Fotogrametría: historia, método, tipos, aplicaciones
La fotogrametría es una técnica para extraer información espacial de las imágenes, sobre todo de fotos aéreas, pero también de las que se toman en tierra o incluso bajo el mar. A partir de dicha información se cuantifican las dimensiones y posiciones de los objetos representados.
Las imágenes fotográficas son planas, como la que se muestra en la figura 1, pero a través de ellas se puede estimar, por ejemplo, la altura de las edificaciones o de las rocas, ya sea respecto a la carretera, al mar u otro punto de referencia.
La creación de imágenes muy apegadas a la realidad no es nueva. El gran Leonardo da Vinci (1452-1519) fue un pionero de la perspectiva, perfeccionando sus principios mediante el uso de los llamados puntos de fuga.
Los puntos de fuga son los lugares en el horizonte hacia donde convergen las líneas paralelas, brindando al espectador la sensación de profundidad.
Leonardo lo hizo con pinturas y dibujos hechos a mano, pero desde el momento en que se inventó la fotografía, en el siglo XIX, las fotos también comenzaron a ser utilizadas con fines técnicos.
Así lo hicieron Aimé Laussedat (1819-1907) y Albrecht Meydenbauer (1834-1921), considerados como los padres de la fotogrametría moderna. Laussedat construyó en 1850 detallados mapas topográficos a partir de la superposición de diferentes perspectivas sobre un plano.
Por su parte Meydenbauer, que era arquitecto, aplicó la técnica para documentar edificaciones, que en caso de ser destruidas, podrían reconstruirse íntegramente gracias a la información guardada.
En los años 80 del siglo XX, la computación moderna hizo que la fotogrametría diera un gran salto, al minimizar el tiempo necesario para el procesamiento de las imágenes.
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A grandes rasgos, el método consiste en tomar imágenes de los objetos, procesarlas y por último interpretarlas. Los elementos principales para describir el principio básico están señalados en la figura 2:
En primer lugar hace falta un sensor para que capture la imagen y también una lente, para que cada rayo de luz proveniente de un punto, impacte al sensor en el mismo lugar. Si esto no sucede, el punto se registra como una superposición y se produce una imagen borrosa o fuera de foco.
Con la finalidad de reconstruir el objeto, en la fotogrametría solamente interesa el rayo rectilíneo dibujado en negro de la figura 2. Este es el que atraviesa por el punto denominado centro de perspectiva en la lente.
Sobre ese rayo, que va directo desde el objeto, pasa por la lente y llega al sensor, está la distancia que se busca.
La visión natural de los seres humanos es estereoscópica. Esto significa que podemos conocer las distancias a la que están los objetos, gracias a que el cerebro procesa las imágenes captadas y evalúa los relieves.
Por eso cada ojo captura una imagen ligeramente distinta y luego el cerebro hace el trabajo de interpretarlas como una sola, con relieve y profundidad.
Pero en un dibujo o fotografía plana no puede saberse qué tan lejos o qué tan cerca está un objeto, ya que la información sobre la profundidad se perdió, como se explica gráficamente en la figura 3.
Como hemos dicho, el punto se encuentra sobre el rayo principal, pero no hay forma de saber si está más cerca porque el objeto es pequeño, o si está más lejos, pero pertenece a algo más grande.
Entonces, para solucionar el problema de la cercanía, se toman dos imágenes ligeramente diferentes, como se muestra a continuación en la figura 4.
Conociendo la intersección de los rayos mediante triangulación, se descubre la posición del objeto de donde provienen. Este procedimiento se llama “coincidencia de puntos” y se hace mediante algoritmos especialmente diseñados, ya que es necesario repetir el procedimiento con todos los puntos de un objeto.
Los detalles como la posición, el ángulo y demás características de la cámara también son tomados en cuenta para obtener buenos resultados.
Según el modo en que se adquieren las imágenes, hay varios tipos de fotogrametría. Si las imágenes se toman desde el aire, se trata de fotogrametría aérea.
Y si son tomadas en Tierra, la técnica se denomina fotogrametría terrestre, que fue la primera aplicación práctica de la técnica.
La fotogrametría aérea es una de las ramas más usadas en la actualidad, pues permite generar planos y mapas de gran exactitud. Las imágenes también pueden adquirirse a través de un satélite, en cuyo caso se habla de fotogrametría espacial o satelital.
Asimismo, la fotogrametría se clasifica de acuerdo al instrumental empleado y al tratamiento que se le de a la imagen, pudiendo ser:
-Analógica
-Analítica
-Digital
En la fotogrametría analógica, la obtención de imágenes y su procesamiento son completamente ópticos y mecánicos.
En la fotogrametría analítica, los fotogramas son analógicos pero se procesan en la computadora. Y por último en la fotogrametría digital ambos, fotograma y sistema de procesamiento, son digitales.
La topografía también tiene como objetivo la representación del terreno rural o urbano en un plano, destacando los puntos de interés. Y a la inversa, de ser necesario lleva los puntos del plano y los ubica en el espacio.
Por ello topografía y fotogrametría tienen mucho en común, sin embargo esta última tiene algunas ventajas:
– Casi siempre es de menor coste.
– La adquisición de los datos –levantamiento- es más rápida, apropiada para grandes extensiones.
– Funciona mejor en terrenos muy accidentados, a menos que estén cubiertos por vegetación espesa.
– Todos los puntos quedan registrados por igual.
– La información se puede guardar y no es necesario regresar al campo para obtenerla nuevamente.
En general no es posible reconstruir un objeto fotografiado a partir de una fotografía única, a menos que se emplee alguna otra información adicional, porque como ya hemos visto, en una imagen plana no queda registro de la profundidad.
Aún así, las imágenes siguen brindando información valiosa, aunque con algunas restricciones.
Como ejemplo, supongamos que se quiere identificar a un asaltante de una tienda o un banco. Se puede utilizar una imagen de la cámara de vigilancia para conocer la estatura y la contextura de la persona que cometió el delito, al compararla con el tamaño conocido de muebles u otras personas presentes en la imagen.
La fotogrametría es muy aplicada en diversas disciplinas, como lo son la arquitectura, la ingeniería y la arqueología, por nombrar algunas. Tal como se explicó antes, se aplica en ciencias forenses y cómo no, para los efectos especiales de las películas.
En ingeniería, las buenas imágenes pueden revelar información acerca del relieve y la configuración de un terreno, por ejemplo. He aquí algunas áreas específicas de gran interés:
-Estudio de las vías de comunicación.
-Establecimiento de trazados.
-Movimiento de tierras.
-Planificación urbanística.
-Estudio de las cuencas hidrográficas.
-Levantamientos aéreos para prospección minera.
Adicionalmente, la fotogrametría es una herramienta muy apreciada en:
–Arquitectura: en el levantamiento de monumentos y construcciones.
–Arqueología: para reconstruir edificaciones antiguas a partir de los restos conservados en la actualidad.
–Zoología: ayuda a elaborar modelos tridimensionales de animales actuales y extintos.
–Mecánica: en el modelado de automóviles, motores y todo tipo de maquinarias.
- Adam Technologies Team Blog. How Does Photogrammetry Work? Recobrado de: adamtech.com.au.
- Armillary, Geomática aplicada. Técnicas fotogramétricas. Recobrado de: armillary-geomatica.blogspot.com.
- Photomodeler Technologies. How Does Photogrammetry Work? Recobrado de: photomodeler.com.
- Quirós, E. 2014. Introducción a la Fotogrametría y Cartografía aplicadas a la Ingeniería Civil. Publicado por la Universidad de Extramadura.
- Sánchez, J. Introducción a la Fotogrametría. Universidad de Cantabria. Recuperado de: ocw.unican.es.