FotogrametraLa fotogrametra es una tcnica para determinar las propiedades geomtricas de los objetos y las situaciones espaciales a partir de imgenes fotogrficas. Puede ser de corto o largo alcance. La palabra fotogrametra deriva del vocablo "fotograma" (de "phos", "phots", luz, y "gramma", trazado, dibujo), como algo listo, disponible (una foto), y "metrn", medir. Por lo que resulta que el concepto de fotogrametra es: "medir sobre fotos". Si trabajamos con una foto podemos obtener informacin en primera instancia de la geometra del objeto, es decir, informacin bidimensional. Si trabajamos con dos fotos, en la zona comn a stas (zona de solape), podremos tener visin estereoscpica; o dicho de otro modo, informacin tridimensional. Bsicamente, es una tcnica de medicin de coordenadas 3D, tambin llamada captura de movimiento, que utiliza fotografas u otros sistemas de percepcin remota junto con puntos de referencia topogrficos sobre el terreno, como medio fundamental para la medicin.

Historia de la Fotogrametra

Fotogrametra terrestre En 1725 se tiene la primera noticia del empleo de perspectivas con fines cartogrficos. Capeller cartografa el monte Pilatus con un procedimiento similar al mtodo de las intersecciones de la topografa. Las perspectivas haban sido construidas con un procedimiento ideado por el pintor alemn Alberto Duero en el siglo XVI. Esas perspectivas presentaban una serie de problemas para usarlas en cartografa. Capeller no obtuvo las precisiones adecuadas y su idea no se generaliz. En 1839 Arago inventa la fotografa que en 1859 fue utilizada por el coronel francs A. Laussedat para la confeccin de planos topogrficos, que ya en 1846 haba empezado a emplear perspectivas dibujadas por medio de una cmara clara o cmara lcida para el mismo propsito. En 1852 Laussedat comienza a trabajar para reemplazar la cmara clara por la cmara oscura hasta construir en 1859 un prototipo de lo que despus sera un fototeodolito. El procedimiento empleado por Laussedat era lo que se conoce como fotogrametra de interseccin. En 1858 Meydenbauer utiliza el procedimiento de intersecciones a partir de fotografas para el levantamiento de obras arquitectnicas y lo denomina fotogrametra. Los procesos de Laussedar y Maydenbauer tena problemas en cuanto a la identificacin de un mismo punto en dos fotografas. En 1901 Pulfrich elimina el problema de la identificacin de puntos homlogos con el nacimiento del estereocomparador de Pulfrich, que tambin permite la medicin de coordenadas y paralajes con alta precisin.

En 1914 aparece el estereoautgrafo de von Orel, construido sobre la base de estereocomparador de Pulfrich al que se acopl un dispositivo de regletas mecnicas que transmiten los valores de las coordenadas de los puntos de los fotogramas, permitiendo el trazado continuo de los rasgos cartogrficos. En 1920, en Argentina, se construye el esteregrafo, perfeccionado en 1926. Distintos modelos de este aparato han prestado servicio durante muchos aos en el Instituto Geogrfico Militar y en la empresa privada Instituto Fototopogrfico Argentino, propiedad de los inventores. En 1923 De la Puente menciona en su libro la construccin del cartgrafo por el Coronel espaol Jess Ordovs. En el ao 1950 el instrumento segua en uso en el Instituto Geogrfico con excelente rendimiento. Fotogrametra area En 1897, el austraco T. Scheimpflug comenz sus importantes trabajos sobre rectificacin, tcnica que adquerira gran difusin y, en 1898 sent las bases de la idea de la proyeccin doble. En 1899 S. Finsterwalder propone resolver el problema de la orientacin en tres pasos: orientacin interior, orientacin relativa y orientacin absoluta. El 1915 Gasser, con las ideas de Scheimpflug, construy su Proyector Doble, primer aparato apto para fotografas areas con buen funcionamiento. La observacin de las imgenes proyectadas en la mesa medidora se haca por el mtodo anaglfico. En 1920 Nistri construy su Fotocartgrafo, tambin con el sistema anaglfico. En 1921 W. Bauersfeld propone una elegante solucin para trabajar con el principio Porro-Kope, con la cual Zeiss construye el estereoplangrafo. A partir de 1921, Santoni en Italia retom la proyeccin mecnica con su autoreductor, al que siguieron toda una serie de diseos. En 1924 Otto von Gruber resuelve el problema de las orientaciones de manera ms sistemnica y completa. Desde 1936, Wild, es Suiza produjo solamente instrumentos de proyeccin mecnica y en 1960 Zeiss Oberkochen tambin cambi a la proyeccin mecnica con instrumentos como el Planimap y el Planicart. Gasser y von Gruber tambin propusieron y disearon procedimientos para la concatenacin de modelos dando nacimiento a la aerotriangulacin. La Fotogrametra Area adquiere con los aparatos restituidores analgicos una rpida y formidable difusin. El camino abierto por el estereoautgrafo de von Orel en la Fotogrametra Terrestre se ensancha considerablemente y la produccin de mapas y planos de todo tipo se incrementa drsticamente. Con el advenimiento de la computacin, los clculos pudieron hacerse a altas velocidades. Durante muchos aos coexistieron procedimientos analgicos y analticos. En los aos 60 el Restituidor Analtico, creado por el finlands Uki Helava, tena un

alto coste. Slo en los aos 80 su precio comenz a parecerse al de los analgicos. El restituidor analtico trajo una sensible mejora en la precisin y, adems, posibilit el empleo de cualquier tipo de fotografa o an de imgenes no fotogrficas. Otras ventajas importantes fueron la facilidad con la que se podan corregir errores sistemticos (distorsin de la lente, variaciones dimensionales de la pelcula y efectos de refraccin atmosfrica y curvatura terrestre) y el empleo de altas redundancias con un tratamiento por mnimos cuadrados. Sin embargo, los grandes beneficios de la Fotogrametra Analtica no estuvieron en el restituidor analtico, sino en el cambio en las tcnicas de Aerotriangulacin. La aerotriangulacin analgica concatenaba los modelos de una pasada en los aparatos analgicos. La muy desfavorable propagacin de errores tena una cierta ventaja: el efecto de la doble sumatoria en los errores de transferencia haca que, aun considerando que los errores fueran accidentales, las deformaciones finales de la pasada tenan una apariencia sistemtica, pudiendo evaluarse mediante el empleo de puntos de control terrestre al comienzo, en el medio y al final de cada pasada. La precisin de esos procedimientos era muy limitada porque no respondan a una verdadera compensacin por mnimos cuadrados. El motor del cambio de la evolucin de aerotriangulacin, en este caso la computadora, era algo que evolucionaba da a da. Soluciones que no requeran computadoras onerosas fueron empleadas en la dcada del 70 y an en la del 80, a pesar de que no brindaban una solucin rigurosa de acuerdo a mnimos cuadrados. En esto tuvo mucho que ver la generosidad de G.H.Schut, que puso sus programas gratuitamente a disposicin de la comunidad fotogramtrica internacional. A mediados de la dcada de los 80, y con el advenimiento de las computadoras personales, los programas de compensacin en bloque por mnimos cuadrados adquirieron una importante difusin. Su precio haba descendido considerablemente y pasaron a formar parte del software opcional provisto al adquirir un restituidor analtico. Los desarrollos de software para la compensacin de la Triangulacin Area marcan todo un hito en la historia del diseo y elaboracin de tcnicas fotogramtricas. En este tiempo se asiste a la transicin que lleva de los procedimientos analticos a los digitales. Los procedimientos digitales eran de uso corriente en la Teledeteccin desde el 70, pero la Fotogrametra se haba mantenido casi impermeable a ellos hasta bien entrada la dcada del 80. La barrera existente entre los procedimientos digitales y la fotogrametra comenz a perforarse a partir de los 90. En los ltimos aos se ha conseguido la correspondencia de imgenes con precisiones de subpixel. Ante la dificultad de montar cmaras digitales en aeronaves, la Fotogrametra ha venido empleando hasta ahora un procedimiento hbrido: obtencin de fotografas con la cmara analgica tradicional y posterior digitalizacin empleando escneres de alta precisin. Sin embargo, en estos ltimos aos se han producido grandes avances en la construccin de tales cmaras digitales con una calidad de imagen y precisin similar a la de las cmaras areas tradicionales. Los primeros modelos de esas cmaras ya estn en el mercado. En cuanto al tratamiento fotogramtrico de imgenes satelitales, se dispone desde hace varios aos de imgenes con tamao de pxel compatible con las precisiones cartogrficas de las pequeas escalas. La fotogrametra se encuentra hoy ante todo un verdadero desafo.

Fotogrametra de largo alcanceEl objetivo de la fotogrametra de largo alcance es el conocimiento de las dimensiones y la posicin de objetos en el espacio, a travs de la medida o medidas realizadas a partir de la interseccin de dos o ms fotografas, o de una fotografa y el modelo digital del terreno correspondiente al lugar representado, el cual ha de ser realizado anteriormente por interseccin de dos o ms fotografas. Esta tcnica es bsica para la elaboracin de toda la cartografa, ya sea topogrfica, temtica, catastral, etc. Puede ayudarse de informacin espectral y radiomtrica de una imagen digital apoyada en la teledeteccin. La fotogrametra puede ser terrestre o area dependiendo desde donde son obtenidas las imgenes.

AplicacionesSus aplicaciones son numerosas: Agronoma, Cartografa, Ortofotografa, Arquitectura, Planeamiento y ordenacin del territorio, Medio ambiente, Arqueologa, Control de estructuras, Mediciones, Topografa, Biomecnica en diversos campos como la Medicina, Ergonoma o Deporte, Investigacin policial (reconstruccin de accidentes), Zoologa, ...

Tipos de fotogrametraExisten varias formas de hacer fotogrametra:

Fotogrametra analgica: Son los modelos matemticos utilizados. Evidentemente, fue la primera parte de la fotogrametra en desarrollarse. Fotogrametra analtica: Se encarga de aplicar los modelos matemticos a objetos fsicos. Fue la segunda parte en desarrollarse. Fotogrametra digital: Con la aparicin de los ordenadores, se sustituye la imagen analgica por la imagen digital, del mismo modo que se empiezan a utilizar programas informticos. En la actualidad la fotogrametria digital convive con la analtica. Fotogrametria area: Es cuando las estaciones se encuentran en el aire. Se aplica para la elaboracin de planos y/o mapas para el desarrollo de proyectos de ingeniera. Fotogrametria terrestre: En este caso las estaciones se encuentran a nivel del suelo.

MtodoEl mtodo de reconstruccin de objetos o terreno (cartografa) mediante fotogrametra: 1. Fotografiar los objetos: Ser necesario una previa Planificacin del vuelo y de las tomas de fotografas (se hace en la fase de Proyecto de vuelo), tras la planificacin se procede a la Obtencin de imgenes(Vuelo), y a un posterior Procesado.

2. Orientacin de las imgenes: Colocacin de los fotogramas en la posicin adecuada con sus marcas fiduciales (orientacin interna);Colocar los fotogramas en la misma posicin que ocupaban entre ellos en el momento de las tomas (orientacin relativa); 1. Formacin del modelo por restitucin para despus aplicarle giros, una traslacin y un factor de escala (orientacin absoluta) para tener el modelo (objeto) en coordenadas terreno. Incluye tambin el escalado del objeto para obtener y realizar medidas en las magnitudes reales. 2. Formacin del modelo por rectificacin, consistente en, una vez aplicados la orientacin tanto interna como externa del haz de luz, hallar la interseccin entre dicho haz orientado y el modelo digital del terreno correspondiente al espacio que se quiere determinar. Para realizar una rectificacin se ha tenido que realizar previamente una restitucin de dicho lugar. La metodologa de las tcnicas de fotogrametra utilizadas para aplicaciones biomecnicas, depender de si es para un estudio bidimensional (2D) o tridimensional (3D). 1. Filmacin del sistema de referencias: Colocacin de cmaras. Aunque el mnimo para los anlisis 3D son dos cmaras, la medicin automtica de puntos sobre toda la superficie de la persona analizada suele implicar la utilizacin de al menos 4 cmaras. Una vez colocadas las cmaras filmando un mismo espacio, se proceder a establecer un sistema de referencias, difiniendo los ejes y escalas. 2. Filmacin de la persona: la fiabilidad del estudio ser mayor dentro del espacio calibrado. Sin mover las cmaras se proceder a filmar el movimiento de la persona sujeto a estudio. En funcin de la rapidez de ese movimiento habr que ajustar el obturador de las cmaras. 3. Digitalizacin: 1. Establecer modelo o sistema biomecnico. Ese modelo implicar qu puntos que deben ser digitalizados. 2. Coordenadas 3D

Reconocimiento areo: Es el estudio de la superficie terrestre utilizando imgenes tomadas desde aviones o satlites. El reconocimiento areo se ha hecho valioso en grado sumo para el levantamiento de mapas, la agricultura, los estudios del medio ambiente y las operaciones militares. Mediante el uso de imgenes areas, los cientficos pueden analizar los efectos de la erosin del suelo, observar el crecimiento de los bosques, gestionar cosechas o ayudar a la planificacin del crecimiento de las ciudades. La ciencia de establecer medidas precisas y crear mapas detallados a partir de las imgenes areas se denomina fotogrametra. El reconocimiento areo implica el uso de equipos de teledeteccin; un sensor remoto es cualquier instrumento que consigue informacin sobre un objeto o rea situado a distancia. Los sensores ms comunes utilizados en el reconocimiento areo son cmaras

sofisticadas que consiguen fotografas capaces de revelar objetos de slo unos metros de anchura desde altitudes de ms de 19 kilmetros. Los cientficos usan tambin cmaras digitales para registrar imgenes areas en un disco de computador y videocmaras para grabar imgenes en cintas de vdeo. A diferencia de las fotografas convencionales, estas imgenes pueden ser vistas de inmediato. La pelcula de rayos infrarrojos produce imgenes que muestran variaciones en energa infrarroja reflejada invisible, tiles en concreto para recabar informacin sobre la vida de las plantas. El uso de computadoras tiene gran importancia en el reconocimiento areo, pues permite mejorar la calidad de las imgenes y acrecentar el alcance de la informacin que proporcionan. Aunque a mediados del siglo XIX se conseguan fotografas areas desde globos aerostticos y cometas, el reconocimiento areo no alcanz una amplia utilizacin hasta la I Guerra Mundial, cuando las cmaras se montaron en aviones. Las aplicaciones militares de la fotografa area adquirieron mayor importancia durante la II Guerra Mundial, gracias al desarrollo de los aviones, cmaras y pelculas. Al final de la dcada de 1930 y durante la de 1940, Estados Unidos realiz los primeros reconocimientos areos de grandes reas, en apoyo de una serie de programas gubernamentales para la conservacin del suelo y la gestin forestal. En la actualidad, la mayor parte de la superficie terrestre ha sido fotografiada mediante el reconocimiento areo. Estereoscopio: instrumento ptico a travs del cual pueden observarse fotografas de objetos, pero no como representaciones planas, sino con apariencia slida y profundidad. Es un instrumento donde se presentan al mismo tiempo dos fotografas del mismo objeto, una a cada ojo. Las dos fotografas estn tomadas desde ngulos ligeramente diferentes y se observan a travs de dos objetivos con lentes separadas e inclinadas para que coincidan y se fundan las dos imgenes en una tridimensional. La fotografa estereoscpica area permite realizar representaciones en tres dimensiones que pueden utilizarse en la preparacin de mapas de relieve. Visin Estereoscpica: Los seres humanos y otros animales son capaces de enfocar los dos ojos sobre un objeto, lo que permite una visin estereoscpica, fundamental para percibir la profundidad. El principio de la visin estereoscpica puede describirse como un proceso visual relacionado con el uso de un estereoscopio, el cual muestra una imagen desde dos ngulos ligeramente diferentes, que los ojos funden en una imagen tridimensional nica. En las siguientes figuras, I y D representan los ojos y SS una lnea (el horptero) que pasa por el punto A en el que los ejes pticos IA y DA se cortan y que es paralela a otra lnea que une los ojos I y D. El punto A se ve en los puntos correspondientes de los dos ojos, situados al otro lado del eje. Sin embargo, dos puntos i y d, podran estar situados en el plano del horptero (plano que pasando por el horptero es perpendicular al eje ptico), o fuera de l, de manera que los dos ojos percibiran los puntos i y d como un punto nico, B (en la figura 1 el punto B est ms cerca del ojo y en la figura 2 est ms lejos del ojo que del horptero SS). Supongamos ahora, figura 1, un esquema que represente i y A, y otro que represente d y A; de esta manera el primero se sita sobre el

ojo izquierdo y el segundo sobre el ojo derecho. En este caso, los dos ejes pticos convergen de tal manera que la imagen de A se forma en los correspondientes puntos en los dos ojos. Los puntos i y d aparecen combinados en uno slo, situado o ms cerca del ojo que A o ms lejos. Esto explica el funcionamiento del estereoscopio y tambin el efecto pseudoscpico producido cuando las imgenes estn invertidas. Vase tambin ptica. Barra de ajuste micromtrico (barra de paralaje): Es como un tornillo micromtrico, que puede medir distancias del orden de una millonsima de metro. Cmaras Aerofotogrficas: Las cmaras fotogrficas para cartografa area son tal vez los instrumentos fotogramtricos mas importantes, ya que con ellas se toman las fotos de la que depende esta tecnologa. Para entender la fotogrametra, especialmente la base geomtrica de sus ecuaciones, es fundamental tener un conocimiento elemental de las cmaras y cmo operan. Las cmaras areas tienen que realizar un gran nmero de exposiciones en rpida sucesin, mientras se desplazan en un aeroplano a gran velocidad, de modo que se necesita un ciclo corto, lente rpida, obturador eficiente y magazn de gran capacidad Tipos de Fotografas Areas: Las aerofotos logradas con cmara unilentes de cuadro se clasifican como verticales (que son tomadas estando el eje de la cmara vertical hacia abajo, o lo mas verticalmente posible), y oblicuas (tomadas estando el eje intencionalmente inclinado en cierto ngulo con respecto a la vertical). Las fotografas oblicuas se clasifican adems en altas, si el horizonte aparece en la foto o baja si no aparece. Las fotos verticales son el modo principal de poseer imgenes para el trabajo fotogramtrico. Las fotos oblicuas rara vez se utilizan en cartografa o en aplicaciones mtricas, pero son tiles en trabajos de interpretacin y reconocimiento. Areofotos Verticales: Una foto verdaderamente vertical se logra cuando el eje de la cmara est exactamente a plomo al efectuar la exposicin. A pesar de las precauciones tomadas existen invariablemente pequeas variaciones, por lo general menores de 1 y rara vez mayores de 3. Las fotos casi verticales (o con ladeo) tienen pequeas inclinaciones no intencionales. Se han ideado mtodos fotogramtricos para manejar fotografas inclinadas, de manera que la precisin no se sacrifica al elaborar cartas a partir de stas. Escala de una Aerofoto Vertical: Se interpreta comnmente la escala como la razn entre una cierta distancia en un plano o mapa y la distancia real en el terreno, y esa relacin es uniforme en todo punto, porque una representacin grfica de este tipo es una proyeccin ortogonal. La escala

fotogrfica en una aerofoto vertical es la razn de una distancia en la foto a la distancia correspondiente en tierra. Coordenadas en Tierra a Partir de una sola Aerofoto Vertical: Las coordenadas en el terreno de puntos cuya imgenes aparecen en una foto vertical pueden determinarse con respecto a un sistema de ejes arbitrario localizado en tierra. Los ejes topogrficos X e Y en el terreno, se hallan en los mismos planos verticales que los correspondientes ejes fotogrficos x, y; el origen del sistema es el punto en el PR directamente debajo de la estacin de toma. Las coordenadas topogrficas de los puntos determinados de esta manera se emplean para calcular las distancias horizontales, ngulos horizontales y reas. Desplazamiento por Relieve (Tendido Radial) en una Aerofoto Vertical: Este desplazamiento es el cambio de posicin o aspecto de una imagen a partir de una ubicacin terica en el PR, debido a la distancia vertical de objeto arriba o abajo del PR. El desplazamiento en una foto vertical se produce segn lneas radiales, desde el punto principal, y aumenta en magnitud con la distancia de la imagen a este punto. Altura de Vuelo para un Foto Vertical: De las secciones anteriores es evidente que la altura de vuelo sobre el PR es un parmetro importante en la resolucin de ecuaciones fotogramtricas bsicas. Para clculos aproximados, las alturas de vuelo se pueden tomar de lecturas altimtricas, si se dispone de stas. Paralaje Estereoscpico: El paralaje se define como el desplazamiento aparente de la posicin de un objeto con respecto a un marco de referencia, debido a un corrimiento en el punto de observacin. Por ejemplo, una persona que mira a travs del visor de una cmara area a medida que la aeronave avanza, ve el aspecto cambiante de las imgenes de los objetos que se mueven a travs de su campo visual. Este movimiento aparente (paralaje) se debe ala ubicacin cambiante del observador. Utilizando el plano focal de la cmara como marco de referencia, existe paralaje para todas las imgenes que aparecen en fotografas sucesivas, debido al movimiento de avance de entre una y otra exposicin. Cuanto mayor sea la elevacin de un punto, es decir, cuanto mas cerca est de la cmara, de mayor magnitud ser el paralaje. En el caso de una superposicin longitudinal de 60%, el paralaje de las imgenes en fotografas sucesivas debe ser, en promedio, aproximadamente de un 40% del ancho del plano focal. Mediciones Estereoscpicas de las Imgenes: El paralaje de un punto se puede medir visualizando estereoscpicamente, con la ventaja de una mayor rapidez y exactitud, debido a que se utiliza visin binocular. Cuando el observador mira por el estereoscopio, dos pequeas marcas idnticas gravadas en lminas de vidrio transparente, llamadas medios ndices, se colocan sobre cada fotografa. El observador ve simultneamente una marca con el ojo izquierdo y la otra con el ojo derecho; luego se ajusta la posicin de las marcas hasta que parecen

confundirse o fusionarse un una sola, percibindose a una cierta altura. Conforme se vara el espaciamiento de las medias marcas, la altura de la marca fusionada parecer fluctuar o "flotar", dndose el nombre de ndice flotante.