FOTOGRAMETRIA Y FOTOINTERPRETACIÓN ELABORADO POR: ING. PAUL REYES AYALA FOTOGRAMETRIA La palabra fotogrametría se deriva del vocablo "fotograma" (de "phos", "photós", luz, y "gramma", trazado, dibujo), como algo listo, disponible (una foto), y "metrón", medir. Por lo que resulta que el concepto de fotogrametría es: "medir sobre fotos". LA FOTOGRAMETRÍA SURGE COMO CIENCIA EN 1840, COMO RESULTADO DE UNA COMBINACIÓN DE LA ÓPTICA, LA FOTOGRAFÍA Y LAS MATEMÁTICAS. SE OCUPA DE OBTENER INFORMACIÓN MÉTRICA DE OBJETOS FÍSICOS Y DEL MEDIO AMBIENTE A PARTIR DE LA INTERPRETACIÓN DE IMÁGENES FOTOGRÁFICAS. EL OBJETIVO DEL MÉTODO GENERAL DE LA FOTOGRAMETRÍA, CONSISTE EN OBTENER UNA INFORMACIÓN TRIDIMENSIONAL A PARTIR DE INFORMACIÓN BIDIMENSIONAL DADA POR LAS FOTOGRAFÍAS . PRINCIPIOS Y FUNDAMENTOS BASICOS *CÁMARA FOTOGRAMETRICA AÉREA • La cámara fotogramétrica, llamada también cámara métrica, es una cámara fotográfica cuyos elementos de orientación interior son conocidos y cuya calidad geométrica es tal, que se puede considerar como una proyección central ideal. Como consecuencia de esta calidad geométrica, este tipo de cámaras debe tener foco fijo, ya que cualquier variación en el enfoque haría variar el ángulo de apertura “α” . • LOS TRES COMPONENTES BÁSICOS DE UNA CÁMARA AÉREA SON: * ALMACÉN O MAGAZÍN. * CUERPO DE LA CÁMARA. * ENSAMBLE DEL LENTE FOTOGRAFIA AÉREA CON VAT PRODUCTO : FOTOGRAFIAS AEREAS LOS PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE SON INDESPENSBLES FUNDAMENTOS Y PRINCIPIOS DE LA FOTOGRAMETRÍA ESTEREOSCOPIA Es cualquier técnica capaz de recoger información visual tridimensional y/o crear la ilusión de profundidad mediante una imagen estereográfica, un estereograma, o una imagen 3D (tridimensional). La ilusión de la profundidad en una fotografía, película, u otra imagen bidimensional se crea presentando una imagen ligeramente diferente para cada ojo, como ocurre en nuestra forma habitual de ver. Muchas pantallas 3D usan este método para transmitir imágenes. Fue inventado por Sir Charles Wheatstone en 1840 El ojo percibe los objetos en diferentes ángulos, creando la ilusión de profundidad de los objetos Efecto tridimensional Al observar un objeto nuestros ambos ojos registran dos estimulos de imagen distintos de este objeto, los cuales el celebro une formando una percepción tridimensional del objeto o es decir un modelo esteroetípico. Para lograr un efecto tridimensional en la observación de un par de fotos aéreas se debe vencer la acoplación vegetativa entre la convergencia y la acomodación de las lentes oculares de la manera siguiente: ● Observar con un ángulo de convergencia, que tiende a cero o es decir con los ejes visuales aproximadamente paralelos entre sí. ● Acomodar los ojos a la observación de un objeto cercano. ANAGLIFOS Las imágenes de anaglifo o anaglifos son imágenes de dos dimensiones capaces de provocar un efecto tridimensional cuando se ven con lentes especiales (lentes de color diferente para cada ojo). Se basan en el fenómeno de síntesis de la visión binocular y fue patentado por Louis Ducos du Hauron en el 1891 con el nombre de este artículo. Las imágenes de anaglifo se componen de dos capas de color, superimpuestas pero movidas ligeramente una respecto a la otra para producir el efecto de profundidad. Usualmente, el objeto principal está en el centro, mientras que lo de alrededor y el fondo están movidos lateralmente en direcciones opuestas. La imagen contiene dos imágenes filtradas por color, una para cada ojo. Cuando se ve a través de las Gafas anaglifo, se revelará una imagen tridimensional. La corteza visual del cerebro fusiona esto dentro de la percepción de una escena con profundidad. EL OJO CUBIERTO POR EL FILTRO ROJO VE LAS PARTES ROJAS DE LA IMAGEN COMO "BLANCAS" Y LAS PARTES AZULES COMO "OSCURAS" (EL CEREBRO PRODUCE LA ADAPTACIÓN DE LOS COLORES). POR OTRO LADO, EL OJO CUBIERTO POR EL FILTRO AZUL PERCIBE EL EFECTO OPUESTO. EL RESTO DE LA COMPOSICIÓN SON PERCIBIDAS IGUALES POR LOS OJOS. EL CEREBRO FUSIONA LAS IMÁGENES RECIBIDAS DE CADA OJO, Y LAS INTERPRETA COMO UNA IMAGEN CON PROFUNDIDAD. EN FOTOINTERPRETACIÓN TRADICIONAL LA VISIÓN ESTEREOSCÓPICA SIEMPRE SE HA CONSIDERADO FUNDAMENTAL PARA COMPRENDER LO QUE SE ESTÁ VIENDO. APOYO TERRESTRE (PUNTOS DE CONTROL CON COORDENADAS CONOCIDAS) PLAN DE VUELO FOTOGRAMETRICO Cubrir una determinada zona con imágenes que cumplan el porcentaje de recubrimiento longitudinal y transversal especificados, sobrevolando la zona a una altitud determinada en función de la escala deseada y de la distancia principal de la cámara. ESTEREOSCOPIO PAR ESTEREOGRÁFICO RESTITUCIÓN FOTOGRAMETRICA PARA OBTENER ORTOFOTO MOSAICO DE FOTOGRAFÍAS AÉREAS Tras llevar a cabo un proceso de ajuste radiométrico (tonalidad y luminosidad) y mosaicado, el conjunto de éstas imágenes corregidas y goerreferenciadas formarán la Ortofotografía Digital. El producto resultante es por tanto geométrica y radiométricamente continuo. ORTOFOTO ( EL PRODUCTO FINAL DE LA FOTOGRAMETRÍA ES LA ORTOFOTO) Una ortofoto, u ortofotografía, es una fotografía aérea corregida geométricamente (ortorectificada). A diferencia de una imagen aérea, una ortofoto puede ser utilizada para realizar mediciones reales ya que es una representación precisa de la superficie terrestre, en la que se han corregido las distorsiones inherentes a las imágenes aéreas. Las ortofotos combinan las características de detalle y cobertura temporal de las fotografías aéreas y la escala uniforme y precisión geométrica de los mapas. Esto permite a las ortofotos ser usadas en muchas ocasiones como fondo sobre el que se superponen los elementos de un mapa. ORTOFOTOGRAFIA Obtención de la Ortofografía: Cada fotografía correctamente orientada junto con el Modelo Digital del Terreno permite llevar a cabo el proceso de ortoproyección, proporcionando una Ortofotografía, es decir, una imagen georreferenciada, y a escala del territorio FOTOGRAMETRÍA MODERNA LA APARICIÓN DE LOS VANT (VEHÍCULOS AÉREOS NO TRIPULADOS TAMBIÉN CONOCIDOS COMO RPAS (SARP – DRONES ), HA PROPICIADO LA REDUCCIÓN DE COSTOS DE TOMA DE DATOS DE FORMA MUY CONSIDERABLE, Y SE HA DEMOSTRADO QUE SON MUY ÚTILES Y CON UNAS PRECISIONES Y RESULTADOS MUY BUENOS PARA SUPERFICIES “RELATIVAMENTE PEQUEÑAS”. FOTOGRAMETRIA MODERNA CON DRONES (VANT) (LOS HAY DE ALA FIJA Y DE PROPELAS ) PLANEACIÓN DEL VUELO DESDE PROGRAMAS MUY COMPLEJOS HASTA APLICACIONES PARA ANDROID RESTRICCIONES PARA VOLAR VANT ( DRONES) ❑ NORMATIVIDAD VIGENTE (PERMISOS, SEGUROS, REGLAMENTO) ❑ CONDICIONES ATMOSFERICAS NO FAVORABLES (VIENTO, TEMPERATURA, NUBES, ETC.) MIENTRAS MAS LIVIANO, MAS INESTABLE. ❑ VOLAR CON LUZ DIURNA SOLAMENTE ❑ ALTURA DE VUELO RESTRINGIDA. NO SE PUEDE VOLAR A MAS DE 120 m ❑ COBERTURA DE VUELO RESTRINGIDA. LAS IMÁGENES TOMADAS DESDE UN DRONE SON OBLICUAS, RARA VEZ SON TOTALMENTE ORTOGONALES. LA PRECISIÓN DE LOS GPS ABORDO SON DEL ORDEN DE 5 A 30 m, POR LO QUE SE REQUIERE DE PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE DE APOYO PARA LA GEOREFERENCIACIÓN PRECISA DE LAS IMÁGENES , UTILIZANDO UN SOFTWARE DE PROCESO. EJEMPLO PIX4D. LAS CÁMARAS DE CAPTURA DE FOTOGRAFIAS, SON CÁMARAS DIGITALES CONVENCIONALES, HABITUALMENTE CON FOCAL FIJA, PERO CON UNA CALIBRACIÓN DE FÁBRICA QUE POR CUESTIONES DE HUMEDAD Y TEMPERATURA SUELEN VARIAR. Los drones encajan dentro del flujo de trabajo de precisión de exploración de cultivos. Esta información se aplica a la mayoría de las variedades comunes de los cultivos (trigo, soja, etc.), con este círculo de actividades se van repitiendo en cada etapa clave de crecimiento. BENEFICIOS DEL USO DE LA FOTOGRAMETRÍA OPTIMIZACIÓN DE RECURSOS Y ADECUACIÓN AL USO PRODUCTOS DE LA FOTOGRAMETRÍA MODERNA DIGITAL ANALOGA EN RESUMEN Método de reconstrucción de objetos o terreno mediante fotogrametría: Fotografiar los objetos: Será necesario una previa Planificación del vuelo y de las tomas de fotografías (se hace en la fase de Proyecto de vuelo), tras la planificación se procede a la Obtención de imágenes(Vuelo), y a un posterior Procesado. Orientación de las imágenes: Colocación de los fotogramas en la posición adecuada con sus marcas fiduciales (orientación interna);Colocar los fotogramas en la misma posición que ocupaban entre ellos en el momento de las tomas (orientación relativa); Formación del modelo por restitución para después aplicarle giros, una traslación y un factor de escala (orientación absoluta) para tener el modelo (objeto) en coordenadas terreno. Incluye también el escalado del objeto para obtener y realizar medidas en las magnitudes reales. Formación del modelo por rectificación, consistente en, una vez aplicados la orientación tanto interna como externa del haz de luz, hallar la intersección entre dicho haz orientado y el modelo digital del terreno correspondiente al espacio que se quiere determinar. Para realizar una rectificación se ha tenido que realizar previamente una restitución de dicho lugar. EL PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE ORTOFOTOGRAFÍAS DIGITALES A PARTIR DE LA REALIZACIÓN DE FOTOGRAFÍAS AÉREAS CON CÁMARAS MÉTRICAS ANALÓGICAS, MEDIANTE LA EJECUCIÓN DE VUELOS FOTOGRAMÉTRICOS Y SU POSTERIOR ESCANEO, SE DIVIDE EN VARIAS FASES: • Vuelo fotogramétrico: Proporciona el conjunto de fotografías necesarias para cubrir el territorio. Estas fotografías se obtienen desde un avión en cuyo fuselaje va instalada una cámara fotográfica métrica analógica de 23 x 23 cm de formato de película y generalmente de 150 mm de distancia focal. • Digitalización de fotografías aéreas: Para disponer de las fotografías áereas en formato digital es necesario llevar a cabo el escaneado de las mismas mediante el uso de escáneres fotogramétricos de alta precisión • Apoyo Topográfico: Es la obtención de una serie de puntos del terreno con coordenadas conocidas e identificables en las fotografías aéreas. Dichos puntos relacionan dimensionalmente el terreno con su representación gráfica • Aerotriangulación (orientación de fotografías): Este proceso permite reproducir las posiciones de las fotografías realizadas en el momento en que se tomaron. De esta forma se puede visualizar una representación tridimensional del terreno a partir de dos fotografías consecutivas RESOLUCION DE UNA IMAGEN La resolución de una imagen corresponde a cuanto detalle, definición o nitidez podemos observar en la fotografía digital, fotografía convencional (química) o imagen. Al tener mayor resolución en una imagen se obtiene mayores detalles y mejor calidad visual. ¿QUÉ ES UN PIXEL? ACRÓNIMO DE (PICTURE ELEMENT). LAS IMÁGENES O FOTOGRAFÍAS SE COMPONEN DE PIXELES. ES LA UNIDAD MÁS PEQUEÑA DE COLOR DE UNA IMAGEN DIGITAL (PEQUEÑOS CUADRADOS QUE SE PUEDEN OBSERVAR AL HACER ZOOM VARIAS VECES SOBRE LA IMAGEN), CADA PIXEL SE CODIFICA POR MEDIO DE BITS A ESTO SE LE LLAMA PROFUNDIDAD DE COLOR ¿QUÉ ES UN MEGAPIXEL? ESTA UNIDAD SE UTILIZA PARA DAR A CONOCER LA RESOLUCIÓN DE IMAGEN DE LAS CÁMARAS DIGITALES, SI UNA CÁMARA DIGITAL TOMA FOTOS A UNA RESOLUCIÓN DE 2739 X 1826 PIXELES SE PUEDE DECIR QUE TIENE 5 MEGAPIXELES (2.739 X 1.826 = 5.001.414). UN MEGAPIXEL EQUIVALE A 1.000.000 DE PIXELES. LOS MEGAPIXELES DEFINEN EL TAMAÑO DE LA FOTOGRAFÍA QUE UNA CÁMARA DIGITAL PUEDE TOMAR Y LAS DIMENSIONES DE LA IMPRESIÓN A LA QUE PUEDE SER IMPRESA SIN PÉRDIDA DE CALIDAD, A MAYOR NUMERO DE MEGAPIXELES EL COLOR TENDRÁ MAS MATICES Y LA POSIBILIDAD DE QUE LOS DETALLES SEAN MUCHO MÁS CLAROS; HAY QUE TENER EN CUENTA QUE LA MATRIZ DE PUNTOS SE ESPARCE EN UN ESPACIO BIDIMENSIONAL, ENTONCES LA DIFERENCIA EN LA CALIDAD DE LA IMAGEN NO AUMENTA PROPORCIONALMENTE AL NÚMERO DE MEGAPIXELES. SE DEBE TENER EN CUENTA LA RESOLUCIÓN DE LA IMAGEN PARA LA IMPRESIÓN, CON EL TÉRMINO PPP (PUNTOS POR PULGA) DESCRIBIMOS LA RESOLUCIÓN AL IMPRIMIR, SE CONSIDERA QUE UNA IMAGEN CON UNA RESOLUCIÓN DE 200 PPP TIENE BUENA CALIDAD PARA SER IMPRESA PERO DEBEMOS APUNTAR SIEMPRE A TENER UNA RESOLUCIÓN DE 300 PPP PARA LA IMPRESIÓN. CÁMARAS MULTIESPECTRALES EN DRONES • Estas cámaras permiten captar esas bandas no visibles por el ojo humano, la organización de estas bandas se realiza mediante sus longitudes de onda o frecuencia. Comprende desde las longitudes de onda más cortas (rayos gamma, rayos X), hasta las kilométricas (telecomunicaciones) ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO • Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación • El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la radiación ultravioleta, la luz visible y la radiación infrarroja, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro • Las cámaras multiespectrales nos permiten notar los pequeños cambios en la radiación, como por ejemplo en la radiación infrarroja para el caso de la agricultura. Es en este campo donde más se están produciendo cambios en la llamada agricultura de precisión, que trabaja para poder optimizar la gestión de los campos y poder planificar las fechas de siembra, usos de diferentes fertilizantes, frecuencia de riego incluso el conocimiento de su momento óptimo de recogida del fruto. Los drones posibilitan el realizar vuelos programados por el usuario para la toma de estos datos casi a ras de suelo y así poder obtener una resolución espacial menor que la usada por los satélites. Permiten el conteo y supervisión de producción agrícola, supervisión de áreas fumigadas, detección temprana de enfermedades y plagas en cultivos, malas hierbas, cambios climáticos extremos, sobre-plantación, riego inapropiado, mal drenaje, índices de vegetación. USO QUE SE LES DA A LAS BANDAS EN EL SECTOR AGRÍCOLA • (0.4 a 0.7 micrómetros) Corresponde el espectro visible, es la que hemos comentado anteriormente que puede visionar el ojo humano. • (0.7 a 1.3 micrómetros) Correspondiente al Infrarrojo próximo, resulta de especial importancia por su capacidad para discriminar masas vegetales y concentraciones de humedad en el terreno. • (1.3 a 8 micrómetros)Corresponde al Infrarrojo medio, en este rango se entremezclan los procesos de reflexión de los rayos solares y la emisión de la superficie del suelo, es idóneo para la estimación contenido de humedad en la vegetación y detección de focos de alta temperatura. • (a partir 1mm) en este punto pasamos a las microondas, es la más empleada para los sensores activos como los radares por ser una energía transparente para las cubiertas nubosas. • Con los datos anteriores es posible la creación de mapas de cultivo en la que se muestran las zonas buenas del cultivo o zonas que se han de tratar. Posteriormente pueden ser cargadas en tractores robotizados que permiten ser guiados informáticamente y reducir solapes, de esta forma se consigue poder concentrar los abonos, pesticidas y/o fertilizantes en zonas que han de ser tratadas y así poder tener una mayor rendimiento en esas zonas sin derrochar producto en zonas donde ya ha sido tratado o no es necesario. EL ÍNDICE DE VEGETACIÓN DE DIFERENCIA NORMALIZADA, TAMBIÉN CONOCIDO COMO NDVI POR SUS SIGLAS EN INGLÉS, ES UN ÍNDICE DE VEGETACIÓN QUE SE UTILIZA PARA ESTIMAR LA CANTIDAD, CALIDAD Y DESARROLLO DE LA VEGETACIÓN CON BASE A LA MEDICIÓN DE LA INTENSIDAD DE LA RADIACIÓN DE CIERTAS BANDAS DEL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO QUE LA VEGETACIÓN EMITE O REFLEJA. • Para el cálculo de los índices de vegetación es necesaria la información que se encuentra en las bandas roja e infrarroja de ese espectro electromagnético. • El cálculo del NDVI se hace mediante la siguiente fórmula: Es decir, mediante la diferencia entre la reflectancia de las bandas 4 (infrarrojo cercano) y 3 (visible – rojo) dividido por la suma de estas dos bandas de reflectancia. De entre todos, el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) es el índice de vegetación más utilizado UNA IMAGEN ESPECTRAL ES AQUELLA QUE REPRODUCE LA FIGURA DE UN OBJETO EN FUNCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA QUE ESTÉ REFLEJANDO (O EMITIENDO) EL OBJETO EN CUESTIÓN; O DICHO DE OTRO MODO, ES UN SET DE IMÁGENES DEL MISMO OBJETO REPRESENTADAS CADA UNA DE ELLAS CON DIFERENTES LONGITUDES DE ONDA. LAS DIFERENCIAS ENTRE UNA IMAGEN MULTIESPECTRAL Y UNA IMAGEN HIPERESPECTRAL SON MÚLTIPLES, PERO LA PRINCIPAL ES EL NÚMERO DE BANDAS ESPECTRALES. LA SIGUIENTE IMAGEN ILUSTRA PERFECTAMENTE DICHA DIFERENCIA: Podemos decir que las imágenes multiespectrales están formadas por relativamente pocas bandas (normalmente entre 3 y 20) y son bandas no necesariamente contiguas unas a otras, mientras que las imágenes hiperespectrales normalmente están formadas por un mayor número de bandas y éstas siempre son contiguas. Con una imagen multiespectral podemos obtener los valores de intensidad en las longitudes de onda discretas en las que el sistema capte radiación, mientras que con una imagen hiperespectral lo que obtenemos es el espectro continuo o firma espectral del objeto de análisis LAS SIGUIENTES IMÁGENES FUERON CAPTADAS CON UNA CÁMARA MULTIESPECTRAL CON FILTROS ESPECTRALES EN 436, 532, 540, 594 Y 605NM ± 20NM (REPRESENTACIÓN EN FALSO COLOR): CONCLUSIONES • LA FOTOGRAMETRIA ES UNA CIENCIA QUE PROVEE DE HERRAMIENTAS INDISPENSABLES EN DIVERSAS ÁREAS DE ESTUDIO, EL CONOCIMIENTO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS CONLLEVA A LA OPTIMIZACIÓN DE RECURSOS Y UN DESARROLLO DE CALIDAD DE LOS PROYECTOS. • EN EL SECTOR AGRÍCOLA EL USO DE CAMARAS MULTIESPECTRALES Y EL CONOCIMIENTO DE LOS INDICES DE VEGETACION GENERANDO IMÁGENES DE CALIDAD ES INDISPENSABLE PARA LA ADECUADA FOTOINTERPRETACIÓN Y PARA UN MAYOR DESARROLLO AGROPECUARIO Y AGROALIMENTARIO EN TIEMPOS TAN DEMANDANTES COMO LOS ACTUALES. GRACIAS POR SU ATENCION
