Fotogrametría Moderna: Fundamentos, Técnicas y Aplicaciones de la Fotografía Aérea

Introducción a la Fotogrametría

La fotogrametría es una disciplina basada en la reconstrucción 3D de la realidad a partir de imágenes bidimensionales. Sus ventajas y desventajas están estrechamente ligadas a las formas de registro (generalmente fotografías aéreas) y a los métodos y equipos de restitución.

Ventajas y Desventajas

Ventajas

• Reducción de costos: Optimización de recursos en comparación con métodos tradicionales.
• Velocidad de compilación: Procesamiento rápido de la información.
• Datos valiosos en tiempo real: Facilita información crítica en casos de cambios súbitos, como catástrofes naturales.
• Registro multitemporal: Permite el seguimiento de la evolución de un terreno a través del tiempo.
• Flexibilidad: Adaptable a diversos tipos de proyectos y escalas.

Desventajas

• Dificultad en la visión de la superficie del terreno cuando existe densa cobertura vegetal.
• Complejidad en la ubicación de curvas de nivel sobre superficies extremadamente planas.
• Necesidad de inspección en el lugar para determinar elementos no visibles satisfactoriamente.
• Requerimiento constante de un control de campo.
• Inversión considerable en equipo especializado y personal altamente capacitado.

Ciclos de Desarrollo Histórico

• 1850-1890: Fotogrametría plana.
• 1900-1960: Fotogrametría analógica.
• 1960-2000: Fotogrametría analítica.
• 1990-Actualidad: Fotogrametría digital.

División de la Fotogrametría

• Fotogrametría analítica: Se basa en los modelos matemáticos utilizados. Fue la primera rama en desarrollarse.
• Fotogrametría analógica: Se encarga de aplicar los modelos matemáticos a objetos físicos.
• Fotogrametría digital: Con la aparición de los ordenadores, se sustituye la imagen analógica por la digital, utilizando software especializado. Actualmente, convive con la fotogrametría analítica.
• Fotogrametría plana: Ampliación de la idea tradicional de levantamiento. Cálculo del centro de proyección por intersección sobre el tablero, transfiriendo direcciones de objetos al mapa.

El Servicio Aerofotogramétrico (SAF)

El Servicio Aerofotogramétrico (SAF) es un organismo dependiente de la Fuerza Aérea de Chile. Su misión es satisfacer las necesidades de percepción remota, aerofotogrametría y técnicas afines. Se encarga de normar y elaborar la cartografía aeronáutica oficial del Estado, mantener archivos de fotografías aéreas y ejecutar trabajos especializados para entidades públicas y particulares bajo la Ley 18.575.

Información Marginal de la Fotografía Aérea

Cada fotograma contiene datos técnicos esenciales:

• Altímetro.
• Fecha y hora de la toma.
• Distancia focal del lente.
• Número de fotograma y escala.
• Número de serie del lente y nivel.

Fundamentos y Geometría

El principio básico consiste en proyectar de forma ortogonal sobre un plano de referencia la imagen registrada en una fotografía, la cual ha sido captada mediante proyección central.

Principios de Colinealidad

• No existe desviación de los rayos de luz al atravesar los lentes.
• La imagen se proyecta sobre una superficie perfectamente plana.
• La relación matemática entre el objeto y su imagen se define como el principio de colinealidad.

Tipos de Proyección

Proyección Central o Cónica

Todos los rayos pasan por un punto denominado centro de proyección (punto de vista). Sus características incluyen:

• Líneas paralelas en el terreno se proyectan paralelas si el eje óptico es perpendicular.
• Elementos elevados sobre el plano de referencia aparecen desplazados radialmente desde el punto nadiral.

Proyección Ortogonal

Los puntos del terreno se proyectan mediante rayos verticales. Es fundamental para generar ortofotos, permitiendo obtener información angular y distancias sin deformaciones.

Proyección Paralela

Consiste en proyectar puntos del espacio contra un plano mediante haces de rectas paralelas entre sí, transponiendo un objeto 3D a un dibujo 2D.

Diferencias Clave

• Proyección Central vs. Ortogonal: La central muestra perspectiva y profundidad (visión real); la ortogonal representa objetos sin perspectiva (planos técnicos).
• Cartas vs. Fotografías Aéreas: Las cartas son mapas con información geográfica procesada; las fotografías son imágenes reales del terreno.

Características de las Cámaras Fotogramétricas

• Construcción rígida para mantener una orientación interna constante.
• Objetivos de alta precisión óptica.
• Funcionamiento automático resistente a variaciones de altura y temperatura.
• Estabilidad y montura libre de vibraciones.

Componentes Principales

• Almacén o magazín: Alberga hasta 120 metros de película (aprox. 480 fotos).
• Cuerpo de la cámara: Carcasa que alberga el mecanismo de avance, aplanamiento de película y obturador.
• Ensamble del lente: Contiene los lentes, filtro, obturador, diafragma y el cono interior que fija la orientación.

Calibración y Parámetros Técnicos

Para garantizar la precisión, se deben considerar:

• Distancia focal equivalente (DFE) y calibrada (DFC).
• Parámetros de distorsión radial y descentramiento.
• Coordenadas del punto principal y marcas fiduciales.
• Punto Nadir (n): Intersección de la perpendicular al terreno.
• Punto Isocentro (i): Intersección de la bisectriz del ángulo entre la perpendicular al negativo y al terreno.
• Altura de Vuelo (z): Elevación del centro de proyecciones sobre el plano de referencia.

Clasificación de las Fotografías Aéreas

Según la Inclinación del Eje

• Oblicuas: Eje con ángulo mayor a 3°. Se dividen en oblicuas bajas (sin horizonte) y altas (con horizonte).
• Verticales: El eje apunta verticalmente, similar a un plano del suelo.

Según el Campo Angular

• Ángulo pequeño: Menor a 50° (fines militares).
• Ángulo normal: 50° a 75° (mapas urbanos).
• Gran angular: Hasta 100° (uso general).
• Súper gran angular: 120° (cubre el doble de área).

Según la Longitud Focal

• Corta: Hasta 150 mm.
• Normal: 150 mm a 300 mm (estándar fotogramétrico).
• Larga: Mayor a 300 mm (reconocimiento).

Según el Tipo de Película

• Blanco y negro: Económicas, alta resolución, basadas en niveles de grises.
• Color: Similares a la visión humana.
• Infrarrojos: Captan reflectancia no visible; útiles para identificar vegetación (falso color).

Técnicas y Visión Estereoscópica

Usos de los diferentes tipos de fotogrametría:

• Imágenes estereoscópicas: Pares de fotos con área común (traslape) para ver relieve 3D mediante un estereoscopio.
• Ortofotografías: Imágenes corregidas a proyección ortogonal para cálculos precisos de distancia.
• Ortofotomapas: Ortofotos con detalles cartográficos resaltados (carreteras, límites).

Visión Estereoscópica Natural y Artificial

La estereoscopia es la percepción de profundidad al mirar dos imágenes de una misma escena desde puntos distintos. En fotogrametría, se requiere un par estereoscópico y un estereoscopio para recrear artificialmente esta sensación.

Factores que Influyen en el Modelo

• Diferencias de escala por variaciones en la altura de vuelo.
• Zonas muy inclinadas o deriva excesiva.
• Base aérea (B): A mayor distancia entre disparos, mayor sensación de profundidad.
• Altura de vuelo (H): A mayor altura, menor efecto estereoscópico.

Paralaje y Gestión de Errores

La paralaje es el desplazamiento de un objeto en fotos consecutivas por el cambio de posición de la cámara.

• Paralaje vertical (PY): Se elimina con la orientación correcta.
• Paralaje horizontal (PX): Permite determinar la altura de los objetos.

Causas de Error

Los errores pueden provenir de la localización de líneas de vuelo, incorrecta orientación, distorsiones en lentes o variaciones de altura. Para corregir errores de altura, se utilizan ecuaciones de paralaje y mapas de curvas de corrección interpoladas.