introducción a la fotogrametría

Introducción a l a Fotogrametría
INTRODUCCIÓN A LA FOTOGRAMETRÍA
PRIMERA PARTE
1.
INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes
históricos.
Diferencias
entre
Fotointerpretación y Fotogrametría.
1.2. Conceptos generales de Cartografía
1.3. Fases de la producción cartográfica
1.3.1. Vuelo Fotogramétrico
1.3.2. Apoyo de campo
1.3.3. Restitución fotogramétrica
1.3.4. Corrección de campo
1.3.5. Edición cartográfica
1.3.6. Generación de ficheros y dibujos
2.
FOTOGRAMETRÍA AÉREA VERTICAL
2.1. Aspectos geométricos de la fotografía
2.2. La proyección cónica
2.3. La visión natural.
2.4. La visión fotográfica.
2.5. Cámaras aéreas
2.5.1. Objetivos
2.5.2. Obturadores
2.5.3. Tiempos de exposición
2.5.4. Placa de presión
2.5.5. Formatos
2.5.6. El marco y su información
2.5.7. Intervalo entre exposiciones
2.5.8. Visor telescópico
2.5.9. Control de verticalidad
2.5.10. Calibración de cámaras
2.6. El proyecto de vuelo
2.6.1. Recubrimiento entre pasadas
2.6.2. Eje de vuelo
2.6.3. Distancia entre puntos principales: fotobase.
2.6.4. Condiciones ambientales
-1-
fotografía
aérea
y
mapa.
Introducción a l a Fotogrametría
2.6.5. Tipos especiales de cámaras
2.7. Fotografía aérea vertical
2.7.1. Geometría aérea
2.7.2. Transformación
2.7.3. Concepto de escala
2.7.4. Imágenes rectas oblícuas
2.7.5. Problemas geométricos
2.7.6. Las sombras en las fotografías verticales
3. VISIÓN ESTEREOSCÓPICA Y PARALAJE
3.1. Visión estereoscópica normal y la percepción artificial.
3.2. La paralaje
3.3. Paralajes y fotobase.
3.4. Paralajes horizontales y verticales
3.5. Los haces perspectivos
3.6. La fotografía y el relieve
3.7. La visión estereoscópica artificial
3.8. Medición de paralajes
3.9. El índice flotante
3.10.
Cálculo de desniveles
3.11.
Exageración del relieve
-2-
Introducción a l a Fotogrametría
SEGUNDA PARTE
4. EL PROCESO FOTOGRAMÉTRICO
4.1. Introducción
4.2. Condiciones especiales necesarias en fotogrametría
4.3. Relación entre las escalas de fotografía y mapa.
4.4. Planificación del vuelo
4.5. Puntos de apoyo fotogramétrico
4.5.1. Necesidad del apoyo de campo
4.5.2. Elección y distribución de los puntos de apoyo fotogramétrico
4.5.3. Documentos a generar en el apoyo de campo
4.6. Aerotriangulación
4.7. Orientación Interna
4.8. Orientación relativa
4.9. Orientación absoluta
4.10.
Orientación interna y externa. Importación de orientaciones
4.11.
Restitución fotogramétrica
4.12.
Normas de restitución
4.13.
Revisión
4.14.
Datos complementarios
4.15.
Pliegos de condiciones
5. FOTOGRAMETRÍA DIGITAL
5.1. Conceptos generales
5.1.1. Introducción
5.1.2. Imagen digital
5.1.3. Píxel
5.1.4. Resolución
5.2. Escáner fotogramétrico
5.3. Cámara aérea digital
5.4. Formatos y Compresión
5.5. Tamaño de los ficheros
5.6. Concepto de correlación
5.7. Instrumentos digitales
5.7.1. Introducción
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Introducción a l a Fotogrametría
5.7.2. Unidad de proceso
5.7.3. Control de posicionamiento
5.7.4. Monitores
5.7.5. Requerimientos del sistema
5.7.6. Sistemas de cálculo
5.7.7. Sistemas de restitución
5.7.8. Sistemas de superimposición
5.7.9. Sistemas de almacenamiento
5.7.10.
Sistemas de visión
6. SISTEMAS DE COORDENADAS EN FOTOGRAMETRÍA
6.1. Coordenadas instrumentales
6.2. Coordenadas fotográficas
6.3. Coordenadas modelo
6.4. Coordenadas terreno
7. AJUSTE DE OBSERVACIONES EN FOTOGRAMETRÍA
7.1. Sistemas de ecuaciones. Ajuste mínimo cuadrático mm.cc.
7.2. Valores observados, valores ajustados, residuos, incógnitas, redundancia.
7.3. Estimación de la precisión
7.3.1. Precisión
7.3.2. Exactitud
7.3.3. Fiabilidad
7.3.4. Varianza, desviación típica, error medio cuadrático (e.m.c)
7.4. Ejemplos de ajustes en fotogrametría
8. EL SISTEMA GPS Y SU RELACIÓN CON LA FOTOGRAMETRÍA
8.1. Introducción al sistema GPS
8.2. Toma de datos para puntos de apoyo de campo
8.3. Determinación de la posición de la cámara.
9. NOMENCLATURA DE ELEMENTOS GEOMORFOLÓGICOS Y GEOGRÁFICOS
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Introducción a l a Fotogrametría
BIBLIOGRAFÍA
-
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año
1993
-
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año
2002.
-
Apuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT
Topográfica Mérida. Año 2000.
-
Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT
Topográfica Madrid UPM. Año 2002
-
Geomorfología I, Antonio Vázquez Hoem, EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 1993
-
Curso de Introducción a la Cartografía y Geodesia, Fernando Sánchez Menéndez,
EOSGIS S.L. Año 2001.
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Introducción a l a Fotogrametría
TEMA 1. INTRODUCCIÓN
1.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS. DIFERENCIAS ENTRE FOTOGRAFÍA AÉREA
Y MAPA. FOTOINTERPRETACIÓN Y FOTOGRAMETRÍA.
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Dentro de la Historia de la Civilización, la fotografía aparece como un invento tardío, pero
de consecuencias incalculables. Como idea, la reproducción mecánica de imágenes era un
deseo antiguo, especialmente buscado por los pintores, que en su análisis descubrieron las
leyes de la perspectiva, la proyección cónica y la Geometría Proyectiva. Sin embargo,
tardaron mucho tiempo en conseguirse las condiciones técnicas necesarias para resolver el
problema de la conservación permanente de imágenes.
La propia palabra "fotografía" no se inventa hasta 1839, en que sir John F.W. Herschel,
uno de los investigadores de esta técnica, la empleó para describiría, tomando dos palabras
griegas, "photos" = luz y "graphe" = escritura.
Sus usos primeros fueron artísticos; el retrato fotográfico apareció como sustitutivo barato
y rápido de los retratos de pintor, igual ocurrió con la fotografía de paisajes. A estos primeros
usos pronto se añadieron aplicaciones técnicas, entre ellas y con gran desarrollo, las Artes
Gráficas.
Con el paso del tiempo, la fotografía se ha convertido en un auxiliar para casi todas las
ciencias y técnicas de la investigación, más que valioso imprescindible. Ha llegado a
compararse su influencia en la cultura con la de la imprenta, y la comparación no es
exagerada, si se considera el considerable valor que a la imagen se atribuye en nuestra
época.
Las utilizaciones cartográficas de la fotografía se intuyeron pronto, pero en principio se
limitaron a su empleo en sustitución de los croquis panorámicos; sólo cuando fue posible la
toma de imágenes desde el aire se encontró la posibilidad de aplicaciones más valiosas.
La obtención de fotografías del terreno tomadas desde el aire y apuntando directamente
hacia el suelo, de las que más adelante se trata extensamente, producen una primera
impresión de sorpresa, porque no se entienden fácilmente; Más tarde producen un excesivo
entusiasmo, y se crea la errónea sensación de que pueden sustituir totalmente al mapa,
como la fotografía de personas ha sustituido al retrato al óleo. Esta idea es totalmente
equivocada, el mapa sigue siendo insustituible y la fotografía puede ayudar a mejorarlo, e
incluso a construirlo, pero no le sustituye, porque entre ambas imágenes hay diferencias
básicas que importa aclarar desde el principio.
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Introducción a l a Fotogrametría
El estudio de las condiciones geométricas de la fotografía, que se explica en la Segunda
Parte de esta obra, pone de manifiesto que las propiedades de los puntos de la imagen
respecto al terreno son totalmente distintas en fotografía y mapa. El mapa es el resultado de
una proyección ortogonal y sobre él es posible medir distancias, ángulos, o calcular
superficies; en la fotografía no puede hacerse nada de esto, porque sus imágenes son el
resultado de una proyección cónica. Además, el mapa contiene una información
seleccionada, jerarquizada y tratada gráficamente, para conseguir que su lectura sea lo más
clara y sencilla posible; en cambio en la fotografía la información es total, no hay selección,
ni tratamiento, no hay signos convencionales, ni claves de colores, ni rotulación. La primera
impresión es que la totalidad de información y su falta de tratamiento es ventajosa, puesto
que proporciona una imagen objetiva; pronto se descubre que esta impresión es falsa, pues
gran cantidad de la información de la foto es absolutamente inútil y su presencia constituye
un estorbo, porque dificulta la visión del resto.
Además de todo lo expuesto, hay otra diferencia fundamental entre el mapa y la foto: el
mapa temporal, la foto tiene fecha y hora, es decir corresponde a un momento dado y
representa una realidad modificable, por tanto no hay garantía de la permanencia de la
información que contiene.
La interpretación de una imagen fotográfica aérea no es sencilla, y requiere un cierto
entrenamiento. Las fotografías que llamamos oblicuas son parecidas a las imágenes que el
OJO
ve al modo natural cuando observa el campo desde una torre o una montaña y se
entienden e identifican sin dificultad; las imágenes tomadas desde la vertical son extrañas y
muestran un aspecto del mundo al que el observador no está habituado. Incluso cuando
corresponden a una zona conocida, la simple identificación de objetos resulta trabajosa,
porque corresponden a un punto de vista nuevo e inhabitual.
Superada la fase de sorpresa ante las nuevas imágenes, la fotografía vertical constituye
una fuente de información valiosísima y casi inagotable. Hay una primera etapa, en la que el
observador se limita a reconocer objetos que le son familiares (casas, árboles, puentes,
parcelas, caminos, etc.), de la que ya se puede obtener provecho en la revisión de mapas, o
en su actualización. Esta fase, en la que el trabajo realizado es solo de comprobación y
contraste entre realidades manifestadas en la foto y su existencia en el mapa o en el terreno,
puede llamarse de foto identificación o foto lectura, y es ya una aportación notable, pero es
sólo el principio de una serie de utilizaciones de mucho mayor alcance.
Como consecuencia insensible de la fase de foto identificación, quien contempla una foto
comienza a hacer deducciones, al principio muy directas, después no evidentes para todos.
Si es cierto que en los mapas ve más el que más sabe, en las fotografías lo es igualmente,
-7-
Introducción a l a Fotogrametría
porque en ellas cada uno distingue lo que conoce y puede apreciar cosas que están ante los
ojos de todos, pero que contienen un mensaje cifrado, que solo algunos entienden. Esta es
ya la fase de auténtica fotointerpretación, en la que a la observación de los detalles de la
imagen se unen los conocimientos propios del observador, que le hacen capaz de deducir
informaciones no perceptibles para los demás, pero que tampoco podrá percibir si antes no
ha aprendido a foto interpretar.
Un técnico forestal no se limitará a advertir un cambio de tonalidad en una masa de
árboles, sino que deducir de ella una diferencia de humedad, o la presencia de una plaga; un
geólogo no sólo percibir diferencias en la estructura del terreno, sino que en virtud de sus
conocimientos podrá asegurar el tipo de roca que en 61 hay. Para ambos especialistas, sus
descubrimientos serán evidentes, pero sólo son porque se trata de temas que ellos conocen;
quienes no tengan esa preparación, no encontrarán esas evidencias. Esta es la causa por la
que no es posible la formación de foto interpretadores totales, y por la que la
fotointerpretación de una zona tiene que ser una tarea de equipo, en la que cada miembro
aporte las deducciones que pueda percibir.
La otra gran utilización de la fotografía aérea es la fotogrametría, expresión cuyo
significado va mucho más allá del significado etimológico de la palabra. Si la palabra
"fotogrametría" hace pensar en mediciones sobre fotografía, el significado real de esta
técnica tiene pretensiones mucho mayores. No se trata sólo de medir, objetivo bastante
elemental, como se verá en los próximos capítulos, sino de realizar una serie sistemática de
mediciones que conduzcan a la formación de mapas. En nuestros días la Fotogrametría es el
método topográfico habitual, que si bien no elimina por completo los trabajos de campo, los
reduce en volumen y tiempo, además de mejorar su calidad, hasta extremos que fueron
inimaginables en el pasado. Ciencias como la Geomorfología deben su desarrollo actual a la
posibilidad de disponer de mapas cuya representación del relieve no es ya convencional, sino
real y exacta.
-8-
Introducción a l a Fotogrametría
Edición 1973 (fotogrametría)
Al
tratar de las emulsiones fotográficas se hace historia de las investigaciones que
condujeron a su descubrimiento, pero considerando la fotografía como una técnica ya
conformada, su comienzo se sitúa en 1822, fecha unánimemente aceptada como la de la
obtención de la primera imagen por Nicephore Niepce.
La fotografía aérea fue una idea concebida y realizada por Gaspard Félix Tournachon
(1820 - 1910), un periodista y dibujante francés, conocido por el pseudónimo de Nadar, con el
que firmaba.
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Introducción a l a Fotogrametría
Fotografía de Nadar hecha en su estudio
Iniciado en la fotografía por afición, convirtió esta técnica nueva en un verdadero arte, en
especial en el retrato. Aficionado también a la aeronáutica, realiza algunas ascensiones en
globo y tuvo la idea de utilizar la barquilla como observatorio fotográfico. En 1858 tomó la foto
aérea más antigua que se conoce, una oblicua del Bois de Boulogne, tomada desde unos
300 m de altura. Hombre de gran intuición e imaginación, comprendió las posibilidades de su
idea, y el 23 de octubre de 1858 inscribe una patente de invención para "un nuevo sistema de
fotografía aerostática, que podrá servir parta efectuar levantamientos topográficos,
hidrográficos, catastrales y para observaciones estratégicas".
Las placas de cristal y las emulsiones entonces conocidas, que debían revelarse
enseguida, eran condicionantes demasiado engorrosos, pero no tardaron en superarse.
La idea de emplear las fotografías aéreas como recurso cartográfico fue utilizada entre
1898 y 1908 en el Dnieper y los pantanos del Pripet por el ingeniero ruso Thiele, utilizando
cometas y un instrumento de su invención llamado perspectómetro. Este aparato dibujaba
sobre la foto la imagen de una red de cuadrados en perspectiva, pasando luego la
información a una cuadrícula plana. Es de destacar que las zonas señaladas son en su
mayoría muy llanas y no presentan problemas de distorsión.
Todos los ensayos anteriores se hicieron empleando globos cautivos o libres, únicas
máquinas voladoras disponibles, pero en cualquier caso incapaces de volar sobre una ruta
preestablecida.
Vista aérea de la Plaza de l´Etoile, obtenida por Nadar
Hubo también ensayos más elementales y rudimentarios, como la mencionada elevación
de cámaras mediante cometas, que inició el francés A. Batut hacia 1880, en la ciudad de
Labrudgière, el uso de palomas mensajeras equipadas con cámaras de pequeñas
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Introducción a l a Fotogrametría
dimensiones, ensayado por J. Neubronner, de Cronberg, en 1909; o el empleo de cohetes, de
A. Denisse, en 1888. Ninguno de estos procedimientos podía practicarse de modo
sistemático y organizado, y el uso de la fotografía desde el aire tuvo que esperar hasta la
aparición del dirigible, y sobre todo del avión.
El nacimiento de la fotointerpretación puede datarse el 24 de febrero de 1911, cuando el
capitán Piazza, del ejército italiano, obtuvo fotografías de las posiciones turcas entre Azizia y
Trípoli, durante la campaña de Libia, con fines de reconocimiento. La aviación española hizo
lo mismo en Marruecos, realizando la primera misión el 3 de noviembre de 1913.
El desarrollo sistemático de esta técnica se inició en gran escala durante la Primera
Guerra Mundial, no sólo a causa de su utilidad técnica, sino del progreso de la aviación.
Comenzaron entonces a fabricarse cámaras especiales, destinadas a su empleo desde
aviones. Al principio las cámaras no iban fijas y el observador las empleaba asomándose
sobre el costado del fuselaje; la carga de negativos y el disparo eran manuales y tenían que
hacerse para cada exposición, ya que aún no existía la película en rollo.
Todos los países comprendieron y utilizaron el nuevo medio de información y la aviación,
nacida como medio de reconocimiento, se convirtió pronto en arma de caza para impedir la
actuación enemiga. Se inició entonces una carrera entre los constructores aeronáuticos por
conseguir mayor velocidad y mayor altura de vuelo, mientras los fotográficos buscaban
emulsiones más sensibles y cámaras más manejables. Simultáneamente se inventaron
contramedidas pasivas, en forma de camuflajes, que obligaban a los examinadores de
fotografías aéreas adivinar datos por indicios. Este fue el verdadero comienzo de la
fotointerpretación, ya que hasta entonces solo se había hecho identificación.
Por otra parte, la tentación de utilizar la fotografía aérea en sustitución del mapa,
yuxtaponiendo imágenes para formar mosaicos, condujo a errores inevitables y tan graves,
que el 28 de mayo de 1916 el Estado Mayor francos tuvo que prohibir terminantemente que
se hicieran semejantes montajes, limitando la utilización de fotos separadas a la formación de
croquis.
Entre 1925 y 1930 se generalizó el empleo de la película de celuloide en rollo, que
Eastman había patentado en 1879, pero que tardó en sustituir a las placas de vidrio, a pesar
de sus evidentes ventajas.
Hacia 1930 empezaron a usarse nuevas emulsiones, llamadas pancromáticas, capaces de
registrar todos los colores y que permitieron tomar fotos a alturas hasta entonces prohibitivas.
Una figura especialmente destacada de esta etapa es la de Sidney Cotton, cuyos trabajos
se iniciaron en la Primera Guerra Mundial y alcanzaron a la Segunda, contribuyendo entre
ambas al desarrollo comercial y a la investigación. Cotton había sido piloto y fotógrafo del
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Introducción a l a Fotogrametría
Royal Navy Australian Service en 1917, montó luego la compañía privada Dufaycolour, y en
la Segunda Guerra Mundial organice la Unidad de Desarrollo Fotográfico de Heston, origen
del Photographic Reconnaissance Unit, de la RAF.
En la Segunda Guerra Mundial todos los contendientes tuvieron ya aviones especialmente
diseñados para la fotografía aérea, se hicieron vuelos de reconocimiento fotográfico
constantes y se planearon operaciones muy complejas basadas solo en sus datos.
Las fotografías de esta contienda fueron siempre tomadas en película pancromática de tipo
convencional, es decir, blanco y negro, a pesar de que la película en color existía desde
1938.
En las posteriores guerras de Corea y Vietnam, el desequilibrio tecnológico y militar entre
los contendientes dejó la investigación de nuevos materiales en manos de la aviación
norteamericana, que ensayó numerosos tipos de película de color normal e infrarrojos, y
diferentes sensores, muchos de los cuales siguen siendo solo de empleo militar.
Desde la aparición de los satélites artificiales equipados con sensores y capaces de
transmitir información, a la fotografía se han añadido otros tipos de imágenes, cuyo estudio
constituye el tema de la teledetección.
La fotogrametría no nació aérea, sino terrestre. Uno de sus pioneros, el ingeniero militar
Aimé Laussedat (18191904), ideó un procedimiento gráfico de intersecciones de visuales
para el levantamiento de croquis, que denominó "iconometría", perfeccionándolo con la
adición de una cámara fotográfica, para construir el primer fototeodolito, la "cámara oscura
topográfica". En 1862 obtuvo un premio de la Academia de Ciencias de Paris por su " Estudio
de la aplicación de la fotografía al levantamiento de planos", realizando como demostración
un levantamiento a escala 1/2.000 del pueblo de Le Buc, próximo a Versalles. Laussedat
llamó a su técnica "metrofotografía". Pese a su indudable clarividencia en cuanto al método,
no creyó en cambio en las posibilidades de la fotografía aérea, que proponía Nadar,
pensando que tenía dificultades insuperables.
Independientemente de los anteriores trabajos, el arquitecto alemán A. Meydenbauer
aplicó la fotografía terrestre a la obtención de planos de edificios, presentando en 1876 al
Ministerio de Cultos el plano de la catedral de Koblenz; a partir de 1882 explicó su sistema en
la Universidad de Aachen (Aquisgrán), y en 1883 fue nombrado director del Archivo de
Monumentos de Prusia. Mediante la utilización de vistas convergentes, obtuvo plantas,
alzados y secciones de 3.400 edificios, empleando más de 22.000 placas fotográficas de 40 x
40. lnventó para su procedimiento el nombre de "fotogrametría", que se ha conservado y
ampliado de sentido.
En 1863, el general español Antonio Terrero publicó el primer estudio teórico sobre la
fotogrametría, estableciendo relaciones entre los puntos del objeto y los correspondientes en
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Introducción a l a Fotogrametría
su imagen. Esta relación, se ha llamado después "teorema de Hauck", por haber sido
publicado de nuevo, con más difusión en 1883, por el profesor alemán de este nombre.
En 1880 en Italia se hicieron levantamientos fotográficos en los Alpes, por el ingeniero Pío
Paganini, del Instituto Geográfico Militare; en Estados Unidos, J.J. Mac Arthur ensayó
también en las Montañas Rocosas, y en Canadá, E. Deville utilice el procedimiento durante
los levantamientos topográficos de la frontera con Alaska.
En 1892, F. Stoize, que había trabajado con Meydenbauer, inventó la “señal
estereoscópica”, utilizando el fenómeno de la fusión binocular; en los años siguientes se
siguió trabajando para sustituir el sistema de intersección de visuales por el efecto
estereoscópico, empleando pares de fotografías con zona común. Resultado de estos
trabajos fue el estereocomparador inventado en 1903 por Karl Pulfrich (18581927), y
construido por la casa Zeiss, de Jena. Este instrumento trabajaba todavía con fotografías
tomadas desde tierra, pero fue un avance decisivo para la posterior evolución del sistema
aéreo.
Mas tarde, el capitán del ejército austriaco Eduard von Orel, ideó el "estereoautógrafo",
que incorporando el estereocomparador y siempre con fotografías terrestres, podía dibujar
curvas de nivel. El experimento tuvo éxito y el Institute Geográfico Militar de Viena creó una
sección de Fotogrametría, dirigida por el mismo von Orel.
El primer trabajo fotogramétrico realizado en España fue el plano del barranco de Vista
Hermosa, cerca de Madrid, realizado en 1886, a escala / 1.000, por Torres Quevedo con un
instrumento de su invención. De más envergadura fue el plano de Ribas (Pirineos), hecho por
el Teniente Coronel de Estado Mayor, Alejandro Más y Zaldúa, en 1901; el Instituto
Geográfico y Estadístico siguió haciendo ensayos y el ingeniero geógrafo José Galbis levantó
en 1908 el plano de Otero de Herreros (Segovia).
En 1913 reemprendió estos trabajos el ingeniero geógrafo José María Torroja Miret, que ya
en 1907 había publicado su "Fundamento teórico de la Fototopografía". Se hicieron más
levantamientos topográficos con fotografías terrestres en zonas de montaña (Sierras de
Guadarrama, Gredos, Maestrazgo y Picos de Europa), llegando España a estar en los años
treinta, junto a Alemania, a la cabeza de estas investigaciones, que fueron interrumpidas por
la Guerra Civil.
Los trabajos antes aludidos de Thiele, pueden también considerarse predecesores de la
fotogrametría aérea, porque además del citado perspectómetro, tomó fotos estereoscópicas
mediante dos cámaras fijas a los extremos de una cometa, e inventó un disparador que sólo
actuaba cuando el eje óptico estaba en posición vertical; pero el nacimiento y sistematización
de la fotogrametría se produjo en el Imperio AustroHúngaro. En este país, las aeronaves
dependían de la Marina, y fue el teniente de navío Theodor Scheimpflug (18651911) quien
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Introducción a l a Fotogrametría
utilizando fotografías tomadas desde dirigibles, realizó los trabajos que dieron principio a la
fotogrametría aérea. Empleó un aparato de su invención, al que llamó fotoperspectógrafo,
con el que podía transformar las fotografías inclinadas en horizontales. Demostró además la
llamada "condición de Scheimpflug", de la que se trata más adelante.
Si la Primera Guerra Mundial desarrolló la fotointerpretación, la Segunda impulse la
fotogrametría, pues la mayor extensión de los frentes y las operaciones sobre zonas con
poca y dudosa cartografía, obligó a improvisarla.
En los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial, la fotogrametría, ya exclusivamente
aérea, se impuso en todos los servicios cartográficos nacionales y comenzó a emplearse,
cada vez con mayor auge también por las empresas privadas. En unos pocos años ha
sustituido a la topografía clásica en todos los levantamientos de mediana o gran extensión.
Los primeros aparatos de restitución aérea fueron del tipo "múltiplex", formados por una
serie de proyectores, en cada uno de los cuales se colocaba una diapositiva, correspondiente
a una de las fotos sucesivas. Se trabajaba con pares consecutivos, viendo el modelo en
relieve con anaglifos.
Hacia 1960 los aparatos de restitución eran del tipo luego llamado analógico, capaces de
dibujar directamente el mapa, a partir de la observación estereoscópica de pares de fotos
Hacia 1970 apareció la ortofotografía, sistema que permite la obtención de imágenes
fotográficas ortogonales con pares de fotos, que individualmente son proyecciones cónicas.
Desde 1985 se popularizan los restituidores analíticos, ideados por el finés Helava, que
incorporan al restituidor tradicional un ordenador. Además de dibujar el mapa, se registran tos
cálculos realizados, y se archivan codificados los distintos detalles de la restitución, en forma
numérica almacenada en cinta magnética. Se produce así una confección automática de la
topografía, exageradamente denominada "Cartografía automática", de gran utilidad para la
realización de cálculos de áreas, volúmenes, dibujo de perfiles, puesta en perspectiva,
modelos digitales del terreno, etc. La aparición en el mercado de los restituidores analíticos
dejó anticuados a los analógicos más modernos, y para mantenerlos en servicio se idearon
mecanismos adicionales, capaces de hacerlos cumplir trabajos equivalentes.
Las informaciones analíticas pueden almacenarse en bancos de datos que es posible
actualizar, corregir, conservar, transmitir o publicar en el momento deseado. Es de destacar,
por su importancia en la sociedad actual, la economía de espacio y tiempo que el
procedimiento aporta, pero no debe olvidarse nunca que el origen y el fin de toda la operación
es la formación del mapa, pieza absolutamente insustituible por ningún otro medio de
información.
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Introducción a l a Fotogrametría
1.2.- CONCEPTOS GENERALES DE CARTOGRAFÍA
Un mapa o un plano es la representación de todo o de una parte de la superficie
terrestre. La diferenciación entre uno y otro proviene de la necesidad de tener que considerar
a la superficie de la tierra como un plano (plano) o considerarla en su verdadera forma
(mapa). Principalmente la diferencia se establecerá en función de la superficie de territorio a
representar.
Si la superficie es pequeña, se comete un error tolerable si consideramos la
tierra plana, pero en cuanto la superficie aumenta ese error se queda fuera de tolerancia. En
fotogrametría vamos a considerar siempre que estamos en el caso de realización de mapas,
y por tanto consideraremos siempre a la tierra en su verdadera forma y dimensión (con las
particularidades que veremos a continuación).
En la representación cartográfica se utiliza el Sistema de Representación de Planos
Acotados.
En cualquier caso (plano o mapa), los elementos contenidos en ellos podemos
subdividirlos en elementos planimétricos y elementos altimétricos.
La planimetría es la representación en el plano XY de los elementos que se
encuentran en la superficie terrestre, tanto naturales (ríos, vaguadas, etc.) como realizados
por la mano del hombre (carreteras, edificaciones, etc.). En fotogrametría digital, de los
elementos planimétricos se va a extraer no solamente las coordenadas XY sino también la
coordenada Z. Los elementos que se representarán en un mapa o en un plano dependerá de
la escala del mapa o plano que se esté realizando. Este tema ocupará una buena parte del
curso, pero aquí indicaremos solamente que en función de dicha escala los elementos se
representarán en su verdadera forma y dimensión, o a través de un elemento puntual que
indique solamente la posición del elemento. Igualmente, en función de la escala se
representarán unos elementos u otros. Como ejemplo sencillo podemos indicar la
representación de edificios aislados a escala 1:1.000 o a escala 1: 25.000
La altimetría es la representación de las altitudes de los puntos del terreno, y se
realizará mediante la generación de las curvas de nivel o a través de puntos acotados (de
ambos elementos se capturarán igualmente las coordenadas X,Y y Z. En fotogrametría se
miden siempre altitudes y no cotas. (Es decir, el origen de altitudes o altitud 0 se sitúa en el
nivel del mar en Alicante).
Dado que, como hemos dicho anteriormente, en fotogrametría vamos a suponer la
tierra en su verdadera forma y dimensión, vamos a introducir el concepto de CARTOGRAFÍA
como la ciencia que permite representar una parte o la totalidad de la superficie terrestre, de
- 15 -
Introducción a l a Fotogrametría
manera que los inevitables errores que se van a producir sean conocidos y estén dentro de
una tolerancia. (Que sean menores que un cierto valor).
La superficie terrestre tiene la forma de una esfera algo achatada por los polos
(geoide). Pero es una superficie irregular en la que no sería posible representar sus
elementos de forma homogénea. Por eso se sustituye esa esfera por otra que se asemeje lo
más posible a la realidad y que tenga la homogeneidad de la que carece la superficie
terrestre.
Esa superficie es un elipsoide de revolución (generada a partir del giro de una elipse
alrededor de su eje menor). Se ha elegido un elipsoide cuya forma se parezca lo más posible
a la de la tierra. Ese elipsoide se conoce con el nombre de elipsoide de Hayford y se
caracteriza por unos valores de los semiejes de la elipse.
Sobre esta elipse, la posición de cualquier punto de la superficie terrestre se puede
conocer a través de sus COORDENADAS GEOGRÁFICAS. Estas coordenadas son Longitud
y Latitud, de las que estudiaremos su significado posteriormente.
Dado que la representación que nosotros vamos a realizar de la superficie terrestre es
sobre un plano, debemos transformar esa elipse en un plano. Si la Tierra la hubiéramos
podido asimilar a un cilindro o a un cono, el transformar esas superficies a plano, no hubiera
supuesto más que cortar por una generatriz del cilindro o del cono, y desarrollarla sin
modificar la posición de los puntos que forman la superficie. Al ser un elipsoide eso no es
posible, es necesario “chafar” el elipsoide. Esa operación introduce modificaciones en la
posición de los puntos de la superficie terrestre, por lo que va a haber errores cuando
nosotros determinemos la posición de puntos, de distancias, de superficies, etc. Por ese
motivo esa transformación del elipsoide al plano, se debe hacer con una técnicas especiales
que son las que estudia la cartografía.
El método que va a seguir es, mediante fórmulas matemáticas, hacer una proyección
que traslade los puntos del elipsoide a puntos de una superficie que se pueda desarrollar
(cilindro o cono). Al realizar esta proyección se cometerán desviaciones (errores), pero esos
errores serán menores que un cierto valor tolerable. No existe una única proyección, ya que a
lo largo de los tiempos se han venido utilizando la que se creía más conveniente y que mejor
se adaptaba a las necesidades. Hoy en día, para la cartografía que se realice en territorio
nacional, se utiliza una proyección conocida con el nombre de proyección U.T.M. (Universal
Transversa de Mercator).
En cartografía se define que el máximo error que se puede cometer en la
determinación de un punto es una cantidad igual a 0,2 mm x M, siendo M el denominador de
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Introducción a l a Fotogrametría
la escala del plano que se esté realizando. Es decir, en un plano a escala 1:1.000, el máximo
error que está permitido cometer es de:
0,2 mm x 1.000 = 200 mm = 20 cm.
Entendiendo que este error no es debido a una equivocación en el proceso sino una
tolerancia debida a los errores que inevitablemente se van a cometer debido al método
utilizado para la generación de los planos.
Una vez proyectado el elipsoide sobre una superficie desarrollable, se desarrollará
ésta y tendremos la superficie terrestre sobre un plano. Para definir la posición de los puntos
de la tierra sobre ese plano se utilizarán coordenadas x e y que se definirán en función del
tipo de proyección que hayamos utilizado para convertir el elipsoide en un plano.
1.3.- FASES DE LA PRODUCCIÓN CARTOGRÁFICA
En este punto vamos a ver, de manera muy somera, las distintas fases que se siguen
para la realización de un plano. Estas fases se irán viendo más en detalle a lo largo del curso,
por lo que deberán comprender ahora solamente los conceptos generales.
Para la generación de un plano a partir de un vuelo fotogramétrico, deben seguirse los
siguientes pasos:
Realización del vuelo Fotogramétrico.
Apoyo de campo.
Restitución fotogramétrica.
Corrección de campo.
Edición cartográfica.
Generación de ficheros y dibujos.
En primer lugar hay que diseñar el vuelo fotogramétrico para que cumpla con las
especificaciones necesarias para el trabajo a realizar. Habrá que definir las direcciones por
donde debe volar el avión, la altura a la que debe volar, la cámara fotográfica que debe
utilizar, el tiempo que debe transcurrir entre un disparo y otro, el tipo de película, en que
condiciones metereológicas, etc.
Una vez verificado que el vuelo se ha realizado siguiendo las instrucciones dadas, se
pasa a la fase de apoyo de campo que, en líneas generales, va a consistir en dar
coordenadas X,Y,Z a una serie de puntos identificables en la fotografía, utilizando métodos
topográficos, para a partir de ellos poder dar coordenadas (mediante fotogrametría) al resto
de los puntos del fotograma. Como verán más adelante, como resultado de los trabajos de
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Introducción a l a Fotogrametría
apoyo en campo se generarán unos croquis de los puntos tomados en campo, que serán
utilizados por el operador de fotogrametría para identificarlos en la foto.
A continuación se inicia el proceso fotogramétrico. En primer lugar se realizan una
serie de operaciones encaminadas a conseguir obtener la visión estereoscópica del terreno
reflejado en las fotografías, y posteriormente a dar coordenadas (a través de los puntos de
apoyo) a cada punto de la misma. Esos procesos que verán muy detenidamente a lo largo del
curso se denominan orientación interna, orientación relativa y orientación absoluta.
Posteriormente se inicia el proceso de restitución propiamente dicha que consistirá en extraer
la información contenida en las fotografías y se irá generando el mapa topográfico. Como
producto final se obtendrá un fichero informático con las coordenadas y la codificación de
todos los elementos extraídos.
El plano generado adolecerá de ciertos errores debido principalmente a dos causas
distintas. En primer lugar al tipo de proyección de la fotografía. Como veremos, la foto es una
proyección cónica del terreno, lo que provoca que en algunos casos ciertos elementos no
sean visibles en la foto al ser ocultados por otros elementos (por ejemplo una acera oculta
tras una manzana de casas, fachadas ocultas por los aleros, etc), o por las sombras
arrojadas por los elementos. En segundo lugar debido a los errores y/o equivocaciones del
operador, que puede introducir tanto en la métrica como en la fotointerpretación de los
elementos. En cualquier caso, para que se puedan corregir en el plano definitivo estos
errores, es necesario una verificación en campo del plano generado en la restitución. Para
ello se procede a dibujar en un ploter, a la escala del plano, el fichero obtenido, dotándole de
una simbología que será función del elemento capturado. Con ese ploteado, se va a campo y
se corrigen los errores o malas interpretaciones. El personal de corrección de campo va
anotando en el plano todos los errores que se encuentra anotando en el mismo tanto las
codificaciones correctas, como añadiendo mediante medidas a puntos fijos los elementos no
capturados en la restitución.
Posteriormente, utilizando un programa C.A.D. (en nuestro caso Microstation), se
procede a volcar en el fichero de restitución todas las correcciones introducidas en campo,
con las ayudas que el propio sistema facilita. Este proceso se conoce con el nombre de
edición cartográfica y como resultado final se obtiene un fichero con la información corregida
y depurada.
Por último se procede a realizar las salidas gráficas que haya que entregar al cliente,
añadiendo al fichero final la carátula que éste haya definido (escala numérica y gráfica,
leyenda, datos accesorios, etc.). Igualmente se generan los ficheros con la información
digital. El formato de los ficheros y las codificaciones utilizadas, pueden o no coincidir con los
utilizados por la empresa en la realización del trabajo. En caso de no coincidencia se deben
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Introducción a l a Fotogrametría
realizar los procesos necesarios para cambiar el formato o la codificación a los ficheros
obtenidos.
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Introducción a l a Fotogrametría
TEMA 2. – FOTOGRAMETRÍA AÉREA VERTICAL
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Casi todos los tratados de fotografía comienzan exponiendo las similitudes entre la cámara
y el ojo humano, derivados del hecho de ser ambos instrumentos capaces de percibir
realidades exteriores transformándolas en informaciones internas, a base de imágenes
obtenidas a través de una relación del tipo que en Geometría se llama proyección cónica.
Tanto el ojo como la cámara, establecen esta relación, y ambos nos permiten conocer el
mundo exterior a cada uno de nosotros, pero además hay una similitud muy especial entre
las imágenes naturales y las obtenidas por la fotografía, porque ambas son el resultado del
mismo tipo de proyección. Entre cámara y ojo hay grandes semejanzas en cuanto al sistema
de adaptación a la luz, realizada por el iris y el diafragma y también diferencias acusadas,
sobre todo en cuanto al funcionamiento del enfoque, pero predomina el hecho fundamental
de la semejanza entre las imágenes que forman y que es causa de la facilidad de la
comprensión inmediata de la fotografía por todos los observadores.
Para la cámara el vértice de la citada proyección, se sitúa en un punto emplazado en el
centro geométrico de la lente, fácilmente localizable en las lentes sencillas, y más complicado
en el caso de la localización del de los objetivos compuestos, cuya determinación es un
problema de Óptica. Normalmente se obvia esta situación, suponiéndola resuelta, a fin de
simplificar las numerosas figuras necesarias para entender conceptos y aclarar ideas, tanto
en fotografía como en fotogrametría; sólo en problemas muy concretos y en temas en que se
estudia la precisión de las cámaras, vuelve a plantearse esta cuestión.
Las propiedades de la proyección cónica, estudiadas por la Geometría desde mucho antes
de la invención de la fotografía, permiten realizar una serie de determinaciones que a partir
de una imagen fotográfica pueden proporcionar información métrica sobre los objetos en ella
representados.
Por el vértice de proyección pasan todas las rectas que unen puntos del espacio con sus
consiguientes representaciones, situadas todas ellas en un único plano de proyección,
llamado en general plano focal, y que en el caso de la fotografía está materializado por la
película. De este modo, puntos situados en un espacio exterior de tres dimensiones, pasan a
estar representados en una imagen de dos dimensiones. La distancia del vértice al plano
focal es la distancia focal. La proyección obtenida conserva las propiedades proyectivas de
las figuras reales, mientras que las propiedades métricas, solo se mantienen en posiciones
especiales.
La posición del plano, de proyección, se sitúa en Geometría habitualmente entre el vértice
y el objeto: en fotografía ocupa una posición simétrica a esta, quedando el vértice entre
objeto e imagen. Esto no supone más que la conocida inversión de figuras, propia de esta
técnica.
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Introducción a l a Fotogrametría
El eje óptico es la recta perpendicular al plano de la imagen, trazada por el vértice, y corta
al citado plano en un punto llamado principal. La distancia focal separa el vértice del punto
principal.
En una fotografía geométricamente correcta, el punto principal es el centro geométrico del
campo impresionado, que según los formatos, tendió la figura de un cuadrado o bien de un
rectángulo.
2.1. ASPECTOS GEOMÉTRICOS DE LA FOTOGRAFÍA
El plano horizontal que pasa por el vértice corta al plano de la imagen según una recta, que
es la del horizonte, pero la posición en la imagen de esta intersección varia en cada caso,
como veremos.
En general, la recta perpendicular al plano del terreno que pasa por el vértice, corta al
plano de la imagen en un punto llamado nadir.
La bisectriz del ángulo formado por la vertical y el eje óptico corta al plano de la fotografía en
un punto llamado punto focal o isocentro. El isocentro tiene la propiedad de ser el único punto
de la imagen en el que las rectas que pasan por él forman los mismos ángulos que las del
plano del terreno a las que representan. (Fig.)
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Introducción a l a Fotogrametría
2.2 PROPIEDADES GENERALES DE LA PROYECCIÓN CÓNICA
Cada punto del espacio está representado en la imagen por otro punto, estando ambos
alineados con el vértice; como consecuencia, dos puntos exteriores alineados con el vértice,
están en la misma recta y tienen como imagen un único punto. Por esta causa la
correspondencia entre puntos de imagen y puntos del espacio no es biunívoca, de modo que
existe una indeterminación sobre la posición de los puntos del espacio y de los objetos que
ellos definen.
Si a cada punto del espacio se le asocia otro, que sea su proyección ortogonal sobre el plano
horizontal, el segmento que ambos puntos determinan si está definido. (Fig)
A rectas reales corresponden rectas imagen, con la excepción de las que coincidan con rayos
proyectantes, es decir, que pasen por el vértice, las cuales tienen por imagen un único punto
(Fig).
Imagen del punto S y de la recta AB
Todas las rectas paralelas entre si, están representadas por rectas concurrentes en un
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Introducción a l a Fotogrametría
punto, llamado punto de fuga, que se localiza encontrando la intersección del plano de la
imagen con una paralela al sistema de rectas considerado, trazada por el vértice de
proyección. La excepción son las rectas paralelas al plano de la imagen, cuyas
representaciones son también rectas paralelas, ya que la intersección definitoria se traslada
al infinito. (Fig).
Rectas paralelas, imágenes concurrentes
2.3 LA VISIÓN NATURAL
Por lo que a la mecánica de la cámara y del ojo se refiere, la mayor diferencia que existe
entre ellas es el sistema de enfoque. En la cámara el enfoque se realiza variando la distancia
focal para separar el objetivo de la película en función de las variaciones de distancia entre el
objetivo y el objeto; en el ojo, el cristalino, que no es un objetivo rígido, varia su curvatura por
acción muscular, y la acomoda a la distancia precisa.
Las determinaciones de distancia, que en la cámara realiza el telémetro, el ojo las evalúa
en función de su capacidad de percibir el relieve.
El ángulo de campo del ojo tiene una zona central, variable en cuanto a posición, puesto
que el ojo gira dentro de su órbita, pero de un valor angular fijo próximo a los 60". Sin
embargo no hay en el ojo la limitación total de la cámara, que no percibe nada fuera de su
ángulo de campo; por el contrario, este ángulo central de visión bien definida está rodeado
por otro más amplio de visión menos clara, pero susceptible de acusar detalles capaces de
estimular su atención y conseguir que el ojo cambie de posición, de modo casi automático,
para dirigirse hacia el motivo de su alarma. No hay que olvidar que el ojo es el órgano de la
visión y que este es el sentido más agudo de la especie humana, encargado no solo de
transmitirnos la información de nuestro entorno, sino de procurar la necesaria para garantizar
la subsistencia de la especie, tanto avisando de peligros, como de la presencia de objetos
deseables.
- 23 -
Introducción a l a Fotogrametría
El factor ángulo de campo resulta muy mejorado además por la doble visión y por la
estereoscopia que esta genera. La profundidad de campo está en el ojo menos condicionada
que en la cámara, pero no es tan total como en principio parece, especialmente cuando la
vista se concentra en un objeto muy próximo, sin embargo supera las limitaciones que la
cámara tiene en este sentido.
Fácilmente podrían establecerse semejanzas entre las aberraciones ópticas y los defectos
del ojo humano; no es por casualidad que el astigmatismo se da en ambos casos; las lentes
de aproximación aplicables a una cámara son asimilables a la lupa que se emplea para ver
detalles cuya pequeñez excede los limites de la agudeza visual el teleobjetivo cumple la
misma función para la cámara que el anteojo para la visión natural.
En cuanto a la apariencia del mundo exterior que el ojo proporciona, es evidente que las
construcciones geométricas indicadas coinciden con el sistema de imágenes que nuestros
ojos nos muestran.
Los conocidos efectos visuales, según los cuales las rectas paralelas parecen converger
en el horizonte, las diferencias de tamaño aparente de los objetos en función de la distancia,
fueron el origen de los estudios de la Perspectiva y la Proyectiva, iniciados precisamente por
los pintores deseosos de interpretar el mundo del modo en que todos lo vernos. (Fig)
Lo que los pintores encontraron estudiando la geometría, la cámara fotográfica lo resuelve
aplicándola directamente con su sistema óptico.
Un estudio de perspectiva de Leonardo Da Vinci
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Introducción a l a Fotogrametría
2.4. LA VISIÓN FOTOGRÁFICA
Por estas causas, la fotografía, como reproductora de imágenes conocidas, no tiene
dificultades de aceptación, en tanto haya sido obtenida con objetivos normales y se haya
tornado desde un punto de vista habitual. Sin embargo el uso de objetivos especiales causa
deformaciones. Se ha comentado también que el punto de vista original de las fotografías
aéreas es sorprendente para una mayoría de los observadores, no habituados a mirar el
terreno desde su vertical, aunque no hay diferencia entre ellas y la imagen visible desde un
avión mirando hacia el suelo.
En cualquier caso, la comprensión de una foto aérea o de un esquema geométrico
explicativo, requieren una cierta concentración e imaginación por parte del observador. El
orden expositivo de los capítulos siguientes tiende a facilitar esta interpretación, avanzando
progresivamente desde la imagen horizontal, equivalente a la visión habitual del mundo por
parte de un hombre en pie que mira al frente, hasta la imagen vertical, propia de un
observador aéreo, pasando por las oblicuas que corresponden a los distintos panoramas
visibles desde una torre, para quien comience mirando a lo lejos y agache progresivamente la
cabeza, hasta ver el pie del edificio.
2.5 CÁMARAS AÉREAS
Aunque la fotografía oblicua no ha desaparecido, e incluso es muy empleada en algunas
aplicaciones de fotointerpretación, en la mayoría de los casos se trabaja sobre fotografías
verticales de gran formato, tomadas con cámaras especiales: en cuanto a la fotogrametría, no
hay excepciones, siendo usadas siempre las verticales. La obtención de las fotografías
aéreas verticales se realiza mediante cámaras especiales, que no difieren en lo esencial de
las restantes, pero tienen algunas particularidades propias que es preciso destacar.
Entre las primeras cámaras específicamente construidas para su empleo desde el aire,
hay que recordar las construidas en 1885 por los franceses Tissandiery Ducom, con focal de
360 mm.
En 1911 se construyeron en Francia cámaras con focales de hasta 120 cm, y formato 18 x
24 cm, para su empleo en reconocimientos militares, que seguían en funcionamiento al
comienzo de la Primera Guerra Mundial. Durante esta guerra, se emplearon además las
cámaras alemanas Ernemann (focal 250 mm, formato 13 x 18, peso 5,8 Kg), Ica (focal 500
mm, formato 13 x 18, peso 9 Kg) y Goerz (focal 1.200 mm, capaz de obtener fotos desde
4.000 m de altura, a escala 1 /1.333); y las británicas Aero P, de R.W. Munro, con placas de 4
x 5" y objetivos de 8.5 y 10.5". En todas ellas la carga de negativos y el disparo eran
manuales y debían efectuarse para cada exposición.
- 25 -
Introducción a l a Fotogrametría
Las cámaras empleadas en la Segunda Guerra Mundial no diferían mucho de las actuales,
empleaban ya película en rollo, y se utilizaban desde aviones especialmente diseñados, que
en general eran versiones desarmadas de aviones de caza o bombarderos ligeros, equipados
para el vuelo a grandes alturas, o para el reconocimiento rasante a gran velocidad. Todos los
países contendientes desarrollaron aviones y cámaras propias.
En la actualidad la toma de fotografías aéreas es una práctica habitual y ha desaparecido
del proceso toda improvisación; aviones y cámaras son especialmente equipados para
realizarlas y el personal que maneja unos y otras es profesional.
Por su apariencia, lo más notable de estas cámaras es su gran tamaño y peso,
correspondientes a las dimensiones del cliché que impresionan, también muy superior en
dimensiones a los habituales, pero las características más importantes son internas y están
relacionadas con las condiciones que las fotos deben cumplir para su empleo. Para evitar
vibraciones, conseguir una verticalidad más segura y poder girarlas sobre si mismas si así
conviene, las cámaras se fijan al piso del avión sobre un sistema de acoplamiento que incluye
una suspensión cardan. La cámara queda íntegramente en el interior del avión; sólo el
objetivo asoma al exterior a través de un orificio practicado en el piso. Este contacto del
sistema óptico con el aire frío exterior puede producir condensaciones, que se evitan por
distintos medios.
CÁMARA AÉREA AUTOMÁTICA WILD RC8
2.5.1. -OBJETIVOS.- Los objetivos montados en las cámaras aéreas son de la mejor calidad
conseguida en óptica, muy luminosos y prácticamente exentos de distorsiones. Van atojados
en un cono metálico intercambiable, que permite su sustitución rápida y sencilla, incluso en
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Introducción a l a Fotogrametría
vuelo.
Las distancias focales varían entre 85 y 305 mm (12"), siendo las más frecuentes 152 mm
( 6 " ) y 210 mm. (8.2") Para vuelos de gran altura hay tele-objetivos de él0 mm (24").
El ángulo de campo oscila entre valores del orden de 60° y 90°, aunque hay gran
angulares de 120° y teleobjetivos de 30'.
OBJETIVO PLEOGON 5,6/153
OBJETIVO A VIOTAR 4,2 /210
2.5.2. - OBTURADORES Los obturadores son de un tipo especial, consistente en un sistema
de laminillas circulares rotatorias, con una sección recortada, a las que un motor mantiene en
giro constante, regulando el tiempo de coincidencia de las posiciones recortadas ante el eje
óptico. Este mecanismo permite una gran exactitud en el control de tiempos de exposición, en
la apertura y cierre instantáneos, y en el intervalo entre exposiciones. Sus tiempos de
exposición tienen un margen que va desde 1: 50 hasta 1: 1.000, siendo los utilizados con
más frecuencia los del orden de 1: 200 a 1: 500.
OBTURADOR DE FLOTACIÓN CONTINUA 'Aerotop"
2.5.3. - TIEMPOS DE EXPOSICIÓN. EL FLOU. Las velocidades de exposición están
condicionadas por la velocidad de vuelo, que en el caso de los aviones fotográficos civiles
suele ser inferior a los 360 Km. /h, es decir, 100 m / seg. : a esta velocidad, en 1: 50 de seg.
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Introducción a l a Fotogrametría
El avión recorre 2 m; en 1:200, medio metro; en 1:500, 20 cm; y en 1: 1.000, 10 cm. La
relación entre estos desplazamientos y el movimiento relativo respecto a la imagen depende
de la escala y a su vez esta es función de la altura de vuelo. Como se verá más adelante. Un
sencillo cálculo demuestra que la traslación carece de importancia en la formación de la
imagen y que el "efecto flou", no es preocupante. Este efecto, correspondiente al que en
fotografía normal se llama "movimiento") no debe superar al desplazamiento de un punto de
la imagen en más de 1/20 mm = (0,05mm)
En el caso de los aviones militares de reconocimiento fotográfico, las velocidades son mucho
mayores, sobrepasando en algunos casos ampliamente la del sonido, pero en cambio las
alturas de vuelo son muy grandes, las escalas pequeñas y los desplazamientos en apertura,
tampoco son significativos.
Para aminorar el efecto flou, algunas cámaras disponen de un mecanismo que desplaza
la película en sentido contrario al del vuelo; reduciendo el espacio recorrido durante la
impresión. estos mecanismos se conocen por sus siglas inglesas FMC (Forward Motion
Compensation), y están dotadas de ellos las últimas cámaras de Zeiss Jena, Zeiss
Oberkochen, Wild y CIIGAiK. Incluso se ha previsto otra compensación lateral, con un
estabilizador giroscópico, llamado AMC (Angular Motion Compensation). De este modo es
posible. Aumentar la altura de vuelo, sin que la disminución de escala ejerza un efecto de
aumento lineal, con el consiguiente ahorro de fotos.
La siguiente tabla, fácil de construir para cualquier velocidad, muestra los limites dentro
de los que es posible emplear cada tiempo de exposición, según la velocidad del avión y la
escala media de la fotografía:
Exposición
1/100
1/200
1/500
1/1.000
E.a 360Km/h
1m
50 cm
20 cm
10 cm
a 1/5.000
0,2mm
0,1mm
0,04 mm
0,02 mm
a 1/10.000
0,1
0,05
0,02
a 1/30.000
0,03
0,015
0,006
0,003
a 1/60,000
0,015
0,007
0,003
0,001
- 28 -
0,01
Introducción a l a Fotogrametría
Los objetivos empleados en las cámaras aéreas permiten el uso indistinto de diferentes
tipos de película, aunque para la utilización de algunos sea necesario emplear filtros
especiales. Con el dato de la sensibilidad de la película y su propia lectura de la luz
ambiental, las cámaras seleccionan automáticamente el diafragma, manteniendo la
mínima velocidad aconsejable. Las cámaras más antiguas no disponían de este equipo y
era necesario emplear exposímetros, análogos a los fotómetros ya descritos; en cuanto a
las primitivas, no tenían diafragma, porque la luminosidad escasa de sus objetivos
obligaba a emplearlos siempre en su máxima abertura. El progreso habido tanto en la
óptica, como en la sensibilidad de la película, ha hecho necesario añadir este
mecanismo..
No hay en cambio sistema de enfoque, por no ser necesario, ya que las tomas se
efectúan siempre a alturas muy superiores a las distancias consideradas en fotografía
como infinitas. En estas condiciones, la profundidad de campo cubre en con-secuencia
ampliamente las diferencias de distancia desde los puntos más próximos a los más
alejados del terreno retratado y toda la imagen es nítida.
La altura de vuelo de los aviones fotográficos los lleva a operar en zonas muy frías de
la atmósfera, por lo que los aviones modernos suelen tener su interior a presión y
temperatura reguladas, con el fin de evitar que las diferencias térmicas entre la cámara y
el terreno produzcan efectos de contracción en las lentes y en la emulsión. En algunos
casos se emplea un sistema de calefacción constante para la cámara.
2.5.4. -PLACA DE PRESIÓN.- El control de la profundidad de foco tiene en estas fotos
una importancia extraordinaria, ya que de la posición correcta de la película en el plano
focal depende el cumplimiento de las relaciones geométricas de que se tratará más
adelante. Se consigue la posición correcta mediante una placa de presión al vacío.
2.5.5. -FORMATOS.- Las dimensiones totales del negativo son unos centímetros mayores
que el espacio útil de cada exposición. Los más frecuentes de estos suelen ser 18 x 18
cm, o 23 x 23 cm (9" x 9"), como espacio útil, pero cada imagen registra además un marco
que contiene una serie de informaciones propias de la cámara y otras referentes a la
propia foto. En consecuencia, las dimensiones del papel son superiores en algunos
centímetros a las del campo de la foto.
2.5.6. -EL MARCO Y SU INFORMACIÓN El recuadro que limita la fotografía está
perfectamente definido mediante un marco cuadrado, que en el centro de cada lado tiene
una muesca o flecha, destinada a la localización gráfica del centro geométrico de la
imagen; en ocasiones hay otras marcas auxiliares para el mismo fin, llamadas marcas
fiduciarias.
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Introducción a l a Fotogrametría
En los laterales de este marco hay una serie de instrumentos, cuyas indicaciones
tienen gran importancia para el empleo de la foto; figuran entre ellos un nivel de burbuja,
que permite conocer la horizontalidad de la placa, o lo que es lo mismo, el valor de la
verticalidad del eje óptico; un altímetro, con lectura directa de las decenas de metros
sobre el nivel del mar; un reloj con segundero; un contador de exposiciones, que asigna
número a cada fotografía. En una ventana fija están los datos propios de la cámara, con la
distancia focal aproximada a la centésima de milímetro.
A título complementario hay otros espacios libres, que permiten registrar el nombre del
organismo propietario del vuelo, la empresa que lo realiza, el nombre del piloto, la fecha,
la denominación de la zona o el número de la hoja del mapa a que corresponde, el
número del vuelo y de la pasada.
Algunas cámaras tienen también una cuadricula de fondo, que aparece en todas las
exposiciones y se utiliza para determinación geométrica de puntos, o como referencia en
exploraciones de la fotografía.
2.5.7. INTERVALO ENTRE EXPOSICIONES.- Es posible conocer el espacio recorrido por
el avión en un cierto tiempo a partir de su velocidad, que es un factor controlable.
Contando con esta posibilidad, al establecer el plan de vuelo, de que se había más
adelante, puede calcularse el tiempo que debe transcurrir entre dos exposiciones
consecutivas. Un mecanismo regulador, llamado intervalo metro, permite fijaren la cámara
la cadencia entre disparos, que puede efectuarse automáticamente, aunque en el caso de
realizarse un vuelo con fotógrafo no es necesario su empleo, prefiriéndose el disparo
manual, controlado mediante otro instrumento auxiliar, que es el visor telescópico. El
intervalo mínimo entre exposiciones suele ser de dos segundos, tiempo en el que el motor
encargado del paso de la película enrolla el espacio impresionado, situando ante el
objetivo el nuevo disponible para el disparo siguiente.
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Introducción a l a Fotogrametría
2.5.8. VISOR TELESCÓPICO.- Es una especie de periscopio adosado a la cámara, a
través del cual el observador vigila el recorrido del avión sobre el suelo, para accionar el
disparador en el momento preciso en que se encuentra sobre la vertical del punto
deseado. El intervalómetro, le permite ver unas marcas cuyo desplazamiento señala el
solape previsto; el operador puede controlar así el recubrimiento, utilizando un mando que
acciona el disparador en sincronía con unas marcas desplazantes que corresponden al
recubrimiento deseado y a las que debe hacer coincidir con otras que muestran el paso
del
REGULADOR DE RECUBRIMIENTO
2.5.9. -CONTROL DE VERTICALIDAD. Puesto de manifiesto por la imagen del nivel,
como garantía de calidad, está asegurado por un sistema estabilizador de suspensión
cardan, que elimina además las vibraciones del avión.
2.5.10. -CALIBRACIÓN DE LAS CÁMARAS.- En el Capítulo 3 se trata de la relación
métrica que existe entre la altura de vuelo y la distancia focal de la cámara, en la que se
funda toda la serie de relaciones que hacen posible el empleo de la fotografía aérea para
efectuar mediciones. Todo depende de una semejanza de triángulos, uno de los cuales,
el interior a la cámara, tiene como cateto vertical la distancia focal, medible en
milímetros: en cambio en el exterior, el cateto correspondiente es la altura de vuelo, que
puede medir cientos o miles de metros.
Siendo la proporción entre ambos factores tan desfavorable a la cámara, la única
posibilidad de que las relaciones establecidas sean válidas consiste en la garantía de una
calidad excepcional en la cámara, no sólo en las lentes de su objetivo, sino en la distancia
entre ellas y la que le separa del plano focal, es decir es necesario un control exacto de
las dimensiones internas de la cámara.
- 31 -
Introducción a l a Fotogrametría
Simplificación Geométrica
Condiciones reales
Los puntos nodales O’ y O’’ sustituyen de hecho al
teórico punto O. La determinación de la distancia focal
OP se convierte en un problema óptico.
CALIBRACIÓN DE LA CÁMARA
Por otra parte, aun cuando en todos los esquemas explicativos se supone la existencia de
un foco de proyección que es vértice de dos ángulos opuestos en él, la realidad óptica es
distinta y ambos ángulos no son en realidad coincidentes. (Fig.); además, estos dobles
focos de proyección, llamados "puntos nodales", tampoco son únicos, y debe
determinarse su posición para distintos pares de puntos.
El fabricante calibra cada cámara antes de ponerla a la venta, pero esta operación
debe realizarse también con posterioridad, con la periodicidad que se establezca.
El calibrado completo debe comprender una serie de operaciones, que son:
a)
Determinación de la distancia focal del objetivo, con aproximación de la
centésima de mm.
b)
Determinación de su poder separador.
c)
Situación de la posición del punto principal de la placa respecto a las marcas
que le localizan.
d)
Evaluación de las distorsiones radiales y tangenciales.
e)
Comprobación de la planeidad del plano focal.
f)
Comprobación de las posiciones relativas entre las marcas fiduciarias.
g)
Si la cámara tiene cuadricula de referencia, hay que determinar además las
posiciones de las cruces respecto a las marcas.
Como puede suponerse, la realización de estas determinaciones sólo está al
alcance de laboratorios ópticos dotados de un instrumental de muy alta precisión. En
España la garantía de esta operación es de sólo dos años, y siendo necesario repetiría
con tanta frecuencia, se trata de encontrar procedimientos menos engorrosos y
suficientemente fiables. El método ensayado consiste en la toma periódica de
- 32 -
Introducción a l a Fotogrametría
fotografías de un campo de pruebas, en el que hay materializadas una serie de
señales, cuyas coordenadas están calculadas con precisión. Las placas resultantes
son estudiadas y medidas para contrastar las posiciones resultantes con las correctas.
2.6. EL PROYECTO DE VUELO
2.6.1. –RECUBRIMIENTO Y PASADAS
Se llama proyecto de vuelo al conjunto de cálculos previos a la realización de un vuelo
fotográfico, mediante los cuales se organiza la operación para conseguir el fin propuesto,
con las condiciones establecidas.
El vuelo fotográfico se realiza a una altitud que debe calcularse en función de la escala
deseada y de la distancia focal de la cámara , pero además debe cubrir con sus imágenes
un cierto territorio y es preciso que cada foto tenga una zona común con las contiguas.
Para cumplir estas condiciones, el avión fotográfico debe volar a altura constante,
siguiendo una ruta predeterminada, y a velocidad constante, para realizar sus disparos
con intervalos regulares que se correspondan a recorridos iguales.
Otro cálculo previo es el de la hora de vuelo, relacionado con la altura del Sol sobre el
horizonte, que es función de la latitud, de la fecha y la hora. Su resolución precisa de unas
tablas astronómicas: pero como en general se prefieren las fotos con poca sombra, se
intenta volar hacia el mediodía.
RECUBRIMIENTO LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL
Pasada 1 (fotos 1 a 5), pasada 2 (6 a 10)
Teniendo en cuenta las dimensiones de las bobinas, lo normal es que todas las
fotografías de un mismo vuelo están en un solo rollo, cuyo numero de identificación
aparecerá rotulado en todas; en cambio un solo vuelo comprenderá habitualmente más de
una pasada, denominación que se da a cada travesía cruzando la zona a fotografiar.
también las pasadas se numeran para facilitar los trabajos posteriores.
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Introducción a l a Fotogrametría
Cada fotografía tiene una parte común con la anterior, a la que se llama "zona de
recubrimiento", expresándose su valor en porcentaje de la superficie de la foto. En otro
capítulo veremos que para conseguir la visión estereoscópica en todo el territorio volado,
es necesario que el recubrimiento lateral sea mayor del 50 %, para que en cada foto
aparezcan los puntos centrales de las dos contiguas. Son frecuentes los recubrimientos
del 60 %.
También las pasadas deben solaparse, en este caso no por razones estereoscópicas,
sino como garantía de que ninguna zona del territorio quede sin retratar; este
recubrimiento transversal puede ser mucho menor, bastando un solape del 20 %.
2.6.2. -EL EJE DE VUELO.- En la preparación del vuelo fotográfico, siempre que es
posible se empieza marcando sobre un mapa la zona que se fotografiará. Una vez
calculada la dimensión del territorio correspondiente a cada foto en la escala del mapa, se
indican sobre este los ejes de vuelo de cada pasada, cuidando de mantener el
recubrimiento transversal previsto. Sobre los ejes de vuelo y a los intervalos regulares que
correspondan al recubrimiento propuesto, se marcan los puntos sobre cuya vertical
deberá realizarse la exposición de la película.
EFECTO DE LA DERIVA
Superficie útil obtenida
Durante el transcurso del vuelo, es posible que vientos laterales desvíen levemente al
avión, que debe corregir la deriva y mantenerse sobre la línea prevista. En ocasiones, el
avance se mantiene rectilíneo, pero el avión vuela oblicuamente y los solapes laterales
quedan escalonados. Para compensar este efecto, que en la práctica reduce la anchura
útil de la pasada, el fotógrafo dispone de un mecanismo compensador, que le permite
girar la cámara sobre su soporte del modo conveniente. (Fig.).
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Introducción a l a Fotogrametría
En un vuelo perfecto, el punto central de cada fotografía coincidirá con el punto propuesto,
todos estos puntos estarán sobre la misma recta en cada pasada, y las pasadas serán
rigurosamente paralelas.
Para marcar sobre una fotografía el eje de vuelo de la zona que recubre, se señalarán
en ella, además de su punto central o "principal", las imágenes correspondientes a los
puntos principales de las contiguas, uniendo a continuación todos ellos.
2.6.3. -DISTANCIA ENTRE PUNTOS PRINCIPALES: FOTOBASE- La distancia entre
estos puntos es el factor que condiciona el recubrimiento. Expresando la distancia entre
centros en tanto por ciento de la longitud del lado del cliché, resulta que este valor es
complementario del recubrimiento, pues la distancia entre centros es igual a la que hay
entre los bordes delanteros de cada fotografía, y esta ultima es el complemento del
solape. (Fig.)
Cuando el terreno es horizontal, la distancia entre centros, es idéntica en las dos
fotografías, y es la reducción a escala (fotobase), de la distancia recorrida en el espacio
por el avión entre ambos disparos (base).
2.6.4. -LAS CONDICIONES AMBIENTALES.- El primer condicionante con que tropieza la
fotografía aérea es la presencia de nubes, o de modo más general, las condiciones
meteorológicas, que hacen que el vuelo sea o no factible. Ciertas neblinas son superables
para las películas IR, pero su empleo no es frecuente, por lo que es más normal esperar
días favorables, habiendo dado lugar esta circunstancia a alusiones irónicas entre los
pilotos, que denominan humorísticamente a los que hacen vuelo fotográfico "pilotos de
buen tiempo". Naturalmente esto no cuenta con los de reconocimiento militar, que a los
inconvenientes meteorológicos deben añadir la antiaérea y la caza enemigas, que los
obligan a volar a grandes alturas, con el agravante de tener que mantener el eje de vuelo
previsto.
La presencia de nubes aisladas, que no dificultan el vuelo, pueden en cambio arrojar
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Introducción a l a Fotogrametría
sombras sobre el suelo, que serán distintas en cada foto, a veces con gran diferencia, si
hay viento de regular intensidad. Es un efecto muy molesto para el examen
estereoscópico de los pares de fotos.
Un techo homogéneo de nubes altas, no dificulta el vuelo, pero disminuye los
contrastes de la imagen, que resulta muy agrisada; lo mismo ocurre con neblinas bajas,
de poca intensidad, tanto producidas por evaporación, como por masas de arena en
suspensión, humo disperse de grandes incendios, contaminación, etc.
DESVIACIÓN DEL RAYO ÓPTICO
Entre las causas naturales inevitables que dificultan el vuelo fotográfico, hay que destacar
la refracción atmosférica, siempre existente, pero en valores cambiantes en función de la
presión y temperatura. Este problema es máximo en las capas bajas inmediatas al suelo,
que son las más caldea-das, y mínimo en las próximas al avión, donde el aire es siempre
muy frío. La consecuencia es que el rayo óptico, supuestamente rectilíneo, al que se
refieren todas las relaciones geométricas en que se basa la fotogrametría, es en realidad
una línea curvada que se aproxima a la vertical. Su cálculo teórico permitiría corregir la
posición de cada punto en una imagen exenta de esta distorsión, pero es prácticamente
inviable, porque la determinación estaría además en la hipótesis de una atmósfera en
equilibrio, situación completamente teórica. En el caso más favorable, sólo serviría para
conocer un valor medio aproximado de la desviación de los puntos, es decir un
establecimiento del orden de magnitud del error. (Fig.)
Como ocurre en Topografía y en Geodesia, el valor de la refracción se presenta
conjuntamente con otro, de tipo no ambiental, que es el de esfericidad. Sus signos son
contrarios, pero sus valores no llegan a compensarse, ya que el primero es mucho mayor
que el segundo. En el caso de la fotografía aérea, el valor conjunto carece de importancia
dentro de los límites de empleo, no obstante los fabricantes de instrumentos de restitución
fotogramétrica intentan eliminarlo con sistemas ópticos o mecánicos, pero su verdadera
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Introducción a l a Fotogrametría
presión la consigue el empleo de las coordenadas calculadas previamente para los puntos
de apoyo, a cuyos valores debe ajustarse la imagen durante las operaciones de
orientación.
2.6.5. - TIPOS ESPECIALES DE CÁMARAS
Las cámaras hasta aquí descritas son las llamadas métricas, empleadas en
fotogrametría, pero existen otros tipos de cámara utilizadas en fotointerpretación, sobre
todo con fines militares.
Las cámaras panorámicas toman fotos que cubren una zona transversal al eje de
vuelo, con un gran ángulo de campo. Dependiendo de la altura de vuelo cubren
extensiones de muchos kilómetros a ambos lados de él, aunque con una notable
deformación en los extremos.
Las cámaras de banda continua producen unas imágenes que carecen de las
propiedades geométricas de la fotografía, ya que no proceden de una proyección cónica.
En ellas, la película se mueve constantemente, pasando a través de una estrecha rendija
de longitud igual a la anchura que el rollo. La velocidad de paso de la película se
establece de acuerdo con la altura de vuelo y la velocidad del avión. (Fig.)
Las trimetrogónicas, como la Seis KA-106A, son combinaciones de tres cámaras, que
actúan simultáneamente: la central hace tomas verticales y las laterales tomas oblicuas.
Utilizadas en vuelos rasantes, permiten cubrir con cada disparo efectuado desde 90m,
una banda de 550 m transversal al eje de vuelo, por 260 en su dirección.
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Introducción a l a Fotogrametría
2.7. FOTOGRAFÍA AÉREA VERTICAL
El estudio de las fotografías aéreas verticales presenta un interés especial, porque son
las más empleadas, tanto en fotointerpretación como en fotogrametría, hasta el punto de
no ser necesario en la práctica cuando se habla de fotografías aéreas añadir que se trata
de verticales.
Por la misma razón apuntada al tratar de las fotografías horizontales, se llama
verticales a las toma-das desde aviones, con el eje en posición vertical, en tanto que su
plano fue horizontal y paralelo al del terreno.
A diferencia de las anteriormente estudiadas, que eran imágenes individuales, las
fotografías verticales forman series, realizadas con la intención de cubrir totalmente la
zona propuesta, con tos solapes necesarios para garantizar la estereoscopia, tanto si el
empleo previsto es la fotointerpretación con estereóscopo, como si se trata de la
realización de un mapa, con restituidor fotogramétrico.
Los distintos sistemas de ordenación y control ya vistos en el capitulo 4, se refieren
precisamente a estas fotografías.
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Introducción a l a Fotogrametría
2.7.1. GEOMETRÍA.- Comparando la configuración geométrica de la imagen con las
obtenidas en los casos anteriores, se descubren algunas diferencias importantes (Fig.):
Fotografía vertical
a) La línea del horizonte no es visible.
b) el punto nadiral coincide con el principal, y el isocentro coincide con ambos. La no
coincidencia denuncia la falta de verticalidad del eje óptico y la necesidad de
utilizar el rectificador.
c) Las prolongaciones de las imágenes de las rectas verticales concurren en el punto
nadiral.
d) Las imágenes de rectas paralelas en el terreno no concurren en. ningún punto de
fuga. Las paralelas del terreno son paralelas en la foto.
2.7.2. TRANSFORMACIÓN. Entre las condiciones antes indicadas, la necesaria
coincidencia entre el punto principal y el nadir no siempre es perfecta en los negativos,
pero tiene que serlo en las imágenes positivas que de ellos se obtienen. La ya expuesta
"condición de Scheimpflug", ideada para obtener imágenes enderezadas a partir de tomas
oblicuas, resuelve este problema por medios óptico-mecánicos. Este proceso se realiza
utilizando los aparatos llamados rectificadores o transformadores
2.7.3. -CONCEPTO DE ESCALA.- El concepto de escala no es aplicable con rigor a una
fotografía aérea; aun cuando en las explicaciones teóricas se hace uso de planos para
representar tanto la placa como el terreno, en las fotos reales rara vez la superficie del
suelo puede asimilarse a un plano y las circunstancias físicas no son comparables a las
teóricas.
En un mapa o en un plano, la escala es una relación constante entre longitudes del
objeto representado y de su representación; en una foto aérea, las dimensiones de dos
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Introducción a l a Fotogrametría
objetos iguales y situados sobre un mismo plano horizontal, son distintas en función de su
posición b dentro del campo de la foto; más clara es su diferencia si están en distinto
plano, porque es diferente su distancia a la cámara y se da entre ellos la misma relación
que la perspectiva impone en la fotografía horizontal.
Pero el terreno real tampoco está formado por una sucesión de planos escalonados,
sino que predominan en él las superficies inclinadas, y no cabe hablar de proporción entre
un segmento inclinado y su representación en el plano horizontal de la foto. Aparecen
además abatidas sobre el plano horizontal las imágenes de objetos verticales, tanto más
visibles cuanto más lejos están del centro de la foto. (Fig.)
AB y CD, oblicuas distintas, imágenes iguales.
Es evidente por todo lo anterior, que en una fotografía aérea no pueden efectuarse
mediciones, ni calcular superficies; sin embargo resulta necesario establecer de algún
modo una valoración entre el terreno y su representación fotográfica, a la que en un
sentido amplio y con toda clase de precauciones llamaremos también escala.
Para esta nueva definición, puede partirse del supuesto de un terreno horizontal, en el
que existe un segmento identificable, cuya imagen aparece en una foto rigurosamente
vertical. Sea el segmento AB, cuyos extremos distan del punto principal P las distancias
PA y PB, respectivamente (Fig.)
VP = H
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Introducción a l a Fotogrametría
Vp = f
ESCALA
Las imágenes correspondientes en la foto son ab, pa y pb, que conjuntamente con el
vértice de proyección, forman una serie de triángulos, en los que se verifica que :
ab / AB = pa / PA = pb / PB = f / H
llamando f a la distancia focal y H a la altura de vuelo.
La proporción entre segmentos es una escala, cuyo valor equivale al de la relación entre
la focal y la altura de vuelo: igualando esta fracción a otra de denominador unidad se
obtendrá el valor de la escala de la foto en el plano donde están P, A, y B. Para otro plano
la altura ya no sería H, sino un valor diferente, y la escala sería distinta.
Es evidente que en un terreno horizontal la escala es constante, en otro escalonado
hay una distinta para cada terraza y en un terreno accidentado, cualquier valor que se
determine será sólo una aproximación, que puede quedar establecida entre términos muy
dispares. (Fig.)
En la practica, la escala se establece antes de realizar el vuelo, determinando la altura
sobre el terreno a que éste se efectuaría; conocida la cota media, su valor incrementado a
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Introducción a l a Fotogrametría
la altura sobre el suelo, indica la altitud de vuelo sobre el nivel del mar. Debe tenerse en
cuenta esta circunstancia cuando se calculen escalas de fotos a partir de los datos que en
ellas estén registrados, es decir, el altímetro y la distancia focal.
Altura de vuelo
También es posible calcular de modo aproxima-do la escala de una foto partiendo de
datos identificables en ella, cuyas dimensiones o distancias puedan realizarse en un mapa
de escala conocida, o sobre el terreno. Necesariamente, los puntos con tos que se trabaje
deberán estar situados aproximadamente en la misma cota, ya que no es probable que se
encuentren en una zona horizontal. Es preferible que la zona elegida se encuentre hacia
el centro de la imagen, y conviene repetir la operación empleando distintos pares de
puntos, así como establecer el limite cometido en la determinación de la escala,
suponiendo una imprecisión en la medida efectuada en la foto. (Fig.)
Determinación de la escala
En todos los casos es necesario recordar que el valor de la escala de una foto aérea no
pasa de ser informativo y que su empleo en cálculos es inadmisible, no sólo por cuestión
conceptual, sino por que et margen de error, además de muy grande, no es valorable.
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Introducción a l a Fotogrametría
2.7.4. -IMÁGENES DE RECTAS OBLICUAS. Ya se ha visto que las rectas situadas en
planos horizontales se transforman en otras semejantes, que sus segmentos mantienen la
proporcionalidad que la escala del plano establezca, y que las series de paralelas en ellos
contenidas aparecen como paralelas, es decir, sin punto de fuga.
Por otra parte, los segmentos verticales se transforman en segmentos cuyas
prolongaciones concurren en el centro geométrico de la foto, punto en el que interceptaría
a su plano una vertical que pasara por el vértice. Este es de nuevo el procedimiento para
localizar el punto de fuga de cualquier sistema de rectas oblicuas que aparezcan en la
foto, posibilidad menos teórica de lo que parece, ya que los rayos de sol son rectas
paralelas, que si bien no resultan materializadas en las fotos, sí es visible en ellas su
consecuencia directa, que son las sombras que los objetos arrojan sobre el suelo.
Puntos de fuga de paralelas oblicuas
2.7.5. -PROBLEMAS GEOMÉTRICOS.- Una serie de postes verticales, tales como los
AA, BB, del dibujo, en una foto tomada desde et punto F, sobre la vertical de P, para una
alerta posición y altura del Sol, producen sobre el plano sombras paralelas y de longitudes
proporcionales a sus alturas, que en la foto conservarán ambas propiedades, porque el
plano de la foto y el del terreno son paralelos. En cambio, las dimensiones de los postes
dependerán de la posición que ocupen; igual ocurre si se trata de otras rectas verticales,
por ejemplo, las aristas de un edificio (Fig.)
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Introducción a l a Fotogrametría
Las rectas que unen los extremes superiores de los postes y los extremes de las
sombras corresponden a rayos solares, es decir a un sistema de rectas oblicuas y
paralelas en el espacio, que tienen un punto de fuga localizable en el plano de la imagen y
determinado por el rayo que pasa por el punto F. Este rayo corta al plano de la foto en S,
punto de fuga de los rayos solares, en el que concurren las imágenes de todos ellos. Las
imágenes de los rayos pueden obtenerse uniendo las cabezas de tos postes con tos
extremos de sus sombras.
Verticales concurrentes, sombras paralelas
El punto S, puede aparecer materializado en la foto, porque en él estará la sombra del
vértice de proyección, es decir del foco de la cámara, y por consiguiente, la del avión que
la transporta. (Fig.)
La realización de problemas gráficos tiene un gran interés desde el punto de vista
didáctico, pero requiere la utilización de datos muy exagerados, con suposiciones de
vuelo poco reales, especialmente en lo que se refiere a las alturas, que para hacer posible
las construcciones, deben su-ponerse muy bajas. Exceptuando esta salvedad, la
resolución de este tipo de ejercicios es altamente formativa y muy útil para la posterior
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Introducción a l a Fotogrametría
interpretación de figuras geométricas en las fotografías, que no debe olvidarse son las de
todas las construcciones humanas. Si se considera que son precisamente estos detalles
el objeto preferente tanto de la fotointerpretación como de la fotogrametría, queda más en
evidencia la utilidad de su realización.
No es en cambio posible en la practica la aplicación de estas propiedades para
efectuar mediciones sobre fotografías, en las que para empezar, no existe un plano
horizontal de referencia, hipótesis de partida en todos los ejercicios gráficos..
2.7.6. -LAS SOMBRAS EN LAS FOTOGRAFÍAS VERTICALES. En todo el estudio
geométrico realizado hasta aquí se parte del supuesto de un terreno horizontal, pero en la
realidad pocos terrenos lo son y las condiciones reales son distintas y menos favorables.
La longitud de la sombra de postes o árboles, no depende solo de su altura y su
posición porque también cuenta la configuración del suelo sobre el que se proyectan.
(Fig.)
Dirección de las sombras
Un objeto vertical situado en el punto principal, estará reducido a un punto que proyecta
sombra, mientras que otro emplazado en el punto de fuga de los rayos solares, podrá
tapar la suya con su imagen. Las ondulaciones del terreno alargan y acortan las sombras
de un modo muy engañoso.
En cuanto a las sombras de las nubes, pueden aparecer en la foto, aunque la imagen
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Introducción a l a Fotogrametría
de la nube causante esté fuera de ella, ya que caen donde las conducen los rayos
solares. La imagen de la nube, cuando aparece, no esté sobre su sombra, ni en la
proyección ortogonal de la propia nube, sino desplazada, por corresponder a un objeto
situado a mayor altura que el terreno. La nube y su sombra ( o un avión y la suya), miden
en realidad lo mismo de extreme a extreme, pero al estar a distinta distancia de la cámara
aparecen en la imagen en diferentes escalas. Su relación de dimensiones puede servir
para calcular su altura sobre el suelo.
Por lo que se refiere a la sombra del avión fotográfico, su aparición en imagen depende
del ángulo de campo y de la altura del sol. Como las fotos aéreas se suelen realizar hacia
el mediodía, la altura del sol queda definida por la conocida expresión 90° - Φ + δ, en la
que Φ es la latitud del lugar y δ la declinación solar. Como el ángulo de campo suele ser
de 60°, la sombra del avión, si la foto se ha tornado a mediodía, aparecerá cuando la
altura del sol supere los 60°. En latitudes de 40°, será visible desde que el valor de δ
supere los 10°, es decir entre mediados de abril y de agosto. (Fig.)
α < 60°, sombra dentro.
α' < 60°, sombra fuera.
3- VISIÓN ESTEREOSCÓPICA Y PARALAJE
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
3.1. VISIÓN ESTEROSCÓPICA NORMAL Y LA PERCEPCIÓN ARTIFICIAL.
Se denomina estereoscopía a la capacidad humana de percibir el relieve y la distancia,
mediante la visión duplicada de los objetos que obtenemos con nuestros dos ojos. Se
trata de una condición natural a la que habitualmente no se concede importancia, pero
que tiene una gran trascendencia, porque condiciona la capacidad de cada especie
animal para su desarrollo en la Naturaleza.
No es casual que el sistema de visión duplicada exista en la mayor parte de los
animales, pero precisamente de la mayor o menor perfección que en cada especie
alcanza, depende su género de vida y sus posibilidades de subsistencia. La visión
duplicada no supone una repetición de imágenes percibidas, sino una asociación de dos
imágenes muy próximas, pero distintas, ya que cada ojo ve el territorio desde su propia
posición. Del contraste de las dos imágenes nace la capacidad de determinación estimada
de la distancia: lo mismo ocurre con la doble percepción de los sonidos, pero siendo el
Hombre un animal cuya vista está mucho más desarrollada que el oído, hace menor uso
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Introducción a l a Fotogrametría
de la localización por este sentido.
Como paso previo al análisis de la visión estereoscópica en el sentido en que afecta al
objeto de este estudio, es interesante reflexionar sobre su efecto en distintas especies
animales, para comprender hasta que punto el Hombre ha debido suplir sus insuficiencias
naturales y ha tenido que recurrir a su inventiva para superarlas. Comparando las
conductas y capacidades de acción de unos animales excepcionalmente bien dotados,
con las de otros cuya capacidad estereoscópica es mediocre, se encuentra la explicación
de sus modos de vida, de sus limitaciones y del modo en que las superan.
Es sabido que los monos arborícolas pueden salta de rama en rama, a veces a
distancias muy largas, alcanzando siempre su objetivo. Indudablemente, la selección
natural impone la muerte del animal cuyos músculos son deficientes, lo mismo que la
impone si lo que falla es la vista.
El halcón, cuya capacidad visual es extraordinaria, y cuyo sistema de caza es la
captura de aves en vuelo, no sólo distingue a sus presas en el aire a gran distancia y
evalúa correctamente su posición sin disponer de referencias en el entorno, sino que
durante la aproximación, que realiza a una velocidad enorme, corrige constantemente la
distancia hasta reduciría a cero, controlando la colisión para no matarse también en el
choque.
En ambos casos se trata de animales cuyos ojos son muy grandes y están situados en
posición frontal, con un campo de visión común muy amplio.
Situación muy distinta es la de aquellos animales cuyos ojos están situados en
posición lateral y tienen un campo de visión doble muy pequeño y con comienzo a alguna
distancia de su cabeza. Es conocida la capacidad de las gallinas para distinguir comida a
algunos metros y su dificultad para picarla cuando llegan sobre ella, porque el alimento
situado ante su pico está fuera de su alcance óptico.
DOS ESpecies animales de gran tamaño son víctimas del hombre a causa de sus
deficiencias visuales; la ballena y el toro. A causa de su potencia, no tienen enemigos
naturales y su alimentación no precisa de una localización exacta. En el caso de la
ballena, la posición lateral y retrasada de sus ojos no dificulta su sistema alimenticio, ya
que traga plancton filtrando el agua sobre la marcha, no tiene enemigos naturales de los
que deba protegerse o a los que ataque; únicamente el hombre encuentra ventaja en
esta deficiencia natural, que le permite aproximarse a ella hasta distancia de arponeo,
aun corriendo el riesgo de ser alcanzado por un coletazo. En cuanto al toro, aunque
normalmente no es un animal agresivo para el hombre, su posible embestida es muy
peligrosa si comienza desde algunos metros de distancia, evaluando correctamente la
posición, ya que su carrera en ataque es muy rápida; sin embargo su deficiente visión
estereoscópica a corta distancia hace posible incluso la lidia, en la que sistemáticamente
es engastado y muerto, pese a la desproporción de tamaño, tuerza y armamento.
El equipo estereoscópico natural humano no es de tan buena calidad como el de los
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Introducción a l a Fotogrametría
monos o los halcones, pero satisface las necesidades naturales de la especie. La zona
de visión conjunta empieza aproximadamente en la punta de la nariz, pero la distancia
mínima de enfoque se encuentra a unos veinte centímetros de la cara; la distancia
máxima en que la visión distinta de cada ojo permite evaluar diferencias supera los den
metros, aunque sin precisión. Tanto para las necesidades de búsqueda de comida
vegetal o animal, como para las de percepción de enemigos naturales ante los que sea
precise huir, esta capacidad visual es suficiente para el desarrollo de la vida humana en
estado natural.
Sin embargo, el hombre ha desarrollado un sistema de vida alejado de las condiciones
naturales que ha producido unas necesidades imposibles de resolver con sus sentidos, y
ha debido crear instrumentos capaces de mejorarlos. La óptica permite mediante el
empleo de lentes apropiadas, ver objetos de dimensiones no perceptibles para el ojo,
sea por su pequeñez o por su distancia; instrumentos óptico mecánicos, como los
telémetros, permiten medir distancias mucho mayores que las naturales y además con
evaluación exacta.
3.2. LA PARALAJE
La percepción de distancia, solo se realiza en la zona de visión común a los dos ojos, la
diferencia de posición que para un mismo objeto encuentran ambos actuando por
separado es lo que se llama diferencia de paralaje.
Analizando el mecanismo de la visión binocular se llega a establecer la existencia de
una relación entre la percepción del relieve y la distancia y la doble visión. La separación
que hay entre ambos ojos (distancia Jintei Buoijar), hace que los rayos visuales que
parlen de ambos hacia un objeto situado en el infinite sean paralelos, pero converjan
sobre objetos próximos. La distancia en que en la práctica deje de producirse la
convergencia determinará el alcance útil del mecanismo visual para evaluar distancias, es
decir situará la posición hasta la que el sentido de la vista tiene su pleno rendimiento.
Considerando el asunto con un planteamiento geométrico, la determinación de la
distancia a un objeto aparece como función de la distancia interpupilar y el ángulo de
convergencia de las visuales, llamado ángulo paraláctico. (Fig.)
Base y distancia
Obviamente para cada individuo la distancia interpupilar es constante y conocida de su
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Introducción a l a Fotogrametría
cerebro.
Suponiendo para simplificar, que el triángulo formado por las visuales y la distancia
interpupilar es isósceles, el valor de la tangente del ángulo paraláctico es:
tg (α/2) = (b/2) / d
y la distancia al objeto:
d = (b/2) / tg (α/2) = (b/2) * cotg (α/2)
Puede suponerse que el cerebro calcula las distancias partiendo del conocimiento de b
(distancia interpupilar propia) y de la medición del ángulo a, que deduce de la
convergencia de las visuales. Cuando no sea capaz de medir, no podrá determinar
distancias.
Es sabido que la visión estereoscópica humana tiene límites a los que ya nos hemos
referido, pero más importante que la medida precisa de distancia es la percepción de
diferencias de distancia, de la que nace la sensación de relieve. En la vida real, aparte de
las conclusiones que a continuación se exponen, a la hora de calcular intuitivamente
distancias acuden en ayuda del observador sus experiencias anteriores, las relaciones de
tamaños aparentes, la percepción de detalles, etc. En cualquier caso, la capacidad de
percepción es un factor personal, y hay individuos naturalmente mejor dotados que otros,
es decir, con mayor agudeza visual, llamando así a la capacidad de percibir diferencias
entre ángulos paralácticos y en consecuencia, de evaluar diferencias de distancia.
Suponiendo un incremento de distancia ∆d, sobre la distancia antes determinada, su
valor puede expresarse como:
∆d = (b/4 + d2) ∆α
para cuyo cálculo puede prescindirse de b/4, ya que valdrá sólo unos pocos centímetros.
Experimentalmente se conoce que los valores más frecuentes para α = 20", aunque
hay individuos que alcanzan a distinguir diferencias de 5". Para un cierto observador, cuya
b es constante, los valores de d necesarios para la percepción de ∆d, son cada vez
mayores cuando d aumenta.
Supongamos un valor de b = 8 cm, que es mayor de lo normal, y una agudeza de 20";
para una distancia de 8 m :
∆d = (d2 / 8) * 1/6800 = 80000 / 6800 = 12 cm
Pero si la distancia aumenta a 80 m, ∆d = 1.200 cm = 12 m. El valor de ∆d, crece con el
cuadrado de d, por lo que le supera pronto.
Estas son las condiciones de la visión natural, que pueden alterarse con el empleo de
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Introducción a l a Fotogrametría
instrumentos ópticos, capaces de aumentar el valor de b. Utilizando un telémetro de 80
cm de separación entre visuales, el mismo observador de 8 cm de distancia interpupilar y
agudeza 20", a la distancia de percibirá:
∆d = ( 20 + 7002 / 80) * 1 / 6800 = 9 mm
es decir incrementará la sensación de relieve en más de diez veces.
Lo mismo ocurre cuando se utilizan anteojos de aumento, con los que el efecto
conseguido es el mismo que si disminuyera la distancia al objeto. Los aparatos
destinados a mejorar el alcance de la visión (gemelos, prismáticos), o a medirla
(telémetros, periscopios), combinan el aumento de base con la utilización de lentes de
aumento y consiguen resultados muy favorables.
Sin embargo, estos aumentos de posibilidades encuentran pronto su límite en la
práctica, a causa de problemas naturales o artificiales insalvables, tales como el humo, la
bruma, o la calina, que imposibilitan la visión clara a distancias largas.
3.3 PARALAJES Y FOTOBASE
En general, se llama base de observación a la definida por los extremos en que se sitúan
las cámaras que obtienen el par, o a la distancia que la cámara recorre entre cada dos
disparos. Comparando con las condiciones de visión natural, la base seria la distancia
interpupilar.
En el caso de los pares de fotos aéreas, los puntos extremes de cada base estuvieron
materializados por la cámara en el espacio en el momento de la toma, pero sus
proyecciones sobre el terreno son los puntos centrales o principales de cada foto; siempre
que el solape exceda del 50 %, en cada foto además de su propio punto principal, sería
visibles las imágenes de los puntos principales de las contiguas. En un hipotético terreno
horizontal, la distancia entre las imágenes de estos puntos, a la que se llama fotobase,
sería una reducción a escala de la base recorrida: en esta hipótesis la fotobase seria
idéntica midiéndola en cada una de las fotos del par. En el terreno real, la diferencia entre
ambos tramos homólogos es pequeña si el terreno es ondulado, pero puede ser muy
acusada en terrenos accidentados. (fig)
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Introducción a l a Fotogrametría
Los puntos comprendidos en el segmento que une los sucesivos centros de fotografía,
aparecen sobre la misma alineación en ambas fotos, pero a distancias diferentes de sus
extremos, como consecuencia del relieve, que produce una dispersión radial centrifuga. El
mismo fenómeno afecta a los restantes puntos del campo de la imagen, que mantienen
una disposición sobre una paralela al eje de vuelo, pero son racialmente alejados desde el
centro de cada foto El ángulo determinado por el eje de vuelo, es decir por su
materialización en la fotobase, y la dirección del rayo que une cada punto con el principal
de su foto, tiene su vértice en este y al coincidir con el centro de proyección no sufre
deformaciones (Fig.)
ÁNGULOS DESDE EL PUNTO PRINCIPAL
Una doble aplicación de esta propiedad sobre los puntos conjugados de uno dado,
permite conocer por intersección su proyección ortogonal, con tal de que se conozca la
dimensión real a escala de la fotobase. (Fig.).
- 51 -
Introducción a l a Fotogrametría
3.4. LOS HACES PERSPECTIVOS
En los capítulos anteriores se ha tratado extensamente de las condiciones geométricas de
la fotografía y del modo en que según la posición de la cámara respecto al terreno afectan
a la imagen obtenida.
Cuanto se ha dicho para las fotos estudiadas como individuos aislados, alcanza una
importancia especial al aplicarlo a los pares de fotos estereoscópicas. El foco de la
cámara es para cada foto centro de un sistema de rayos de proyección, pero
considerando el par de fotos con zona común, para cada punto de esta zona habrá un
rayo en cada foto, y ambos concurrirán en el punto que definen. Los puntos imagen de
cada uno considerado se denominan puntos conjugados, y en toda operación con pares
estereoscópicos se consideran siempre conjuntamente. (Fig.)
HACES PERSPECTIVOS
El punto de vista de la Geometría, en un espacio tridimensional, como es el del terreno,
su superficie queda definida por la intersección de los rayos homólogos de cada par de
haces de rayos perspectivos. Esta es la idea básica sobre la que se ha desarrollado toda
la fotogrametría, hasta el punto de considerarse la intersección de haces como su método
- 52 -
Introducción a l a Fotogrametría
general.
La utilización aislada de un par estereoscópico, tal como se practica en
fotointerpretación, no requiere de mis; pero el uso de las fotos para la restitución
fotogramétrica obliga a relacionar entre si los sucesivos haces, determinando la posición
espacial del centro de cada uno respecto de un sistema general de referencia.
3.5. LA FOTOGRAFÍA Y EL RELIEVE
La imagen fotográfica tiene solo dos dimensiones, pero corresponde a un espacio de tres.
Sólo la imaginación del observador le hace sentir la tercera, pero bajo ciertas condiciones,
esta sensación es más posible que en otras. El ojo humano tiene una distancia de visión
normal de unos 30 cm, mientras que la cámara vio el espacio retratado con su distancia
focal, que en el caso de las cámaras normales es sólo de 5 cm. igualando ambos factores,
es decir ampliando la fotografía hasta aproximarla a los 30 cm de visión normal, la
sensación de relieve es más efectiva, ya que los rayos visuales que parten del ojo hacia la
imagen forman un haz semejante al que hubieran formado observándola en realidad; en el
caso de fotos aéreas con focal 15 cm, basta con un aumento al doble para tener la
condición resuelta. La existencia de sombras aumenta el contraste de la imagen y ayuda
mucho a la producción de esta ilusión óptica.
Fotografía observada a distancia norma ( 30 cm) y Ampliación observada a igual distancia.
Un factor personal de gran importancia en esta percepción aparente del relieve, es la
agudeza visual monocular, o capacidad de distinguir objetos pequeños, cuya
comprobación se realiza utilizando como test unos gráficos con segmentos paralelos con
separaciones cada vez menores. Suele ser frecuente distinguir separaciones de 0,08 mm
desde la distancia normal de visión distinta (25 cm), lo que corresponde a un valor angular
de 2°. La observación de detalles en una fotografía aérea, cuya emulsión es capaz de
diferenciar distancias de sólo 0,02 mm, requiere obviamente de ampliaciones, del orden
de x 4.
3.6. LA VISIÓN ESTEREOSCÓPICA ARTIFICIAL
Si se considera que la fotografía equivale a la imagen que en su momento vió el objetivo
- 53 -
Introducción a l a Fotogrametría
de la cámara, puede admitirse que otra imagen tomada simultáneamente a la anterior, con
otra cámara situada a una distancia de la primera igual a la interpupilar de un observador,
diferirá de la primera en lo mismo que se hubieran diferenciado las imágenes percibidas
por cada uno de sus ojos.
Basándose en esta idea se han desarrollado dos sistemas distintos de percepción
artificial del relieve a través de imágenes fotográficas, uno es el empleo de anaglifos, el
otro el de estereóscopos.
Anaglifos: Etimológicamente, esta palabra significa "esculpido en relieve". Este
procedimiento fue ideado en 1891 por Louis Ducos de Hauron (1837-1920) y consiste en
la impresión superpuesta sobre el mismo papel, de dos fotos estereoscópicas, con un
ligero desplazamiento. Una se imprime en color rojo, la otra en verde; el conjunto así
formado se examina con unas lentes especia-les, cuyos colores son también rojo y verde,
pero colocados en posiciones laterales contrarias a las de la imagen impresa. De este
modo el ojo izquierdo ve la imagen roja a través del cristal verde, que no le permite
distinguir la impresión de su color: al derecho le ocurre lo mismo con la otra imagen.
Ambas imágenes son vistas cada una por un solo ojo, que en la suma de colores percibe
una imagen negra; el cerebro funde las dos, y lo que el observador percibe es una vista
tridimensional.
Este procedimiento de percepción del relieve se ha empleado en un aparato de restitución
fotogramétrica llamado "múltiplex".
Estereóscopo: El mismo problema lo resuelve el estereóscopo, inventado por Charles
Wheastone (1802-1875), en 1838. Se trata de un instrumento óptico elemental, a través
del cual se miran las dos fotografías distintas, pero tomadas en las mismas condiciones
de antes. Cada ojo ve sólo la foto correspondiente, a través de una lente de aumento
colocada a su distancia de enfoque. Para utilizarle, inventó David Brewster en 1849 una
cámara fotográfica con dos objetivos separados, que tomaba fotos destinadas a verse
simultáneamente a través del aparato, ya que constituyen una sola unidad, y sólo así
producen el efecto deseado.
- 54 -
Introducción a l a Fotogrametría
Estereóscopo de bolsillo
En el examen de las fotografías, el papel del estereóscopo es triple; en primer lugar
limita el campo visual y fuerza a cada ojo a mirar solo su foto; en segundo permite
observar la fotografía a una distancia igual a la focal, es decir, como la vio la máquina: en
tercero, aumenta la sensación de relieve, que es muy exagerada.
3.7. MEDICIÓN DE PARALAJES.
Proyectando estos puntos conjugados sobre la fotobase se encuentra otro punto situado
en ella, cuya distancia al principal es medible: una operación idéntica sobre la segunda
foto permite medir otra distancia m" al segundo punto principal. La suma de m' + m" se
llama paralaje del punto tratado, y es función de su altitud sobre el plano de comparación.
En un supuesto plano horizontal, un punto situado en el segmento fotobase, tendrá ésta
como paralaje (Fig.), ya que
pero esta expresión es aplicable también a cualquier punto cuya paralaje mida m'+m",
- 55 -
Introducción a l a Fotogrametría
aunque no está en el eje, de donde se deduce que los puntos que estén en el plano
origen de altitudes tienen como paralaje la fotobase.
Los valores de p son tanto mayores cuanto mayor es la altitud del punto a que se
refieren y pueden alcanzar valores negativos, si el punto queda por debajo del plano de
comparación.
Para puntos del terreno, con una cierta altitud h sobre dicho plano, se cumple que (Fig.)
f / ( H – h ) = ( m’ + m’’) / B = p / B
es decir, que f B = p (H); pero como de la anterior expresión se obtiene también que
f B = bH, resulta que p (H - h) = bH; que conduce a: pH – ph = bH , H(p – b) = ph en
definitiva: h = H ( p – b) / p, que determina el valor de la h sobre el plano de referencia en
función de la p, medible y de los constantes H, altura de vuelo y b, medible para cada par.
Resulta además que p = b H / H - h, es decir todos los puntos de igual cota, tienen la
misma paralaje, lo que confiere a este factor una importancia extraordinaria desde el
punto de vista fotogramétrico.
3.8. EL INDICE FLOTANTE
La idea de eliminar tos cálculos y determinar las paralajes de modo estereoscópico,
condujo a Stolze a inventar el índice flotante, que sigue siendo el fundamento de todos
los aparatos de restitución.
El procedimiento consiste en fijar un par de fotos para su observación estereoscópica
y a continuación colocar sobre los puntos conjugados de uno cualquiera unas marcas
dibujadas en un material transparente. Observando el par a continuación, las marcas
aparecen como una sola y apoyada sobre el suelo, pero si se la desplaza lateralmente,
se la verá levantarse sobre el terreno, o hundirse bajo él. Lo que ocurre, es que las
paralajes de la marca adquieren valores superiores o inferiores a las del suelo y la marca
se separa de él.
Si al índice se le adjudican separaciones apropiadas, están a la distancia
correspondiente a la paralaje que se seleccione, y cada vez que se pose sobre el terreno
estará sobre un punto cuya cota será la que la paralaje define.
Este fue el razonamiento que condujo a Von Orel a inventar su estereoautógrafo,
aunque aplicado a pares estereoscópicos terrestres, pero con el que ya se podrán dibujar
- 56 -
Introducción a l a Fotogrametría
curvas de nivel.
3.9. CÁLCULO DE DESNIVELES
Aun cuando no se conozca la cota absoluta de ningún punto de un par, es posible medir
las diferencias de altitud entre ellos, por una doble aplicación de la fórmula encontrada:
h = H (pb) / p.
Teóricamente, podría hacerse aun cuando no se conociera b, ya que es posible
establecer a efectos de cálculo que el más bajo de los puntos está en el plano de
comparación, y su p = b, pero entonces H deberá estar referido a ese plano.
Cálculo de desniveles por sus paralajes
La expresión antes indicada conduce a:
h’ – h’’ = H b ( p’ – p’’) / p’ p’’
Es de notar, que aparte del indudable interés demostrativo de las anteriores
expresiones, en la actualidad carecen de utilidad práctica, ya que la restitución
opticomecánica resuelve automáticamente todos ellos.
3.10. EXAGERACION DEL RELIEVE
La observación del relieve a través de los pares fotográficos, sea cual sea el medio visual
estereoscópico utilizado, produce una impresión muy exagerada de las desigualdades del
terreno, lo que favorece mucho su examen en casos de terrenos poco accidentados,
aunque es molesto cuando el relieve es abrupto, pues la rápida variación de paralajes
obliga a realizar desplazamientos de las fotos en uno u otro sentido para evitar el
desenfoque.
La causa de esta anomalía está en la diferencia de condiciones existentes entre las
proporciones de la base de las tomas y la altura de vuelo, respecto a las de base
- 57 -
Introducción a l a Fotogrametría
estereoscópica y la altura de observación. Su valor puede estimarse partiendo de unos
datos concretos, completamente normales.
Para un vuelo a 1 / 30.000, con focal de 150 mm, formato 23 x 23 y solape del 60%, la
altura de vuelo es 150 x 30.000 = 4.500 m; la distancia entre centros es 230 x 30.000 x
40 / 100 = 2.760 m; la relación entre ambas magnitudes resulta ser: B / H = 0,61.
Las condiciones normales de observación con un instrumento óptico son: distancia
interpupilar = 65 mm; altura = 425 mm; donde la relación b / h = 0,15
La diferencia de proporciones es la causa de la exageración, que puede estimarse
respecto a la escala horizontal de la fotografía en un incremento del orden de:
B/H=h/b
donde aplicando los datos anteriores, resulta que es 0,61 x 6,54; cuatro veces mayor que
la escala horizontal. Significa esto que con los datos utilizados, la escala vertical aparente
para el observador que trabaja sobre un par estereoscópico tiene una exageración de
cuatro a uno respecto a la horizontal, que puede ser aun mayor en otras condiciones, y
que en cualquier caso representa una extraordinaria ventaja para la percepción del
relieve, garantizando la calidad de su representación.
- 58 -
Introducción a l a Fotogrametría
4- EL PROCESO FOTOGRAMÉTRICO
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
4.1. INTRODUCCIÓN
La fotogrametría difiere básicamente de la fotointerpretación en su objetivo. Esta
técnica no trata de investigar indicios, ni de deducir consecuencias; trata concretamente
de realizar mapas, es decir es la aplicación directa de la fotografía aérea a la topografía.
Su aparición ha supuesto no solo una aceleración en los métodos de ejecución, sino
una notable mejora en la calidad de los levantamientos topográficos, muy especialmente
en lo que se refiere al relieve. Baste considerar que el dibujo tradicional de las curvas de
nivel se realizaba interpolándolas entre unas docenas de puntos de cota conocida, pero
insegura, en tanto que el restituidor fotogramétrico tiene ante sus ojos la totalidad de los
infinitos puntos del terreno y conoce sus cotas con precisión.
Las curvas de nivel eran antes solo una interpretación aproximada de la altimetría, pero
no alcanzaban a representar la configuración. Su trazado en fotogrametría por el método
del índice flotante descrito en 13.4, proporciona una auténtica intersección del plano
horizontal con el terreno. Una ciencia tan importante como la Geomorfología debe su
actual importancia a la existencia de mapas fotogramétricos, sin los cuales el estudio de
tos formas del relieve estaba ya derivando hacia un conjunto de entelequias numéricas sin
apoyo real.
A diferencia de lo visto para la fotointerpretación, donde la actuación del operador es
fundamental, su trabajo subjetivo y personal, y los resultados obtenidos dependen tanto
de sus conocimientos propios como de su intuición y perspicacia; la fotogrametría es una
técnica que trabaja con datos rígidos, utiliza medios mecánicos controlados y obtiene
resultados objetivos.
Los principios en los que se basa son los derivados del estudio de las características
físicas de la fotografía, de sus propiedades geométricas, y de las específicas de los pares
estereoscópicos.
Una idea básica, en cuanto a tos procedimientos empleados en cada fase del trabajo,
esta definición que de la fotogrametría dio el doctor Von Grüber, uno de sus iniciadores, al
considerarla como el arte de evitar todo cálculo, reduciendo la actividad humana tanto
como sea posible, no sólo por simplificar el trabajo, sino por mejorarle, ya que en todo
cálculo hay la posibilidad de introducción de errores.
En la actualidad, sobrepasadas las operaciones previas de obtención de las
- 59 -
Introducción a l a Fotogrametría
fotografías, de los puntos de apoyo, y de los cálculos fundamentales, la operación más
claramente
fotogramétrica,
es
decir
la
restitución,
consistente
en
el
examen
estereoscópico de las fotografías, quedando confiados al instrumental todos los cálculos
que conducen a la formación del mapa.
4.2. CONDICIONES ESPECIALES NECESARIAS PARA LA FOTOGRAMETRÍA
El empleo de fotografías aéreas en fotogrametría requiere de condiciones especiales,
más precisas que las necesarias para un simple vuelo de reconocimiento, no sólo por la
calidad del vuelo, sino por la precisión de la imagen desde el punto de vista óptico y de su
calidad métrica. Esas condiciones solo han sido cumplidas cuando la técnica fue capaz de
producir cámaras y películas adecuadas, pero puede asegurarse que lo están en
cualquier foto actual, de modo que los condicionantes derivados de insuficiencia técnica
han desaparecido.
Hay no obstante factores naturales insalvables, cuyo efecto sobre las imágenes debe
considerarse, para evaluar la distorsión gráfica que su existencia pudiera causar; unos se
derivan de la propia estructura de la superficie terrestre, es decir de su figura esférica,
otros de las condiciones físicas de la atmósfera en la que quedan envueltos tanto el
terreno como la cámara.
4.3. RELACION ENTRE LA ESCALA DE LA FOTOGRAFIA Y LA DEL MAPA
La cantidad de información contenida en fotos tomadas a distintas alturas con la
misma cámara es la misma, pero está en distinta escala. El empleo de unas u otras
escalas no es indiferente en fotogrametría, ya que la capacidad visual de cuantos deben
trabajar con las fotografías es limitada, y por consiguiente, es la necesidad de distinguir
con claridad los objetos el principal condicionante para decidir la escala de las fotografías
a restitución.
Por otra parte, la cantidad de información contenida en el mapa es función de la escala
de éste, y la posibilidad de distinguir la información necesaria en cada caso hace que para
cada escala de mapa se precise una escala del vuelo fotográfico, tanto mayor cuanto más
grande sea ésta. No existe una relación directa, ni constante entre estos valores, pues
interviene también la calidad instrumental, variable de unos a otros restituidores.
Considerando los distintos factores en juego, Von Grüber elaboró una fórmula que
establece la relación entre las escalas del mapa y la fotografía, según la cual, se cumple
que:
- 60 -
Introducción a l a Fotogrametría
Denominador de la escala de la foto = k
Deno min ador _ Escala _ Mapa
Según Von Grüber, el valor de K puede oscilar entre 200 y 300.
Aplicando esta fórmula al MTN 1/50.000, como 50.000 = 223, resultaría:
Escala foto = 200 x 223 = 44.600, o bien 300 x 223 = 66.900;
Sin embargo, la escala de foto empleada viene siendo 1/30.000, no habiendo dado
resultado los intentos de emplear la 1/40.000, por insuficiencia de agudeza visual en la
mayoría de los operadores. Distinto es el caso de las imágenes espaciales a las que se
aplican tratamientos digitales, para las cuales, por el contrario el valor del coeficiente
puede llegar hasta 1.500.
En términos generales, puede considerarse que en la actualidad la correspondencia
entre escalas es la que aparece en el siguiente cuadro:
Escala del mapa Escala de la foto
Distancia focal mm
Altura sobre el terreno m
1/500
1/1.000
152
152
1/500
1/1.000
210
210
1/500
1/1.000
305
305
1/500
1/3.000
152
456
1/1.000
1/5.000
“
760
1/2.000
1/8.000
“
1.216
1/5.000
1 /18.000
“
2.736
1/10.000
1/30.000
“
4.560
1 /25.000
1 /30.000
“
4.560
El empleo de focales largas, como la de 305 mm, permite conseguir las mismas escalas
desde mayor altura de vuelo, pudiéndose así satisfacer el condicionante impuesto por las
ordenanzas municipales de las grandes ciudades, que prohíben el vuelo bajo sobre los
cascos urbanos, que son precisamente las zonas de las que interesa obtener las escalas
mayores. Por otra parte, las focales largas, al disminuir las dimensiones de las verticales,
tapan menos espacio del suelo junto a las fachadas. (Fig.)
IMÁGENES A IGUAL ESCALA CON DISTINTA FOCAL
- 61 -
Introducción a l a Fotogrametría
4.4. PLANIFICACION DEL VUELO
En 2.6 ya se han tratado los aspectos generales de este tema, que por ser la base de
todo el trabajo posterior requiere de un control previo completo, cuyas características
técnicas deben fijarse en el pliego de condiciones (4.15), de acuerdo con las
especificaciones del mapa previsto.
4.5. PUNTOS DE APOYO FOTOGRAMETRICO
4.5.1- NECESIDAD DEL APOYO DE CAMPO. -Para que el vuelo sea directamente
relacionadle con el terreno cuyo mapa trata de hacerse, son precisos unos puntos de
control cuya posición será conocida por sus tres coordenadas. Esto requiere de una serie
de operaciones topográficas básicas, para determinar con toda la precisión necesaria una
serie de puntos, llamados "de apoyo". La posición de estos puntos se determina mediante
observación y cálculo de una triangulación topográfica, para formar una red que se
densifica utilizando puntos complementarios, situados por cualquier procedimiento, que
generalmente es el de trisección inversa: el enlace de esta red con la oficial, permite
conocer sus coordenadas planimétricas absolutas, resolviendo además cualquier
problema relativo a la esfericidad.
En Geometría se demuestra que tres puntos bastan para determinar un plano, sin
embargo para trasladar la figura cuadrada de una foto aérea a su proyección plana
correspondiente, el número de puntos utilizado es de al menos cuatro, que deben estar
preferentemente situados cerca de las esquinas. El número de puntos preciso para situar
toda una pasada es inferior al producto de su número de fotos multiplicado por cuatro, ya
que el recubrimiento longitudinal del 60 % permite que dos de los puntos elegidos puedan
ser comunes a dos fotografías consecutivas, e incluso considerando el recubrimiento
transversal, que otros dos sean comunes a dos pasadas. (Fig)
Las condiciones antes señaladas sólo se dan en circunstancias favorables y pueden
ser imposibles en algunos casos.
- 62 -
Introducción a l a Fotogrametría
4.5.2 – ELECCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE APOYO. -Los puntos de
apoyo pueden observarse antes del vuelo, con el fin de señalar sus posiciones de modo
que aparezcan marcadas en las fotos, pero es más frecuente seleccionarlos y observarlos
después de realizado. Es entonces imprescindible elegir como tales puntos de referencia
y control algunos que sean claramente identificables en la fotografía (cruces de caminos o
de lindes, matorrales pequeños, etc.). En el mismo momento de realizar la observación,
cada punto se marca en la foto con un pequeño pinchazo, señalando su entorno con una
figura convenida (circunferencia, cuadrado, triángulo) y un numero de serie; se hace
además un croquis de referencia, con la misma identificación, e indicación de distancias a
objetos visibles en la foto, y a continuación se realiza la observación topográfica, que en el
caso de trisecciones, comprenden tantas visuales como sea posible, tanto por aumentar la
seguridad, como para elegir el resultado más satisfactorio. Los croquis se relacionan con
el vuelo, señalando en ellos el número del fotograma a cuya determinación contribuyen.
El posterior cálculo de coordenadas determina la posición planimétrica exacta de cada
punto y también su cota; las X e Y, permiten su emplazamiento sobre el plano, a la escala
prevista para la restitución. Se demuestra que una vez situadas las proyecciones de seis
puntos que definen un par (dos centrales comunes y otros dos pares no comunes), en
coincidencia con sus posiciones planimétricas calculadas, quedan también en su
verdadera posición las proyecciones de todos los puntos del par. Por consiguiente, la
posición de los puntos de apoyo que sujetarán las imágenes del vuelo para convertirlas en
imágenes del mapa, tienen una importancia decisiva, y el control de su exactitud es una
de las condiciones sujetas a mayor rigor.
4.5.3 –
DOCUMENTOS A GENERAR. – En lo que se refiere a los trabajos
fotogramétricos, los documentos entregados que se utilizaran en las siguientes fases del
proceso, son los siguientes:
-
Contactos en papel de los fotogramas en los que aparecen los puntos de apoyo, en
los cuales se habrá marcado un círculo con lápiz graso rodeando la zona próxima
al punto, además de anotarse su numeración. El punto de apoyo debe estar
pinchado, al menos en el fotograma central.
-
Listado de coordenadas de los puntos de apoyo. En formato digital y en papel.
-
Reseña de cada uno de los puntos de apoyo. En la cual se facilita la siguiente
información:
o
Número del punto y coordenadas X, Y, Z en el sistema de referencia del
proyecto.
o
Reseña literal que describe la posición del punto en el fotograma. Se
utilizan frases concisas y precisas (p.e. centro de mata, cota suelo.
- 63 -
Introducción a l a Fotogrametría
Esquina sureste de caseta, cota arriba).
o
Croquis de situación. La reseña literal acompaña a un dibujo a mano
alzada donde se representa la zona que rodea al punto, así como su
posición exacta indicada por una cruz. Se debe indicar la orientación del
mismo, generalmente están orientados al norte.
o
A veces también se acompaña una fotografía del punto en el momento
de la observación que puede ayudar a clarificar su posición en caso de
duda.
En cualquier caso, la reseña de campo de los puntos de apoyo es un documento
imprescindible para localizar de forma exacta la posición en el fotograma, de manera
que nuestra observación fotogramétrica sea lo más precisa posible.
c
RESEÑAS DE: PUERTOLLANO
le
X=
Y=
Z=
X=
Y=
Z=
Punto....
001
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
2245
Esquina interseccion de hormigon
675.352
3Pasada n\U+2551
Alambrada
Hito
3Pasada n\U+2551
a
Z=
Y=
X=
m
Punto....
N
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
X=
s
2245
3Pasada n\U+2551
2245
3Pasada n\U+2551
Esquina de caseta en explanada.
c
e
X=
Y=
Z=
a
m
Punto....
Caseta
2245
3Pasada n\U+2551
Y=
Z=
S
t
Explanada
Cota techo caseta.
001
Fotograma n\U+2551
2245
Alambrada
Hito
Fotograma n\U+2551
2245 de hormigon
3Pasada n\U+2551
Esquina interseccion
675.352
a
m
N
I
de isleta
Cota
suelo.
con asfalto.
003
4279001.743
414189.885
C
Arqueta
3Pasada n\U+2551
Centrosuelo.
Cota
de pilar de Hito mojonado.
002
414844.162
Fotograma n\U+2551
2245
s
3Pasada n\U+2551
e
l
camino
Cota
suelo.
con
interseccion
sembrado.
de margen de
Esquina
4279253.524
413905.296
675.920
X=
Y=
Z=
Punto....
Esquina
Cota
suelo.
arqueta de hormigon.
4279740.264
414206.748
689.231
4279471.486
414562.580
681.163
4279287.718
682.035
Punto....
e
l
camino
Cota
suelo.
con
interseccion
sembrado.
de margen de
Esquina
004
005
X=
Y=
Z=
Punto....
I
de isleta
Cota
suelo.
con asfalto.
003
4279001.743
414189.885
RESEÑAS DE: PUERTOLLANO
C
Arqueta
2245
Centrosuelo.
Cota
de pilar de Hito mojonado.
002
414844.162
4279253.524
413905.296
675.920
X=
Y=
Z=
Punto....
Esquina
Cota
suelo.
arqueta de hormigon.
4279740.264
414206.748
689.231
4279471.486
414562.580
681.163
4279287.718
682.035
Punto....
m
le
X=
Y=
Z=
e
a
Explanada
Caseta
3Pasada n\U+2551
Punto....
S
a
2245
t
3Pasada n\U+2551
Cota techo caseta.
Z=
Y=
X=
Punto....
C
3Pasada n\U+2551
le
2245
Esquina de caseta en explanada.
le
N
s
2245
camino
Cota
suelo.
con
interseccion
sembrado.
de margen de
Esquina
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
a
Alambrada
Hito
de isleta
Cota
suelo.
con asfalto.
Fotograma n\U+2551
004
005
a
3Pasada n\U+2551
a
2245
Centrosuelo.
Cota
de pilar de Hito mojonado.
Fotograma n\U+2551
2245 de hormigon
3Pasada n\U+2551
Esquina interseccion
003
675.352
C
Fotograma n\U+2551
002
414844.162
4279001.743
414189.885
C
Arqueta
Cota
suelo.
arqueta de hormigon.
Esquina
001
4279471.486
414562.580
681.163
4279287.718
682.035
4279253.524
413905.296
675.920
X=
Y=
Z=
Punto....
o
X=
Y=
Z=
Punto....
I
X=
Y=
Z=
Punto....
m
X=
Y=
Z=
Punto....
a
4279740.264
414206.748
689.231
Punto....
C
RESEÑAS DE: PUERTOLLANO
Z=
Y=
X=
004
Fotograma n\U+2551
005
Fotograma n\U+2551
2245
3Pasada n\U+2551
Esquina de caseta en explanada.
Cota techo caseta.
2245
c
S
t
e
a
m
Explanada
Caseta
3Pasada n\U+2551
- 64 -
Introducción a l a Fotogrametría
X=
Y=
Z=
a
414206.748
C
X=
Y=
Z=
t
a
X=
Y=
Cota suelo.
arqueta de hormigon.
Esquina
001
675.920
414189.885
4279001.743
675.352
Fotograma n\U+2551
2245
Arqueta
3 Pasada n\U+2551
Centrosuelo.
Cota
de pilar de Hito mojonado.
002
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
2245
Alambrada
Hito
3 Pasada n\U+2551
Esquina
Cota
de
isleta
suelo.
interseccion
con asfalto. de hormigon
4279253.524
413905.296
X=
Y=
Z=
Punto....
003
4279287.718
414844.162
682.035
Punto....
Z=
Punto....
RESEÑAS DE: PUERTOLLANO
4279740.264
689.231
4279471.486
414562.580
681.163
Punto....
2245
Fotograma n\U+2551
Esquina de caseta
2245
en explanada.
3 Pasada n\U+2551
Cota techo caseta.
Fotograma n\U+2551
2245
C
X=
a
Z=
Y=
Punto....
X=
Y=
Z=
414206.748
X=
Y=
Z=
X=
Y=
m
Z=
Punto....
Cota suelo.
arqueta de hormigon.
Esquina
001
675.920
414189.885
4279001.743
675.352
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
C
Arqueta
2245
3Pasada n\U+2551
Centrosuelo.
Cota
de pilar de Hito mojonado.
002
2245
Alambrada
Hito
3 Pasada n\U+2551
Esquina
Cota
de
isleta
suelo.
interseccion
con asfalto. de hormigon
4279253.524
413905.296
X=
Y=
Z=
Punto....
003
4279287.718
414844.162
682.035
Punto....
e
ta
a
RESEÑAS DE: PUERTOLLANO
4279740.264
689.231
4279471.486
414562.580
681.163
Punto....
s
e
lS
c
Explanada
Caseta
3 Pasada n\U+2551
m
N
I
3 Pasada n\U+2551
Esquina
Cota
camino
suelo.
con
interseccion
sembrado.
de margen de
004
005
2245
Fotograma n\U+2551
Esquina de caseta en explanada.2245
3Pasada n\U+2551
Cota techo caseta.
Fotograma n\U+2551
a
m
N
I
3Pasada n\U+2551
s
Esquina
Cota
camino
suelo.
con
interseccion
sembrado.
de margen de
004
005
le
le
Punto....
e
m
le
Z=
Y=
le
3 Pasada n\U+2551
a
X=
N
S
a
c
Explanada
Caseta
2245
a
Alambrada
3 Pasada n\U+2551
3 Pasada n\U+2551
3 Pasada n\U+2551
Cota techo caseta.
e
lS
e
c
ta
m
Explanada
a
Caseta
2245
3Pasada n\U+2551
ZONA: ELCOGAS
RESEÐAS DE: PUERTOLLANO
414206.748
4279740.264
689.231
no
Cami
X=
Y=
Z=
Esquina arqueta de hormigon.
Arqueta
Cota suelo.
001
Punto....
2245
Fotograma n\U+2551
X=
Y=
Z=
414562.580
4279471.486
681.163
3
Pasada n\U+2551
Centro de pilar de Hito mojonado.
Cota
Fotograma n\U+2551
2245
414844.162
682.035
Pasada n\U+2551
3
Esquina interseccion de hormigon
de isleta con asfalto.
Cota suelo.
Isleta
4279287.718
Nave
Hito
suelo.
002
Punto....
X=
Y=
Z=
Alambrada
Calle
2245
Fotograma n\U+2551
Esquina de caseta en explanada. 2245
Fotograma n\U+2551
C
3 Pasada n\U+2551
Hito
2245
de isleta
Cota
suelo.
interseccion
con asfalto. de hormigon
Esquina
camino
Cota
suelo.
con
interseccion
sembrado.
de margen de
Esquina
004
005
C
Arqueta
2245
Centrosuelo.
Cota
de pilar de Hito mojonado.
Fotograma n\U+2551
Fotograma n\U+2551
s
675.920
414189.885
4279001.743
675.352
Fotograma n\U+2551
002
4279253.524
413905.296
X=
Y=
Z=
Punto....
I
X=
Y=
Z=
Punto....
003
4279287.718
414844.162
682.035
Punto....
o
X=
Y=
Z=
Esquina
Cota
suelo.
arqueta de hormigon.
001
4279471.486
414562.580
681.163
Punto....
m
X=
Y=
Z=
RESEÑAS DE: PUERTOLLANO
414206.748
4279740.264
689.231
Punto....
a
Z=
Y=
C
X=
003
Punto....
Fotograma n\U+2551
2245
X=
Y=
Z=
413905.296
4279253.524
675.920
3
Pasada n\U+2551
Esquina interseccion de margen de
camino con sembrado.
Cota suelo.
Sembra
do
camino
004
Punto....
Fotograma n\U+2551
2245
Pasada n\U+2551
3
Explanada
X=
Y=
Z=
414189.885
4279001.743
675.352
Esquina de caseta en explanada.
Cota techo caseta.
Caseta
005
Punto....
Fotograma n\U+2551
2245
- 65 -
3
Pasada n\U+2551
Introducción a l a Fotogrametría
4.6. TRIANGULACIÓN AÉREA
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
4.6.1-
INTRODUCCIÓN
–
La
aerotriangulación
es
el
proceso
de
determinar
indirectamente los parámetros de orientación de un bloque de imágenes fotográficas
(giros κ, ϕ, ω y coordenadas del punto principal xo, yo, zo. de cada fotograma), así como
las coordenadas terreno de ciertos puntos espaciales. En este contexto, la triangulación
analítica se caracteriza porque tras el proceso de medición de los puntos, la orientación
de las imágenes y las coordenadas terreno se obtienen de manera numérica e indirecta:
es decir, a través de mediciones y cálculos posteriores.
La triangulación aérea se utiliza en multitud de tareas fotogramétricas debido
principalmente a dos causas: La necesidad de conocer los parámetros de orientación
externa de las imágenes fotográficas (como paso previo y primordial de cara a futuros
procesos), y por otro lado, los beneficios y ventajas que reporta, sobre todo desde el
punto de vista económico.
Si uno de los objetivos de la fotogrametría es reducir los trabajos de campo, la
triangulación es la técnica utilizada por excelencia para cumplir dicha misión, sobre todo
en trabajos de cierta extensión. La triangulación permite limitar al máximo los
requerimientos de apoyo en campo y, por tanto, reducir drásticamente los gastaos
topográficos asociados al proceso de orientación del conjunto de imágenes. Esta
afirmación se acentúa todavía más al incorporar la tecnología GPS/INS aerotransportada
con capacidad de hallar directamente los parámetros de orientación externa de la cámara
en el momento de disparo o captura de información.
4.6.2- BENEFICIOS – Los principales beneficios son los siguientes:
-
Desarrollo del trabajo en la oficina. Con la posibilidad de agilizar y disminuir los
costes de los trabajos de campo debido a la reducción de puntos de control (puntos de
apoyo) que se deben de determinar, siendo sustituidos éstos por puntos de enlace
medidos fotogramétricamente.
-
Medición indirecta: La captura de datos es independiente de la orografía del terreno
o de la superficie en cuestión. Asimismo, los problemas de accesibilidad al medio se
limitan al trabajo de campo.
-
Detección de errores groseros en la mediciones geodésicas-topográficas y
fotogramétricas. La aerotriangulación en sí misma es un filtro de calidad y garantía.
-
Homogeneización en la precisión del trabajo.
- 66 -
Introducción a l a Fotogrametría
4.6.3- FASES DE LA AEROTRIANGULACIÓN – El proceso de aerotriangulación usual
consta de las siguientes fases:
1. Preparación del bloque donde generalmente seleccionamos las imágenes
fotográficas, definimos las pasadas, analizamos los recubrimientos
(longitudinales y transversales) y recopilamos información de las cámaras y
de los puntos de apoyo.
2. Determinación
de
los
puntos
de
paso
(también
llamados
de
aerotriangulación), que son aquellos puntos de conexión de imágenes
pertenecientes al bloque. Esta fase se subdivide en tres operaciones:
ƒ
(a) Identificación y selección de puntos de paso en los
emplazamientos estándar y asignación de nombres o números
únicos.
ƒ
(b) Transferencia de puntos homólogos mediante un transferidor de
puntos o por medio de técnicas de correspondencia (correlación).
ƒ
(c) Medida de las coordenadas imagen de los puntos de paso. La
transferencia y la medición de los puntos de paso pueden realizar
monoscópica o esteroscópicamente, en restituidores analíticos o
digitales, y de manera manual, o semiautomática o automática.
3. Medición de las coordenadas imagen de los puntos de apoyo en todas las
imágenes en las que aparecen. A esta tarea también se la conoce como
con el nombre de adquisición de puntos de apoyo.
4. Compensación del bloque, a partir de cualquier de los métodos de
compensación existentes. Esta fase lleva asociada labores de corrección y
análisis de los datos, detección de errores groseros, depuración de los
resultados y determinación de los parámetros.
La fase (1) requiere cierta laboriosidad, si bien la incorporación de sistemas de
navegación GPS/INS simplifica enormemente el trabajo. En la fase (2), la identificación,
selección, transferencia y medición de puntos homólogos en múltiples imágenes
fotográficas era, hasta hace bien poco, un proceso manual en su totalidad, y que requería
de operadores fotogramétricos con experiencia; actualmente, dicha fase se puede realizar
de manera automática o semiautomática empleando técnicas de correspondencia de
imagen. En la fase (3) la adquisición de los puntos de apoyo viene haciéndose de manera
manual o semiautomática. En la actualidad se destinan grandes esfuerzos de
investigación para la automatización de esta fase. Por último, la fase (4) se puede realizar
de manar automática mediante procesos por lotes ( ‘batch’ ), si bien requiere un análisis
exhaustivo y de toma de decisiones por parte del operador. La identificación de errores
groseros,
es la labor más intensa, larga y tediosa en la triangulación, se reduce
- 67 -
Introducción a l a Fotogrametría
considerablemente gracias a la incorporación en el proceso de ajuste de análisis
estadísticos y estimadores robustos.
4.6.4- MÉTODOS DE AEROTRIANGULACIÓN – Atendiendo a la unidad de trabajo,
podemos diferenciar entre:
1. Aerotriangulación por pasadas. Es un método actualmente en desuso, que
se venía realizando con equipos analógicos cuyo empleo venía condicionado
por la falta de capacidad de cálculo existente hace unas décadas.
2. Aerotriangulación por modelos independientes. La unidad de trabajo es el
modelo formado por fotogramas consecutivos. Esto condicionaba el método de
observación que se debía realizar formando el modelo y observando
coordenadas modelo. Así como el método de cálculo, que se basa en la unión
de los modelos mediante transformaciones espaciales. Este método aún se
sigue utilizando, aunque empieza a estar en desuso.
3. Aerotriangulación por el método de haces de rayos. En este caso la unidad
de trabajo es el fotograma. Se trata de un método de intersección inversa
espacial. A partir de la reconstrucción del haz de rayos que representa el
fotograma al realizar la orientación interna, se observan las fotocoordenadas
de los puntos de paso y de los puntos de apoyo de campo que aparecen en la
imagen con el fin de obtener las coordenadas del centro de proyección y su
orientación en el espacio (giros κ, ϕ, ω y coordenadas del punto principal xo,
yo, zo. de cada fotograma)
- 68 -
Introducción a l a Fotogrametría
4.6.5- NUMERACIÓN DE LOS PUNTOSApuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT Topográfica Mérida. Año 2000.
Realmente se trata de una tarea cuyo criterio es totalmente arbitrario y que debe ir
encaminado la localización de un punto en su correspondiente fotograma a partir de
su numeración.
Una forma usual de numerar estos puntos es la de asignarle el número del fotograma
añadiéndole un código. A los centros de proyección (estos puntos no son observados
directamente en la aerotriangulación, se obtienen en el cálculo) suelen asignárseles el
número de la fotografía.
Los puntos de apoyo de campo mantienen la numeración asignada en los trabajos de
topográficos.
El resto de puntos disponen de una numeración que puede ser:
1. Punto superior: nº de foto-1.
2. Punto central: nº de foto-2.
3. Punto inferior: nº de foto-3.
Esta numeración es válida siempre y cuando el nº de fotograma sea único dentro del
bloque completo. En caso contrario, se puede anteponer al número de fotograma, el
número de la pasada a la que corresponde.
- 69 -
Introducción a l a Fotogrametría
Apuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT Topográfica Mérida. Año 2000.
- 70 -
Introducción a l a Fotogrametría
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
- 71 -
Introducción a l a Fotogrametría
4.7. ORIENTACION INTERNA
La orientación interna es el proceso fotogramétrico que nos permite reconstruir el haz
de rayos de una imagen. Para ello es necesario conocer los siguiente datos:
-
Focal calibrada.
-
Posición del punto principal.
-
Posición de las marcas fiduciales
-
Función de distorsión.
Para realizar la orientación interna de un fotograma se miden la posición de las marcas
fiduciales.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
Apuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT Topográfica Mérida. Año 2000.
Desde un punto de vista analítico lo que se está haciendo es reconstruir el sistema de
referencia imagen y establecer los parámetros de transformación entre el sistema de
coordenadas instrumental e imagen.
- 72 -
Introducción a l a Fotogrametría
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
4.8. ORIENTACION RELATIVA
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
Conocida la posición correcta en que debe quedar cada uno de los puntos anteriores,
el haz proyectivo de cada uno de los dos cuyas intersecciones determinan esos puntos
debe situarse en una posición análoga a la que respecto al otro ocupó en el espacio en el
momento de la impresión de la fotografía. Se restablecen así a escala reducida las
condiciones que existieron en aquel momento, de modo que el operador que contemple el
modelo estereoscópico a través de los binóculos del aparato restituidor tiene ante sí una
imagen cenital del terreno
En los antiguos instrumentos analógicos, para emplazar en su posición correcta el haz
proyectivo, los instrumentos utilizados en la restitución fotogramétrica, aunque
corresponden a tipos muy diferentes, tienen en común el empleo de un par de
proyectores, análogos a las ampliadoras: en Cada uno de ellos se coloca una diapositiva
correspondiente a uno de los negativos que constituyen el par estereoscópico. Estos
proyectores están dotados de seis movimientos distintos, que sirven para llevar la imagen
a su posición debida en el espacio. Los movimientos precisos son los siguientes (Fig.).
- 73 -
Introducción a l a Fotogrametría
El empleo ordenado de estos movimientos en cada uno de los dos proyectores lleva a
la composición del par de haces proyectivos en condiciones análogas a las
correspondientes a la toma, y a la recomposición espacial de los puntos del terreno que
concurren en cada par de rayos homólogos. Teóricamente basta con la coincidencia de
posiciones de cinco puntos homólogos para tener asegurada la de todos los que
componen el par de haces perspectivos.
El ajuste efectuado en cada par se registra en una ficha, indicando los parámetros
angulares y lineales, así como los errores residuales planimétricos y altimétricos respecto
a los puntos de apoyo. En planimetría se toleran errores de 0,02 % del denominador de la
escala; en altimetría la tolerancia es del 0,03 % de la altura de vuelo.
En la actualidad la orientación relativa se hace de un modo analítico o matemático. Se
puede esperar de la siguiente manera:
-
Que la paralaje Py se anule en el espacio imagen en al menos cinco pares de
puntos homólogos.
-
Que al menos cinco pares de rayos homólogos sean coplanarios.
- 74 -
Introducción a l a Fotogrametría
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
La condición de coplanaridad establece que los dos centros de proyección (izquierdo y
derecho: L, L’ ) del par estereoscópico, un punto cualquiera del terreno (A) y sus puntos
homólogos correspondientes en la imagen fotográfica izquierda (ai) y derecha (ad) se
encuentran en el mismo plano.
Para cada punto sobre el modelo se puede escribir una ecuación de coplanaridad. El
número de parámetros a determinar es cinco, de manera que si elegimos cinco puntos del
modelo bien distribuidos, según un modelo de Von Grüber, y eliminamos la paralaje en
cada uno de ellos, habrá quedado eliminada a su vez en cualquier otro punto del modelo.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
- 75 -
Introducción a l a Fotogrametría
Disposición espacial de 9 puntos a observar en una orientación relativa
4.9. ORIENTACION ABSOLUTA
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Con las operaciones anteriores, se ha conseguido que los haces proyectivos están en su
posición correcta, pero el modelo espacial que sus intersecciones determinan no está a la
escala deseada, ni es seguro que su proyección ortogonal corresponda al plano de
referencia.
La puesta a escala del modelo se realiza variando la base de proyección que
corresponde a la distancia recorrida por el avión en las tomas, y que queda materializada
en el instrumento por la distancia entre sus proyectores. Cuando la escala es la
apropiada, las imágenes de los puntos de apoyo coincidirán con sus posiciones correctas,
ya emplazadas por sus coordenadas en el papel sobre el que se dibujará a partir de este
momento la minuta.
Sin embargo, no basta con la determinación de la escala; el modelo formado es uno de
- 76 -
Introducción a l a Fotogrametría
una serie, es decir, es sólo un par de una pasada, que a su vez forma parte de una serie
de ellas. Antes de comenzar la restitución, es necesario tener la seguridad de que el
emplazamiento de cada uno de sus pares es el correcto. La consecución de este fin
constituye la operación denominada orientación absoluta.
Desde el punto de vista analítico, la orientación absoluta equivale a realizar una
transformación de semejanza espacial de 7 parámetros entre el sistema modelo y el
sistema terreno.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
4.10. ORIENTACION INTERNA Y EXTERNA. IMPORTACIÓN DE ORIENTACIONES.
En ocasiones nos encontraremos la terminología de orientaciones internas y externas.
Realmente estamos en el mismo caso que en los puntos anteriores, lo que ocurre es que
la orientación relativa y absoluta se hace en un solo paso, y su conjunto se denomina
orientación externa. Siendo la orientación interna la misma que la descrita en el punto
4.7.
Siempre tendremos que realizar la orientación interna (a no ser que la tengamos
almacenada de otra sesión de trabajo), y en ocasiones la orientación externa nos puede
venir dada a partir de los datos de orientación de cada fotograma procedentes de
aerotriangulaciones u otros métodos. A esto es a lo que se le llama importación de
orientaciones, cuando se nos facilitan unos datos externos que incorporamos para poder
restituir el modelo estereoscópico.
- 77 -
Introducción a l a Fotogrametría
Estos datos externos, si provienen de aerotriangulación por el método de haces, nos
vendrán dados en la forma:
Nº de fotograma, coordenadas xo, yo, zo, giros κ, ϕ, ω
Sólo tendremos que indicarle al programa que vamos importar estos datos como
orientaciones externas para nuestro modelo, previamente se deberá haber realizado la
orientación interna de cada fotograma.
4.11. RESTITUCIÓN
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Tras la preparación descrita, comienza la auténtica restitución, o realización
fotogramétrica del mapa. Existen distintos modelos de restituidores, construidos por las
diferentes fábricas de material topográfico y fotográfico, que no son muchas en el mundo
y son por consiguiente muy conocidas.
Sobre los antiguos instrumentos Analógicos - No todos los restituidores son capaces
de las mismas precisiones, distinguiéndose entre instrumentos de primer, segundo y
tercer orden. Los de primer orden garantizan precisiones planimétricas del orden de 4
micras, y altimétricas del orden de 0,1 a 0,2 por mil de la altura de vuelo. Entre ellos se
encuentran los Wild A10, PG3 de Kern, Planimat de Zeiss Oberkochen, Stereoplanigraph
v Stereometrograph D, de Zeiss Jena, y Stereocartografo de Galileo Santoni.
De segundo orden son el Wild A8; el Stereosimplex IV, de Galileo Santoni; el PG2, de
Kern; el Planicart de Zeiss Oberkochen y Topocart B, de Zeiss Jena. Son todos
instrumentos cuya precisión planimétrica queda entre ± 4 y 10 micras, con una altimétrica
del 0,2 al 0,6 por 1000 de la altura de vuelo.
El tercer orden está integrado por aparatos menos precisos, de sólo 10 a 20 micras,
tales como los Wild B8, Stereosimplex G6, de Galileo Santoni, y Planitop, de Zeiss
Oberkochen.
El tipo de precisión no implica diferencia de calidad, sino que se relaciona con la
escala de utilización, siendo válido cualquier instrumento cuyas características le sitúen
dentro de los límites tolerables para la escala del mapa que debe formarse.
Prescindiendo de detalles de construcción o de perfeccionamientos técnicos
introducidos por cada fábrica, en esencia los aparatos restituidores son muy parecidos
- 78 -
Introducción a l a Fotogrametría
entre si. En todos ellos el operador contempla un par estereoscópico a través de unos
binóculos de aumento, viendo además un índice flotante, como el descrito en 12.4, que
puede ser movido en el espacio, hasta posarse sobre el suelo en el lugar deseado.
El índice permanece siempre en el campo visual, cuya imagen puede ser desplazada
utilizando tres mandos que corresponden a las tres coordenadas cartesianas, de modo
que el operador puede desplazar el índice sobre el terreno, elevarle sobre él, o hundirlo
bajo el suelo. A su voluntad, el operador decide en que momento el brazo trazador del
instrumento dibuja sobre el tablero en que está situado el papel.
El dibujo del mapa comprende distintas fases, realizándose separadamente su planimetría
(poblaciones, comunicaciones, red hidrográfica, vegetación), y su altimetría (curvas de
nivel). En tanto que la planimetría obliga a realizar desplazamientos del índice sobre el
terreno accionando las tres coordenadas, el dibujo de la altimetría se realiza manteniendo
fija la coordenada z, una vez establecida la cota correspondiente a la curva de nivel que
se debe dibujar.
El manejo de un restituidor requiere buena visión estereoscópica y un entrenamiento
adecuado: es operación fatigosa, que debe realizarse con pausas de descanso visual, y
que preferentemente se realiza por parejas de operadores, uno de los cuales acciona el
instrumento en tanto el otro vigila la formación del mapa y controla los posibles errores u
omisiones (en aquellos tiempos .....)
Un aparato que realice las tareas descritas, lo hace estableciendo una analogía
opticomecánica entre las imágenes fotográficas y su representación planimétrica, por lo
que se denominan restituidores analógicos. Si además está dotado de un equipo
electrónico adicional, no sólo realizará el dibujo del mapa sino que registrará coordenadas
de cada punto que sitúa en el tablero de trazado, almacenando así en forma numérica el
contenido cartográfico. Se trata entonces del tipo de restituidor al que se llama analítico,
que calcula las coordenadas de las intersecciones de los puntos estereoscópicamente
observados. Estos instrumentos comenzaron a construirse según las ideas del finés U.V.
Helava, con el propósito de sustituir las analogías mecánicas por cálculos automatizados.
Como las ventajas obtenidas son muy grandes, y existen en servicio muchos
restituidores analógicos, se han creado sistemas que permiten aproximar sus
prestaciones a las de los analíticos, con incorporación de sistemas de codificadores y
digitales.
Tanto los restituidores analíticos como los adaptados, a los que se llama
- 79 -
Introducción a l a Fotogrametría
semianalíticos, pueden dibujar la minuta durante su restitución, o bien almacenar la
información en cinta magnética o disquete, susceptible además de ser modificada en
función de datos posteriores. Esta posibilidad, que en algún caso puede ser ventajosa,
supone la incorporación a los datos de a los datos de los errores de restitución que el
operador cometerá inevitablemente.
4.12. NORMAS DE RESTITUCION
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Al tratar del pliego de condiciones para el vuelo, se establecieron una serie de normas
destinadas a garantizar la calidad de los fotogramas y la seguridad en su empleo. Por la
misma causa, es necesario también fijar instrucciones para la restitución, ya que los
operadores conocen el manejo del instrumento y el sistema general de empleo, pero en
cada levantamiento, sobre todo si se cambia de la escala a la que habitualmente se está
trabajando, pueden darse algunas condiciones especiales, que deben notificarse
previamente. Estas normas deben ser claras y concretas, sin dejar margen a la
interpretación, que posteriormente realizará el revisor.
Por lo que se refiere a la planimetría, es imprescindible que todas las líneas sean
cerradas, considerando también como cierre la interrupción contra el marco; las curvas
de nivel, limites de cultivos, lindes de parcelas, etc. Las vías de comunicación,
especialmente los caminos, no pueden perderse; en cada caso tiene que distinguirse su
origen y destino. En los casos en que alguna de estas condiciones no pueda cumplirse,
porque no se distinga en la foto, se indicará al margen, para facilitar su localización y
revisión en campo.
Se establecerá un límite, relacionado con la escala, para los objetos representables,
que en principio estará relacionado con la dimensión que el detalle tenga en imagen. La
línea de costa restituida será la correspondiente a la cota cero, de acuerdo con el posado
de punto, hay que recordar que el nivel del mar es un dato instantáneo y variable de una a
otra foto, no coincidiendo ni aun en las dos fotos de un par. Si por no haberse realizado el
vuelo en horas de marea baja, quedara oculta la cota cero por las aguas, se hará constar
en el tramo correspondiente, dependiendo de la escala y del uso del mapa las medidas
que deban tomarse.
Los embalses se dibujan supuestamente llenos, de acuerdo con la cota oficial de su
aliviadero, información que deberá aportarse para su restitución. Como en la práctica esta
cota no se alcanza nunca, en algunos mapas de gran escala se señala también la orilla
más habitual, que en general se distingue bien en la foto cuando el nivel del agua es
inferior. Los lagos también se representan en su máxima capacidad, con la misma
- 80 -
Introducción a l a Fotogrametría
salvedad respecto a la escala.
En altimetría se considera norma general la rotulación de las cotas de los puntos más
elevados (cumbres) y de tos situados entre ellas (collados), pero hay además que rotular
las de los puntos de cruce de carreteras, los de intersección de varios caminos, las
confluencias de ríos, sus pasos bajo los puentes y la cota de estos, así como la de
coronación de los embalses, los cruces de ríos y carreteras con las divisiones
administrativas y los puntos de inflexión de las líneas límite.
4.13. REVISION
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
El plano restituido no puede transformarse directamente en una obra publicada. Tras la
restitución es necesaria una revisión del trabajo, en la que el revisor no debe limitarse a
controlar el cumplimiento de las instrucciones, sino sobre todo, debe decidir en que
momentos las instrucciones no deben cumplirse, en atención a la realización de una
buena representación cartográfica. Hay que recordar a este respecto que la primera
norma en cartografía es que no puede haber normas rígidas y que el sentido común y la
facilidad de interpretación son las únicas razones incontestables.
El revisor puede decidir que cotas deben suprimirse por innecesarias, y cuales deben
añadirse, que detalles importantes en algún sentido han sido omitidos, porque su
apariencia aérea no justificaba su inclusión; localizará los puntos en que encuentre
soluciones dudosas o extrañas, restituciones incompletas por falta de claridad en la
fotografía, como pueden ser caminos interrumpidos a tramos, o sin extremes definidos;
lindes cortadas; o casos anormales en la geografía física, como son los barrancos
cerrados, hoyos sin salida, ríos con sumidero, y muchos otros detalles que pueden no
haberse interpretado correctamente y requieren una inspección directa en campo, cuya
organización previa debe prepararse en este momento.
Con todas las anomalías encontradas, si revisor indicará las que pueden corregirse en
el restituidor y las que requieren de inspección en campo, tras la cual quedará completa la
restitución y dispuesta para ser transformada la minuta en un mapa publicable.
4.14. LOS DATOS COMPLEMENTARIOS
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
La restitución es la aportación de la fotogrametría a la cartografía, pero no su sustitución
total. La transformación de una imagen restituida en un mapa obliga a realizar una serie
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Introducción a l a Fotogrametría
de trabajos imprescindibles, muchos de ellos de campo y algunos de gabinete, en parte
para efectuar comprobaciones y resolver dudas, en parte para complementar las
informaciones que la fotografía no puede recoger.
La vegetación natural al igual que tos cultivos resulta de muy dudosa identificación en
la fotografía, por lo que debe realizarse en campo una inspección tan cuidada como la
información pedida al mapa requiera, no sólo en función de su escala, sino del uso a que
se destine.
La toponimia no puede obtenerse mas que por consulta directa sobre el terreno, siendo
una pésima práctica la de copiarla de mapas anteriores, pues es conocido que la mayoría
de la publicada es defectuosa o está mal colocada. La fotogrametría ha abreviado mucho
el contacto entre el topógrafo y los habitantes del campo, disminuyendo las posibilidades
de obtención y depuración de la calidad de la toponimia, cuya obtención es ahora más
difícil, entre otras cosas por falta de prácticos que la conozcan, pero cuya incorporación
debe ser una tarea primordial.
Son además detalles que deben incorporarse a la restitución los límites administrativos,
que están definidas por actas de deslinde, documentos topográficos no siempre fáciles de
situar sobre el mapa restituido. Los puntos o parajes de importancia histórica o
arqueológica, en muchas ocasiones no diferenciables sobre la fotografía, deben
localizarse realizando un estudio especial del territorio, que a la larga tiene gran
importancia, porque determinan la calidad del mapa en cuanto a su aprovechamiento
cultural.
4.15. LOS PLIEGOS DE CONDICIONES
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Todo trabajo de gran envergadura debe planificarse previamente, para que su resultado
final sea satisfactorio, y para que entre las distintas fases de su ejecución no se presenten
problemas imprevistos. La formación de un mapa es una tarea muy compleja, comprende
muchas fases interdependientes y antes de su iniciación debe ser organizada en sus
líneas generales, y en sus detalles particulares, sin dejar nada a la improvisación. Hay
además suficiente experiencia acumulada para que la organización no deba improvisarse,
de modo que es una tarea perfectamente posible además de necesaria.
Existen una serie de decisiones previas, que incumben al propio mapa (escala,
proyección, elipsoide, formato, etc.), pero que deben tenerse en cuenta a la hora de
organizar su ejecución fotogramétrica, ya que afectarán a las condiciones del vuelo,
- 82 -
Introducción a l a Fotogrametría
fundamentalmente las relatadas en el epígrafe anterior. Hay además otras condiciones
que se refieren a la calidad de la fotografía, tanto el aspecto geométrico, como en el
fotográfico. En el primer caso hay que contar con la calibración, de la cámara que es
garantía de la correspondencia de figuras, los recubrimientos longitudinales y
transversales, de los que depende la posibilidad de observación estereoscópica
y la
seguridad de un recubrimiento total de la zona, el contraste fotográfico de la película, la
calidad de imagen, la homogeneidad de tonalidad, la ausencia de nubes, la longitud e
intensidad de las sombras.
Un esquema general de los puntos que deben establecerse en el pliego de
condiciones de un vuelo fotogramétrico debe considerar los siguientes puntos:
1. Condiciones técnicas del vuelo.
1.1. Ejes de vuelo. Es preciso determinar la dirección preferente, que no siempre será
la Este-Oeste, y que deberá mantenerse sin cambios bruscos. En general, no se
admite que los ejes de fotogramas consecutivos formen ángulos superiores a 3". Los
ejes de las pasadas deben ser paralelos.
EJE DE VUELO INCORRECTO
1.2. Recubrimiento. El longitudinal, entre fotos de una misma pasada, se fija en el 60 %,
con una tolerancia de +/- 5 %; el transversal, entre pasadas, puede variar entre el 10 y el
40 %, aumentándose cuando los desniveles del terreno superen el 10 % de la altura de
vuelo. Todo el terreno quedará cubierto por la zona estereoscópica, debiendo las fotos
extremas rebasar los límites de la zona.
1.3. Hora de vuelo. Con objeto de acortar las sombras, la hora quedará fijada entre
aquellas en que la altura del Sol supere los 35°. Un sencillo cálculo astronómico permite
calcular la hora del día para cada fecha del año en que se cumple esta condición; existen
además muchas tablas calculadas para las distintas latitudes.
En las zonas costeras es necesario considerar además la hora de las mareas, para
realizar el vuelo cuando queda descubierta la zona del estero, dentro de la que queda
situada la curva de cota cero.
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Introducción a l a Fotogrametría
2. Condiciones técnicas de la cámara.
2.1. Cámara métrica, con certificado de calibración, fechado con menos de dos años de
antigüedad. La cámara tendrá la posibilidad de mostrar los datos marginales que se
establezcan.
2.2. Objetivo y formato. Aunque los más frecuentes son la focal de 152 mm y el formato
23 x 23, estas condiciones no pueden considerarse invariables. Están supeditadas a la
escala prevista para el vuelo y pueden ser válidas también otras características.
3. Condiciones técnicas de los fotogramas.
3.1. Escala de los fotogramas. Determinada por la altitud media sobre el territorio y la
focal de la cámara, será única para todo el vuelo.
3.2. Verticalidad. El ángulo entre el eje óptico y la vertical, será inferior a 3°, no superando
este margen más del 5% de las fotografías.
3.3. Información complementaria. Se establecerá en cada caso, según las necesidades
propias y deberá ser legible en todas las fotos. En ella se incluirán siempre las
características de la cámara y algún tipo de numeración para identificación de foto,
pasada y vuelo.
3.4. Características del soporte. Película indeformable, con alteraciones dimensionales
inferiores al 0,05 % en cualquier sentido.
3.5. Emulsión. Será de grano fino, con poder de resolución de 90 líneas por milímetro.
Deberá especificarse si es película pancromática, en blanco y negro, infrarroja, de color
normal o de cualquier otro tipo.
3.6. Negativos. El punto principal de cada foto será visible sin que puedan ocultarlo nubes
o masas de polvo denso. Ninguna foto tendrá oculta por estas causas más del 5 % de su
superficie.
El 0,2 % es el límite de los valores densitométricos de los negativos: que en sus zonas
transparentes no deberán quedar por debajo de esta densidad, y en las de sombra no
podrán sobrepasar la densidad media en más de este valor.
- 84 -
Introducción a l a Fotogrametría
Esta condición no es válida para los reflejos solares sobre agua, en los que la sobre
exposición produce una opacidad total del negativo.
3.7. Positivos. De los negativos se obtendrán para su entrega dos colecciones de
positivos de contacto, destinadas a la revisión.
Las imágenes serán completas, con todos los datos marginales, y se obtendrán en papel
mate, para facilitar su examen.
4. Gráfico de vuelo. Con el dibujo sobre el mapa de la zona de las distintas pasadas y la
indicación de numeración de las fotos. Contendrá el eje de vuelo de cada pasada, y las
indicaciones complementarias que puedan establecerse respecto a altitud media sobre el
terreno, etc.
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Introducción a l a Fotogrametría
5- FOTOGRAMETRÍA DIGITAL
5.1. CONCEPTOS GENERALES
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
5.1.1. INTRODUCCIÓN - La fotogrametría ha ido evolucionando a lo largo de su historia.
Se podrían establecer diferentes etapas en función de su resolución. Así se puede
distinguir entre Fotogrametría Analógica, donde la resolución se realiza mediante
analogías mecánicas y ópticas, y por otro lado la Fotogrametría Electrónica donde los
sistemas optico-mecánicos son sustituidos casi en su totalidad por equipos informáticos
que realizan cálculos.
Dentro de los métodos fotogramétricos electrónicos se puede distinguir entre
Fotogrametría Analítica y Fotogrametría Digital.
La Fotogrametría Analítica aborda la resolución informatizada de los cálculos
fotogramétricos, utilizando como información de entrada las medidas realizadas sobre la
fotografía. Aún mantiene equipos mecánicos de servomotores que manejan los
portaplacas y sistemas ópticos que permiten realizar las observaciones fotogramétricas.
La Fotogrametría Digital se caracteriza por utilizar información (imágenes) en formato
digital. Se produce un cambio en el soporte de la información, ahora está totalmente
preparado para el tratamiento informático desde el principio del proceso fotogramétrico.
Esto traerá gran número de ventajas, que van relacionadas principalmente con la
automatización de las tareas fotogramétricas, disminución del coste de los equipos, no
tienen problemas de estabilidad dimensional, no se deterioran.... Pero también trae
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Introducción a l a Fotogrametría
aparejadas desventajas como la perdida de precisión y peor calidad de definición de los
elementos que aparecen en los fotogramas. Desventajas que van disminuyéndose
progresivamente conforme aumenta la capacidad de los sistemas informáticos junto a una
mayor resolución de las imágenes.
5.1.2. IMAGEN DIGITAL. PIXEL – Una imagen digital es una matriz bidimensional de
niveles de grises, con elementos de información mínima, gij, que varía en función de la
posición i, j (Fila y columna) que adoptan dentro de la matriz.
Cada elemento matriz se llama píxel (‘picture element’) y tiene un tamaño finito de
muestreo ∆dF x ∆dC (normalmente ∆dF = ∆dC). Por tanto, en una imagen digital se habla
de elelmentos de imagen o píxeles en vez de puntos de imagen. El rango de la matriz
oscila entre:
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
Las imágenes digitales se forman a partir de un proceso de muestreo o digitalización.
En dicho proceso, una pequeña área sensorial (de tamaño mínimo) es capaz de registrar,
de modo directo, la información electromagnética correspondiente a un área del terreno, o
de un modo indirecto (papel, fotografía, vidrio). En el primer caso, se trata de adquisición
directa por medio de cámaras electrónicas o digitales; el segundo caso hace referencia al
proceso de escaneado.
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Introducción a l a Fotogrametría
5.1.3 RESOLUCIÓN – Una imagen digital presenta distintos tipos de resolución según el
parámetro de medida: resolución geométrica, resolución radiométrica y resolución
espectral.
La resolución geométrica hace referencia al tamaño de la matriz bidimensional (filas
x columnas) de la imagen digital. A mayor número de píxeles en la dirección
horizontal/vertical, mayor resolución geométrica, mayor definición de imagen y mayor
tamaño de almacenamiento.
Apuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT Topográfica Mérida. Año 2000.
Por ejemplo, si se ha digitalizado a 1200 ppp (puntos por pulgada) indicará que 25,4
mm ( que corresponden a 1 pulgada) se ha dividido en 1200 partes iguales (tamaño del
píxel) por tanto este será de:
1 _ pu lg ada
25,4mm
=
= 21,2 µ
Re solución _ de _ la _ digitalización( ppp)
1200
Para ver cuanto ocuparía el fichero digitalizado del dicha imagen,
1200 ppp
= 472 puntos _ por _ cm ; 472 puntos por cm x 23 cm = 10856 puntos (píxels)
2,54cm
10856 x 10856 = 117852736 puntos (píxels)
Tamaño de la imagen en B/N = 118 Mb
Tamaño de la imagen en color = 354 Mb
El término de resolución espacial no debe confundirse con el de precisión geométrica,
aunque están relacionados. Generalmente, la precisión geométrica hace referencia a la
precisión con la que se posiciona un píxel en la fase de digitalización. Por tanto, la
precisión geométrica es función de la precisión del digitalizador. Por precisión geométrica
también entendemos la precisión con la que se mide el centroide de un píxel. Esta última
acepción oscila considerablemente en función del método de medición (manual o
automático) y de correspondencia. Normalmente, este valor oscila entre ¼ y 1/10 del
tamaño del píxel; en ajustes de observaciones muy redundantes las precisiones pueden
ser del orden de 1/100.
Por otro lado hay que resaltar que un píxel no se localiza por sí mismo, de forma
individual, sino que se requiere una matriz de píxeles de rango variable según el proceso
de fotointerpretación o correspondencia.
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Introducción a l a Fotogrametría
La resolución radiométrica especifica el número de niveles de gris ( o de oscuridad)
que se utilizan por banda y viene definida en función del número de dígitos binarios (bits).
Así pues, si se dispone de una imagen monocromática con 8 bits la información contenida
presenta 256 (28) niveles de gris, yendo del color negro (valor radiométrico 0) al color
blanco (valor radiométrico 255). La información radiométrica contenida en una imagen
color (tres bandas espectrales: rojo, verde, azul) o multiespectral ( o más de tres bandas
espectrales) es múltiplo del número de bandas.
La resolución espectral indica el rango de longitudes de onda del espectro
electromagnético registrado en la imagen digital. Cuanto mayor ese el número de bandas
espectrales, mayor precisión se obtiene en la creación de patrones de respuesta
espectral, y más fáciles y seguras serán las tareas de reconocimiento geométrico ( y
sintáctico ) de las formas.
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Introducción a l a Fotogrametría
5.2. ESCÁNER FOTOGRAMÉTRICO
Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 2002
En fotogrametría digital la imagen sustituye a la diapositiva cómo soporte de los procesos
Fotogramétricos. Por imagen se entiende una estructura matricial en la cuál sus
elementos son píxeles. La imagen difiere de la fotografía convencional en las
características geométricas y radiométricas.
Ilustración -0-1: Imagen digital obtenida del escaneo de una diapositiva
La obtención de imágenes digitales en la actualidad es posible mediante cámaras aéreas
digitales que están comenzando muy despacio a introducirse en el mercado. Pero dichas
cámaras todavía no han llegado a resolver de un modo satisfactorio la captura de
imágenes digitales de forma directa, además del elevado coste que suponen.
Frente a la obtención directa la alternativa es la digitalización. La digitalización supone la
transformación de fotografías aéreas en imágenes digitales mediante la utilización de un
escáner fotogramétrico. La película fotográfica en estos momentos es el soporte de mayor
importancia debido a su alta calidad desde el punto de vista del poder de resolución,
contraste, estabilidad y rango dinámico. Estas características del soporte se unen a la
aparición de los escáneres fotogramétricos especializados a finales de los años 80, con lo
que puede observarse un desarrollo gradual y una mejoría en la calidad de los escaneos
resultantes.
Originalmente, la especificación más importante para estos escáneres fotogramétricos era
la precisión geométrica del escáner pero cada vez, debido a unos resultados óptimos en
este campo, existe una mayor preocupación por el buen color y el rendimiento
radiométrico.
- 90 -
Introducción a l a Fotogrametría
Ilustración -0-2: Escáner UltraScan 5000 de Vexcel Imaging
Los principales usos hacia los que están derivando las imágenes digitales obtenidas por
escáneres fotogramétricos son:
–
Generación de Ortofotos
–
Aerotriangulación automática
–
Generación de MDT automáticos
–
Generación y actualización de bases de datos digitales
–
Integración en SIG
Será fundamental el control y análisis de las precisiones obtenidas en las imágenes
digitales, ya que se han detectado problemas producidos en procesos fotogramétricos
digitales como pobres resultados en orientaciones y aerotriangulación, errores en la
generación
de
modelos
digitales
del
terreno
(MDT),
diferentes
deformaciones
radiométricas y pérdidas de calidad en la imagen. Dichos errores eran causados en el
pasado por la insuficiente calidad radiométrica y geométrica en el momento de la
digitalización.
- 91 -
Introducción a l a Fotogrametría
5.2.1 TIPOS DE ESCÁNER
Existen en el mercado diferentes tipos de escáner y sólo una parte de ellos va a permitir
que se consigan las calidades geométricas y radiométricas exigibles para cualquier
trabajo fotogramétrico. A continuación se muestran los diferentes tipos de escáner que
podemos encontrar en el mercado actual, dentro de los cuales se explicará el tipo a los
que pertenecen los denominados fotogramétricos.
Mano

Exploracion superior

Escaner 

Unidades planas Rodillo
Planos



Los escáneres manuales no son utilizables en fotogrametría debido a su poca anchura de
barrido y los inevitables temblores que la mano humana le transmite durante la
exploración, haciendo que la imagen digital pierda la métrica que se le presupone.
En cuanto a los escáneres de unidades planas, los de exploración superior colocan los
documentos sobre una superficie plana y son digitalizados por medio de una cabeza
óptica situada encima de ellos. Por construcción estos escáneres permiten formatos
grandes, pero por la metodología de trabajo alcanzan poca resolución y transfieren ciertas
vibraciones a la imagen digital que no los hacen recomendables. La estabilidad en la toma
de datos tanto geométrica cómo radiométrica nunca sería la misma.
En los escáneres de rodillo la óptica de exploración y los circuitos son elementos fijos,
solamente giran los rodillos que empujan las fotografías o mapas. Estos giros producen
unos desplazamientos relativos entre la foto y el rodillo que tienen como consecuencia
alteraciones en la métrica de la imagen digitalizada final. Estos escáneres obtienen sin
embargo una alta calidad radiométrica.
Como ya se ha hecho referencia, será al final de la década de los años 80 cuando
comienza a desarrollarse de una manera lenta la tecnología de digitalización que permitirá
transferir la precisión geométrica de la película a la imagen digitalizada. Hasta entonces
no había surgido la idea de la utilización en fotogrametría de los escáneres electrónicos
de rodillo de bajo costo que en aquellos momentos estaban conquistando el mercado de
las artes gráficas. Fue en ese momento cuando se desarrollaron diferentes iniciativas para
la utilización de estos escáneres en la fotogrametría demostrándose que su utilización no
era posible debido a que se producían errores geométricos del orden de las 500 micras
como consecuencia de la imposibilidad de mantener permanentemente en contacto a la
película con el tambor para la extensión total de la fotografía aérea. Todos estos estudios
determinaron y justificaron la utilización de los escáneres planos con un formato lo
suficientemente grande para aceptar el tamaño de una imagen aérea y suficientemente
preciso y estable geométricamente para poder trabajar en procesos fotogramétricos.
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Introducción a l a Fotogrametría
Ilustración -0-1: Escáner DSW 500 de LH Systems
Los escáners fotogramétricos planos como el PhotoScan 2001 necesitan un aislamiento
tanto para preservar el escáner de la entrada de polvo como para poder conservar la
instancia a temperatura constante de 22.5º sin sufrir variaciones superiores a 1º, y con
una humedad relativa en un 50%, cumpliendo así las condiciones necesarias para
conseguir:
–
Precisión geométrica de 2 micras
–
Resolución geométrica de 14 micras
Ilustración -0-2: Escáner PhotoScan 2001 de ZI Imaging
Las diferentes resoluciones que alcanza el escáner fotogramétrico (7, 14, 21, 28, 56, 112,
224 micras) son propias de la máquina (hardware, los anteriores valores de resolución son
propios del escáner PhotoScan 2001 ZI), es decir no son obtenidas mediante ningún
método de remuestreo o cálculo. Por tanto se tendrán diferentes tiempos de digitalización
dependiendo de cada resolución, incrementándose los tiempos con tamaños de píxeles
menores. Lo cual nos permite digitalizar una imagen completa a baja resolución en muy
poco tiempo facilitándonos la accesibilidad a ésta para su tratamiento rápidamente.
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Introducción a l a Fotogrametría
Los escáneres planos utilizan una metodología de captura de la imagen más compleja. La
película se coloca sobre una superficie de cristal y se asegura la posición de ésta
mediante la presión con otro cristal. La cabeza óptica se moverá, pegada al cristal que
sirve de base, a lo largo del documento mientras que por encima incidirá un haz de luz del
mismo tamaño que la cabeza y pegado al cristal superior. En condiciones ideales estos
escáneres deberían digitalizar las imágenes fotogramétricas con un único paso de la
cabeza óptica, lo cuál no es posible en la actualidad por limitaciones técnicas y las
imágenes se deben digitalizar por partes formándose estas a partir del montaje de
pequeños cuadrados o pasadas.
Durante algún tiempo los fabricantes de escáneres de tambor sostuvieron que los
escáneres planos no iban a ser capaces de acercarse al rendimiento radiométrico
producido por los de tambor. Esta desventaja de los escáneres planos ha sido superada
en los últimos años por los nuevos sensores electrónicos CCD (Charge-Coupled Device)
de disposición lineal, que poseen mejores características de relación señal-ruido y un
número mucho mayor de píxeles, haciendo de ese modo realidad su superioridad frente a
los escáneres de tambor.
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Introducción a l a Fotogrametría
5.2.3. ESCÁNERES FOTOGRAMÉTRICOS
Para llegar a determinar a que se denomina escáner fotogramétrico veremos los
elementos que lo forman, las características que tienen, el modo de funcionamiento y los
escáneres que podemos encontrar en el mercado.
Hay una serie de elementos que son comunes a los escáneres fotogramétricos y que
deben de ser analizados.

Matriz cuadrada
Sensores o CCDs 
Matriz Lineal

Filtros


Luz difusa
Escaner Sistemas de iluminacion 
Luz directa

Sistemas de Arrastre

Equipos Informaticos o Hardware

Programas o Software
Sensores o CCDs.
Los sensores CCD (Charged-Coupled Device) son dispositivos electrónicos que poseen una estructura en forma de
mosaico con células sensibles a la luz (pixels).
Cada pixel es capaz de almacenar fotones y generar una carga eléctrica (electrones) proporcional a la cantidad de luz que
recibe.
El sensor CCD es expuesto a la luz durante un tiempo denominado tiempo de integración, tras el cual los fotones que han
sido almacenados son transferidos de forma ordenada a una etapa de salida, que es un amplificador que convierte la carga
acumulada en cada pixel en una tensión eléctrica.
En los sensores CCD lineales, la transferencia o volcado de la información desde el elemento de salida se produce con la
ayuda de un registro de desplazamiento intermedio. Cuando el número de pixel es elevado, se utiliza más de un registro de
desplazamiento, con el fin de que la salida serie de la información se produzca en un periodo de tiempo más breve.
Los escáneres fotogramétricos tienen un elemento básico que es el sensor electro-óptico,
en el cual se establece una relación entre la luz incidente en el sensor y la respuesta de
éste. Las propiedades de estos sensores son:
–
Propiedad Geométrica: En general los sensores electro-ópticos proporcionan una
alta estabilidad geométrica, viéndose únicamente afectados por una falta de
planeidad de los elementos sensibles que forman la matriz del sensor. Es un
parámetro difícil de medir y una información difícil de conseguir. La falta de
planeidad produce errores similares a los producidos por falta de planeidad en el
plano focal de la película, en cámaras analógicas. Se trata de un problema cada vez
más importante ya que los sensores tienen cada vez mayor resolución.
–
Propiedad Radiométrica: La imagen no es continua sino discreta y los sensores son
acromáticos, toman o captan una zona del espectro que es aproximadamente la del
visible y un poco más. Ya que la imagen se considera discreta habrá que discretizar
ese intervalo del espectro en niveles de captura. Cómo los sensores son incapaces
de capturar el color, la captura de imágenes en color se realiza haciendo cada
- 95 -
Introducción a l a Fotogrametría
captura con un filtro (rojo, verde y azul) y posteriormente se monta la imagen con la
condición indispensable que el objeto permanezca inmóvil durante la captura.
Existen dos tipos de sensores con diferente forma de operar:
–
Los sensores o CCDs de matriz cuadrada recorren la fotografía formando la imagen
con la unión de diferentes subimágenes recogidas por la matriz. Este tipo de trabajo
que realizan se denomina “de captura y avance”. La matriz avanza hasta una
posición predeterminada, recoge la información para conseguir una imagen teselada
y así a la siguiente posición. Con ellos se consigue una mejor dimensión de puntos
e imágenes.
–
Los CCDs lineales se moverán por la imagen de un modo continuo formando una
línea de imagen y pasando a una nueva posición para la formación de la siguiente
línea o tira.
Siendo dos sistemas de actuación muy diferentes no pueden evitar la formación de la
imagen final digitalizada a partir de partes de la imagen.
En otros ámbitos de la tecnología en donde se utilizan estos dos tipos de sensores, los de
disposiciones
cuadradas
se
suelen
utilizar
en
las
cámaras
digitales
dirigidas
fundamentalmente a objetos en movimiento, mientras que los sensores con disposición
lineal se utilizan en cámaras fijas, o fax copiadores donde el elemento a capturar está fijo.
Los escáneres fotogramétricos montan indistintamente cualquiera de los dos sensores,
pero si es cierto que los sensores lineales ofrecen una mayor calidad radiométrica, y por
lo tanto son los dispositivos más utilizados.
Ilustración 0-1 Sensor CCD lineal
Filtros
Los escáneres suelen tener cuatro filtros, tres de ellos para las bandas de color (RGB)
Roja, Verde y Azul, y una cuarta que nos permite la obtención de escala de grises.
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Introducción a l a Fotogrametría
Además, muchos sistemas incorporan filtros de eliminación de infrarrojos, ya que los
componentes electrónicos son sensibles a éstos y afectan de una manera muy importante
a la resolución radiométrica.
Sistemas de iluminación
El sistema de iluminación debe proporcionar una cantidad adecuada de luz roja, verde y
azul. La iluminación debe ser independiente del tiempo de funcionamiento del escáner o
de su edad. Para conseguir uniformidad en la cantidad de luz generada por la lámpara, se
ha implementado un circuito de control.
Existen dos tipos de sistemas de iluminación en los escáneres fotogramétricos, de luz
difusa y de luz directa. El más utilizado es el de luz difusa, ya que permite que los rayos
lleguen de forma más homogénea y repartida al sensor. Esto se logra colocando entre la
película y la luz una placa de cristal opalescente.
El sistema de luz directa proporciona mayor economía de energía de luz, pero actúa de
una manera puntual sobre la película con lo que no se logra la homogeneidad sobre toda
la película. Incrementa la profundidad de campo de una manera considerable.
Ilustración 0-2 Ejemplo de lámpara de luz difusa
Sistemas de arrastre
Para la automatización del proceso de digitalización ya son muchos los escáneres que
incorporan un sistema de arrastre o alimentador, tanto automático como manual, que
permite la digitalización desde rollo. Normalmente este sistema es utilizado en grandes
proyectos y permite un ahorro importante tanto de tiempo cómo económico.
De la misma manera, la digitalización directamente desde rollo supondrá un aumento en
la calidad de la imagen final obtenida. Se habrá evitado en la película un gran número de
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Introducción a l a Fotogrametría
ralladuras, polvo y manchas de grasa que se suelen transferir tanto en el proceso de
cortado cómo en el de obtención de la diapositiva. Esto incide en el ahorro considerable
de posibles problemas en aerotriangulaciones automáticas posteriores, modelos digitales
automáticos o posibles retoques o ediciones de las Ortofotografías antes de su entrega
final.
Ilustración -0-3: Alimentador de rollo automático del escáner PhotoScan 2001 de ZI Imaging
Equipos informáticos o Hardware
Los equipos informáticos que acompañan a los escáneres fotogramétricos deben ser de
última generación, ya que las imágenes digitales obtenidas tienen gran cantidad de
información que se traduce en archivos de gran tamaño, y su tratamiento, procesamiento,
transmisión y almacenamiento podrían suponer un grave problema.
La totalidad de los equipos montados, además de poseer la capacidad de almacenar y
gestionar una gran cantidad de información, deben dar mucha importancia a las tarjetas
gráficas y a los monitores que utilizan.
Programas o Software
Los equipos, además de llevar programas propios de escaneo, están dotados de la
posibilidad de ecualizar y corregir histogramas de datos radiométricos, convertir a
diferentes formatos de imágenes digitales o hacer balances de color.
También permitirán la transformación de película negativa a imagen digital positiva tanto
en Color como en Blanco/Negro.
- 98 -
Introducción a l a Fotogrametría
Ilustración -0-4: Datos de entrada negativos y datos de salida positivos en película en B/N.
Ilustración -0-5: Datos de entrada negativos y datos de salida positivos en película color.
- 99 -
Introducción a l a Fotogrametría
5.3. CÁMARA AÉREA DIGITAL
Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 2002
En poco tiempo, tanto el proceso fotogramétrico como la manipulación de imágenes
por medios digitales, están consiguiendo una importancia creciente en la industria
fotogramétrica.
Esto ha llevado consigo un aumento en la demanda de imágenes digitales de cierta
calidad. La obtención de estas imágenes digitales, hasta el momento, se ha realizado
principalmente por métodos indirectos, mediante la digitalización de fotografías aéreas, lo
que hace que la cámara aérea digital esté empezando a tener importancia dentro del
mercado actual.
Ilustración -0-6: Sensor aéreo digital Leica ADS40
Ilustración -0-7: Cámara Leica RC 30
Además, está empezando a existir una fuerte demanda de información multiespectral de
alta calidad, en la franja que comprenden las resoluciones intermedias entre estas
cámaras aéreas convencionales (< 0,15 m) y la ofrecida por las últimas generaciones de
satélites comerciales (1 a 10 m).
La gran ventaja con la que disponen las cámaras aéreas digitales, es la rapidez con que
se pueden disponer de los datos, pudiendo estos analizarse incluso durante el vuelo, y así
evitarse repeticiones después del aterrizaje. En el ámbito militar es fundamental, y ya
indispensable en espionaje. En el campo civil, su importancia va creciendo en ámbitos de
actuación inmediata como inundaciones, incendios forestales, sistemas constructivos,
regadíos, evolución de las cosechas...
Se pueden enumerar una serie de ventajas que presentan las cámaras aéreas digitales
frente a las cámaras clásicas:
– Buena resolución radiométrica.
– Información multiespectral fácilmente reproducible sin laboratorios.
– Mayor precisión radiométrica y espacial.
– Ahorro de costes.
- 100 -
Introducción a l a Fotogrametría
– Ahorro de películas y tratamiento de éstas.
– Ahorro de procesos de digitalización en la cadena digital.
– Mayor automatización en archivo.
– Disponibilidad inmediata de los datos.
– La multitemporalidad o captura reiterada sobre una misma zona, permite evaluar los
cambios en el estado fenológico de los diferentes cultivos.
– Los sensores CCD aumentan las capacidades radiométricas y, por tanto, permiten
discriminar más objetos dentro de las imágenes. En zona urbana, es muy útil para
las zonas de sombra de los edificios.
Como no, también presenta una serie de inconvenientes:
– Resolución geométrica.
– La orientación puede complicarse.
– La calibración debe ser muy precisa.
– Se generan mayores volúmenes de información que deben ser copiados en
soportes digitales.
– La permanencia de dobles equipos en uso, es decir, se puede utilizar una imagen
analógica en un restituidor digital pero no al revés.
Para hacerse una idea, una fotografía convencional en formato 23 x 23 cm se puede
escanear en un escáner fotogramétrico hasta una resolución de 7 micras. Esta resolución
correspondería a un sensor de 32000x32000 píxeles; la casa Philips tiene un sensor
capaz de obtener una resolución de 9000x7000 pixels, todavía muy lejos de la alcanzada
con la fotografía convencional y la digitalización.
- 101 -
Introducción a l a Fotogrametría
5.4 FORMATOS Y COMPRESIÓN
Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 2002
Los formatos de imagen más utilizados en fotogrametría son TIFF y JPEG. A veces
también nos podemos encontrar con el formato BMP. Lo normal es trabajar con el formato
TIFF que no llevan ningún tipo de compresión y por lo tanto no hay ningún tipo de pérdida
en la imagen.
Las siglas TIFF (Tagged Image File Format), se utilizan para denominar a ficheros de
imagen. Los archivos de formato Tiff se definieron como un formato estándar del fichero
para las aplicaciones de los ordenadores desarrolladas por Microsoft y Aldus. El escáner
fotogramétrico PhotoScan TD lo utiliza por ser uno de los formatos más comunes de
ficheros de imágenes y con los que suelen trabajar todos los programas de tratamiento y
gestión de imágenes. Este formato es de los más utilizados debido a la total
compatibilidad entre Mac y PC y su más que excelente relación entre calidad y extensión.
Como características fundamentales deberíamos hacer costar que permite trabajar con
canales alfa y compresión sin pérdidas LZW. Se podría decir que es el formato fotográfico
por excelencia y se utiliza en casi todas las fotocomposiciones, artes gráficas, diarios,
revistas, etc., de todo el mundo. Todo el espacio que ocupa este formato contiene
información útil. Todas las imágenes que se graban mediante este rango destacan por su
gran calidad. Dado que admite compresión, ésta no resulta destructiva.
Los inconvenientes que se le pueden atribuir a este formato de imagen es que el espacio
que ocupa sin perder calidad, como para guardar modificaciones, resulta excesivo para un
trabajo cómodo si precisamos ahorrar en recursos.
Las siglas de JPEG (Joined Graphics Expert Group) definen a un formato de archivos de
imagen nacidos en las reuniones de un grupo de expertos fotográficos. Esta organización
de expertos de los procesos fotográficos y de imagen alrededor del mundo derivó un
mecanismo estándar, o algoritmo, para comprimir imágenes de tono continuo a un grado
alto y flexible con un mínimo de pérdida de la información. La compresión del JPEG es
mínima, es decir, la imagen comprimida no será idéntica a la imagen sin comprimir. El
JPEG alcanza relaciones de transformación variables de la compresión, según lo
determinado por el factor de Q.
Razón de compresión = Tamaño imagen comprimida / Tamaño imagen original
Cuanto más alto es el factor de Q, mayor es la compresión de la imagen y mayor son las
diferencias entre la imagen comprimida y la imagen original. Para cualquier imagen, la
cantidad de compresión considerada en un factor dado de Q dependerá de la textura o de
- 102 -
Introducción a l a Fotogrametría
la suavidad de la imagen. Por lo tanto su cualidad más sobresaliente es el poder corregir
el rango de compresión según las necesidades que se tenga.
Lógicamente hay que estudiar la influencia en la radiometría y geometría del factor de
compresión, considerando cómo afecta esta a la precisión de los procesos
fotogramétricos. Los resultados publicados hasta hoy indican que las imágenes pueden
ser comprimidas con factores de compresión de hasta 10 sin una considerable pérdida de
precisión.
Varias investigaciones de compresiones (Eide, Mardal, 1993) indican que compresiones
de hasta un factor de 5 pueden ser recomendadas sin ninguna pérdida de precisión, ni
afectar a la visualización de imagen individual ni estéreo. El límite superior se puede
establecer en 10 a partir del cual aunque no haya pérdida de precisión, la calidad de la
imagen radiométrica se reduce.
Para que las imágenes digitales en formato comprimido sean óptimas, el software
fotogramétrico debe tener la capacidad de trabajar con ellas como formato nativo, sin
descomprimirlas, si esto no ocurre se pierde gran parte de las ventajas de la producción,
ya que de alguna manera tendremos que diseñar el almacenamiento para imágenes sin
compresión, después perder el tiempo en la compresión y cada vez que vayan a ser
utilizadas tendremos que volver a descomprimir.
El objetivo último de la compresión de imágenes es reducir el contenido de datos de las
mismas. Los diversos algoritmos de compresión tratan de extraer la información esencial
(no redundante) de la imagen, de manera que la imagen pueda ser reconstruida
posteriormente con la precisión requerida.
Existen otros formatos de compresión bastante utilizados en la actualidad como MrSID
MrSID es una tecnología de compresión revolucionaria en el mundo de la imagen. Es un
formato gráfico. Permite visualizar imágenes de alta resolución, con toda su calidad y
rápidamente.
MrSID ha sido desarrollado por Lizardtech Inc (Seattle) aplicando algoritmos de
compresión wavelet que reducen el tamaño de la imagen en un 95% manteniendo toda su
calidad.
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Introducción a l a Fotogrametría
En la siguiente figura se presenta el volumen de almacenamiento frente al tamaño del
píxel e imágenes sin comprimir, en B/N y en color. Cómo se observa en el gráfico hay un
rápido incremento del tamaño de los ficheros cuando se baja de una resolución de 25
micras de píxel.
Ilustración -0-8
Los TILES (teselas) son divisiones más pequeñas o imágenes secundarias del fichero de
imagen, las cuales forman la imagen completa y son la manera de almacenar las
imágenes. Los ficheros de imagen son demasiado grandes para poder cargarlos en
memoria y se dividen en los tiles que se pueden cargar en memoria según lo necesitado.
Esta trama de tiles da lugar a un acceso más rápido al disco de datos y a tiempos más
rápidos de la carga y de la actualización de la pantalla. Se puede seleccionar dimensiones
de los tiles de 128 y 256.
- 104 -
Introducción a l a Fotogrametría
Asociado a este concepto aparece el de Zoom Piramidal. Algunos formatos de imagen
almacenan distintas imágenes a diferentes resoluciones según el nivel de zoom con el
que estemos trabajando. Esto permite un tratamiento más ágil en la visualización de las
imágenes.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
También nos podemos encontrar otros formatos propietarios de imagen desarrollados por
el fabricante de software fotogramétrico.
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Introducción a l a Fotogrametría
5.5 TAMAÑOS DE IMAGEN
Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 2002
El espacio necesario para el almacenamiento de las imágenes digitalizadas también llega
a ser un factor fundamental. Este problema hoy en día tiende a minimizarse debido a que
cada vez existen sistemas de almacenamiento de mayor capacidad y más fácil
accesibilidad. Aun con todo sigue siendo un problema muy importante cuando el intervalo
de digitalización es muy pequeño. A continuación vemos una tabla que asocia intervalos
de digitalización con tamaños de los archivos para fotografías aéreas de 23 x 23
centímetros
Tabla 0.1
INTERVALO DE DIGITALIZACIÓN
FOTOGRAFÍA B/N
FOTOGRAFÍA COLOR
5 micras
2018 MBytes
6054 MBytes
10 micras
504 MBytes
1513 MBytes
20 micras
126 MBytes
378 MBytes
50 micras
20 MBytes
61 MBytes
100 micras
5 MBytes
15 MBytes
.
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Introducción a l a Fotogrametría
5.6 CONCEPTO DE CORRELACIÓN Y CORRESPONDENCIA
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
El concepto de correspondencia de imagen también llamado correlación de imagen, se
refiere al proceso de encontrar automáticamente detalles o entidades homólogas
puntuales, lineales y superficiales en una o múltiples imágenes. Dichas entidades pueden
hacer referencia a patrones sintéticos de imagen o a objetos del mundo real
representados a partir de imágenes fotográficas.
La mayoría de tareas automáticas en fotogrametría digital requiere correspondencia de
imagen, como por ejemplo:
-
Orientación interna: localización de marcas fiduciales.
-
Orientación relativa: la localización y transferencia de puntos homólogos.
-
Orientación externa (absoluta): la localización y medición de formas preestablecidas
de puntos de apoyo.
-
Generación de Modelos Digitales del Terreno: medición masiva de coordenadas
terreno.
-
Tareas de interpretación: identificación, localización, y extracción de objetos
parametrizados.
En general, cuando hablamos de correlación nos referimos a una Correspondencia
basada en Intensidades, donde se asume que pixeles homólogos tienen valores
radiométricos similares. La idea consiste en comparar la distribución de niveles de grises
de una pequeña subimagen, llamada ventana de referencia, en otras imágenes, con el fin
de encontrar las zonas conjugadas de máxima similitud. La búsqueda de zonas
homólogas se realiza por medio de ventanas de ajuste que se desplazan por una ventana
de búsqueda de mayor rango que la ventana de referencia
- 107 -
Introducción a l a Fotogrametría
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
Evidentemente, las resoluciones de la ventana de referencia y de ajuste son de idéntico
tamaño, ya que se utilizan ambas en la medida de similitud.
Como vemos, se están utilizando bloques de píxeles (ventanas) en lugar de píxeles
individuales, debido a que los valores radiométricos se repiten con elevada frecuencia; a
mayor número de bits por píxel menor probabilidad (ambigüedad) de encontrar píxeles
con igualdad de niveles de grises. Así pues todo pasa por la búsqueda de bloques de
píxeles, realizando una medida de la similitud definida por el valor de la intensidad del
bloque, de la entidad, aunque el valor de similitud se asocia al píxel central del bloque.
Para obtener la localización de la ventana de ajuste dentro de la ventana de búsqueda, se
utilizan diversos criterios para la medida de la similitud. Entre ellos destaca la correlación
cruzada que se viene empleando de forma satisfactoria. Consiste en medir la similitud de
la ventanas de referencia (r) y de ajuste (a) en el entorno de la ventana de búsqueda, a
partir del coeficiente de correlación.
ρ=
σ ra
σ rσ a
σ r , σ a Son las varianzas y σ r a la covarianza entre las dos muestras que representan
ambas ventanas.
Cuanto más se aproxima el valor del coeficiente de correlación a la unidad, mayor
semejanza existe entre ambas ventanas; un valor igual a cero implica que no existe
correlación alguna. El signo negativo indica una correlación inversa, y ocurre cuando se
- 108 -
Introducción a l a Fotogrametría
trabaja simultáneamente con positivo/negativo entre las ventanas de referencia. La
correlación en cota máxima es difícil de alcanzar debido principalmente al ruido inherente
a las imágenes. Normalmente se establecen umbrales de aceptación mínimos del orden
de 0,5 e incluso superiores. Un coeficiente de correlación superior a 0,5 equivale a decir
que la razón señal ruido es mayor a 1.
El modo operativo de la correlación cruzada consiste en ir desplazando la ventana de
ajuste, que es una ventana de idéntico tamaño a la ventana de referencia, píxel a píxel a
lo largo de la ventana de búsqueda y calcular simultáneamente el coeficiente de
correlación hasta encontrar el valor máximo de correlación.
La ventana de referencia se puede localizar en cualquier parte, pero hay que evitar zonas
oscuras, con una razón señal ruido baja, con patrones repetitivos y cambios bruscos de
pendiente. (Por ejemplo, no es adecuado utilizar zonas escarpadas ni muchos menos,
zonas de agua).
5.7 INSTRUMENTOS DIGITALES
Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 2002
Cuando se habla de una estación fotogramétrica digital o instrumento digital se está
hablando de unos sistemas capaces de realizar cada uno de los procesos de obtención de
datos fotogramétricos de manera digital.
Se compone de un ordenador con un procesador rápido, gran capacidad de
almacenamiento, y pantalla de alta resolución. Dependiendo de la forma en que realice la
visión: estereoscópica, paralela o convergente, se necesitaría óptica de observación o
gafas especiales.
En la pantalla se proyectan las imágenes de las fotografías que componen el modelo
estereoscópico, bien separadas en ambos lados de la pantalla, para su observación con
algún dispositivo óptico con visión paralela, o superpuestas, para su visión convergente.
Ilustración -0-1: Estación digital 2001 de ZI Imaging
- 109 -
Introducción a l a Fotogrametría
El principio de funcionamiento de los instrumentos digitales es similar al de los
instrumentos analíticos. La transformación de la proyección cónica de la fotografía,
sistema placa (x, y), a la proyección ortogonal (X, Y, Z) de terreno se hace
matemáticamente.
Emplea imágenes digitales en lugar de material fotográfico, como negativos originales o
diapositivas. La obtención de imágenes digitales a partir de los negativos o diapositivas se
hace mediante el Escáner Fotogramétrico, que convierten una imagen de un documento
o fotografía (siempre necesariamente película ya sea negativo o diapositiva) a un formato
digital, de manera que puede ser almacenada y procesada por un ordenador.
El continuo desarrollo que estos sistemas fotogramétricos están llevando, debido a que ya
no están sujetos a condicionantes técnicos sino que se desarrollan bajo una base
informática, hace una tarea complicada la realización de una catalogación de ellos.
Actualmente es uno de los campos de la fotogrametría donde mayores esfuerzos e
inversiones se están realizando.
Debido a que una de las características principales de los instrumentos digitales de
fotogrametría es la automatización de los métodos fotogramétricos intentaremos realizar
una clasificación de ellos tomando en cuenta la implantación de los automatismos en los
equipos.
–
Sistemas Manuales
–
Sistemas Semiautomáticos
–
Sistemas Automáticos
Se denominan sistemas manuales a aquellos equipos cuya transformación corresponde
a la sustitución de las fotografías por imágenes digitales.
Se denominan sistemas semiautomáticos a aquellos que realizan alguno de los
procesos fotogramétricos de una manera automática. Fundamentalmente se basa en la
generación automática del modelo digital del terreno.
Los sistemas automáticos serán los que cuenten con un mayor número de herramientas
automáticas. Difíciles de determinar debido a que son procesos en continuo desarrollo.
Desde el punto de vista de estación fotogramétrica los cambios son bastante notorios con
respecto a estaciones analíticas. Pasaremos a ver las principales partes de los sistemas
digitales.
5.7.2.UNIDAD DE PROCESO
La unidad de proceso constará de la CPU y el sistema operativo. Debido al mayor
potencial y a los mayores rendimientos en procesos multitareas que se puede conseguir
en sistemas UNIX hasta ahora era el entorno sobre el que mayor número de estaciones
digitales se estaban desarrollando. Ocurre que cada vez se van ofreciendo más sistemas
- 110 -
Introducción a l a Fotogrametría
bajo Windows 2000 debido al desarrollo que esta alcanzando este entorno y la facilidad
de manejo que tiene.
5.7.3.CONTROL DE POSICIONAMIENTO.
Además de los sistemas tradicionales de posicionamiento fotogramétricos como son las
dos manivelas de movimiento planimétrico y el pedal de Z, se utilizan sistemas que
sustituyen las manivelas y el pedal por cursores tridimensionales al igual que ya ocurría
con otros instrumentos analíticos. Estos cursores recogen los movimientos planimétricos a
medida que se mueve el dispositivo y controlan la altimetría por una rueda acoplada al
cursor. Cada vez se utilizan más nuevos sistemas basados en ratones, tabletas pero sin
duda no dejan de ser los métodos tradicionales los preferidos por los profesionales debido
a que la mayoría de ellos se están adaptando de los aparatos analógicos y analíticos a las
estaciones digitales.
Ilustración -0-2: Ratón utilizado en la estación digital SocetSet de LH Systems
5.7.4.MONITORES.
Será necesario la utilización de monitores de último desarrollo y por lo tanto de muy alta
calidad y resolución. Habrá una serie de características comunes a estos monitores.
Necesariamente el tamaño dimensional de los monitores tendrá una gran importancia
debido a que permitirá tener un mayor espacio de trabajo para la carga de las imágenes
digitales que ocuparan la mayoría de este espacio y de los diferentes menús con los que
se trabaje. Casi la totalidad de los equipos que se montan actualmente utilizan dos
monitores utilizando uno de ellos para la formación de los pares digitales y el otro para el
resto de tareas, sobre todo los programas de adquisición de los datos y volcado sobre un
entorno gráfico y menús necesarios, aunque cada vez se tiende más a la utilización de un
único monitor.
En estos monitores la resolución de los píxeles de la pantalla será lo más altas posibles.
Además deberán de cumplir necesariamente una frecuencia de refresco alta, debido a
que se intentará evitar en la medida de lo preciso con esta condición el cansancio de la
vista de los operadores. Considerando que la vista posee una velocidad de 50 Hz,
velocidades de refresco de 75 Hz o superiores provocarán mejor ergonomía en el trabajo.
5.7.5. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA.
Las necesidades de estos equipos de memoria para poder trabajar con la información a
tratar son muy altas. En la formación de un par estereoscópico en color de resolución de
la imagen a 21 micras llegará a tener un tamaño mayor de 600 Megabytes, el mismo par
- 111 -
Introducción a l a Fotogrametría
en Escala de Grises llegará a un tamaño de 260 Megabytes aproximadamente. Solamente
con los equipos preparados con el montaje de uno o varios procesadores de última
generación (Pentium III y posteriores), con la acumulación de una gran cantidad de
memoria RAM (requerimientos de 512 Megabytes o cantidades superiores) y la utilización
de tarjetas gráficas de muy alta calidad, se solucionará parte de los problemas que tanta
información puede generar para un correcto funcionamiento del trabajo.
Los requerimientos del sistema también serán diferentes dependiendo de cómo muevan
las imágenes digitales la estación. Existen dos maneras de resolver esta problemática. La
primera de ellas se basa en dejar fija la marca de posicionamiento y lo que se mueven son
las imágenes. La segunda fija las imágenes y hace que se mueva la marca de
posicionamiento sobre ellas.
Dejar fijas las imágenes conlleva unos altos requerimientos al sistema, debido a que
necesita que ese movimiento se haga con continuidad y evitando que cuando se
refresquen o actualicen las imágenes que se están moviendo se produzcan saltos en
ellas. A este movimiento se le denomina de “Roaming” y utiliza tarjetas de video
especiales así como una gran cantidad de memoria. Lo cual eleva a altos costos los
equipos que se tienen que montar.
En el mercado actualmente existen equipos que montan ambos sistemas a la vez, al igual
que existen otros que únicamente se decantan por uno de los sistemas de movimiento
pero sin haber una preferencia clara por ninguno de los dos.
5.7.6. SISTEMAS DE CÁLCULO.
Una de las principales características de las estaciones digitales radica en la inclusión de
herramientas para la realización de cálculos automáticos. Actualmente estas son las
herramientas sobre las que mayor desarrollo se está realizando y están en continua
actualización. Casi todos los procesos fotogramétricos se están automatizando (véase los
ejemplos de aerotriangulación automática, modelo digital del terreno automático) pero
existen dos procesos fotogramétricos que no se encuentran completamente desarrollados,
estos son: la orientación absoluta y la extracción automática de elementos. La
orientación absoluta encuentra la dificultad de generar todos los tipos de patrones
capaces de determinar las características radiométricas y geométricas de los puntos de
apoyo, y la extracción automática de elementos resulta bastante complicada debido a las
distintas posibilidades que pudiera dar un método automático de disgregación de la
información.
Todos los métodos automáticos serán siempre validos si se lleva un control de los
resultados obtenidos para la edición de posibles errores generados.
5.7.7. SISTEMAS DE RESTITUCIÓN.
Normalmente las estaciones digitales de restitución adjuntan módulos de diseño asistido
por ordenador (CAD), al igual que ocurría con los instrumentos analógicos (únicamente
- 112 -
Introducción a l a Fotogrametría
los adaptados) y los analíticos. Suelen utilizar programas de diseño propios y
proporcionaran herramientas de traspaso a los programas más utilizados en el mercado.
5.7.8. SISTEMAS DE SUPERIMPOSICIÓN.
No es una herramienta única de los sistemas digitales de restitución al igual que la
anterior, debido a que ya había ciertos sistemas analíticos que la incorporaban como
ayuda. Si ocurre que en los sistemas digitales se trata de una herramienta necesaria e
imprescindible por la cantidad de automatismos que se le hace realizar a estos sistemas.
Esta herramienta nos permitirá visualizar sobre el par estereoscópico formado los datos
que se han ido registrando y nos ayudará a realizar el control de la aerotriangulación y del
modelo digital automático generado, así como la propia restitución con todas las ventajas
que esto supone. Por tanto, al igual que son importantes y determinantes los sistemas de
cálculo por correlación automática lo será también la superimposición para la
comprobación y edición de los resultados de estos cálculos.
5.7.9. SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO.
Como ya se ha visto las imágenes digitales sobre las que se trabaja tienen un tamaño de
memoria considerable. Los equipos informáticos sobre los que se monte la estación digital
resolverán esta problemática mediante la utilización de Discos Duros de alta capacidad,
así como con sistemas de almacenamiento externos del tipo de Cintas Magnéticas (Cinta
Dat, Super8), Sistemas Magnetoópticos, y de Carga Masiva (CD-ROM y DVD).
5.7.10. SISTEMAS DE VISIÓN
Para la realización de la visión estereoscópica se necesitará la inclusión de sistemas que
permitan formar el modelo para su tratamiento. La manera de resolverlo son o bien
realizando una división espacial de la pantalla en dos partes, un lado para cada imagen, o
bien mediante la separación temporal de las imágenes, mostrando primero la imagen
izquierda y luego la derecha, o bien polarizando las dos imágenes y utilizando el principio
de anaglifos. Dependiendo del método utilizado o elegido se podrán encontrar los
siguientes sistemas.
–
Esteróscopo: Es el sistema más parecido a los utilizados hasta ahora, y se realiza
mediante la separación de la pantalla en dos partes y la formación del modelo
estereoscópico. Siendo uno de los sistemas actualmente menos empleado es el que
menor rechazo supone por parte de los operadores de fotogrametría que se adaptan
de los instrumentos analógicos y analíticos a las estaciones digitales.
- 113 -
Introducción a l a Fotogrametría
Ilustración -0-3: Estación digital DIGI3D con estereóscopo
–
Gafas Anaglifas: Imágenes epipolares con un filtro rojo (para la derecha) y azul
(para la izquierda), con la visión con gafas anaglifas que separan ambas imágenes.
–
Sistema de gafas pasivas: El sistema requiere de un filtro que se adapta al
monitor y de unas gafas polarizadas para el operador. El filtro tiene la función de
polarizar las imágenes que se muestran a una frecuencia de 120 Hz. La polarización
de la pantalla cambia según cambian las imágenes, pasaran una de ellas a una
señal vertical y la otro a una señal horizontal, y cada uno de los cristales de las
gafas permitirá el paso de una imagen o de otra dependiendo si esta se recibe como
una señal vertical u horizontal. Al ser la velocidad de cambio de las imágenes alto y
haciendo que cada una de las imágenes pase por un ojo se consigue que formar la
visión estereoscópica.
Estación digital DIGI3D con gafas pasivas y filtro ZScreen
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Introducción a l a Fotogrametría
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
–
Sistema de gafas activas / Separación temporal: En este sistema la visición
estereoscópica se consigue con unas gafas de cristal líquido, tipo LCD, que obturan
el paso de la luz en sincronización con la imagen visualizada. Concretamente, el
obturador de cada crisital lo que hace es bloquear la luz que incide en el ojo derecho
cuando la pantalla muestra la imagen izquierda, y viceversa.
Ilustración -0-4
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Introducción a l a Fotogrametría
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
- 116 -
Introducción a l a Fotogrametría
6- SISTEMAS DE COORDENADAS UTILIZADOS EN FOTOGRAMETRÍA
Gran parte de los procesos fotogramétricos están basados en trasformaciones
geométricas entre diversos sistemas de coordenadas. A continuación veremos
brevemente los sistemas de coordenadas utilizados en fotogrametría:
ƒ
Coordenadas instrumentales
ƒ
Coordenadas fotográficas
ƒ
Coordenadas modelo
ƒ
Coordenadas terreno
6.1. SISTEMA DE COORDENADAS INSTRUMENTALES
En el caso de Fotogrametría Digital, será un sistema de coordenadas píxel, con origen
(0,0) en la esquina superior izquierda. X hacia la derecha positivo, Y hacia abajo positivo.
En fotogrametría analítica se le llama sistema placa.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
- 117 -
Introducción a l a Fotogrametría
6.2. SISTEMA DE COORDENADAS FOTOGRÁFICAS y FIDUCIAL
En este sistema se definen los ejes X, Y a partir de la unión de las marcas fiduciales,
siendo la intersección de las rectas que las unen el centro fiducial. Realmente, el sistema
descrito se le llama sistema fiducial, siendo el sistema coordenadas fotográficas (también
llamadas imagen) el que resulta de tomar como centro del sistema el punto principal y de
corregir las coordenadas de las distorsiones radiales que se cuantificaron en el proceso
de calibración de la cama.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
Realmente el sistema de coordenadas fotográficas es un sistema en tres dimensiones,
siendo la dirección del eje Z la del eje de toma de la fotografía, teniéndose en cuenta la
distancia focal calibrada a la hora de reconstruir el haz de rayos.
- 118 -
Introducción a l a Fotogrametría
6.3. SISTEMA DE COORDENADAS MODELO
Es el sistema de coordenadas al que se refieren los puntos que forma el modelo
estereoscópico una vez realizada la orientación relativa.
El eje X es paralelo a la base (b), el eje Y es perpendicular a X y paralelo a uno de los
ejes Y (Yi) fotográfico, el que se dejó fijo en la orientación relativa. El eje Z es perpendicular
al plano que definen XY.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
- 119 -
Introducción a l a Fotogrametría
6.4. SISTEMA DE COORDENADAS TERRENO
Es el sistema de referencia en el que finalmente se van a representar las coordenadas de
los elementos del terreno digitalizados y que forman la cartografía. Será un sistema de
referencia en 3 dimensiones, y vendrá definido a partir de los puntos de apoyo de campo,
que materializan el sistema de referencia en el terreno.
Para pasar del sistema de coordenadas modelo al terreno, se puede aplicar una
transformación de semejanza de 7 parámetros (3 giros: omega, phi y kappa. 3
traslaciones: Tx, Ty, Tz . Más 1 factor de escala), cuyos parámetros se determinan en la
orientación absoluta.
Ρ
Κ
Ω
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
Orientación absoluta de un modelo fotogramétrico utilizando una transformación de 7 parámetros: 3 giros
alrededor de los ejes, 3 traslaciones (representadas por el vector traslación, en rojo) y un factor de escala
- 120 -
Introducción a l a Fotogrametría
7- AJUSTE DE OBSERVACIONES EN FOTOGRAMETRÍA
7.1. SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES. AJUSTE MÍNIMO CUADRÁTICO
MM.CC.
Los Sistemas de Ecuaciones Lineales según su solución, se pueden dividir en:
ƒ
ƒ
Compatibles ( con solución)
o
Determinados (una única solución)
o
Indeterminados (infinitas soluciones)
Indeterminados.
Tal y como se ha visto en temas anteriores, en fotogrametría como en otras muchas
técnicas en las que la actividad fundamental es la medida, siempre se trabajo con
estimaciones superabundantes de una magnitud, es decir, tenemos más observaciones
que
incógnitas.
Nos
encontramos
ante
sistemas
de
ecuaciones
compatibles
indeterminados. Por lo tanto, se trata de elegir la mejor solución de todas las posibles.
Se pueden seguir múltiple criterios a la hora de escoger la mejor solución, pero
generalmente se sigue el criterio mínimo cuadrático.
La solución o ajuste mínimo cuadrático (mm.cc.) es aquel que hace que la suma de
los residuos al cuadrado sea mínima.
Σ( X O– XV)2 =>
Mínimo
Así pues, bajo esta condición se desarrolla y sirve de base a la resolución de los
sistemas de ecuaciones indeterminados, resultado de tener más observaciones que
incógnitas a determinar
- 121 -
Introducción a l a Fotogrametría
7.2. VALORES OBSERVADOS, VALORES AJUSTADOS, RESIDUOS, INCÓGNITAS,
REDUNDANCIA, VALORES APROXIMADOS, ITERACIONES.
Asociado a los sistemas de ajuste mínimo cuadrático existen una serie de conceptos que
conviene conocer.
ƒ
Valores Observados: son las observaciones que realizamos, los valores que hemos
medido ya sea de una forma directa o indirecta.
ƒ
Valores Ajustados: una vez obtenida la solución mínimo cuadrática de nuestro
sistema de ecuaciones, los valores de las magnitudes observadas que mejor se
ajustan a dicha solución son los valores ajustados.
ƒ
Residuos: es la diferencia entre valores observados y valores ajustados. A partir del
análisis de los residuos podemos estimar la bondad de nuestras observaciones.
Volviendo a la definición mm.cc., (X O– XV ) es el residuo.
Σ( X O– XV)2 =>
ƒ
Mínimo
Redundancia: es la diferencia entre el número de observaciones menos el número de
incógnitas a resolver
Redundancia = nº de observaciones – nº de incógnitas
En el método paramétrico de resolución de sistemas mm.cc cada observación aporta
una ecuación al sistema, con lo cual:
nº de observaciones = nº de ecuaciones
ƒ
Incógnitas: son los valores a determinar en el sistema de ecuaciones.
ƒ
Valores aproximados: en ocasiones, cuando los sistemas de ecuaciones no son
lineales, se necesita partir de unos valores aproximados para los valores a determinar
de manera que el sistema de ecuaciones converja.
ƒ
Iteraciones: la solución de los sistemas de ecuaciones mm.cc. pasa proceso iterativo,
se resuelve una vez el sistema, y los valores ajustados pasan a ser valores
- 122 -
Introducción a l a Fotogrametría
aproximados y se comienza de nuevo el ciclo de cálculo, repitiéndose (iterando) hasta
que se cumpla algún tipo de condicionante prefijado, que suele ser del tipo “cuando la
variación de los valores ajustados sea menor que una determinada cantidad” se para
el proceso iterativo y se muestran los resultados a los que se ha llegado.
7.3. ESTIMACIÓN DE LA PRECISIÓN
Curso de Introducción a la Cartografía y Geodesia, Fernando Sánchez Menéndez, EOSGIS S.L. Año 2001.
Discusión acerca del dato según la fuente: Exactitud, precisión y fiabilidad.
La calidad de los datos y de los resultados que con ellos se obtienen se mide según tres
parámetros. La exactitud, la precisión y la fiabilidad.
Exactitud: es una indicación de la proximidad entre las observaciones a sus valores
verdaderos. Cuanto más alejado está una observación de su verdadero valor, menos
exacta es.
Precisión: la precisión se refiere a la proximidad entre las observaciones repetidas de un
mismo fenómeno. Si las observaciones están próximas entre ellas (reunidas), entonces se
dice que han sido obtenidas con mucha precisión.
Fiabilidad: la fiabilidad se puede medir mediante dos aspectos, el primero es, hasta que
punto un pequeño error (grosero) en las observaciones puede ser detectado con una
probabilidad determina, y segundo, el efecto que este error puede tener en los resultados.
El primero se conoce como fiabilidad interna, y al segundo como fiabilidad externa.
Generalmente, se suele hablar únicamente de precisión, pero ésta es una medida relativa
de la calidad de los datos.
Un dato puede ser muy preciso, pero no exacto: si las observaciones están agrupadas,
pero entorno a un valor que es diferente al real. De forma que este dato puede no ser útil
para algunos propósitos.
De la misma forma, un conjunto de observaciones puede ser exacto pero no preciso; si
están distribuidas alrededor del valor real, pero dispersas.
Por último, el caso óptimo, es aquel en el que las observaciones son precisas y exactas; si
están agrupadas en un entorno reducido del valor real.
- 123 -
Introducción a l a Fotogrametría
Se puede dar una estimación de la precisión utilizando medidas estadísticas de la
dispersión. Las más utilizadas son la varianza (σ2s) o su raíz cuadrada: la desviación
estándar (σs). Otras medidas de la precisión se obtienen utilizando otros estadísticos que
mencionamos a continuación:
Peso: cuanto mayor es la precisión, menor es la varianza. El peso se define como la
cantidad que es inversamente proporcional a la varianza, para variables independientes e
incorreladas.
Precisión relativa: es un índice de la medida de la precisión, generalmente la desviación
estándar, en relación a la cantidad medida o estimada. Por ejemplo, si una distancia s ha
sido medida con una desviación estándar σs entonces, la precisión relativa es: σs/s
Error medio cuadrático: se aplica cuando se dispone de los valores reales, de forma que
pueden compararse con las observaciones.
EMC=
Σ( X O– XV)2
n
donde,
xo es el valor observado
xv es el valor verdadero
n es el número de observaciones
Estos índices de la calidad de los datos se pueden aplicar de igual forma para dar una
indicación de la calidad de MDT.
La precisión admitida actualmente según los estándares para la fotogrametría es de un
cuarto de la equidistancia entre curvas de nivel, es decir, para un mapa 1:25.000 con
equidistancia de 10 metros, la precisión altimétrica es de 2.5 metros. Para la
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Introducción a l a Fotogrametría
teledetección, la precisión depende en gran medida del sensor utilizado, y por tanto del
tamaño del píxel de la imagen. Como la precisión altimétrica depende, entre otros
factores, de la pendiente del terreno, cuanto mayor sea el tamaño del píxel, menor
precisión se tendrá. De la misma forma, también depende de los parámetros de la órbita
del satélite, tipo de censor (radios, visible, etc...).
La precisión de la digitalización cartográfica depende de dos factores: la precisión propia
de los datos con los que se ha compuesto el mapa (Ej.: caso de la fotogrametría 2.5
metros) y la precisión planimétrica de la cartografía. La precisión de la cartografía actual
es, según los estándares, de 0.2 mm sobre el mapa. Es decir, para un mapa 1:25.000, la
precisión altimétrica está íntimamente relacionada con la pendiente, y por tanto con la
precisión planimétrica.
- 125 -
Introducción a l a Fotogrametría
8- EL SISTEMA GPS Y LA FOTOGRAMETRÍA
8.1. INTRODUCCIÓN AL SISTEMA GPS
Apuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT Topográfica Mérida. Año 2000.
El sistema GPS fue desarrollado por los EE.UU. para mejorar el sistema militar
TRANSIT en servicio civil desde 1967. Desde 1973 se empezó a desarrollar el proyecto
de la constelación NAVSTAR (NAvigation System with Time And Ranking; Global
Positioning System – Sistema de navegación, cronometría y distanciometría; Sistema de
Posicionamiento Global) para uso militar; sin embargo se tiene un acceso restringido
destinado a fines de uso civil. La principal aplicación del GPS es la navegación de
vehículos militares por tierra, mar o aire, pero también puede ser utilizado en múltiples
tareas topográficas civiles.
La configuración final de la constelación NAVSTAR se alcanzó en 1994, con un total de
24 satélites. Esta configuración prevé la posibilidad de observar las 24 horas del día
simultáneamente desde al menos cuatro satélites sobre la línea del horizonte en cualquier
parte del mundo, permitiendo recibir las señales para navegación en tiempo real o en
posterior proceso de datos. En la antigua Unión Soviética (en la actualidad, principalmente
Rusia) se ha desarrollado el sistema GLONASS (Sistema Global de Navegación por
Satélite. GLONASS está considerado como un sistema complementario al GPS, existen
receptores GPS capaces de recibir señal de ambas constelaciones y utilizarlas
conjuntamente, aumentando el número de satélites que reciben.
La Unión Europea a principios del año 2002 la puesta en marcha del proyecto
GALILEO, que será un sistema similar al GPS, pero adaptado para dar un mejor servicio a
las regiones Europeas, buscando a la vez la independencia del sistema Norteamericano,
ya que se considera la navegación por satélite como un elemento de desarrollo primordial
- 126 -
Introducción a l a Fotogrametría
en múltiples sectores, incluido el de la Geodesia y Topografía.
El sistema de coordenadas terrestres geocéntricas adoptado por el NAVSTAR-GPS es
el “sistema geodésico mundial 1984” (WGS84). Otros sistemas de coordenadas terrestres
geocéntricas han sido especificados basándose en los mismos satélites, pero bajo
estaciones de control diferentes en tierra y en otros modelos matemáticos, por ejemplo “el
Marco europeo de referencia terrestre 1989”, ERTF89 que será el sistema de referencia
oficial en España de la cartografía que ya se está produciendo, sustituyendo al actual
sistema ED50 (European Datum de 1950).
Cuatro satélites GPS están en órbita terrestre en cada uno de los seis planos
orbitales,
lo que nos da un total de 24 satélites (realmente hay más que actúan de
repuesto ante las averías que puedan producir). El periodo orbital es de aproximadamente
12 horas que corresponden a un radio orbital de 26.600 km. La inclinación de los planos
en el ecuador es de 55º. Esta constelación asegura que las señales de la menos cuatro
satélites sean recibidas en cualquier momento en cualquier punto de la superficie
terrestre, al margen de posibles dificultades locales originadas por obstáculos como
árboles, montañas, edificios, etc..
Los osciladores a bordo de los satélites GPS generan una frecuencia fundamental fo con
una estabilidad en el rango de 10-13 . Dos señales portadoras en la banda L (llamadas L1
y L2) se generan mediante la multiplicación entera de fo de la siguiente manera (HoffmanWellenhof, Lichtenegger y Collins, 1993):
fo = 10.23 Mhz
Portadora L1 = 154 fo = 1575.42 Mhz @ 1.9 mm
Portadora L2 = 120 fo = 1227.60 Mhz @ 2.4 mm
Para lograr obtener las lecturas de los relojes, se hace uso de dos códigos que modulan
sobre las portadoras. Estos códigos se caracterizan por contener en ellos un ruido pseudo
aleatorio (PRN). El primero es el llamado código C/A (Coarse adquisition) generado con
una frecuencia igual a fo/10, el cual se repite cada milisegundo. El segundo es el llamado
código P (o código Preciso) generado mediante una frecuencia igual a fo la cual es
repetida aproximadamente cada 266.4 días. Las señales portadoras L1 y L2 son
moduladas con el código P mientras que el código C/A es modulado para la L1 solamente:
Código P : fo/10 = 10.23 Mhz en L1 y L2 @ 0.29 m.
Código C/A : fo = 1.023 Mhz en L1 @ 2.9 m.
El código P en un futuro sólo estará disponible para usos militares, pero por ahora esta
libre. El código C/A es generalmente accesible, aunque existe la posibilidad de que venga
- 127 -
Introducción a l a Fotogrametría
deteriorado, para reducir la precisión en casos específicos (durante conflictos militares).
Esta degradación de la precisión se denomina SA (Selective availibility) y hasta el
momento se ha activado y desactivado irregularmente. Lo más importante es que el
código P tiene una longitud de onda equivalente de 30 m y el código C/A de 300 m y que
la señal puede ser medida con una precisión aproximada del 1% de su longitud de onda.
Aquí está el potencial básico de precisión del GPS.
El método básico de posicionamiento es medir la distancia desde un receptor, ya sea
este fijo o móvil, a todos los satélites visibles en ese momento. Esta distancia se calcula
multiplicando la velocidad de la luz por la diferencia de tiempo entre la emisión por el
satélite y la recepción por el receptor. Si determinamos la distancia desde el receptor a
tres satélites, es fácil determinar la posición del mismo por el método de la intersección
inversa o trilateración, ya que la posición de los satélites es conocida.
El problema es la sincronización de los relojes, ya que el que se encuentra en el
satélite es atómico y por tanto muy estable ( precisiones de 10-12 10-14 ) y el del receptor
es de cuarzo (precisiones de 10-8 ). Por tanto estas distancias no son muy precisas, por lo
que se denominan “pseudo-distancias”. Ello es debido a la variación del estado de los
relojes, que nos puede dar errores den las coordenadas de cientos de metros.
La solución pasa por tratar el estado de los relojes como una incógnita más y para ello
se necesita una observación a un cuarto satélite. La precisión interna del método, con
errores estándar, se establece en el orden de 0,3 m (código P), 3 m (código C/A sin SA) y
superiores a los 30 m con SA.
Un segundo método denominado “medida de fase” opera midiendo directamente en la
fase de las ondas L1 y L2 , desechando el código que portan. Es el método que permite
mayor precisión.
Todo lo explicado hasta ahora constituye el Sector Espacial dentro del sistema GPS.
Se llama Sector de Control al que tiene como misión el seguimiento continuo de
todos los satélites de la constelación NAVSTAR. Este seguimiento se realiza desde
estaciones en tierra.
El Sector Usuario está compuesto por el instrumental que deben utilizar los usuarios
para la recepción, lectura, tratamiento, y configuración de las señales, con el fin de
alcanzar los objetivos de su trabajo. Los elementos son el equipo de observación y el
software de cálculo.
El equipo de observación lo componen la antena, el sensor y la unidad de control.
8.2. TOMA DE PUNTOS DE APOYO DE CAMPO CON GPS
En la actualidad, prácticamente todos los trabajos de apoyo de campo se realizan con
- 128 -
Introducción a l a Fotogrametría
receptores GPS.
Básicamente el método de trabajo GPS es un método denominado Estático-Relativo
(Diferencial). Que consiste en el estacionamiento de un receptor fijo en un punto de
coordenadas conocidas, como podría ser un vértice perteneciente a la Red Geodésica y
otro receptor que va visitando los puntos de apoyo a los cuales queremos dar
coordenadas.
Estación GPS fija de referencia situada sobre un vértice geodésico
Se requiere un tiempo mínimo de observación para cada punto de apoyo que puede estar
entorno a los 10 minutos o inferior dependiendo del tipo de receptor (el tiempo que se
tarda en hacer una reseña).
Aparece así el concepto de línea base, que es la línea que une el punto de referencia y el
punto objetivo. Esta línea base, no es una medida de forma directa, ya que nuestra
observaciones son sobre los satélites y no entre los puntos.
- 129 -
Introducción a l a Fotogrametría
Observación de un punto de apoyo utilizando un receptor GPS
En la observación de puntos de apoyo de campo se calcula en post-proceso, una vez
realizadas todas las observaciones. Las precisiones que se pueden alcanzar con este
método pueden ser mejor que 0,5 cm.
- 130 -
Introducción a l a Fotogrametría
8.3. DETERMINACIÓN DE LA POSICIÓN DE LA CÁMARA
La fotogrametría está aprovechando el gran potencial del GPS para vuelos
fotogramétricos y apoyo en campo. Distinguimos tres aplicaciones diferentes del GPS en
vuelos fotogramétricos:
ƒ
GPS para navegación aérea.
ƒ
Posicionamiento de sensores (para escáner multiespectral, escáner radar/lidar,
vídeo,
cámaras
u
otros
sensores
aerotransportados
para
Geofísica,
Meteorología, etc) combinado con sistemas inerciales de navegación.
ƒ
Determinación en vuelo de las coordenadas de los centros para su uso en
aerotriangulación, así como para el apoyo de campo.
Para la determinación de las coordenadas de los centros de proyección, se realizará un
vuelo fotogramétrico con un receptor GPS instalado en el avión y otro estacionado en una
base de referencia en tierra, que nos permita realizar cálculo diferencial. El receptor de
tierra no es necesario que esté en la zona de vuelo. Con los últimos desarrollos en el
software, se establece una distancia máxima entre el receptor instalado en el avión y la
base de referencia menor de aproximadamente 500 km.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
El receptor GPS y la cámara funcionan independientemente. Para posicionamiento, las
observaciones de los receptores GPS se hacen a intervalos de tiempo constantes ( 0,5 a
1 segundo) y las exposiciones de la cámara se realizan de forma independiente, teniendo
- 131 -
Introducción a l a Fotogrametría
estas últimas que referirse al mismo sistema de tiempo en el que se tengan las
observaciones del receptor GPS.
De esta manera, en post-proceso por métodos diferenciales y combinando observaciones
de vuelo y la estación base, se obtendrían la trayectoria del avión con coordenadas cada
0,5 segundos. Las posiciones de los centros de proyección de cada toma se van a
obtener posteriormente de la interpolación de los datos de la trayectoria del avión.
Una vez que tenemos las coordenadas absolutas de los centros de proyección, el apoyo
de campo en tierra será mínimo.
Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
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Introducción a l a Fotogrametría
9- TÉRMINOS FISIOGRÁFICOS
Geomorfología I, Antonio Vázquez Hoem, EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 1993
Se denomina morfografía o fisiografía a la parte de la Geomorfología que realiza una
consideración exclusivamente formal, descriptiva del relieve, esto es, sin incluir la
explicación genética.
Así por ejemplo, cerro o mota son términos fisiográficos, pero cerro testigo ya implica una
estructura tabular aislada por erosión, por lo que ya no es un término fisiográfico, sino
morfogenético.
Estas expresiones fisiográficas deben ser cuidadas en los mapas, especialmente en su
colocación respecto a los relieves representados por las curvas de nivel a la que hacen
referencia.
En cuanto a las elevaciones, diferenciamos sus partes:
−
La superior se denomina cima, o cumbre.
°
Si es puntiaguda, cúspide, aguja, punta.
°
Si es redondeada, cúpula, cabezo, somo.
−
El tramo inferior se denomina falda y su extremo pie.
−
El tramo intermedio, o la vertiente en su conjunto, reciben el nombre de ladera,
cuesta, acuesto, bajada, abajadero, balate, repecho.
Los escalones que interrumpen el perfil reciben el nombre de grada, terraza, rellano,
descanso.
Si la vertiente es muy empinada, escarpe, tajo, precipicio, acantilado, despeñadero,
cantil, cortadura, desplome, caída. Y la parte superior asomo, miranda, cornisa,
baluarte.
Si es amplia, bárcena o barga.
- 133 -
Introducción a l a Fotogrametría
Las vertientes pueden presentar en la dirección de la pendiente una serie de entrantes y
salientes. A los salientes en la dirección de la pendiente se los denomina lomo, nariz,
tranca; a los entrantes, barranco, rincón, recuenco.
Para conjuntos de elevaciones se diferencia:
−
Si el conjunto es muy pronunciado, y de grandes dimensiones, se habla de
cordillera, sierra, cadena, sistema montañoso; si ésta es submarina, de dorsal.
−
Si es de grandes dimensiones pero no muy elevado, serranías.
−
Si las dimensiones son de tipo medio, sierra, montes o algo mayor serrota, serrata.
−
Si son de poca altura, loma, cuchilla.
La línea de cumbres recibe diferentes denominaciones:
°
Si está poco marcada, cuerda, cumbrio, espinazo, cordal.
- 134 -
Introducción a l a Fotogrametría
°
Si es estrecha y abrupta, arista, cresta.
°
Si tiene puntas, o salientes, crestería.
Los ramales, que al perder altitud, suponen el fin del conjunto montañoso, estribaciones,
derrame.
La zona de cruce de las alineaciones montañosas, entronque, nudo.
Considerada individualmente, una elevación de grandes dimensiones es una montaña o
monte.
°
Con una cumbre plana pequeña, una muela, mola, hita, rasa, ceño, cejo.
°
Con cumbre aguda, aguja, pico, pic, puig, pueyo, picacho, diente, tuca, tuc,
cuerno.
°
Cumbre con dos untas, silla.
°
Cumbres algo redondeadas, teta, tetica, mambia.
Si es de pequeñas dimensiones, cerro, montículo, altozano, alcor, alcudia.
°
Prominente, teso, morro, saso.
°
Cumbre roma, cabezo, mogote.
°
Cónica y peñascosa, cueto.
°
De laderas suaves, colina.
- 135 -
Introducción a l a Fotogrametría
Una elavación aislada, dominando un llano, viso, otero y de pequeñas dimensiones
mota.
Umbral corresponde a resalte entre concavidades.
En cuanto a las depresiones distinguimos por su tamaño:
macroformas, de gran tamaño:
−
Como collado entre montañas, puerto; las inmediaciones antepuerto.
°
−
Si es collado llano o pando, nava, navajo.
Como vaguadas, alineadas a lo largo de un eje, el nombre general, valle, val, arán.
°
De forma amplia, depresión, canal, corredor.
°
De forma estrecha y muy larga, desfiladero, cañón.
- 136 -
Introducción a l a Fotogrametría
°
De amplia longitud, garganta, gorja, hoz, foz, escobio, canga, cánica,
degollada.
°
De longitud limitada, angostura, portillo, paso.
°
La entrada de la depresión, boca, boquete, boquera, boquerón.
°
De no muy grandes dimensiones, muy incidida, barranco, barranquera.
°
Con gran cantidad de ramificaciones, cárcava.
Depresión de forma redondeada, hoya, hondón.
−
Redondeada, de mayores dimensiones, depresión, cubeta.
−
Redondeada, de menores dimensiones, hoyo, jou, dolina, torca.
- 137 -
Introducción a l a Fotogrametría
Más profunda, abismo, sima, aveno.
Cerrada con paredes altas, circo, anfiteatro, separadas por cerrojo, panda y de fondo
llano, nava, navazo .
Concavidad en la roca, cueva, gruta, caverna, espelunca algar, ajaquefa, balma,
abrigo, tuda.
Formas planas, planicie, llanura, llano, pampa (Sudamérica)
−
Si es alta y muy extensa, altiplano, altiplanicie, aljarafe, alcarria, meseta, puna
(Andes)
−
Con una connotación yerma y desabrigada, páramo.
−
Cortado por valles, pero formando un conjunto extenso, paramera.
En relación a términos fisiográficos relativos a la roca dura.
Cuando es roca expuesta, cortada bruscamente, peña, peñasco, risco.
°
Con forma redondeada y enhiesta, tolmo.
°
Redondeada y aplastada, berrueco (berrocal)
°
Alargada y estrecha, crestón.
°
Con forma de mazo, mallo.
Roca aplanada y muy resbaladiza, lamiar,
°
Lisa y de poco grueso, losa, lancha, lastra.
Roca grande, cancho,
°
Pelada y pequeña, guija (guijo)
°
Rodada, galga
°
En equilibrio inestable, piedra caballera.
Un gran conjunto pedregoso, pedregal, peñalar, canchal, breña, fraga, riscal.
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