1
-INTRODUCCIÓN A LA FOTOGRAMETRÍA
PRIMERA PARTE 1. INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes históricos. Diferencias entre fotografía aérea y mapa. Fotointerpretación y Fotogrametría.
1.2. Conceptos generales de Cartografía 1.3. Fases de la producción cartográfica
1.3.1. Vuelo Fotogramétrico 1.3.2. Apoyo de campo
1.3.3. Restitución fotogramétrica 1.3.4. Corrección de campo 1.3.5. Edición cartográfica
1.3.6. Generación de ficheros y dibujos
2. FOTOGRAMETRÍA AÉREA VERTICAL
2.1. Aspectos geométricos de la fotografía 2.2. La proyección cónica 2.3. La visión natural. 2.4. La visión fotográfica. 2.5. Cámaras aéreas 2.5.1. Objetivos 2.5.2. Obturadores 2.5.3. Tiempos de exposición 2.5.4. Placa de presión 2.5.5. Formatos 2.5.6. El marco y su información 2.5.7. Intervalo entre exposiciones 2.5.8. Visor telescópico
2.5.9. Control de verticalidad 2.5.10. Calibración de cámaras 2.6. El proyecto de vuelo
2.6.1. Recubrimiento entre pasadas 2.6.2. Eje de vuelo
2.6.3. Distancia entre puntos principales: fotobase. 2.6.4. Condiciones ambientales
2
-2.7. Fotografía aérea vertical 2.7.1. Geometría aérea 2.7.2. Transformación 2.7.3. Concepto de escala 2.7.4. Imágenes rectas oblícuas 2.7.5. Problemas geométricos
2.7.6. Las sombras en las fotografías verticales
3. VISIÓN ESTEREOSCÓPICA Y PARALAJE
3.1. Visión estereoscópica normal y la percepción artificial. 3.2. La paralaje
3.3. Paralajes y fotobase.
3.4. Paralajes horizontales y verticales 3.5. Los haces perspectivos
3.6. La fotografía y el relieve
3.7. La visión estereoscópica artificial 3.8. Medición de paralajes
3.9. El índice flotante
3.10. Cálculo de desniveles 3.11. Exageración del relieve
3
-4. EL PROCESO FOTOGRAMÉTRICO
4.1. Introducción
4.2. Condiciones especiales necesarias en fotogrametría 4.3. Relación entre las escalas de fotografía y mapa. 4.4. Planificación del vuelo
4.5. Puntos de apoyo fotogramétrico 4.5.1. Necesidad del apoyo de campo
4.5.2. Elección y distribución de los puntos de apoyo fotogramétrico 4.5.3. Documentos a generar en el apoyo de campo
4.6. Aerotriangulación 4.7. Orientación Interna 4.8. Orientación relativa 4.9. Orientación absoluta
4.10. Orientación interna y externa. Importación de orientaciones 4.11. Restitución fotogramétrica 4.12. Normas de restitución 4.13. Revisión 4.14. Datos complementarios 4.15. Pliegos de condiciones 5. FOTOGRAMETRÍA DIGITAL 5.1. Conceptos generales 5.1.1. Introducción 5.1.2. Imagen digital 5.1.3. Píxel 5.1.4. Resolución 5.2. Escáner fotogramétrico 5.3. Cámara aérea digital 5.4. Formatos y Compresión 5.5. Tamaño de los ficheros 5.6. Concepto de correlación 5.7. Instrumentos digitales
4
-5.7.3. Control de posicionamiento 5.7.4. Monitores
5.7.5. Requerimientos del sistema 5.7.6. Sistemas de cálculo
5.7.7. Sistemas de restitución 5.7.8. Sistemas de superimposición 5.7.9. Sistemas de almacenamiento
5.7.10. Sistemas de visión
6. SISTEMAS DE COORDENADAS EN FOTOGRAMETRÍA
6.1. Coordenadas instrumentales 6.2. Coordenadas fotográficas 6.3. Coordenadas modelo 6.4. Coordenadas terreno
7. AJUSTE DE OBSERVACIONES EN FOTOGRAMETRÍA
7.1. Sistemas de ecuaciones. Ajuste mínimo cuadrático mm.cc.
7.2. Valores observados, valores ajustados, residuos, incógnitas, redundancia. 7.3. Estimación de la precisión
7.3.1. Precisión 7.3.2. Exactitud 7.3.3. Fiabilidad
7.3.4. Varianza, desviación típica, error medio cuadrático (e.m.c) 7.4. Ejemplos de ajustes en fotogrametría
8. EL SISTEMA GPS Y SU RELACIÓN CON LA FOTOGRAMETRÍA
8.1. Introducción al sistema GPS
8.2. Toma de datos para puntos de apoyo de campo 8.3. Determinación de la posición de la cámara.
5
-- Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
- Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, José Luis Lerma García. UPV Valencia Año 2002.
- Apuntes de Fotogrametría III, Juan A. Pérez Álvarez Universidad de Extremadura EUIT Topográfica Mérida. Año 2000.
- Proyecto Fin de Carrera: Producción de Ortofoto Digital, Santiago Mora Naranjo EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 2002
- Geomorfología I, Antonio Vázquez Hoem, EUIT Topográfica Madrid UPM. Año 1993 - Curso de Introducción a la Cartografía y Geodesia, Fernando Sánchez Menéndez,
6
-TEMA 1. INTRODUCCIÓN
1.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS. DIFERENCIAS ENTRE FOTOGRAFÍA AÉREA Y MAPA. FOTOINTERPRETACIÓN Y FOTOGRAMETRÍA.
Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Dentro de la Historia de la Civilización, la fotografía aparece como un invento tardío, pero de consecuencias incalculables. Como idea, la reproducción mecánica de imágenes era un deseo antiguo, especialmente buscado por los pintores, que en su análisis descubrieron las leyes de la perspectiva, la proyección cónica y la Geometría Proyectiva. Sin embargo, tardaron mucho tiempo en conseguirse las condiciones técnicas necesarias para resolver el problema de la conservación permanente de imágenes.
La propia palabra "fotografía" no se inventa hasta 1839, en que sir John F.W. Herschel, uno de los investigadores de esta técnica, la empleó para describiría, tomando dos palabras griegas, "photos" = luz y "graphe" = escritura.
Sus usos primeros fueron artísticos; el retrato fotográfico apareció como sustitutivo barato y rápido de los retratos de pintor, igual ocurrió con la fotografía de paisajes. A estos primeros usos pronto se añadieron aplicaciones técnicas, entre ellas y con gran desarrollo, las Artes Gráficas.
Con el paso del tiempo, la fotografía se ha convertido en un auxiliar para casi todas las ciencias y técnicas de la investigación, más que valioso imprescindible. Ha llegado a compararse su influencia en la cultura con la de la imprenta, y la comparación no es exagerada, si se considera el considerable valor que a la imagen se atribuye en nuestra época.
Las utilizaciones cartográficas de la fotografía se intuyeron pronto, pero en principio se limitaron a su empleo en sustitución de los croquis panorámicos; sólo cuando fue posible la toma de imágenes desde el aire se encontró la posibilidad de aplicaciones más valiosas.
La obtención de fotografías del terreno tomadas desde el aire y apuntando directamente hacia el suelo, de las que más adelante se trata extensamente, producen una primera impresión de sorpresa, porque no se entienden fácilmente; Más tarde producen un excesivo entusiasmo, y se crea la errónea sensación de que pueden sustituir totalmente al mapa, como la fotografía de personas ha sustituido al retrato al óleo. Esta idea es totalmente equivocada, el mapa sigue siendo insustituible y la fotografía puede ayudar a mejorarlo, e incluso a construirlo, pero no le sustituye, porque entre ambas imágenes hay diferencias básicas que importa aclarar desde el principio.
7
-Parte de esta obra, pone de manifiesto que las propiedades de los puntos de la imagen respecto al terreno son totalmente distintas en fotografía y mapa. El mapa es el resultado de una proyección ortogonal y sobre él es posible medir distancias, ángulos, o calcular superficies; en la fotografía no puede hacerse nada de esto, porque sus imágenes son el resultado de una proyección cónica. Además, el mapa contiene una información seleccionada, jerarquizada y tratada gráficamente, para conseguir que su lectura sea lo más clara y sencilla posible; en cambio en la fotografía la información es total, no hay selección, ni tratamiento, no hay signos convencionales, ni claves de colores, ni rotulación. La primera impresión es que la totalidad de información y su falta de tratamiento es ventajosa, puesto que proporciona una imagen objetiva; pronto se descubre que esta impresión es falsa, pues gran cantidad de la información de la foto es absolutamente inútil y su presencia constituye un estorbo, porque dificulta la visión del resto.
Además de todo lo expuesto, hay otra diferencia fundamental entre el mapa y la foto: el mapa temporal, la foto tiene fecha y hora, es decir corresponde a un momento dado y representa una realidad modificable, por tanto no hay garantía de la permanencia de la información que contiene.
La interpretación de una imagen fotográfica aérea no es sencilla, y requiere un cierto entrenamiento. Las fotografías que llamamos oblicuas son parecidas a las imágenes que el
OJO ve al modo natural cuando observa el campo desde una torre o una montaña y se
entienden e identifican sin dificultad; las imágenes tomadas desde la vertical son extrañas y muestran un aspecto del mundo al que el observador no está habituado. Incluso cuando corresponden a una zona conocida, la simple identificación de objetos resulta trabajosa, porque corresponden a un punto de vista nuevo e inhabitual.
Superada la fase de sorpresa ante las nuevas imágenes, la fotografía vertical constituye una fuente de información valiosísima y casi inagotable. Hay una primera etapa, en la que el observador se limita a reconocer objetos que le son familiares (casas, árboles, puentes, parcelas, caminos, etc.), de la que ya se puede obtener provecho en la revisión de mapas, o en su actualización. Esta fase, en la que el trabajo realizado es solo de comprobación y contraste entre realidades manifestadas en la foto y su existencia en el mapa o en el terreno, puede llamarse de foto identificación o foto lectura, y es ya una aportación notable, pero es sólo el principio de una serie de utilizaciones de mucho mayor alcance.
Como consecuencia insensible de la fase de foto identificación, quien contempla una foto comienza a hacer deducciones, al principio muy directas, después no evidentes para todos. Si es cierto que en los mapas ve más el que más sabe, en las fotografías lo es igualmente,
8
-ojos de todos, pero que contienen un mensaje cifrado, que solo algunos entienden. Esta es ya la fase de auténtica fotointerpretación, en la que a la observación de los detalles de la imagen se unen los conocimientos propios del observador, que le hacen capaz de deducir informaciones no perceptibles para los demás, pero que tampoco podrá percibir si antes no ha aprendido a foto interpretar.
Un técnico forestal no se limitará a advertir un cambio de tonalidad en una masa de árboles, sino que deducir de ella una diferencia de humedad, o la presencia de una plaga; un geólogo no sólo percibir diferencias en la estructura del terreno, sino que en virtud de sus conocimientos podrá asegurar el tipo de roca que en 61 hay. Para ambos especialistas, sus descubrimientos serán evidentes, pero sólo son porque se trata de temas que ellos conocen; quienes no tengan esa preparación, no encontrarán esas evidencias. Esta es la causa por la que no es posible la formación de foto interpretadores totales, y por la que la fotointerpretación de una zona tiene que ser una tarea de equipo, en la que cada miembro aporte las deducciones que pueda percibir.
La otra gran utilización de la fotografía aérea es la fotogrametría, expresión cuyo significado va mucho más allá del significado etimológico de la palabra. Si la palabra "fotogrametría" hace pensar en mediciones sobre fotografía, el significado real de esta técnica tiene pretensiones mucho mayores. No se trata sólo de medir, objetivo bastante elemental, como se verá en los próximos capítulos, sino de realizar una serie sistemática de mediciones que conduzcan a la formación de mapas. En nuestros días la Fotogrametría es el método topográfico habitual, que si bien no elimina por completo los trabajos de campo, los reduce en volumen y tiempo, además de mejorar su calidad, hasta extremos que fueron inimaginables en el pasado. Ciencias como la Geomorfología deben su desarrollo actual a la posibilidad de disponer de mapas cuya representación del relieve no es ya convencional, sino real y exacta.
9
Edición 1973 (fotogrametría)
Al tratar de las emulsiones fotográficas se hace historia de las investigaciones que condujeron a su descubrimiento, pero considerando la fotografía como una técnica ya conformada, su comienzo se sitúa en 1822, fecha unánimemente aceptada como la de la obtención de la primera imagen por Nicephore Niepce.
La fotografía aérea fue una idea concebida y realizada por Gaspard Félix Tournachon (1820 - 1910), un periodista y dibujante francés, conocido por el pseudónimo de Nadar, con el que firmaba.
10
-Iniciado en la fotografía por afición, convirtió esta técnica nueva en un verdadero arte, en especial en el retrato. Aficionado también a la aeronáutica, realiza algunas ascensiones en globo y tuvo la idea de utilizar la barquilla como observatorio fotográfico. En 1858 tomó la foto aérea más antigua que se conoce, una oblicua del Bois de Boulogne, tomada desde unos 300 m de altura. Hombre de gran intuición e imaginación, comprendió las posibilidades de su idea, y el 23 de octubre de 1858 inscribe una patente de invención para "un nuevo sistema de fotografía aerostática, que podrá servir parta efectuar levantamientos topográficos, hidrográficos, catastrales y para observaciones estratégicas".
Las placas de cristal y las emulsiones entonces conocidas, que debían revelarse enseguida, eran condicionantes demasiado engorrosos, pero no tardaron en superarse.
La idea de emplear las fotografías aéreas como recurso cartográfico fue utilizada entre 1898 y 1908 en el Dnieper y los pantanos del Pripet por el ingeniero ruso Thiele, utilizando cometas y un instrumento de su invención llamado perspectómetro. Este aparato dibujaba sobre la foto la imagen de una red de cuadrados en perspectiva, pasando luego la información a una cuadrícula plana. Es de destacar que las zonas señaladas son en su mayoría muy llanas y no presentan problemas de distorsión.
Todos los ensayos anteriores se hicieron empleando globos cautivos o libres, únicas máquinas voladoras disponibles, pero en cualquier caso incapaces de volar sobre una ruta preestablecida.
Vista aérea de la Plaza de l´Etoile, obtenida por Nadar
Hubo también ensayos más elementales y rudimentarios, como la mencionada elevación de cámaras mediante cometas, que inició el francés A. Batut hacia 1880, en la ciudad de Labrudgière, el uso de palomas mensajeras equipadas con cámaras de pequeñas
11
-A. Denisse, en 1888. Ninguno de estos procedimientos podía practicarse de modo sistemático y organizado, y el uso de la fotografía desde el aire tuvo que esperar hasta la aparición del dirigible, y sobre todo del avión.
El nacimiento de la fotointerpretación puede datarse el 24 de febrero de 1911, cuando el capitán Piazza, del ejército italiano, obtuvo fotografías de las posiciones turcas entre Azizia y Trípoli, durante la campaña de Libia, con fines de reconocimiento. La aviación española hizo lo mismo en Marruecos, realizando la primera misión el 3 de noviembre de 1913.
El desarrollo sistemático de esta técnica se inició en gran escala durante la Primera Guerra Mundial, no sólo a causa de su utilidad técnica, sino del progreso de la aviación. Comenzaron entonces a fabricarse cámaras especiales, destinadas a su empleo desde aviones. Al principio las cámaras no iban fijas y el observador las empleaba asomándose sobre el costado del fuselaje; la carga de negativos y el disparo eran manuales y tenían que hacerse para cada exposición, ya que aún no existía la película en rollo.
Todos los países comprendieron y utilizaron el nuevo medio de información y la aviación, nacida como medio de reconocimiento, se convirtió pronto en arma de caza para impedir la actuación enemiga. Se inició entonces una carrera entre los constructores aeronáuticos por conseguir mayor velocidad y mayor altura de vuelo, mientras los fotográficos buscaban emulsiones más sensibles y cámaras más manejables. Simultáneamente se inventaron contramedidas pasivas, en forma de camuflajes, que obligaban a los examinadores de fotografías aéreas adivinar datos por indicios. Este fue el verdadero comienzo de la fotointerpretación, ya que hasta entonces solo se había hecho identificación.
Por otra parte, la tentación de utilizar la fotografía aérea en sustitución del mapa, yuxtaponiendo imágenes para formar mosaicos, condujo a errores inevitables y tan graves, que el 28 de mayo de 1916 el Estado Mayor francos tuvo que prohibir terminantemente que se hicieran semejantes montajes, limitando la utilización de fotos separadas a la formación de croquis.
Entre 1925 y 1930 se generalizó el empleo de la película de celuloide en rollo, que Eastman había patentado en 1879, pero que tardó en sustituir a las placas de vidrio, a pesar de sus evidentes ventajas.
Hacia 1930 empezaron a usarse nuevas emulsiones, llamadas pancromáticas, capaces de registrar todos los colores y que permitieron tomar fotos a alturas hasta entonces prohibitivas.
Una figura especialmente destacada de esta etapa es la de Sidney Cotton, cuyos trabajos se iniciaron en la Primera Guerra Mundial y alcanzaron a la Segunda, contribuyendo entre ambas al desarrollo comercial y a la investigación. Cotton había sido piloto y fotógrafo del
12
-la Segunda Guerra Mundial organice -la Unidad de Desarrollo Fotográfico de Heston, origen del Photographic Reconnaissance Unit, de la RAF.
En la Segunda Guerra Mundial todos los contendientes tuvieron ya aviones especialmente diseñados para la fotografía aérea, se hicieron vuelos de reconocimiento fotográfico constantes y se planearon operaciones muy complejas basadas solo en sus datos.
Las fotografías de esta contienda fueron siempre tomadas en película pancromática de tipo convencional, es decir, blanco y negro, a pesar de que la película en color existía desde 1938.
En las posteriores guerras de Corea y Vietnam, el desequilibrio tecnológico y militar entre los contendientes dejó la investigación de nuevos materiales en manos de la aviación norteamericana, que ensayó numerosos tipos de película de color normal e infrarrojos, y diferentes sensores, muchos de los cuales siguen siendo solo de empleo militar.
Desde la aparición de los satélites artificiales equipados con sensores y capaces de transmitir información, a la fotografía se han añadido otros tipos de imágenes, cuyo estudio constituye el tema de la teledetección.
La fotogrametría no nació aérea, sino terrestre. Uno de sus pioneros, el ingeniero militar Aimé Laussedat (18191904), ideó un procedimiento gráfico de intersecciones de visuales para el levantamiento de croquis, que denominó "iconometría", perfeccionándolo con la adición de una cámara fotográfica, para construir el primer fototeodolito, la "cámara oscura topográfica". En 1862 obtuvo un premio de la Academia de Ciencias de Paris por su " Estudio de la aplicación de la fotografía al levantamiento de planos", realizando como demostración un levantamiento a escala 1/2.000 del pueblo de Le Buc, próximo a Versalles. Laussedat llamó a su técnica "metrofotografía". Pese a su indudable clarividencia en cuanto al método, no creyó en cambio en las posibilidades de la fotografía aérea, que proponía Nadar, pensando que tenía dificultades insuperables.
Independientemente de los anteriores trabajos, el arquitecto alemán A. Meydenbauer aplicó la fotografía terrestre a la obtención de planos de edificios, presentando en 1876 al Ministerio de Cultos el plano de la catedral de Koblenz; a partir de 1882 explicó su sistema en la Universidad de Aachen (Aquisgrán), y en 1883 fue nombrado director del Archivo de Monumentos de Prusia. Mediante la utilización de vistas convergentes, obtuvo plantas, alzados y secciones de 3.400 edificios, empleando más de 22.000 placas fotográficas de 40 x 40. lnventó para su procedimiento el nombre de "fotogrametría", que se ha conservado y ampliado de sentido.
En 1863, el general español Antonio Terrero publicó el primer estudio teórico sobre la fotogrametría, estableciendo relaciones entre los puntos del objeto y los correspondientes en
13
-publicado de nuevo, con más difusión en 1883, por el profesor alemán de este nombre. En 1880 en Italia se hicieron levantamientos fotográficos en los Alpes, por el ingeniero Pío Paganini, del Instituto Geográfico Militare; en Estados Unidos, J.J. Mac Arthur ensayó también en las Montañas Rocosas, y en Canadá, E. Deville utilice el procedimiento durante los levantamientos topográficos de la frontera con Alaska.
En 1892, F. Stoize, que había trabajado con Meydenbauer, inventó la “señal estereoscópica”, utilizando el fenómeno de la fusión binocular; en los años siguientes se siguió trabajando para sustituir el sistema de intersección de visuales por el efecto estereoscópico, empleando pares de fotografías con zona común. Resultado de estos trabajos fue el estereocomparador inventado en 1903 por Karl Pulfrich (18581927), y construido por la casa Zeiss, de Jena. Este instrumento trabajaba todavía con fotografías tomadas desde tierra, pero fue un avance decisivo para la posterior evolución del sistema aéreo.
Mas tarde, el capitán del ejército austriaco Eduard von Orel, ideó el "estereoautógrafo", que incorporando el estereocomparador y siempre con fotografías terrestres, podía dibujar curvas de nivel. El experimento tuvo éxito y el Institute Geográfico Militar de Viena creó una sección de Fotogrametría, dirigida por el mismo von Orel.
El primer trabajo fotogramétrico realizado en España fue el plano del barranco de Vista Hermosa, cerca de Madrid, realizado en 1886, a escala / 1.000, por Torres Quevedo con un instrumento de su invención. De más envergadura fue el plano de Ribas (Pirineos), hecho por el Teniente Coronel de Estado Mayor, Alejandro Más y Zaldúa, en 1901; el Instituto Geográfico y Estadístico siguió haciendo ensayos y el ingeniero geógrafo José Galbis levantó en 1908 el plano de Otero de Herreros (Segovia).
En 1913 reemprendió estos trabajos el ingeniero geógrafo José María Torroja Miret, que ya en 1907 había publicado su "Fundamento teórico de la Fototopografía". Se hicieron más levantamientos topográficos con fotografías terrestres en zonas de montaña (Sierras de Guadarrama, Gredos, Maestrazgo y Picos de Europa), llegando España a estar en los años treinta, junto a Alemania, a la cabeza de estas investigaciones, que fueron interrumpidas por la Guerra Civil.
Los trabajos antes aludidos de Thiele, pueden también considerarse predecesores de la fotogrametría aérea, porque además del citado perspectómetro, tomó fotos estereoscópicas mediante dos cámaras fijas a los extremos de una cometa, e inventó un disparador que sólo actuaba cuando el eje óptico estaba en posición vertical; pero el nacimiento y sistematización de la fotogrametría se produjo en el Imperio AustroHúngaro. En este país, las aeronaves dependían de la Marina, y fue el teniente de navío Theodor Scheimpflug (18651911) quien
14
-fotogrametría aérea. Empleó un aparato de su invención, al que llamó fotoperspectógrafo, con el que podía transformar las fotografías inclinadas en horizontales. Demostró además la llamada "condición de Scheimpflug", de la que se trata más adelante.
Si la Primera Guerra Mundial desarrolló la fotointerpretación, la Segunda impulse la fotogrametría, pues la mayor extensión de los frentes y las operaciones sobre zonas con poca y dudosa cartografía, obligó a improvisarla.
En los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial, la fotogrametría, ya exclusivamente aérea, se impuso en todos los servicios cartográficos nacionales y comenzó a emplearse, cada vez con mayor auge también por las empresas privadas. En unos pocos años ha sustituido a la topografía clásica en todos los levantamientos de mediana o gran extensión.
Los primeros aparatos de restitución aérea fueron del tipo "múltiplex", formados por una serie de proyectores, en cada uno de los cuales se colocaba una diapositiva, correspondiente a una de las fotos sucesivas. Se trabajaba con pares consecutivos, viendo el modelo en relieve con anaglifos.
Hacia 1960 los aparatos de restitución eran del tipo luego llamado analógico, capaces de dibujar directamente el mapa, a partir de la observación estereoscópica de pares de fotos
Hacia 1970 apareció la ortofotografía, sistema que permite la obtención de imágenes fotográficas ortogonales con pares de fotos, que individualmente son proyecciones cónicas.
Desde 1985 se popularizan los restituidores analíticos, ideados por el finés Helava, que incorporan al restituidor tradicional un ordenador. Además de dibujar el mapa, se registran tos cálculos realizados, y se archivan codificados los distintos detalles de la restitución, en forma numérica almacenada en cinta magnética. Se produce así una confección automática de la topografía, exageradamente denominada "Cartografía automática", de gran utilidad para la realización de cálculos de áreas, volúmenes, dibujo de perfiles, puesta en perspectiva, modelos digitales del terreno, etc. La aparición en el mercado de los restituidores analíticos dejó anticuados a los analógicos más modernos, y para mantenerlos en servicio se idearon mecanismos adicionales, capaces de hacerlos cumplir trabajos equivalentes.
Las informaciones analíticas pueden almacenarse en bancos de datos que es posible actualizar, corregir, conservar, transmitir o publicar en el momento deseado. Es de destacar, por su importancia en la sociedad actual, la economía de espacio y tiempo que el procedimiento aporta, pero no debe olvidarse nunca que el origen y el fin de toda la operación es la formación del mapa, pieza absolutamente insustituible por ningún otro medio de información.
15
-1.2.- CONCEPTOS GENERALES DE CARTOGRAFÍA
Un mapa o un plano es la representación de todo o de una parte de la superficie terrestre. La diferenciación entre uno y otro proviene de la necesidad de tener que considerar a la superficie de la tierra como un plano (plano) o considerarla en su verdadera forma (mapa). Principalmente la diferencia se establecerá en función de la superficie de territorio a representar. Si la superficie es pequeña, se comete un error tolerable si consideramos la tierra plana, pero en cuanto la superficie aumenta ese error se queda fuera de tolerancia. En fotogrametría vamos a considerar siempre que estamos en el caso de realización de mapas, y por tanto consideraremos siempre a la tierra en su verdadera forma y dimensión (con las particularidades que veremos a continuación).
En la representación cartográfica se utiliza el Sistema de Representación de Planos Acotados.
En cualquier caso (plano o mapa), los elementos contenidos en ellos podemos subdividirlos en elementos planimétricos y elementos altimétricos.
La planimetría es la representación en el plano XY de los elementos que se encuentran en la superficie terrestre, tanto naturales (ríos, vaguadas, etc.) como realizados por la mano del hombre (carreteras, edificaciones, etc.). En fotogrametría digital, de los elementos planimétricos se va a extraer no solamente las coordenadas XY sino también la coordenada Z. Los elementos que se representarán en un mapa o en un plano dependerá de la escala del mapa o plano que se esté realizando. Este tema ocupará una buena parte del curso, pero aquí indicaremos solamente que en función de dicha escala los elementos se representarán en su verdadera forma y dimensión, o a través de un elemento puntual que indique solamente la posición del elemento. Igualmente, en función de la escala se representarán unos elementos u otros. Como ejemplo sencillo podemos indicar la representación de edificios aislados a escala 1:1.000 o a escala 1: 25.000
La altimetría es la representación de las altitudes de los puntos del terreno, y se realizará mediante la generación de las curvas de nivel o a través de puntos acotados (de ambos elementos se capturarán igualmente las coordenadas X,Y y Z. En fotogrametría se miden siempre altitudes y no cotas. (Es decir, el origen de altitudes o altitud 0 se sitúa en el nivel del mar en Alicante).
Dado que, como hemos dicho anteriormente, en fotogrametría vamos a suponer la tierra en su verdadera forma y dimensión, vamos a introducir el concepto de CARTOGRAFÍA como la ciencia que permite representar una parte o la totalidad de la superficie terrestre, de
16
-una tolerancia. (Que sean menores que un cierto valor).
La superficie terrestre tiene la forma de una esfera algo achatada por los polos (geoide). Pero es una superficie irregular en la que no sería posible representar sus elementos de forma homogénea. Por eso se sustituye esa esfera por otra que se asemeje lo más posible a la realidad y que tenga la homogeneidad de la que carece la superficie terrestre.
Esa superficie es un elipsoide de revolución (generada a partir del giro de una elipse alrededor de su eje menor). Se ha elegido un elipsoide cuya forma se parezca lo más posible a la de la tierra. Ese elipsoide se conoce con el nombre de elipsoide de Hayford y se caracteriza por unos valores de los semiejes de la elipse.
Sobre esta elipse, la posición de cualquier punto de la superficie terrestre se puede conocer a través de sus COORDENADAS GEOGRÁFICAS. Estas coordenadas son Longitud y Latitud, de las que estudiaremos su significado posteriormente.
Dado que la representación que nosotros vamos a realizar de la superficie terrestre es sobre un plano, debemos transformar esa elipse en un plano. Si la Tierra la hubiéramos podido asimilar a un cilindro o a un cono, el transformar esas superficies a plano, no hubiera supuesto más que cortar por una generatriz del cilindro o del cono, y desarrollarla sin modificar la posición de los puntos que forman la superficie. Al ser un elipsoide eso no es posible, es necesario “chafar” el elipsoide. Esa operación introduce modificaciones en la posición de los puntos de la superficie terrestre, por lo que va a haber errores cuando nosotros determinemos la posición de puntos, de distancias, de superficies, etc. Por ese motivo esa transformación del elipsoide al plano, se debe hacer con una técnicas especiales que son las que estudia la cartografía.
El método que va a seguir es, mediante fórmulas matemáticas, hacer una proyección que traslade los puntos del elipsoide a puntos de una superficie que se pueda desarrollar (cilindro o cono). Al realizar esta proyección se cometerán desviaciones (errores), pero esos errores serán menores que un cierto valor tolerable. No existe una única proyección, ya que a lo largo de los tiempos se han venido utilizando la que se creía más conveniente y que mejor se adaptaba a las necesidades. Hoy en día, para la cartografía que se realice en territorio nacional, se utiliza una proyección conocida con el nombre de proyección U.T.M. (Universal Transversa de Mercator).
En cartografía se define que el máximo error que se puede cometer en la determinación de un punto es una cantidad igual a 0,2 mm x M, siendo M el denominador de
17
-error que está permitido cometer es de:
0,2 mm x 1.000 = 200 mm = 20 cm.
Entendiendo que este error no es debido a una equivocación en el proceso sino una tolerancia debida a los errores que inevitablemente se van a cometer debido al método utilizado para la generación de los planos.
Una vez proyectado el elipsoide sobre una superficie desarrollable, se desarrollará ésta y tendremos la superficie terrestre sobre un plano. Para definir la posición de los puntos de la tierra sobre ese plano se utilizarán coordenadas x e y que se definirán en función del tipo de proyección que hayamos utilizado para convertir el elipsoide en un plano.
1.3.- FASES DE LA PRODUCCIÓN CARTOGRÁFICA
En este punto vamos a ver, de manera muy somera, las distintas fases que se siguen para la realización de un plano. Estas fases se irán viendo más en detalle a lo largo del curso, por lo que deberán comprender ahora solamente los conceptos generales.
Para la generación de un plano a partir de un vuelo fotogramétrico, deben seguirse los siguientes pasos:
Realización del vuelo Fotogramétrico. Apoyo de campo.
Restitución fotogramétrica. Corrección de campo. Edición cartográfica.
Generación de ficheros y dibujos.
En primer lugar hay que diseñar el vuelo fotogramétrico para que cumpla con las especificaciones necesarias para el trabajo a realizar. Habrá que definir las direcciones por donde debe volar el avión, la altura a la que debe volar, la cámara fotográfica que debe utilizar, el tiempo que debe transcurrir entre un disparo y otro, el tipo de película, en que condiciones metereológicas, etc.
Una vez verificado que el vuelo se ha realizado siguiendo las instrucciones dadas, se pasa a la fase de apoyo de campo que, en líneas generales, va a consistir en dar coordenadas X,Y,Z a una serie de puntos identificables en la fotografía, utilizando métodos topográficos, para a partir de ellos poder dar coordenadas (mediante fotogrametría) al resto de los puntos del fotograma. Como verán más adelante, como resultado de los trabajos de
18
-utilizados por el operador de fotogrametría para identificarlos en la foto.
A continuación se inicia el proceso fotogramétrico. En primer lugar se realizan una serie de operaciones encaminadas a conseguir obtener la visión estereoscópica del terreno reflejado en las fotografías, y posteriormente a dar coordenadas (a través de los puntos de apoyo) a cada punto de la misma. Esos procesos que verán muy detenidamente a lo largo del curso se denominan orientación interna, orientación relativa y orientación absoluta. Posteriormente se inicia el proceso de restitución propiamente dicha que consistirá en extraer la información contenida en las fotografías y se irá generando el mapa topográfico. Como producto final se obtendrá un fichero informático con las coordenadas y la codificación de todos los elementos extraídos.
El plano generado adolecerá de ciertos errores debido principalmente a dos causas distintas. En primer lugar al tipo de proyección de la fotografía. Como veremos, la foto es una proyección cónica del terreno, lo que provoca que en algunos casos ciertos elementos no sean visibles en la foto al ser ocultados por otros elementos (por ejemplo una acera oculta tras una manzana de casas, fachadas ocultas por los aleros, etc), o por las sombras arrojadas por los elementos. En segundo lugar debido a los errores y/o equivocaciones del operador, que puede introducir tanto en la métrica como en la fotointerpretación de los elementos. En cualquier caso, para que se puedan corregir en el plano definitivo estos errores, es necesario una verificación en campo del plano generado en la restitución. Para ello se procede a dibujar en un ploter, a la escala del plano, el fichero obtenido, dotándole de una simbología que será función del elemento capturado. Con ese ploteado, se va a campo y se corrigen los errores o malas interpretaciones. El personal de corrección de campo va anotando en el plano todos los errores que se encuentra anotando en el mismo tanto las codificaciones correctas, como añadiendo mediante medidas a puntos fijos los elementos no capturados en la restitución.
Posteriormente, utilizando un programa C.A.D. (en nuestro caso Microstation), se procede a volcar en el fichero de restitución todas las correcciones introducidas en campo, con las ayudas que el propio sistema facilita. Este proceso se conoce con el nombre de edición cartográfica y como resultado final se obtiene un fichero con la información corregida y depurada.
Por último se procede a realizar las salidas gráficas que haya que entregar al cliente, añadiendo al fichero final la carátula que éste haya definido (escala numérica y gráfica, leyenda, datos accesorios, etc.). Igualmente se generan los ficheros con la información digital. El formato de los ficheros y las codificaciones utilizadas, pueden o no coincidir con los utilizados por la empresa en la realización del trabajo. En caso de no coincidencia se deben
19
20
-Fotointerpretación y Fotogrametría, J. Martín López. EUIT Topográfica, UPM Madrid Año 1993
Casi todos los tratados de fotografía comienzan exponiendo las similitudes entre la cámara y el ojo humano, derivados del hecho de ser ambos instrumentos capaces de percibir realidades exteriores transformándolas en informaciones internas, a base de imágenes obtenidas a través de una relación del tipo que en Geometría se llama proyección cónica.
Tanto el ojo como la cámara, establecen esta relación, y ambos nos permiten conocer el mundo exterior a cada uno de nosotros, pero además hay una similitud muy especial entre las imágenes naturales y las obtenidas por la fotografía, porque ambas son el resultado del mismo tipo de proyección. Entre cámara y ojo hay grandes semejanzas en cuanto al sistema de adaptación a la luz, realizada por el iris y el diafragma y también diferencias acusadas, sobre todo en cuanto al funcionamiento del enfoque, pero predomina el hecho fundamental de la semejanza entre las imágenes que forman y que es causa de la facilidad de la comprensión inmediata de la fotografía por todos los observadores.
Para la cámara el vértice de la citada proyección, se sitúa en un punto emplazado en el centro geométrico de la lente, fácilmente localizable en las lentes sencillas, y más complicado en el caso de la localización del de los objetivos compuestos, cuya determinación es un problema de Óptica. Normalmente se obvia esta situación, suponiéndola resuelta, a fin de simplificar las numerosas figuras necesarias para entender conceptos y aclarar ideas, tanto en fotografía como en fotogrametría; sólo en problemas muy concretos y en temas en que se estudia la precisión de las cámaras, vuelve a plantearse esta cuestión.
Las propiedades de la proyección cónica, estudiadas por la Geometría desde mucho antes de la invención de la fotografía, permiten realizar una serie de determinaciones que a partir de una imagen fotográfica pueden proporcionar información métrica sobre los objetos en ella representados.
Por el vértice de proyección pasan todas las rectas que unen puntos del espacio con sus consiguientes representaciones, situadas todas ellas en un único plano de proyección, llamado en general plano focal, y que en el caso de la fotografía está materializado por la película. De este modo, puntos situados en un espacio exterior de tres dimensiones, pasan a estar representados en una imagen de dos dimensiones. La distancia del vértice al plano focal es la distancia focal. La proyección obtenida conserva las propiedades proyectivas de las figuras reales, mientras que las propiedades métricas, solo se mantienen en posiciones especiales.
La posición del plano, de proyección, se sitúa en Geometría habitualmente entre el vértice y el objeto: en fotografía ocupa una posición simétrica a esta, quedando el vértice entre objeto e imagen. Esto no supone más que la conocida inversión de figuras, propia de esta técnica.
21
-El eje óptico es la recta perpendicular al plano de la imagen, trazada por el vértice, y corta al citado plano en un punto llamado principal. La distancia focal separa el vértice del punto principal.
En una fotografía geométricamente correcta, el punto principal es el centro geométrico del campo impresionado, que según los formatos, tendió la figura de un cuadrado o bien de un rectángulo.
2.1. ASPECTOS GEOMÉTRICOS DE LA FOTOGRAFÍA
El plano horizontal que pasa por el vértice corta al plano de la imagen según una recta, que es la del horizonte, pero la posición en la imagen de esta intersección varia en cada caso, como veremos.
En general, la recta perpendicular al plano del terreno que pasa por el vértice, corta al plano de la imagen en un punto llamado nadir.
La bisectriz del ángulo formado por la vertical y el eje óptico corta al plano de la fotografía en un punto llamado punto focal o isocentro. El isocentro tiene la propiedad de ser el único punto de la imagen en el que las rectas que pasan por él forman los mismos ángulos que las del plano del terreno a las que representan. (Fig.)
22
-Cada punto del espacio está representado en la imagen por otro punto, estando ambos alineados con el vértice; como consecuencia, dos puntos exteriores alineados con el vértice, están en la misma recta y tienen como imagen un único punto. Por esta causa la correspondencia entre puntos de imagen y puntos del espacio no es biunívoca, de modo que existe una indeterminación sobre la posición de los puntos del espacio y de los objetos que ellos definen.
Si a cada punto del espacio se le asocia otro, que sea su proyección ortogonal sobre el plano horizontal, el segmento que ambos puntos determinan si está definido. (Fig)
A rectas reales corresponden rectas imagen, con la excepción de las que coincidan con rayos proyectantes, es decir, que pasen por el vértice, las cuales tienen por imagen un único punto (Fig).
Imagen del punto S y de la recta AB
23
-imagen con una paralela al sistema de rectas considerado, trazada por el vértice de proyección. La excepción son las rectas paralelas al plano de la imagen, cuyas representaciones son también rectas paralelas, ya que la intersección definitoria se traslada al infinito. (Fig).
Rectas paralelas, imágenes concurrentes
2.3 LA VISIÓN NATURAL
Por lo que a la mecánica de la cámara y del ojo se refiere, la mayor diferencia que existe entre ellas es el sistema de enfoque. En la cámara el enfoque se realiza variando la distancia focal para separar el objetivo de la película en función de las variaciones de distancia entre el objetivo y el objeto; en el ojo, el cristalino, que no es un objetivo rígido, varia su curvatura por acción muscular, y la acomoda a la distancia precisa.
Las determinaciones de distancia, que en la cámara realiza el telémetro, el ojo las evalúa en función de su capacidad de percibir el relieve.
El ángulo de campo del ojo tiene una zona central, variable en cuanto a posición, puesto que el ojo gira dentro de su órbita, pero de un valor angular fijo próximo a los 60". Sin embargo no hay en el ojo la limitación total de la cámara, que no percibe nada fuera de su ángulo de campo; por el contrario, este ángulo central de visión bien definida está rodeado por otro más amplio de visión menos clara, pero susceptible de acusar detalles capaces de estimular su atención y conseguir que el ojo cambie de posición, de modo casi automático, para dirigirse hacia el motivo de su alarma. No hay que olvidar que el ojo es el órgano de la visión y que este es el sentido más agudo de la especie humana, encargado no solo de transmitirnos la información de nuestro entorno, sino de procurar la necesaria para garantizar la subsistencia de la especie, tanto avisando de peligros, como de la presencia de objetos deseables.
24
-El factor ángulo de campo resulta muy mejorado además por la doble visión y por la estereoscopia que esta genera. La profundidad de campo está en el ojo menos condicionada que en la cámara, pero no es tan total como en principio parece, especialmente cuando la vista se concentra en un objeto muy próximo, sin embargo supera las limitaciones que la cámara tiene en este sentido.
Fácilmente podrían establecerse semejanzas entre las aberraciones ópticas y los defectos del ojo humano; no es por casualidad que el astigmatismo se da en ambos casos; las lentes de aproximación aplicables a una cámara son asimilables a la lupa que se emplea para ver detalles cuya pequeñez excede los limites de la agudeza visual el teleobjetivo cumple la misma función para la cámara que el anteojo para la visión natural.
En cuanto a la apariencia del mundo exterior que el ojo proporciona, es evidente que las construcciones geométricas indicadas coinciden con el sistema de imágenes que nuestros ojos nos muestran.
Los conocidos efectos visuales, según los cuales las rectas paralelas parecen converger en el horizonte, las diferencias de tamaño aparente de los objetos en función de la distancia, fueron el origen de los estudios de la Perspectiva y la Proyectiva, iniciados precisamente por los pintores deseosos de interpretar el mundo del modo en que todos lo vernos. (Fig)
Lo que los pintores encontraron estudiando la geometría, la cámara fotográfica lo resuelve aplicándola directamente con su sistema óptico.
25
-2.4. LA VISIÓN FOTOGRÁFICA
Por estas causas, la fotografía, como reproductora de imágenes conocidas, no tiene dificultades de aceptación, en tanto haya sido obtenida con objetivos normales y se haya tornado desde un punto de vista habitual. Sin embargo el uso de objetivos especiales causa deformaciones. Se ha comentado también que el punto de vista original de las fotografías aéreas es sorprendente para una mayoría de los observadores, no habituados a mirar el terreno desde su vertical, aunque no hay diferencia entre ellas y la imagen visible desde un avión mirando hacia el suelo.
En cualquier caso, la comprensión de una foto aérea o de un esquema geométrico explicativo, requieren una cierta concentración e imaginación por parte del observador. El orden expositivo de los capítulos siguientes tiende a facilitar esta interpretación, avanzando progresivamente desde la imagen horizontal, equivalente a la visión habitual del mundo por parte de un hombre en pie que mira al frente, hasta la imagen vertical, propia de un observador aéreo, pasando por las oblicuas que corresponden a los distintos panoramas visibles desde una torre, para quien comience mirando a lo lejos y agache progresivamente la cabeza, hasta ver el pie del edificio.
2.5 CÁMARAS AÉREAS
Aunque la fotografía oblicua no ha desaparecido, e incluso es muy empleada en algunas aplicaciones de fotointerpretación, en la mayoría de los casos se trabaja sobre fotografías verticales de gran formato, tomadas con cámaras especiales: en cuanto a la fotogrametría, no hay excepciones, siendo usadas siempre las verticales. La obtención de las fotografías aéreas verticales se realiza mediante cámaras especiales, que no difieren en lo esencial de las restantes, pero tienen algunas particularidades propias que es preciso destacar.
Entre las primeras cámaras específicamente construidas para su empleo desde el aire, hay que recordar las construidas en 1885 por los franceses Tissandiery Ducom, con focal de 360 mm.
En 1911 se construyeron en Francia cámaras con focales de hasta 120 cm, y formato 18 x 24 cm, para su empleo en reconocimientos militares, que seguían en funcionamiento al comienzo de la Primera Guerra Mundial. Durante esta guerra, se emplearon además las cámaras alemanas Ernemann (focal 250 mm, formato 13 x 18, peso 5,8 Kg), Ica (focal 500 mm, formato 13 x 18, peso 9 Kg) y Goerz (focal 1.200 mm, capaz de obtener fotos desde 4.000 m de altura, a escala 1 /1.333); y las británicas Aero P, de R.W. Munro, con placas de 4 x 5" y objetivos de 8.5 y 10.5". En todas ellas la carga de negativos y el disparo eran manuales y debían efectuarse para cada exposición.
26
-empleaban ya película en rollo, y se utilizaban desde aviones especialmente diseñados, que en general eran versiones desarmadas de aviones de caza o bombarderos ligeros, equipados para el vuelo a grandes alturas, o para el reconocimiento rasante a gran velocidad. Todos los países contendientes desarrollaron aviones y cámaras propias.
En la actualidad la toma de fotografías aéreas es una práctica habitual y ha desaparecido del proceso toda improvisación; aviones y cámaras son especialmente equipados para realizarlas y el personal que maneja unos y otras es profesional.
Por su apariencia, lo más notable de estas cámaras es su gran tamaño y peso, correspondientes a las dimensiones del cliché que impresionan, también muy superior en dimensiones a los habituales, pero las características más importantes son internas y están relacionadas con las condiciones que las fotos deben cumplir para su empleo. Para evitar vibraciones, conseguir una verticalidad más segura y poder girarlas sobre si mismas si así conviene, las cámaras se fijan al piso del avión sobre un sistema de acoplamiento que incluye una suspensión cardan. La cámara queda íntegramente en el interior del avión; sólo el objetivo asoma al exterior a través de un orificio practicado en el piso. Este contacto del sistema óptico con el aire frío exterior puede producir condensaciones, que se evitan por distintos medios.
CÁMARA AÉREA AUTOMÁTICA WILD RC8
2.5.1. -OBJETIVOS.- Los objetivos montados en las cámaras aéreas son de la mejor calidad conseguida en óptica, muy luminosos y prácticamente exentos de distorsiones. Van atojados en un cono metálico intercambiable, que permite su sustitución rápida y sencilla, incluso en
27
-Las distancias focales varían entre 85 y 305 mm (12"), siendo las más frecuentes 152 mm ( 6 " ) y 210 mm. (8.2") Para vuelos de gran altura hay tele-objetivos de él0 mm (24").
El ángulo de campo oscila entre valores del orden de 60° y 90°, aunque hay gran angulares de 120° y teleobjetivos de 30'.
OBJETIVO PLEOGON 5,6/153 OBJETIVO A VIOTAR 4,2 /210
2.5.2. - OBTURADORES Los obturadores son de un tipo especial, consistente en un sistema de laminillas circulares rotatorias, con una sección recortada, a las que un motor mantiene en giro constante, regulando el tiempo de coincidencia de las posiciones recortadas ante el eje óptico. Este mecanismo permite una gran exactitud en el control de tiempos de exposición, en la apertura y cierre instantáneos, y en el intervalo entre exposiciones. Sus tiempos de exposición tienen un margen que va desde 1: 50 hasta 1: 1.000, siendo los utilizados con más frecuencia los del orden de 1: 200 a 1: 500.
OBTURADOR DE FLOTACIÓN CONTINUA 'Aerotop"
2.5.3. - TIEMPOS DE EXPOSICIÓN. EL FLOU. Las velocidades de exposición están condicionadas por la velocidad de vuelo, que en el caso de los aviones fotográficos civiles suele ser inferior a los 360 Km. /h, es decir, 100 m / seg. : a esta velocidad, en 1: 50 de seg.
28
-relación entre estos desplazamientos y el movimiento relativo respecto a la imagen depende de la escala y a su vez esta es función de la altura de vuelo. Como se verá más adelante. Un sencillo cálculo demuestra que la traslación carece de importancia en la formación de la imagen y que el "efecto flou", no es preocupante. Este efecto, correspondiente al que en fotografía normal se llama "movimiento") no debe superar al desplazamiento de un punto de la imagen en más de 1/20 mm = (0,05mm)
En el caso de los aviones militares de reconocimiento fotográfico, las velocidades son mucho mayores, sobrepasando en algunos casos ampliamente la del sonido, pero en cambio las alturas de vuelo son muy grandes, las escalas pequeñas y los desplazamientos en apertura, tampoco son significativos.
Para aminorar el efecto flou, algunas cámaras disponen de un mecanismo que desplaza la película en sentido contrario al del vuelo; reduciendo el espacio recorrido durante la impresión. estos mecanismos se conocen por sus siglas inglesas FMC (Forward Motion Compensation), y están dotadas de ellos las últimas cámaras de Zeiss Jena, Zeiss Oberkochen, Wild y CIIGAiK. Incluso se ha previsto otra compensación lateral, con un estabilizador giroscópico, llamado AMC (Angular Motion Compensation). De este modo es posible. Aumentar la altura de vuelo, sin que la disminución de escala ejerza un efecto de aumento lineal, con el consiguiente ahorro de fotos.
La siguiente tabla, fácil de construir para cualquier velocidad, muestra los limites dentro de los que es posible emplear cada tiempo de exposición, según la velocidad del avión y la escala media de la fotografía:
Exposición 1/100 1/200 1/500 1/1.000 E.a 360Km/h 1m 50 cm 20 cm 10 cm a 1/5.000 0,2mm 0,1mm 0,04 mm 0,02 mm a 1/10.000 0,1 0,05 0,02 0,01 a 1/30.000 0,03 0,015 0,006 0,003 a 1/60,000 0,015 0,007 0,003 0,001
Los objetivos empleados en las cámaras aéreas permiten el uso indistinto de diferentes tipos de película, aunque para la utilización de algunos sea necesario emplear filtros especiales. Con el dato de la sensibilidad de la película y su propia lectura de la luz ambiental, las cámaras seleccionan automáticamente el diafragma, manteniendo la mínima velocidad aconsejable. Las cámaras más antiguas no disponían de este equipo y era necesario emplear exposímetros, análogos a los fotómetros ya descritos; en cuanto a las primitivas, no tenían diafragma, porque la luminosidad escasa de sus objetivos obligaba a emplearlos siempre en su máxima abertura. El progreso habido tanto en la óptica, como en la sensibilidad de la película, ha hecho necesario añadir este mecanismo..
No hay en cambio sistema de enfoque, por no ser necesario, ya que las tomas se efectúan siempre a alturas muy superiores a las distancias consideradas en fotografía como infinitas. En estas condiciones, la profundidad de campo cubre en con-secuencia ampliamente las diferencias de distancia desde los puntos más próximos a los más alejados del terreno retratado y toda la imagen es nítida.
La altura de vuelo de los aviones fotográficos los lleva a operar en zonas muy frías de la atmósfera, por lo que los aviones modernos suelen tener su interior a presión y temperatura reguladas, con el fin de evitar que las diferencias térmicas entre la cámara y el terreno produzcan efectos de contracción en las lentes y en la emulsión. En algunos casos se emplea un sistema de calefacción constante para la cámara.
2.5.4. -PLACA DE PRESIÓN.- El control de la profundidad de foco tiene en estas fotos una importancia extraordinaria, ya que de la posición correcta de la película en el plano focal depende el cumplimiento de las relaciones geométricas de que se tratará más adelante. Se consigue la posición correcta mediante una placa de presión al vacío.
2.5.5. -FORMATOS.- Las dimensiones totales del negativo son unos centímetros mayores que el espacio útil de cada exposición. Los más frecuentes de estos suelen ser 18 x 18 cm, o 23 x 23 cm (9" x 9"), como espacio útil, pero cada imagen registra además un marco que contiene una serie de informaciones propias de la cámara y otras referentes a la propia foto. En consecuencia, las dimensiones del papel son superiores en algunos centímetros a las del campo de la foto.
2.5.6. -EL MARCO Y SU INFORMACIÓN El recuadro que limita la fotografía está perfectamente definido mediante un marco cuadrado, que en el centro de cada lado tiene una muesca o flecha, destinada a la localización gráfica del centro geométrico de la imagen; en ocasiones hay otras marcas auxiliares para el mismo fin, llamadas marcas fiduciarias.
En los laterales de este marco hay una serie de instrumentos, cuyas indicaciones tienen gran importancia para el empleo de la foto; figuran entre ellos un nivel de burbuja, que permite conocer la horizontalidad de la placa, o lo que es lo mismo, el valor de la verticalidad del eje óptico; un altímetro, con lectura directa de las decenas de metros sobre el nivel del mar; un reloj con segundero; un contador de exposiciones, que asigna número a cada fotografía. En una ventana fija están los datos propios de la cámara, con la distancia focal aproximada a la centésima de milímetro.
A título complementario hay otros espacios libres, que permiten registrar el nombre del organismo 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, el número del vuelo y de la pasada.
Algunas cámaras tienen también una cuadricula de fondo, que aparece en todas las exposiciones y se utiliza para determinación geométrica de puntos, o como referencia en exploraciones de la fotografía.
2.5.7. INTERVALO ENTRE EXPOSICIONES.- Es posible conocer el espacio recorrido por el avión en un cierto tiempo a partir de su velocidad, que es un factor controlable. Contando con esta posibilidad, al establecer el plan de vuelo, de que se había más adelante, puede calcularse el tiempo que debe transcurrir entre dos exposiciones consecutivas. Un mecanismo regulador, llamado intervalo metro, permite fijaren la cámara la cadencia entre disparos, que puede efectuarse automáticamente, aunque en el caso de realizarse un vuelo con fotógrafo no es necesario su empleo, prefiriéndose el disparo manual, controlado mediante otro instrumento auxiliar, que es el visor telescópico. El intervalo mínimo entre exposiciones suele ser de dos segundos, tiempo en el que el motor encargado del paso de la película enrolla el espacio impresionado, situando ante el objetivo el nuevo disponible para el disparo siguiente.
2.5.8. VISOR TELESCÓPICO.- Es una especie de periscopio adosado a la cámara, a través del cual el observador vigila el recorrido del avión sobre el suelo, para accionar el disparador en el momento preciso en que se encuentra sobre la vertical del punto deseado. El intervalómetro, le permite ver unas marcas cuyo desplazamiento señala el solape previsto; el operador puede controlar así el recubrimiento, utilizando un mando que acciona el disparador en sincronía con unas marcas desplazantes que corresponden al recubrimiento deseado y a las que debe hacer coincidir con otras que muestran el paso del
REGULADOR DE RECUBRIMIENTO
2.5.9. -CONTROL DE VERTICALIDAD. Puesto de manifiesto por la imagen del nivel, como garantía de calidad, está asegurado por un sistema estabilizador de suspensión cardan, que elimina además las vibraciones del avión.
2.5.10. -CALIBRACIÓN DE LAS CÁMARAS.- En el Capítulo 3 se trata de la relación métrica que existe entre la altura de vuelo y la distancia focal de la cámara, en la que se funda toda la serie de relaciones que hacen posible el empleo de la fotografía aérea para efectuar mediciones. Todo depende de una semejanza de triángulos, uno de los cuales, el interior a la cámara, tiene como cateto vertical la distancia focal, medible en milímetros: en cambio en el exterior, el cateto correspondiente es la altura de vuelo, que puede medir cientos o miles de metros.
Siendo la proporción entre ambos factores tan desfavorable a la cámara, la única posibilidad de que las relaciones establecidas sean válidas consiste en la garantía de una calidad excepcional en la cámara, no sólo en las lentes de su objetivo, sino en la distancia entre ellas y la que le separa del plano focal, es decir es necesario un control exacto de las dimensiones internas de la cámara.
Simplificación Geométrica Condiciones reales
Los puntos nodales O’ y O’’ sustituyen de hecho al teórico punto O. La determinación de la distancia focal
OP se convierte en un problema óptico. CALIBRACIÓN DE LA CÁMARA
Por otra parte, aun cuando en todos los esquemas explicativos se supone la existencia de un foco de proyección que es vértice de dos ángulos opuestos en él, la realidad óptica es distinta y ambos ángulos no son en realidad coincidentes. (Fig.); además, estos dobles focos de proyección, llamados "puntos nodales", tampoco son únicos, y debe determinarse su posición para distintos pares de puntos.
El fabricante calibra cada cámara antes de ponerla a la venta, pero esta operación debe realizarse también con posterioridad, con la periodicidad que se establezca.
El calibrado completo debe comprender una serie de operaciones, que son:
a) Determinación de la distancia focal del objetivo, con aproximación de la centésima de mm.
b) Determinación de su poder separador.
c) Situación de la posición del punto principal de la placa respecto a las marcas que le localizan.
d) Evaluación de las distorsiones radiales y tangenciales. e) Comprobación de la planeidad del plano focal.
f) Comprobación de las posiciones relativas entre las marcas fiduciarias.
g) Si la cámara tiene cuadricula de referencia, hay que determinar además las posiciones de las cruces respecto a las marcas.
Como puede suponerse, la realización de estas determinaciones sólo está al alcance de laboratorios ópticos dotados de un instrumental de muy alta precisión. En España la garantía de esta operación es de sólo dos años, y siendo necesario repetiría con tanta frecuencia, se trata de encontrar procedimientos menos engorrosos y suficientemente fiables. El método ensayado consiste en la toma periódica de
fotografías de un campo de pruebas, en el que hay materializadas una serie de señales, cuyas coordenadas están calculadas con precisión. Las placas resultantes son estudiadas y medidas para contrastar las posiciones resultantes con las correctas.
2.6. EL PROYECTO DE VUELO
2.6.1. –RECUBRIMIENTO Y PASADAS
Se llama proyecto de vuelo al conjunto de cálculos previos a la realización de un vuelo fotográfico, mediante los cuales se organiza la operación para conseguir el fin propuesto, con las condiciones establecidas.
El vuelo fotográfico se realiza a una altitud que debe calcularse en función de la escala deseada y de la distancia focal de la cámara , pero además debe cubrir con sus imágenes un cierto territorio y es preciso que cada foto tenga una zona común con las contiguas. Para cumplir estas condiciones, el avión fotográfico debe volar a altura constante, siguiendo una ruta predeterminada, y a velocidad constante, para realizar sus disparos con intervalos regulares que se correspondan a recorridos iguales.
Otro cálculo previo es el de la hora de vuelo, relacionado con la altura del Sol sobre el horizonte, que es función de la latitud, de la fecha y la hora. Su resolución precisa de unas tablas astronómicas: pero como en general se prefieren las fotos con poca sombra, se intenta volar hacia el mediodía.
RECUBRIMIENTO LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL
Pasada 1 (fotos 1 a 5), pasada 2 (6 a 10)
Teniendo en cuenta las dimensiones de las bobinas, lo normal es que todas las fotografías de un mismo vuelo están en un solo rollo, cuyo numero de identificación aparecerá rotulado en todas; en cambio un solo vuelo comprenderá habitualmente más de una pasada, denominación que se da a cada travesía cruzando la zona a fotografiar. también las pasadas se numeran para facilitar los trabajos posteriores.
Cada fotografía tiene una parte común con la anterior, a la que se llama "zona de recubrimiento", expresándose su valor en porcentaje de la superficie de la foto. En otro capítulo veremos que para conseguir la visión estereoscópica en todo el territorio volado, es necesario que el recubrimiento lateral sea mayor del 50 %, para que en cada foto aparezcan los puntos centrales de las dos contiguas. Son frecuentes los recubrimientos del 60 %.
También las pasadas deben solaparse, en este caso no por razones estereoscópicas, sino como garantía de que ninguna zona del territorio quede sin retratar; este recubrimiento transversal puede ser mucho menor, bastando un solape del 20 %.
2.6.2. -EL EJE DE VUELO.- En la preparación del vuelo fotográfico, siempre que es posible se empieza marcando sobre un mapa la zona que se fotografiará. Una vez calculada la dimensión del territorio correspondiente a cada foto en la escala del mapa, se indican sobre este los ejes de vuelo de cada pasada, cuidando de mantener el recubrimiento transversal previsto. Sobre los ejes de vuelo y a los intervalos regulares que correspondan al recubrimiento propuesto, se marcan los puntos sobre cuya vertical deberá realizarse la exposición de la película.
EFECTO DE LA DERIVA
Superficie útil obtenida
Durante el transcurso del vuelo, es posible que vientos laterales desvíen levemente al avión, que debe corregir la deriva y mantenerse sobre la línea prevista. En ocasiones, el avance se mantiene rectilíneo, pero el avión vuela oblicuamente y los solapes laterales quedan escalonados. Para compensar este efecto, que en la práctica reduce la anchura útil de la pasada, el fotógrafo dispone de un mecanismo compensador, que le permite girar la cámara sobre su soporte del modo conveniente. (Fig.).
En un vuelo perfecto, el punto central de cada fotografía coincidirá con el punto propuesto, todos estos puntos estarán sobre la misma recta en cada pasada, y las pasadas serán rigurosamente paralelas.
Para marcar sobre una fotografía el eje de vuelo de la zona que recubre, se señalarán en ella, además de su punto central o "principal", las imágenes correspondientes a los puntos principales de las contiguas, uniendo a continuación todos ellos.
2.6.3. -DISTANCIA ENTRE PUNTOS PRINCIPALES: FOTOBASE- La distancia entre estos puntos es el factor que condiciona el recubrimiento. Expresando la distancia entre centros en tanto por ciento de la longitud del lado del cliché, resulta que este valor es complementario del recubrimiento, pues la distancia entre centros es igual a la que hay entre los bordes delanteros de cada fotografía, y esta ultima es el complemento del solape. (Fig.)
Cuando el terreno es horizontal, la distancia entre centros, es idéntica en las dos fotografías, y es la reducción a escala (fotobase), de la distancia recorrida en el espacio por el avión entre ambos disparos (base).
2.6.4. -LAS CONDICIONES AMBIENTALES.- El primer condicionante con que tropieza la fotografía aérea es la presencia de nubes, o de modo más general, las condiciones meteorológicas, que hacen que el vuelo sea o no factible. Ciertas neblinas son superables para las películas IR, pero su empleo no es frecuente, por lo que es más normal esperar días favorables, habiendo dado lugar esta circunstancia a alusiones irónicas entre los pilotos, que denominan humorísticamente a los que hacen vuelo fotográfico "pilotos de buen tiempo". Naturalmente esto no cuenta con los de reconocimiento militar, que a los inconvenientes meteorológicos deben añadir la antiaérea y la caza enemigas, que los obligan a volar a grandes alturas, con el agravante de tener que mantener el eje de vuelo previsto.
sombras sobre el suelo, que serán distintas en cada foto, a veces con gran diferencia, si hay viento de regular intensidad. Es un efecto muy molesto para el examen estereoscópico de los pares de fotos.
Un techo homogéneo de nubes altas, no dificulta el vuelo, pero disminuye los contrastes de la imagen, que resulta muy agrisada; lo mismo ocurre con neblinas bajas, de poca intensidad, tanto producidas por evaporación, como por masas de arena en suspensión, humo disperse de grandes incendios, contaminación, etc.
DESVIACIÓN DEL RAYO ÓPTICO
Entre las causas naturales inevitables que dificultan el vuelo fotográfico, hay que destacar la refracción atmosférica, siempre existente, pero en valores cambiantes en función de la presión y temperatura. Este problema es máximo en las capas bajas inmediatas al suelo, que son las más caldea-das, y mínimo en las próximas al avión, donde el aire es siempre muy frío. La consecuencia es que el rayo óptico, supuestamente rectilíneo, al que se refieren todas las relaciones geométricas en que se basa la fotogrametría, es en realidad una línea curvada que se aproxima a la vertical. Su cálculo teórico permitiría corregir la posición de cada punto en una imagen exenta de esta distorsión, pero es prácticamente inviable, porque la determinación estaría además en la hipótesis de una atmósfera en equilibrio, situación completamente teórica. En el caso más favorable, sólo serviría para conocer un valor medio aproximado de la desviación de los puntos, es decir un
establecimiento del orden de magnitud del error. (Fig.)
Como ocurre en Topografía y en Geodesia, el valor de la refracción se presenta conjuntamente con otro, de tipo no ambiental, que es el de esfericidad. Sus signos son contrarios, pero sus valores no llegan a compensarse, ya que el primero es mucho mayor que el segundo. En el caso de la fotografía aérea, el valor conjunto carece de importancia dentro de los límites de empleo, no obstante los fabricantes de instrumentos de restitución fotogramétrica intentan eliminarlo con sistemas ópticos o mecánicos, pero su verdadera
presión la consigue el empleo de las coordenadas calculadas previamente para los puntos de apoyo, a cuyos valores debe ajustarse la imagen durante las operaciones de orientación.
2.6.5. - TIPOS ESPECIALES DE CÁMARAS
Las cámaras hasta aquí descritas son las llamadas métricas, empleadas en fotogrametría, pero existen otros tipos de cámara utilizadas en fotointerpretación, sobre todo con fines militares.
Las cámaras panorámicas toman fotos que cubren una zona transversal al eje de vuelo, con un gran ángulo de campo. Dependiendo de la altura de vuelo cubren extensiones de muchos kilómetros a ambos lados de él, aunque con una notable deformación en los extremos.
Las cámaras de banda continua producen unas imágenes que carecen de las propiedades geométricas de la fotografía, ya que no proceden de una proyección cónica. En ellas, la película se mueve constantemente, pasando a través de una estrecha rendija de longitud igual a la anchura que el rollo. La velocidad de paso de la película se establece de acuerdo con la altura de vuelo y la velocidad del avión. (Fig.)
Las trimetrogónicas, como la Seis KA-106A, son combinaciones de tres cámaras, que actúan simultáneamente: la central hace tomas verticales y las laterales tomas oblicuas. Utilizadas en vuelos rasantes, permiten cubrir con cada disparo efectuado desde 90m, una banda de 550 m transversal al eje de vuelo, por 260 en su dirección.
2.7. FOTOGRAFÍA AÉREA VERTICAL
El estudio de las fotografías aéreas verticales presenta un interés especial, porque son las más empleadas, tanto en fotointerpretación como en fotogrametría, hasta el punto de no ser necesario en la práctica cuando se habla de fotografías aéreas añadir que se trata de verticales.
Por la misma razón apuntada al tratar de las fotografías horizontales, se llama verticales a las toma-das desde aviones, con el eje en posición vertical, en tanto que su plano fue horizontal y paralelo al del terreno.
A diferencia de las anteriormente estudiadas, que eran imágenes individuales, las fotografías verticales forman series, realizadas con la intención de cubrir totalmente la zona propuesta, con tos solapes necesarios para garantizar la estereoscopia, tanto si el empleo previsto es la fotointerpretación con estereóscopo, como si se trata de la realización de un mapa, con restituidor fotogramétrico.
Los distintos sistemas de ordenación y control ya vistos en el capitulo 4, se refieren precisamente a estas fotografías.
