Principios y Técnicas de Fotogrametría: Desde la Captura hasta la Restitución

Desplazamiento de la Imagen Debido al Relieve

Hemos dicho que, en función del relieve, el punto comienza desde 3 exposiciones, varianza en posición en la imagen. Aquí tenemos una fotografía tomada desde el punto O de un terreno natural, donde hay un punto A que tiene una cierta altura con respecto al datum.

Su proyección ortogonal en este punto desde el plano del datum correspondería a A´.

Si vemos en el punto A del terreno, tiene su posición sobre la imagen de la posición angular. El punto, sin la influencia de la altura del punto con respecto del datum, tiene su posición en la imagen en la posición A´, por lo que este desplazamiento de la imagen es debido precisamente al relieve, a la altura del punto. Si el punto no tuviera altura, si todos estuvieran a la misma altura, pero como el punto tiene esta altura Ha que se impresiona en la otra, pues este desplazamiento es el desplazamiento debido al relieve, debido precisamente a la altura del punto.

Si queremos calcularlo para corregirlo, consideraremos que la distancia desde el punto principal hasta el punto real sería la distancia radial R y hasta el punto ideal (el teórico) sobre el dato del datum A´ con la distancia radial R´.

La distancia radial es a la focal en la misma proporción H – ha que será igual a R, siendo esta la primera relación. Por lo tanto, al iterar deberemos de tener en cuenta que dependerá de la altura de ese punto, de la altura del vuelo y de la distancia radiada a la que se encuentre dentro de la perspectiva.

Influencia del Movimiento de la Cámara en la Toma Fotográfica Aérea

Los problemas de la calidad de la imagen fotográfica se plantean de forma distinta en función de si consideramos la fotografía para la aplicación terrestre o aérea.

Para realizar buenas fotografías aéreas se debe corregir observaciones en campos externos, igualar la iluminación en todo el formato y usar emulsiones rápidas que al mismo tiempo sean de gran finura.

Los principales factores que influyen en la calidad de la imagen aérea son la naturaleza de la escena, la óptica, las condiciones de toma y la emulsión.

Los dos grandes problemas en las condiciones de la toma son el movimiento de la cámara, por estar dentro del avión, y la influencia de las vibraciones y oscilaciones del avión.

En el movimiento de la cámara, la cámara que va dentro del avión se desplaza un cierto espacio durante el tiempo de exposición.

Por este motivo, un cierto rayo procedente del objeto afectará a una cierta zona puntual de la emulsión, produciendo una imagen borrosa.

Para fotos verticales y altitud constante:

Durante el tiempo t de exposición, el avión se desplaza de S1 a S2.

Un rayo procedente de P barrera la emulsión de P1 a P2.

Por lo que hay varias soluciones para eliminar este efecto a diferentes escalas:

• Utilización de obturadores de gran rapidez (0.003 a 0.002s) pero exigía el uso de emulsiones rápidas que aumentan el grosor del grano y disminuyen la calidad de la imagen.
• Utilizar aviones más lentos, pero son menos estables y no servirían para cartografía.
• Desplazar la superficie sensible dependiendo del tiempo de obturación.

Descripción de la Cámara DMC

La cámara DMC es una cámara matricial que tiene una forma similar a la de una cámara analógica y, por lo tanto, tiene una línea de trabajo y procesamiento distinto. De hecho, muchos de los servicios cartográficos utilizan este método matricial para seguir la misma convención que la de la fotografía analógica, ya que el tratamiento es el mismo, ya que el resultado es el mismo.

Lo que hace es formar un cuadro de imagen, registrando con diferentes sensores en el cuadro, trabajando con 4 conos en pancromático, formando estos 4 una sola imagen.

Y luego tendríamos 4 conos exteriores que van a trabajar en multiespectral, siendo 3 para el formato RGB y el otro en infrarrojos. Trabaja igual que una cámara convencional, siguiendo una línea de vuelo y obteniendo fotogramas en posiciones aéreas concretas. Ahora bien, la imagen de cada cuadro la conforma con la imagen de los 4 sensores centrales. Luego tenemos 4 imágenes independientes que están ligeramente inclinadas hacia el exterior, pero tienen entre ellas una zona de recubrimiento. Ayudándose de esos puntos de recubrimiento, el software saca unos puntos homólogos para realizar el enlace de esas 4 imágenes.

Realizándolo mediante el ajuste de haces:

Ajuste de haces con incógnitas:

a) Los elementos de orientación de tres imágenes

b) Las focales de tres de las imágenes

c) Un parámetro para error asociado a los relieves y a excentricidad

Generación de imagen virtual por de doble proyección:

a) Proyección hacia "delante" sobre un plano horizontal con altura media

b) Proyección hacia "detrás" sobre imagen virtual con focal de 120 mm,

Posición en el centro geométrico de los cuatro conos, orientación del eje la

Media de las orientaciones los cuatro conos.

c) Los procesos de proyección se realizan mediante una malla

Formato de imagen de 168 mm

Teniendo un tamaño del pixel de 12 micras

El ancho digital de la imagen 14 kilopíxeles con una focal de 120 mm

Métodos Analíticos para Resolver las Distintas Orientaciones

O.interna: La reconstrucción del haz de rayos se consigue formulando las ecuaciones de la recta que van desde el centro perspectiva definido por las fotocoordenadas del punto principal y la distancia principal, y pasar por las fotocoordenadas de la imagen.

O.externa: Matemáticamente se define como la posición del centro por sus 3 coordenadas (x,y,z) y la dirección del eje que pasa por los 3 ángulos. Cuando w = fi = Kappa = 0º, la foto es totalmente vertical. Se resuelve por una transformación tridimensional de semejanza.

O. relativa: Consiste en buscar las interacciones de las rayas homólogas:

• Hay dos maneras:
• Conducción de colinealidad: centro de proyección, pto imagen y pto modelo deben estar contenidas en la misma línea.
• Condición de coplanaridad: Los centros de proyección y los puntos modelo deben estar contenido en el mismo plano.

O. absoluta: Se resuelve mediante una transformación tridimensional de coordenadas.

Descripción de las Orientaciones y Fundamentos de los Métodos

O.interna: Reconstrucción del haz individual de rayos de cada una de las fotos.

O.externa: Posicionar la cámara en el sistema terrestre y orientar su eje óptico.

O.relativa: Reconstrucción del modelo tridimensional. Situar una fotografía con respecto de otra en la misma posición que tenían en el momento de la toma. Tras realizar la orientación relativa, los rayos homólogos de los haces se cortan en el espacio formado por el modelo tridimensional.

O. absoluta: Tras realizar la O.relativa se escala, traslada y nivela el modelo hasta llevarlo a su posición red.

Importancia de los Puntos de Apoyo en Fotogrametría

Una vez finalizada la orientación relativa, quedaría hacer un ajuste de escala y hacer la orientación absoluta.

Para hacer esto, hace falta conocer los datos en el terreno fotografiado.

Esto es igual a cuando en el proceso analítico, tras la orientación interior, se procede a realizar la georreferenciación de las fotografías del par. En el proceso de orientación exterior es necesario conocer datos del terreno.

Estos datos constituyen las coordenadas de algunos puntos, determinadas mediante la topografía clásica, llamados puntos de apoyo terrestres.

Cuando tratamos de restituir una zona extensa, los puntos de apoyo se distribuyen por toda ella, constituyendo una red de apoyo topográfico.

Los puntos de apoyo se deben distribuir en las esquinas del modelo del par fotogramétrico. La distribución debe servir para las pasadas de arriba y de debajo de la pasada a la cual pertenece nuestro par, así se evitaría realizar un mayor trabajo topográfico. Además, por razones de precisión, resulta mucho mejor restituir interpolando entre los puntos de apoyo que extrapolando y la escala es más precisa cuanto más alejados están los puntos de apoyo.

Como mínimo para poder restituir un par fotogramétrico:

• Dos puntos planimétricos para el ajuste de escala. Se suelen tomar tres para poder comprobar los errores.
• Tres puntos altimétricos para poder realizar la orientación absoluta del modelo.

Proceso de Restitución Analítico

Principio del restituidor analítico: son los que lo realizan matemáticamente. Trabajan con la imagen analógica restituidora analíticos y los que trabajan con las imágenes digitales se les conocen como restituidores digitales, pero los dos lo realizan de forma matemática.

• Estereocomparador: detecta el dispositivo de visión estereoscópico y nos va a permitir mover las placas por servomotores que nos permitirán realizar la medida de los puntos.
• El procesador de control que es el que va a controlar el comparador, va a leer la posición de las placas mediante codificadores.

– Lee los movimientos del punto flotante

– Y va a comunicarse con el ordenador y sus diferentes aplicaciones

• Ordenador y aplicaciones

– Entrada y salida de datos

– Programas de cálculo fotogramétrico

Fases de un Levantamiento Fotogramétrico

1. Planificación del vuelo fotogramétrico.
2. Pre-señalización del apoyo.
3. Ejecución del vuelo fotogramétrico: Tomar fotogramas necesarios para cubrir la zona a levantar.
4. Determinación del apoyo topográfico: Consiste en dar los datos necesarios de campo para apoyar los pares.
5. Orientación de los pares o del bloque fotográfico.
6. Restitución de los pares fotográficos: Consiste en introducir esos pares fotogramétricos en los restituidores para obtener el propio levantamiento.
7. Ultimación del trabajo: Tiene por misión revisar el trabajo reciclado en el restituidor, completando las zonas no restituidas, preparar anotaciones, normas…

Características de los Distintos Tipos de Restituidores

Las principales diferencias que nos vamos a encontrar en los diferentes tipos de restituidores analógicos y los analíticos

Analógicos:

Se podrían clasificar en base a su construcción,

Ya que suelen ser de construcción óptica, mecánica y óptico-mecánica.

Óptica son de proyección.

Los mecánicos que sustituyen los rayos por barras

Y Los óptico-mecánicos combinan las dos soluciones para mejorar, siendo estos los últimos analógicos en usarse.

• Transformaciones mecánicas
• Limitados por construcción al ser un dispositivo mecánico, ya que tiene limitado el rango de focales que puedo introducir
• Rango de focales
• Tamaño de fotogramas con las que se pueden trabajar
• Corrección de distorsión, ya que son modelos genéricos y no individuales para cada cámara.
• Giros de los proyectores están limitados a los movimientos físicos.
• Solo fotografía vertical

Analíticos:

Que son los que realizan la reconstrucción matemáticamente. Trabajan con la imagen analógica restituidora analíticos y los que trabajan con las imágenes digitales se les conocen como restituidores digitales, pero los dos lo realizan de forma matemática.

Por tanto, los restituidores analógicos es la de materializar todos los procesos de entre los distintos sistemas de coordenadas que están en el proceso a partir de la medición de la fotografía hasta llegar a las coordenadas del terreno, pero materializándolo físicamente con dispositivos físicos. Por tanto, nos debe permitir realizar una orientación interna físicamente. Tiene que tener un dispositivo que nos permita realizar la reconstrucción del as individual, por otro me debe permitir realizar la orientación relativa, para poder posicionarme relativamente una fotografía con respecto de otra, para también poder realizar la orientación absoluta físicamente.

• Transformaciones analíticas: los hacen matemáticamente
• Corrige analíticamente todas las fuentes de error y para cada caso concreto
• Trabaja con cualquier tipo de fotografía:
• Vertical
• Inclinada
• Oblicua
• Terrestre
• Satélite

Diferencias entre restituidores

Analíticos

• Modelo: comparador
• Medida: comparador
• Deben asegurar la planeidad y controlar deformaciones de imagen
• Necesitan de marcas fiduciales
• Manipulación de los Fotogramas

Digitales

• Modelo: geometría epipolar
• Medida: ordenador (precisa y fiable)
• La imagen es estable y editable.
• No necesitan de marcas fiduciales
• Interactiva y automatización de las tareas fotogramétricas
• Elevado volumen de almacenamiento
• Precisión: entre ½ y ¼ del tamaño del pixel.

Influencia de la Orografía en la Planificación de un Vuelo Fotogramétrico

En la planificación de las vuelos, el tema que causa más problemas es el de la planificación de la fotografía aérea de terrenos montañosos. Los cálculos básicos de la misión siguen siendo válidos, pero tienen que modificarse por tener en cuenta las variaciones en el recubrimiento transversales causadas por las diferencias en las alturas del terreno. Debido a la orografía, los recubrimientos entre líneas de vuelo se van perdiendo y a su vez se producen cambios de escala.

Para solucionar esto se puede hacer de dos maneras:

• Variando la separación entre las líneas de vuelo, para cubrir el recubrimiento, pero no nos garantiza la escala. Para garantizarlo se van cambiando la altitud de vuelo entre las pasadas.
• También hay que determinar elevaciones de referencia por sectores, dependiendo de la orografía. Haciendo una media de estas elevaciones, se obtendrá la media de las alturas, que al sumarlas con la altura del vuelo para una escala determinada, se obtendrá la altitud verdadera.