camaras aereas.docx

1. Cámara fotogramétrica

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 enfoqué haría variar el ángulo de apertura.

2. CAMARAS METRICAS AEREAS

Los dos principales objetivos de la fotografía aérea son la fotogrametría y la

fotointerpretación. Para la fotointerpretación, el principal requerimiento es una alta calidad del

detalle de reproducción; la definición de la imagen y la resolución de la óptica son las

principales exigencias. Una geometría exacta, esto es libre de distorsiones, es menos

importante en la fotointerpretación. Para fotogrametría, sin embargo, la geometría es lo más

importante como calidad de la imagen. Las cámaras aéreas métricas son por lo tanto las

generalmente empleadas. El requerimiento de una geometría exacta fuerza al uso de un

obturador central tanto que la orientación interna y externa sean válidas para la fotografía.

Las fotografías tomadas con una cámara mediante un obturador focal plano que no tiene esta

propiedad, no toman fotografías con cámaras de franja continua, en las cuales la película es

movida por el paso de un corte fijo. De manera similar, los escáneres, en los cuales los

detalles de la superficie terrestre son registrados línea por línea perpendicular a la dirección

de vuelo, primero en cinta magnética y posteriormente transferido a material fotográfico, no

posee la propiedad requerida en la fotogrametría normal. Las cámaras multiespectrales

poseen normalmente de cuatro a seis cámaras individuales, montadas juntas con ejes

paralelos en un único ángulo, cada cámara está ajustada para un rango particular de longitud

de onda.

El suceso más remarcable de la fotogrametría en los últimos años es debido en gran parte al

progreso que se ha hecho en el desarrollo de la precisión de las cámaras. Quizás el

desarrollo más reciente de las cámaras está en la construcción de lentes casi perfectas que

resuelven los problemas del poder de resolución de las lentes y consiguen distorsiones casi

despreciables.

Las cámaras aéreas se pueden clasificar de diferentes maneras:

Por el tipo: Enmarcada, panorámica, tira, multibanda.

Por al campo angular: Angulo normal de 75º, gran-angular de 75º a 100º super-gran-

angular superior a 100º.

Por la distancia focal: menor a 6 pulgadas, de 6 a 12 pulgadas, mayor a 12pulgadas.

Por el uso: Cartografía, reconocimiento

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FAING - EPIC

2.1 COMPONENTES DE LAS CAMARAS FOTOGRAMETRICAS AEREAS

2.1.1 Almacen

El almacén de la cámara, el cual puede ser cambiado durante el vuelo, alberga los

rieles que contienen la película expuesta y sin exponer. La capacidad del almacén

es de 120 metros de película, lo que representa una capacidad cercana a las 480

fotografías. El almacén también contiene los mecanismos de avance y

aplanamiento de la película. El aplanamiento es muy importante en las cámaras

aéreas, ya que si el negativo se abultara durante la exposición, las posiciones de

la imagen en las fotografías resultantes puede ser incorrecta. El aplanado de la

película puede ser llevado a cabo en cualquiera de las cuatro maneras siguientes:

Aplicando tensión a la película durante la exposición.

Presionando firmemente la película contra una placa de vidrio ubicada

delante de la película, en el plano focal.

Aplicando una presión dentro del cono de la cámara, forzando así la

película contra una placa plana ubicada detrás de la película.

Sosteniendo la película mediante un plato de vacío cuya superficie interior

está en el plano focal.

El sistema de vacío es el que ha dado mayor satisfacción y es el más utilizado

para realizar el aplanamiento de la película en las cámaras aéreas. Una placa de

vidrio frente a la película es objetable, ya que las posiciones de la imagen son

distorsionadas debido a la refracción de los rayos de luz que atraviesan el vidrio.

1.1.1 Cuerpo de camara

FOTOGRAMETRIA Y TELEDETECCIÓN Página 2


El cuerpo de la cámara es una carcasa de una sola pieza que usualmente alberga

el mecanismo de operación. Este mecanismo provee la fuerza para operar la

cámara a través de todo su ciclo, consistiendo el mismo en:

Avance de la película.

Aplanamiento de la película.

Armado del obturador.

Disparo del obturador

La fuerza para el mecanismo de operación puede ser suministrada manualmente o

mediante energía eléctrica. El cuerpo de la cámara también contiene asas para su

transporte y conectores para fuentes externas.

1.1.2 Ensamble de lente

El ensamble del lente contiene varias partes y realiza varias funciones. Contenidos

en el ensamble del lente están los lentes, el filtro, el obturador y el diafragma. En la

mayoría de las cámaras el ensamble del lente también contiene un cono interior.

Este cono interior soporta el ensamble del lente y el plano focal en una posición

relativa entre ellos fija. Este cono también fija los llamados elementos de

orientación interior.

Estos elementos son determinados cuidadosamente mediante la calibración de la

cámara, de tal manera que pueden ser usados en cálculos fotogramétricos.

Este cono está hecho de metal con un bajo coeficiente de dilatación térmica, para

que los cambios en las temperaturas de operación no desarreglen la calibración.

En algunas cámaras aéreas, las cuales no tienen cono interior, el cuerpo y el cono

exterior actúan conjuntamente para mantener los lentes y el plano focal en su

posición relativa. El objetivo de la cámara es la parte más importante de la misma.

El toma los rayos de luz desde el objeto en el espacio y los lleva a foco en el plano

focal. Los objetivos utilizados en las cámaras aéreas son objetivos altamente

corregidos, constituidos por varias lentes.

1.1.3 El plano focal



El plano focal de una cámara es el plano en el cual todos los rayos de luz

incidente llegan a foco. En una fotografía aérea las distancias objeto son grandes

en comparación con las distancias imagen. Es por ello que las cámaras aéreas

foco fijo para distancias objeto infinitas. Esto es logrado colocando el plano focal

de la manera más exacta posible, a una distancia igual a la longitud focal detrás

del punto nodal posterior del objetivo de la cámara. El plano focal queda definido

por la superficie superior del cuadro del plano focal. Esta es la superficie contra la

cual es aplanada la película cuando se hace la exposición.

El marco que representa físicamente el plano focal contiene además:

a) Marcas Fiduciales

Las marcas fiduciales de la cámara son generalmente cuatro y están

localizadas bien sea en la mitad del cuadro del plano focal o bien en las

esquinas. Estas marcas son registradas en el negativo cuando se toma la

fotografía. Las líneas que unen marcas fiduciales opuestas deberían

intersectarse en el punto principal de la fotografía, y se pone todo el

cuidado necesario en la fabricación de la cámara para que se dé esta

condición.

El punto principal se define como el punto en el plano focal donde una

línea que pasa por el punto nodal posterior del objetivo de la cámara, y

que es perpendicular al plano focal, intersecta al plano focal.

b) Información marginal:

Esta área de información se encuentra siempre sobre uno de los lados del

marco. Tiene un sistema independiente de iluminación eléctrica y es

registrado al mismo tiempo que se hace la exposición.

En el área de información marginal suele aparecer:

Altímetro: registra la altura absoluta de vuelo sobre el nivel del

mar.

Reloj: la indicación de la hora puede ser útil para calcular altura de

objetos verticales como por ejemplo árboles edificios etc., por el

método de la sombra.

Nivel esférico: se usa para conocer la inclinación de cada

fotografía.

Identificación de la cámara: distancia principal, marca tipo, serie,

etc. Con estos datos es posible localizar la cámara empleada para

poder llevar un control sobre el tiempo transcurrido entre

diferentes calibraciones. El valor de la distancia principal, permite

calcular la escala de la fotografía.

Número de las fotografías: permite posteriormente armar y

ordenar la fotografía en faja y bloques.



Datos de la misión: permite identificar el área y la fecha en que

fueron tomadas las fotografías.

Indicador del funcionamiento del sistema de vacío: si funciona

correctamente aparece una “v” o una circunferencia, en el borde

de la fotografía. De lo contrario, no aparece o solo se registra

parte de la señal.

En el caso de las fotografías aéreas tomadas en Venezuela, aparece grabado

en cada foto una serie de números, que indican lo siguiente:

Primero y segundo números: zona del país.

Tercero y cuarto números: estado de la zona previamente

identificada.

Quinto y sexto número: identificación de la misión

fotogramétrica.

Números después del guion: número de foto de la misión.

1.2 CAMARAS DE GRAN FORMATO

1.2.1 LEICA

Leica es una empresa alemana dedicada a la fabricación de

instrumentos ópticos de precisión.

Está dividida en tres compañías claramente diferenciadas: Leica Camera

AG, Leica Geosystems AG y Leica Microsystems AG, que se dedican

respectivamente a producir cámaras fotográficas, equipamiento topográfico

(para topografía) y equipamiento médico (microscopía, proceso histológico).

Leica Microsystems AG es la propietaria de la marca Leica, y proporciona licencias

a Leica Camera AG y a Leica Geosystems AG.

a) MODELOS

LEICA ADS80

LEICA RCD40

LEICA RCD30

LEICA RCD 30 OBLICUO

Leica RCD30 for UAV

b) CARACTERISTICAS

La geometría de la imagen no es una proyección cónica. Por tanto, se

requiere disponer de software específico que contemple el cambio de

modelo geométrico del sensor.



El sistema GPS/IMU es fundamental para determinar la orientación externa

de la cámara (posiciones y orientaciones) durante el vuelo lo que implica un

coste extraordinario.

Las matrices lineales son de una fabricación más simple por lo que suelen

tener un menor número de píxeles defectuosos.

Si existen píxeles erróneos, el menor número de píxeles permite el interpolar

los datos perdidos.

Las matrices lineales tienen un mayor rango dinámico.

Las matrices lineales (en principio) son más adecuadas para obtener

imágenes a mayor escala debido al movimiento del avión.

Es posible realizar la captura de imágenes de GSD de 5 cm con matrices

lineales.

La mayor parte de las matrices lineales permiten la adquisición de 3

imágenes por punto a lo largo de la pasada, también es posible el trabajar

con imágenes entre las pasadas.

c) LEICA ADS-80

CARACTERISTICAS

Entre sus características se encuentran contar con 8 sensores

líneas CCD, todos situados en el plano focal, diseñados para

requerimientos fotogramétricos y para teledetección a baja altura:

CCD pancromático.

CCD (R+G+B)(Rojo+Verde+Azul).

1 CCD en el infrarrojo medio.



CCD en el infrarrojo térmico.

Cada uno de los CCD (figura 1) tiene 12.000 píxeles (X2), el tamaño de cada píxel

es de 6,5 micras. Tiene una focal de 62,5 mm. Y un ángulo de campo de vista

(FOV) de 52°.

La estructura electrónica del sensor está formada por dos rayas escalonadas

desfasadas medio píxel. Estos sensores (figura 3) están sustentados en el plano

focal con la disposición que se aprecia en la figura 2.

Disposición geométrica de las dos filas de fotodetectores en cada uno de los

sensores pancromático (figura 1). La toma de la imagen se realiza por barrido

simultáneo en tres posiciones de la línea de toma, una hacia atrás otra hacia abajo

(nadiral) y la tercera hacia delante. Posteriormente (en posproceso) se

compondrán para formar una sola imagen (figura 4).

Descripción del principio de la imagen estereoscópica mediante LAS TRES

LÍNEAS (Figura 5). El principio en el que se basa el sistema de imagen estéreo

con tres líneas consiste en que la cámara en el avión que sigue una trayectoria

recta va tomando tres imágenes, una hacia delante, otra nadiral (vertical hacia


FIGURA- 12 x 12.000 píxeles trasladados

una cantidad de 0,5 píxeles

FIGURA- 2 FIGURA- 3


abajo) y la última hacia atrás, por tanto para una única posición del sensor existen

tres imágenes. Esas imágenes se combinan en posproceso para dar una imagen

continua. También se puede apreciar que la misma zona aparece en tres

diferentes localizaciones del sensor.

En la figura 6 se describe gráficamente el efecto que produce la perspectiva

central en el sensor digital aerotransportado y en la cámara analógica.

En el primer caso tenemos tres diferente pasadas con zonas en común para hacer

posible su correlación. En el segundo caso, tenemos varios fotogramas con zonas

en común de forma similar al anterior.


FIGURA- 5Principio de las 3 líneas para imágenes estereoscópicas

FIGURA- 6Efecto de la perspectiva central


d) Ventajas e inconvenientes

Ventajas:

Un solo objetivo y plano focal

Sensor configurable en función de las necesidades del usuario

Imágenes multiespectrales en resolución nativa (sin

pansharpening)

Se dispone de tres imágenes de toda la superficie cubierta

Sensor nadiral con bajo desplazamiento debido al relieve (true

orto)

Buena continuidad de las imágenes

Inconvenientes:

Falta de tradición en el empleo de sensores lineales

Gran dependencia del GPS e IMU

Necesidad de software específico (o adaptado)

1.2.2 Z/I IMAGING

a) Características

4 cámaras pancromáticas de alta resolución

Ángulo de campo: 69.3° (y) x 42° (x)

Objetivo: 4 x f = 120mm/f:4.0

4 cámaras multiespectrales 3K x 2K: R, G, B, NIR

Sensibilidad espectral: B: 400-580nm G: 500-650nm R: 590-675nm NIR:

675-850 nm (alternativa): 740-850 nm

Tamaño final imágenes RGB o CIR: 7,680 x13,824 pixels

Objetivo: 4: x f = 25mm/f:4.0

Obturador: 1/50 – 1/300 sec f/4-f/22

Almacenamiento: SSD reemplazable (330 GB ~ 1,200 imágenes).

Cadencia máxima de disparo: 2.1 sec/image.



Resolución radiométrica: 12 bit (all cameras)

Altura máxima: 8,000 meters (no-presurizado)

Peso de la cámara: 88 kg

Peso de la montura: 48 kg

b) MODELOS

Z / I DMC 140

La cámara marco perfecto para grandes proyectos de mapeo área a

resoluciones muy altas de tierra y proyectos de cartografía urbana

Resoluciones muy altas de tierra de 30 cm a 80 cm GSD

Tamaño de imagen cuadrada con 12096 píxeles (ancho) x 11200

píxeles (a lo largo)

Alta sensibilidad a la luz, que es importante para todas las

aplicaciones de bajo nivel de luz, tales como identificación de la

fuente de iluminación artificial o de la respuesta de emergencia en

condiciones de mal tiempo.

Las aplicaciones típicas son la producción de ortofotos, colección

de características de música y por su excelente 1: 2 PAN a

relación de color, también clasificación de la vegetación.

Z / I DMC 230

La cámara perfecta marco de gran cartografía de áreas

Resoluciones de tierra de 3 cm a 60 cm GSD


píxeles (a lo largo).

Las aplicaciones típicas son la producción amplia ortofoto estatal,

grandes proyectos de cartografía de la zona y la colección de

fenómenos estéreo.



Z / I DMC 250

La cámara marco perfecto para grandes proyectos de mapeo área a

resoluciones muy altas de tierra y proyectos de cartografía urbana

Resoluciones muy altas de tierra de 2 cm a 50 cm GSD.


píxeles (a lo largo)

Las aplicaciones típicas son los modelos en 3D de la ciudad, la

producción amplia ortofoto estatal, grandes proyectos de

cartografía de la zona y colección de fenómenos estéreo.

Se trata de un sensor ideal para la cartografía urbana debido a su

45 ° campo de visión minimiza la oclusión (se incline sobre) para

edificios altos

c) La cámara DMC

La cámara DMC destaca por su sencillez de utilización



Las imágenes pancromáticas son generadas por la integración de las

imágenes de las 4 cámaras a las que se eliminan las distorsiones y se

ajustan a focal 120mm. Mediante una sencilla proyección al tener todas

las imágenes el mismo centro de proyección.

Se pueden emplear en cualquier sistema fotogramétrico sin ningún

requisito de modelo.

El procedimiento de orientación es el mismo que cualquier otro tipo de

imágenes no es un sistema GPS dependiente.

Incorpora un sistema TDI de retardo de la lectura necesario para

compensar el movimiento de la imagen en el sensor matricial.

d) Generación de imágenes

La imagen integrada pancromática se

reduce de tamaño hasta hacerla

coincidir con la imagen color. Se realiza una búsqueda de puntos

homólogos entre las banda verde y la

pancromática (matching por mínimos

cuadrados) y se obtienen los

parámetros de proyección

Las bandas roja y azul se correlacionan

con la banda roja mediante el mismo

procedimiento • Se realiza la fusión de

cada canal con la pancromática

obteniendo imágenes coloreadas del

tamaño de la pancromática


Mosaico de imágenes

Se aplican los parámetros de

calibración de la cámara

Comprobación de puntos de

paso/enlace

Ajuste robusto

Proyección a una perspectiva


e) Ventajas e inconvenientes de la cámara DMC

Ventajas:

Diseño sencillo

No requiere disponer de GPS

Se puede emplear con cualquier tipo de software fotogramétrico

Requiere utilizar TDI y 8 obturadores por cámara

Inconvenientes:

Imágenes en color mediante pansharpening

Imágenes en pancromático mediante proyección de las originales

1.2.3 VEXCEL

La empresa Vexcel ha sido adquirida en 2006 por Microsoft y en la

actualidad Es la encargada del desarrollo de proyectos como Bing Maps,

Photosynth, Virsual Earth, entre otros.

a) MODELOS

2001: Ultracam-D

2007: Ultracam-X

2008: Ultracam-L (formato medio) Ultracam-Xp

2009: Ultracam-XpWA

2011: Ultracam - E

b) Ultracam-XpWA

Características

El modelo aparece en 2008 y en 2009 aparece el modelo WA

con menor focal y mayor ángulo de campo (Xp-WA)

Es la cámara digital con mayor formato en la actualidad

(17310 X 11310 píxeles – 196 Mpix – 6 mm)

Incorpora un sistema de almacenamiento que permite el

almacenamiento de 6.600 imágenes por unidad y que

pueden ser cambiadas en vuelo.

Incorpora una relación de pan-sharpening 1:3,

proporcionando una importante mejora en la calidad de las

imágenes integradas.

La cámara obtiene las imágenes en color mediante un

procedimiento de pan-sharpening.



Para la mejora de la imagen dispone de un sistema de

retardo de la imagen (TDI) con un valor máximo de 50

píxeles.

c) Ultracam – E

La UltraCam Eagle es una cámara aérea fotogramétrica digital de

gran formato que representa una revolución entre los sistemas de

cámara fotogramétrica digital, ya que establece nuevos estándares

en la industria de la fotografía aérea consiguiendo una imagen de

260 MP libre de distorsiones y con una excelente geometría y

radiometría.

Su diseño se basa en la tecnología y principios de las cámaras

UltraCam. Partiendo de ella, Microsoft/Vexcel ha rediseñado y

mejorado sus componentes para lograr una solución fiable y

avanzada sin rival en el campo de la fotogrametría.

Características

Huella de imagen pancromática de 20.010 x 13.080 píxeles.

Píxeles de 5,2 µm, 16.000 tonalidades de gris y electrónica

de alta calidad que minimiza el ruido.

Electrónica específica para imágenes y flujo de trabajo

automatizado.

Velocidad de captura de imágenes de 3,7 Gbps, lo que

propicia un intervalo de disparo de 1,80 segundos.

Permite solapes longitudinales superiores al 80%, lo cual

posibilita generar una nube de puntos de alta densidad muy

superior a la obtenida con un LiDAR.



Conjunto integrado que incluye un sistema UltraNav

GPS/INS/FMS y unidad de almacenamiento sólido.

Sistema modular intercambiable en vuelo que permite

almacenar más de 3.800 imágenes.

Sistema de lentes intercambiables con hasta tres

configuraciones de distancia focal ( f80, f100 y f210)

Tecnología de pantalla táctil que permite la visualización y el

control de calidad de cada imagen en vuelo de forma

instantánea.

Unidad compacta y ligera (menos de 75 kg) y de consumo

eléctrico reducido (350 W @ 24-28 VDC).

Compatible con distintos sistemas de Navegación e

Inerciales ( IGI, Applanix, etx)

d) Ventajas e inconvenientes de la Vexcel UltraCam

Ventajas:

Coste menor que la Leica ADS80

Anchura de barrido y sistema convencional de imágenes que

permite software convencional

Alta cadencia de disparo que permite grandes solapes y

tamaño de pixel pequeño

Inconvenientes:

Vexcel no tiene tradición en construcción de cámaras,

aunque cuenta actualmente con el apoyo de Microsoft y con

un 42% de la cuota del mercado entre sus diferentes

modelos.

Imágenes en color mediante pansharpening


camaras aereas.docx

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