2 obras proyectos fotogrametria

OBRAS, REPLANTEOS E PROCESOS DE

CONSTRUCCIN (2013/14)

Grado Enxeera da Enerxa

Pedro Arias Snchez

rea Ingeniera Cartogrfica, Geodsica y Fotogrametra

Dpto. Ing. Recursos Naturales y Medio Ambiente

1. Introduccin 2. Definicin de fotogrametra y conceptos bsicos/aplicaciones 3. Proceso Fotogramtrico

1. Orientacin interna. Parmetros de distorsin 2. Orientacin relativa. 3. Orientacin absoluta.

4. Vuelo fotogrametrico. UAVs. 5. Planeamiento del vuelo

1. Escala fotogrfica 2. Altura y altura media de vuelo 3. Base area. Recubrimiento longitudinal y transversal

6. Cmaras. Calibracin 7. Restituidores y el proceso de restitucin 8. Formacin de MDT/MDE/MDS 9. Ortofotografas y Rectificacin

FOTOGRAMETRA

Definicin: La mtrica de lo escrito con la luz.

Ciencia que utiliza las fotografas para hacer medidas.

Tcnica cuyo objetivo es estudiar y definir con precisin la

forma, dimensiones y posicin en el espacio de un objeto

cualquiera, utilizando medidas hechas sobre una o varias

fotografas.

Arte, ciencia y tecnologa que obtiene informacin

fidedigna de objetos fsicos y del medio ambiente

mediante procesos de grabacin, medida e

interpretacin de imgenes fotogrficas, energa

electromagntica radiante grabada y otros fenmenos.

FOTOGRAMETRA. Introduccin

Haz perspectivo H (relativo a V y S): conjunto de rectas

que unen los puntos del terreno (A, B,..., X) con el

punto de vista V.

A cada elemento Vx se le llama RAYO PERSPECTIVO

FOTOGRAMETRA. Aspectos Geomtricos

El conocimiento de V y de H no determina la superficie

S, pues los puntos A, B,... no pueden ser fijados sobre

los rayos perspectivos.


El conocimiento de V y de H no determina la superficie S, pues

los puntos A, B,... no pueden ser fijados sobre los rayos

perspectivos.

Es necesario un segundo punto de vista V2 y haz H2


Rayos homlogos: dados V1 y V2, H1 y H2, a cada punto de la

superficie S le corresponden dos rayos, uno de cada haz, que se

conocen como rayos homlogos.

Disponiendo de dos haces S es posible reconstruir S


Clasificacin:

Fotogrametra area Fotogrametra terrestre

Fases:

1) Toma de las fotografas de los objetos

2) Medidas sobre las fotografas

3) Obtencin de nubes de puntos y lneas -> Cartografa

FOTOGRAMETRA. Introduccin

La operacin a travs de la cual se consigue se denomina orientacin. Fases:

ORIENTACIN ABSOLUTA: ajusta el modelo al sistema de coordenadas terreno. Fases: escalado y posicionamiento en el espacio del eje z del modelo ptico

ORIENTACIN INTERNA: reproduce haz de rayos idntico al impresionado en fotografas. Distancia focal, punto principal y funcin distorsin

ORIENTACIN EXTERNA: posiciona los haces generados en la interna respecto al terreno en idntica posicin al

impresionarse en las fotografas

ORIENTACIN RELATIVA: colocacin de haces proyectivos en posicin perspectiva. Necesario efectuar interseccin simultnea de 6 rayos homlogos (5 para orientar y 1 para comprobar) para que resto de puntos intersecten

FOTOGRAMETRA. Mtodo General de la Fotogrametra

FOTOGRAMETRA. Cmaras. Calibracin

Orientacin interna. Calibracin de cmaras:

Se consigue conociendo los elementos de geometra interna de la cmara:

Punto principal (Proyeccin del centro perspectivo sobre el sensor) Distancia principal (f) (Distancia diafragma - punto principal) Funciones de distorsin de la lente (radial y tangencial) Coordenadas marcas fiduciales en imgenes analgicas

X a

y

x Indicated PP

x

y

yo xo

True PP

True PP

a

Radial distortion

Tangential distortion

FOTOGRAMETRA. Cmaras. Calibracin

Calibracin de cmaras:

PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Relativa

ORIENTACIN RELATIVA. Operacin a travs de la cual se reconstruye la

posicin (X, Y, Z) y orientacin (, , ) entre cmaras, que tenan en el momento de impresin de las imgenes

S

FOTOGRAMETRA. Relacin espacio imagen - espacio 3D

Condicin de COLINEALIDAD

En el momento de exposicin, el centro perspectivo (O)

(diafragma), un punto del espacio 3D (A) y su impresin en la

imagen (a) se alinean en una lnea recta.

P

y

x

y

x

a

r

f

A

Oz

i

i(XOYOZO)

(XAYAZA)

(xayaza)

X

Z

Y


Y

Z

A

X

o

Condicin de COLINEALIDAD

En el momento de exposicin, el

centro perspectivo (O)

(diafragma), un punto del

espacio 3D (A) y su impresin

en la imagen (a) se alinean en

una lnea recta.


x fm X X m Y Y m Z Z

m X X m Y Y m Z Za

A A A

A A A

11 0 12 0 13 0

31 0 32 0 33 0

y fm X X m Y Y m Z Z

m X X m Y Y m Z Za

A A A

A A A

21 0 22 0 23 0

31 0 32 0 33 0

Ecuaciones de la Condicin de COLINEALIDAD

Permite relacionar matemticamente la posicin de un punto del espacio 3D

(A) y su impresin en la imagen (a), conociendo la posicin del centro

perspectivo (0), y parmetros de geometra de la cmara (distancia

principal, f) y la matriz de transformacin de coordenadas (m11, .., m33)

entre el sistema de coordenadas imagen y sistema de coordenadas objeto.


Las ecuaciones de la Condicin de COLINEALIDAD contienen 12 parmetros:

Algunos parmetros sern conocidos y otros desconocidos (dependiendo

de cada aplicacin)

En un clculo, se insertan los parmetros conocidos y se resuelven los

dems.

La solucin a las ecuaciones no es simple: ajuste por mnimos cuadrados y

redundancia de datos.

xa ya f XA YA ZA

Xo Yo Zo

Haces Proyectivos

Centros pticos

Fotogramas


PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Absoluta

ORIENTACIN ABSOLUTA. Operacin a travs de la cual se reconstruye

el modelo, debiendo ser escalado y nivelado, normalmente a travs del

posicionado en un sistema de coordenadas globales.

Nivelacin del modelo, obtenido modelo a escala, puede encontrarse en cualquier

posicin espacial, necesaria nivelacin, se buscar que eje vertical coincida con

vertical del terreno. Necesario conocer altitud de un mnimo de tres puntos en

coordenadas terreno (con cuatro o ms puntos se estimar precisin)

Traslacin

Giro

Homotecia

N X Y Z

1 X1 y1 z1

2 X2 y2 z2

3 X3 y3 z3

PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Absoluta

ORIENTACIN ABSOLUTA. Operacin a travs de la cual se reconstruye

el modelo, debiendo ser escalado y nivelado, normalmente a travs del

posicionado en un sistema de coordenadas globales.

Usar puntos de control o apoyos

topogrficos con coordenadas (X Y Z) terreno

conocidas. Es el mtodo ms completo y

laborioso. Implica realizar transformacin de

coordenadas (transformacin tridimensional

conforme o de semejanza)

FOTOGRAMETRA. Vuelo fotogramtrico

La Fotogrametra Area se basa en los resultados obtenidos con un avin en

vuelo realizando tomas fotogrficas, verticales, distanciadas adecuadamente

entre s y a una altura prefijada y constante

OBJETIVOS en el diseo de un proyecto de vuelo fotogramtrico:

La cmara deber volar a altura constante, recorriendo el terreno a levantar

El obturador de la cmara nadiral se disparar a intervalos regulares

Cada 2 fotogramas consecutivos se dispondr de recubrimiento adecuado

Distribucin de las pasadas sobre el terreno en trayectorias paralelas

Barrido del terreno en franjas que dispongan de recubrimiento lateral

FUENTES DE ERROR en el diseo de un proyecto de vuelo:

Las tomas son realizadas desde una plataforma mvil

La trayectoria nunca es exactamente la planificada (GNSS-S. Inercial)

Desnivel entre puntos de toma consecutivos nunca ser nulo

Distancia entre puntos consecutivos (base) variables y no los prefijados

Otras aberraciones a tener en cuenta

Planificacin precisa de un proyecto de vuelo supone obtener fotografas

de manera eficiente y econmica, considerando una serie de aspectos:

Geomtricos (escalas, recubrimientos, etc)

Fotogrficos (definicin, posibilidad de ampliaciones, etc)

Econmicos (menor nmero de modelos, informacin verstil, etc)

FOTOGRAMETRA. Vuelo fotogramtrico

VEHCULOS AREOS NO TRIPULADOS. Sistemas automatizados que como principal caracterstica tienen la de realizar vuelos sin tripulacin a bordo, siendo especialmente necesarios en la gestin de la informacin espacial presente en determinadas infraestructuras de ingeniera y arquitectura donde el nivel de detalle es inalcanzable por los medios areossatlite habituales, su ubicacin y geometra deparan una accesibilidad complicada y el nivel de recursos econmicos es escaso.

FOTOGRAMETRA. Introduccin a los sistemas UAV

Invertebrados voladores

taste olfactory

Colors vision

Movement vision

detection

of the horizon

inertial unit

(gyrometer)

Technical sheet:

Mass: 0,1g

Size: 2 cm

Speed: 36 km/h

Flying capability:

Obstacle avoidance

Stationary flying

Control of the height

Landing, take off

Pursuit of target at high

speed

Vision: the most important sensor for aerial locomotion



Material. Fibra de carbono

Carga de pago (pay load)

N de motores y tipo

Sensores para el control del vuelo Radio control

Sensores electrnicos

GPS

Procesado de la informacin

(Filtro Kalman)

Actuadores


Bancada:

Compacta RGB Pentax A40, Olympus EP-1, Reflex, etc.

Trmica Photon 320 (trmica)

NDVI ADC Lite (infrarrojo cercano, NDVI)

Multiespectral TetraCAM


Equipamiento empleado,

Cmara. El objetivo suele

ser sper gran angular y gran

angular.

Fotogramas. Formato

utilizado normalmente es de

23 23 cm.

FOTOGRAMETRA. Planeamiento del vuelo

Escala de vuelo:

La escala de vuelo se elige 4 veces mayor que la escala de representacin

Escala de

representacion.

Escala de vuelo. Altura de vuelo.

500 2.000 300

1.000 3.000-4.000 600

2.000 7.000-8.000 1200

5.000 18.000-22.000 3300

10.000 18.000-33.000 5000

25.000 33.000 5000

50.000 33.000 5000

Z


Escala de fotografa condiciona la escala de los mapas que se pueden

obtener y del tamao de los objetos que se pretendan detectar.

Fijada la escala de la fotografa y conocida la distancia principal de la cmara

de toma, la altura de vuelo H se expresa segn

EfHEH

f

1

Las exigencias cartogrficas indican que, Precisin planimtrica de un mapa ser 0,2 mm a escala de representacin En altimetra, precisin debe ser 1/3 de equidistancia de curvas de nivel



La mayor parte de las fotografas verticales son

usadas para cartografa

fotogramtrica

Es necesaria la formacin de modelos estereoscpicos entre

fotogramas adyacentes

Recubrimiento de fotografas de dos tipos: longitudinal p

(valor normal 60%) y

transversal q (valor normal

20%)

A q

p

FOTOGRAMETRA. Cmaras

Tipos de cmaras, sensores y otros componentes. Sistemas digitales

Cmaras analgicas Cmaras digitales

Cmaras mtricas. Fabricadas para aplicaciones fotogramtricas. Calibradas. El enfoque fijo o variable en modo discreto. Cmaras mtricas independientes o cmaras estereomtricas. Fototeodolitos, incorporan un teodolito y una cmara mtrica

Tipos de cmaras, sensores y otros componentes. Sistemas digitales

FOTOGRAMETRA. Cmaras

FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin

Restituidores:

La restitucin masiva de puntos da lugar a la generacin del la nube de puntos

fotogramtrica, y en consecuencia, al modelo digital de elevaciones (MDE) o

modelo digital del terreno (MDT)


Restitucin. MDE/MDT/MDS:

Restitucin manual

Restitucin automtica (correlacin de imgenes)

Modelo Digital de Superficies

(MDS), conversin de la nube

de puntos a una superficie

mallada, mediante un proceso

de triangulacin


Restitucin. MDE/MDT/MDS:

ORTOFOTOGRAFAS. Transformacin de

imagen en el sistema de coordenadas de la

cmara, hacia una imagen de coordenadas

cartesianas planas (XY) en el sistema de

coordenadas del objeto 3D.

Dos procesos secuenciados:

Transformacin geomtrica

Interpolacin radiomtrica


Restitucin. Ortofotografa:

Transformacin Geomtrica Supera los problemas de desplazamiento debido al relieve mediante rectificacin diferencial, escalando y nivelando pequeas unidades geomtricas (pxel a pxel), que unidas dan una imagen fotogrfica a escala del objeto (ortofotoplano)



RECTIFICACIN FOTOGRAMTRICA Es el proceso mediante el cual puede ser transformada una fotografa (proyeccin cnica) o imagen de un elemento u objeto, en una proyeccin cilndrica ortogonal del mismo (Lpez-cuervo, 1980) Las ORTOFOTOGRAFAS presentan bajo coste y rpida produccin, conteniendo una cantidad y calidad de informacin muy superior en comparacin con, restituciones, levantamientos topogrficos, etc.


Restitucin:

Interpolacin Radiomtrica Consiste en la asignacin de densidades (ND

pixel) de la imagen original a los puntos

transformados. Los mtodos ms comunes son:

Vecino ms prximo Tiempo de computacin bajo

Desplazamientos relativos de hasta 1 pixel

Transformacin bilineal Desaparecen lineas de rotura Ligera reduccin del contraste

Convolucin cbica





.Rsolucion Tam pixel

Dist focal

fEscala

Dist

_ . * Escala orto Tam pixel n pixeles

Interpolacin Radiomtrica

BIBLIOGRAFA BSICA:

RUIZ MORALES, M., Nociones de topografa y fotogrametra area. 2003

SANJOS BLASCO, J.J., Topografa para estudios de grado : geodesia, cartografa, fotogrametra, topografa. 2009

SCHENK, T., Fotogrametra digital. 2002

WOLF, P.R., Topografa. 2009

BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA:

LEN ROBLES, C., Ejercicios de geografa matemtica : astronoma, geodesia, cartografa, fotogrametra y topografa. 2011

LERMA GARCA, J.L., Fotogrametra moderna : analtica y digital. 2002

LERMA GARCA, J.L., Problemas de Fotogrametra I. 1999

PACHECO,C.; POZZOBON E., Manual de ejercicios de laboratorio, Fotogrametra y fotointerpretacin. 2006

RUIZ MORALES, M., Complementos geodsicos y cartogrficos. 2005

Bibliografa recomendada

FOTOGRAMETRA

2 obras proyectos fotogrametria

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