En fotogrametria, uno de los elementos más importantes y que va a determinar, en gran medida, la calidad de los datos, es la herramienta que te permite la obtención las fotografías aéreas: la cámara fotogramétrica.
Una cámara se puede definir como una caja oscura formada por un objetivo con lentes que permiten el enfoque y la entrada de la luz y un elemento fotosensible que puede ser una película fotográfica, papel fotográfico o un sensor de imagen electrónico formado por un chip.
Tiempo, sensibilidad y apertura de la cámara fotogramétrica
Las características de la cámara y del objetivo determinarán, en gran parte, la calidad de las fotografías resultantes: por ejemplo, a un mejor objetivo, mayor calidad e impresión de foto, con unas mayores dimensiones de CCD o CMOS, mayor calidad de foto… Sin embargo, existen otros parámetros de gran importancia a la hora de definir la calidad de una fotografía aérea. Estos parámetros están íntimamente ligados con la luz de la escena, pues la imagen se genera según cómo y durante cuánto tiempo entra la luz en el objetivo.
La luz se impregna mediante tres parámetros que, en ningún caso, deben ser contemplados de manera aislada, sino como un cómputo de valores a estudiar en común: tiempo, sensibilidad y apertura.
Tiempo o velocidad de obturación
La primera característica es la velocidad de obturación, controlada por el obturador y que viene definida por el tiempo que la luz incide en el elemento fotosensible. En una cámara réflex podrás configurar manualmente el tiempo en “S” o “Tv” y la cámara calculará el resto de variables automáticamente.
En situaciones normales utilizaremos una velocidad de 1/125 (la utilizada por cámaras de móviles y cámaras compactas) y, si hay mucha luz, 1/250. Por ejemplo, en una tormenta de rayos deberemos poner una velocidad menor (en la que el obturador permanecerá abierto mucho tiempo) para que sólo capte el rayo. No obstante, si el rayo tarda en aparecer, la noche saldrá clareada.
Con 1/4000 necesitarás mucha luz porque tienes muy poco tiempo para que impregne el sensor. Estas velocidades se utilizan, por ejemplo, para que imágenes en movimiento salgan nítidas. Con esta velocidad, el diafragma que controla la apertura debe estar lo más abierta posible para captar la máxima luz posible.
Sensibilidad o ISO
La segunda característica es la sensibilidad o ISO, definida como la capacidad que tiene el sensor de la cámara para captar la luz, permitiendo equilibrar la exposición según ingrese más o menos luz en el sensor. Aunque a mayor valor de ISO, mayor luz entrará en el sensor, deberemos llevar cuidado porque esto también generará más ruido e incluso pérdida de información por presencia de blancos en exceso.
A la hora de configurar la sensibilidad, es aconsejable que, si nos interesa que tenga un valor muy elevado, realicemos fotografía en formato original (por ejemplo, jpeg) y en RAW. Esto nos permitirá el posterior tratado de la imagen y del ruido. Si, por ejemplo, necesitamos captar una imagen en movimiento con poca luz (lo cual podría darse en días nublados o al atardecer, intentando evitar este último escenario en fotogrametría debido a las sombras que proyectaría el terreno), es muy importante contar con una ISO alta combinada con una velocidad de obturación rápida y una amplia apertura que permita el ingreso de luz. Al principio, lo más aconsejable es utilizar el modo manual con el ISO automático (es la cámara la que calcula la ISO correcta).
Apertura del diafragma
La tercera característica es la apertura, que determina la cantidad de luz que puede pasar a través del objetivo. Dicha apertura se controla con el diafragma, que permite la mayor o menor entrada de luz en cada caso. Mientras que la velocidad y la ISO son parámetros intrínsecos a la cámara, la apertura es un parámetro del objetivo: cuanta más apertura tiene un objetivo, en teoría más calidad de imagen (destacando aquellos que poseen una apertura igual o superior a 2,4) porque tienen más capacidad para absorber la luz. De hecho, la nomenclatura de los objetivos se da según la apertura máxima de su diafragma: un objetivo con F 3,5 tendrá un diafragma con esa máxima apertura.
La teoría nos dice que, si la apertura es muy amplia, se pueden utilizar tiempos más cortos porque la luz será suficiente y la imagen tendrá calidad. Sin embargo, una apertura pequeña del diafragma permite que la definición de la imagen sea mayor: cuanto más pequeña es la apertura, más se concentra la luz y más definición poseen los píxeles (la luz difusa es muy poco definida). Por este motivo, desde un avión o un dron siempre trataremos de utilizar la apertura más pequeña posible que nos permita una profundidad de campo elevada, donde todos los elementos de la escena aparezcan nítidos en la imagen. Mediante el modo “A” o “Av” podrás elegir la profundidad de campo en la mayoría de cámaras réflex y la cámara calculará automáticamente el resto de parámetros.
Distancia Focal y Ángulo del Objetivo para fotografía aérea
A la hora de elegir un objetivo u otro, tendremos que tener en cuenta dos parámetros completamente entrelazados: la distancia focal y el ángulo. La relación entre ángulo y distancia focal es inversamente proporcional: cuanto más grande sea la distancia focal, menor ángulo tendrá el objetivo (mayor zoom), mientras que cuanto más pequeña sea la distancia focal, mayor ángulo de visión tendrá el objetivo (menor zoom).
Por ejemplo, aquellos objetivos con una distancia focal de 28 mm tienen un ángulo muy amplio de 75º, son los objetivos de gran angular. Por este motivo, son los utilizados en cámaras deportivas con efecto ojo de pez, que deforma mucho los extremos y deberemos corregir si la utilizamos en fotogrametria mediante software. Este tipo de objetivos se podrá utilizar en trabajos que no requieran una gran precisión, ya que permitirá realizar el vuelo en menos horas debido a que tienen un FOV (Field of View) más amplio y, además, reduciremos en almacenaje y tiempo de procesado.
Por otro lado, existen los llamados teleobjetivos con una distancia focal de 80 mm y un ángulo de 33º, la cual nos permitirá obtener imágenes con una menor distorsión en forma y dimensiones. De hecho, si volamos a una misma altura, los píxeles resultantes de utilizar un objetivo de 80 mm tendrán mayor resolución que si usamos distancias focales menores o ángulos mayores. Si, por el contrario, deseamos obtener una resolución de píxel idéntica volando con objetivo de 28 mm, tendremos que volar considerablemente más bajo. En este aspecto, un factor determinante para elegir la altitud de vuelo será la presencia de nubes en la zona, que limitará en gran medida el uso de unos u otros objetivos.
En la mayoría de casos, se recomienda la utilización de lentes de 50 mm, ángulo de 45º y focal fija porque elimina gran parte de las distorsiones (entre otras, las generadas por la focal variable) y el resultado presentará una calidad mayor. Estos objetivos presentan la imagen a una distancia igual a la del observador, es decir, no alejan ni acercan la escena. Además, se trata de objetivos baratos y más ligeros, característica importante en el rendimiento de un vuelo.
En definitiva, a la hora de elegir parámetros de la cámara, tipos de objetivo y parámetros de vuelo, deberemos tener en cuenta la calidad requerida del trabajo final y computar un equilibrio entre horas de vuelo, calidad de los fotogramas, almacenamiento y procesado de los mismos. Si el trabajo requiere un nivel elevado de precisión, priorizaremos la utilización de lentes con una focal media-elevada y más horas de vuelo que si no se requiere un nivel de precisión alto, donde podremos barajar la utilización de lentes de gran angular, reduciendo el tiempo de vuelo y de procesado.
Planificación de vuelo fotogramétrico e histograma
A la hora de ejecutar un vuelo fotogramétrico, además de conocer las características de la cámara a utilizar, deberemos realizar un chequeo de última hora donde comprobemos el cableado y la conexión GPS-GLONASS además, por supuesto, de limpiar cuidadosamente la lente. Estas nociones nos permitirán encontrar la configuración idónea en nuestra cámara y encontrar el disparo perfecto para el objetivo del trabajo que vayamos a realizar.
Por ejemplo, la relación entre ángulo de apertura, altura, velocidad, solape y movimiento del avión nos permiten saber cada cuanto debemos hacer una foto. En la mayoría de los casos, son los programas de planificación de vuelo los que lo calculen automáticamente y programan los disparos mediante un intervalómetro.
A la hora de planificar un vuelo fotogramétrico, deberemos tener en cuenta la velocidad a la que nos vamos a mover (m/s) para ajustar la velocidad del obturador y que la fotografía salga nítida. Priorizaremos una velocidad adecuada del obturador enfocada a infinito y el resto de parámetros serán calculados de manera automática por la cámara. De esta manera, es posible que obtengamos un histograma con valores desplazados hacia los negros y esto no supondrá un problema porque las áreas oscuras siguen teniendo información (al contrario de un valor excesivamente blanco o quemado).
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