Fotogrametría: Conceptos Básicos y Aplicaciones

La fotogrametría es una ciencia que permite realizar mediciones en tres dimensiones de un objeto a partir de fotografías tomadas desde tierra o desde el aire. Para ello, se determinan previamente una serie de puntos sobre el terreno que aparecen en la fotografía.

Tipos de Fotogrametría

  • Fotogrametría terrestre: Las cámaras están situadas en tierra. Su uso es principalmente arquitectónico e industrial.
  • Fotogrametría aérea: La cámara está instalada en un avión y se toman fotografías durante el vuelo, cumpliendo determinadas condiciones. Su uso es eminentemente cartográfico, permitiendo la confección de planos a distintas escalas tras un proceso de restitución.
  • Fotogrametría por satélite: La cámara está situada en un satélite artificial.
    • Fotogrametría aérea por satélite planimétrica: Se obtienen coordenadas X e Y.
    • Fotogrametría aérea por satélite topográfica: Se obtienen coordenadas X, Y y Z.

Diferencias entre Fotografía Aérea Vertical y Cartografía

  • La fotografía contiene más información que la cartografía.
  • La información en la cartografía está jerarquizada por orden de importancia, mientras que en la fotografía toda la información tiene la misma importancia.
  • En la cartografía se pueden realizar mediciones, pero en una fotografía convencional no.
  • La fotografía es una proyección cónica, donde el centro de proyección es el centro óptico del objetivo de la cámara. La cartografía es una proyección ortogonal.

Visión Estereoscópica y Estereoscopio

La visión estereoscópica (3D) se consigue cuando el cerebro integra las imágenes generadas por los dos ojos. Las diferencias en el ángulo de visión de cada ojo permiten la construcción de imágenes tridimensionales. Este efecto se denomina paralaje y se produce por la separación existente entre cada ojo.

Para poder observar fotografías o dibujos en tres dimensiones, es necesario que se cumplan varias condiciones:

  1. Cada fotografía o dibujo debe reflejar las mismas imágenes, pero observadas con distinto ángulo.
  2. Cada ojo debe observar solo una imagen (visión paralela o divergente).

La visión tridimensional se consigue, por tanto, mirando con cada ojo un par de fotos o dibujos.

Visión estereoscópica artificial: Es la sensación de relieve que tiene una persona al observar dos fotografías de un mismo objeto desde dos puntos de vista, empleando un instrumento denominado estereoscopio.

Estereoscopio: Aparato óptico en el que, mirando con ambos ojos, se ven dos imágenes de un objeto que, por estar obtenidas desde puntos diferentes, al fundirse en una, producen una sensación de relieve.

Vuelo Fotogramétrico y Cámara Fotogramétrica

El vuelo fotogramétrico tiene por objeto sobrevolar la zona a altura y velocidad constante, describiendo una serie de trayectorias (pasadas) paralelas entre sí, mediante su control de deriva.

Dentro de una pasada, la cámara irá tomando exposiciones de terreno con cadencia tal que la distancia B, entre dos puntos principales consecutivos, asegure un solape o recubrimiento longitudinal prefijado entre fotogramas adyacentes. Entre dos pasadas consecutivas, generalmente voladas en sentido inverso, existirá otro solape o recubrimiento transversal, previamente fijado.

La Cámara Fotogramétrica

Una cámara métrica es aquella en la que se pueden determinar con precisión sus elementos internos:

  • Distancia focal del objetivo.
  • Posición del punto principal y de las marcas fiduciales.
  • Distorsiones de la cámara.

En fotogrametría se emplean cámaras métricas:

  • De serie (la más empleada).
  • De banda continua.
  • Panorámicas.

Orientaciones en Fotogrametría

Orientación Interna

La orientación interna es la reconstitución de los haces perspectivos que originaron cada imagen, de forma independiente. Consiste en recuperar la geometría del instante de toma del fotograma, ya que la fotografía extraída físicamente genera dilataciones que deforman la geometría del instante de toma.

Se requiere el Certificado de Calibración del Instrumento restituidor, que indica si el instrumento está en condiciones geométricas para trabajar, es decir, la perpendicularidad generada por los planos XY, XZ y ZY, además del ajuste inicial en 0º de los movimientos angulares de κ, φ y ω, que representan los movimientos del avión en el instrumento.

También se necesita el Certificado de Calibración de la Cámara Métrica usada, que contiene los parámetros básicos de la geometría de la cámara:

  • Identificación de la cámara.
  • Fecha de calibración.
  • Focal de toma.
  • Punto principal de autocolimación (PPA).
  • Punto principal de simetría (PPS).
  • Distancia entre marcas fiduciales (en fotocoordenadas con origen en el fotocentro).
  • Distorsión radial de la lente.

Orientación Externa

La orientación externa consigue que todos los haces perspectivos formados en las dos proyecciones continuas, mediante la orientación interna, coincidan en el espacio y tengan correspondencia unívoca con respecto al terreno, es decir, en idéntica posición a la que tuvieron al ser impresionadas las fotografías en el instante de toma.

Orientación Relativa

La orientación relativa se realiza debido a que la posición que toma un avión en el instante de toma es arbitraria. El fotograma tiene una posición, y la foto consecutiva toma otra. Su ubicación en un equipo o sistema implica una falta de coincidencia de sus haces perspectivos homólogos, lo que provoca un paralaje tridimensional.

Orientación Absoluta

Finalizada la orientación relativa, el modelo ya está formado. Para terminar de ajustar el par estereoscópico, quedan dos operaciones:

  • Colocar el estereomodelo a la escala adecuada.
  • Nivelar el estereomodelo.

Para iniciar este proceso, se deben tener definidos los puntos de apoyo, que son valores coordenados planos de al menos cuatro puntos en el estereograma con una distribución determinada. Cada punto debe estar bien fotoidentificado y descrito para evitar equivocaciones en el proceso de restitución.

Restitución Fotogramétrica

Un aparato de restitución es un instrumento que permite definir las intersecciones de los rayos homólogos de dos haces perspectivos reconstruidos a partir de un par estereoscópico.

Se denomina restitución a las actuaciones que hay que realizar sobre las fotografías para transformar su proyección cónica en una proyección ortogonal, con el objeto de confeccionar un plano o un mapa.

Se trata de colocar las fotografías en la misma posición en la que fueron tomadas en el vuelo fotogramétrico y a una determinada escala (ajuste del par fotogramétrico).

Tipos de Restitución

  • Restitución analógica: Se emplean analogías mecánicas y ópticas para la reconstrucción de los rayos homólogos.
    • Restituidores ópticos.
    • Restituidores óptico-mecánicos.
    • Restituidores mecánicos.
  • Restitución analítica: Se utilizan analogías matemáticas para la reconstrucción de los rayos homólogos, mediante ecuaciones de rectas.
  • Restitución digital: Es preciso:
    • Escanear la fotografía para convertirla en un fichero digital raster de alta resolución, con el objeto de restituir la imagen registrada de forma vectorial.
    • Emplear un sensor (cámara) digital.
    • Emplear un sensor analógico dotado de un convertidor analógico-digital.