Optimización de la cámara en Agisoft Metashape: f, cx, cy, k1–k4, p1 y p2

La optimización de la cámara en Agisoft Metashape es uno de los pasos más importantes para mejorar la precisión de un proyecto fotogramétrico, sobre todo a la hora de procesar levantamientos con drones que incluyan puntos de control en tierra (GCP), RTK o coordenadas de cámara PPK.

Cuando abras el cuadro de diálogo «Optimizar cámaras» en Metashape, verás parámetros como f, cx, cy, k1, k2, k3, k4, p1 y p2. Para muchos usuarios, la dificultad no está en cómo llevar a cabo la optimización, sino en entender qué significan realmente estos parámetros y cuáles debes seleccionar.

Estos valores describen la geometría interna de la cámara y la distorsión óptica que introduce el objetivo. Si se calculan mal, el proyecto puede sufrir deformaciones sistemáticas, una precisión vertical deficiente, un error de reproyección excesivo o resultados inconsistentes en los puntos de control terrestre y los puntos de verificación.

En esta guía se explican todos los parámetros de calibración de la cámara de Metashape, cómo funciona la función «Optimizar cámaras» y cuándo conviene o no optimizar los distintos parámetros.

¿Para qué sirve la función «Optimizar cámaras» en Agisoft Metashape?

Durante el proceso de «Alinear fotos», Metashape calcula tanto la orientación externa de las cámaras como sus parámetros de calibración internos.

La orientación externa describe dónde estaba situada cada cámara y cómo estaba girada en el momento de hacer la foto.

La orientación interna describe la geometría de la propia cámara, incluyendo la distancia focal, la posición del punto principal y la distorsión de la lente.

Cuando más adelante selecciones:

Herramientas >: Optimizar cámaras

O bien, si pulsas el botón «Optimizar» en el panel «Referencia», Metashape realiza otro ajuste de paquetes.

Durante este proceso, el software ajusta los parámetros estimados de la cámara y las coordenadas de los puntos 3D, intentando minimizar el error de reproyección y, cuando hay información de referencia disponible, el error de desalineación de coordenadas.

Por qué es importante optimizar la cámara

Una cámara no es un sistema matemático perfecto de formación de imágenes.

Incluso las cámaras de cartografía de alta calidad presentan pequeñas diferencias entre su geometría teórica y la forma en que la luz llega realmente al sensor.

Entre estas diferencias pueden figurar:

• Una ligera variación en la distancia focal efectiva
• El eje óptico no pasa exactamente por el centro de la imagen
• Distorsión radial de la lente
• Descentrado de la lente
• Tolerancias de fabricación
• Cambios en la calibración relacionados con el enfoque

Metashape calcula estos efectos utilizando los parámetros de calibración de la cámara.

Una estimación correcta cobra especial importancia en la cartografía aérea, ya que unos pequeños errores sistemáticos en cientos o miles de fotografías pueden provocar una deformación notable en el modelo final.

f: Distancia focal

f es la distancia focal de la cámara, expresada en píxeles.

Es uno de los parámetros de calibración interna más importantes, ya que influye directamente en la relación entre las coordenadas de la imagen y la geometría de visualización.

Aunque un objetivo de cámara pueda anunciarse como de 24 mm, 35 mm u otra distancia focal física, el valor f calibrado de Metashape se expresa en píxeles en lugar de milímetros.

La distancia focal efectiva calculada durante la calibración fotogramétrica puede diferir ligeramente del valor nominal indicado por el fabricante.

Esto es normal.

En la mayoría de los proyectos fotogramétricos normales, hay que incluir «f» durante la optimización, a menos que trabajes con valores de precalibración muy fiables que quieras mantener fijos a propósito.

cx y cy: coordenadas de los puntos principales

cx y cy describen la posición del punto principal de la cámara respecto al centro de la imagen.

El punto principal es aquel en el que el eje óptico del objetivo se cruza con el plano del sensor.

En una cámara teóricamente perfecta, este punto coincidiría exactamente con el centro geométrico del sensor.

Las cámaras reales suelen presentar un pequeño desfase.

• cx representa el desplazamiento horizontal.
• «cy» representa el desplazamiento vertical.

Ambos valores se expresan en píxeles.

Agisoft señala que los valores de cx y cy suelen ser relativamente pequeños, a menudo de unas pocas docenas de píxeles o menos.

Si los valores ajustados alcanzan varios cientos o incluso miles de píxeles, esto podría indicar que la calibración es inestable o incorrecta, en lugar de que se trate de una característica física real de la cámara.

¿Por qué cx y cy pueden llegar a ser tan grandes que no parece realista?

Una geometría deficiente de la red de cámaras puede hacer que algunos parámetros de calibración sean difíciles de estimar de forma independiente.

Esto es especialmente importante en los levantamientos aéreos, donde todas las fotos tienen casi la misma orientación.

Por ejemplo, sobrevolar cada línea de mapeo con la cámara en exactamente la misma orientación puede aumentar la correlación entre los parámetros de calibración de la cámara y la geometría del proyecto.

Agisoft recomienda específicamente que revises los valores ajustados de cx y cy a la hora de diagnosticar problemas de calibración.

Si llegan a ser demasiado grandes, lo mejor sería fijar esos parámetros y reajustar el conjunto de datos con un modelo de cámara más limitado.

k1, k2, k3 y k4: Distorsión radial

Los parámetros k1, k2, k3 y k4 describen la distorsión radial de la lente.

La distorsión radial hace que los puntos de la imagen se desplacen en función de su distancia al centro óptico de la imagen.

Por lo general, el efecto se intensifica hacia los bordes y las esquinas de la foto.

Dos tipos comunes de distorsión radial son:

• Distorsión de barril: las líneas rectas parecen curvarse hacia fuera.
• Distorsión en forma de alfiletero: las líneas rectas parecen curvarse hacia dentro.

Metashape utiliza un modelo matemático de cámara para calcular y corregir esta distorsión durante el procesamiento fotogramétrico.

k1

k1 es el primer coeficiente de distorsión radial y, por lo general, representa el componente dominante de la distorsión radial.

k2 te cuento

k2 añade una corrección de orden superior y ayuda a describir la distorsión radial más compleja hacia la zona exterior de la imagen.

k3 te cuento

k3 aporta una corrección radial adicional de orden superior.

Puede que sea más relevante en el caso de objetivos con una distorsión más marcada o más compleja.

k4

k4 es otro coeficiente de distorsión radial de orden superior.

No deberías activarla automáticamente solo porque parezca que cuantos más parámetros haya, más precisa será la calibración.

Añadir parámetros innecesarios puede aumentar la correlación entre los valores de calibración y hacer que el modelo de la cámara sea menos estable cuando la red de imágenes no ofrece suficiente información para estimarlos de forma fiable.

Por eso, Agisoft ofrece recomendaciones específicas sobre el flujo de trabajo para ciertas cámaras. Por ejemplo, en su flujo de trabajo actual para DJI RTK, Agisoft recomienda excluir el k4 al optimizar los conjuntos de datos del DJI Matrice 4E.

p1 y p2: Distorsión tangencial

p1 y p2 son los coeficientes de distorsión tangencial.

La distorsión tangencial se produce cuando los elementos de la lente no están perfectamente centrados o alineados con respecto al sensor.

En lugar de que la distorsión sea puramente radial alrededor del centro óptico, los puntos de la imagen pueden desplazarse de forma asimétrica.

Los parámetros p1 y p2 modelan estos efectos de descentramiento.

En el caso de las cámaras fotogramétricas estándar, estos valores suelen ser mucho menores que los efectos de distorsión radial predominantes, pero aún así pueden ser importantes para una calibración precisa.

¿Y qué hay de b1 y b2?

Aunque no siempre son el centro de atención en los flujos de trabajo habituales con drones, Metashape también ofrece:

• b1 – coeficiente de afinidad
• b2 – coeficiente de no ortogonalidad o de asimetría

Estos valores se expresan en píxeles y describen desviaciones adicionales respecto a la geometría ideal del sensor de la cámara.

Agisoft recomienda analizar estos valores junto con cx y cy a la hora de diagnosticar resultados de calibración sospechosos.

Si los valores de b1 o b2 son de diez o más, puede que la solución de calibración no esté bien.

Resumen de los parámetros de calibración de la cámara

¿Qué parámetros debes seleccionar en «Optimizar cámaras»?

No hay ninguna combinación universal de casillas de selección que debas usar a ciegas para todas las cámaras y todos los proyectos de fotogrametría.

Para los flujos de trabajo típicos de cartografía aérea, Agisoft recomienda optimizar un amplio conjunto de parámetros de calibración una vez colocados los puntos de control (GCP) o cuando se utilicen coordenadas precisas de la cámara RTK.

Sin embargo, puede que algunas cámaras o configuraciones de proyectos concretas requieran que ciertos parámetros se mantengan fijos.

Las recomendaciones actuales de Agisoft sobre drones RTK indican que, en la mayoría de los casos, se puede optimizar el conjunto completo de parámetros, con algunas excepciones concretas, como b1 y b2 en proyectos con puntos de control geométricos (GCP) y k4 para los conjuntos de datos del DJI Matrice 4E.

Estas excepciones demuestran por qué marcar todas las casillas disponibles no siempre es la mejor opción.

Ajuste adaptativo de modelos de cámara

Metashape incluye una opción llamada:

Ajuste adaptativo de modelos de cámara

Cuando está activada, Metashape determina automáticamente qué parámetros de orientación de la cámara interior hay que ajustar.

Esto puede ayudarte a evitar ajustar parámetros innecesarios que no estén bien respaldados por la geometría de la imagen.

Para los usuarios que no tengan una estrategia concreta de calibración de la cámara, el ajuste adaptativo del modelo puede ofrecer, por lo tanto, un punto de partida más seguro que activar manualmente todos los coeficientes posibles.

¿Qué son las «correcciones adicionales de ajuste»?

El cuadro de diálogo «Optimizar cámaras» también incluye:

Aplica correcciones adicionales

Metashape suele usar el modelo de distorsión de Brown para describir la distorsión de la cámara.

Agisoft explica que se pueden activar correcciones adicionales cuando el modelo estándar no describe lo suficientemente bien la distorsión de la cámara.

Esta opción calcula coeficientes de corrección adicionales durante la optimización.

Agisoft señala que, a veces, puede mejorar los resultados al procesar imágenes de drones RTK.

Sin embargo, no deberías considerarlo una opción obligatoria para todos los proyectos.

¿Cuándo deberías ejecutar «Optimizar cámaras»?

En la cartografía aérea profesional, la optimización suele realizarse después de:

• Alineación inicial de las fotos
• Importar o verificar las coordenadas de la cámara RTK/PPK
• Añadir y colocar con precisión los puntos de control geométricos (GCP)
• Configurar los valores correctos de precisión de la cámara y los marcadores
• Revisión de la información de referencia

Una secuencia típica es:

1. Alinear fotos
2. Comprueba la alineación
3. Añadir o comprobar los GCP
4. Configurar la precisión de referencia
5. Optimizar las cámaras
6. Revisa los puntos de control y los errores de reproyección
7. Sigue con la generación de la nube de puntos, el DEM y el ortomosaico

¿Por qué son importantes los ajustes de precisión de GCP durante la optimización?

«Optimizar cámaras» no analiza la calibración de las cámaras de forma aislada.

Cuando las coordenadas de referencia están activadas, Metashape intenta compensar los errores de reproyección de las imágenes con los errores relativos a las coordenadas de referencia conocidas.

Esto significa que unos valores de precisión incorrectos pueden afectar al grado de confianza que Metashape deposita en las coordenadas de la cámara o en los puntos de control en tierra.

Por ejemplo, si le das una precisión de centímetros que no es realista a unas coordenadas que, en realidad, solo tienen una precisión de varios metros, puedes hacer que el ajuste de haces se desvíe hacia unos datos de referencia incorrectos.

Utiliza siempre valores realistas de precisión de la cámara y de los marcadores.

Cómo comprobar la calibración ajustada de la cámara

Una vez optimizado, abre:

Herramientas: Calibración de la cámara >

y selecciona:

Pestaña «Ajustado ».

Aquí se muestran los valores de calibración de la cámara calculados por Metashape.

Presta especial atención a:

• f
• cx y cy
• b1 y b2
• Coeficientes de distorsión radial
• Incertidumbre de los parámetros
• Correlación entre parámetros

Usa el gráfico de distorsión

Metashape también ofrece un gráfico de distorsión para evaluar el modelo de la cámara.

Esta visualización puede mostrar:

• Distorsión total
• Distorsión radial
• Distorsión por descentramiento
• Correcciones adicionales
• Errores residuales de reproyección

El gráfico residual es especialmente útil porque puede revelar patrones sistemáticos en el espacio de la imagen que indican que el modelo de cámara seleccionado no describe adecuadamente el objetivo o el sistema de la cámara.

Que haya más parámetros no siempre significa que haya más precisión

Este es uno de los conceptos más importantes en la optimización de la cámara.

Puede resultar tentador seleccionar todos los parámetros de calibración disponibles en Metashape, partiendo de la idea de que un modelo más complejo siempre tiene que ser mejor.

Eso no tiene por qué ser cierto.

Cada parámetro adicional debe estar respaldado por suficiente información independiente en la red de imágenes.

Si la geometría del proyecto es débil, los parámetros pueden llegar a estar muy correlacionados entre sí o con la orientación de la cámara y la forma del terreno.

El resultado puede ser un error de reproyección aparentemente bajo, pero una calibración de la cámara inestable y un modelo distorsionado.

Cómo mejorar la estabilidad de la calibración de la cámara

Una buena captura de imágenes ayuda a Metashape a separar la distorsión de la cámara de la geometría del proyecto.

Entre las prácticas útiles se incluyen:

• Utiliza un solapamiento de imágenes marcado.
• Haz fotos desde diferentes ángulos.
• Incluye imágenes en diagonal cuando sea adecuado.
• Si puedes, evita las trayectorias de vuelo muy repetitivas.
• Utiliza líneas transversales para proyectos de topografía exigentes.
• Si puedes, cambia la orientación de la cámara entre las líneas de vuelo.
• Utiliza puntos de control geodésicos (GCP) precisos o datos de referencia RTK.
• Usa puntos de control independientes para verificar los resultados.

Una red de cámaras sólida suele ser más útil que intentar corregir un conjunto de datos deficiente añadiendo coeficientes de calibración a posteriori.

¿Deberías usar parámetros de cámara precalibrados?

Metashape te permite introducir manualmente los parámetros de calibración conocidos en:

Herramientas: Calibración de la cámara >

Si se dispone de información de calibración muy precisa, obtenida mediante un procedimiento de calibración de laboratorio fiable, se pueden fijar algunos parámetros para que no se modifiquen durante las funciones «Alinear fotos» u «Optimizar cámaras».

Sin embargo, las especificaciones nominales del fabricante no equivalen necesariamente a una calibración fotogramétrica completa.

En el caso de las cámaras normales de consumo y las de drones, se suele utilizar la autocalibración de Metashape durante la alineación y la optimización.

Errores habituales en la optimización de la cámara

Revisar todos los parámetros sin entender cómo funciona la cámara

Si añades más coeficientes, el modelo de la cámara puede volverse innecesariamente complejo e inestable.

Ignorar valores cx y cy poco realistas

Las desviaciones muy grandes del punto principal pueden indicar una mala calibración, más que una cámara con características físicas inusuales.

Optimización antes de la colocación de GCP

Si vas a usar los GCP para restringir el modelo final, normalmente es mejor colocarlos y comprobarlos antes de la optimización final.

Uso de una precisión de referencia incorrecta

La optimización depende de la ponderación relativa entre las mediciones de la imagen y las de referencia. Unos valores de precisión poco realistas pueden dar lugar a resultados engañosos.

Evaluación exclusiva del error de reproyección

Un error de reproyección bajo no garantiza automáticamente una buena precisión absoluta del levantamiento.

Siempre que sea posible, también habría que revisar los puntos de control independientes.

Recomendaciones finales

La optimización de la cámara en Agisoft Metashape no es simplemente un botón que debas pulsar con todos los parámetros seleccionados.

Cada coeficiente de calibración describe una característica física o matemática concreta del sistema de imagen:

• f – distancia focal
• cx, cy – posición del punto principal
• k1–k4: distorsión radial de la lente
• p1, p2 – distorsión tangencial de la lente
• b1, b2: afinidad y no ortogonalidad de los sensores

En la mayoría de los proyectos profesionales de cartografía con drones, optimiza la cámara una vez que hayas realizado la alineación y hayas añadido información de referencia fiable.

Utiliza ajustes de precisión realistas, revisa los valores de calibración ajustados y valida el resultado final usando puntos de control, en lugar de basarte exclusivamente en el error de reproyección.

Y lo más importante: recuerda que el modelo de calibración ideal depende de la cámara y de la red de imágenes. Un modelo de cámara más sencillo y bien definido puede dar mejores resultados en un levantamiento que un modelo muy complejo cuyos parámetros no se puedan estimar de forma fiable.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa «f» en Agisoft Metashape?

f es la distancia focal calibrada de la cámara, expresada en píxeles.

¿Qué son cx y cy en Metashape?

cx y cy indican la posición horizontal y vertical del punto principal respecto al centro de la imagen, medidas en píxeles.

¿Qué son k1, k2, k3 y k4?

Son coeficientes de distorsión radial adimensionales que se usan para modelar la distorsión de la lente, que varía según la distancia al centro óptico de la imagen.

¿Qué son p1 y p2?

p1 y p2 son coeficientes de distorsión tangencial que se usan para describir los efectos de descentramiento asimétrico de las lentes.

¿Debería optimizar todos los parámetros de la cámara en Metashape?

No de forma automática. El conjunto de parámetros adecuado depende de la cámara, el conjunto de datos y la geometría del levantamiento. Agisoft ofrece recomendaciones específicas para algunos flujos de trabajo y cámaras.

¿Cuándo debería ejecutar «Optimizar cámaras»?

En la cartografía aérea, la optimización suele realizarse tras la alineación de las fotos y una vez que se han configurado los puntos de control geométricos (GCP) o la información de referencia precisa de RTK/PPK.

¿Deberías activar k4 en el DJI Matrice 4E?

Las directrices actuales de Agisoft para el procesamiento RTK de DJI recomiendan excluir el k4 durante la optimización de la cámara en los proyectos con el DJI Matrice 4E.

¿Para qué sirve la opción «Ajustar correcciones adicionales»?

Esto permite a Metashape calcular correcciones adicionales para las distorsiones que no quedan bien representadas por su modelo predeterminado de distorsión de cámara de Brown.