Tema 4. Sensores Electroópticos. Cámaras Digitales

Fotogrametría Digital – Ingeniería en Geodesia y Cartografía

Dpto. Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría – Universidad de Jaén

Estructura del Tema 4.5 Cámaras digitales fotogramétricas 4.5.1 Situación del mercado a finales del s.XX. Aparición de cámaras digitales 4.5.2 Clasificación de cámaras digitales fotogramétricas. - Cámaras de sensor lineal - Cámaras de sensor matricial 4.5.3 Sensores lineales: Sensor fotogramétrico digital Leica ADS40. - Configuración y diseño - Formación de las imágenes - Procesamiento de las imágenes - Ejemplos de trabajos 4.5.4 Sensores matriciales: Z/I DMC y Vexcel Ultracam D. Configuración y diseño -Configuración y diseño - Formación de las imágenes (integración y pansharpening) - Ejemplos de trabajos - Calibración 4.5.5 Análisis económico Prof. Dr. Jorge Delgado García

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Historia: Las cámaras métricas aparecen en la década de 1920 (1925: Wild C2, Placa de vidrio, 10x15cm) Antes de la II Guerra Mundial aparece la película estable sobre formato 23x23cm 1956-1992: Empleo de objetivos granangulares, Plataformas giroestabilizadas, FMC, … 1992: Aparece la Wild RC30 (Leica RC30) … de las que se han vendido más de 350 unidades Ventas en 1998:

RC30: 8-12 cámaras/año

RMK: 6-8 cámaras/año

Distribución cuota mercado: 60/40 (Leica / ZI Imaging)

Elementos básicos de diseño (OEEPE, 1994) • gran ángulo de campo y anchura de barrido (reducir número de pasadas). • alta resolución y precisión, tanto de carácter geométrico como radiométrico. • posibilidad de captura de imágenes multiespectrales. • posibilidad de captura de imágenes estereoscópicas.

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Clasificación de sensores digitales en Fotogrametría Aaérea: - Cámaras de gran formato fabricadas por grandes empresas (Leica, Z/I, Vexcel) - Cámaras y sensores de otras empresas (DiMAC, Starlabo, Werhli, …) - Cámaras de formato pequeño o medio adaptadas (Applanix DSS, DigiCAM) - Sistemas multiespectrales (DAIS-1 de Space Imaging, Spectra-view de Airborne Data Systems)

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Cámaras fotogramétricas: Resolución (condiciones de trabajo): 40 lp/mm (equivale a 80 pixeles/mm) Formato 230x230mm (18400 x 18400 pixeles) Problema: NO EXISTEN MATRICES CON ESTE TAMAÑO Soluciones: - Cámaras que emplean un sensor lineal. Leica ADS40 (2 x 12000 píxeles) - Cámaras que integran varias matrices lineales Z/I DMC (4 x 4096 x 7168 píxeles -> 13824 x 7680 píxeles) Vexcel Ultracam D (9 x 4008 x 2072 -> 11500 x 7500 píxeles)

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Matriz lineal CCD

3-líneas Estéreo (Pancromáticas) 3 a n líneas Multiespectrales

1 Objetivo + 1 Plano Focal Prof. Dr. Jorge Delgado García

Matriz rectangular CCD

Matrices múltiples RGB+IR para mejorar FOV

8 - 12 Objetivos + 8 - 12 Planos Focales

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Sensor SensorDigital DigitalLineal Lineal

Todos los objetos en 3 imágenes

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Cámara CámaraDigital Digitalde deMatriz Matriz

Si se utiliza el 60% de solape sólo el 60% de los objetos está en las 3 imágenes

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Z/I Digital Modular Camera 4 objetivos pancromáticos con f=120mm 4 objetivos multiespectrales (RGB IR) con f=25mm

Vexcel Ultracam D 4 objetivos pancromáticos con f=100mm 4 objetivos multiespectrales (RGB IR) con f=28mm

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Recursos Minerales

Agricultura

Resolución Espectral

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Defensa

Cartografía Topográfica Forestal Transporte

Medio Ambiente

Urbanismo

100 m Prof. Dr. Jorge Delgado García

10 m

1m

Resolución Espacial

0.1 m

0.01 m

Pancromática

Defensa

100 m

Resolución Espacial

Multeispectral

ras c on c ion

OP

ve n

K-T ales

0.1 m

a Cám

1m

M 0, R

RC3

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10 m

l es Digita o re s S e ns dos porta trans Ae r o MC) 40, D ( A DS

tes y satéli os en stalad les re s i n pectra peres re s h i

senso

Hiperespectral

Se n so

Resolución Espectral

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Recursos Minerales

0.01 m

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Resolución: Diferencias entre identificación e interpretación

1.6m

0.80m

0.40m

0.20m

0.10m

0.05m

0.03m

0.01m

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Resolución: Diferencias entre identificación e interpretación

12.8m

6.4m.

3.2m

1.6m

0.80m

0.40m

0.20m

0.10m

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Resolución: Diferencias entre identificación e interpretación

GSD 1.6m

Tamaño de objeto a reconocer GSD x 3

Tamaño objeto ~ 4.5m - 5m GSD 1.6 m x 3 = 4.8 m

GSD 0.20m

Tamaño de objeto a interpretar GSD x 21

Tamaño objeto ~ 4.5 - 5m GSD 0.2 m x 21 = 4.8 m Prof. Dr. Jorge Delgado García

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Cámaras Digitales ADS40

Cámaras analógicas RC30

„

3 en 1: B/N, Color, Falso color

„

Productos bien conocidos

„

Registro simple y preciso de datos multiespectrales

„

Resolución muy elevada (3-4cms)

„

Sin proceso fotográfico ni digitalización

„

Alturas de vuelo más bajas

„

Reduce apoyo terrestre

„

„

Diagrama de flujo completamente digital

Paralajes angulares variables

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Características radiométricas del sensor:

Sensor Digital ADS40 Señal del sensor

Intensidad Absoluta

Cámara Película RC30 Densidad

Iluminación Relativa

Con los sensores CCD es posible medir la cantidad de fotones que inciden en valores absolutos en función de la linealidad de la respuesta Prof. Dr. Jorge Delgado García

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Características radiométricas del sensor:

Cámara Película RC30

Sensor Digital ADS40 Transmisión Filtro

nm

Sensibilidad de la capa

nm

La transmisión de los filtros del sensor digital están definidos de una forma clara mientras que la sensibilidad de las capas de las películas y los tonos que dan lugar a la imagen final dependen de muy diversos factores (condiciones de la película, revelado, …) Prof. Dr. Jorge Delgado García

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Equivalencia:

Sensor Digital ADS40

Imagen registrada con líneas formadas por 24000 píxeles

Cámara película RC30

~

Fotograma escaneado a 12.5 µm

Para un mapa a escala 1:1500 … se requieren imágenes digitales con un GSD de 15 a 20 cm

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…. se requieren fotogramas con una escala entre 1:8000 y 1:12000

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Límite de escala de visualización para las imágenes digitales:

Límite de resolución para la vista humana: 10 pixel per mm 10 Pixel = 1mm en la imagen

1 Pixel = 0.1 mm en la imagen

Escala de visualización para diferentes valores de GSD 1 Pixel de imagen : 1 Pixel Terreno

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0.1 mm : 150 mm

(Escala 1:1500)

0.1 mm : 300 mm

(Escala 1:3000)

0.1 mm : 500 mm

(Escala 1:5000)

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Límite de escala de visualización para las imágenes digitales: Imagen tomada con un GSD de ~25cm y presentada a diferentes escalas de visualización

1:70,000 Dentro de límite

1:35,000 Dentro de límite

1:4,500 Dentro de límite

1:2,500 En el límite

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1:17,500 Dentro de límite

1:9,000 Dentro de límite

1:1,250 Sobre el límite

1:625 Escala forzada

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Mapas Temáticos

Sensor Digital ADS40 Agricultura Forestales Ambientales

Defensa Mapas

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría

Urbanismo/Catastro Transporte Topografía

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Cámara Película RC30

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4.5 Sensores digitales en Fotogrametría Historia de la Leica ADS40 1970 Eugene Derenyi – desarrolla el concepto de banda de tres líneas 1982 Otto Hofmann desarrolla el concepto de sensor trilineal 1994 Se realizan cuestionarios a los usuarios 1997 Se firma un acuerdo de cooperación Leica-DLR 1999 Se presenta el primer prototipo funcional 2000 Primeras ventas (XIX ISPRS Congress, Amsterdam 2000) 2001 Primeras entregas (2 unidades PASCO Corporation, Japón) Inversión total: 200 Millones de $US y 4 años

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