FOTOGRAMETRIA

Vista previa del material en texto

FOTOGRAMETRÍA
	En el planeamiento y ejecución de determinados trabajos técnicos es necesario captar imágenes tridimensionales del terreno donde se ubica el objeto en estudio. En ocasiones es posible este modelo con únicamente con un número limitado de puntos, pero, en muchos casos, como en la cartografía, se requiere información especial detallada y precisa de un área específica que puede tener dimensiones amplias. En este sentido, se pueden desarrollar trabajos topográficos habituales de manera convencional o bien utilizando técnicas y métodos más modernos. Sin embargo, la práctica de estos métodos está limitada a superficies de pequeña extensión y a escalas grandes, debido a que consumen cuantiosos recursos técnicos y humanos.
	En el orden de las ideas anteriores, la fotogrametría conforma una alternativa ventajosa por su capacidad para obtener un resultado de calidad, con costes más bajos y en un lapso de tiempo considerablemente menor. En este sentido, la fotogrametría conforma el tema central de la presente producción escrita de tipo documental, cuyo objetivo general es el de describir componentes teóricos elementales de la fotogrametría referidos a fundamentos, principios, procesos, métodos y clasificación. Para ello, se consultaron fuentes documentales especializadas en la materia, cuyos aportes conceptuales permitieron el desarrollo teórico de aspectos relevantes inherentes a la temática.
FOTOGRAMETRÍA
Introducción Fotogrametría
	Para Lehman (1975), la fotogrametría “es la medida de un objeto cualquiera, tanto en lo que se refiere a su forma como a su situación, ejecutada por medio de fotografías del mismo objeto” (p. 1). En términos del citado autor, el uso de las fotografías, particularmente las captadas desde el aire, no tienen como fin la medida, sino la investigación y la significación del contenido de las vistas, lo que se denomina fotointerpretación. Por su parte, Buill, Núñez y Rodríguez (2003) definen la fotogrametría como “la técnica que consigue información métrica fiable a partir de fotogramas, y cuya principal característica proviene, pues, de su fuente de información, la fotografía” (p. 11). 
	De manera general, los conceptos emitidos por los citados autores define a la fotogrametría como una técnica cuyo principal objetivo es determinar las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales a partir de imágenes fotográficas aéreas o terrestres a corto o largo alcance. Es decir, el concepto abarca la medición sobre fotos para el diseño de mapas topográficos fundamentado en la identificación de las coordenadas X, Y, Z, de puntos de control en el terreno.
	En la fotogrametría si se mide a partir de una foto se obtiene información geométrica o bidimensional del objeto; si la medición se efectúa con dos fotos se puede captar una visión estereoscópica o tridimensional. Por ello, la fotogrametría es una técnica de medición de coordenadas 3D o captura de movimiento a partir del empleo de fotografías u otros sistemas de percepción distante junto con puntos de referencia topográficos sobre el terreno, como medio fundamental para la medición. 
	En síntesis, la fotogrametría tiene como propósito realizar mediciones con base en fotografías a fin de determinar características métricas y geométricas de los objetos fotografiados, como tamaño, forma y posición, desde una perspectiva cuantitativa. A esta técnica y concepto está vinculado el de fotointerpretación, cuyo objetivo es analizar imágenes fotográficas con la finalidad de identificar elementos por reconocimiento y deducción, particularmente a aspectos cualitativos de las fotos. Por lo antes expuesto, entre fotogrametría y fotointerpretación no existe una separación estricta, sino por el contrario, están profundamente vinculadas.
Breve Historia de la Fotogrametría y la Fotointerpretación
	Los primeros antecedentes de la fotogrametría terrestre se remonta a 1725 mediante el uso perspectivas con fines cartográficos a cargo de M.A. Capeller, cuyo procedimiento de cartografía incluía el método de las intersecciones propias de la topografía. Las perspectivas habían sido construidas con un procedimiento ideado por el pintor alemán Alberto Durero en el siglo XVI. Esas perspectivas presentaban una serie de problemas para usarlas en cartografía debido a las imprecisiones. En consecuencia, la práctica no se generalizó.
	Para 1839, François Arago desarrolla la fotografía que en 1859 fue utilizada por el coronel francés Aimé Laussedat para la elaboración de planos topográficos, fundamentado en perspectivas dibujadas por medio de una cámara clara o cámara lúcida para el mismo propósito. En 1852 Laussedat inicia el reemplazo de la cámara clara por la cámara oscura hasta; en 1859 elabora un prototipo de lo que posteriormente sería un fototeodolito. El procedimiento empleado por Laussedat era lo que se conoce como fotogrametría de intersección.
	En 1858 Albrecht Meydenbauer pone en práctica un procedimiento de intersecciones sustentado en fotografías para el levantamiento de obras arquitectónicas y lo denomina fotogrametría. En 1901 Carl Pulfrich resuelve el problema de la identificación de puntos homólogos con la creación del estereocomparador, el cual permite la medición de coordenadas y paralajes con alta precisión. En 1914 se crea el estéreo-autógrafo de von Orel, construido sobre la base de estereocomparador de Pulfrich al que se acopló un dispositivo de regletas mecánicas que transmiten los valores de las coordenadas de los puntos de los fotogramas, permitiendo el trazado continuo de los rasgos cartográficos.
	El estereógrafo continuó siendo perfeccionado hasta 1926, con diversos usos, particularmente en el ámbito geográfico. En 1897, el austríaco T. Scheimpflug inició la técnica de rectificación que aportó las bases de la idea de la proyección doble; en 1899 S. Finsterwalder propone resolver el problema de la orientación en tres pasos: orientación interior, orientación relativa y orientación absoluta. Para 1915 Gasser, siguiendo los fundamentos de Scheimpflug, diseño el proyector doble empleado para fotografías aéreas. Luego, en 1920 Nistri construyó el foto-cartógrafo, también con el sistema anaglífico.
	En 1921 W. Bauersfeld propone solución para trabajar con el principio Porro-Kope, con la cual Carl Zeiss construye el estéreo-planígrafo. A partir de 1921, Santoni retomó la proyección mecánica con su auto-reductor. En 1924 Otto von Gruber resuelve el problema de las orientaciones de manera más sistemática y completa. Desde 1936, Wild, produjo solamente instrumentos de proyección mecánica; en 1960 Zeiss Oberkochen cambió a la proyección mecánica con instrumentos como el Planimap y el Planicart. Gasser y von Gruber también propusieron y diseñaron procedimientos para la concatenación de modelos dando nacimiento a la aero-triangulación.
	En este sentido, la fotogrametría aérea adquiere con los aparatos restituidores analógicos una vertiginosa y amplia difusión; el estéreo-autógrafo de von Orel en la fotogrametría terrestre se extiende considerablemente, potenciando la producción de mapas y planos de todo tipo. En los años 60 el restituidor analítico, diseñado por el finlandés Uki Helava, posibilitó una sensible mejora en la precisión y, además, permitió el empleo de cualquier tipo de fotografía o aún de imágenes no fotográficas. Igualmente se podían corregir errores sistemáticos (distorsión de la lente, variaciones dimensionales de la película y efectos de refracción atmosférica y curvatura terrestre), así como el empleo de altas redundancias con un tratamiento por mínimos cuadrados. 
	En este sentido, el avance de la aero-triangulación se fundamentó en la computación. A mediados de la década de los 80 con el advenimiento de las computadoras personales, los programas de compensación en bloque por mínimos cuadrados adquirieron una importante difusión. Los desarrollos de software para la compensación de la triangulación aérea marcan todo un hito en la historia del diseño y elaboración de técnicas fotogramétricas.En este periodo se asiste a la transición que lleva de los procedimientos analíticos a los digitales. 
	Para la década de los 90 la barrera existente entre los procedimientos digitales y la fotogrametría comenzó a disminuirse, particularmente por la precisión de imágenes. Ante la dificultad de montar cámaras digitales en aeronaves, la Fotogrametría ha venido empleando hasta ahora un procedimiento combinado: obtención de fotografías con la cámara analógica tradicional y posterior digitalización empleando escáneres de alta precisión. Sin embargo, en estos últimos años se han producido grandes avances en la construcción de tales cámaras digitales con una calidad de imagen y precisión similar a la de las cámaras aéreas tradicionales. 
Sensores
	En el ámbito de la fotogrametría, los sensores, en palabras de Calleja, Durante y Trabadela (2000), “es un dispositivo plano, una retícula, generalmente rectangular, formada por numerosas celdillas (fotositos) cada uno de los cuales es sensible a la luz y cada una de las cuales dará lugar a un pixel en la imagen final” (p. 11). Para los citados autores, los sensores basados en semiconductores de silicio, reaccionan de una manera determinada en función de la luz (los fotones) que reciban. De esta manera, el sensor de imagen de una cámara electrónica, tanto de vídeo como de fotografía estática, capta la luz que conforma la imagen y la convierte en una señal, la cual se entrega en formato analógico como digital. Físicamente, un sensor es un chip formado por millones de componentes sensibles a la luz (fotodiodos o fototransistores) que al ser expuestos capturan la luz proyectada de un objetivo, que compone la imagen.
Cámaras Aéreas
	La cámara fotogramétrica, llamada también cámara métrica, según Calleja, Durante y Trabadela (2000) es aquella “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 enfoque haría variar el ángulo de apertura” (p. 45). 
	Según los autores en referencia, una cámara métrica es una cámara fotográfica, ya sea tradicional o digital, cuyas características ópticas son conocidas a la perfección. Se utilizan en fotogrametría aérea y terrestre. Son cámaras especiales de funcionamiento similar a las convencionales pero con una calibración muy exacta de sus parámetros ópticos, de los cuales el más importante es la distancia focal, definida como la distancia desde el centro del objetivo hasta el plano focal.
Obtención de las Fotografías Aéreas
	De acuerdo con los planteamientos de Buill, Núñez y Rodríguez (2003), las fotografías aéreas permiten la actualización mapas básicos existentes y para producir nuevos mapas de base, en la forma de fotografías individuales o diversas fotografías ensambladas conocidas como mosaicos. Para la obtención de fotografías aéreas, un avión efectúa una cobertura sistemática fotográfica aérea de un área; se efectúan reiteradamente adelante y atrás sobre la misma, regularmente en sentido Este – Oeste, para asegurar consistencia en la orientación y el ángulo del sol, lo que contribuye en la interpretación de la foto. 
	La orientación de las fotografías está a 90° de las trayectorias del vuelo. Para permitir el análisis estereoscópico y fotogramétrico, hay generalmente un solapamiento anteroposterior del 60% entre fotografías sucesivas en la misma trayectoria de vuelo, y un solapamiento lateral del 20–40% entre trayectorias de vuelo adyacentes. Existe una considerable variación en el tamaño del formato de las fotografías, aunque el tamaño más común es de 23 × 23 cm (9 × 9”). Las escalas pueden variar de 1:1.000 a 1:80.000 dependiendo de los requerimientos de la interpretación de las fotografías. Una nota, ubicada generalmente a lo largo de la esquina sudoccidental de las fotos, debe incluir toda la información relevante tal como número del carrete, número de la foto, hora y fecha de la fotografía, entre otros.
Procesos Fotográficos 
	Para Fuentes de Cía y Robledano (2009), los procesos fotográficos “se utiliza para denominar a las distintas técnicas de representación de imágenes obtenidas originalmente a partir del reflejo lumínico de una escena real en un soporte fotosensible” (p. 31). Para los citados autores, estas técnicas se caracterizan por la utilización de diferentes soportes y sustancias fotosensibles formadoras de la imagen. Si el soporte fotosensible es de tipo físico-químico es un proceso fotográfico convencional. Si el elemento a través del cual se capta la imagen es de tipo electrónico, hace referencia a fotografía electrónica. En este sentido, a continuación se describen procesos fotográficos asociados a la fotografía de cámaras analógicas convencionales. 
Revelado.
	El proceso de revelado fotográfico tiene como propósito que la imagen latente presente en la placa o película fotográfica se haga visible. Cuando se realiza sobre papel fotosensible a partir de un negativo se le llama positivado, o ampliación del negativo. El proceso de revelado varía conforme al procedimiento y material fotográfico que se esté utilizando; en blanco y negro por lo regular consta de siete pasos para el revelado del negativo, y de cinco para el del papel en el caso de utilizar papel resina, y de ocho para papel fibra.
Fijado.
	El fijado, dentro del proceso fotográfico pretende eliminar aquellas partículas sensibles a la luz del negativo que no han sido estimuladas por el revelador, resultando que las partes de la película en las que no incidió la luz sean transparentes. Seguidamente se puede extraer la película del tanque sin correr ningún riesgo a que se vele. El tiempo del fijado normalmente es de unos 14 o 15 minutos, dependerá de la película que se emplee. Si la película posee suficiente contraste y con zonas opacas y transparentes, indica que el proceso de fijado se ha aplicado correctamente. Este compuesto químico se puede utilizar varias veces depositándolo en botellas de fuelle ausentes de luz.
Lavado.
	Finalizado el tiempo de fijación se procede al aclarado de la película. El lavado eliminará todos los elementos químicos introducidos en los procesos anteriores. Los negativos deben sumergirse a una temperatura de unos 20ºC aproximadamente con agua del grifo y durante unos 19 a 22 minutos; el agua debe ser cambiada con regularidad, es fundamental lavar muy bien los negativos, para que no quede ningún resto de fijador y no nos destruya la imagen con el tiempo. Constituye la etapa final del procesado cuya finalidad es eliminar los residuos de otros productos y los compuestos de plata solubles que quedan en la emulsión tras el revelado y el fijado. En esta fase es imprescindible lavar hasta la desaparición de toda traza de compuestos químicos, porque si quedan algunos acabarán por atacar a la copia y producir manchas.
Secado	
	Este procedimiento, una vez realizado el proceso de lavado y humectado del negativo el cual se extrae del tanque, para luego ser colgado al aire libre mediante pinzas escurridoras para desprender el agua y humectador sobrante. Es preferible esta acción por la noche y en zonas exentas de polvo. Cuando la película se encuentre seca serán cortadas en tiras de seis fotogramas y archivarla de forma plana y no enrollada.
Principios Básicos de la Fotogrametría
	El objeto de la fotogrametría es pasar de la proyección cónica que constituye el fotograma a la proyección ortogonal que es el plano topográfico. El conocimiento de las coordenadas de algunos puntos identificados en el fotograma, así como las direcciones del eje de la cámara fotogramétrica, resuelve el problema de la restitución. 
	El mayor campo de aplicación de la fotogrametría es en el área de topografía y diseño de mapas, ya que consiste en el levantamiento de los detalles del terreno y su control por medio de triangulación espacial. Uno de los objetivos principales de la fotogrametría es elaborar mapas a partirde fotos, para lo cual es necesario conocer las diferencias entre fotografía y mapa.
	La fotografía aérea produce una imagen del terreno por proyección de todos los puntos que forman una imagen desde un punto central, teóricamente fijo. Se trata pues de una proyección central cuyas características geométricas y propiedades difieren considerablemente de los otros sistemas de proyección.
Definición de los Elementos de la Fotogrametría Aérea
	Para Buill, Núñez, y Rodríguez, J. (2003), desde el punto de vista geométrico una fotografía aérea es una proyección central del terreno. En este sentido, destacan elementos como: altura, distancia principal, distancia focal, ecuación de Newton, estación de exposición, punto nadir, punto principal, isocentro, plano principal, línea principal, isolínea, línea de vuelo, ejes, formato y campo angular.
	Altura. Representa la distancia del centro de proyección (centro del objetivo) al plano del terreno y se representa con la letra "Z". 
	Distancia Principal. Es la distancia del centro del objetivo al plano del negativo y se representa con la letra "c'. 
	Distancia Focal. El foco (Imagen) de una lente se define como el punto sobre el eje principal donde se forma la imagen de un punto objeto ubicado sobre el eje en el infinito. La distancia focal es la distancia del foco al centro de la lente y se representa con la letra "r. 
	Ecuación de Newton. Los tres valores anteriormente mencionados están relacionados por la ecuación de Newton; Teóricamente "c" y " f “ no son iguales, sin embargo, desde el punto de vista práctico como el valor de Z es mucho mayor que f puede decirse que 1/Z tiende a cero y por consiguiente c tiende a valer f. 
	Estación de Exposición. La posición que ocupa el punto “O” en el espacio en el momento de la exposición recibe el nombre de estación. 
	Punto Nadir. La intersección de la vertical que pasa por el centro de proyección con el plano del negativo se llama punto nadir. Se representa con la letra n en la foto y N en el terreno. 
	Punto Principal. Es la proyección ortogonal del centro de proyección sobre el plano de la fotografía se designa con la letra p en la foto y P en el terreno 
	Isocentro. Isocentro es el punto en que la bisectriz del ángulo determinado por la perpendicular al plano negativo y la vertical que pasan por el centro de proyección, corta el plano del negativo. Se indica con la letra i en la fotografía e I en el terreno. Si una fotografía es vertical o casi vertical (inclinación inferior a 2º o 3º puede considerarse que los tres puntos coinciden en uno solo, el punto principal, cuya ubicación gráfica en las fotografías es muy sencilla. 
	Plano Principal. Es el plano vertical que contiene el eje óptico de la cámara.
	Línea principal. Es la intersección del plano de la fotografía con el plano principal (línea de máxima pendiente del plano de la fotografía).
	Isolínea. Es la línea del plano de la fotografía, perpendicular a la línea principal que pasa por el isocentro. 
	Línea de vuelo. Si las fotografías han sido tomadas con un recubrimiento longitudinal superior al 50% será posible identificar el punto principal de cada foto en las fotografías adyacentes. La unión de pares sucesivos de puntos principales define la línea de vuelo, indicando la dirección del vuelo. 
	Ejes. Cuando se habla de ejes obre una fotografía, convencionalmente el eje C se refiere a la dirección de la línea de vuelo, el eje Y a la dirección perpendicular sobre el plano de la foto y z al eje perpendicular a ambos. 
	Formato. Es el marco o recuadro que limita la imagen fotográfica. Generalmente este formato es de forma cuadrada (23 cm. x 23cm. o 18 cm. x 18 cm.) o de forma rectangular 2.2.15 Campo angular. Es el ángulo en el vértice del cono de luz que atraviesa el objetivo para formar la imagen, se mide sobre la diagonal del formato a = 2 arctan d / 2c.
	Ampliación y Reducción. La fotografía original es obtenida a una escala 1/E dada por la relación c / Z. Del negativo original se puede obtener una copia positiva por copia de contacto o bien proyectando el negativo a una distancia igual a “c”. Si se desea una reducción se debe proyectar a una distancia inferior a la distancia principal y si se desea una ampliación debe aumentarse a la distancia de proyección.
Clasificación de las Fotografías Aéreas
	Se clasifican según la inclinación del eje óptico y según la emulsión de la película. 
Por inclinación del Eje Óptico.
	La fotografía aérea se debe tomar cuando el eje de la cámara se encuentre lo más perpendicularmente posible (aunque es permisible una desviación de aproximadamente tres grados con respecto al eje vertical real). Hay dos tipos de inclinaciones del eje óptico de la cámara: vertical u oblicua. 
	Fotografías Aéreas Verticales: El eje óptico de la cámara es perpendicular o normal a un plano horizontal tomado como referencia, ubicado sobre el área de la toma. Las posibles deformaciones se incrementan hacia los bordes, pero pueden ser corregidas mediante un proceso denominado, de restitución. Una foto verdaderamente vertical se logra cuando el eje de la cámara que la toma, está exactamente a plomo (en la perfecta dirección de la plomada o totalmente perpendicular a un plano de base imaginario), al momento de efectuar la exposición. 
	Fotografías Aéreas Oblicuas: Son aquellas en las cuales el eje de la cámara no es perpendicular al plano horizontal en el momento de la toma. Las deformaciones de los objetos y de la escala son exageradas, debido al efecto de “perspectiva” obtenido a partir del primer plano o ubicación más cercana de quien observa. Como resultado el área fotografiada tendrá una forma trapezoidal.
Según Emulsión de la Película.
	 Las películas usadas en fotografías aéreas poseen emulsiones constituidas por halogenuros de plata, sensibles a varios tipos de radiaciones del espectro electromagnético con características que pueden variarse mediante procedimientos químicos, según el fin o uso que se quiera dar a dicha fotografía. Acorde con la sensibilidad de las emulsiones a las diversas longitudes de onda, se pueden observar los siguientes principales tipos: fotografías en blanco y negro (pancromáticas), fotografías a color y fotografías ultrarrojas (infrarrojas). 
	Fotografías pancromáticas (en blanco y negro): Son las más usadas por tener las características más parecidas a las de la visión del hombre; son sensibles a casi todas las radiaciones del espectro visible (entre 0.4 y 0.7 micrones). Se usan especialmente para fotogrametría y Fotointerpretación. 
	Fotografías a Color: La película en su superficie contiene varias capas de emulsión, con una sensibilidad específica cada una, para los colores rojo, verde y azul. La información que presentan es mayor que las pancromáticas (que solo ofrecen los colores blanco y negro). Poseen el inconveniente de ser costosas, pero se pueden usar tanto para fotogrametría como para fotointerpretación. 
	Fotografías ultrarrojas (o infrarrojas). Las emulsiones fotográficas pueden hacerse sensibles a los rayos infrarrojos de la parte invisible del espectro con tintes especiales. La luz infrarroja atraviesa la neblina atmosférica y permite realizar fotografías claras desde largas distancias o grandes altitudes. Debido a que todos los objetos reflejan la luz infrarroja, pueden ser fotografiados en total oscuridad. Las técnicas de fotografía infrarroja se emplean siempre que tengan que detectarse pequeñas diferencias de temperatura y capacidad de absorción o reflexión de la luz infrarroja. 
CONCLUSIÓN
	La fotogrametría es una disciplina que crea modelos en 3D a partir de imágenes 2D, para de esta manera obtener características geométricas de los objetos que representan, mediante el uso de relaciones matemáticas establecidas en la geometría proyectiva, y de la visión estereoscópica que posee en forma natural el ser humano. Ya que las imágenes de los objetos son obtenidas por medios fotográficos, la medición se realiza a distancia, sin que exista contacto físico con el objeto.
	Elprincipio en el que se basa la fotogrametría consiste en proyectar en forma ortogonal sobre un plano de referencia, la imagen registrada en una fotografía, la cual ha sido proyectada sobre el negativo mediante la proyección central, que es la usada por las lentes. En fotogrametría se asume que la proyección central es perfecta, lo cual implica que: No existe desviación de los rayos de luz que atraviesan los lentes de la cámara; la imagen se proyecta sobre una superficie perfectamente plana; la relación matemática que relaciona el objeto y su imagen se conoce con el nombre de principio de colinealidad.
	La Fotogrametría Aérea es aquella que utiliza fotografías tomadas desde una cámara aerotransportada. Este hecho implica que su eje óptico casi siempre es vertical, y que su posición en el espacio no está determinada. Generalmente, las cámaras usadas son de formato 23 × 23 cm, ya que son las más apropiadas para los trabajos cartográficos a los cuales está destinada. Actualmente cobra importancia la fotografía aérea de pequeño formato, debido a sus ventajas de accesibilidad económica. Otra modalidad que gana importancia la constituye la fotogrametría espacial, que utiliza imágenes estereoscópicas tomadas desde satélites de observación de la Tierra.
REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS
Buill, F.,Núñez, A. y Rodríguez, J. (2003). Fotogrametría analítica. Barcelona, España: Edicions UPS.
	
Calleja, J., Durante, J. y Trabadela, J. (2000). Fotografía digital. Madris, España: Ministerio de Educación, Cultura y Deporte.
Lehman, G. (1975). Fotogrametría. Barcelona, España: Editores Técnicos Asociados.
16