODM sólo acepta archivos comprimidos.

3. Comprime los archivos del Shapefile en formato Zip y nombralo como maize_plot.zip

4. Regresa a WebODM en tu navegador y da click en el icono   en el panel, sobre el lado derecho de la pantalla, así agrega el archivo comprimido zip.
5. Selecciona el archivo maize_plot.zip y haz un click en Open.

Ahora, observa el polígono desde el Shapefile  que se sobrepone sobre tu ortofoto.



En la siguiente sección, derivaremos las líneas de contorno desde el  DSM.

9.3. Derivar líneas de contorno

Es posible la creación de líneas de contorno.

1. Da Click en el icono    del panel sobre el lado derecho de la pantalla.
Aquí puedes indicar:
  • Intervalo (equidistancia) de las líneas de contorno.
  • La capa desde la cual se deriva. En nuestro caso escogemos un DSM, porque el procesamiento por default que utilizamos no utilizan el DTM.
  • Grado de simplificación
  • Proyección de salida
2. Mantén la configuración por default y da click en  Preview.

Después de algún tiempo, el resultado aparecerá:

  • ¿Qué puedes decir acerca de la forma del área de interés?
Es posible exportar los resultados a formatos diferentes:

3. Guarda los contornos como un Geopackage y manténlo para su uso futuro, en el momento que trabajemos con QGIS.

4. Da Click en el icono   para remover la vista previa.

En la siguiente sección, realizaremos medidas con el mapa.

9.4. Medición de la longitud, área y volumen

También podemos realizar las mediciones de volumen, área y longitud en vista 2D.

1. Da un Click en el icono   en el panel sobre la parte derecha sobre la ventana.
2. Selecciona "Create a new measurement"


3. Crea un polígono que  siga la forma de nuestro campo de interés, colocandos nodos sobre el mapa.

4. Da Click en Finish measurement.

Después del cálcuclo, el resultado de la medición es desplegado sobre el mapa:


En la siguiente sección, visualizaremos la vista del DSM en 2D.

9.5. Visualiza el modelo de superficie en una vista2D

En la vista  2D podemos visualizar el DSM derivado.

1. En la parte superior derecha de la pantalla, da un Click sobre  Surface Model.

Esto mostrará el  DSM de el área:

Ahora, parte de nuestra vista es cubierta por el polígono de nuestra región de interés. Ocultemos este.

2. Da un Click sobre el icono  .

De esta forma controlaremos a las capa que visualizaremos. Por ejemplo, podemos desactivar el polígono  (maize_plot.zip) y agregar las ubicaciones de la camara donde el dron realizó las fotos.

Esto, también mostrará las elevaciones en un histograma de frecuencias.

Bajo  Color puedes elegir diferentes rampas de color. Con el valor de Shading puedes cambiar el sombreado de la elevación.  Asimismo exportar la imagen tipo GeoTiff para usar en un SIG.

3. Prueba con otras configuraciones de color y sombreado.

4. Borra el polígono de medición que previamente creamos con un Click sobre este y selecciona delete en el PopUp.


5. Si el resultado es de tu agrado, puedes dar un click en   para compartir el enlace con otros. Las personas con el enlace sólo observarán el resultado en una forma interactiva.

En el siguiente capítulo, exploraremos la vista 3D.

10. Visualización de resultados en una vista 3D

En el capítulo previo, exploramos la vista 2D de  WebODM. Ahora, revisaremos la Vista 3D.

1. Vamos al 3D View. Se puede realizar en formas distintas:

  • Si aún te encuentras en la vista View 2D, Da un Click al icono  para cambiar a  3D View.
  • If you are in the Dashboard, click View 3D Model.

Ahora, observa la Vista 3D con la nube de puntos de el área:


2. Acercáte, utilizando el Scroll de tu mouse para ver los puntos de la nube. Cambia de lugar con el mouse y obtén una escena familiar con la navegación.

En la sección de Navegación (Navigation section) hay opciones diferentes para navegar con las opciones 3D:

3. Explora las diferentes opciones de navegación.

En la siguiente sección, exploraremos las diferentes herramientas en la Vista 3D.


10.1. Características de la Vista 3D.

La vista 3D View tiene características agradables para la visualización de los datos en los 3D.

Primero, visualizaremos la posición de la camara del Dron cuando las fotos son tomadas.

1. Bajo  Cameras verificamos el checkbox  Show Cameras e inspecciona el resultado.

También podemos visualizar la textura, en lugar de la nube de puntos con los colores  RGB.

2. Deshabilita las camaras.

3. Bajo Textured Model verifica el checkbox Show Model.

Podría demorar un poco de tiempo de despliegue.

4. Revisa el resultado. ¿Qué observas en los límites de la imagen?

También podemos cambiar la apariencia de la nube de puntos.

5. Deshabilita  Show Model bajo Textured Model, así puedes observar la nube de puntos otra vez.

6. Bajo Appearance puedes cambiar diferentes configuraciones, como:

  • Point budget: cantidad de puntos a visualizar 
  • Field of view determina el tamaño de la escena visible desde el punto de vista (point of view)
  • Puedes deshabilitar Eye-Dome-Lighting para observar los puntos sin el efecto de sombreado (shading)
  • Cambia el fondo a Skybox para obtener una cielo dramarico sobre la escena


En la siguiente sección, exploraremos las mediciones en la 3D View.

10.2. Mediciones en la vista 3D

La Vista 3D tiene una serie de herramientas de medición.

1. Expande la sección Tools.

Explora las siguientes herramientas para diferentes medidas en el espacio 3D:

 Medición de ángulo entre diferentes puntos 3D que selecciones en la escena

 Medición del punto regresa las coordenas  x, y  z de una ubicación seleccionada

 Medición de la distancia entre los puntos seleccionados

 Medición de la altura: diferencia de altura de dos puntos seleccionados

 Medición circular

Medición del ángulo entre dos puntos en grados de la brújula

 Medición de áreas de polígonos

 Medición de volumen

 Medición de volumenes

 Dibuja un perfil de altura

Agrega anotaciones

 Borra las mediciones

2. Prueba estás herramientas para hacer las mediciones en la vista 3D.

En la siguiente sección, cortaremos áreas.

10.3. Recortes

Algunas ocasiones, no nos interesa una escena completa. En nuestro caso, sólo estamos interesados en el campo de interés. Hay diferentes herramientas de corte disponible.

1. Expande la sección Clipping.

Los diferentes métodos son:

Clip un volumen

Clip un polígono

 Dibuja un cuadro de selección. En este método requieres cambiar la vista  Orthographic bajo Navigation.

Debajo de Clip Task indica si requieres realzar Highlight los puntos dentro del polígono, muestra los puntos solo dentro  (Inside) del polígono o muestra sólo los puntos fuera (Outside) del polígono.

2. Utiliza esta herramienta para mostrar sólo los puntos dentro del cultivo de maíz que es de nuestro interés.

En el siguiente capítulo exportaremos los datos que utilizaremos en el SIG.

11. Download Assets

Aunque  WebODM tiene algunas herramientas agradables para la visualización de datos y realizar medidas, es posible que requieras hacer procesamientos  posteriores en un SIG.

Puedes descargar los datos desde diferentes lugares en  WebODM:

  • Si aún te encuentras en la vista 3D, puedes hacer un Click sobre  en la parte inferior derecha de la ventana.
  • Si te encuentras en el Dashboard puedes hacer un click sobre  Download Assets
1. Descarga Orthophoto

2. Descarga el Modelo de Superficie

Ambos archivos  GeoTIFF pueden abrirse en QGIS, el cual revisaremos en el siguiente capítulo.  Se recomienda guardar los archivos en el mismo folder del archivo shapefile del límite.

Desde QGIS 3.18 puedes abrir el archivo de puntos  Point Cloud (LAZ). En este momento la versión de  QGIS es aún experimental y no lo cubriremos en este tutorial.

12. Utiliza los resultados en QGIS

Ahora que descargamos los datos desde WebODM, podemos visualizar y procesar los resultados en QGIS.

En la siguiente sección realizaremos:

  • Carga las capas en QGIS y compáralas con las imágenes de satelite.
  • Visualiza el DSM en 2D y 3D.

12.1. Observa la vista 2D en QGIS

Visualicemos nuestra ortofoto y Modelo Digital de Superficie en QGIS.

1. Ejecuta QGIS Desktop

2. Agrega las capas odm_orthophoto.tif, dsm.tif and maize_plot.shp al Map canvas



Agreguemos un mapa base para observar el contexto alrededor de nuestra área de estudio.  Así que instalaremos el complemento

QuickMapServices.

3. En el menú principal dirígete a Plugins | Manage and Install Plugins...

4. Instala el complemento QuickMapServices

5. Desde el menú principal, dirígete a  Web | QuickMapServices | Settings

6. Selecciona la pestaña More services 

7. Click Get contributed pack

8. Click Save

9. En el menú principal, accede a  Web | QuickMapServices | Google | Google Satellite


10. De la misma forma agrega la capa Bing Satellite y compará la ortofoto con ambas imágenes de satelite.

  • ¿Cuál es la proyección de los productos creados en WebODM?
  • ¿Cuál es la resolución espacial de los productos?
11. Ahora, puedes agregar las líneas del contorno de la sección 9.3 desde el archivo GeoPackage al Map canvas.



En la siguiente sección, revisaremos con más cuidado al DSM.

12.2. Observa la vista 3D en QGIS

Revisemos el DSM.

1.  Asegúrese de que puedes ver el DSM moviéndolo a la parte superior y/o apagando las otras capas.

2. Selecciona la capa dsm desde el panel Layers y haz un click  para abrir el panel de estilizado Layer Styling.

3. Escoge el render Singleband pseudocolor y estiliza la capa con la rampa de colores Viridis colour.

El resultado luce como la captura de pantalla abajo:

Ahora, visualicemos la elevación en la vista 3D en  QGIS.

4. Desde el menú principal selecciona View | New 3D Map View


5. Da Click sobre   que te lleva a la configuración.

6. Llena la ventana de diálogo como la captura de pantalla abajo y da un click OK.

Ahora observaremos la escena en 3D:

7. Habilita la orthophoto en el panel de capas, la vista 3D se actualizará y la ortofoto se observará en 3D.

8. Guarda el proyecto QGIS. Ahora, procesaremos las imágenes de 2020. Después compararemos los resultados en QGIS.

13. Procesa las imágenes del año 2020

Ahora repite el proceso para generar la ortofoto y DSM para la imágenes del año 2020 que puedes descargar aquí: Moatize_Flight_20200122.tar.gz

  • Describe las diferencias que observes.


14. Compara los resultados en QGIS

Ahora, que hemos procesado las imágenes del año 2019 y 2020, comparemos los resultados en QGIS.

1. Ejecuta QGIS Desktop

2. Abre el proyecto que salvaste en la sección 12.2

3. Agrega el  DSM y ortofoto del año 2020 al proyecto.

4. Compara las 2 orthophotos y DSM's.

Para facilitar la comparación, instalaremos el complemento MapSwipe.

5. Desde el menú principal dirígete a  Plugins | Manage and install plugins...

6. Instala el complemento MapSwipe

7. Asegurate que las ortofotos se encuentran en la parte superior de la lista de capas. Puedes renombrar, de tal forma, a que año corresponde, como se muestra en la imagen inferior.

8. Selecciona la ortophoto de 2020

9. Da Click sobre el icono   en la barra de herramienta para activar la herramienta MapSwipe.

10. Da Click en el map canvas y arrastra el mouse desde izquierda a la derecha o de arriba hacia abajo.


  • Por favor, describe las diferencias.