Practica No 1 Orientación de un par de Fotografías Aéreas bajo un estereoscopio de espejos.

Presentado por:Carolina Echavarría Caballero

Código: 0831470

Presentado a: Ing. Jorge García

Universidad del ValleFaculta de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Civil y GeomáticaÁrea de Geomática.

Santiago de Cali, Febrero 23 de 2011

TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETIVO.....................................................................................................................3

2. MATERIALES Y EQUIPOS...........................................................................................3

3. MARCO TEÓRICO........................................................................................................4

4. METODOLOGÍA............................................................................................................9

5. RESULTADOS.............................................................................................................12

6. CONCLUSIONES........................................................................................................12

7. BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................12

TABLA DE FIGURASFigura 1: Sección transversal del ojo humano......................................................................5Figura 2: Esquema de las trayectorias visuales y su proyección en la retina.......................6Figura 3: Vuelo fotogramétrico..............................................................................................8Figura 4: Estereoscopio de espejos......................................................................................8Figura 5: Estereoscopio de bolsillo.......................................................................................9Figura 6: Identificación de la fotografía aérea IGAC...........................................................10Figura 7: Identificación de la fotografía aérea FAL.............................................................10Figura 8: Ubicación de los puntos P1 y P2.........................................................................11Figura 9: Ubicación de los puntos P1’ y P2’.......................................................................11Figura 10: Ubicación del estereoscopio..............................................................................11

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1. OBJETIVO

1.1 Objetivo General Aprender a orientar correctamente un par de fotografías aéreas verticales bajo un estereoscopio de espejos para la observación tridimensional en condiciones normales.

1.2 Objetivos específicos. Determinar la base instrumental o distancia más adecuada entre puntos

homólogos para la observación estereoscópica. Determinar la base de la fotografía (Pr) como parámetro de importancia

en las mediciones fotogramétricas.

2. MATERIALES Y EQUIPOS

2.1 Fotografías AéreasSe utilizaron dos Fotografías aéreas del IGAC consecutivas, con un traslape del 60% perteneciente a la zona Urbana.

2.2 Estereoscopio de Espejos

Se Utilizo el estereoscopio de espejos para realizar la observación tridimensional.

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Número de vuelo R987 IGACNúmero de Fotografías 000170 - 000171

2.3 Marcadores

Para marcar sobre las fotografías se necesitan marcadores permanentes de punta fina para reducir errores a la hora de realizar mediciones y trazos.

2.4 Cinta adhesiva

Con este instrumento se fijan las fotografías aéreas sobre la mesa de trabajo.

2.52.5 Regla

Es necesaria para realizar las mediciones entre las fotografías.

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3. MARCO TEÓRICO

3.1 La visión humana.El conocimiento del mundo circundante, la percepción de los objetos y la estimación de distancias, actividades básicas para el ser humano, está dado principalmente por el sentido de la vista, considerado en conjunto como la visión. El fenómeno de la visión es un proceso complejo, que consiste, a grandes rasgos, en captar mediante los ojos la energía procedente de una fuente emisora, transmisora o reflectora de radiaciones luminosas. La energía puede ser cuantificada en esta etapa mediante el uso de la óptica y la fotometría. Esta energía luminosa es convertida en señales neurobiológicas desde la retina hasta el cortex, más allá del cual es puramente cervical. El proceso termina con la interpretación y la comprensión de la señal inicial, es decir, la percepción del mundo que nos rodea.

3.1.1 Descripción del ojo.El ojo humano presenta una gran similitud con la cámara fotográfica, en cuanto al sistema óptico se refiere. La cornea y el cristalino enfocan la imagen sobre la superficie fotosensible que constituye la retina. La longitud focal del cristalino es de 17 mm, lo cual da un ángulo de 180°, libre de distorsión por proyectar sobre una superficie esférica, adaptada completamente a la proyección central. La reducida distancia focal del ojo ofrece la ventaja de su gran profundidad de campo, lo que permite tener enfocado al mismo tiempo una distancia nítida por delante y por detrás del sujeto enfocado. La cantidad de luz que penetra en el ojo está controlada por el iris, el cual es un diafragma controlado por músculos que lo cierran y abren desde un diámetro de 2mm, cuando existe iluminación fuerte, hasta 8 mm, cuando existe iluminación tenue.

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Figura 1: Sección transversal del ojo humano

3.1.2 La percepción del relieveEl sistema visual humano posee la capacidad de percibir el relieve mediante el uso de mecanismos tanto psicológicos como fisiológicos, según la visión sea monocular o binocular, respectivamente. Así pues, la percepción del relieve presenta un doble aspecto: en primer lugar monocular, ya que estamos en capacidad de reconstituir el espacio a partir de la visión obtenida a través de un solo ojo, y siguiente y con especial relevancia binocular, ya que al mirar simultáneamente con ambos ojos se obtiene la visión estereoscópia o esteropsis, la cual nos permite apreciar realmente el relieve, en forma independiente de la visión monocular.

Visión MonocularLa simple visión monocular nos da la visión de relieve; cuando se observa un cuadro, una fotografía una pantalla de cine o de televisión, no se tiene ninguna dificultad a ubicar los objetos, unos respecto a otros. No existe en general ninguna ambigüedad en darles sus posiciones relativas.

Visión Binocular.En la visión binocular ambos ojos observan la misma escena, pero desde un punto de vista ligeramente diferente, ya que están separados por una distancia que es, en promedio, de 65 mm, denominada distancia interpupilar. Esta diferencia de posición hace que cada ojo posea una vista ligeramente diferente de la escena visada; estas diferencias son procesadas por el sentido de la visión y el resultado del mismo es la sensación de relieve, la cual puede variar ligeramente entre los individuos, dependiendo de su distancia interpupilar y de las características propias de su visión. Eventualmente, algunos individuos no tienen capacidad de visión estereoscópica, aunque pueden ver por ambos ojos. La razón de ello estriba en defectos de la visión, como por ejemplo, el estrabismo.

3.1.3 La visión estereoscópica natural.

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Tal como se afirmó anteriormente, el aspecto más relevante de la visión humana es su capacidad de percibir el relieve o profundidad. Esta visión estereoscópica se logra mediante mecanismos fisiológicos siendo éstos los siguientes:

Acomodación.Es la tensión del músculo que cambia la curvatura del cristalino, y por ende, la distancia focal del mismo. Como la tensión se hace mayor y por lo tanto notable, para enfocar objetos cercanos, este mecanismo sólo es útil para cortas distancias.

Convergencia.Es el ángulo formado por la intersección de los ejes ópticos de los ojos. Este mecanismo es efectivo a cortas distancias por las mismas razones del mecanismo anterior.

Paralaje.Si un lápiz es mantenido a 30 cm de distancia de los ojos, frente a un determinado objeto ubicado en el fondo, y haciendo énfasis en éste, se cierran y abren alternativamente ambos ojos, en rápida sucesión, se tiene la sensación de que el lápiz se desplaza con respecto al objeto. Si se enfoca ahora alternativamente al lápiz y al objeto, se tiene la impresión de que los objetos se encuentran a distancias diferentes (de hecho, cuando se enfoca el objeto, el lápiz se ve doble). Un esquema semejante al de la situación aquí descrita se puede observar en la figura 5.3, donde el objeto “A” se encuentra más cercano que el objeto “B”.

Figura 2: Esquema de las trayectorias visuales y su proyección en la retina

Cuando los rayos de luz que proceden de un punto de un objeto llegan a los ojos, están separados por un ángulo, llamado ángulo paraláctico, que decrece a medida que la distancia del objeto aumenta. Este ángulo, en radianes, puede expresarse como:

Donde E es la distancia interpupilar o base de los ojos, que varía de 60 a 70 mm en los humanos, y d es la distancia desde la base de los ojos hasta el objeto visado.

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3.2 Visión estereoscópica artificial.En fotogrametría se hace uso de la visión estereoscópica para la observación de los pares estereoscópicos, donde los paralajes, relativamente grandes, son producidos mediante los métodos de toma de vistas.

Ya que cada ojo observa en su retina direcciones hacia puntos, se puede reemplazar la visión tridimensional del entorno natural superponiendo delante de cada ojo una fotografía que contenga las mismas direcciones dadas por la visión natural del entorno, ya que al existir los mismos paralajes, se producirán en la visión los mismos mecanismos de percepción que dan origen a la visión estereoscópica. La observación independiente de cada ojo sobre su respectiva fotografía da origen entonces a un modelo tridimensional del terreno en la mente del observador.

Los requisitos para realizar la visión estereoscópica son los siguientes:- A cada ojo hay que presentarle una imagen que cubra un área común y que presente paralaje con respecto a la que observa el otro ojo.

- Los rayos visuales hacia puntos homólogos deben interceptarse en el espacio de dos en dos. Esto significa que la observación debe realizarse según planos epipolares, es decir, que los rayos epipolares homólogos estén sobre la misma recta.

- Los puntos más lejanos de ambas imágenes no han de tener una separación mayor que la distancia interpupilar del observador, o a la base de visión del aparato utilizado. 1

3.2.1 Fundamentos geométricos de la toma de fotografías aéreas verticales

Un vuelo fotogramétrico generalmente se realiza cubriendo la superficie del terreno con fajas longitudinales de fotografías tomadas a una cierta altura del mismo. Normalmente se realiza el recubrimiento longitudinal con una superposición de fotogramas del 60% lo que permitirá luego una buena formación del modelo estereoscópico facilitando de esta manera una mejor identificación de los detalles del terreno. Para evitar que puedan quedar zonas de la superficie del terreno sin fotografiar al realizar un cambio de faja, se realiza una superposición transversal entre las mismas del 30%.

La figura 3 representa los elementos geométricos ideales de un vuelo fotogramétrico con eje de toma vertical. 

Los parámetros como la altura de vuelo sobre el terreno, la base aero-fotogramétrica, el avance lateral, etc., están fijados principalmente por la escala con la que necesitamos resulten los fotogramas. Lógicamente el tipo de cámara es un factor que interviene directamente en la primera etapa de los cálculos.

1 JAUREGUI, Luis. “Fotogrametría Básica” Cap. 5, disponible en la web: http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/iluis/publicaciones/Fotogrametr%EDa/CAPITULO5.pdf

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Figura 3: Vuelo fotogramétrico.

3.3 Estereoscopio de espejos

Estereoscopio, instrumento óptico a través del cual pueden observarse fotografías de objetos, pero no como representaciones planas, sino con apariencia sólida y profundidad. Es un instrumento donde se presentan al mismo tiempo dos fotografías del mismo objeto, una a cada ojo. Las dos fotografías están tomadas desde ángulos ligeramente diferentes y se observan a través de dos objetivos con lentes separadas e inclinadas para que coincidan y se fundan las dos imágenes en una tridimensional.

La fotografía estereoscópica aérea permite realizar representaciones en tres dimensiones que pueden utilizarse en la preparación de mapas de relieve.

Figura 4: Estereoscopio de espejos.

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Los estereoscopios de bolsillo

Tienen dos lentes separadas entre sí, por una distancia igual a la interpupilar, montadas en un marco plástico o metálico soportado por patas, de forma tal que las fotografías son observadas a través de dichas lentes. La distancia entre las lentes y las fotografías sobre las cuales se apoya el estereoscopio, corresponde a la distancia focal, de forma tal que la observación se realiza al infinito y con ejes paralelos. 

Estos instrumentos normalmente son pequeños y compactos, así como livianos; siendo en su gran mayoría diseñados para su uso en el campo, teniendo patas plegables que transforman la unidad en un paquete no mayor a un estuche de anteojos. A pesar de ello, la práctica indica que su mayor uso es en la oficina. 

El pequeño porte del instrumento impide tener una visión total del modelo estereoscópico. (Normalmente no brindan un campo de visión muy extenso, observándose sólo una porción del modelo a la vez.)

La reducida distancia entre las lentes, combinada con la observación ortogonal de las fotos, hace necesario que éstas deban ser colocadas muy juntas o aún solaparlas (dependiendo de su formato), quedando áreas ocultas a la observación lo que puede obligar a doblar una fotografía para poder trabajar en la zona cubierta.

A pesar de estas pequeñas desventajas, el estereoscopio de bolsillo es uno de los más usados por los fotointérpretes, con la ventaja de ser de bajo costo.

Los estereoscopios de bolsillo tienen lentes de un aumento aproximado a 1.5X o 2X, lo que permite un estudio suficientemente detallado con un campo no demasiado reducido.

Para su uso, las fotografías deben colocarse alineadas siguiendo la línea de vuelo, con las imágenes homólogas separadas una distancia igual o ligeramente menor a la distancia interpupilar del observador, debiendo realizarse la observación con el estereoscopio también alineado con la línea de vuelo, desplazándolo, en caso necesario, paralelamente a ésta.

Figura 5: Estereoscopio de bolsillo

4. METODOLOGÍA 4.1 Orientación preliminar

Verificar que las Fotografías sean del mismo vueloPara el caso de las fotografías del IGAC, la numeración se encuentra en la esquina inferior derecha, al igual que el número del vuelo como se

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observa en la figura 6. Se debe comprobar que el numero de vuelo corresponda en los dos casos.

Figura 6: Identificación de la fotografía aérea IGAC.

Verificar que la numeración de las fotografías sea consecutiva. Como en el caso anterior, se debe comprobar también que la numeración del par de fotografías sea consecutivo para que la zona de estudio tenga el traslape.

Orientación preliminar Una vez se haya verificado el numero de vuelo y numeración, se procede a orientar las fotografías correctamente. Para el caso de las fotografías con fuente IGAC, la numeración de la foto y el vuelo debe quedar en la esquina inferior izquierda en ambos casos. Para las Fotografías de la empresa FAL, la numeración debe estar en la esquina superior derecha como se observa en la figura 7. El número de la fotografía menor debe quedar al lado izquierdo.

Figura 7: Identificación de la fotografía aérea FAL.

4.2 Determinación de los puntos principales (P1 y P2)Una vez se han orientado correctamente el par de fotografías, se procede a identificar los puntos P1 y P2 en cada foto respectivamente, trazando las líneas medias en cada sentido, y en la intersección de dichas líneas se dibuja el punto, como se muestra en la figura 8.

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Figura 8: Ubicación de los puntos P1 y P2.

4.3 Determinación de los puntos homólogos transferidos. (P1’, P2’) Una vez localizados los puntos principales, se identifican su posición en la otra fotografía, es decir, según sea la ubicación del punto P1 en la fotografía 1, se ubica igual en la fotografía 2 como P1’ posición respecto a una construcción o cualquier característica antrópica presente.

Figura 9: Ubicación de los puntos P1’ y P2’.

Al tener los puntos P1, P1’, P2 y P2’, se toma la medida entre los respectivos P1 y P2’, a ésta distancia se le denomina Pr, y se mide en milímetros.

4.4 Determinación de la base instrumental (Bi)Con ayuda de la cinta adhesiva se fija la fotografía del lado izquierdo (menor numeración), y se monta el estereoscopio de espejos.

Figura 10: Ubicación del estereoscopio.

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Una vez armado el estereoscopio, se ubica la fotografía 2 en el lado derecho y se trata de observar en tres dimensiones moviendo ésta foto. En la posición en que se observe con claridad la tercera dimensión, se mide la distancia entre P1 y P1’, que se denomina base instrumental, sus unidades son centímetros y debe estar en el rango de 23 a 25 centímetros.

5. RESULTADOS Durante la práctica se obtuvieron los siguientes resultados:

El valor de Pr: 78 milímetrosEl valor de la base instrumental (Bi): 24 Centímetros.

6. CONCLUSIONES

Con el trabajo realizado en clase se ilustra la importancia de guiar correctamente un par de fotografías aéreas, ya que este es la base para obtener correctamente la visión estereoscópica.

Para realizar mediciones sobre fotografías aéreas es necesario ser lo muy preciso a la hora de medir la base instrumental y el Pr.

Durante la transferencia de puntos es primordial ubicar lo más preciso posible los puntos de transferencia ya que de estos dependerá el resultado de nuestra base instrumental.

7. BIBLIOGRAFÍAGARCIA, Jorge E. ¨Manual de prácticas para la utilización de fotografías aéreas en proyectos de ingeniería¨. Universidad del Valle.

JAUREGUI, Luis. “Fotogrametría Básica” Cap. 5, disponible en la web: http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/iluis/publicaciones/Fotogrametr%EDa/CAPITULO5.pdf

Notas de Clase.

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