Manual para realización un proyecto fotogramétrico con erdas imagine 2014.

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Est. de Ing. Geomántica Hernández Cárdenas Julio Cesar.

Universidad Autónoma de México.

Facultad de ingeniería.

División de Ingeniería Civil y Geomántica.

Manual para realización un proyecto fotogramétrico con ERDAS IMAGINE 2014.

Fotogrametría II.

Realizado Por: Hernández Cárdenas Julio Cesar.

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Breve Introducción. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- .3 Objetivo. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ .3 Proyecto con cámara análoga. ---------------------------------------------------------------------------------------.4

- Creación del Proyecto. -------------------------------------------------------------------------------------- .4 - Orientación Interna. ----------------------------------------------------------------------------------------- .7 - Orientación Externa: Por medio de un apoyo terrestre. ------------------------------------------- .10 - Crear DTM. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- .12 - Crear Ortofotos. --------------------------------------------------------------------------------------------- .13

Proyecto con cámara digital. --------------------------------------------------------------------------------------- .14

- Creación del Proyecto. ------------------------------------------------------------------------------------- .14 - Orientación Interna. ---------------------------------------------------------------------------------------- .15 - Orientación Externa: Por medio de un archivo de vuelo. ------------------------------------------ .15 - Creación de DTM y Ortofotos. --------------------------------------------------------------------------- .16

Restitución Fotogramétrica. ---------------------------------------------------------------------------------------- .16

- Creación del Proyecto. ------------------------------------------------------------------------------------- .17 - Proceso de restitución. -------------------------------------------------------------------------------------.19

Fuentes. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------.20

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Breve Introducción. La fotogrametría es el conjunto de métodos y procedimientos mediante los cuales podemos deducir de la fotografía de un objeto, la forma y dimensiones del mismo; el levantamiento fotogramétrico es la aplicación de la fotogrametría a la Topografía. La fotogrametría no es una ciencia nueva, ya que los principios matemáticos en que se basa son conocimientos desde hace más de un siglo, sin embargo sus aplicaciones topográficas son mucho más recientes y en la actualidad representan una herramienta de excelente desempeño al reducir costes sobre proyectos topográficos a gran escala y con precisiones más que aceptables si son estrictamente respetados los estándares de calidad en cada uno de sus procesos sin excepción.

Objetivo. En esta guía aprenderemos los procesos necesarios para realizar un proyecto fotogramétrico con cámara fotográfica análoga y digital en los módulos IMAGINE photogrammetry y Stereo Analyst de ERDAS IMAGINE 2014 desde la creación del proyecto (Block file), orientación interna, orientación externa y creación de la carpeta del proyecto de restitución, así los productos obtenidos de esta: orto fotos, DTM y la restitución fotogramétrica.

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Proyecto con cámara análoga. - Creación del Proyecto. ERDAS IMAGINE 2014 cuenta con un módulo de fotogrametría llamado IMAGINE photogrammetry que hasta la anterior versión tena el nombre de LPS recordar esto en caso de usar una versión anterior ala 2014 dicho modulo se encuentra en la barra principal/toolbox/ IMAGINE photogrammetry

Apariencia de la ventana principal de IMAGINE photogrammetry

1. Primeramente creamos un nuevo proyecto le asignamos la dirección de guardado, elegimos el tipo de proyecto “camera” después la geometría “Frame camera” que corresponde a una cámara análoga damos clip en ok.

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2. Definiremos la proyección horizontal y vertical del proyecto dando clip en el botón “Set” respectivo, que desplegara una nueva ventana “Projection Chosser” que contiene dos pestañas en la primera “Standard” como su nombre lo dice se encuentran proyecciones estándares para diversos países, agenciase, incluso planetas del sistema solar en la segunda “Custom” podremos configurar nuestra proyección con los parámetros de tipo, esferoide, datum y de ser necesarios hemisferio y zona, al terminar de establecer estos parámetros damos clip en ok. En caso de realizar la orientación externa mediante un apoyo terrestre la proyección del proyecto debe coincidir con este, al terminar dar clip en next.

3. Establecer los parámetros de la cámara contenidos en el certificado de calibración de esta en la ventana abierta que será la configuración de las rotaciones de las fotos, la unidad angular y el eje que contendrá la dirección de las fotos y la altura de vuelo.

Damos clip en “Edit Camera” que abrirá una nueva ventana con tres pestañas en la primera introduciremos los datos generares como son nombre de la cámara, descripción de esta, distancia focal y coordenadas del punto principal en la segunda introduciremos el número de marcas fiduciales con sus coordenadas y en la tercera los parámetros de distorsión descentrada y simétrica, al terminar damos clip en ok y si se cuenta con un archivo para la orientación externa tipo .dat que es el que usa ERDAS damos clip en “Import Exterior Orientation Parameters” y seleccionamos el archivo de lo contrario ok nuevamente y con esto crearemos el archivo de proyecto que tendrá extendió .blk usado en la mayoría de los software de fotogrametría sin embargo cada software agrega un registro diferente al crear estos archivos por lo que difícilmente puedan ser abierto programa que no sea el que los genero aunque ambos usen archivos con extensión blk.

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Importar archivo de orientación externa .dat.

Estructura de los archivos dat.

En la primer ventana que se abrirá al importar el archivo .dat definiremos su proyección y unidades que por defecto por defecto serán las del proyecto si tenemos conocimiento que no son las mismas las definiremos como en los procesos anteriores y daremos ok.

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Dentro de la segunda venta podremos definir el orden en que serán introducidos los datos según las columnas y podremos visualizar una presentación previa de estos cuando estemos seguros que el orden es correcto daremos ok.

- Orientación Interna.

Es el proceso mediante el que definiremos la geometría de las imágenes según los parámetros de la cámara previamente introducidos asignándoles un sistema coordenado. 1. Primero adjuntamos las imágenes dando clip derecho sobre la capeta “Images” y después en “Add”.

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Procedemos a cargar las imágenes en la ventana que se abrió seleccionando como tipo de archivo “All File-based Raster Formats” para que nos muestre todos los tipos de imagen que tengamos, las seleccionamos y damos ok con esto se mostraran las imágenes en la parte inferior de la ventana principal con su estado y los procesos que se les realizado con un recuadro verde en la columna correspondiente al proceso o en rojo si no se ha realizado dicho proceso, estas imágenes son imágenes obtenidas de medios análogos (en película) cuyos positivos o negativos fuero digitalizadas por medio de un escáner de preferencia de alta resolución. 2. En caso de que no cuenten con piramidal de pixel damos clip en el recuadro rojo de la columna “Pyr” que abrirá una nueva ventana seleccionamos “All Images Without Phyramids” y damos ok para generar el piramidal de todas nuestras imágenes esto generara dos archivo por imagen en su misma dirección con las extensiones .aux y .rrd que ocuparan poco más de un ¼ del tamaño de la imagen, debes tener cuidado de no borrarlos y moverlos junto a las imágenes.

Tipo de archivo

Muestra si las imágenes han sido

encontradas en su dirección

conectadas

Estado de las imágenes y los

procesos que se les ha realizado

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3. Para empezar la orientación interior damos clip en el recuadro rojo de la primera imagen de la columna “Int.” Que mostrara una ventana e iremos a su segunda pestaña 2Interior Orientation” y daremos clip en “Open/Close viewer for image fiducial measurement” para desplegar 3 ventanas en la parte superior con zoom distintos de la imagen y en las que se muestra el área de la siguiente según el orden de su zoom como se muestra en la imagen, con ayuda de estas nos desplazaremos a la ubicación fiducial seleccionada y con la herramienta “Plase Image Fiducial” seleccionada daremos clip sobre la marca en la imagen y así con todas las faltantes al terminar revisaremos los residuales de las fiduciales en X y que según los estándares deben ser <= que .003 mm, si exceden estos parámetros podemos ir moviéndolas hasta ajustarlas con la herramienta “Selec Image Fiducial” cuando terminemos este proceso presionamos “Next” y para continuar con la siguiente imagen repetimos este proceso hasta terminar con todas las imágenes cargadas y da ok para continuar, con esto debe cambiar a color verde las celdas de las imágenes en la columna “Int” de la ventana principal indicándonos que hemos concluido con el proceso de orientación interior.

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- Orientación Exterior: Por medio de apoyo terrestre. En la orientación exterior le daremos una escala y orientación real al sistema coordenado de las imágenes generado en la orientación interior triangulándolo por medio de puntos GPS de los que se compone el apoyo terrestre, de esta forma podremos decir que nuestro modelo estará georreferenciado. 1- Lo primero que aremos es introducir los punto del apoyo terrestre y ubicarlos sobre las imágenes, para lo que seleccionaremos la herramienta “Start point measurement tool” seleccionamos “Classic Point Measurment Tool” y damos ok esto abrirá una nueva ventana, nota: en caso de contar con un .txt con las coordenadas de los puntos GPS podremos usar “Stereo Point Measurement Tool” para cargarlo.

2. En la zona inferior se encuentra un área para editar los punto que ingresemos dando clip en “Add” en esta are ingresaremos clip derecho sobre la casilla correspondiente al dato y escogiendo el parámetro que deseamos asignarle en este orden: id del punto “Point ID”, descripción si la tiene ”Description”, tipo de punto ”Type” en este caso los punto GPS del apoyo terrestre serán “Full” ya que orientaran las imágenes tanto vertical como horizontalmente, en su uso “Usage” serán de control, después asicaremos si el punto estará activo ”Active” para orientar las imágenes y por ultimo ingresaremos las coordenadas coincidiendo con el sistema de proyección que escogimos y por ultimo especificaremos el lugar que ocupa el punto sobre las imágenes con la herramienta activa dando clip en el lugar que tenga el punto con ayuda de las ventanas que se encuentran arriba recordando que solo se muestran dos imágenes ala bes y tendremos que ir alternado las imágenes para colocarlo en todas la imágenes que la contengan y así con todos los punto GPS que tengamos, nota necesitamos almenas 3 puntos GPS por imagen para orientarla pero entre más tengamos mejor será nuestra precisión, podemos ingresar más puntos sin coordenadas con únicamente su posición sobre las imágenes y tipo “None” y uso ”Tie” que únicamente servirán para vincular las imágenes entre sí para mejorar la interpolación entre las imágenes al generar el modelo estereoscópico, este proceso también puede realizarse de manera automática con la herramienta que genera puntos de liga buscando coincidencias en las imágenes basándose en el área de interpolación deducida por los puntos GPS, para obtener resultados más específico podemos modificar los parámetros de este proceso se pueden ajustar con la herramienta nota: es recomendable filtrar los puntos generados desactivando o borrando los puntos que se encuentren en sombra, arboles, intersecciones aparentes entre construcciones y cualquier otro del que dudes tenga total coincidencia entre las imágenes.

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3. Triangulamos para poder orientar las imágenes en la ventana de Point Measurment o en la principal con seleccionando la herramienta cuyos parámetros pueden ser ajustados con , en la venta que se abre tras terminar el proceso damos clip en “Accept” y “Close” con esto terminaremos el proceso de orientación externa, se nos mostrara en la ventana principal activadas las celdas de la luna “Ext” y un esquema de las imágenes orientadas que podemos exportar a un .kml de Google Earth para comprobar que nuestro modelo esta georreferenciado correctamente.

Esquema del proyecto en ventana principal y Google Earth.

Área de edición de puntos

Valores de ventana izquierda

Valores de ventana derecha

Generar puntos de liga

Triangular

Imagen activa en la ventana

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- Crear de DTM. Un modelo digita de terreno por sus siglas en ingles. (DTM) es una maya continua con coordenadas X,Y ,Z que comprende únicamente la superficie a nivel del terreno, por nombrar algunos los más comunes serían los “GRID” celdas en intervalos regulare y “TIN” modelos de triángulos irregulares sin embargo también se encuentran en formatos raster como él .img que genera por default ERDAS IMAGINE, cabe mencionar que DTM que generaremos en este software es en realidad un modelo digital de superficie por sus siglas en ingles DSM ya que este contara con detalles de lo encontrado sobre el terreno como vegetación y contriciones. 1. Damos clip sobre la celda de la columna DTM de la imagen deseada, se abrirá una ventana en la que especificaremos el tipo de DTM que crearemos siendo DEM establecido por defecto que creara un archivo con extendió .img nativo de ERDAS, este es un raster con propiedades de grid. Los otros formatos que podemos escoger es un Terramodel TIN que es un modelo de triángulos irregulares, 3D shape una nube de punto basada en el reconocimiento de puntos homólogos entre las imágenes del modelo, ASCII un txt con coordenadas de puntos en los intervalos designados y un LTF un formato de grid. 2. Especificamos si queremos un solo DTM o uno para cada imagen, la salida del archivo y por ultimo establecemos los parámetros de las celdas que serán su tipo de unidas y su tamaño según esta en X y Y, seleccionamos clip en “RUN” para terminar el proceso que puede ser muy tardado dependiendo la capacidad de la maquina con que contemos al terminar mostrara la casilla de DTM activa.

Tipo de DTM

Modo único o individual

Dirección de salida

Parámetros de la celda

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Modelo DTM .img de Zimapan Hidalgo.

- Crear de Ortofotos Las ortofotos son el resultado de corregir la proyección cónica de las fotos a una proyección ortogonal para obtener en la totalidad de su área una vista como la que se observa en el nadir de la proyección cónica de las imágenes, con estas pueden realizarse trazos planímetros ya que casi siempre están georreferenciadas. 1. El proceso se asemeja a la creación del DTM damos clip en la celda del proceso “Orho” y en la ventana abierta especificaremos la dirección de salida y el tipo de archivo “Output File Name” que será por defecto un .img, en “DTM Source” podemos cargar el DTM que generamos previamente como referencia de altura al rectificar las imágenes, con esto la imagen solo corregida corresponda únicamente al área que comparte con el DTM en su defecto podemos especificar una altura constante con su respectiva unidad, por ultimo podemos especificar el tamaño de la celda áreas en la que será corregida con un parámetro único de altura en toda su extensión nota: si se pretende realizar las ortofotos con los mismos parámetros puede seleccionarse “Add Multiple”/ok/ok para adjuntar el proceso de todas las imágenes por ultimo damos ok o Batch para iniciar el proceso y esperamos a que termine debemos saber que el error de la corrección será más evidente en los extremos de la imagen original.

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Ortofoto del rio de Janeiro Brasil.

Proyecto con cámara digital.

- Crear del proyecto. El proyecto con cámara digital se realiza de manera casi idéntica al análogo con única diferencia que se usan imágenes que fueron captada directamente en un medio digita gracias a un sensor CCD por lo que su geometría se basa en su unidad de resolución mínima el pixel cuyo tamaño será la base de la orientación interna en bes de las fiduciales del sistema análogo. 1. Crearemos un nuevo proyecto con la diferencia que acogeremos la opción de “Digital Camera” y seguiremos los mismos paso del proyecto anterior, especificar proyección, al tura de vuelo, editar los parámetros de la cámara según el certificado de calibración que como se muestra en la imagen el software no necesitara fiduciales, esta vez realizaremos la orientación por medio de un archivo .dat de orientación que importaremos de la manera que ya se ha mostrado.

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2. Para terminar adjuntaremos las imágenes del proyecto y generaremos sus piramidales si no los tienen.

- Orientación Interna.

1. Iniciamos el proceso de igual forma que el anterior sin embargo en la pestaña de orientación interna solo pedirá el tamaño del pixel en micrones contenido en el certificado de calibración lo insertamos y especificamos que sea para todas las imágenes si fueron obtenidas con la misma cámara en su defecto tendríamos que especificar los parámetros de la cámara y tamaño de pixel independientemente y finalmente das ok para terminar el proceso.

2.

- Orientación Externa: Por medio de archivo de vuelo. 1. Este proceso prácticamente fue realizado al cargar el archivo del vuelo y en caso que las casillas del proceso se encuentren en color amarillo se dará clip sobre una de ellas, se ira a la tercera pestaña de la ventana abierta “Exterior Information” donde observaremos se encuentran insertado los datos del archivo de vuelo .dat, localización y rotaciones del punto de origen cuyas especificaremos sean fijas “Fixed” para todas las imágenes dando ok para terminar el proceso, en caso que no se cuente con el archivo de vuelo la orientación puede realizarse con un apoyo terrestre del mismo modo que el ejemplo anterior.

Tamaño de pixel

Especificar si será aplicado para

todas las imágenes

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- Generar DTM y Ortofotos. Realizaremos este proceso de igual forma que en el proyecto pasado ya que este es totalmente idéntico.

Ortofoto y DTM de Ciudad Universitaria.

Restitución Fotogramétrica.

La restitución es el proceso mediante el cual capturados estructuras sobre el terreno o el terreno mismo restituyéndolas con sus mismas dimensione sobre una escala ya sea en 2D planimetría o 3D altimetría por medio de los modelos estereoscópicos generados al restituir al reconstruir los ases de luz que generaron las imágenes (orientación interna y orientación externa)esto permitirá determinar sus coordenadas (x,y) y al simulando una vista binocular podemos calcular sus altura (z) midiendo el paralaje que existe entre los puntos homólogos de las imágenes gracias a la marca flotante.

Especificar el estado de todos los

parámetros

Asignar este estado de parámetros a

todas las imágenes

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- Creasion del proyecto. 1. abrimos el módulo de estereoscópica de ERDAS, Stero Analyst que usaremos para la restitución, podemos acceder a él desde la barra principal de ERDAS IMAGINE/Toolbox/ Stero Analyst o directamente desde IMAGINE photogrammetry si tenemos abierto un proyecto con orientaciones mediante el icono .

Apariensia de la ventana prinsipal de Stero Analyst.

2. seleccionamos crear un nuevo proyecto que abrira una ventana con tres pestañas en la primera definiremos el nobre y direccionde la carpeta que contendra la restitucion.

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3. en la segunda seleccionaremos de su biblioteca los layer que usaremos en nuestro proyecto, en caso que no estemos satisfechos con los layes ofrecidos podemos crear uno nuevo, en la primera pestaña de la ventana para crear el layer definiremos nombre grupo y dirección del layer que será un archivo .dbf en la segunda si será punto, punto múltiple, poli línea o polígono así como su color y grosor, en la última definiremos si tendrá valores de carácter alfanuméricos, números enteros, reales o de tipo fecha, al terminar buscamos el layer en la lista, lo activamos, por ultimo adjuntamos la dirección del .blk proyecto que generado en IMAGINE photogrammetry , damos ok y habremos generado la carpeta de restitución. La carpeta de restitución solo puede ser abierta como proyecto en Stereo Analyst con tipo de archivo “Stero Analyst Feature Project” y contiene archivos de tipo Shapefile de ESRI cuyo programa más famoso es ARGIS, cuenta con los principales tres él .dbf que contiene las cualidades del layer, shp que almacena la geometría del layer (forma y coordenadas de lo que vayamos trazando) y el shx que funcionara como un índice de estas, además de estos cuenta con un respaldo de estos tres, un .fcl que es la base de cada del layer, un .prj que almacena los datos de la proyección y un .fpj que el que ligua los otros archivos para estructurar el proyecto, tras esto se abrirá el modelo estereoscópico y se verán los layers a su izquierda.

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- Proceso de Restitución. 1. Para realizar proceso de trazar la restitución nos balemos de la marca flotante que mide el paralaje entre el punto homólogo en el que se encuentra sobre las imágenes orientadas para que el software pueda calcular la altura como lo arias con la barra de paralaje pero a tiempo real. Seleccionas le layer que deseas usar y con ayuda del sistema de visión estereoscópico que cuentes en este caso anáglifos desplazas con el mouse la marca flotante (x,y) y sin perder la estereoscopia ajustas la altura del con el scroll del punto que quieras capturar y das clip para marcarlo como punto, vértice de línea o polígono según el layer que estés usando usas doble clip para finalizar una line o polígono. 2. Para poder editar los trazos los seleccionamos con la herramientas siendo la primeras para seleccionar uno al ves y el segundo mediante un rectángulo, debemos recordar que para selecciona individualmente no basta con estar en las mismas coordenadas x,y también tenemos que estar en la misma altura z tras seleccionar lo que deseamos editar contamos con diversas herramientas de edición que se muestran en la siguiente imagen.

Layes del proyecto

Herramientas de selección

Editar vértices

Dar volumen Seleccionar

lado o cara

Herramientas de

medición

Activar vista individual

de imágenes

Activar vista 3D de

elemento seleccionado

Invertir estereoscopia

Herramienta de ajuste

manual de posición Limpiar layers Ventana de pares estereoscópicos

Coordenadas Escala

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Como consejo a la ora de restituir recomiendo mantener la altura fija que se encuentra en la cascada de “Utility” y no realizar un zoom demasiado grande ya que esto causa que la marca flotante se entierre además de que con clip derecho en la ventana principal des plegaras una cascada en la que encontraremos un snap 2D,3D o aun limite opciones para ocultar o mostrar todos los objetos creados la posibilidad de abrir una ventana de opciones estereoscópicas en las que podemos editar el cursor, los colores anáglifos o incluso cambiar el modo de visión estereoscópicas por mencionar solo algunas opciones con las que se cuentan también podemos abrir la ventana de edición del proyecto para agregar nuevos layers o quitar algunos. En la ventana que muestra los objetos seleccionados en 3D con clip derecho sobre ella se desplegaran opciones para cambiar el color de fondo y de los objetos o bien poder darles textura a base de las imágenes, también podemos exportar para editarlos en IMAGINE VirtualGis sin embargo existe un límite de lo que esta puede mostrar por lo que no podremos trabajar con grandes áreas. Cuando sea terminada la restitución los Shapefile pueden ser in portados a diversos programas como MicroStation o AutoCAD Map3D que son programas CAD para generar y trabajar con modelos 3D, también pueden ser importados a programas GIS como ARGIS de cuya compañía son nativos para por ejemplo crear raster que se usen en diversos procesos y edición de mapas.

Mapa de Zimapan generado en ARGIS y modelo 3D en MicroStation.

Fuentes. Datos obtenidos de. http://www.efoto.eng.uerj.br/ http://www.hexagongeospatial.com/

http://www.efoto.eng.uerj.br/

http://www.hexagongeospatial.com/

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