Las sondas acústicas cubren eficazmente los yacimientos arqueológicos sumergidos, pero difuminan la estructura fina, mientras que la fotogrametría permite obtener detalles a costa del tiempo, la claridad del agua y la textura visible. Las pruebas realizadas en tres yacimientos patrimoniales europeos demuestran que el lidar de tiempo de vuelo, montado en vehículos de superficie no tripulados, reduce considerablemente esta limitación, generando densas nubes de puntos a escala centimétrica a velocidades comparables a las de la ecosonda.
Actualmente, el patrimonio sumergido se cartografía mediante dos grandes familias de tecnologías de teledetección, pero ninguna resulta del todo satisfactoria en aguas poco profundas. Las ecosondas multihaz cartografían amplias zonas rápidamente y son insensibles a la turbidez y la oscuridad. Sin embargo, el muestreo lateral en estudios de aguas poco profundas suele ser del orden de diez centímetros, y los efectos de la geometría de observación reducen aún más la resolución efectiva en el campo. Las maderas delgadas, los pequeños artefactos y los elementos de bajo relieve se pierden fácilmente.
Mientras tanto, la fotogrametría de estructura a partir del movimiento alcanza resoluciones laterales cercanas a un centímetro y produce modelos texturizados, pero requiere largos tiempos de adquisición y procesamiento, buena visibilidad y características visuales nítidas en las superficies que se reconstruyen. La arena o el limo uniformes se reconstruyen mal, y trabajar a través de la superficie del agua con drones o cámaras de pértiga introduce errores de refracción. Por lo tanto, para obtener levantamientos fotogramétricos de alta calidad, generalmente es necesario que buzos, vehículos operados remotamente (ROV) o vehículos submarinos autónomos (AUV) entren en el agua.
Una brecha entre la acústica y la óptica
Las alternativas ópticas activas reducen la brecha sin eliminarla por completo. Los sistemas de luz estructurada son precisos, pero de corto alcance y se ven fácilmente afectados por los sedimentos en suspensión. El Lidar subacuático de escaneo puede medir el tiempo de vuelo directamente y lograr una precisión milimétrica a distancias de 5 a 20 metros, pero adquiere datos punto por punto, por lo que sigue siendo relativamente lento. El Lidar topobatimétrico aerotransportado cubre grandes áreas rápidamente, pero sus huellas de 0,1 a 1 metro en el lecho marino se ajustan mejor a la morfología del paisaje que a los detalles arquitectónicos.
El LiDAR de destello se basa en el mismo principio de tiempo de vuelo que el LiDAR de escaneo, pero modifica la geometría de iluminación y detección. En lugar de barrer un haz punto por punto, inunda todo el campo de visión con pulsos láser cortos y registra los retornos en una matriz de detectores. Como resultado, cada píxel proporciona su propio valor de distancia y cada adquisición constituye, en la práctica, una imagen 3D.
Figura 1: El sensor Lidar de destello con su placa frontal retirada. (Imagen cortesía de CSEM)
Evaluación del Lidar flash
Los autores han evaluado un instrumento desarrollado en CSEM en Suiza a partir de tecnología originalmente creada para Lidar espacial (Figura 1). Combina una fuente pulsada de 532 nm con una matriz de diodos de avalancha de fotones individuales en la que cada píxel integra su propio convertidor tiempo-digital. Cuatro módulos detectores en una matriz de dos por dos proporcionan una resolución combinada de 128x128 píxeles, y los retornos de fotones se acumulan durante 250 pulsos por imagen para mejorar la precisión y resolver múltiples reflexiones. Un filtro de paso de banda de 10 nm suprime la luz solar y la luz artificial, mientras que la compuerta temporal activa permite que los detectores operen solo dentro de una ventana definida, rechazando la retrodispersión de la columna de agua. La unidad mide aproximadamente 20x19x17 cm, pesa alrededor de 6 kg, ofrece un campo de visión bajo el agua de 5 a 18 grados y adquiere cuatro imágenes por segundo. Dado que la profundidad se mide en lugar de reconstruirse, el procesamiento equivale a una proyección geométrica seguida de un registro con respecto a la trayectoria de navegación. El sistema se desplegó apuntando hacia abajo, debajo de vehículos de superficie no tripulados (Figura 2), en tres emplazamientos del proyecto TRIQUETRA, financiado por la UE. La posición y la orientación se registraron mediante un sistema de navegación inercial que utilizaba antenas GNSS duales.
Figura 2: Vehículo de superficie no tripulado utilizado en Les Argilliez y Epidauro, con Lidar instalado bajo el casco. (Imagen cortesía de CSEM)
Repetibilidad suficiente para la monitorización
En Les Argilliez, un yacimiento neolítico de viviendas sobre pilotes en el lago Neuchâtel, Suiza, se realizaron cuatro mediciones de cuatro líneas de 30 m en cuatro ocasiones entre enero y mayo de 2025. Las pasadas repetidas a 0,5 m/s, 0,7 m/s y 1,0 m/s produjeron una desviación máxima por segmento de 3,835 cm, frente a una precisión axial intrínseca en el agua de aproximadamente 2,5 cm. Esto establece un nivel de ruido práctico; los cambios verticales inferiores a unos 3,8 cm no pueden separarse de la variabilidad de la medición, mientras que los mayores sí. Dos de las cuatro líneas mostraron diferencias verticales de hasta 20 cm entre la primera y la última campaña. Estas se interpretaron como una redistribución local de sedimentos más que como una pérdida de los depósitos arqueológicos en sí.
La precisión absoluta, a diferencia de la repetibilidad, resultó ser más modesta. La adquisición simultánea con una ecosonda de haz único montada a 40 cm detrás del Lidar arrojó diferencias de profundidad entre sensores de hasta unos 20 cm. Estas se atribuyeron al desfase entre los dos instrumentos y a una calibración de distancia realizada en un único rango de referencia. Una calibración en todo el rango de trabajo solucionaría este problema. La repetibilidad, que rige la detección de cambios, no se ve afectada.
Un estudio de área que abarca aproximadamente 47x12 m a 2 m de profundidad tomó 50 minutos utilizando 40 transectos con un espaciado de 30 cm, seguido de 15 minutos de procesamiento en una computadora portátil sin paralelización. La nube resultante alcanzó aproximadamente 33 puntos/cm² con una completitud del 99,9 % en una cuadrícula de 5 cm, resolviendo pilas de madera individuales que se elevan 56 cm por encima del sedimento (Figura 3).
Figura 3: Nube de puntos del área de 47x12 m en Les Argilliez, coloreada según la profundidad. Recuadros: primer plano de dos pilotes de madera que sobresalen 56 cm por encima del sedimento y una fotografía del mismo lugar. (Imagen cortesía de CSEM)
Pilares de puentes de madera en aguas más profundas
Dos puentes medievales unían Roseninsel, en el lago Starnberg de Alemania, con tierra firme. Se conservan como hileras de pilotes de madera. El puente inferior se data mediante dendrocronología a mediados del siglo XIV , mientras que el superior, estudiado en este proyecto, se supone de origen similar o ligeramente posterior. Tres secciones generaron 38 256 imágenes y más de 600 millones de puntos. La mayor cubría 135 x 15 m con una profundidad media de 5,4 m, alcanzando los 7,3 m en su punto más profundo. Esto superó la estimación de profundidad de Secchi derivada de satélite de 5,2 a 6,5 m, con 17 pts/cm² y una completitud del 98,7 %. Para las dos secciones menos profundas, se lograron 50 y 65 pts/cm² y una completitud del 99,9 %, y los pilotes individuales se resolvieron claramente (Figura 4).
Aguas muy poco profundas y densa cobertura.
En Epidauro, Grecia, partes de una villa romana sumergida yacen a tan solo 0,5 m de profundidad. Allí, el estrecho campo de visión produce una huella de aproximadamente 16 cm, que se amplía a 32 cm a 1 m de profundidad. Por lo tanto, la cobertura en una sola pasada fue limitada, y el sitio se inspeccionó durante dos días consecutivos con transectos perpendiculares: 160 por día en aproximadamente cuatro horas. El conjunto de datos combinado cubrió aproximadamente 52 x 46 m y contenía casi 1.840 millones de puntos. Con un promedio de alrededor de 77 pts/cm² , esto superaba con creces las necesidades analíticas, por lo que se submuestreó a 1 pt/cm² antes de la malla. Esto mantuvo una completitud del 98,6 % en una cuadrícula de 5 cm dentro del área de doble cobertura. Los muros, la disposición de los cimientos y las características estructurales circulares fueron legibles en el resultado (Figura 5).
La comparación de eficiencia que se presenta aquí resulta instructiva. La fotogrametría realizada previamente por buzos en el mismo sitio documentó aproximadamente 621 m² a partir de 10 787 imágenes durante cinco horas, lo que requirió la marcación previa de objetivos y el ajuste iterativo de parámetros para alcanzar una precisión de alrededor de 3 cm. El lidar de flash cubrió aproximadamente 2392 m² en un tiempo de adquisición comparable, con un procesamiento mínimo y sin necesidad de marcación previa.
Limitaciones restantes
El campo de visión reducido es una decisión de diseño heredada de las aplicaciones aéreas y requeriría una modificación del hardware para ampliarlo. Esta es la principal limitación en aguas muy poco profundas. El sistema no registra información de color RGB, una carencia que la fusión con fotogrametría podría subsanar. La turbidez sigue siendo el límite ambiental; la materia en suspensión amplía las distribuciones de retorno de fotones y produce una densa capa de puntos espurios cerca del sensor que dificulta el filtrado estadístico. Esta capa tuvo que eliminarse manualmente, aunque esto solo llevó unos minutos por área de muestreo.
Conclusión
En tres emplazamientos y condiciones muy diferentes, el lidar de destello proporcionó entre 17 y 77 puntos/cm² con una completitud consistentemente superior al 98 % en una cuadrícula de 5 cm, resolución a escala óptica con velocidades de adquisición y procesamiento asociadas a los estudios acústicos. Además, la repetibilidad de 3,8 cm permite detectar pequeños cambios erosivos. No requiere luz ambiental ni textura superficial, y su concepto no lo vincula a embarcaciones de superficie. Su despliegue desde ROV o AUV permitiría alcanzar mayores profundidades. Los modelos procesados de las tres campañas están disponibles públicamente a través de la plataforma de apoyo a la toma de decisiones TRIQUETRA (véase «Lecturas adicionales»).
Figura 5: Modelo mallado de la villa romana sumergida en Epidauro. (Imagen cortesía de CSEM)Reconocimiento
Este artículo se basa en una investigación publicada en npj Heritage Science . El trabajo se realizó en el marco del proyecto TRIQUETRA, financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte Europa de la UE mediante el acuerdo de subvención n.º 101094818.
Lecturas adicionales
Holzer, J. et al. (2026) 'Lidar de destello para el mapeo del patrimonio cultural subacuático', npj Heritage Science, 14:373. https://doi.org/10.1038/s40494-026-02601-9
Holzer, J., Nguyen, D., Bosch, E., Roulet, J.-C. y Pache, C. (2026) 'Lidar flash basado en SPAD de herencia espacial para mapeo 3D submarino: del diseño del sistema a la demostración de campo', Optics Continuum 5, 1466.
Bosch, E. et al. (2025) 'Lidar flash submarino para la preservación de sitios de patrimonio cultural', OCEANS 2025 Brest . https://doi.org/10.1109/OCEANS58557.2025.11104685
Skamantzari, M., Georgopoulos, A. y Palyvou, C. (2020) 'Villa romana sumergida de la antigua Epidauro: documentación y mejora mediante realidad virtual', ISPRS Annals 2, 981–988.
Plataforma del sistema de apoyo a la toma de decisiones TRIQUETRA. https://dss.triquetra-project.eu/