Fotogrametría. Tema10

FOTOGRAMETRA TEMA 10

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TEMA 10

ORTOFOTOGRAMETRA

9.1- Introduccin

La representacin fotogrfica del terreno debido a su mayor riqueza

informativa resulta ventajosa en numerosas aplicaciones respecto a los

mapas grficos. La ortofotografa es un documento fotogrfico que permite

aprovechar el contenido informativo de la fotografa area y realizar las

mismas medidas que en un plano grfico.

Los principios en los que se basa el desarrollo de la ortofotografa,

fueron enunciados por Lacmann en el ao 1931 y ms tarde por Ferber

(1933), pero hasta la construccin del Orthophotoscope, en 1955 por Bean,

se puede decir que no empez el desarrollo y aplicaciones de esta tcnica

cartogrfica.

En el caso ideal terico de ser el eje de la toma rigurosamente

vertical y el terreno llano y horizontal, la fotografa area coincidir con la

ortofotografa. S el terreno es llano y horizontal y el eje de la toma forma

un pequeo ngulo con la vertical, se corrigen las deformaciones de la

imagen original a travs de la rectificacin fotogrfica convencional. En el

caso general de disponer de una imagen correspondiente a una zona de

terreno con relieve y tomada con el eje inclinado, para obtener una

ortofotografa es preciso aplicar la tcnica de la rectificacin diferencial.

Esta tcnica corrige las deformaciones de la imagen, causadas, tanto

por los desniveles del terreno como por la falta de verticalidad del eje

ptico de la cmara en el momento de la toma, transformando

geomtricamente zonas elementales de la fotografa area en ortofotografa.

Podemos definir ortoproyeccin como el mtodo fotogramtrico de obtener fotomapas precisos, corregidos de las deformaciones producidas en

la imagen fotogrfica por el relieve y la inclinacin de la fotografa,

mediante la rectificacin diferencial de la fotografa original.

La rectificacin digital presenta importantes ventajas respecto a los

procedimientos pticomecnicos. La calidad de la imagen, al no estar en

estos procedimientos supeditada a complejos dispositivos de enfoque que

afecten a la nitidez fotogrfica en el plano de reproduccin, no constituyen


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ninguna restriccin al sistema, tampoco imponen condicionantes

importantes al sistema.

Se mantienen las restricciones en cuanto a desplazamiento debido al

relieve, tanto segn las caractersticas del terreno como de los objetos en el

caso de fotogrametra no topogrfica.

La rectificacin diferencial de la fotografa consiste en enderezar y

poner en escala, pequeas unidades geomtricas del terreno, que

perfectamente ensambladas dan una imagen fotogrfica del terreno. Este

nuevo documento fotogrfico se denomina ortofotografa, y es tan preciso como un mapa.

La diferencia de cmo quedara representada una misma figura en

una fotografa y una ortofotografa queda clara en la siguiente figura:


245

Dicha representacin con una imagen real sera la siguiente:

En la fotografa se pueden ver las fachadas de los edificios (A), de

modo que hay que modificar la fotografa para que deje de ser una

proyeccin cnica y sea una proyeccin ortogonal.

Otra circunstancia a tener en consideracin es que, al ser una

proyeccin cnica, los edificios tapan algunas zonas (B) que han de

aparecer en una proyeccin ortogonal, de modo que habr que acudir a otra

fotografa tomada desde otro punto de vista donde aparezca la zona tapada

por el edificio y usar ese fragmento de fotografa para completar la

ortofotografa.

Para que la transformacin de la proyeccin central de la fotografa a

la ortogonal del terreno, sea tericamente exacta, sera necesario que las

unidades geomtricas a rectificar fuesen un punto. Esto en la prctica es

imposible, utilizndose unidades geomtricas de reducido tamao

(pequeas zonas de la imagen, que en el caso digital ser el pxel).

Podemos diferenciar dos tipos de ortofotografas:

1- Ortofotografa ptica: A partir de la diapositiva de la fotografa

original se transmite la imagen pticamente, en pequeas unidades

geomtricas, al negativo final. El producto final es una imagen

fotogrfica.


246

2- Ortofotografa digital: La nueva posicin de cada unidad mnima o

pixel de la imagen digital se determina analticamente. Es decir, se

parte de imgenes generadas en forma digital o imgenes

fotogrficas que previamente se han escaneado. Estas imgenes estn

dividas en elementos rectangulares denominados pixeles. La

correccin de los errores debidos al relieve y a la falta de verticalidad

del eje de torna, hasta obtener una nueva imagen digital se realizan

analticamente. El resultado es una nueva imagen digital corregida,

que puede ser reproducida fotogrficamente.

En este tema nos centraremos en la ortofotografa digital por ser el

mtodo actualmente ms extendido.

9.2- Rectificacin diferencial

Como sabemos la imagen digital se compone de una matriz de

elementos rectangulares de pequeo tamao, denominados pxel. De cada

uno de estos pxel conocemos su tamao, su posicin en la imagen y el

valor en la escala de grises asociado.

En imgenes digitales est claro que el elemento diferencial a

rectificar es el pxel, puesto que es la unidad mnima de que se compone.

El proceso se realiza en modo diferido, obteniendo en primer lugar el

modelo digital del terreno (datos altimtricos), procedindose a

continuacin a realizar la rectificacin diferencial.

Para la realizacin de un proceso de rectificacin diferencial es necesario

disponer de un modelo digital de elevaciones almacenado de la misma


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forma que la imagen, es decir, con estructura raster (Las estructuras raster se basan en la representacin del terreno por medio de estructuras matriciales regulares y

constantes) de una matriz de elevaciones. Este modelo debe estar referido a

un sistema de proyeccin de coordenadas que ser en el que se obtenga la

imagen rectificada.

Un ejemplo de Modelo Digital de Elevaciones sera el siguiente:

Hay varios mtodos de elaborar dichos MDE, pueden ser mediante

mallas de tringulos o de cuadrados. En concreto la malla de tringulos se

llama TIN (Triangulated Irregular Network).

Cada conjunto de tringulos que conforman una malla se dispondran

de la siguiente forma, para representar el terreno:

Dicha malla de tringulos, como su propio nombre indica, est

constituida de tringulos, los cuales se disponen atendiendo al criterio que

muestra la imagen:


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Para entender mejor el proceso imaginemos una imagen digital y su

transformacin al terreno, (Fig. 2), suponiendo que cada pixel es plano se

transforma en un trapecio. El conjunto de estas piezas en el terreno

perfectamente ensambladas constituira la ortofotografa. El elemento

diferencial rectificado ha sido el pixel.

El caso contrario (Fig. 3), una imagen digital que sea proyeccin

ortogonal del terreno, por ejemplo un mapa escaneado. Si transformamos

los pxeles del mapa a la proyeccin de la fotografa, obtendramos una

serie de trapecios que ensamblados componen la imagen fotogrfica.


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La relacin entre ambas proyecciones, la ortogonal del terreno y la

cnica de la fotografa viene dada por las ecuaciones de colinealidad. El

objetivo de la rectificacin de las imgenes digitales es asignar a cada uno

de los elementos de la matriz del modelo digital el valor de gris

correspondiente.

Para la determinacin del valor de gris se utilizan estas ecuaciones.

As las coordenadas terreno X,Y,Z de los puntos que integran el modelo

digital son transformados en coordenadas imagen x, y mediante la

utilizacin de las ecuaciones de colinearidad.

Estas ecuaciones expresan las coordenadas (x, y) en la imagen en

funcin de las coordenadas (X, Y, Z) del terreno y los parmetros de

orientacin exterior (X0, Y0, Z0, , , ) . Si realizamos la orientacin

interna y exterior de la fotografa y adems conocemos la Z del punto

terreno, podemos realizar las anteriores transformaciones:

- Proyeccin de la fotografa (x, y) a mapa (X, Y -terreno-).

- Proyeccin de mapa (X, Y -terreno-) a fotografa (x, y).

En la ortoproyeccin digital se utiliza la transformacin inversa. A

cada pxel de la imagen en la proyeccin del mapa, le vamos a asignar el

valor de la escala de grises en la proyeccin cartogrfica.

La posicin de la imagen digital en el terreno la conocemos y por

tanto las coordenadas de cada pxel, ya que previamente habremos definido

una distribucin de ortos con un determinado formato para cubrir la zona.

A continuacin habremos elegido una fotografa que cubra la orto a

realizar.

Para realizar una transformacin con la Ecuaciones de colinearidad

es necesario disponer de lo siguiente:

Datos: - Imagen digital de la zona que se va a rectificar

- MDE de la zona


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Parmetros necesarios:

- Orientacin interna de la cmara: coordenadas del punto principal de

la cmara, distancia principal, marcas fiduciales y distorsin de la

lente.

- Orientacin externa: posicin de la cmara en el espacio;

coordenadas de la posicin del centro de proyeccin (X0, Y0, Z0) y

los tres giros de la cmara (, , ).

- El tamao del pixel de la imagen digital en unidades cmara (mm).

- El tamao de la malla del modelo digital en unidades terreno (m).

- Las coordenadas de referencia del modelo digital en una determinada

proyeccin cartogrfica (normalmente las coordenadas del punto

superior izquierda).


251

9.2.1- Esquema de la generacin de ortoimgenes

Se parte de la premisa de disponer de los datos vistos en el apartado

anterior (imagen digital, certificado de calibracin, modelo digital, etc.).

En la figura 4 se muestran los pasos a seguir en la generacin de una

ortofotografa digital. Se parte de una imagen vaca, formada por un

conjunto de pxeles sin asignacin de valor de tonalidad (Nd),

caracterizados por estar referidos al sistema de referencia terreno y por

poseer un cierto tamao fsico, que constituye la resolucin de la

ortoimagen. Aplicando en sentido inverso (transformacin inversa) las

ecuaciones de colinealidad, se rellenar dicho valor de tonalidad.

Supongamos que se parte de la posicin de cualquier punto sobre el

terreno (pixel) de coordenadas X, Y conocidas; por interpolacin del

modelo digital del terreno podremos obtener la coordenada Z de dicho

punto del MDE. Con estas coordenadas, los parmetros de orientacin

externa y las ecuaciones de colinealidad podr obtenerse analticamente la

posicin del punto sobre la imagen (x, y), como si realmente se

reconstruyera el rayo luminoso que lo impresion. A partir de la

orientacin interna efectuada se identifica dicha posicin en la imagen y su


252

correspondiente tonalidad, bien en modo de escala de grises, o bien en

modo color (RGB); este valor se asignar a la posicin (X, Y) de partida de

la ortoimagen.

Est claro que en el proceso de rectificacin que se lleva a cabo, las

posiciones de los pxeles proyectados no coinciden con la posicin de los

pxeles originales, siendo necesario combinar de alguna forma la

informacin espectral (Nd) de los pxeles vecinos para obtener el valor final

deseado de la tonalidad, emplendose habitualmente las tcnicas de

remuestreo digital, asegurando as que todos los pixeles de la ortofotografa

resultante, tengan su nivel de gris.

Dicho de forma ms esquemtica:

El proceso para generar una ortofoto consta de dos pasos:

1) Se parte de una imagen raster vaca. Necesitamos saber el tamao

de pxel y las coordenadas imagen raster (con la XYmin y la XYmx de

la imagen.

2) Para cada pxel de la ortofoto:

a) Obtenemos las coordenadas X, Y.

b) Con esas coordenadas vamos al MDE y se hace una interpolacin

para obtener la coordenada Z de ese punto.

c) Se aplican las ecuaciones de coliealidad y con eso se obtienen las

coordenadas imagen X e Y de ese punto en el terreno.

d) Se aplica un remuestreo (por interpolacin, que es el ms frecuente,

o por el mtodo del vecino ms prximo) para asignar un valor al

pxel de la ortofoto.

e) Volver al apartado a) una y otra vez.

Colinelidad:

X0, Y0, Z0 coord. CDP

r parmetros de la matriz de

rotacin

x y coord. Imagen.

La Z se obtiene del MDE

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

11 0 12 0 13 0

31 0 32 0 33 0

r X X r Y Y r Z Zx f

r X X r Y Y r Z Z

+ + =

+ +

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

21 0 22 0 23 0

31 0 32 0 33 0

r X X r Y Y r Z Zy f

r X X r Y Y r Z Z

+ + =

+ +


253

Al generar las ortoimgenes nos podemos encontrar con los

siguientes problemas:

- La imagen no est completa.

- Presencia de arrastres en la ortofoto.

- Aparicin de dobles imgenes o porciones de imagen no cubiertas:

A la izquierda vemos una ortofoto convencional, es decir, para hacer

el MDT no se tiene en cuenta a los edificios, por lo que habr zonas

ocultas.

En el centro tenemos el paso intermedio, es decir, se aprecia el

efecto fantasma o imgenes dobles.

A la derecha vemos una ortofoto verdadera ya corregida, en la que

las reas ocultas han sido rellenadas con informacin de ortos

adyacentes.

La diferencia entre el mtodo de realizacin de una ortofoto

convencional y una ortofoto verdadera consiste en que la ortofoto

convencional se realiza obteniendo las coordenadas Z con un Modelo

Digital de Elevaciones, mientras que para realizar una ortofoto verdadera se

obtienen las coordenadas Z con un Modelo Digital de Superficies.

La diferencia entre el mtodo de realizacin de una ortofoto

convencional y una ortofoto verdadera se aprecia con claridad en la

siguiente imagen:


254

En resumen:

- MDE Modelo Digital de Elevaciones.

- MDS Modelo Digital de Superficies

- MDEdificios o DBM (Digital Building Model) es un modelo digital a

medio camino entre el MDE y el MDS.

- Errores planimtricos.

- Falta de homogeneidad radiomtrica.

Las posibles faltas de precisin geomtrica y radiomtrica pueden ser:

A) Diferencias radiomtricas en zonas de solape: Se solucionan Mediante

programas de retoque fotogrfico, generacin de mosaicos, ajuste de los

histogramas de las imgenes o la interpolacin de los valores.

B) Falta de nitidez en una imagen ortorectificada debido a errores

altimtricos. Se solucionara con la generacin de un MDT de calidad

adecuada y/o una correcta eleccin de las fotos.


255

C) Tambin puede deberse al microrelieve: Objetos de la imagen con una

altura significativa con respecto a la altura de vuelo. La solucin sera la

realizacin de un MDT en el que se aada al terreno los objetos del

microrelieve.

D) Otros problemas diversos seran la aparicin araazos, pelusas, marcas

producidas por la cmara area, manchas de suciedad.

Otro tipo de procedimientos frecuentemente aplicados en la fase de preprocesamiento de la imagen, son los que persiguen mejorar la calidad visual de la misma.

Una imagen digital queda definida estadsticamente en cuanto a la

respuesta espectral por su histograma. El histograma representa la probabilidad de aparicin de un determinado nivel digital en la imagen.

Una imagen tiene un nico histograma que pone de manifiesto su contraste

y la homogeneidad de la misma.

Cuando se trabaja con una imagen digital es frecuente que el

contraste de la misma no sea el deseado, as se puede observar como el

rasgo de niveles digitales que aparecen en la imagen, no cubre el abanico

de posibilidades del sistema utilizado para la visualizacin (usualmente,

256 niveles de gris).


256

Imagen original con su histograma correspondiente:

Para conseguir el ajuste entre ambos intervalos, el de la imagen y el

del sistema de visualizacin se aplican las tcnicas conocidas bajo el

nombre de tcnicas de realce de imagen que no consisten sino en la

transformacin de los niveles digitales de la imagen, mediante una funcin

de transformacin que cumplan las condiciones de que sea reversible y

adems le asigne a todos los pxeles con un mismo nivel en la imagen

original el mismo valor en la imagen realzada.

Existen diversas tcnicas de realce de la imagen, que sern

seleccionadas en funcin del histograma de la imagen original y del

producto que se desee obtener. Las ms frecuentemente aplicadas son:

1- Ajuste lineal del contraste: Es expandir el histograma

que representa la frecuencia de los valores de gris que

tienen los pxeles.


257

2- Ecualizacin del histograma: Reparte de manera

equitativa la cantidad de pxeles con cada color.

3- Ajuste STRETCH o Ecualizacin del histograma: Estira

el histograma, no de forma lineal, sino como nosotros

queremos. El ajuste se produce de forma elstica.


258

9.2.2- Tcnicas de remuestreo

Como se ha visto anteriormente hay que determinar el nivel de gris

que le corresponde a cada pxel, debido a que la posicin proyectada no

tiene porqu coincidir con la posicin original del mismo ni con su valor

entero. Al realizar la transformacin espacial se tiene que los valores de las

coordenadas de la imagen no coincidirn con los de la imagen original de

forma que habr puntos que no quedarn definido por sus niveles digitales

(Fig. 5). Por tanto, es necesario interpolar el valor de gris conocindose esta

operacin con el nombre de remuestreo (resampling).

Por medio de este mtodo (remuestreo) hacemos varios muestreos

sobre la imagen inicial. Cada vez que se efectan cambios geomtricos en

la imagen digital, surgen varios errores de forma inevitable.

Los tres mtodos de remuestreo ms frecuentemente usados son:

1- Vecino ms prximo o pxel ms cercano: Este mtodo se llama as

por situar en cada cuadrado de la malla de la ortofoto el valor de gris

del pxel ms cercano en la imagen original. Esta es la solucin mas

rpida y su principal inconveniente est en la distorsin que

introduce en rasgos lineales de la imagen como carreteras, caminos,

....etc.

2- Interpolacin bilineal: Este mtodo supone promediar los niveles de

gris de los cuatro pxeles ms prximos de la imagen original. Este

promedio se pondera segn la distancia del pxel original al

corregido; teniendo mayor influencia los pxeles ms cercanos de la

imagen original. Reduce el efecto de distorsin en los rasgos

lineales, pero tiende a difuminar un tanto los contrastes espaciales de

la imagen original.


259

3- Mtodo de convolucin bicbica: Considera los niveles de gris de los

16 pxeles ms prximos. El efecto visual es ms correcto que los

anteriores pero supone un volumen de clculo mucho mayor.

De los tres mtodos de remuestreo mencionados, el mtodo del

vecino ms prximo es el ms simple. Se distingue por su rpida ejecucin

en cuanto a clculo se refiere, pero geomtricamente hablando es el menos

adecuado, con una precisin de 0.5 pxel. Los otros dos mtodos restantes

tienen una mayor precisin geomtrica pero se requiere mayor trabajo en el

clculo. El mtodo de convolucin cbica es el que absorbe mayor tiempo.

En casos generales, el ms utilizado es el mtodo de interpolacin bilineal.

La eleccin del mtodo ms idneo depender de la finalidad del proceso y

de los recursos disponibles. El ms preciso de todos es el mtodo de la

convolucin que tiene un 0,3 % de error de interpolacin. La interpolacin

bilineal tiene un valor de error del 3,7 % y el procedimiento del vecino ms

prximo del 15,7 % .

9.2.3- Calidad de la imagen ortofotogrfica

Una vez obtenida la imagen ortorrectificada es fundamental la

supervisin de la calidad de la misma, los efectos fundamentales que es

necesario localizar son los siguientes:

- Comprobacin de que la imagen est completa. Si el rea que cubre

la imagen no est cubierta adecuadamente por un MDE se pueden

producir errores en la ortoimagen final.

- Presencia de arrastres en la imagen. Las causas ms frecuentes de

aparicin de arrastres (la imagen aparece movida) es la presencia de

errores en el modelo digital de elevaciones (puntos anmalos) o bien

la presencia de valores de desplazamiento debido al relieve muy

elevados al encontrarnos en el borde de la imagen. Esta ltima causa

es muy frecuente cuando se intenta la rectificacin de una cumbre

montaosa, en la que la cara orientada hacia la cmara aparece

adecuadamente rectificada pero en la cara contraria existen arrastres

debido a que una pequea porcin de la imagen original debe

estirarse" para cubrir el rea correspondiente en la ortoimagen.

- Aparicin de dobles imgenes. Este problema era especialmente

importante en los primeros sistemas fotogramtricos digitales que

trabajaban a nivel de modelo en el que errores debidos a la

orientacin de las imgenes (los parmetros de la orientacin externa


260

de la imagen derecha del primer modelo presenta ligeras diferencias

con respecto a los calculados con la misma imagen cuando hace de

imagen izquierda del segundo modelo) o bien falta de continuidad en

el modelo digital de elevaciones.

- Aparicin de porciones de ortoimagen no cubiertas. Este hecho tiene

el mismo origen que la aparicin de dobles imgenes pero con el

resultado contrario, no existe continuidad en la ortoimagen final por

un problema de orientacin o del MDE empleado en la

ortorrectificacin.

- Errores planimtricos. Se comprueban mediante la medida directa de

puntos sobre el terreno que sean perfectamente distinguibles en la

imagen, comparando posteriormente sus coordenadas planimtricas.

Los principales problemas que afectan a la calidad de las

ortoimgenes generadas mediante rectificacin diferencial son los

debidos a los errores o falta de precisin del modelo digital de

elevaciones, dejando a un lado los problemas de ajuste radiomtrico

que se compensan mediante correcciones.

9.2.4- Correcciones radiomtricas

Una de las criticas que se haca a los productos derivados de la

ortofotografa analgica era su faltade homogeneidad (diferencias de

contrastes y de tonalidades entre las ortofotos que formaban mosaicos). En

los sistemas digitales, el procesamiento radiomtrico mejora la calidad de

las imgenes por procedimientos simples y controlables. La correccin

radiomtrica de las imgenes tiene dos objetivos:

- Eliminar las discontinuidades de color entre ortofotos contiguas.

- Crear una representacin homognea de color y tonalidad en un rea

geogrfica grande para la produccin de mosaicos.

En las fotografas areas convencionales existen cinco parmetros

fsicos que contribuyen a estas variaciones de color y tonalidad:

- La posicin del punto de vista.

- La direccin de la iluminacin de la escena.


261

- La distancia focal. Las condiciones atmosfricas.

- La reflectancia de los distintos tipos de superficies topogrficas.

La presencia de estos parmetros hacen que las correcciones

radiomtricas sean fsicamente imposibles.

Durante la conversin de la imagen de formato analgico a digital,

los datos de entrada del escner tienen una gran influencia sobre la calidad

de esta y los sistemas mas sofisticados ofrecen un amplio espectro de

correccin selectiva de colores, as como tablas de referencia de color

(LUT), por medio de las cuales se evita la prdida de informacin.

El algoritmo de correccin radiomtrica se aplica en tcnicas de

procesamiento de imgenes de bajo nivel (que no tienen relacin con

problemas de interpretacin), tales como ajuste o realce de contrastes,

transformaciones con las tablas de referencia de color, manipulacin de

histogramas etc.

La calibracin se basa en la hiptesis de Helmhontz sobre la

constancia del color (en el espectro visible e infrarrojo) y permite eliminar

las diferencias entre las condiciones de iluminacin de las imgenes. En

radiometra (al igual que en el problema de la localizacin de pxeles) se

necesitan tambin referencias, uno de los mejores parmetros de

calibracin es el histograma. Por ejemplo, para eliminar las diferencia entre

los valores de gris de ortofotos contiguas, se parte M hecho que los

histogramas, en estas zonas de solape de imgenes adyacentes han de ser

iguales, lo que implica que se ha de llevar a cabo un ajuste radiomtrico

total de ambas imgenes. Las incgnitas sern las tablas de correccin de

los valores de gris de cada imagen.

El proceso de correccin radiomtrica de datos emplea una gran

cantidad de tiempo de ordenador pero mejora considerablemente la calidad

de la imagen; solo despus de esta calibracin se obtiene la ortofoto con la

cobertura homognea necesaria para la formacin de mosaicos.


262

Propiedades de las ortofotos digitales:

Las ortofotos digitales estn geocodificadas y ofrecen al menos la

misma precisin que los mapas de lnea. Cada pxel tiene una posicin

claramente determinada en el sistema de referencia empleado (UTM,

Lambert, etc.).

Estn calibradas respecto a los colores y por medio de los mdulos

de ajuste radiomtricos y de formacin de mosaicos se pueden fundir dos o

mas ortofotos y producir una imagen de color homognea de mejor calidad

que la fotografa area original.

Las ortofotos digitales son multitemporales. Los vuelos fotogrficos

con frecuencia se interrumpen por causas atmosfricas durante largos

periodos, al cabo de los cuales pueden haber cambiado las condiciones de

iluminacin y los aspectos de los cultivos. Con esta tecnologa pueden

obtener documentos homogneos sin las discontinuidades de color

resultantes en los mtodos clsicos. Gracias a esta cualidad, las ortofotos

digitales pueden utilizarse para poner al da de una forma rpida los mapas

existentes.

Las ortofotos digitales pueden adoptar escalas variables; a partir de

una escala de consistencia se pueden formar ortofotos a distintas escalas

(menores).

Las ortofotos digitales son multiespectrales. Al ser imgenes de tipo

raster se pueden aplicar tcnicas de clasificacin a las fotos ya sean en

color o en infrarrojo color. Las propiedades de multitemporal, multiescala y

multiespectral son exclusivas de las ortofotos digitales, y no existen en los

documentos analgicos.

Debido a sus propiedades multiespectrales y multiescalares pueden

compararse con datos provenientes de teledeteccin con objeto de

completar el proceso de interpretacin con otros canales multiespectrales.

Permiten la sobreimpresin de mapas de lnea o temticos para la

formacin de documentos ms claros y precisos.

Es obvio decir que se pueden utilizar para hacer clculos de

superficies, distancias, desplazamientos...etc.

Se pueden adaptar a la superficie de un DTM para formar

perspectivas, a menudo utilizadas en estudios de impactos ambientales.


263

Debido a su carcter multidisciplinario, constituyen una fuente de

datos muy til para usuarios de GIS; por esta razn las ortofotos

constituyen un complemento esencial de cualquier tipo de aplicacin GIS

al ofrecer informacin temtica especfica en formato vectorial y raster.

10.3- Mosaicos de ortofotos:

Cada ortofoto se produce con un cierto grado de recubrimiento con

respecto a sus vecinas. Durante el paso anterior se han eliminado las

diferencias en el balance de color pero pueden aparecer otras

perturbaciones como son:

- Diferencias en la orientacin de las sombras (en edificios, bosques,

etc..).

- Pequeas discontinuidades geomtricas como las que se presentan en

puentes y edificios, relacionadas con efectos de paralaje.

Recordemos que los modelos digitales de terreno definen la

superficie topogrfica y no tienen en cuenta las altitudes de puentes y

edificios.

- Diferencias fenomenolgicas en fotografas tomadas en las diferentes

estaciones del ao.

- Diferencias de reflectancia en zonas de agua (embalses, ros, lagos)

arenosas o de nieve.

En esta fase del proceso de imgenes solo se tienen en cuenta las

zonas de recubrimiento entre las dos ortofotos consideradas, El rea comn

se centra con respecto a unos lmites reales comunes y a continuacin

comienza un proceso interactivo mediante el cul se define una trayectoria

de corte en la zona comn de tal modo que solo se va a guardar en la base

de datos la parte correspondiente a cada una de las dos ortofotos. Esto tiene

las ventajas de:

- Minimizar los efectos visuales de la paralaje.

- Minimizar los efectos visuales de las sombras.

- Realizar una representacin homognea en los casos de diferencias

fenomenolgicas.


264

10.4- Errores en ortofoto digital

Es un error planimtrico que deriva del error altimtrico en la

determinacin de los objetos sobre el terreno.

2

p

alt

Etg

E

=

2 2

2 2p altR altal ItE tg tg E EE

= = +

El Ealt depende de la determinacin de las cotas sobre el modelo altimtrico

y lo errores en la restitucin, al generar las lneas de rotura, etc.

Ealt R = error en la restitucin.

Ealt I = error altimtrico en la interpolacin sobre el MDT.

( )1

2 12

altR b B b B

ZE m m

BP tg

= =

Ealt I = funcin de m, separacin de los puntos de la malla MDT.

Por ejemplo: 1/3m

Se hace la composicin cuadrtica 2 2

altR la t Il a tE EE = +


265

10.5- Imgenes piramidales

Supongamos que tenemos una ortofoto de una zona muy extensa

como podra ser la de toda la Comunidad Valenciana, si dicha ortofoto

estuviera en una resolucin espacial muy alta, ocupara demasiado y hara

que el ordenador funcionase muy despacio. Para hacer ampliaciones y

poder ver las parcelas, casas, etc se recurre al uso de Pirmides de

imgenes: conjunto jerrquico de imgenes, cada una de las cuales es una

versin de la imagen original con menor resolucin cada vez.

Las imgenes de la pirmide se subdividen en teselas para que slo

se carguen las partes que se deseen ver.

Esta es la representacin grfica

del proceso de construccin de una

imagen piramidal con dos niveles

y factor de reduccin 2.

El rea gris simboliza que cuatro

pxeles de un nivel inferior se

filtran en uno en el nivel

inmediatamente superior.


266

El programa calcula el punto de vista actual y carga las teselas

adecuadas en funcin de la distancia existente entre el usuario y la imagen.

A medida que el punto de vista se acerca a la superposicin de fotos, se

cargan las teselas con mayor resolucin.

Dado que todos los pxeles de la imagen original no se pueden ver a

la vez en la pantalla, este procesamiento previo permite conseguir el

mximo rendimiento porque carga slo las partes de la imagen que se

muestran en la vista y nicamente los detalles de pxeles que puede

distinguir el usuario segn el punto de vista actual.

Creacin de la pirmide de imgenes 1) Se da por hecho que la medida de pxeles de la imagen es

una potencia de 2. Si no, primero ser necesario aadir un

relleno.

2) Se divide la imagen original a tamao completo en piezas

del tamao de una tesela (por ejemplo, en bloques de 256 *

256 pxeles).

3) Se reduce la imagen por un factor de 2.

4) Se divide esta nueva imagen en cuadrados del tamao de

una tesela.

5) Se repiten los pasos 2 y 3 hasta que la imagen final se ajuste

al tamao de la tesela (por ejemplo, 256 * 256 pxeles).

La pirmide de imgenes para una imagen de 4.096 * 4.096 tiene 5

niveles, tal y como se muestra en la siguiente tabla:


267

Imagen piramidal con cuatro niveles: 512x512 pixels

256x256 pixels

128x128 pixels

64x64 pixels


268

2 consideraciones finales;

1) Para representar una zona mediante una ortofoto hace falta un trabajo que suele durar dos meses y que consta de las siguientes partes:

- Vuelo digital

- Orientacin (GPS/IMV)

- MDE (por correlacin o LIDAR*)

- Realizacin de la ortofoto.

- Integracin y validacin.

* Si se utiliza un LIDAR entonces se tiene un MDS.

2) Sobre el PNOA:

Periodo de realizacin Error altimtrico Terreno representado por

cada pxel

2004-06 < 2 m 50 cm

2007-2010 < 1 m 10 cm


269

Problemas: Clculo errores previsibles

Ejemplo: Se desea obtener una ortofoto digital a color 110.000

E =

Zona Min Max

X 1000 m 3400 m

Y 1000 m 3800 m

Fotogramas analgicos 23 x 23 cm. E = 1/22.000 f = 153 mm.

A) Calcular el tamao del fichero de la ortofoto si se emplea el sistema RGB y el pxel de la ortofoto es de 90 m.

RTA-

6

6

1 0, 242.667

10.000 2.400 90 10

1 0, 283.112

10.000 2.800 90 10

8.299.704

x mE x pxels

m

x mE x pxels

m

n pxels pxels

= = = =

= = = =

=

_ _10243 8.299.704 248991126 24.315,54 23,75dividiendo entrebytes

Espacio pxels bytes kb Mbpxels

= =

B) Determinar la resolucin de escaneado de la foto area (suponemos que a cada pxel de la ortofoto le corresponde un pxel

de la foto area).

RTA-

Relacin de ampliacin fotograma/ortofoto = 22.000/10.000 = 2,2

Tamao pxel foto area = _ _ 90

40,9 .2,2 2, 2

tamao pxel orto mm

= =


270

Otra manera de calcularlo:

1 90

10.000

m

x

=

Un pxel en la ortofoto representa 0,9 m sobre el terreno.

1 0,940,9

22.000 0,9 22.000

xx m= = =

Un pxel de la foto area representa 40,9 m.

1 pulgada 2,54

62140,9

cmppp

m=

ppp = puntos por pulgada.

C) Calcular el espaciado de m de la malla de MDT si el error altimtrico en la interpolacin se estima en 1/3 m y el error altimtrico en la restitucin es 20 cm.

2

2 2 20,115 12 0,22 0,153 3

p altR altIE tg E E m

= + = +

m = 7,96 metros.

D) Si los parmetros de orientacin externa del fotograma son conocidos

X0 = 2200 m Y0 = 2400 m Z0 = 3450 m = 3g = 1g = 2g Calcular las coordenadas imagen en el fotograma de: P ( 1001 ; 3789 ; 129 ).


271

Los parmetros de la matriz de rotacin se obtienen con un programa de la

calculadora.

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )

0,999383 1001 2200 0,031407 3789 2400 0,015707 129 34500,153

0,017162 1001 2200 0,04659 3789 2400 0,998767 129 3450x

+ + =

+ +

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )

0,030636 1001 2200 0,998420 3789 2400 0,047101 129 34500,153

0,017162 1001 2200 0,04659 3789 2400 0,998767 129 3450y

+ + =

+ +

x = - 49,518 mm

y = 56,908 mm

Documents

Fotogrametría. Tema10