LA CÁMARA FOTOGRAMÉTRICA

Un objetivo fotográfico es un sistema óptico centrado, formado por una serie de lentes o dioptrios con sus centros alineados. Sin embargo, no existe objetivo fotográfico ideal, no transforma un haz cónico de rayos que entran en el sistema en otro de salida en sentido estricto. Por esto se dice que el sistema no es estigmático, la imagen de un punto formada sobre el plano focal o plano imagen se formará en una zona de estigmatismo aproximado. En general, cualquier deformación en la imagen del punto objeto se denomina aberración.

Se puede comprender por tanto que en una fotografía donde la finalidad fundamental es medir
objetos, el objetivo es el elemento más importante de las cámaras fotogramétricas y el cual tiene
que estar perfectamente corregido de imperfecciones. Asímismo, las lentes que forman el
conjunto óptico han de estar perfectamente alineadas para formar lo que se denomina sistema
óptico centrado, el cual forma una imagen perfecta en el plano focal (imagen nítida y
geométricamente correcta).

Se denomina distancia focal f a la distancia en un sistema óptico entre el centro de proyección y
el plano imagen o focal (donde se coloca el negativo). La variación de esta distancia nos da la
escala de una fotografía, así como el campo de imagen que se va a fotografiar.

Se denomina centro de proyección al punto O (centro del objetivo) y punto principal al punto intersección del plano focal con el eje principal.

El campo de imagen se mide como el ángulo bajo el cual se ve nítida la imagen en cada distancia focal. Un ejemplo de la denominación de los objetivos en función de la variación de estos elementos podría ser:

En fotogrametría aérea se suele usar un objetivo granangular.

Este ángulo se define como el que contiene una semidiagonal del fotograma desde el centro de proyección, de tal forma que para una fotografía estándar en fotogrametría de 23 x 23 cm (parte útil), el campo de imagen sería:

En una cámara fotográfica, la limitación de entrada de rayos se hace con el diafragma , el cual se puede considerar una abertura circular centrada en el eje del sistema, la cual permite trabajar en una zona de estigmatismo aproximado. Se coloca entre las lentes del objetivo, de tal forma que limita el diámetro de entrada al objetivo. Se denomina 2ρ a la abertura útil del objetivo. El diámetro útil se suele dar a través del número N, que cumple la relación:

Al diafragmar (variar 2ρ) se controla la cantidad de luz que entra en el objetivo, de tal forma que cuando N es pequeño, la abertura útil es mayor. El número N sigue la progresión 1, √2, (√2)^2, (√2)^3,..., (√2)^9. El N=1 correspondería a la abertura máxima.

El obturador es el mecanismo que abre y cierra en fracciones de segundo la entrada de luz al objetivo. El tiempo que permanece abierto el obturador se denomina tiempo de exposición. La apertura de unas laminillas de cierre entre las lentes del objetivo permiten tiempos de exposición de la película desde 1/100 hasta 1/1500 segundos en fotogrametría aérea, en la que los tiempos de exposición han de ser bajos para evitar desplazamientos de imagen debido a la velocidad del avión y las vibraciones.

El filtro es el elemento exterior del objetivo, el cual básicamente es un cristal apropiado que cumple varias funciones. En primer lugar, reducir el efecto de luz difusa atmosférica, difundida por partículas atmosféricas que no deja pasar la luz procedente de partes en sombra. Por otro lado, contribuye a la distribución uniforme de la luz por todo el plano focal, a la vez que protege a las lentes principales del objetivo. En fotogrametría aérea, los filtros hacen que no sea necesario el uso del diafragma (función de atenuación del exceso de luz).

Todo este conjunto de lentes, diafragma, filtros y obturador constituyen en una cámara aérea lo que se denomina cono exterior o simplemente objetivo.

El cono interior es el espacio comprendido entre el conjunto anterior y el plano focal, que es donde se forma la imagen. En el plano focal, lógicamente, se coloca la película a impresionar y además de la imagen, se impresionan una serie de datos marginales en cada fotograma, variables según la cámara, que pueden ser:

• Marcas fiduciales: marcas fundamentales en las esquinas y en el medio de los bordesque como veremos posteriormente, son esenciales para determinar la geometría del fotograma.
• Altímetro: registra la altura de vuelo del avión.
• Nivel esférico: proporciona información aproximada de la inclinación del eje principal en el momento de la toma.
• Número y tipo de cámara.
• Distancia focal del objetivo.
• Fecha y hora de la fotografía.
• Número de fotografía (4 dígitos) dada correlativamente por un sistema contador a medida que avanza la película.
• Información adicional: espacio para anotar otros códigos, lo más normal es la zona o denominación del proyecto. 

Es fundamental para evitar distorsiones geométricas y ópticas que la película en el plano focal se encuentre perfectamente plana. Esto se consigue, además de por la presión de una plancha que sujeta la película contra el marco, por un sistema con una bomba de vacío de aire. Un pequeño motor hace la secuencia completa de la toma fotográfica: desconecta el sistema de vacío, hace avanzar la película, conecta el sistema de vacío, ilumina los sistemas de información marginal en el plano focal, abre el obturador y lo cierra.

En el almacén se aloja la película, normalmente de tipo rollo, con capacidad para almacenar películas de 120 a 150 metros. Con el formato estándar de 23 cm, un rollo de 120 metros permite casi 500 exposiciones.

Existen otros muchos mecanismos adicionales, como un compensador de movimiento de imagen, que produce un pequeño movimiento de la película en la dirección del vuelo (pero en sentido contrario) para compensar el movimiento de imagen debido al del avión. En alturas de vuelo pequeñas su función es más importante. La montura de la cámara con el fuselaje está realizada a través de un sistema amortiguador de vibraciones y suspendida de tal forma que permita giros en torno a tres ejes principales, de tal forma que el operador tiene la posibilidad de orientar o retocar la horizontalidad de la cámara en todo momento.

El visor permite al operador ver en cada momento la imagen del terreno a fotografiar y un intervalómetro hace que automáticamente la cámara vaya disparando en función del recubrimiento longitudinal (fracción de imagen común en una fotografía y la siguiente) que se haya seleccionado.

El exposímetro tiene como función seleccionar la velocidad de obturación y abertura del diafragma en función de la luz disponible y la sensibilidad de la emulsión, de una manera automática, al igual que se realiza en cualquier cámara fotográfica convencional.

La georreferenciación en lo posible del centro de proyección fotográfico se realizaba antiguamente con aparatos auxiliares de navegación, pero actualmente, en cualquier vuelo fotogramétrico de cierta magnitud, estos datos se registran con Sistemas de Posicionamiento Global GPS y sensores inerciales INS (Inertial Navigation System). Posteriormente veremos para qué sirven estos datos y cómo se tratan.

En cuanto a los aviones fotogramétricos que se emplean, deben de cumplir unas características especiales en cuanto a estabilidad, velocidad reducida (en pequeñas alturas de vuelo, 200 km/hora), gran autonomía, buen acondicionamiento de los equipos fotogramétricos, etc. La tripulación suele estar formada por el piloto, un navegante que controla la ejecución del vuelo con respecto a un plan trazado y el fotógrafo.