Historia De La Fotogrametría

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HISTORIA DE LA FOTOGRAMETRÍA     1839 primera fotografías conocidas obtenidas obtenidas por Louis Daguerre. 1859 Aimé Laussedat pudo demostrar tras largos años de investigaciones que la fotografía puede ser empleada exitosamente para la elaboración de mapas topográficos. 1900 Scheimplug para fotografiar el terreno desde el aire empleó una cámara multilente montada en la canasta de un globo, sin embargo era difícil controlar la posición de las estaciones de toma. Durante la primera y segunda guerra mundial la técnica de levantamientos aéreos fue mejorada y desarrollada para obtención masiva de información. Sobre todo en la segunda guerra mundial que las fuerzas armadas dieron especial interés al desarrollo de esta nueva técnica. CLASIFICACIÓN DE FOTOGRAFÍAS AÉREAS Los criterios más empleados para la clasificación de fotografías aéreas se basan en el campo angular de la cámara y en la inclinación del eje de la cámara. - Clasificación en función del campo angular del objetivo De acuerdo al valor del campo del objetivo con que se toman las fotografías, éstas se podrán ser clasificadas en normales, gran angulares o súper gran angulares según el campo sea de 60°, 90° ó 120°. Se encuentran también en el mercado otras cámaras pertenecientes a los mismos grupos pero con diferente tamaño o distancia principal, como la cámara Zeiss RMK 30/23 o la cámara gran angular SOM 125/18. Para una misma escala, la fotografía normal es la que requiere mayor altura y la súper gran angular necesita la menor altura de vuelo, por lo que se puede resultar muy útil para cubrir zonas que permanecen gran parte del tiempo cubiertas por nubes bajas. Desde el punto de vista métrico, es interesante anotar que las fotografías normales tienen desplazamiento debido al relieve pequeño y dan buena precisión en trabajos planimétricos (catastro) mientras que en las fotografías súper gran angulares el desplazamiento debido al relieve es grande, el modelo se observa exagerando verticalmente y la precisión que se obtiene para la medición de alturas es muy buena (curvas de nivel). El mayor inconveniente de las fotografías súper gran angulares se presenta en áreas montañosas donde pueden ocurrir áreas muertas. - Clasificación en función de la inclinación del eje de la cámara De acuerdo a la desviación del eje de la cámara con respecto a la vertical, las fotografías aéreas podrán clasificarse en verticales, inclinadas y muy inclinadas. Es inclinada cuando el ángulo de inclinación es superior a 3° pero no aparece la línea de horizonte en la fotografía. Normalmente el ángulo de inclinación está comprendido entre 12 ° a 18°. Las fotografías inclinadas se subdividen a su vez en: fotografías oblicuas, cuando la inclinación es hacia los lados del avión y convergente cuando la inclinación es a lo largo de la dirección de vuelo. Cuando el horizonte aparece en la imagen la fotografía se dice que es muy inclinada. En el caso que el eje de la cámara es horizontal (90º con la vertical) la fotografía se llama terrestre. Mientras que para las fotografías verticales la escala es uniforme en toda la foto y solo ocurren diferencias de escala debidas a la topografía, en los otros tipos, la escala no es uniforme sino que varía en forma lineal. Como consecuencia, la fotografía vertical es más fácil de mapear. EVALUACION DE LA FOTOGRAMETRIA Con propósitos de mapeo, es esencial que cualquier forma de imágenes teledetectadas se registren de manera precisa al mapa base propuesta. Con las imágenes de satélite, la altura del sensor hace que resulten desplazamientos mínimos debido al relieve. Sin embargo, con fotografías aéreas el proceso se torna más complejo. No solamente existen las distorsiones sistemáticas debidas al desplazamiento longitudinal y transversal y de altitud. - Proceso de Imágenes Como resultado de los sensores multiespectrales y de otros dispositivos de entrada en formato raster, tenemos disponibilidad de imágenes digitales con datos de reflectancia espectral. La principal ventaja de disponer de datos digitales, es que ellos nos permiten aplicar técnicas de análisis computarizado a los datos de la imagen – un campo de estudio llamado Proceso o Tratamiento Digital de Imágenes. El tratamiento digital de imágenes se enfoca principalmente a cuatro operaciones básicas: - Restauración de imágenes - clasificación de imágenes - Realce de imágenes - Transformación de imágenes La restauración de imágenes se ocupa principalmente de la corrección y calibración de imágenes con el objeto de lograr una representación fiel de la superficie de la tierra tanto como sea posible, dada su importancia en todas las aplicaciones. El realce de imágenes se ocupa principalmente con la modificación de imágenes con el objeto de optimizar su apariencia al sistema visual. El análisis visual es un elemento clave, aun en proceso digital de imágenes, y los efectos de estas técnicas pueden ser dramáticos. La clasificación de imágenes se refiere a la interpretación de las imágenes asistida por computadora – una operación que es vital para los SIG. Finalmente, la transformación de imágenes se refiere a la derivación de nuevas imágenes como resultado de algún tratamiento matemático de los datos en las bandas crudas. - Clasificación de Imágenes La clasificación de imágenes se refiere a la interpretación asistida por computadora de imágenes remotamente censadas. Aunque algunos procedimientos son capaces de incorporar información acerca de algunas características de la imagen como textura y contexto, la mayoría de clasificaciones de imágenes están basadas solamente en la detección de las firmas espectrales de las clases de cobertura de la tierra. El éxito con el cual puede hacerse esta operación dependerá de dos cosas: 1) la presencia de firmas distintivas para las clases de cobertura de la tierra de interés en el grupo de bandas que se están utilizando; y 2) la habilidad o la confiabilidad para distinguir estas firmas de otros patrones de respuesta espectral que puedan estar presentes. CONCLUSIONES Los datos remotamente censados son importantes en un amplio rango de disciplinas. Esto continuará y crecerá conforme se hacen disponibles más datos provenientes de nuevos sistemas operacionales. La disponibilidad de estos datos, acoplados con los programas necesarios para su análisis, provee oportunidades a los académicos y planificadores ambientales, particularmente en el campo del mapeo de uso de la tierra y detección de cambios, que eran impensables hace unas pocas décadas. Historia Más allá de los métodos primitivos que usaron nuestros ancestros (subir a un risco o a un árbol para ver el paisaje), la disciplina moderna surgió con la invención del vuelo. G. Tournachon (alias Nadar), un conocido piloto de globos, hizo fotografías de Paris desde su globo en 1858. También se usaron palomas mensajeras, cometas, cohetes y globos no tripulados para tomar imágenes. Con la excepción de los globos, estas primeras imágenes no fueron muy útiles para hacer mapas o para alguna investigación científica. La fotografía aérea sistemática se desarrollo por los militares con objeto de la vigilancia y el reconocimiento de territorios en la Primera Guerra Mundial, y llegó a su clímax durante laGuerra Fría con el uso de aviones de combate modificados, como el P-51, el P-38, el RB-66y el F-4C, o algunas plataformas de recogida de información como por ejemplo el U2/TR-1, el SR-71, el A-5 y el OV-1. Después se desarrollaron los métodos para crear sensores más pequeños que los usados por la ley y los militares, tanto en plataformas tripuladas como no-tripuladas. La ventaja de esto es que requiere una mínima modificación a un determinado aeroplano. La tecnología de imágenes más posterior incluía infrarrojos, imagen convencional, doppler y radares de apertura sintética. El desarrollo de satélites artificiales ya en la segunda mitad del siglo 20 permitió el uso de la teledetección remota para progresar a escala global y terminar con la Guerra Fría. El instrumental a bordo de varios observadores terrestres y plataformas meteorológicas como el Landsat, el Nimbus y algunas más recientes como el RADARSAT y el UARS proveyeron de medidas globales de información de varios tipos (civil, militar y de investigación). Las sondas espaciales a otros planetas también han brindado la oportunidad de conducir el estudio por teledetección remota a entornos extraterrestres; el radar de apertura sintética a bordo del Magellan proveyó de mapas topográficos detallados de Venus, mientras que los instrumentos a bordo del SOHO permitieron estudios del Sol y los vientos solares. Las investigaciones recientes incluyen, a principios de los 60 y los 70, el desarrollo del procesamiento de imágenes de imágenes satelitales. Varios equipos de investigación en Silicon Valley incluyen el centro de investigación de Ames de la NASA, el GTE y el ESL Inc. desarrollaron técnicas para usar la Transformada de Fourier como manera de mejora de la información de las imágenes. La introducción de servicios Web online para el acceso rápido a información sobre teledetección remota en el siglo 21 (principalmente imágenes de baja o media resolución), como Google Earth, ha hecho posible que la teledetección remota sea algo familiar para el gran público y se haya hecho popular en el mundo de la ciencia. Divisiones de la fotogrametría.  A lo largo de la existencia de esta disciplina, se fueron desarrollando métodos que se adaptaban en forma óptima a los campos de aplicación en los que se les requería. Esto trajo a su vez como consecuencia, la creación de equipos específicos capaces de llevar a cabo la realización de estas técnicas especializadas. Agrupando estas técnicas y equipos en torno a sus campos de aplicación, se obtienen tres grandes grupos dentro de la fotogrametría. 1. Fotogrametría Aérea. Es aquella que utiliza fotografías tomadas desde una cámara aerotransportada. Este hecho implica que su eje óptico casi siempre es vertical, y que su posición en el espacio no está determinada. Generalmente, las cámaras usadas son de formato 23 × 23 cm, ya que son las más apropiadas para los trabajos cartográficos a los cuales está destinada. Actualmente cobra importancia la fotografía aérea de pequeño formato, debido a sus ventajas de accesibilidad económica. Otra modalidad que gana importancia la constituye la fotogrametría espacial, que utiliza imágenes estereoscópicas tomadas desde satélites de observación de la tierra. 2. Fotogrametría Terrestre. Es aquella que utiliza fotografías tomadas sobre un soporte terrestre; debido a esto, la posición y los elementos de orientación externa de la cámara son conocidos de antemano. Si bien fue la primera aplicación práctica de la fotogrametría, actualmente se usa principalmente en labores de apoyo a la arquitectura, arqueología, ingeniería estructural y en levantamientos topográficos de terrenos muy escarpados. Algunos autores ubican a los usos de la fotogrametría en arquitectura y arqueología en la división de objetos cercanos; sin embargo, cuando los objetos a levantar se vinculan con su posición sobre el terreno, se realiza una actividad de carácter topográfico; por  ello, pueden ser ubicadas en esta división. 3. Fotogrametría de objetos cercanos. En forma general, agrupa aquellas aplicaciones que no tienen carácter geodésico o topográfico. Se aplica para resolver problemas singulares, muy específicos. Por ello se puede decir que son soluciones a la medida del problema a resolver. Esta división es la que abarca la mayor amplitud de técnicas para la toma de fotografías y su posterior  restitución. 4. Fotogrametría de largo alcance. El objetivo de la fotogrametría de largo alcance es el conocimiento de las dimensiones y la posición de objetos en el espacio, a través de la medida o medidas realizadas a partir de la intersección de dos o más fotografías, o de una fotografía y el modelo digital del terreno correspondiente al lugar representado, el cual ha de ser realizado anteriormente por intersección de dos o más fotografías. Esta técnica es básica para la elaboración de toda la cartografía, ya sea topográfica, temática, catastral, etc. Puede ayudarse de información espectral y radiométrica de una imagen digital apoyada en la teledetección. Percepción remota del ambiente La percepción remota se refiere a técnicas utilizadas para colectar información acerca de un objeto y sus alrededores desde una distancia que no estén físicamente en contacto con ellos. Normalmente, esto se convierte en alguna forma de imágenes, que posteriormente son procesadas e interpretadas para producir datos útiles para su aplicación en agricultura, arqueología, ingeniería forestal, geografía, geología, planeación de riesgos y otros campos. La información acerca del objeto es obtenida por un sistema de sensores localizado en un satélite o una aeronave, que reciben radiación electromagnética, la cual puede ser emitida por el objeto o haber  interactuado con el objeto. HISTORIA Y TECNOLOGÍA DE SENSORES REMOTOS La tecnología de sensores remotos se remonta a las primeras fotografías obtenidas desde el aire. La fotografía aérea está disponible desde 1858 en una experiencia hecha por Nadar. Sin embargo, la baja calidad y lo riesgoso de su interpretación hizo que este procedimiento no se materializase efectivamente hasta la Primera Guerra Mundial, hecho que dio lugar a la aparición de los primeros intérpretes de información aérea. En forma paralela al desarrollo de máquinas fotográficas y de medios aéreos de navegación nació la posibilidad de obtener información sobre lo que ocurría en la tierra desde una perspectiva menos directa para el ojo humano aunque con más información relevante para la toma de decisiones. En ese sentido, esta información tuvo un origen primordialmente militar y las guerras, reales ó Esta sección está basada en el aporte de Lillesand y Kiefer (2000, secciones 2.2 y 6), han sido grandes impulsoras del desarrollo de esta tecnología. Técnicamente, las primeras fotografías militares sobre el frente enemigo se iniciaron a través de la utilización de globos de observación y luego esta responsabilidad recayó en consiguientes desarrollos aeronáuticos desde las guerras coloniales de principios de la década de 1910, la primera y segunda guerras mundiales y todo el período de la guerra fría hasta nuestros días. Precisamente durante el primer período de entre guerra (1919-1938) es cuando, aprovechando los conocimientos adquiridos por los ahora desempleados expertos en interpretación de fotografía aérea, se empieza a aplicar dichos conocimientos para la prospección geológica desde el aire. En este último caso, con un particular interés por la exploración de petróleo. El USDA (U.S. Department of Agriculture) desarrolla en ese sentido investigaciones de este tipo en condados previamente seleccionados desde 1937. Durante la Segunda Guerra Mundial la fotografía aérea militar alcanza niveles muy altos de desarrollos tanto en tecnología como en capacidad de interpretación de la información, los cuales llegarían a un máximo con la escalada de la Guerra Fría. El desarrollo en la década de los cincuenta de la tecnología aeroespacial incrementó las posibilidades de obtención de información geográfica a través no sólo de la fotografía sino también a través del uso de nuevas tecnologías: sensores de rayos infrarrojos y de ondas de radar. Las primeras experiencias en lo que daría lugar a la fotografía espacial pueden ser remontadas a pioneros alemanes como Ludwig Rahrmann (1895) y Alfred Maul (1910). Ambos investigadores sostenían el concepto de adosar cámaras fotográficas especiales a cohetes, con los cuales obtenían fotografías aéreas aún antes ó en los primeros inicios de la aeronavegación. La fotografía realizada por este tipo de vectores, más precisamente, se inicia con los experimentos realizados por investigadores norteamericanos en 1946-49, quiénes adosaron cámaras fotográficas y filmadoras a cohetes V2 capturados a los alemanes en el polígono de White Sands, Nuevo México. Con el lanzamiento de los primeros satélites meteorológicos se empieza a tomar conciencia de la capacidad de estos instrumentos de navegación para capturar información de la Tierra. El Procesamiento Digital de Imágenes espacial, que derivaría en la primera llegada del hombre a la Luna, y las nuevas tecnologías militares que hacían cada vez más riesgoso el papel de la fotografía aérea militar tradicional, daría pie y sustento al desarrollo de tecnologías cada vez más complejas para los sensores remotos de detección, con mayor utilización del espectro de banda electromagnético. Los programas Gemini y Apollo deben ser citados como pioneros a este respecto. Las imágenes desde el espacio para uso civil provienen principalmente de los programas Landsat (EE.UU.) en los 70’ y SPOT (Francia) en los 80’. Los programas anteriores a éstos obtenían fotos desde ángulos oblicuos de la Tierra, mientras que estos programas hicieron hincapié en la obtención de fotografías en ángulo recto, lo que brinda menor distorsión y mejor interpretación de las imágenes. Actualmente, los programas que utilizan tecnología con mayor resolución para la obtención de información satelital de la Tierra son SPIN-2 (Rusia), IKONOS-2, QuickBird, OrbView-3 (todos de EE.UU.) y EROS (Israel). Como sistemas con moderada resolución se pueden listar a Landsat-1/ –7 (EE.UU.), SPOT-1/ –5 (Francia, con colaboración de Suecia y Bélgica), India(IRS System), Rusia (RESURS-01), Japón (ADEOS y JERS-1, este último con radar de apertura sintética) así  como otros 17 países entre los que se incluye al programa argentino SAC-C, desarrollado por la CONAE (Comisión Nacional de Actividades Espaciales) en conjunto con la NASA. A continuación analizaremos algunas áreas de aplicación exitosa de la información obtenida por los sensores remotos. APLICACIONES DE LA INFORMACIÓN OBTENIDA POR SENSORES REMOTOS Variadas son las áreas en que las que la obtención de información por medio de sensores remotos resulta válido. En primer lugar revisaremos las aplicaciones dedicadas a los estudios forestales. Allí se podrá apreciar la posibilidad de identificar y zonificar diversos tipos de bosques tropicales y de detectar abusos en su explotación. En segundo lugar se revisarán someramente algunas posibles aplicaciones al planeamiento urbano e identificación de utilización y cobertura de la tierra. Por último, se desplegará una amplia sección a la aplicación de medios estadísticos para la detección geológica de diversos recursos minerales. APLICACIONES FORESTALES Y AMBIENTALES La distribución y condición de estos bosques, así como con otros tipos principales de vegetación, puede ser determinada y vigilada periódicamente analizando los datos de índices de vegetación obtenidos por satélites. - EL CASO PARTICULAR DE AMAZONAS La tala de bosques afecta el balance entre el oxígeno y el dióxido de carbón producido y usado en la fotosíntesis. La sistemática tala de bosques en las zonas tropicales para su utilización en tareas agrícolas y otros fines es una gran fuente de alarma para toda la comunidad mundial. La mayor preocupación recae en las densas y amplias forestas de la selva del Amazonas en Brasil. En los últimos años, granjeros y agricultores así  como otros emprendedores han talado cerca de 320 mil kilómetros cuadrados (cerca del 10%) de los 3.08 millones de kilómetros cuadrados de la cuenca amazónica. Afortunadamente dado el pedido internacional, la tasa de talado ha disminuido levemente CONCLUSIONES Como comentario final se puede destacar los grandes avances que se han producido en los sistemas de teledetección aplicados al ámbito civil y comercial. Estos adelantos brindan mejores y más amplios niveles de información en tiempo real sobre lo que acontece en determinados puntos de la Tierra.