fotogrametria - plancha

7/18/2019 Fotogrametria - Plancha

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FOTOGRAMETRIA

Fotogrametría es el arte, ciencia y tecnología de obtención de información confiable sobre los

objetos físicos y el medio ambiente a través del proceso de registro, medición e interpretación de

imágenes fotográficas, patrones de imágenes de radiancia electromagnética y otros (ASP 1980).

Podríamos definir a la Fotogrametría, como la ciencia desarrollada para obtener medidas reales de

objetos a partir de fotografías del mismo (tanto terrestres como aéreas), para la elaboración de

mapas topográficos.

Fotogrametría: Arte – Ciencia – Tecnología

Legar a medidas exactas.

RESTIUIDOR

Material Fotográfico

El material fotográfico está constituido de dos elementos (ver 8), una emulsión fotográfica(superficie sensible a la luz), y el soporte o base de ésta (cristal o film).La emulsión no es un material homogénea, sino que está constituida por granos dediámetros y formas muy variadas. En las películas muy sensibles, el diámetro del granosuele ser de unos 3 μ, y el grosor de la capa sensible está comprendido entre valores de20 y 40 μ. Por ello, el concepto matemático de punto no se puede mantener, aunquerealmente los errores sistemáticos del material fotográfico, vienen mucho mas afectadospor los problemas de contracción y expansión de los soportes. Los errores debidos aestos efectos combinados, se estiman por la formula empírica:M (mm)= +- 0.006 s

Siendo s la longitud del lado del fotograma, expresado en decímetros.

Diapositiva: Material estable (no se deforma o sufre alteraciones)

Composición de la diapositiva:

Haluro + Ionuro + Nitrato de Plata (Emulsión química -

opaca)

Puede ser de Grano grueso

Base – Opaca



Fotografía Aérea: Forma vertical o nadiral (a la normal de la tierra)

Fotografía Terrestre: Miras hacia el horizonte

PRINCIPIO: Exposición del sol sobre la emulsión química (plasmar la fotografía en la diapositiva

para ser usado en el restituidor).

Modelo Estereoscópico:

La visión estereoscópica se basa, en que al observar dos imágenes de la misma escena, tomadas

desde dos puntos de vista diferentes, se puede obtener una impresión tridimensional del paisaje

observado, formándose lo que llamamos Modelo Espacial o Modelo Estereoscópico.

Para una observación estereoscópica correcta, se deben cumplir las siguientes condiciones:

Cada ojo debe observar la imagen que le corresponde; o sea, el ojo izquierdo debe observar la

escena de la izquierda, y lo mismo debe ocurrir con la del derecho. El resultado será la observación

espacial tridimensional con efecto orteoscópico; si invertimos la situación de las imágenes, seproducirá un efecto seudoscópico. Las imágenes se deben colocar, para una correcta observación,

de manera que los puntos homólogos, estén sobre la misma recta, es decir, las imágenes de los

puntos correspondientes, deben estar situadas sobre paralelas a la base estereoscópica, no

debiendo existir paralaje vertical en la observación.

Puntos de Von Gruber:

Otto Von Gruber definió la siguiente nomenclatura que lleva su nombre.

El problema de la orientación relativa consiste en eliminar el paralaje transversal P.D., es

decir, la orientación relativa se habrá conseguido cuando P.D. = 0 para todos los puntoscolimados del estereograma.



FOTOGRAMETRIA ANALOGICA, ANALITICA, DIGITAL

La restitución es la última etapa dentro de la secuencia de trabajo en fotogrametría. En

ella se junta todo el trabajo anterior (vuelo y apoyo) para trazar los mapas propiamente

dichos.

La restitución consiste en la formación de forma muy precisa de los pares estereoscópicosen un proceso que se denomina or ient ación de imágenes , y en la extracción posterior

de los elementos contenidos en ellas mediante unos aparatos llamados estereo -restituidores.

El canevá de restitución (estóreo o monoscópico) continua realizándose de forma

clásica, utilizando un aparato de transferencia y marcado de puntos en las diapositivas y

empleando posteriormente un restituidor analítico para 1a medida de coordenadas placa.

La tecnología de restitución ha evolucionado de los primeros restituidores analógicos a los

analíticos y por fin a los de última generación digitales, que en realidad ya no son más que

un ordenador con el software adecuado.

Mientras los analógicos y los analíticos se basaban en los negativos de las fotos para

realizar el proceso de restitución, los digitales realizan una copia digital de las fotos(escaneado) que divide en millones de puntos (píxels) la foto.

Esta tecnología fotogramétrica totalmente digital presenta dos incrementos de la

efectividad muy importantes frente a la tecnología de restituidores analíticos:

o Por un lado, la extracción de la orografía y la formación de modelosdigitales del terreno está altamente automatizada y se realiza de formamucho más rápida.

o Por otro lado, la tecnología digital presenta grandes mejoras a la hora deformar ortofotos.

Fotogrametria Analogica:

El primero en resolver el problema delas orientaciones de la cámara fue Von Gruber

en 1924, produciéndose el desarrollo de la fotogrametría analógica.

La historia de la restitución comienza hacia finales del siglo XIX, cuando F.Stolzedescubriera el principio de la marca flotante, y con esta, el nacimiento dela fotogrametríaestereoscópica, uno de los elementos que mas se usa en la fotogrametría es el



estereoscopio, y para dicha época la estereoscopia empezó a ser usada como tal en lafotogrametría, a pesar de que este elemento habíasido inventado hace tres cuartos desiglo atrás por el ingles Charles Wheatstone en 1832, cuando la fotografía aun nohabía sido inventada. A pesar que es una herramienta muy importante, el estereoscopioempezó a ser reemplazado por un invento de Carl Pulfrich, que posteriormente sellamaría Carl Zeiss hacia 1901 invento el Estereocomparador

En fotogrametría analógica, la orientación relativa se llevaba a cabo eliminando la paralaje

en 5 puntos bien repartidos por el modelo, denominados puntos de Von Gruber,

modificando los elementos de traslación (bx, by, bz) y rotación (ω, φ, κ) de un portaplacas

respecto a otro en un sistema tridimensional de coordenadas modelo. Eliminando

visualmente la paralaje según una secuencia de traslaciones y rotaciones establecidas en

5 puntos del modelo aseguraba la orientación relativa en todo el modelo

Fotogrametria Analitica:

Con el desarrollo de los ordenadores, hacia 1960, se produce el inicio de lafotogrametríaanalítica, apareciendo el restituidor analítico, creado por el Finlandés Helava, cuyo puntoálgido se alcanza en 1980.Este proceso de restitución consiste en tomar cada fotografía como un modelomatemático y dar más precisión en el sistema de coordenadas usadas en fotografías,consiste en si en convertir una imagen en algoritmos que pueden ser interpretados através de un medio informático. Sus orígenes van desde la invención de la computadoraelectrónica hecha en los años cuarenta por Konrad Zuse, no obstante el primer restituidoranalítico fue inventado por el finlandés Uki Helava en 1956.En fotogrametría analítica y digital la orientación suele llevarse a cabo basándose en lasdenominadas condiciones de coplanariedad o bien de colinearidad, mediante un procesoiterativo por mínimos cuadrados.Fotogrametria Digital:El comienzo de la restitución digital comienza a partir de la invención de lascámarasdigitales y los procesos de copiado por escáner. Si hablamos de fechas, la restitucióndigital comienza en la década de 1980, de esta época en adelante empiezan a usarsetanto cámaras digitales que de una vez permiten el paso de información a los restituidorescomo los escáneres que almacenan a la imagen en grupos pequeños de elementosgraficas llamados pixeles o celdas que acorde a su densidad es mas claro u oscuro;cuando una cámara es capaz de almacenar dicha información sin tener contacto directocon la superficie que estudia, a este principio se denomina teledetección, cuyo uso inicióen la década de los años setenta.

Con la fotogrametría digital crecen las posibilidades de explotación de las imágenes, a lavez que se simplifican las tecnologías, permitiendo con ello la generación automática demodelos digitales del terreno (MDT), modelos digitales de elevación (MDE) yortoimágenes, generación y visualización de modelos tridimensionales, etc. Para llevar acabo la restitución digital, las imágenes digitales son ingresadas en el computador, ymediante visualización en pantalla de las mismas, el operador ingresa los puntosnecesarios para realizar el proceso de orientación en forma matemática. La restituciónpuede ser un proceso interactivo con el operador o ser realizada en forma automática porcorrelación de imágenes.



Al igual como lo hicieron los restituidores analíticos, los digitales hicieron aún más agileslos procesos de variación de escala, desplazamiento debido al relieve, creando ortofotos,que ha hecho posible crear los Sistemas de Información Geográfica, y con este,la elaboración de ortofotomapas. Ya que los restituidores digitales no disponen de lascomplejas y un tanto proporcionadas manivelas y demás partes de manejo de las fotos,

todas estas acciones pueden ser realizadas a través de una computadora personal condeterminadas aplicaciones y periféricos. Vale agregar que el término restituidor, si nosreferimos a una tarea de contenido digital le denominamos una Estación FotogramétricaDigital.Formato RasterFormato Digital

La diferencia fundamental entre un restituidor analógico y uno analítico,es que en elanalógico los procesos de orientación se realizaban mediante métodos ópticos ymecánicos, mientras que en los analíticos se hacen mediante procesos en un ordenador.

Las ventajas e inconvenientes de la Fotogrametría Digital frente a otras metodologías

fotogramétricas tales como la Fotogrametría Analógica y la Fotogrametría Analítica, sonfunción de las características propias del tipo de imágenes que se emplean, por tanto, lasventajas e inconvenientes están directamente ligados con los correspondientes a lautilización de imágenes digitales.

Tipos de Fotografías AéreasVerticales: son aquellas tomadas con la cámara colocada de tal manera que el eje ópticode la lente, en el momento de la exposición, está paralelo a la línea zénit-nadir, es decir,vertical. +-3°> Eje Optico.

Oblicuas: son fotografías obtenidas en condiciones dedesviación angular deliberada del eje óptico respecto a la vertical. De

acuerdo con ello, puede ocurrir que el horizonte sea visible en la fotografía oque no lo sea. Si es visible, se puede calcular el ángulo de inclinación.En el pasado se usaron mucho las fotografías oblicuas, ya que un númeropequeño de ellas cubre un área extensa, y en consecuencia son más baratas. También5presentan una imagen del terreno más natural. Hoy día, sin embargo, se usan casiexclusivamente las fotografías verticales, debido a las desventajas que presentan lasoblicuas y que son las siguientes:• La escala varía mucho en una fotografía en función de la proximidad delpunto a la cámara.• La dificultad para construir mapas con ellas es máxima.• Solamente son útiles en áreas llanas, ya que la perspectiva impide la

visión de ciertos puntos ocultos tras las elevaciones del terreno.

Oblicua Alta - Panoramica: Aparece el Horizonte (En este tipo, aparece registrado elhorizonte en la fotografía).

Oblicua Baja: 3°< Eje óptico, excesiva deformación de la imagen. (Cuando el ángulo deinclinación alcanza valores mayores que 3º, pero no se alcanza a registrar el horizonte).

Elementos de una fotografia aerea



Marcas Fiduciales:Es el punto de intersección sobre la fotografía de un ejeperpendicular al plano del terreno.Es el único punto ortogonal dentro de la fotografía.Es un elemento muy importante, ya que, a partir de él, se empieza la proyección centralen la fotografía aérea, y, consecuentemente, el desplazamiento de las imágenesfotográficas. Este desplazamiento de los objetos será mayor, cuanto mayor sea la

distancia al punto principal.Las fotografías cuentan con unas señales impresas (marcas fiduciales) cuya interseccióndefine el punto principal.

El punto principal no siempre va coincidir con la intersección de las marcas fiduciales. Altimetro:Es respecto al nivel medio del mar

Altura de vuelo:Es respecto al terrenoReloj:Hora (Sirve para calcular la altura de objetos verticales)El recuadro que limita la fotografia esta perfectamente definido mediante un marco

cuadrado, que en el centro geométrico de la imagen, en ocasiones hay otras marcasauxiliares para el mismo fin, llamadas marcas fiduciarias.

En los laterales de este marco hay una serie de instrumentos, cuyas indicaciones tienengran importancia para el empleo de la foto; figuran entre ellos un nivel de burbuja, quepermite conocer la horizontalidad de la placa, o lo que es lo mismo, el valor de laverticalidad del eje óptico, un altímetro, con la lectura directa de las decenas de metrossobre el nivel del mar, un reloj con segundero; un contador de exposiciones, que asignanúmero a cada fotografia. En una ventana fija están los datos propios de la cámara, con ladistancia focal aproximada a la centesima de milímetro.

A titulo complementario hay otros espacios libres, que permiten registrar el nombre delorganismo 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, elnúmero de vuelo y de la pasada. Algunas cámaras tienen también una cuadricula defondo, que aparece en todas las exposciones y se utiliza para determinación geométricade puntos, o como se referencia en exploraciones de la fotografía.



EJES SOBRE LOS QUE SE MUEVE EL AVIÓN

Un avión es en sí un cuerpo tridimensional, por lo que para moverse en el aire se vale detres ejes o líneas imaginarias.

El avión en el aire experimenta un movimiento en sus tres ejes (x, y, z,), debido a ladesviación de la línea de vuelo, presenta un “DRIFT” o desviación horizontal y un “GRAB”o desviación angular, que no es mas que un movimiento en el eje z del avión.

Eje “X” o longitudinal. Comienza en el morro o nariz del avión y se extiende a través detodo el fuselaje hasta llegar a la cola. El movimiento del avión sobre el eje “X” sedenomina “alabeo o balanceo” y se controla por medio de los alerones.

Eje “Y” o lateral. Se extiende a todo lo largo de la envergadura de las alas, es decir, deuna punta a la otra. El movimiento sobre el eje “Y” se denomina “cabeceo” y paracontrolarlo se utiliza el timón de profundidad o elevadores, situados en la cola del avión.

Eje “Z” o vertical. Atraviesa la mitad del fuselaje. El movimiento sobre el eje vertical sedenomina “guiñada” y se controla por medio del timón de cola o dirección, situado tambiénen la cola del avión.



Orientación Interna:

La orientación interior o interna, se define la geometría de una cámara o sensor talcomo existía en el momento de la captura de los datos. Las variables asociadascon el espacio de la imagen son definidas durante el proceso de orientación

interna. La orientación interna se usa principalmente para transformar el sistemade coordenadas de la imagen en el sistema de coordenadas espaciales de laimagen.La geometría interna de una cámara está definida especificando las siguientesvariables:

• Punto principal• Distancia focal• Marcas fiduciales• Distorsión del lente

Para realizar este proceso se debe contar con la siguiente información:• Certificado de Calibración del Instrumento restituidor a ocupar: Estecertificado indica si el instrumento está en condiciones geométricas para trabajar,o sea la perpendicularidad generada por los planos xy; xz y z y , además de elajuste inicial en 0º de los movimientos angulares de _ , f y _ que representan losmovimientos del avión en el instrumento.

• Certificado de Calibración de la Cámara Métrica: Contiene los parámetrosbásicos de la geometría de la cámara que son: Identificación de la cámara, fechade calibración, focal de toma, Punto principal de auto colimación (PPA), Puntoprincipal de Simetría (PPS), Distancia entre marcas fiduciales (En fotocoordenadas con origen en el Foto centro) y Distorsión radial de la lente.La orientación interna es la reconstitución de los haces perspectivos queoriginaron cada imagen, en forma independiente, otra interpretación de ladefinición es el recuperar la geometría del instante de toma del fotograma, ya quela fotografía extraída físicamente genera dilataciones que deforman la geometríadel instante de toma, para tal efecto, debemos realizar dos pasos:

• Centrado de Placa o Fotograma: Consiste en hacer coincidir las marcasfiduciales como referencia de los fotogramas, con las marcas fiduciales del portaplacas del instrumento (que definen un sistema de foto coordenadas mediante lascoordenadas de máquina o instrumentales). Este procedimiento operativamentese hace con un sistema centrador de placas, que aseguran un ajuste análogo dealta precisión.

Ajuste de Focal: Es el procedimiento matemático por el cual se determina eimpone el valor de la nueva focal que adquiere el fotograma al ser incorporado alsistema de restitución. Esto sucede por que el formato de cada fotograma sufreuna dilatación (Linealmente denominada _D)que lo altera y por lo tanto cambia laescala, al cambiar la escala forzadamente debemos cambiar la focal de toma auna focal corregida fc.



Orientación externa:

Sabemos que una manera de lograr una buena reconstrucción tridimensional de

un objeto en el espacio es mediante el empleo de dos fotografías del objetotomadas desde puntos de vistan diferente (estéreo fotogrametría). Se trataentonces de un problema de intersección en el espacio donde cada punto delobjeto esta determinado por un par de rayos que salen desde los centros deproyección y se cortan en dicho punto.Con la orientación interior de un fotograma conseguimos conocer perfectamente laposición del centro de proyección con respecto a un sistema de coordenadassituado en la misma placa:

En este caso estamos hablando de tres grados de libertad.

Pero para poder reconstruir un objeto situado en el espacio a partir de superspectiva fotográfica también se necesita conocer la posición de ese fotogramaen el espacio esto es la Orientación Exterior.

La orientación exterior define la posición y la orientación angular asociada con unaimagen. Las variables que definen la posición y orientación de una imagen sonreferidas como elementos de la orientación exterior. Los elementos de laorientación exterior definen las características asociadas con una imagen en elmomento de la exposición o captura. Los elementos posicionales de la orientaciónexterior incluyen Xo, Yo, Zo. Ellos definen el centro de perspectiva (O) conrespecto al sistema de coordenadas espaciales del terreno (X,Y,Z). Zo es

usualmente referido como altura de la cámara sobre el nivel medio del mar(N.M.M.), la cual está definida usualmente con respecto a un Datum.



Orientación Relativa:

Al introducirse los porta – fotogramas del instrumento y hacerse la proyección pormedio de dos fuentes de luz, su orientación relativa corresponderáaproximadamente a la exacta, pero las proyecciones de un mismo punto de

ambos fotogramas (homólogos) no coincidirán, si no que presenta una ciertadiferencia en la ordenada de dichos puntos, es decir, una paralaje vertical Py.La paralaje Px siempre se puede hacer cero, puesto que es función únicamente deun desplazamiento vertical de la mesa de proyección (con el tambor de cota).La eliminación de estos paralajes verticales en la proyección estereoscópica quedenominaremos modelo, se consigue haciéndolos cero en cinco puntosdistribuidos en éste, además de un sexto punto, que sirve para controlar lacorrecta ejecución de la orientación relativa.



Las cámaras de los instrumentos fotogramétricos presentan los suficientes gradosde libertad, como para poder efectuar esta operación.

Estos grados de libertad o elementos de orientación relativa se clasifican en:

Los angulares los llevan todos los instrumentos fotogramétricos, los de traslación ode desplazamiento, depende del tipo de aparato. Sin embargo, el elemento bx,base instrumental, es común a toda clase de instrumentos, y no tiene incidenciaalguna en el proceso de la orientación relativa.

En la figura 35 se representa las distintas influencias de los movimientos

angulares. Según ellos, vemos que en los seis puntos del modelo se puedeneliminar las paralajes con estos movimientos.



El proceso a seguir implica que al hacer las modificaciones de posición en losproyectores, que darán lugar a las correcciones de orientación, habrá que operarde forma que se produzcan las máximas variaciones en los puntos que precisancorrección, y la mínima, en aquellos ya corregidos.

Orientación Absoluta:

Los siete parámetros precisos para realizar la orientación absoluta, tiene porfinalidad resolver los siguientes problemas:

a.- Dar escala al modelo.b.- Efectuar tres desplazamientos del modelo con respecto al plano.c.- Realizar tres giros del modelo, con relación al plano.

La escala de este modelo es desconocida o solo se conoce aproximadamente, asícomo la posición del modelo respecto a la vertical. Esto se debe, desde luego, al

hecho de que con el material actual de realizar una fotografía, es imposible ya seadeterminar la altura de vuelo de manera exacta, o tener la cámara fotográficarigurosamente en la vertical.

Esta situación demuestra la necesidad de una orientación absoluta del par.

El método de orientación absoluta consiste pues en una puesta en escala y en unaorientación de verticales del modelo, siendo llamada la segunda operacióntambién “orientación de verticales” o basculamiento, de manera que todas lasdistancias y alturas correspondan a la realidad.

Es necesario de disponer de una red de puntos de partida que no es determinadaobligatoriamente sobre el terreno, sino también por triangulación aérea u otrométodo, para poder comparar las mediciones “modelo” con los de la “realidad”. Envista de que el problema consiste, en primer lugar, en una puesta en escala, hayque disponer, por lo menos, de dos puntos conocidos en posición en (x, y) en elpar.

El basculamiento debe basarse desde luego, en tres puntos conocidos enalturas(como para la nivelación de un plano) y repartidos convenientemente en elrecubrimiento de dos clisés (en el modelo estereoscópico).

Junto con la construcción diferente de los aparatos de restitución, los métodos deorientación también cambian sensiblemente. El principio consiste en medir,primero, la distancia modelo entre dos puntos que se encuentran sobre la red depuntos de control y, luego, cambiar la distancia entre los dos aparatos deproyección, por tanteo o por una cantidad calculada hasta que la distancia modelotenga la misma longitud que la distancia real (dividida por la escala elegida delmodelo).



Ahora, el modelo se pone a la escala, pero, ya que todavía no esta inclinado,dicha escala no es definitiva.

Después de ello, se hacen girar todos los aparatos de proyección alrededor del ejede las x y del eje de las y en los valores necesarios para la eliminación de la

diferencia de altura sobre los puntos de control.

Estando ahora el modelo en posición horizontal, no queda más que verificar si laescala no ha cambiado; eventualmente, hay que efectuar una pequeña correcciónpara poder terminar así la orientación absoluta.



Preparación:

Tipos de puntos

PUNTOS DE CONTROL PUNTOS DE GABINETE

Punto de fotocontrol horizontal Punto de paso

Punto de fotocontrol vertical Punto de enlace

Punto de fotocontrol horizontal -

vertical

PFCH: Puntos identificados en campo y composición este y norte

PFCV: se realiza con nivel de ingeniero

PFCHV: altura, latitud, longitud.

Punto de enlace: entre dos líneas.

Punto de paso: entre fotografías consecutivas.

El punto de paso con el punto de enlace no necesariamente será el

mismo Cada cinco fotografías se ubica un punto de control

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