Fotogrametría

 

ÍNDICE INTRODUCCIÓN .................................................. ............................................................................ .................................................... .................................... .......... 2 I.   La Fotogr Fotogrametría ametría y sus etapas de desarroll desarrollo o como ciencia ........................ ................................... ........... 3 1. Definición de Fotogrametría .................................................. ............................................................................ ................................ ...... 3 2. Fotogrametría como ciencia. Etapas de Evolución ...................... .............................................. ........................ 3 2.1. Fotogrametría Pionera (1840 – 1900) ............................................... .............................................................. ............... 3 2.2. Fotogrametría Análoga (1901 – 1950) .................................................. ............................................................. ........... 4 2.3. Fotogrametría Analítica (1951 – 1990).................................................. ............................................................. ........... 4 2.4. Fotogrametría Digital (desde 1990) .................................................. ................................................................. ............... 4 3. Concepto actual de llaa Fotogrametría Fotogrametría ................................................. .................................................................... ................... 4 IIII..  La Fotogrametría Aérea......................................... Aérea.................................................................. .................................................. ............................ ... 5 1. Tipos de Proyección ......................... ................................................... ................................................... ............................................ ................... 5 1.1. Ortogonal ....................... ................................................. .................................................... .................................................... ................................ ...... 5 1.2. Perspectiva ................................................... ............................................................................ ................................................... ............................ .. 6 2. Clasificación de las Cámaras Aéreas ................................................. .................................................................... ................... 6 2.1. Cámara no m métrica étrica o de reconocimiento.................................................. ........................................................ ...... 6 2.2. Cámaras métr métricas icas o con formato formato ................................................. .................................................................... ................... 7 2.2.1. De ángulo angosto ....................... ................................................. .................................................... .................................... .......... 7 2.2.2. De ángulo normal ................................................... ............................................................................. .................................... .......... 7 2.2.3. Gran angular ................................................... ............................................................................ ............................................ ................... 8 2.2.4. Súper gran angular ................................................ .......................................................................... .................................... .......... 8 3. Clasificación de las Fotografías Aéreas ........................ ................................................. ........................................ ............... 8 3.1. Vertical ....................... ................................................. .................................................... .................................................... .................................... .......... 8 3.2. Oblicuas......................... ................................................... .................................................... .................................................... ................................ ...... 9 3.2.1. Oblicua baja ...................... ............................................... .................................................. ................................................. ........................ 9 3.2.2. Oblicua alta ................................................ ......................................................................... ................................................. ........................ 9 4. Calibración de cámaras .................................................. ............................................................................ ........................................ .............. 9 5. Información marginal en las fotografías aéreas verticales....................... ................................ ......... 11 6. Escala de la fotografía fotografía aérea vertical........................ .................................................. ........................................... ................. 11 CONCLUSIÓN ........................ .................................................. .................................................... .................................................... ...................................... ............ 13 REFERENCIAS............................................. REFERENCIAS................... .................................................... .................................................... .......................................... ................ 14

1

 

INTRODUCCIÓN La fotogrametría, como parte de la interpretación de imágenes, es una disciplina que permite formular modelos 3D a partir de fotografías 2D; es una técnica de medición indirecta ya que las mediciones no se efectúan sobre el objeto, sino sobre imágenes del mismo. La fotogrametría se apoya fundamentalmente en las relaciones matemáticas de la geometría proyectiva y de la visión estereoscópica que posee naturalmente el ser humano. Esta técnica de análisis a distancia la convierte en una forma de análisis muy económica. Para los ingenieros es muy útil el conocimiento de estos conceptos ya que en su vida profesional como proyectista en más de una ocasión deberá recurrir a ella. Es importante destacar que casi toda la cartografía relevada en el mundo ha sido generada gene rada a partir de la fotogrametría. Desde sus inicios hasta la actualidad la fotogrametría ha ido de la mano de la tecnología, dando pasos desde la fotogrametría analógica, pasando por la fotogrametría analítica, llegando hoy a la fotogrametría digital.  

2

 

I.

La Fotogrametría y sus etapas de desarrollo como ciencia . 1. Definición de Fotogrametría. Para interpretar las distintas definiciones que tiene esta ciencia a lo largo de la historia, es necesario resaltar su carácter científico y cuantitativo, en asociación con las dimensiones, forma y posición espacial de un objeto o región en específico. En base a esto podemos mencionar las siguientes definiciones:   “  La fotogram La fotog ramet etríría a pu puede ede definir definirss e como el arte, ciencia cienc ia y tecnol tecnolog og ía cuyo cuy o

 fin  fi n es el de obtener in infor formaci mación ón cu cuantitat antitativ iva a fiabl fi ablee relativa a objetos fís f ís ic os  y s u entorno, entor no, mediante proc proces es os de reg is tro, medida e interpr i nterpreta etaci ci ón de imágg enes imá enes fotog fotográfica ráficass (A meric merica an S ociety ociety for P hotog hotog ramme rammettry and R emot emotee  S ens i ng - 1979).”   La fotograme La fotog rametría tría es la ci ciencia encia de realiza realizarr medici mediciones ones e interpret interpretaciones aciones   “  confiables por medio de fotografías, para de esa manera obtener características métricas y geométricas del objeto fotografiado (Sociedad Internacional de Fotogrametría y Sensores Remotos).”   LLa a fotogrametría es la técnica para estudiar y definir con precisión la   “   forma,  for ma, di dimens mensii ones y pos i ci ón en el espaci es pacio o de un objeto cual cu alqui quiera, era, utilizando medidas realizadas sobre una o varias fotografías (H. Bonneval). ”   2. Fotogrametría como ciencia. Etapas de Evolución. 2.1.

Fotogrametría Pionera (1840 – 1900).

Con el descubrimiento de la fotografía, surgieron distintos modos de trabajo para utilizarlas en tareas de levantamientos topográficos; sin embargo esto se concretó luego del pasar de los años. En 1851 se da el desarrollo de las primeras técnicas y principios fotogramétricos, donde las fotografías tomadas del terreno se utilizan para extraer las relaciones que hay entre los objetos fundamentándose en principios geométricos y a esta fase se le conoce como “Fotogrametría de Plancheta”.  

3

 

2.2.

Fotogrametría Análoga (1901 – 1950).

Se basa en la utilización de aparatos de restitución ópticos o mecánicos, donde el operador realizaba la alineación de las imágenes para crear un modelo estereoscópico debidamente nivelado y escalado. Por otro lado la confección de mapas, con información plani-altimétrica, se realizaba con el principio de la marca flotante o graficadoras basadas en este principio. 

2.3.

Fotogrametría Analítica (1951 – 1990).

Con la utilización de los restituidores analógicos y la incorporación de las computadoras se da inicio a la fotogrametría analítica. Se crea al restituidor analítico agilizando los tiempos y logrando logrand o niveles de detalle a diferentes escalas. Se posibilita el vuelco de la información a programas de tipo CAD.

2.4.

Fotogrametría Digital (desde 1990).

Finalmente el avance tecnológico hizo posible llegar a la fotogrametría digital. El uso de las computadoras y los programas o software aplicados dan origen a los modelos digitales del terreno 3D, etc. Los equipos empleados en la fotogrametría digital son llamados estaciones fotogramétricas digitales, que son, básicamente, un computador con periféricos específicos y dispositivos especiales, que permiten ejecutar todas las funciones de un restituidor analítico en forma digital.

3. Concepto actual de la Fotogrametría. Fotogrametría es la ciencia aplicada que nos permite obtener medidas a partir de fotografías aéreas que reúnen requisitos prefijados, con el objeto de determinar características métricas tales como tamaño, forma y posición, como así también realizar una representación precisa del objeto fotografiado. Esta ciencia se encuentra asociada con la Fotointerpretación, si bien esta última cumple una función muy significativa, es importante aclarar ambos conceptos: 4

 

  La Fotointerpretación constituye el estudio de

•

imágenes fotográficas del objeto, con el fin de identificarlos y deducir sus características y propiedades. La Fotointerpretación requiere amplios conocimientos de la Ciencia o disciplina para la cual se emplea. Su aplicación es tan vasta como las ciencias. Y no requiere demasiados métodos e instrumentos.     La Fotogrametría, desde el punto de vista de su

•

aplicación, requiere amplios conocimientos teóricos, métodos e instrumental que le son propios. Aquí la Fotointerpretación desempeña un papel secundario, bajo la forma de interpretación de las superficies y distribución de los objetos en estudio.

II.

La Fotogrametría Aérea. 1. Tipos de Proyección. 1.1. Ortogonal. Los mapas tienen una proyección ortogonal, por lo que los elementos aparecen en la verdadera verdadera posición que ocupan en el terreno. En la proyección ortogonal las rectas proyectantes auxiliares son perpendiculares al plano de proyección, por lo cual las distancias son reales.

5

 

1.2. Perspectiva. Las fotografías tienen una proyección perspectiva lo que supone s upone que los objetos ocupen una situación distinta de la que ocuparían en el terreno, se encuentran desplazados de su posición original. Convergen en un punto central. Estas proyecciones no permiten realizar medidas de distancias reales.

2. Clasificación de las Cámaras Aéreas. 2.1. Cámara no métrica o de reconocimiento.

6

 

Tienen la finalidad de producir imágenes para la identificación de objetos pero no sirven para realizar

operaciones

métricas.

Ejemplo:

cualquier cámara comercial corriente. El reconocimiento aéreo implica el uso de equipos de teledetección: un sensor remoto es cualquier instrumento que consigue información sobre un objeto o área situado a distancia. Los sensores más comunes utilizados en el reconocimiento aéreo son cámaras sofisticadas que consiguen fotografías capaces de revelar objetos de sólo unos metros de anchura desde altitudes de más de 19 kilómetros. Los científicos usan también cámaras digitales para registrar imágenes aéreas en un disco de computador y videocámaras para grabar imágenes en cintas de vídeo y a diferencia de las fotografías convencionales, estas imágenes pueden ser vistas de inmediato.

2.2. Cámaras métricas o con formato. La cámara fotogramétrica, llamada también cámara métrica, es una cámara que cuenta con

elementos

de

orientación

interior

conocidos y que cuya calidad geométrica es tal, que se puede considerar como una proyección central ideal. Como consecuencia de esta calidad geométrica, este tipo de cámaras debe tener foco fijo, ya que cualquier variación en el enfoque haría variar el ángulo de apertura “ α”. 

2.2.1. De ángulo angosto. Es aquella cuyo ángulo de proyección del objetivo es menor de 50°. Tiene usos militares para la elaboración de mosaicos

2.2.2. De ángulo normal.

7

 

Es aquella cuyo ángulo de proyección del objetivo varía entre los 50° y 75°. Es el tipo de ángulo de proyección del objetivo en la elaboración de mapas de áreas urbanas con fines métricos.

2.2.3. Gran angular. Es aquella cuyo ángulo de proyección del objetivo varía entre los 75° y 100°. Viene siendo

utilizada

para

trabajos

de

fotogrametría y fotointerpretación por su mayor cobertura de área sin grandes distorsiones fotográficas.

2.2.4. Súper gran angular. Es aquella cuyo ángulo de proyección del objetivo es mayor de 100° y menor o igual 120°. Su utilización ha representado economías en los procesos de elaboración de mapas, por cubrir el doble de área de terreno que las cámaras de gran angulares, con precisión equivalente.

3. Clasificación de las Fotografías Aéreas. 3.1. Vertical. Son aquellas en las cuales las lentes (o el eje) de la cámara apuntan verticalmente hacia la superficie produciendo una visión que se asemeja a un plano del suelo. El eje óptico tiene una inclinación inclinac ión inferior a 3º. Son las imágenes más útiles a pesar de que se fotografía un área relativamente pequeña. Poseen una proyección cónica, y son las únicas útiles en la elaboración de mapas. Estas fotografías se utilizan en estudios naturales, análisis geológicos, urbanos, en planos parcelarios, etc. 8

 

3.2. Oblicuas. Son aquellas en donde el eje de la cámara apunta con un cierto ángulo al suelo (mayor a 3º). Las imágenes son muy parecidas a las que podemos obtener con nuestra cámara desde un avión de pasajeros o desde un punto alto de una ciudad. 3.2.1. Oblicua baja. También llamadas fotografías aéreas sin horizonte, se dan cuando la inclinación del eje óptico se sitúa entre 3º y 45º y no se aprecia el horizonte en la imagen.

3.2.2. Oblicua alta. Conocidas también como fotografías aéreas con horizonte son simplemente panorámicas cuando el ángulo se sitúa en los 45º y los 90º y se puede ver el horizonte y el cielo en la imagen. En general, este tipo de fotografías aéreas son menos comunes dado que la escala varía mucho dentro de la misma fotografía. Generalmente se emplean con fines ilustrativos, turísticos, en el análisis de litorales...

4. Calibración de cámaras. Desde el punto de vista operativo se recurre a distintas alternativas: 9

 

a. Establecer una transformación entre las coordenadas imagen 2D y las coordenadas del mundo real 3D. A este concepto responden los conocidos métodos de Tsai, Faugueras y Toscani, Song de Ma, etc. Ello da pie a numerosos procedimientos que utilizan puntos de coordenadas reales conocidas mediante técnicas ajenas a la fotografía (topografía, geodesia) y cuyas coordenadas imagen también lo son. b. Fotografiar patrones-objeto con características o restricciones geométricas tales como colinealidad, coplanaridad, ortogonalidad, puntos de fuga, que facilitan la calibración sin necesidad de realizar mediciones auxiliares. Este método también se cita como el método “test field” de calibración.  c. Utilizar haces proyectivos conocidos en su forma y en su posición. La más popular aplicación de este método conceptual es el procedimiento del multicolimador utilizado en calibración de cámaras aéreas en laboratorio. 

  Cámaras bajo el punto de vista de la calibración El proceso de calibración con respecto a las cámaras fotográficas determina una clasificación inmediata de las mismas:  -

Cámaras métricas: El fabricante realiza una calibración de precisión en laboratorio (normalmente por el método del multicolimador), y ofrece un certificado de los valores de la distorsión para unos ciertos valores de focal. Ello conlleva, además, la estabilidad de los elementos ópticos de la cámara. Ninguna cámara “autofoco” es una cámara métrica.  

-

Cámaras “amateur”:

No están calibradas, calibradas, por lo que si se desean utilizar para fines métricos se debe recurrir a algún procedimiento de autocalibración o de calibración “in situ”, según las precisiones y los recursos disponibles. El gran

problema con estas cámaras es la falta de estabilidad del sistema objetivo (y por tanto la variabilidad de la focal), por lo que es conveniente realizar la calibración cada vez que se use y cambien las condiciones de la toma.  -

Cámaras semi-métricas: Son cámaras más estables que las anteriores, a las que se le añade una retícula con marcas fiduciales perfectamente conocidas. De manera que cada vez que se use la cámara se pueden utilizar estas marcas impresas en la película para determinar la posición del punto principal y la 10

 

deformación del plano de la película a la vez que se realiza el resto del de l proceso fotogramétrico. En el caso de cámaras digitales, la placa del sensor, si tiene la suficiente garantía de fabricación, puede interpretarse como una retícula formada por la matriz de píxeles de coordenadas imagen dadas por la fila y la columna de cada píxel.  Y a la inversa, según el tipo de cámara, se puede recurrir a distintos métodos de calibración. 

5. Información marg marginal inal en las fotogr fotografías afías aéreas verticales. Es toda aquella información compuesta por una serie s erie de datos de gran utilidad como la altura de vuelo dada por el altímetro del avión (m.s.n.m.), reloj, nivel esférico de burbuja, identificación de la cámara de toma de vistas, número de fotografía y datos de la misión como la zona y fecha que se realizó el vuelo, entre otras.

6. Escala de la ffotografía otografía aérea vert vertical. ical. La escala relaciona el tamaño de una imagen con el tamaño real del objeto. Los tamaños de las imágenes en fotos aéreas verticales dependen de la altura de vuelo del avión sobre el terreno y la distancia focal de la lente de la cámara fotográfica. Es importante recordar que la distancia focal y la altura sobre el terreno, deben expresarse en las mismas unidades. Por ejemplo, si la distancia focal de la cámara es 300 mm y H es 3000 m., la escala será 1/10.000. Si el terreno representado es perfectamente plano y la foto fue obtenida en un itinerario en línea recta y perfectamente horizontal, todos los objetos representados son 10.000 veces mayores que sus imágenes. Sin embargo el terreno rara vez es totalmente plano y la escala variará a lo largo del formato de la fotografía al variar continuamente la altura de vuelo sobre al terreno. Así, la altura de vuelo sobre un valle será mayor que sobre una montaña. Por lo tanto se debe tener en cuenta que en una meseta o área montañosa tendrá una escala superior a la de un valle o depresión. 11

 

Esta es una de las principales diferencias que existe entre las fotografías y los mapas. También se puede determinar la escala de una fotografía por comparación con un mapa, lo que consiste en la medición de la distancia entre dos puntos característicos que puedan identificarse tanto en el mapa como en la fotografía de la que se quiere saber la escala. Las técnicas de comparación con mapas evidentemente sólo pueden usarse cuando tanto el mapa como la fotografía que cubren la misma área sean fiables y muestren algún rasgo distintivo cuya posición esté localizada exactamente.

12

 

CONCLUSIÓN

En Cartografía se aprende que el punto de referencia, desde donde se ubica un observador para ver la tierra, es un aspecto clave para obtener información precisa y muy valiosa. Está bien sabido que una de las mejores ubicaciones para realizar una observación es quizás desde arriba, como una vista de planta. Este tipo de método es el que nos brinda la Fotogrametría, que podría ser un auxiliar de la Topografía Tradicional o quizás hasta su reemplazo. Y como todas las ciencias, ha ido evolucionando a través del tiempo al utilizar diferentes proyecciones para la representación de un objeto en una distancia real o desplazándolo en su posición original; cambiando a nuevas técnicas para satisfacer las necesidades topográficas y mejorando los mapas a través de imágenes, logrando nuevos resultados con mejores precisiones al evitar el retraso retras o en la recolección de datos; datos ; ya que con la técnica de Fotogrametría se puede facilitar el trabajo de un topógrafo haciéndolo más m ás llevadero. Un claro ejemplo sería con la obtención de datos de la superficie de grandes ciudades al evitar el método clásico que abarca un grado mayor tiempo, al ser se r reemplazando por otro método eficaz para abarcar grandes dimensiones en la superficie terrestre. Ésta herramienta, con el empleo de una cámara aérea de gran calidad, brinda información versátil y útil para realizar proyectos de áreas muy extensas en los que sería muy tedioso el empleo de equipos como el de estación total. Al final, este trabajo se resume a una fotografía de excelente calidad tomada desde el cielo con información geodésica de referencia. Cabe mencionar que con el avance evidente de la tecnología en éste aspecto, se logra la obtención de mucha más información, información, pero con menos tiempo de trabajo y una recopilación de datos más sencilla.

13

 

REFERENCIAS Referencias Digitales: -

Alberto

Díaz

San

Andrés

(2011-2016).

“FOTOGRAFÍA

AÉREA ”

-

Slideshare. “Fotogrametria powerpoint”  >

-

monografias.com

“Fotogrametría

y

Fotointerpretación”

http://www.monografias.com/trabajos15/fotogrametria/fotogrametria.shtml >

Referencias bibliográficas digitales: -

Sánchez Martín, N., Ari Arias as Pérez, B. B.,, Gonz González ález Aguilera, D., Gómez Lahoz, J. “ A nális i s

apl aplic ic ado de métodos de calibr calibraci ación ón de cámaras para us os  fotog r amétri amétrico coss ”  VIII Congreso Nacional de Topografía y Cartografía TOPCART 2004 [Madrid]. -

Ing. Ftal. Fabian Reuter.  “DETERMINACIÓN DE ESCALA EN FOTOGRAFÍAS

 A É R E A S MEDICIONES SOBRE FOTOGRAFÍAS AÉREAS”  Facultad de Ciencias Forestales – UNSE. - Centro de Geociencias Aplicadas  –  Apunte teórico. “PRINCIPIOS

DE

FOTOGRAMETRÍA” UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE, Facultad de Ingeniería: Centro de Geociencias Aplicadas. -

CEFOCCA-UNSJ. “PR OCESO FOTOGRA FOTOGRA MÉTRICO ”. OSCAR DE JESÚS ZAPATA OCAMPO. “FU FUNDAM NDAMENTOS ENTOS DE FOTOGR FOTOGR AMETRÍA

PARA IMÁGENES DE CONTACTO Y DIGITALES: APROXIMACIÓN A PEDAGOGÍAS INTENSIVAS ” UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE DE MEDELLÍN [2003].

- CAROLINA ELIZABETH GATICA VALDEBENITO, ROBERTO VALENTIN ROJAS C A R TOG TO G R Á F IC O A L P L A N MA E S TR O DE L A UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE, MEDIANTE FOTOGRAMETRÍA Y T ÉCNICAS G PS ”  UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE [2003]. 

GONZÁLEZ.

“ A P OY O

14

 

-

Luis Angel Vega Panta. “Cámaras Fotogramétricas ”  Escuela Superior Técnica Sencico [2011].

Referencias bibliográficas:

- Sifuentes, F; Vásquez, R. 1997. Introducción a la Fotogrametría. Editorial Trillas, México. 

15