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FOTOGRAMETRÍA ANALÓGICA

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hugo diaz galdamez

on 21 May 2014

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FOTOGRAMETRÍA ANALÓGICA
Fotogrametría es el arte, ciencia y tecnología de obtención de información confiable sobre los objetos físicos y el medio ambiente a través del proceso de registro, medición e interpretación de imágenes fotográficas, patrones de imágenes de radiancia electromagnética y otros (ASP 1980). Podríamos definir a la Fotogrametría, como la ciencia desarrollada para obtener medidas reales de objetos a partir de fotografías del mismo (tanto terrestres como aéreas), para la elaboración de mapas topográficos.
7 SEMESTRE INGENIERÍA EN GEOMÁTICA
EVOLUCIÓN DE LA FOTOGRAMETRÍA ANALÓGICA
APLICACIÓN DE LA FOTOGRAMETRÍA
TIPOS DE IMAGENÉS UTILIZADAS EN FOTOGRAMETRÍA

TIPOS DE CAMARAS FOTOGRAMETRICAS ANALOGICAS

En la evolución histórica de la fotogrametría se pueden distinguir tres fases directamente relacionadas con las técnicas empleadas, fases: analógica, analítica y digital.
Analógica

El paso del modelo estereoscópico al plano se basa en la utilización de métodos mecánicos.

El modelo estereoscópico se basa en el empleo de componentes ópticos, al igual que en analítica.

Analítica

Cálculos y restitución en tiempo real. El problema de intersección de haces es solventado mediante modelos matemáticos.

Se mide en la foto analógica mediante un método mecánico y se soluciona matemáticamente mediante el empleo del ordenador. Eliminación de restricciones físicas.

Incorporación de corrección de errores sistemáticos en los modelos matemáticos empleados durante el cálculo.

La Fotogrametría, a significado para la Cartografía del último siglo, una de sus principales herramientas, que junto con la Topografía han posibilitando de manera eficaz al mejor conocimiento de nuestro planeta, contribuyendo de este modo en el desarrollo de muchas disciplinas englobadas en lo que denominamos Ciencias de la Tierra. Pero no es solamente en este campo donde la Fotogrametría ha intervenido.
En función del soporte en que se almacene:

• Soporte analógico: placa de vidrio, película (negativo o diapositiva), papel.

En función del tipo de sensor con que se haya tomado:

• Analógico.- Con diferentes tipos de mecánica en función de la Óptica, tipo de obturador

En función de la calidad métrica/resolución geométrica,: métrica, semi-métrica o no métrica.

Fotogramas métricos de diversos formatos
En función de las características geométricas de la toma:

• Por el punto de toma: espacial, aérea o terrestre.

• Por la inclinación del eje de toma:

vertical, horizontal, inclinada o panorámica

Fotografías aérea y terrestre
Las cámaras fotográficas empleadas en fotogrametría se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios:
Según el tipo de almacenamiento de la información:

• Analógicas.- Cámaras en las que la imagen se registra en un soporte analógico: película, placa de vidrio, ...

Desde el punto de vista de la precisión:

• Métricas.- Cámaras muy estables y precisas, construidas expresamente para aplicaciones fotogramétricas y calibradas con precisión.
• Semi-métricas.- Cámaras fotográficas amateur adaptadas para usos fotogramétricos.
• No métricas.- Cámaras amateur en las que importa más la calidad grafica que la geométrica.

Las cámaras fotogramétricas multibanda o multiespectrales capturan información de diferentes bandas del espectro según diferentes esquemas de diseño:

• Multicamara.- Tres o más cámaras registrando independientemente bandas diferentes: azul, verde, roja e infrarroja.
• Cámara multilente.- Diferentes lentes con un filtro cada una, pero con el mismo cuerpo para todas las lentes.

Esquema de la cámara fotogramétrica
Convencionalmente se denomina cámara métrica a una cámara que posee ciertas características especiales, ciertos parámetros constructivos, que permiten obtener información métrica precisa de las imágenes adquiridas.

Las cámaras métricas son principalmente aéreas, aunque también las hay para fotogrametría terrestre. Las terrestres no tienen distancia focal constante y se deben respetar los valores de la profundidad de campo.

RESOLUCIÓN DE LAS IMÁGENES FOTOGRAMÉTRICAS ANALÓGICAS
Otros dispositivos incluidos en la cámara o empleados para su montaje en el avión son:

• Monturas y plataformas giro-estabilizadoras.
• Sistema de control de navegación.

Toda cámara métrica viene acompañada de un certificado de calibración en el que figuran los valores precisos de los parámetros fundamentales de la cámara. La calibración de la cámara se realiza de forma periódica, siendo frecuente que los pliegos de prescripciones técnicas no admitan calibraciones de más de dos años de antigüedad. Algunos de los parámetros que figuran en el certificado de calibración son: coordenadas de las marcas fiduciales, coordenadas del punto principal, distancia focal calibrada, coeficientes para correcciones de distorsión, ... Para cada parámetro figura su valor más probable así como la indicación de su precisión.

Las coordenadas de las marcas fiduciales y del punto principal que figuran en el certificado de calibración vienen referidas al denominado sistema de coordenadas instrumentales. El origen y orientación de este sistema es accidental y dependerá de como se realice la medida. La escala queda determinada por el instrumento de medida, siendo muy importante que sea lo más correcta posible.

Medición de coordenadas en fotogramas
Sistema de coordenadas fiduciales
Las películas utilizadas en fotogrametría son de altas prestaciones. La calidad de una película está relacionada con los siguientes conceptos:

Reáectancia, R.- Es la relación entre la cantidad de luz rezagada y la excedente. El valor máximo es 1 y el mínimo 0.

Transmitancia, T.- Es la relación entre la cantidad de luz que puede pasar por el positivo ( o negativo ) frente a la cantidad de luz incidente. El valor máximo es 1 y el mínimo 0.

Opacidad, O.- Es la inversa de la transmitancia. El valor mínimo es 1 y el máximo infinito, para un material opaco. En materiales fotográficos la opacidad máxima es de 10000.

Densidad, D.- Es el logaritmo decimal de la opacidad y se ha desarrollado porque resulta más manejable al ser su dominio de 0 a 9; 21 frente al de la opacidad, 1 a 10000.

Cuanto más oscura es una imagen, menor es la cantidad de luz que pasa a través de ella por lo que es mayor es la densidad, mayor opacidad y menor transmitancia.
Toda imagen posee cuatro resoluciones básicas, cuatro parámetros básicos para determinar la calidad de la información que se obtenga a partir de ella. Estas resoluciones son: resolución espacial ( o geométrica ), resolución radiométrica, resolución espectral y resolución temporal.

Resolución geométrica

La resolución geométrica de una imagen está directamente relacionada con el tamaño del menor objeto identificable en ella.

Resolución espectral

La resolución espectral de una película se corresponde con las bandas del espectro electromagnético que es capaz de registrar.

Resolución temporal

La resolución temporal se utiliza principalmente en teledetección y se refiere al intervalo de tiempo transcurrido entre dos imágenes consecutivas de un mismo lugar adquiridas por el sensor de un satélite artificial.

TIPO DE VUELOS FOTOGAMETRICOS
La realización de Vuelos Fotogramétricos viene abordándose históricamente desde la Consejería de Medio Ambiente como fuente importante de información territorial, reconociendo sus grandes ventajas respecto a otras fuentes.
1. Vuelos sobre espacios naturales, forestales,…: Evaluación e interpretación de la vegetación, usos del suelo,….

2. Vuelos sobre incendios forestales u otras contingencias similares (desastres naturales, corrimientos de ladera, vertidos de residuos,…): Evaluación del grado de afección del incendio, vegetación afectada, suelos degradados, contaminación…

3. Vuelos para el control de policía ambiental (canteras, urbanizaciones ilegales,…): Evaluación de cambios temporales, detección inmediata mediante interpretación directa,…

4. Vuelos sobre ámbitos cubiertos por láminas de agua y entornos cercanos a las mismas: Estudios de modelización hidrológica, estudios de riesgos de inundabilidad, redes hidrográficas,…

5. Vuelos sobre trazas de vías Pecuarias para el deslinde y amojonamiento de las mismas, o similares.

6. Vuelos sobre ámbitos varios de interés : Planes de Especial Protección, Espacios Naturales Protegidos…

Clases de fotografías aéreas

Hay dos clases principales de fotografías aéreas:

Verticales: las lentes de la cámara de prospección apuntan verticalmente hacia abajo produciendo una visión que se asemeja a un plano del suelo;
Oblicuas: el eje de la cámara de prospección apunta en un ángulo al suelo. Si se incluye el horizonte, la fotografía se define como una oblicua alta; en caso contrario, como una oblicua baja.

Dependiendo de la información requerida de la foto, puede ser necesaria más de un tipo de película. En esta situación, el uso de instalaciones de cámaras múltiples de prospección, reducirá los costes de vuelo.

La mayoría de las técnicas fotogramétricas están basadas sobre las tres propiedades básicas de las fotografías aéreas: la escala, el desplazamiento y la propiedad del radio.

Escala

La escala de una foto verdaderamente vertical de un terreno perfectamente plano sería casi la misma que la de un mapa de líneas exacto. No obstante, la existencia del relieve origina variaciones en la escala debido a la visión en perspectiva de la lente de la cámara. Estas variaciones diferenciales en escala impiden el trazado directo de la información desde las fotografías a mapas a gran escala. No obstante, la cantidad de desplazamiento puede medirse.

Desplazamiento

En relación con un nivel del terreno, los puntos más altos se alejan del centro de la fotografía, y los puntos más bajos se acercan a este. La cantidad de desplazamiento aumenta a medida que lo hace la altura del objeto y se incrementa la distancia del centro de la fotografía. A medida que aumenta la altura de la cámara, el desplazamiento es menor. Esta es la razón por la que la fotografía vertical a gran altura se emplea para la construcción de mosaicos, o como sustituta efectiva y barata de los mapas de base.

Propiedad de radio

En una fotografía vertical, las direcciones radiales desde el centro son ciertas. De aquí que los rumbos medidos desde el punto principal sean verdaderos, mientras que las distancias no lo son.

Interpretación

Utilizando la visión normal “sobre el suelo”, un objeto puede ser distinguido por una combinación de tres procesos de observación:

Tamaño y forma.
Color.
Rasgos con los que está asociado.

Los mismos procesos son utilizados por intérpretes de fotografías pero con distintas condiciones e importancia dentro de cada grupo:

Tamaño: puede ser el factor decisivo para distinguir objetos similares en forma. El medir puede ser necesario.
Forma: la forma general (incluye la visión estereoscópica tridimensional) puede ser la única y más real evidencia para la identificación.
Tono: la variación en el tono resulta de diferencias en las cualidades reflectantes de los objetos, por ejemplo, luz, oscuridad, etc.
Textura: cuando los cambios en el tono son muy pequeños para ser discernibles, la textura puede ayudar a la identificación, por ejemplo, granulado, rugosidad, suavidad, etc.
Sombra: proporciona una visión desde el suelo del objeto y, por lo tanto, es una indicación importante. La longitud de la sombra puede ser utilizada para determinar la altura de los objetos, si el terreno circundante se supone plano.
Aspecto: la disposición sobre el terreno de rasgos físicos y culturales es frecuentemente distintiva, y puede ser útil para el reconocimiento y evaluación.
Paraje: la ubicación sobre el terreno puede contribuir a la identificación, por ejemplo, una vegetación en particular puede aparecer solamente en un lugar específico.
Rasgos asociados: hay rasgos que se encuentran frecuentemente junto al objeto bajo investigación.

Estos tienen una apariencia característica y así ayudan de una forma inconmensurable a la interpretación fotográfica, por ejemplo, rocas y el terreno, agua, vegetación (bosques, prados, cosechas), carreteras, líneas ferroviarias, ciudades y lugares históricos.

Ortofotografías

La imagen perspectiva de una fotografía puede cambiar a una proyección ortogonal con la ayuda de un ortoscopio, que elimina la distorsión causada por las variaciones en altitud. Así todos los puntos están en su posición correcta, la escala es constante y los ángulos son verdaderos.

Mosaicos

Las fotografías pueden ser ensambladas en mosaicos, que luego pueden ser vueltos a fotografiar con información temática seleccionada para producir mapas fotográficos.


Información marginal de un fotograma
Marca Fiducial
Vuelos fotogramétricos en ámbitos locales:

Son vuelos fotogramétricos que persiguen la disponibilidad de una cobertura del territorio con un interés muy específico para cubrir una necesidad de información que suele ser muy concreta, aunque después puedan utilizarse con otros fines no contemplados en la planificación original del mismo:
Altura de vuelo

Las alturas serán las deducidas de la escala de imagen en función de las distancia focal de la cámara empleada de aproximadamente 153mm se toleran discrepancias de las alturas reales sobre un plano medio del terreno, en cada banda, que no sobrepasan el 2% y el 5% por encima y por debajo respectivamente de la altura teórica media.

Propiedades de las fotografías aéreas
Técnicas de dibujo
Variaciones en escala en relación con la postura del avión.
Una fotografía aérea no distorsionada (a); distorsionada (b); y rectificada (c)
Fotointerpretación
Reglas generales para la interpretación fotográfica

En general la fotografía debe ser interpretada de lo general a lo parcial, esto es, los distintivos amplios hay que definirlos primero. Hay que aproximarse sistemáticamente a la interpretación:

Una revisión de la bibliografía es una parte necesaria de cualquier estudio, y hay que poner la mayor cantidad posible de información de esta fuente.
La fotografía debe ser orientada. Ello puede ser posible con la ayuda de sombras. Muchas fotografías aéreas son tomadas cerca del mediodía para obtener las mejores condiciones de luz, lo que resulta en sombras dirigidas al Noreste y al Noroeste en las latitudes templadas septentrionales.
Un rasgo o forma debe ser seleccionado sobre la fotografía que pueda ser fácilmente identificado sobre el mapa de trazos, por ejemplo, la línea de costa. Un ajuste aparente debe ser confirmado mediante una evidencia que lo apoye.
Las “claves” fotográficas o fotos de archivo de rasgos significativos, son extremadamente útiles como ayuda para la investigación en curso, y como “estimuladores de memoria” en situaciones complejas.

Debido a la gran cantidad de detalles de la fotografía, las ortografías pueden se más útiles para la compilación en el terreno, que un mapa de trazos topográfico.
De acuerdo con el alcance del control geométrico, los mosaicos son de tres clases:

Sin control: las secciones de las fotografías se colocan en su lugar ajustando las imágenes.
Semicontrolados: los mosaicos construidos con un control limitado del suelo son mosaicos semicontrolados. Con la ayuda de un proyector rectificador, los rasgos lineales tales como ríos se “alargan” o “encojen” para ajustarse mejor al mapa existente.
Controlados: antes de la fotografía se marcan lugares precisos horizontales sobre el suelo, y se dibujan sobre un mapa de base exacto existente (proporcionando así el control). Las fotografías se colocan entonces de tal forma, que las imágenes de las fotos de los puntos de control, coincidan con los puntos de control dibujados sobre el mapa de base. Los positivos proporcionales y rectificados se emplean para corregir por el desplazamiento en perspectiva de los rasgos.

Productos Fotogramétricos
En función del sensor utilizado en el vuelo a realizar, ya sean de forma combinada o independiente, pueden obtenerse una serie de productos.



Bases cartográficas de referencia. A partir de los que se realizan con sensores-cámaras fotogramétricas digitales, podemos obtener:
1. Localización y posición muy aproximada de los centros de proyección (puntos de captura) de los fotogramas en el momento de la exposición obtenidos a partir de sistemas de navegación y orientación en vuelo (Sistema de Posicionamiento Global (GPS) para la determinación de posiciones X, Y, Z y Sistemas Inerciales (INS) para la determinación de los ángulos Omega, Phi, Kappa de giro en el momento de la exposición en cada captura fotogramétrica).
2. Fotogramas o imágenes fotogramétricas digitales del territorio, a una determinada resolución geométrica y radiométrica, y con georreferenciación muy aproximada obtenida a partir de los parámetros de localización y posición (GPS+INS). Podemos disponer de imágenes digitales en color natural, infrarrojo color, pancromáticas, imágenes en los canales rojo, verde, azul,…
3. Certificado de calibración de la cámara, necesario para fases posteriores del proceso fotogramétrico-cartográfico.
Ventajas de la Fotogrametría

Como ventajas básicas de la fotogrametría sobre otros sistemas de captura de información se pueden señalar los siguientes:

Se obtienen representaciones completas de los objetos (información objetiva).
El registro es instantáneo.
Se utilizan materiales relativamente económicos y de fácil manipulación y conservación.
Existe la posibilidad de tratar objetos en movimiento.
El proceso de captura de la información y el posterior de medida no perturba el objeto a estudiar.
Proporciona grandes rendimientos.

gracias
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