Topografía: diferencias entre fotografía aérea y fotogrametría

Incluso el usuario más novato sabe que los drones se pueden utilizar para tomar fotografías. La accesibilidad de la fotografía aérea con drones ha llevado a su uso a través de múltiples sectores y producido algunas imágenes increíbles. Pero, ¿es lo suficientemente bueno para su próximo trabajo de mapeo o topografía?

La verdad es que las fotografías aéreas por sí solas no pueden depender de proporcionar el tipo de imágenes digitales medibles y sin perspectiva necesarias para la topografía. Para eso, es necesario utilizar fotogrametría.

¿Qué es la fotografía aérea?

La fotografía aérea se refiere a cualquier imagen fotográfica tomada con un dispositivo aéreo. Además de los vehículos aéreos no tripulados, o UAV, como drones, las fotografías aéreas pueden ser capturadas desde un avión o un helicóptero. Las imágenes aéreas son una de las formas más comunes de teledetección, o la medición de las características de un lugar desde la distancia, según el Servicio Geológico de Estados Unidos.

Las imágenes fotográficas tienden a ser una de las formas más fáciles de usar para compartir datos y tienen aplicaciones prácticas en múltiples industrias. Sin embargo, no son muy precisos sin ser colocados en un modelo de fotogrametría y no se recomiendan para trabajos de topografía.

 

Tipos de fotografía aérea

Si bien la definición de fotografía aérea es amplia, las imágenes tienden a encajar en una categoría vertical u oblicua, según EnvironmentalScience.org.

Las fotografías aéreas verticales se toman directamente por encima de la función objetivo. Debido a la configuración directa hacia abajo, las fotografías verticales tienen problemas de perspectiva limitados que podrían hacerlas más difíciles para sacar conclusiones. Las fotografías verticales también se pueden tomar desde mayores alturas que sus contrapartes oblicuas y facilitar la comparación de fotografías de diferentes áreas tomadas desde las mismas alturas.

foto aérea los angeles
Fotografía aérea vertical de la ciudad de Los Ángeles

Las fotografías oblicuas, por su parte, se toman manualmente en un ángulo, a menudo alrededor de 45 grados, pero personalizables dependiendo de la característica. Debido a que no ofrecen una perspectiva directa hacia abajo, las fotografías oblicuas generalmente solo se toman desde elevaciones más bajas, limitando su uso en proyectos de topografía más grandes y, en última instancia, haciéndolos mejores solo para entidades de forma única que no se pueden capturar con precisión con una imagen vertical. Algunos de sus usos más comunes de fotografías oblicuas incluyen arqueología y en algunos proyectos de ciencias ambientales.

fotografía aérea
Fotografía aérea oblicua.

Si gustas, puedes checar nuestro artículo acerca de la profundidad en la foto aérea.

Fotografía aérea frente a imágenes satelitales

En particular, la fotografía aérea también es diferente de las imágenes satelitales, a pesar de que los términos a veces se confunden. Las fotografías aéreas pueden ser tomadas por muchos tipos de dispositivos, incluyendo drones, y a cualquier altura en el aire. Para que una fotografía sea considerada una imagen satelital, debe provenir de un dispositivo que está orbitando la Tierra. Como resultado, las imágenes satelitales se utilizan sólo con moderación en el sector privado y son más comunes para la investigación científica y el monitoreo del clima.

Mientras tanto, la fotografía aérea como las imágenes satelitales se consideran formas de teledetección, los satélites tienen varios usos adicionales gracias a su colocación única muy por encima del planeta, como la identificación de cambios de temperatura. Por supuesto, las imágenes satelitales también tienen un uso práctico limitado para proyectos que se centran en un área más pequeña o requieren imágenes extremadamente detalladas.

Ciudad de México satelital
Imagen satelital de la Ciudad de México

Deficiencias de la fotografía aérea

Las fotografías aéreas han sido durante mucho tiempo una parte instrumental de muchas formas de investigación científica, y sus aplicaciones comerciales han aumentado con el avance de la tecnología y precios más bajos en cámaras y UAV de alta calidad. Sin embargo, las limitaciones del medio han hecho que sea poco práctico su uso con fines de topografía.

Si bien la fotografía aérea es ideal para crear una representación visual de un área, el medio no proporciona el tipo de precisión necesaria para trazar coordenadas exactas, como se requiere para estudiar. Incluso con una fotografía aérea vertical, las coordenadas pueden ser desplazadas o distorsionadas, según la Enciclopedia Británica. Las fotografías aéreas verticales tampoco proporcionan información precisa sobre la topografía y la profundidad, lo que dificulta las mediciones totalmente fiables. Incluso las fotografías totalmente verticales tendrán estos problemas. Por esa razón, una fotografía aérea por sí sola sólo será suficiente si no necesita recopilar mediciones específicas.

Para crear mapas listos para topografía, se deben agregar capacidades ofrecidas por fotogrametría u otra forma de sensor de datos, como LiDAR o multiespectral.

¿Qué es la fotogrametría aérea?

Mientras que la fotografía aérea se puede utilizar para tomar imágenes aéreas agradables y obtener una idea general de un área, carece de la precisión necesaria para la mayoría de los trabajos de topografía y no muestra topografía. Para eso, se utiliza la fotogrametría.

La fotogrametría consiste en tomar varias imágenes de una entidad y utilizarlas para crear modelos 2D o 3D de alta resolución digitalizados a partir de los cuales se pueden deducir mediciones precisas. Dependiendo del alcance del proyecto, un modelo hecho con fotogrametría puede requerir entre un par de cientos y varios miles de imágenes separadas.

Los principios básicos de la fotogrametría, como el uso de múltiples perspectivas o “líneas de visión” para colocar coordenadas, se desarrollaron por primera vez hace más de 150 años. Sin embargo, el formulario de modelado ha alcanzado nuevos niveles de accesibilidad y uso con imágenes digitales y tecnología aérea como drones. Antes de la llegada de la fotografía aérea, los topógrafos utilizaban equipos como brújulas magnéticas, barómetros, mesas de dibujo y cinta para determinar la topografía, según la Universidad Estatal de Penn.

Hoy en día, la fotogrametría se puede llevar a cabo con una mezcla de dispositivos, incluyendo drones, aviones y helicópteros. Sin embargo, gracias a los avances tecnológicos y a un precio más bajo, los drones han emergido como el equipo preferido por muchos topógrafos.

Fotogrametría aérea
Ejemplo de fotogrametría aérea

Tipos de fotogrametría aérea

La fotogrametría se puede dividir ampliamente en dos categorías: fotogrametría métrica y fotogrametría interpretativa. La métrica utiliza puntos de coordenadas en las entidades para visualizar un objeto con mediciones casi exactas. La fotogrametría interpretativa, por su parte, toma una fotografía y añade topografía utilizando indicadores como las formas, sombras y patrones presentados en una imagen, en lugar de coordenadas. Aunque la fotogrametría métrica es más precisa, la fotogrametría interpretativa será suficiente en muchas situaciones. En ambos casos, se utiliza un programa informático para combinar imágenes y crear un modelo 3D preciso.

 

Usos de fotogrametría aérea

Aunque la fotogrametría puede agregar capacidades, solo es necesario para algunos trabajos. Algunas áreas comunes de uso, incluyen:

  • Ingeniería: La fotogrametría de drones se puede utilizar para crear modelos 3D de edificios y equipos.
  • Construcción: Topografía con fotogrametría puede revelar información sobre el terreno que se está construyendo, entre otros usos.
  • Topografía de tierras: Los topógrafos de muchas industrias diferentes dependen de la fotogrametría cuando sus clientes necesitan entender la topografía de un pedazo de tierra.
  • Bienes raíces: Los agentes inmobiliarios están utilizando drones para hacer modelos precisos en 3D de casas en venta y ofrecer tours virtuales. Esta técnica ha despegado como resultado de la pandemia COVID-19.

En última instancia, la fotogrametría aérea es ventajosa para los topógrafos, en comparación con las técnicas terrestres, sin importar su industria. La fotogrametría aérea proporciona más datos en menos tiempo y permite a los topógrafos alejarse de áreas peligrosas mientras todavía recopilan la información que necesitan. El resultado a menudo es un ahorro mejorado para las empresas. Además, debido a que la fotogrametría depende de imágenes digitales, se puede utilizar para crear modelos 3D que son realistas y fácilmente reconocibles para un fácil uso con una variedad de partes interesadas.

DJI Terra
Mapeo de un lugar con el uso del software DJI Terra

Fotogrametría vs LiDAR

Es importante tener en cuenta que la fotogrametría es diferente de LiDAR, o rango y detección de luz. Mientras que la fotogrametría se basa en la identificación de coordenadas para crear una imagen 3D precisa, LiDAR construye topografía midiendo la cantidad de tiempo que una onda de luz tarda en reflejarse fuera del suelo y volver a un dron. Esta técnica de topografía es increíblemente precisa, pero también costosa. No sólo es costoso el equipo, sino que también es voluminoso, lo que significa que los drones deben ser más grandes.

Si la fotogrametría o LiDAR es más útil para usted depende del proyecto. Esta última es ideal para sitios de trabajo con iluminación inconsistente que podría afectar a la calidad de una imagen fotográfica. Los topógrafos que trabajan en un área con alta cobertura de vegetación también pueden preferir LiDAR porque penetra en hojas, ramas y árboles. Otros usos pueden incluir proyectos que dependen de características ultrafinas, como líneas eléctricas. En última instancia, sin embargo, ambas técnicas se pueden utilizar para construir modelos 3D funcionales y de fácil aplicación.

 

Distancia de muestra en tierra en fotografía aérea y fotogrametría

Para escalar correctamente una fotografía aérea y usarla para el modelado de fotogrametría, deberá calcular la distancia de la muestra de suelo de la imagen o GSD para abreviar. Esta describe la distancia real entre los centros de dos píxeles consecutivos en una imagen. En otras palabras, si el GSD se calcula como un metro, esto significa que cada píxel de un mapa es representativo de esa distancia. Tanto las fotografías aéreas como la fotogrametría requieren un GSD preciso, ya que estos mapas de fotogrametría también están hechos de múltiples imágenes digitales.

El GSD que necesitarás depende del alcance del trabajo de topografía. Los proyectos a mayor escala requerirán un GSD más alto, lo que significa que el mapa general es menos detallado, mientras que los proyectos centrados en un terreno más pequeño utilizarán un GSD más bajo. Muchos topógrafos, según Aerial Survey Base, seleccionarán un objetivo y un GSD mínimo. Esto permitirá el uso de imágenes con ligeras variaciones en GSD, lo que ocurre debido a las variaciones en el terreno. Si bien permitir un amplio rango entre el objetivo y el mínimo puede permitir que se utilicen más imágenes, como es especialmente común para la fotogrametría aérea, requiere más habilidades informáticas debido a los datos involucrados.

Para calcular GSD, necesitarás conocer de tu dron DJI:

  • altura y anchura del sensor;
  • altura y anchura de la imagen;
  • distancia focal;
  • altura de vuelo.

A partir de ahí, el GSD se puede encontrar con una calculadora en línea o conectando números en una ecuación.

 

¿Cómo admiten los drones la fotogrametría aérea?

La utilización de fotogrametría de drones puede ahorrar tiempo y dinero en comparación con las técnicas clásicas de topografía terrestre. Eso significa que mapear  con drones es una inversión que vale la pena tanto para los topógrafos como para las personas que los contratan. Para que un dron sea compatible con fotogrametría, también debe ser capaz de tomar fotografías aéreas, ya que las imágenes fotográficas son la base de la técnica.

Si necesita un drone de próxima generación, no busque más allá del Matrice 300 RTK. Este dron combina la inteligencia con el rendimiento, incluyendo seis puntos de detección y posicionamiento direccionales, y la capacidad de mantener hasta tres cargas útiles simultáneamente.

Además de encontrar un dron con las capacidades adecuadas, los topógrafos que buscan usar fotogrametría también necesitarán un software intuitivo de mapeo de drones, como DJI Terra. Terra es una solución integral de mapeo de drones que une imágenes y facilita el topografía. Ya sea que necesite un mapa 2D o 3D, este software puede procesar sus datos y representar imágenes precisas.

Si bien la fotografía aérea ha revolucionado la investigación científica y el mapeo, deberá agregar capacidades de fotogrametría para obtener un trabajo topográfico. La fotogrametría se utiliza para crear modelos 2D y 3D precisos con coordenadas precisas. Con una comprensión de la técnica y drones y software de DJI, ningún trabajo es un desafío demasiado grande.

2 comentarios de “Topografía: diferencias entre fotografía aérea y fotogrametría

  1. COMPRAR DRON CON CÁMARA dice:

    Esta entrada es muy útil para los interesados en los drones. Me dedico a este tema y tu información es de gran ayuda para todas las personas interesadas en drones. Gracias por compartir esta información!

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