FOTOGRAMETRÍA Y SENSORES REMOTOS

M.C. ELIZABETH GARZA MARTÍNEZ

OBJETIVO (S) GENERAL (ES)El alumno será capaz de aplicar los conocimientos sobre los elementos y principios de la Fotogrametría y los Sensores Remotos y sus levantamientos, incluyendo los métodos de medición fotogramétrica y satelital, observaciones, interpretaciones y técnicas de restitución, además de los sistemas Globales de Posicionamiento.

BIBLIOGRAFIA Elements of Photogrametry, with Air Photo Interpretation and Remote Sensing, Wolf, Paul R., Mc Graw Hill. GPS Satelite Surveying, Leick, A. Hohn Wiley and Sons, 1990. Aerial Mapping, Methods and Applications. Falkner Edgar, Lewis Publishers, 1995.Cartography

1. INTRODUCCIÓN

1.1 DEFINICIÓN DE FOTOGRAMETRÍA1.2 CLASIFICACIÓN Y APLICACIONES1.3 DESARROLLO HISTORICO

a) Mundialb) Nacional

1.1 DEFINICIÓN DE FOTOGRAMETRÍA

photo (fotografía) gramma (medición)

Es la ciencia con la cuál se obtienen

mediciones exactas y precisas a través de fotografías.

1.2 CLASIFICACIÓN Y APLICACIONES

a) Fotogrametría aérea:Es aquella cuyas estaciones se encuentran localizadas en el aire

1.2 APLICACIONES

* Se aplica en la obtención de planos y/o mapas que sirven como base en proyectos de ingeniería

b) Fotogrametría terrestre:Es aquella cuyas estaciones se encuentran localizadas en el terreno

1.2 APLICACIONES

► Restauración de monumentos► Arquitectura► Veterinaria► Ingeniería de Tránsito

► Zoología► Medicina

1.3 DESARROLLO HISTÓRICO

a) Mundial La practica de la Fotogrametría se inicia alrededor

de 1939 cundo Louis Daguerre de París anuncia el proceso directo de fotografías, hecho en exposición en placas de metal, con procesos de sensibilidad a la luz, cubiertos con yoduro de plata.

Años después del invento de Daguerre, Arago un Geodasta de la academia de ciencias francesa demuestra el uso de la fotografía para mediciones topográficas.

El primer experimento en el uso de la Fotogrametría aplicada a mapas topográficos ocurre en 1849 bajo la dirección del coronel Aime Laussedat del cuerpo de ingenieros de la armada francesa. Dicho experimento se realizo utilizando globos aerostáticos para la toma de fotografías, dadas las dificultades en la obtención de la fotografía aérea en cuanto a la cobertura homogénea del área se opto por realizar dichos mapas con la ayuda de la fotografía terrestre.

En 1859 el coronel Laussedat presenta los mapas topográficos finales con la ayuda de fotografías.

Por los trabajos realizados en este aspecto, se le considera pionero de la Fotogrametría y por lo tanto “Padre de la Fotogrametría”

Los mapas topográficos utilizando Fotogrametría son introducidos en Norteamérica en 1886 por el Capitán Deville, quien utiliza los principios del Coronel Laussedat para obtener los mapas de las accidentadas montañas del Oeste de Canadá.

En 1909, el Dr. Carl Pulfrich de Alemania, realiza mediciones con ayuda de un par estereoscópico de fotografías utilizando el principio de la “Marca Flotante”, este trabajo fue tomado en cuenta para el desarrollo del Equipo Fotogramétrico para la obtención de Mapas.

1.3 DESARROLLO HISTÓRICO

b) NacionalEn el año de 1857, fue creado el “Ministerio de

Fomento”, al cual se le encargó la recopilación de todos los datos geográficos y estadísticos para la elaboración de la Carta General del país a una escala media.

Lo cual no fue posible realizar debido a las desfavorables condiciones políticas y sociales que enfrentaba el país a causa de las Guerras de Reforma e Intervención Francesa.

En 1877, se creó la “Comisión Geográfica Exploradora” que duró 37 años (1878-1915), logrando en este período levantar poco mas del la cuarta parte del Territorio nacional a escala 1:100,000.

En 1938, se creó la “Comisión Cartográfica Militar” dependiente de la Secretaría de la Defensa Nacional, con el propósito de elaborar la Cartografía Militar a escala 1:100,000 por el método Aerofotogramétrico.

El 1 de Octubre de 1968, fue creada la “Comisión de Estudios del Territorio Nacional” (CETENAL) que vino a modificar el panorama nacional en su aspecto cartográfico, dado que ha logrado la elaboración de las cartas topográficas del país a escala 1:50,000 usando los métodos mas modernos y precisos.

CETENAL - DEGETENAL – DGG - INEGI

En el Sector Privado, esta ciencia es iniciada comercialmente en 1937, cuando el Ing. Luís Struck, fundó la “Compañía Mexicana Aerofoto”, con trabajos exclusivamente de fotografía aérea.

Posteriormente realizó trabajos de Topografía y Restitución (elaboración de mapas por métodos Fotogramétricos)

En 1945, se fundó “Fotogrametría Mexicana” con trabajos Fotogramétricos exclusivos para la Comisión Federal de Electricidad (CFE)

2. FOTOGRAFÍA

2.1 DEFINICIÓN2.2 BASES GEOMÉTRICAS2.3 PARTES PRINCIPALES2.4 CLASIFICACIÓN Y USOS

2.1 DEFINICIÓN

Es el elemento fundamental del trabajo fotogramétrico, cuya imagen es la representación real y sincera del objeto en el momento de la toma.

2.2 BASES GEOMÉTRICAS

La fotografía es denominada de proyección central debido a que el conjunto de rayos de luz que parte de los puntos de un objeto convergen a un solo punto llamado centro de estación para después llegar al negativo.

2.3 PARTES PRINCIPALES

►Plano de perspectiva:Es cualquier plano que corte al haz de rayos perspectivos o rayos de luz que contienen la imagen del objeto. Cuando el plano perspectivo corta al haz de rayos a una distancia “f” del centro de estación, tiene la misma posición del plano del respaldo de la cámara fotográfica por donde corre o pasa el negativo y recibe el nombre de plano de la imagen o plano principal

►Eje Principal:Es el eje que bisecta el haz de rayos de luz que contiene la imagen del objeto y es perpendicular al plano principal pasando por el centro de estación

►Punto Principal:Es el inicio de la perpendicular que va del centro de estación al plano principal

►Eje Nadiral:Es el eje vertical que pasa por el centro de estación. Cuando la toma fotográfica es vertical coincide con el eje principal.

►Punto Nadiral:Es el punto donde se corta el eje Nadiral con el plano principal. Cuando la toma fotográfica es vertical, este punto coincide con el punto principal

►Espacio Imagen:Es el espacio que existe entre el plano principal y el centro de estación

►Espacio Objeto:Es el espacio que existe entre el centro de estación y el objeto.

►Distancia focal (f):Es la distancia que existe entre el plano de la imagen y el centro de estación.

►Altura de Vuelo (H.V.):Es la relación que existe entre la escala de la fotografía y la distancia focal o principal.

2.4 CLASIFICACIÓNES Y USOS DE LA FOTOGRAFÍA

VERTICAL OBLICUA BAJAOBLICUA

ALTATERRESTRE

CARACTERÍSTICAS Inclinación<3°Inclinación >3° sin horizonte

Inclinación >3° con horizonte

90°

AREA CUBIERTAcuadrada trapezoidal trapezoidal cuadrada

ESCALA UniformeDecrece de izq.

a der.Decrece de izq. a

der.uniforme

USOS Y APLICACIÓNES

Fotogrametría aérea y foto

interpretación

Foto Interpretación

Foto interpretaciónFotogrametría terrestre y foto interpretación

a) Vertical b) Oblicua Baja

c) Oblicua alta

d) Terrestre

e) Reconocimiento

3. FOTOGRAFÍA VERTICAL

3.1 ESCALASa) Absoluta o Aproximadab) Relativa a un punto dadoc) Promedio

3.2 INDICACIÓNES MARGINALES

3.1 ESCALASa) Absoluta o Aproximada

b) Relativa a un punto dado

c) Promedio

3.2 INDICACIÓNES MARGINALES

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA 4.1 DEFINICIÓN4.2 PARTES PRINCIPALES4.3 CLASIFICACIÓN Y USOS

4.1 DEFINICIÓNLa cámara aérea es el instrumento que recopila la información básica necesaria para todo el proceso posterior de fotogrametría y fotointerpretación. La imagen obtenida debe ser de óptima calidad tanto, cuantitativa como cualitativa.

Si se considera que un sensor es un instrumento que recopila información de un objeto sin estar en contacto con el, las cámaras pueden ser consideradas como un tipo de sensor remoto.

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

4.2 PARTES PRINCIPALES

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

filtro

4.2 PARTES PRINCIPALES

I. Mecanismo ópticoII. Película “Magazine”III. Cuerpo de la cámaraIV. Mecanismo de avance y vacíoV. Aditamentos especiales de la cámara

aérea

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

4.2 PARTES PRINCIPALESI. Mecanismo óptico

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

a) Sistema de lentes:Formado por dos o más lentes acoplados de tal forma que permitan el paso de los rayos de luz que inciden sobre la película para formar las imágenes correspondientes de los objetos fotografiados.

4.2 PARTES PRINCIPALES

I. Mecanismo óptico

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

b) Diafragma:Elemento regulador del paso de los rayos de luz que forman las imágenes fotográficas, esta formado por hojillas metálicas superpuestas, que tienen movimiento giratorio y regulan el tamaño del orificio que permite el paso de la luz hacia el negativo.

4.2 PARTES PRINCIPALES

I. Mecanismo óptico

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

c) Obturador:Es el elemento que controla el intervalo de tiempo en que los rayos de luz penetran el negativo a través del diafragma.

Debido a la velocidad que el avión lleva en los momentos de la exposición, el obturador esta construido de tal forma que sus movimientos son de fracciones de segundos, según sea la velocidad del avión, la abertura del diafragma y el grado de sensibilidad de la película usado.

4.2 PARTES PRINCIPALESI. Mecanismo óptico

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

d) Filtro.Elemento que selecciona el tipo de luz que penetra a la cámara, eliminando particularmente la luz azul y violeta en el caso de la película blanco y negro, debido a que su existencia en gran magnitud en la atmósfera requiere su eliminación al máximo para obtener fotografías claras y de correcta definición.

4.2 PARTES PRINCIPALES

II. Película “Magazine”

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

Es la parte que guarda la película que se utiliza en la toma de las fotografías. Este siempre separado del resto de la cámara para facilitar su carga y descarga. Cada magazine puede llevar desde 50 hasta 120 mts de película de acuerdo al modelo de la cámara.

4.2 PARTES PRINCIPALES

III. Cuerpo de la cámara

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

Parte física de la cámara que de acuerdo con el diseño particular de cada modelo incluye el cono de la cámara y el plano focal. Cuando forma una sola unidad con el cono de la cámara la parte superior contiene al plano focal que es el otro elemento importante en la constitución de la cámara ya que sus dimensiones definen el formato de la fotografía

Sobre el marco o parte superior del cuerpo de la cámara van colocadas dos marcas fiduciales que son características en su forma y tamaño para cada modelo de cámara.Las marcas fiduciales determinan los ejes de coordenada de los negativos y fotografías.

Dentro del cuerpo de la cámara se presenta un elemento básico en la geometría de las fotografías que es la distancia focal, localizada entre el plano focal y el objetivo de la cámara. Los valores más conocidos y utilizados en la fotogrametría de la distancia focal son:

► 88mm - Lente Súper Gran angular

► 152mm - Lente Gran angular► 210mm - Lente Normal

4.2 PARTES PRINCIPALESIV. Mecanismo de avance y vacío

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

Este mecanismo tiene dos finalidades.► Avanzar la película entre exposición y

exposición.► Mantener completamente plano el negativo en

el momento de la exposición, aplicando para ello el vació mediante la succión del aire contenido en la cámara.

4.2 PARTES PRINCIPALESV. Aditamentos auxiliares de la cámara

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

► Visores de recubrimiento► Anillo de soporte giratorio. (para mantener

la cámara horizontal)

4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CÁMARAS AEREASI. Según su formato

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

a) Con formato

b) Sin formato

4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CÁMARAS AEREASII. En función del campo angular

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

a) Cámara Normal ( 210 mm) f Con un campo angular <75º

b) Cámara Gran angular ( 152 mm) f Con un campo angular de 76º a 100º

c) Cámara Super Gran angular ( 88 mm) fCon un campo angular mayor de 100º

4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CÁMARAS AEREAS

III. En función de su uso

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

a) De reconocimiento → Fotointerpretaciónb) Métricas → → → Fotogrametríac) Especiales → → Trabajo especial,

nocturno, etc.

4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CÁMARAS AEREASIII. En función de la inclinación de la cámara

4. CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA O CÁMARA AEREA

a) Toma Verticalb) Toma Oblicua

EL MECANISMO DE LA VISIÓN ESTEREOSCÓPICA De manera natural nuestro mecanismo de visión

es estéreo, es decir, somos capaces de apreciar, a través de la visión binocular, las diferentes distancias y volúmenes en el entorno que nos rodea. Nuestros ojos, debido a su separación, obtienen dos imágenes con pequeñas diferencias entre ellas, a lo que denominamos disparidad. Nuestro cerebro procesa las diferencias entre ambas imágenes y las interpreta de forma que percibimos la sensación de profundidad, lejanía o cercanía de los objetos que nos rodean. Este proceso se denomina estereopsis. La distancia interpupilar más habitual es de 65 mm, pero puede variar desde los 45 a los 75 mm.

5. VISION ESTEREOSCÒPICA

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA FOTOGRAFÍA ESTEREOSCÓPICA

La fotografía estereoscópica, también denominada abreviadamente fotografía 3D, intenta reproducir la sensación de profundidad de la visión estereoscópica natural. Si obtenemos dos fotografías con una separación adecuada, correspondientes a la visión que se obtendría con cada ojo, y se observan con un visor apropiado, es posible recrear la sensación de profundidad, de la cual carecen las fotografías convencionales. Existen diversidad de sistemas, unos más complejos que otros, que introducen unas dificultades adicionales a las de la fotografía normal, a veces difíciles de soslayar.  

De hecho hubo un tiempo en que se vendieron cámaras 3D y este tipo de fotografía se hizo muy popular, pero decayó debido a las dificultades con que se encontraba el fotógrafo aficionado a la hora de visionar las imágenes.. Para obtener un par estéreo pueden emplearse diferentes procedimientos. Con una sola cámara podemos obtener las dos imágenes, en dos tiempos, desplazando la cámara una distancia similar a la de separación de los ojos, unos 65 mm. Naturalmente, el sujeto no debe moverse entre las dos tomas, por lo cual este procedimiento sólo sirve para fotografiar objetos inmóviles. Si queremos obtener fotografías 3D en movimiento debemos emplear una cámara estéreo especial, una cámara convencional dotada de un accesorio especial con espejos o bien dos cámaras disparadas sincronizadamente.  

LA VISIÓN DE FOTOGRAFÍAS ESTEREOSCÓPICAS

El principal problema es la forma de observar las fotografías, de manera que cada ojo vea solamente la imagen que le corresponde. Los visores o estereoscopios permiten una visión casi perfecta pero individual. Los sistemas empleados en la proyección de películas y diapositivas permiten ver imágenes tridimensionales a un grupo numeroso de personas, pero les obliga a portar gafas especiales. Existen sistemas de visión libre, como el lenticular, que permiten ver fotografías en papel, pero su calidad no es demasiado buena. Todo esto ha relegado siempre la fotografía 3D al campo de los profesionales que precisan de ella, al cine, con muy poca incidencia, y al aficionado como una mera curiosidad. Existen diversos sistemas de visualización.  

Para poder observar correctamente una imagen estereoscópica, cada ojo debe ver solamente la imagen que le corresponde. Para ello se han ideado diversos sistemas:

VISIÓN LIBRE PARALELA

Los ojos observan cada uno su imagen correspondiente, manteniendo sus ejes ópticos paralelos, es decir, como si mirásemos al infinito. Sólo puede usarse este método con imágenes no superiores a 65 milímetros entre sus centros. Es el método usado para ver las imágenes de los libros con estereogramas de puntos aleatorios ("ojo mágico").

VISIÓN LIBRE CRUZADA

Las imágenes se observan cruzando los ejes ópticos de los ojos. El par estéreo se presenta invertido, es decir, la imagen derecha está situada a la izquierda y viceversa. Podemos ayudarnos mirando un lápiz situado entre nuestros ojos y las imágenes. Este método debe usarse con imágenes de dimensiones superiores a 65 milímetros entre sus centros, aunque la imagen virtual aparece más pequeña.

ANAGLIFO

Se utilizan filtros de colores complementarios, como rojo-azul, rojo-verde o ámbar-azul. La imagen presentada por ejemplo en rojo no es vista por el ojo que tiene un filtro del mismo color, pero sí que ve la otra imagen en azul o verde. Este sistema, por su bajo costo, se emplea sobre todo en publicaciones, así como también en monitores de ordenador y en el cine.Presenta el problema de la alteración de los colores, pérdida de luminosidad y cansancio visual después de un uso prolongado. Normalmente se sitúa el filtro rojo en el ojo izquierdo, y el azul en el ojo derecho.

Existen dos sistemas muy similares en ámbar-azul: el sistema SpaceSpex de 3DTV Corporation (Naranja-Azul) y el ColorCode 3-D, empleado ya en alguna película formato Imax y comercializado también en algún DVD en 3D. Este sistema es bastante eficaz, pero el filtro azul del ojo derecho es demasiado oscuro para una visión cómoda. En general el sistema anaglifo no es cómodo para usarlo durante un tiempo prolongado..

POLARIZACIÓN

Se utiliza luz polarizada para separar las imágenes izquierda y derecha. El sistema de polarización no altera los colores, aunque hay una cierta pérdida de luminosidad. Se usa tanto en proyección de cine 3D como en monitores de ordenador mediante pantallas de polarización alternativa. Hoy día es el sistema más económico para una calidad de imagen aceptable.

ALTERNATIVO

Con este sistema se presentan en secuencia y alternativamente las imágenes izquierda y derecha, sincronizadamente con unas gafas dotadas con obturadores de cristal líquido (denominadas LCS, Liquid Crystal Shutter glasses o LCD, Liquid Crystal Display glasses), de forma que cada ojo ve solamente su imagen correspondiente. A una frecuencia elevada, el parpadeo es imperceptible. Se utiliza en monitores de ordenador, TV y cines 3D de última generación.