TEMA 3 CÁMARAS Y SENSORES

FOTOGRAMETRÍA
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TEMA 3
CURSO 2008/2009
TEMA 3
CÁMARAS Y SENSORES
3.1- Introducción
Objetivo es la parte óptica de la cámara. Su misión es proyectar la
imagen que lo atraviesa sobre un mismo plano y en perfectas condiciones
de nitidez, es decir, enfocar a los objetos situados a una misma distancia
sobre el plano focal, a partir de una distancia (enfoque al infinito), todos los
objetos se proyectarán sobre un mismo plano.
Una de las funciones principales del objetivo es eliminar las
aberraciones. Las más importantes son:
• Distorsión radial: desplazamiento que sufre un punto imagen de
su posición ideal. (a)
• Distorsión tangencial: es perpendicular a la dirección radial del
punto. Se debe a un montaje imperfecto de los elementos que
componen la lente. Es mucho menor que la radial. (b)
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Un objetivo con ambas distorsiones presentaría un patrón en el
fotograma como el de la figura (c). Dicho patrón de distorsión quedaría
representado en un gráfico presentando la siguiente distribución:
Distancia focal: se mide desde el centro óptico del objetivo hasta el
plano focal cuando la cámara está enfocada al infinito.
Se llaman objetivos normales los que tienen una distancia
aproximada a la diagonal del cliché:
•
Normales f ≈ 30 mm.
• Super gran angular f ≈ 88 mm
•
Gran angular f ≈ 152 mm (este es el más usado)
• Teleobjetivos f > 300 mm.
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Abertura relativa: Es la relación entre el diámetro del objetivo y su
distancia focal.
df = 50mm 

D = 20mm 
20
1
=
50 2, 5
D
f
Se expresa por el denominador y también se le llama luminosidad o
“número f”.
Angulo de campo(w): Es el ángulo de visión de la cámara y es
función directa del tamaño de la película y de la distancia focal.
f
ab
1
=
=
H ' AB mb
Obturador; es un mecanismo que mantiene cerrado el paso de la luz
al interior de la cámara a través del objetivo y en un momento dado se abre
permitiendo la entrada de luz para que la película pueda impresionarse.
Se puede graduar el tiempo de apertura.
Hay de dos tipos:
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• Centrales Colocados en el interior del objetivo.
• Plano focales o de cortina montados en el interior de la cámara
junto al plano focal.
Diafragma; permite aumentar o disminuir la entrada de luz a través
del objetivo.
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Hay de dos tipos:
• Disco excéntrico perforado
• Diafragma de Iris: Formado por unas laminillas que pueden girar
actuando sobre ellas en un disco giratorio en la parte exterior del
objetivo.
El uso del diafragma elimina las aberraciones marginales.
Profundidad del foco: Es la tolerancia que existe entre una correcta
impresión sobre el plano focal consiguiendo una imagen nítida, y otra
exposición no tan correcta obteniendo también la imagen nítida.
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Profundidad del campo: En la fotografía aparecen nítidos unos
objetos situados a una cierta distancia, y otros más próximos y más
alejados. La profundidad de campo es esta zona de reproducción nítida.
Latitud de una emulsión: es la capacidad que tienen emulsiones o
sensores de captar imágenes nítidas con exposiciones incorrectas.
Cámara: Es un conjunto inseparable de objetivo, cuerpo, plano focal
y almacén.
Sensor: es un elemento en estado sólido que transforma la luz que
recibe en una codificación digital. El sensor se llama píxel en su elemento
mínimo. Una imagen digital es un conjunto de píxels.
Cámara digital: Viene definida por el tamaño del píxel y el objetivo.
3.2- Tipos de cámaras aéreas
3.2.1- Cámaras con una única armadura de lentes.
Son las cámaras más usuales, denominadas de serie, en ellas, la
película se mantiene plana en el instante de la exposición y toda se
impresiona a la vez.
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Los objetivos se pueden cambiar sobre la marcha con bastante
facilidad.
3.2.1- Cámaras con varias armaduras de lentes
También conocidas como cámaras multibanda, no es más que la
agrupación en un mismo bloque de 4 o 6 cámaras (objetivo y película)
denominados canales. Por cada canal se impresionará la misma porción del
terreno variando según el tipo de filtro y de película.
Además de información métrica, obtenemos información para
teledetección.
3.2.2- Cámaras de banda continua
Prácticamente no se utilizan para fotogrametría, por su dificultad
para obtener las deformaciones y su orientación interna.
Consiste en una película que se mueve a una velocidad constante
frente a una rendija-objetivo, obteniéndose en un rollo continuo todo el
trayecto volado.
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La velocidad del movimiento de la película es función de la altura de
vuelo, la distancia principal y la velocidad del avión.
3.2.3- Cámaras panorámicas
El terreno es barrido perpendicularmente a la línea de vuelo.
Las imágenes cuanto más próximos a los extremos, más encontradas
se encontrarán.
Al igual que las de banda, presentan complicaciones para determinar
con exactitud sus deformaciones geométricas y realizar la orientación
interna.
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3.3- Partes principales de una cámara aérea.
Sin tener en cuenta todo el sistema de anclaje de la cámara, el avión
y todos los elementos de la suspensión Cardan, que mantienen la cámara lo
más vertical posible (entre 1º y 3º de inclinación) por efecto de vasculación
del avión, se pueden distinguir tres partes diferenciadas:
• Cono exterior: Lo forma todo el conjunto de lentes del objetivo,
diafragma, obturador, filtros…
Es un elemento de fácil intercambio.
• Cuerpo: Formado por el cono interior y el plano focal.
• Almacén: Todo sistema de planeidad. Se puede decir que es la
cámara oscura.
El problema de la planeidad surge en cuanto se desechan las
películas con soporte de vidrio y se emplean las de poliéster en
rollo o casete.
Se puede conseguir la planeidad de diversas formas:
- Introduciendo la película entre dos cristales, haciendo estos
presión en el momento de la toma y separándose
inmediatamente para permitir el paso de la película.
- Por inyección de aire sobre una superficie de cristal, no es
bueno para soportes grandes.
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- Mantenimiento de la película contra el fondo por vacío. Se
extrae el aire del compartimiento actuando únicamente la
presión atmosférica sobre la película.
En el interior del cuerpo se puede colocar delante del negativo
una placa cuadriculada perfectamente calibrada, muy útil para
comprobar las deformaciones desde el momento de la toma hasta
el momento de la sustitución, además toda la cuadrícula debe
estar perfectamente enfocada, si esto no es así es porque no hay
planeidad en la película.
Cámaras semimétricas:
Es una cámara convencional calibrada. A las analógicas se les acopla
una placa reticulada llamada RESSEAU.
Se fotografiaba un patrón conocido (marcando puntos en aquello que
se va a fotografiar).
Hay que conocer focal y parámetros del objetivo como la distorsión
radial y tangencial.
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Para calibrar una cámara digital hace falta el tamaño del píxel, la
focal y los parámetros del objetivo (D.R. y D.T.).
El FMC (Foward Motion Compensation) también llamado
compensador del movimiento de la imagen. Tiene como finalidad
reducir el movimiento aparente y el arrastre del terreno. Consiste en un
sistema de compensación de la imagen moviendo la cámara hacia atrás para
compensar el arrastre del fotograma reduciendo la velocidad aparente del
avión. Si el arrastre es de más de 20 micras el fotograma ya no es válido.
Será imprescindible cuanto menor sea la altura de vuelo y mayor la
velocidad del avión.
Y junto a la cámara aérea, existen otros elementos imprescindibles
para la navegación y para la obtención de una correcta toma.
Estos elementos son:
1) La suspensión Cardan, como hemos dicho antes, es un sistema
compensador para evitar la vasculación por efecto del avión:
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2) Regulador de recubrimiento En vuelo surgen dos
inconvenientes:
- La deriva del avión.
- Las variaciones de velocidad.
La deriva del avión, estará influenciada por el viento, produciendo un
cambio en el rumbo real, este visor no es más que un visor sobre el que se
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ve el terreno bajo el avión y una cadena con eslabones en movimiento,
haciendo coincidir la velocidad de los eslabones con la velocidad del avión
se puede controlar el recubrimiento y el ángulo de deriva, para corregirlo a
la cámara.
3) Estatóscopo Es un barómetro diferencial muy sensible que
mide diferencias de presión con una ajustada en el aeropuerto,
transformándose en diferencia de altitud.
4) Telescopio de navegación es un anteojo nadiral montado a lo
cardan sobre el suelo del avión con un objetivo inclinable hasta 50º
respecto a la línea cenit-nadir.
Lleva un retículo marcado con dos juegos de hilos y se visualizará
conjuntamente un nivel esférico para controlar la verticalidad del anteojo.
Sirve para saber que eje ha de tener la pasada de vuelta y para saber el
solape lateral que vas a conseguir.
En la preparación del vuelo se prepararán elementos característicos
para efectuar las pasadas.
Con el GPS todo esto ha quedado obsoleto.
3.4- Plano focal y marcas fiduciales:
El marco o bastidor que materializa el plano focal de la cámara
contiene la siguiente información que se impresiona en el momento de la
fotografía mediante un sistema de iluminación apropiado.
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• Marcas fiduciales; definen la métrica de la película, existen unas
de tipo mecánico en la parte media de los lados del marco, y otras
de mayor precisión en las esquinas. Uniendo estas se define por
intersección el punto principal del fotograma (C.D.P).
• Altímetro; nos indica la altitud del avión.
• Reloj; recoge la hora al segundo en el momento de la toma.
• Nivel esférico; indica la estabilidad del avión.
• Identificación de la cámara:
- Distancia focal.
- Tipo de objetivo.
- Serie
• Número de orden de la fotografía y pasada.
• Indicación de funcionamiento del sistema de vacío; aparece una V
en un círculo o elipse si es correcta o borrosa si es incorrecta.
3.5- Cámaras terrestres:
Las cámaras métricas que se utilizan en fotogrametría terrestre
permiten recrear la orientación interna de cada fotograma gracias a las
marcas fiduciales. Los datos auxiliares que aparecen en los laterales de los
fotogramas son más escasos que en las cámaras aéreas. Concretamente, las
cámaras métricas terrestres suelen indicar la distancia focal calibrada, el
número del fotograma y, en algunos casos, el identificador de la
exposición.
Estas cámaras suelen dispones de lentes intercambiables de modo
que la versatilidad de la cámara métrica aumenta considerablemente.
Asimismo, la mayoría de ellas incorporan soportes para trípode de montaje
rápido y con centrado forzoso, y mecanismos de fijación de orientación. El
trípode de la cámara suele ser muy rígido, estable y pesado.
Las cámaras métricas terrestres se clasifican en dos grupos: cámaras
métricas independientes y cámaras estereoscópicas.
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Dentro del grupo de las cámaras métricas independientes
encontramos a los fototeodolitos. Este tipo de cámaras incorporan un
teodolito y una cámara métrica, siendo conocida la relación angular
existente entre el eje óptico de la cámara fotográfica y el eje óptico (de
colimación) del teodolito (Fig. 10-13).
Este fototeodolito se llama PHOTHEO, está fabricado por la casa
ZEISS, tiene una focal de 194.42 mm y un formato o tamaño de fotograma
de 13 x 18 cm. Además cabría resaltar que realiza fotografías sin
distorsiones, ni radiales ni tangenciales, se puede desplazar verticalmente el
objetivo, tiene un obturador manual, es decir, que lo abrimos con la mano,
dejamos abierto el tiempo de exposición necesario en función de la
luminosidad, el filtro que le hayamos puesto, etc. El inconveniente es que
el teodolito no tiene hilos taquimétricos, por lo que no podemos medir las
distancias a los puntos de apoyo con el fototeodolito y tendríamos que
recurrir a otros métodos.
Las cámaras métricas independientes se utilizan en situaciones muy
diversas, y permiten alcanzar las mayores cotas de precisión; el operador
elige voluntariamente la relación entre base y distancia cámara-objetivo.
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Las cámaras métricas terrestres están diseñadas para alcanzar
máximas precisiones, por ejemplo en aplicaciones industriales.
Las cámaras métricas terrestres descritas en este apartado han dejado
de fabricarse paulatinamente debido a la aparatosidad del equipo, la mayor
flexibilidad del software y el precio elevado de las mismas. No obstante,
las cámaras métricas terrestres garantizan mejores resultados en
aplicaciones métricas de precisión elevada y/o máximo grado de detalle.
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