2 Obras Proyectos Fotogrametria
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OBRAS, REPLANTEOS E PROCESOS DE
CONSTRUCCIN (2013/14)
Grado Enxeera da Enerxa
Pedro Arias Snchez
rea Ingeniera Cartogrfica, Geodsica y Fotogrametra
Dpto. Ing. Recursos Naturales y Medio Ambiente
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1. Introduccin 2. Definicin de fotogrametra y conceptos bsicos/aplicaciones 3. Proceso Fotogramtrico
1. Orientacin interna. Parmetros de distorsin 2. Orientacin relativa. 3. Orientacin absoluta.
4. Vuelo fotogrametrico. UAVs. 5. Planeamiento del vuelo
1. Escala fotogrfica 2. Altura y altura media de vuelo 3. Base area. Recubrimiento longitudinal y transversal
6. Cmaras. Calibracin 7. Restituidores y el proceso de restitucin 8. Formacin de MDT/MDE/MDS 9. Ortofotografas y Rectificacin
FOTOGRAMETRA
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Definicin: La mtrica de lo escrito con la luz.
Ciencia que utiliza las fotografas para hacer medidas.
Tcnica cuyo objetivo es estudiar y definir con precisin la
forma, dimensiones y posicin en el espacio de un objeto
cualquiera, utilizando medidas hechas sobre una o varias
fotografas.
Arte, ciencia y tecnologa que obtiene informacin
fidedigna de objetos fsicos y del medio ambiente
mediante procesos de grabacin, medida e
interpretacin de imgenes fotogrficas, energa
electromagntica radiante grabada y otros fenmenos.
FOTOGRAMETRA. Introduccin
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Haz perspectivo H (relativo a V y S): conjunto de rectas
que unen los puntos del terreno (A, B,..., X) con el
punto de vista V.
A cada elemento Vx se le llama RAYO PERSPECTIVO
FOTOGRAMETRA. Aspectos Geomtricos
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El conocimiento de V y de H no determina la superficie
S, pues los puntos A, B,... no pueden ser fijados sobre
los rayos perspectivos.
FOTOGRAMETRA. Aspectos Geomtricos
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El conocimiento de V y de H no determina la superficie S, pues
los puntos A, B,... no pueden ser fijados sobre los rayos
perspectivos.
Es necesario un segundo punto de vista V2 y haz H2
FOTOGRAMETRA. Aspectos Geomtricos
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Rayos homlogos: dados V1 y V2, H1 y H2, a cada punto de la
superficie S le corresponden dos rayos, uno de cada haz, que se
conocen como rayos homlogos.
Disponiendo de dos haces S es posible reconstruir S
FOTOGRAMETRA. Aspectos Geomtricos
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Clasificacin:
Fotogrametra area Fotogrametra terrestre
Fases:
1) Toma de las fotografas de los objetos
2) Medidas sobre las fotografas
3) Obtencin de nubes de puntos y lneas -> Cartografa
FOTOGRAMETRA. Introduccin
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La operacin a travs de la cual se consigue se denomina orientacin. Fases:
ORIENTACIN ABSOLUTA: ajusta el modelo al sistema de coordenadas terreno. Fases: escalado y posicionamiento en el espacio del eje z del modelo ptico
ORIENTACIN INTERNA: reproduce haz de rayos idntico al impresionado en fotografas. Distancia focal, punto principal y funcin distorsin
ORIENTACIN EXTERNA: posiciona los haces generados en la interna respecto al terreno en idntica posicin al
impresionarse en las fotografas
ORIENTACIN RELATIVA: colocacin de haces proyectivos en posicin perspectiva. Necesario efectuar interseccin simultnea de 6 rayos homlogos (5 para orientar y 1 para comprobar) para que resto de puntos intersecten
FOTOGRAMETRA. Mtodo General de la Fotogrametra
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FOTOGRAMETRA. Cmaras. Calibracin
Orientacin interna. Calibracin de cmaras:
Se consigue conociendo los elementos de geometra interna de la cmara:
Punto principal (Proyeccin del centro perspectivo sobre el sensor) Distancia principal (f) (Distancia diafragma - punto principal) Funciones de distorsin de la lente (radial y tangencial) Coordenadas marcas fiduciales en imgenes analgicas
X a
y
x Indicated PP
x
y
yo xo
True PP
True PP
a
Radial distortion
Tangential distortion
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FOTOGRAMETRA. Cmaras. Calibracin
Calibracin de cmaras:
-
FOTOGRAMETRA. Cmaras. Calibracin
Calibracin de cmaras:
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PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Relativa
ORIENTACIN RELATIVA. Operacin a travs de la cual se reconstruye la
posicin (X, Y, Z) y orientacin (, , ) entre cmaras, que tenan en el momento de impresin de las imgenes
S
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FOTOGRAMETRA. Relacin espacio imagen - espacio 3D
Condicin de COLINEALIDAD
En el momento de exposicin, el centro perspectivo (O)
(diafragma), un punto del espacio 3D (A) y su impresin en la
imagen (a) se alinean en una lnea recta.
P
y
x
y
x
a
r
f
A
Oz
i
i(XOYOZO)
(XAYAZA)
(xayaza)
X
Z
Y
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FOTOGRAMETRA. Relacin espacio imagen - espacio 3D
Y
Z
A
X
o
Condicin de COLINEALIDAD
En el momento de exposicin, el
centro perspectivo (O)
(diafragma), un punto del
espacio 3D (A) y su impresin
en la imagen (a) se alinean en
una lnea recta.
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FOTOGRAMETRA. Relacin espacio imagen - espacio 3D
x fm X X m Y Y m Z Z
m X X m Y Y m Z Za
A A A
A A A
11 0 12 0 13 0
31 0 32 0 33 0
y fm X X m Y Y m Z Z
m X X m Y Y m Z Za
A A A
A A A
21 0 22 0 23 0
31 0 32 0 33 0
Ecuaciones de la Condicin de COLINEALIDAD
Permite relacionar matemticamente la posicin de un punto del espacio 3D
(A) y su impresin en la imagen (a), conociendo la posicin del centro
perspectivo (0), y parmetros de geometra de la cmara (distancia
principal, f) y la matriz de transformacin de coordenadas (m11, .., m33)
entre el sistema de coordenadas imagen y sistema de coordenadas objeto.
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FOTOGRAMETRA. Relacin espacio imagen - espacio 3D
Las ecuaciones de la Condicin de COLINEALIDAD contienen 12 parmetros:
Algunos parmetros sern conocidos y otros desconocidos (dependiendo
de cada aplicacin)
En un clculo, se insertan los parmetros conocidos y se resuelven los
dems.
La solucin a las ecuaciones no es simple: ajuste por mnimos cuadrados y
redundancia de datos.
xa ya f XA YA ZA
Xo Yo Zo
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Haces Proyectivos
Centros pticos
Fotogramas
PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Relativa
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PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Relativa
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PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Absoluta
ORIENTACIN ABSOLUTA. Operacin a travs de la cual se reconstruye
el modelo, debiendo ser escalado y nivelado, normalmente a travs del
posicionado en un sistema de coordenadas globales.
Nivelacin del modelo, obtenido modelo a escala, puede encontrarse en cualquier
posicin espacial, necesaria nivelacin, se buscar que eje vertical coincida con
vertical del terreno. Necesario conocer altitud de un mnimo de tres puntos en
coordenadas terreno (con cuatro o ms puntos se estimar precisin)
Traslacin
Giro
Homotecia
N X Y Z
1 X1 y1 z1
2 X2 y2 z2
3 X3 y3 z3
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PROCESO FOTOGRAMTRICO. Orientacin Absoluta
ORIENTACIN ABSOLUTA. Operacin a travs de la cual se reconstruye
el modelo, debiendo ser escalado y nivelado, normalmente a travs del
posicionado en un sistema de coordenadas globales.
Usar puntos de control o apoyos
topogrficos con coordenadas (X Y Z) terreno
conocidas. Es el mtodo ms completo y
laborioso. Implica realizar transformacin de
coordenadas (transformacin tridimensional
conforme o de semejanza)
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FOTOGRAMETRA. Vuelo fotogramtrico
La Fotogrametra Area se basa en los resultados obtenidos con un avin en
vuelo realizando tomas fotogrficas, verticales, distanciadas adecuadamente
entre s y a una altura prefijada y constante
OBJETIVOS en el diseo de un proyecto de vuelo fotogramtrico:
La cmara deber volar a altura constante, recorriendo el terreno a levantar
El obturador de la cmara nadiral se disparar a intervalos regulares
Cada 2 fotogramas consecutivos se dispondr de recubrimiento adecuado
Distribucin de las pasadas sobre el terreno en trayectorias paralelas
Barrido del terreno en franjas que dispongan de recubrimiento lateral
FUENTES DE ERROR en el diseo de un proyecto de vuelo:
Las tomas son realizadas desde una plataforma mvil
La trayectoria nunca es exactamente la planificada (GNSS-S. Inercial)
Desnivel entre puntos de toma consecutivos nunca ser nulo
Distancia entre puntos consecutivos (base) variables y no los prefijados
Otras aberraciones a tener en cuenta
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Planificacin precisa de un proyecto de vuelo supone obtener fotografas
de manera eficiente y econmica, considerando una serie de aspectos:
Geomtricos (escalas, recubrimientos, etc)
Fotogrficos (definicin, posibilidad de ampliaciones, etc)
Econmicos (menor nmero de modelos, informacin verstil, etc)
FOTOGRAMETRA. Vuelo fotogramtrico
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VEHCULOS AREOS NO TRIPULADOS. Sistemas automatizados que como principal caracterstica tienen la de realizar vuelos sin tripulacin a bordo, siendo especialmente necesarios en la gestin de la informacin espacial presente en determinadas infraestructuras de ingeniera y arquitectura donde el nivel de detalle es inalcanzable por los medios areossatlite habituales, su ubicacin y geometra deparan una accesibilidad complicada y el nivel de recursos econmicos es escaso.
FOTOGRAMETRA. Introduccin a los sistemas UAV
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Invertebrados voladores
taste olfactory
Colors vision
Movement vision
detection
of the horizon
inertial unit
(gyrometer)
Technical sheet:
Mass: 0,1g
Size: 2 cm
Speed: 36 km/h
Flying capability:
Obstacle avoidance
Stationary flying
Control of the height
Landing, take off
Pursuit of target at high
speed
Vision: the most important sensor for aerial locomotion
FOTOGRAMETRA. Introduccin a los sistemas UAV
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FOTOGRAMETRA. Introduccin a los sistemas UAV
Material. Fibra de carbono
Carga de pago (pay load)
N de motores y tipo
Sensores para el control del vuelo Radio control
Sensores electrnicos
GPS
Procesado de la informacin
(Filtro Kalman)
Actuadores
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FOTOGRAMETRA. Introduccin a los sistemas UAV
Bancada:
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Compacta RGB Pentax A40, Olympus EP-1, Reflex, etc.
Trmica Photon 320 (trmica)
NDVI ADC Lite (infrarrojo cercano, NDVI)
Multiespectral TetraCAM
FOTOGRAMETRA. Introduccin a los sistemas UAV
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Equipamiento empleado,
Cmara. El objetivo suele
ser sper gran angular y gran
angular.
Fotogramas. Formato
utilizado normalmente es de
23 23 cm.
FOTOGRAMETRA. Planeamiento del vuelo
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Escala de vuelo:
La escala de vuelo se elige 4 veces mayor que la escala de representacin
Escala de
representacion.
Escala de vuelo. Altura de vuelo.
500 2.000 300
1.000 3.000-4.000 600
2.000 7.000-8.000 1200
5.000 18.000-22.000 3300
10.000 18.000-33.000 5000
25.000 33.000 5000
50.000 33.000 5000
Z
FOTOGRAMETRA. Planeamiento del vuelo
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Escala de fotografa condiciona la escala de los mapas que se pueden
obtener y del tamao de los objetos que se pretendan detectar.
Fijada la escala de la fotografa y conocida la distancia principal de la cmara
de toma, la altura de vuelo H se expresa segn
EfHEH
f
1
Las exigencias cartogrficas indican que, Precisin planimtrica de un mapa ser 0,2 mm a escala de representacin En altimetra, precisin debe ser 1/3 de equidistancia de curvas de nivel
FOTOGRAMETRA. Planeamiento del vuelo
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FOTOGRAMETRA. Planeamiento del vuelo
La mayor parte de las fotografas verticales son
usadas para cartografa
fotogramtrica
Es necesaria la formacin de modelos estereoscpicos entre
fotogramas adyacentes
Recubrimiento de fotografas de dos tipos: longitudinal p
(valor normal 60%) y
transversal q (valor normal
20%)
A q
p
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FOTOGRAMETRA. Cmaras
Tipos de cmaras, sensores y otros componentes. Sistemas digitales
Cmaras analgicas Cmaras digitales
Cmaras mtricas. Fabricadas para aplicaciones fotogramtricas. Calibradas. El enfoque fijo o variable en modo discreto. Cmaras mtricas independientes o cmaras estereomtricas. Fototeodolitos, incorporan un teodolito y una cmara mtrica
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Tipos de cmaras, sensores y otros componentes. Sistemas digitales
FOTOGRAMETRA. Cmaras
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FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restituidores:
-
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restituidores:
-
La restitucin masiva de puntos da lugar a la generacin del la nube de puntos
fotogramtrica, y en consecuencia, al modelo digital de elevaciones (MDE) o
modelo digital del terreno (MDT)
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. MDE/MDT/MDS:
Restitucin manual
Restitucin automtica (correlacin de imgenes)
Modelo Digital de Superficies
(MDS), conversin de la nube
de puntos a una superficie
mallada, mediante un proceso
de triangulacin
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FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. MDE/MDT/MDS:
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FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. MDE/MDT/MDS:
-
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. MDE/MDT/MDS:
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ORTOFOTOGRAFAS. Transformacin de
imagen en el sistema de coordenadas de la
cmara, hacia una imagen de coordenadas
cartesianas planas (XY) en el sistema de
coordenadas del objeto 3D.
Dos procesos secuenciados:
Transformacin geomtrica
Interpolacin radiomtrica
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. Ortofotografa:
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Transformacin Geomtrica Supera los problemas de desplazamiento debido al relieve mediante rectificacin diferencial, escalando y nivelando pequeas unidades geomtricas (pxel a pxel), que unidas dan una imagen fotogrfica a escala del objeto (ortofotoplano)
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. Ortofotografa:
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RECTIFICACIN FOTOGRAMTRICA Es el proceso mediante el cual puede ser transformada una fotografa (proyeccin cnica) o imagen de un elemento u objeto, en una proyeccin cilndrica ortogonal del mismo (Lpez-cuervo, 1980) Las ORTOFOTOGRAFAS presentan bajo coste y rpida produccin, conteniendo una cantidad y calidad de informacin muy superior en comparacin con, restituciones, levantamientos topogrficos, etc.
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin:
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Interpolacin Radiomtrica Consiste en la asignacin de densidades (ND
pixel) de la imagen original a los puntos
transformados. Los mtodos ms comunes son:
Vecino ms prximo Tiempo de computacin bajo
Desplazamientos relativos de hasta 1 pixel
Transformacin bilineal Desaparecen lineas de rotura Ligera reduccin del contraste
Convolucin cbica
FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. Ortofotografa:
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FOTOGRAMETRA. Restituidores. Proceso de restitucin
Restitucin. Ortofotografa:
.Rsolucion Tam pixel
Dist focal
fEscala
Dist
_ . * Escala orto Tam pixel n pixeles
Interpolacin Radiomtrica
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BIBLIOGRAFA BSICA:
RUIZ MORALES, M., Nociones de topografa y fotogrametra area. 2003
SANJOS BLASCO, J.J., Topografa para estudios de grado : geodesia, cartografa, fotogrametra, topografa. 2009
SCHENK, T., Fotogrametra digital. 2002
WOLF, P.R., Topografa. 2009
BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA:
LEN ROBLES, C., Ejercicios de geografa matemtica : astronoma, geodesia, cartografa, fotogrametra y topografa. 2011
LERMA GARCA, J.L., Fotogrametra moderna : analtica y digital. 2002
LERMA GARCA, J.L., Problemas de Fotogrametra I. 1999
PACHECO,C.; POZZOBON E., Manual de ejercicios de laboratorio, Fotogrametra y fotointerpretacin. 2006
RUIZ MORALES, M., Complementos geodsicos y cartogrficos. 2005
Bibliografa recomendada
FOTOGRAMETRA