CAMARAS AEREAS

as cámaras aéreas

CÁMARAS AÉREAS

Las cámaras aéreas son cámaras diseñadas especialmente para tomar fotografías desde aviones, globos, helicópteros o desde vehículos especiales. Realizan las mismas funciones que una cámara terrestre pero sus requisitos son diferentes.

Las cámaras aéreas se mueven durante la exposición, por lo que requieren tiempos de exposición cortos, con obturadores de gran eficiencia y emulsiones de alta velocidad. Como estas fotografías son tomadas en rápida sucesión.

COMPONTES DE LA CÁMARA AÉREA

A pesar de que todas las cámaras aéreas difieren ligeramente unas de otras, tienen suficientes parecidos como para hacer una descripción general que abarque todas ellas.

Los tres componentes básicos de una cámara aérea son:

Almacén o magazín. Cuerpo de la cámara. Cono (objetivo, obturador diafragma y cono interno)

Almacén:

El almacén de la cámara, el cual puede ser cambiado durante el vuelo, alberga los rieles que contienen la película expuesta y sin exponer. La capacidad del almacén es de 120 metros de película, lo que representa una capacidad cercana a las 480 fotografías. El almacén también contiene los mecanismos de avance y aplanamiento de la película. El aplanamiento es muy importante en las cámaras aéreas, ya que si el negativo se abultara durante la exposición, las posiciones de la imagen en las fotografías resultantes pueden ser incorrectas. El aplanado de la película puede ser llevado a cabo en cualquiera de las cuatro maneras siguientes:

1. Aplicando tensión a la película durante la exposición.

2. Presionando firmemente la película contra una placa de vidrio ubicada delante de la película, en el plano focal.

3. Aplicando una presión dentro del cono de la cámara, forzando así la película contra una placa plana ubicada detrás de la película.

4. Sosteniendo la película mediante un plato de vacío cuya superficie interior está en el plano focal.

El sistema de vacío es el que ha dado mayor satisfacción y es el más utilizado para realizar el aplanamiento de la película en las cámaras aéreas. Una placa de vidrio frente a la película es objetable, ya que las posiciones de la imagen son distorsionadas debido a la refracción de los rayos de luz que atraviesan el vidrio.

CUERPO DE LA CÁMARA:

El cuerpo de la cámara es una carcasa de una sola pieza que usualmente alberga el mecanismo de operación. Este mecanismo provee la fuerza para operar la cámara a través de todo su ciclo, consistiendo el mismo en:

1. Avance de la película.

2. Aplanamiento de la película.

3.-Armado del obturador.

4. Disparo del obturador

Diafragma y obturador

El obturador y el diafragma regulan juntos la cantidad de luz que pasa a través del objetivo, hay varias clases de obturador:

-obturadores de cortina

-obturadores centrales

-obturadores de persiana

Cono

El cono de la lente, llamado también cono de la cámara, tiene por finalidad servir de soporte al objetivo y permitir que solo la luz que pase a través del objetivo llegue al plano focal para impresionar la emulsión.

El cono, junto con el cuerpo de la cámara, se emplea también para mantener el objetivo a una distancia fija.(distancia principal) del plano focal definido por el marco superior del cuerpo de la cámara.

Cono interno

En Cámaras métricas el cono es en realidad, un cono interno que contiene el objetivo y las marcas fiduciales y está construido de un material con coeficiente de dilatación térmica muy pequeño, a fin de mantener la lente, el eje óptico de la lente y el marco con las marcas fiduciales en posición rígida, en condiciones normales de funcionamiento de la cámara.

A) Marcas fiduciales: estas marcas están ubicadas en el marco que define el formato: pueden estar en los extremos del formato, en el punto medio de los lados o en ambas partes.

B) Las marcas auxiliares: Están simétricamente dispuestas y permiten reconstruir en forma aproximada las marcas fiduciales (si esta no se observa) sirven para conocer los cambios dimensionales de la fotografía, o el valor aproximado de la distancia principal.

CLASIFICACIÓN DE CÁMARAS AÉREAS

Las cámaras se pueden clasificar teniendo en cuenta varios criterios sin embargo los más comunes son según su tipo o formato, según el campo angular, según el uso y según la inclinación del eje de la cámara.

I. Según el Formato: Se distinguen cámaras con formato y sin formato

Las primeras son aquéllas en que el formato o recuadro, generalmente rectangular o cuadrado, es expuesto a través del objetivo de la cámara (conjunto de lentes), permaneciendo fijo durante el tiempo de exposición. Los recuadros más usados son de 9x12 cm, 12x18 cm, 18x18cm y el más común de 23x23 cm. La exposición es controlada por el tiempo y abertura del diafragma y, desde el punto de vista práctico, puede considerarse instantánea. Las cámaras sin formato, son aquéllas en que la imagen se registra en forma continua, y se refieren, especialmente, a las cámaras panorámicas y cámaras continuas. Las cámaras panorámicas, se caracterizan porque el terreno es barrido de lado a lado, en dirección perpendicular a la línea de vuelo, obteniéndose una imagen de buena resolución y en la que se ven ambos horizontes. Las cámaras continuas, producen la imagen de una faja de terreno exponiendo, a través de un orificio fijo, una película que se mueve constantemente, a una velocidad sincronizada con la velocidad del terreno.

II. Según el campo Angular

Este tipo de cámaras se subdividen de acuerdo al campo angular del objetivo en: normales (si el ángulo es menor de 75º), gran angular (ángulo de 75º a 100º), y súper gran angular (ángulo mayor de 100º).

III. Según el Uso

Se dividen en cámaras de reconocimiento y cámaras métricas. Las cámaras de reconocimiento, sólo registran objetos y cambios, pero no es posible realizar operaciones métricas de precisión. Las cámaras métricas, a diferencia de las anteriores, permiten obtener imágenes para realizar con ellas operaciones métricas. Su orientación interna (calibración), tienen una larga durabilidad. El sistema de almacenamiento es más duradero. Cámaras digitales Su sensor es detector de estado sólido. Procesador tipo ordenador (cálculo matemático) Soporte tipo óptico/magnético Capacidad para captar los diferentes matices de color de la realidad. Gran precisión geométrica Permite el control de la calidad de las imágenes en el vuelo. Registra información espectral dentro y fuera del rango

visible. Posibilidad de obtener múltiples productos en un solo vuelo. Rápida adquisición de imágenes, no hay que digitalizar. Ahorro en costos de material fotográfico. Mejor visión en 3 dimensiones en sistemas estereoscópicos. Tamaños de pixel terreno pequeños, con precisión menores que 0.1 pixel. Mejor aptitud para procesos de correlación automática. Conexión directa al receptor Gps. Mejora la relación señal/ruido.

Las cámaras aéreas digitales, han reemplazado ya a las cámaras aéreas de película tradicional debido fundamentalmente a las mejoras en calidad geométrica y radiométrica así como por la posibilidad de apreciar detalles en zonas de sombras oscuras, para registrar simultáneamente pancromático, verdadero color y falso color infrarrojo o para incrementar el recubrimiento sin costes extras de película pero sobre todo por el ahorro del proceso de escaneo. Los hechos presentes hacen que la comunidad técnica esté convencida de que con tales cámaras se puede considerar una nueva estrategia como fuente de adquisición de imágenes debe permanecer invariable y debe ser conocida en forma exacta (distancia principal), así como su formato y el punto principal del plano del negativo.

IV. Según la Inclinación del eje de la cámara

De acuerdo con la inclinación del eje de la cámara con respecto a la vertical, las fotografías pueden ser verticales, inclinadas, muy inclinadas y terrestres. En las primeras, el eje óptico y la vertical forman un ángulo menor a 3º. Las inclinadas y muy inclinadas, forman un ángulo comprendido entre los 3º y 90º. Por último, en las terrestres, el ángulo es de 90º. Cuadro comparativo entre las cámaras aéreas y las análogas: Cámaras análogas Posee sensor de emulsión fotográfica. Su procesador es químico (revelado, fijado, lavado, secado.) Soporte: Película Presentan una elevada resolución geométrica aún no superada. Menos sensibles Tienen un gran rango de escalas y cubren más superficie en la misma escala. Los costos de almacenamiento de los materiales sensibles son muy bajos. Su precio hoy por hoy es inferior a las cámaras digitales. Sus chasis son intercámbiales, se pueden llevar en el avión diferentes.

ABERRACIONES DE LA LENTE

Se puede demostrar experimental e incluso teóricamente que una lente no puede ser perfecta, es decir, que la imagen de un punto a través de la lente no es un punto sino una imagen borrosa.

Estas imperfecciones de las imágenes reciben el nombre de Aberraciones Monocromáticas y se pueden clasificar en:

I. Aberración EsféricaII. Aberración tipo coma

III. AstigmatismoIV. Aberración Cromática V. Distorsión

I. Aberración Esférica

Es producida cundo todos los rayos que parten de un punto en el objeto atraviesan la lente y no producen un punto en la imagen. Como consecuencia de esta aberracion, todos los puntos provenientes de un punto objeto estan contenidos en un circulo simetrico alrededor de la lente.La desventaja de esta abeeracion es que disminuye el contraste de la imagen y por tanto la definicion de los bordes del objeto.

II. Aberración Esférica tipo Coma

Recibe ese nombre porque la forma de la imagen de un punto es similar a un cometa. Debido a su forma, el coma produce una degradación de la imagen muy desagradable como muestra la anterior imagen.

El rayo medio de un haz de rayos originado por un punto objeto corta el plano negativo en un punto, mientras todos los rayos provenientes del mismo punto objeto, cortan al plano imagen en otro punto diferente.

La caracteristica de esta aberracion es que desfigura la imagen alrededor de un solo eje.

III. Astigmatismo

Ocurre cuando el haz de rayos proveniente del punto objeto no convergen en un punto para formar la imagen, sino el llamado conoide de Sturm. De esta manera la imagen del punto se deforma convirtiendose en elipses.

Produce dos imágenes de un mismo punto objeto. Esas imágenes son en realidad dos segmentos de recta. Entre las imágenes existe un plano para el cual se obtiene un circulo llamado Circulo De Menor Confusión.

IV. Aberración Cromática

El haz de rayos que parte de un punto está formado por radiaciones correspondientes a cierto rango de o longitudes de onda. Al atravesar la lente, cada rayo sufrirá una refracción diferente, al salir de la lente, el rayo original se ha transformado en un haz de rayos que produciría una imagen coloreada del punto.

Esta aberración se divide en:

Aberración Cromática Oblicua Aberración Cromática longitudinal

En general las lentes para cámaras aéreas están diseñadas de manera que la aberración cromática sea mínima para un intervalo de longitudes de onda.

V. Distorsión

El rayo proveniente del terreno debería atravesar el objetivo de la cámara sin sufrir ninguna transformación, sin embargo, al atravesar el objetivo, el rayo se quiebra produciendo un desplazamiento sea respectivamente radial o tangencial.

V.I Distorsión Radial

Desplazamiento radial que sufre un punto imagen de su posición ideal. El error de distorsión depende del diseño de la lente y se expresa en forma gráfica.

El error puede ser compensado en el estereorrestituidor de diversas formas:

Empleando una placa de Compensación Variando la distancia principal Moviendo la imagen fotográfica Utilizando fotografías compensadas Analíticamente (en restituidores que trabajan en combinación con un

computador electrónico.)

V.II Distorsión Tangencial

Es la componente de la distorsión, perpendicular a la dirección radial del punto.

La distorsión tangencial se debe a una deficiencia durante el proceso de manufactura, y no es causado por el error en el diseño de la lente.

La distorsión tangencial es menor a la radial, pudiéndose estimar su valor medio en aproximadamente 3 micrones.

TRANSMISION Y RESOLUCION

Transmisión Espectral: Se refiere al porcentaje de luz incidente que es transmitida a través de la lente para diferentes longitudes de onda.

Poder de resolución espectral: Se refiere a la propiedad de un sistema óptico de separar detalles próximos de un objeto y reproducirlos como elementos separados.

El poder de resolución usado en las cámaras métricas se puede determinar a través del empleo de blancos de prueba constituidos por patrones de líneas negras separadas por espacios blancos de un mismo ancho. A medida que disminuye su ancho, aumenta el número de líneas por milímetro.

El poder de resolución se expresa siempre en líneas por milímetro y depende de:

Longitud de onda de la iluminación Abertura del diafragma Contraste del blanco

CALIBRACIÓN DE LAS CÁMARAS

Todas las cámara cartográficas deben calibrarse periódicamente, para poder ser utilizadas con fines fotogramétricos. Por lo general esta calibración es hecha por las casas fabricantes, quienes entregan el certificado de calibración correspondiente.

Los valores que se determinan en el proceso de calibración son:

Los Valores de la distancia focal de la lente de la cámara. La distorsión radial de la lente El poder de resolución de la lente La posición de las marcas fiduciales con relación al eje óptico Las dimensiones del plano focal La perpendicularidad del plano focal con respecto al eje óptico El grado de aplanamiento del plano focal dos meto

La calibración de estos elementos es tarea de mucho cuidado y que requiere la utilización de equipos especiales de una alta precisión.

Existen dos métodos de calibración:

I. El método Visual, utilizando goniómetro.II. El método fotográfico utilizando un banco de colimadores.

En el método visual, se miden ángulos a través de la lente, para cada uno de los puntos colocados en una placa calibrada colocada en el plano focal. Luego se determina el valor de la distancia focal y la distorsión radial, en base al cálculo de los ángulos conocidos y medidos.

En el método fotográfico, se utiliza un banco de colimadores, cada uno de los cuales posee una pequeña señal que se proyecta sobre una placa fotográfica colocada en el plano focal de la cámara. Luego se miden las diferencias en posición de estas marcas con respecto al punto de intersección de las marcas fiduciales opuestas y con estos valores se procede a determinar los valores de los elementos a calibrar.

ACCESORIOS DE LAS CÁMARAS AÉREAS

Para la toma eficiente de fotografías aéreas las cámaras disponen de otros elementos auxiliares, que garantizan su montaje apropiado dentro del avión, proporcionando además información necesaria para su correcta operación en vuelo y para facilitar la navegación aérea.

Estos accesorios de las cámaras son:

a. El sistema de montaje de las cámaras aéreas.

b. Los auxiliares de operación y orientación

c. El sistema de controles

a. La cámara Aérea va montada en el piso del avión, en el cual se abre un orificio circular apropiado. Esta operación implica revisión o acomodación del sistema hidráulico y eléctrico del avión, al igual que refuerzos especiales en la estructura del mismo. Las vibraciones del avión provenientes de la sincronización de los motores o del movimiento del avión por fenómenos atmosféricos, son trasmitidos a la cámara los cuales reducen la buena calidad de la imagen fotográfica al efectuar su resolución. Por esto, el sistema de montaje de la cámara es de gran importancia. Existen tres s de la cámara sistemas de montaje;

1. Montaje Fijo: Consisten en colocar la cámara dentro de un marco metálico circular, que va unido al avión en posición fija. La cámara así colocada, debe quedar con su eje óptico en posición vertical, una vez el avión ha sido nivelado en vuelo.

Entre el anillo de soporte de la cámara y el marco en el piso del avión, se colocan aisladores de caucho o esponja con el fin de que sirvan de amortiguadores para disminuir el efecto de las vibraciones del avión en la cámara.

2. Montaje Azimutal: es básicamente igual al montaje fijo, con la ventaja de que permite la rotación de la cámara sobre el anillo de montaje por medio de otro anillo concéntrico. Este montaje permite compensar la deriva del avión en el momento de tomar la fotografía, rotando la cámara alrededor de su eje óptico. Esta operación puede realizarse eléctrica o manualmente.3. Montaje sobre plataforma Estilizada, permite la obtención de fotografía más precisas, debido a que se logra la coincidencia del eje de la cámara con la

dirección de la vertical. Por otra parte, se mejora la resolución al eliminar la influencia de las vibraciones del Avión en la cámara Aérea.

Para operar o manejar automáticamente los equipos accesorios de la cámara o para ayuda en la orientación de la toma de fotografías. Estas son:

El intervalometro, cuya función es la de controlar el recubrimiento longitudinal entre exposiciones sucesivas. Puede operarse manual o automáticamente; en este último caso, el intervalometro va conectado a la fuente de energía del avión y se gradúa para disparar el obturador a intervalos regulares que coinciden con el recubrimiento deseado.

Para controlar las variaciones de velocidad con que se mueve la imagen sobre el plano focal debido a las variaciones de elevación del terreno o de la velocidad del avión algunas cámaras llevan acoplado el intervalometro a un visor de navegación.

La imagen que aparece en el visor es la misma que está fotografiando la cámara y su velocidad corresponde a la que se haya graduado en el intervalometro.

El computador V/H desarrolla un voltaje proporcional a la velocidad del avión, e inversamente proporcional a su altura de vuelo. Este voltaje opera una cadena o retículo que se mueve en la imagen del visor, a una velocidad que debe coincidir con la velocidad de la imagen del terreno. Las correcciones al recubrimiento longitudinal indicado por un intervalometro se introducen haciendo coincidir la velocidad de la cadena con la de la imagen del terreno, por medio de manijas especiales.

El suministro de corriente para operar el intervalometro y los mecanismos de manejo de la cámara, se obtiene del generador del motor del avión. La operación de sistema de vacío puede hacerse con esta misma fuente o por medio de un tubo Venturi instalado en el fuselaje del avión.

El estatoscopio, registra las diferencias de altura entre los puntos de toma de las fotografías a lo largo de las fajas de vuelo, con respecto a una superficie isobárica. El instrumento consta básicamente de un manómetro de líquido o de vacío, conectado a un mecanismo operado eléctricamente para registrar las lecturas.

El anteojo de observación, Permite observar el terreno sobre el cual se está volando en dirección oblicua con lo cual se obtiene una amplia visión del terreno que se halla delante del avión, en la dirección de la línea de vuelo. Esto permite guiar al piloto para corregir las desviaciones con respecto a la línea de vuelo original.

El sistema de control la operación de la cámara se controla por medio de mecanismos auxiliares, que permiten conocer factores que intervienen en la toma de fotografías aéreas.

La información proveniente del sistema de control, se registra en un tablero con indicadores sobre el funcionamiento de la cámara, su sistema de vacío, el sistema de transporte o corrido de la película entre exposiciones y sobre la cantidad de película utilizada.

El sistema de control de exposiciones permite introducir a la cámara los valores correctos relativos al tiempo de exposición y abertura del diafragma, en base a la iluminación y a las condiciones atmosféricas existentes en el momento de la toma de las fotografías.

CÁMARA OSCURA

Originalmente, consistía en una sala cerrada cuya única fuente de luz era un pequeño orificio practicado en uno de los muros, por donde entraban los rayos luminosos reflejando los objetos del exterior en una de sus paredes. El orificio funciona como una lente convergente y proyecta, en la pared opuesta, la imagen del exterior invertida tanto vertical como horizontalmente.

La idea de la fotografía nace como síntesis de dos experiencias muy antiguas. La primera es el descubrimiento de que algunas sustancias son sensibles a la luz. La segunda fue el descubrimiento de la cámara oscura.

La máquina oscura de la que deriva la cámara fotográfica, fue realizada mucho tiempo antes de que se encontrara el procedimiento para fijar con medios químicos la imagen óptica producida por ella.

Aristóteles, filósofo griego que vivió en Atenas entre 384 y 322 a. C, afirmaba que si se practicaba un pequeño orificio sobre la pared de una habitación oscura, un haz luminoso dibujaría sobre la pared opuesta la imagen invertida del exterior.

La primera descripción completa e ilustrada sobre el funcionamiento de la cámara oscura, aparece en los manuscritos de Leonardo da Vinci (1.452-1.519).

En la antigüedad los artistas disponían de una habitación oscura en la que entraban para fotografiar un paisaje circundante, pero estos montajes e instrumentos, tenían un gran inconveniente, eran muy poco manejables. Hacia la

segunda mitad del siglo XVII se inventó una mesa de dibujo portátil siguiendo el principio de la cámara oscura.

Era una gran caja de madera, cuyo lado delantero estaba cerrado por una lente, el artista dirigía esta caja hacia donde quería y copiaba la imagen fotografiada sobre una cartulina semitransparente, apoyándola en un cristal situado en la parte superior. Este artilugio, fue utilizado durante varios siglos por artistas pintores, incluyendo de entre ellos dos personalidades famosas, como Canaletto y Durero, que lo utilizaban para recabar apuntes con bastante precisión en la perspectiva.

¿CÓMO TRABAJA UNA CÁMARA DIGITAL?

El proceso por el cual una cámara digital toma una escena y la convierte en fotografía no es tan diferente del empleado por una cámara compacta tradicional. Al igual que en una cámara compacta, el equipo digital tiene un lente, un disparador y un diafragma a través del cual regula la abertura del lente. Por lo que, la principal diferencia está en el dispositivo de almacenamiento. En una cámara de tipo compacta, el rollo de películas es el soporte en el cual se guardan las fotografías. El lente absorbe la luz de la escena e imprime la fotografía captada en el film. En cambio, en una cámara digital, el rollo es reemplazado por un sensor. Este sensor genera una corriente eléctrica de acuerdo con la cantidad de luz (señal análoga) que recibe en cada uno de sus miles de puntos fotosensibles. El sensor distingue las variaciones de luz, pero no de colores. Para poder captar todas las tonalidades de color, es que, sobre el sensor se ubica un pequeño filtro con los colores rojo, verde y azul. Esta in formación es enviada luego a un procesador de imagen denominado DAC (Digital- Analog Converter, o Conversor Analógico-Digital) que, en un segundo paso, analiza los datos referidos al brillo y color enviados por el sensor, reconstruye la imagen y la almacena en la memoria de la cámara. En este punto interviene un proceso denominado Interpolación en donde se rellenan los huecos de información que no han podido ser completados originalmente por el sensor. De este último proceso, dependerá también la calidad y definición final de la fotografía.

Como vemos entonces, el rollo de películas es sustituido por dos novedosos componentes, un sensor y una memoria. Tanto el registro de la fotografía como el almacenamiento son dos pasos separados de un mismo proceso.

Las cámaras digitales pueden poseer dos tipos de tecnologías diferentes, dadas por el tipo de sensor empleado. Uno es el denominado CCD (Charge-Couple Device), el cual tiene una gran sensibilidad a la luz, pero también un mayor costo. La otra variante es llamada CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor),

es menos sensible a la luz y menos costoso. Entre ambos sistemas, otra diferencia surge del modo en que es transmitida la información. Mientras que en el sensor CCD toda la información es enviada entre las celdas vecinas hacia los bordes, en el caso del CMOS, cada una de las celdas fotosensibles tiene capacidad de transmisión, generando una imagen más fiel a la realidad. Esto se emplea para evitar un efecto denominado blooming, por el cual una celda puede contaminar al resto con un brillo excesivo.

Generalmente el sensor CCD es el utilizado en cámaras compactas y semiprofesionales, y el CMOS en cámaras de baja resolución y webcams. Pero siempre puede haber excepciones a la regla, como es la cámara profesional Canon 10D, basada en el sensor CMOS.