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Escáners fotogramétricos de
alta calidad para la cartografía
Por Dr. Michael Gruber y Dr. Franz Lebert.
VEXCEL IMAGING, AUSTRIA
La digitalización de lmágenes analó-
gicas se ha converildo en una nueva
tecnología de hardware, clave para la
rnoderna fologramelrÍa digilal. Desde
la introducción de escáneres fotogra-
mélricos especializados a linales de
los 80, puede observarse un desaro-
llo gradualy una mejoría en la calldad
de los escaneos resultanies. Original-
mente, la especificación más impor-
tanle para estos equipos era la preci-
sión geomélrica del escáner. Cadavez
hay mas preocupación por el buen
color y elrendimiento radioméirico. Es
te arliculo lrata de las medidas del
rango y la resolución Édiométrica, y
demuestra a capacidad del lJltrascan
5000, un escáner folograméfico mo-
derno fabricado por Vexcel lmaging,
Ausiria. El Ullrascan 5000 se presen-
ló en noviembre 1998 en la Confe-
rencia GIS/LIS '98 en Fort Worth. Te-
jas. Desde enlonces un gran núme-
ro de slsiemas han sido instalados
en lodo el mundo. demoslrando día
a dia la aita calidad de este enfoque
de escaneo y los numerosos ensa-
yos llevados a cabo en emplazamien-
ios de empresas c ienles, conlirman
un rendimiento superior en precisión,
radiometria y color.
unos 10 años, con la inlroducción del
escáner p ano VX300Ode VexcelCor-
poration en la Conferencia-GlS en
Ollando, Florida en octubre 1989 (Le-
brel et al, 1990 a, b; 1992)- En aquet
momenlo no se había introducido la
idea de unos escáneres electrónicos
de lambor, y por lo tanto de bajo coslo
- eslo empezó en febrero 1990 con el
anuncio de un nuevo produclo Oplro-
nics de escaneo, Los escáneres elec-
trónicos de tambor de bajo cosio con-
quistaron enlonces al mercado de las
aries grálicas, con grandes capacida-
des radioméficas pero con una preci-
sión geométrica muy pobre. Aunque
hubo varios intenlos de utillzar dichos
escáneres en la lotogrametría, resultó
que no era faclible, ni la producción
ortofoto de baja precisión, ya que se
informó de erores geométricos en la
gama de I 500 m, debido a a imposi,
bilidad de maniener permanentemen-
1e en coñtacio con ellambora la peli
cula, paÉ la exlensión total de la Io-
lografía aérea.
AsÍ se juslificó el desarrollo de los
escáneres f otogrametricos planos con
un formalo lo suficieniemente grande
para aceptar el lamaño de una ima-
gen aérea a toda plana y lo suficien-
temente preciso para cumpl¡r con los
requisilos del flujo de trabajo folo,
grametrico de alrededor de 1 2 m-
Desde 1991, varios de estos escáne-
res planos han aparecido en el mer,
cado de acuerdo con la literatura
(Bahsavias, 1998 y 1999). La necesi
dad de escáneres ha ido en aumen-
lo, a pesar de las predicciones que
dicen que en úllimo término las cá-
maras digilales eliminarán la necesi-
dad de escáneres de película.
Bajocondiciones ideales, losescáne-
res deben ser capaces de digiializar
uña fotografía aérea complela con
una sola pasada y con una resolución
geométrica de al menos 2000 dpi o
12,5 m por píxel. Sin embargo, esta
capacidad no existe en este momen-
10. Por lanio, la folografía aérea se
escanea por pates, moniando una
imagen grande a partir de pequeños
cuadrados o pasadas, recogidos por
una cabeza móvil de escaneo.
Es eltipo de sensor bien una dispo-
sición de array lineal o cuadrada - que
define eltipo de subimágenes. La dls-
posición lineal produce iranjas o tiras
de imagen, la disposición cuadrada
crea imágenes teseladas. Ambas
aproximaciones al escaneo requieren
uña gran estabilidad geomélrica para
evitar desajustes geométricos entre
las subimágenes, y ambas necesitan
La escaneo Fotogramefica liene !n
intérés creciente con la llegada de
fotogramelría digltal. Alfinalde la dé-
cada de los '80, la tecnologÍa de es-
caneo que existfa entonces no tenÍa
la estabilidad sulicieñte para transfe-
rir la precisión geomélrica de la pelí-
cula Fotogramefica alformatodigita.
Los escáneres fotogrametricos espe-
cializados empezaron a aparecer hace
F¡guB l: Ultrascan 5OO0 Escánet
últi¡no ñoclelo
(a) Escáner - un¡dad bás¡ca.
(b) Escáner con un¡dad manual de
(c) Escáner con un¡dad automática
a4
una alla capacidad de repelición ra-
diomélrica para evilar cosluras visibles
al empa mar las tiras o imágenes cua-
La eslabilidad geométrica requiere
una alla precisión geométrica para
apoyar las medidas fologramétricas y,
los escáneres f otogramétricos iambién
deben cumplir con excelentes especi-
ficaciones radiomélricas. Una razón
evidente es la demanda para produc-
tos de imágenes de alla calldad en la
forma de ortolotomapas, que deben
mostraf delálles que se pueden intef-
Prelai, Una segurda razón es la ne-
cesidad de resolver las diferencias fi'
nas en la densidad de la imagen para
soporlar la estereoadaplación, donde
una pérdida en lalextura signilica una
pérdlda eñ las corespondoncias co-
rreclas, Eñ tercer lugar, a medida que
se empleen las imágenes digilales
paÉ la medición de objetos, su valor
se comprometería si los delalles para
la medición de conlrol del lerreno no
se identificasen, por ejemplo, en am-
bienles de allo conlrasle con la exis-
lencia de sombras.
Enlonces. nosotros hacemos hinca-
pié en que un escáner folog ramétrico
debe resolver com plelame nle loda la
gama de densidades de cualquier
imagen que se tenga que procesar.
Hemos encontrado en el caso de
pelir con la comodidad de funciona-
miento delescáner plano. Este úllimo
hecho está ampliarnente documenta-
do porlaaceptación arrolladora de los
escáneres planos en las arles grál-
cas desde que irrumpie¡on en el mer-
cado hacia linales de 1996 y reduje-
ron considerablemente el mercado
para iodos os iipos de escáneres de
Duranle algún liempo los fabricantes
de escáneres de larnbor dlscutieron
que los escáneres planos no iban a
ser capaces de acercarse al rend -
mienio radiométrico regularmenle
producido por los de lambor, Esla
desvenlaja de os escáneres planos
ha sldo s!perada en los úllimos años
por los nuevos sensores eleclfóñicos
CCD de disposición lineal, que po-
seen mejores caracte¡íslicas de se-,
ñal-ruido y un número mucho mayor
de píxeles, haciendo de ese modo
realidad su superioridad frente a los
escáneres de tambor.
2.2. CCDs de D¡spos¡c¡ón
Lineal y Cuadrada
Los detectores CCD se proyectan
bien en la forma de disposiciones
cuadradas para su uso en las cáma'
ras digila es dirigldas a objetos en
movimiento, o en la forma de dispo'
sic ones lineales ulilizadas en cáma'
ras fijas, el€scaneo de documenlos,
lax, copiadoras u olros dlsposltivos.
Los sensores lineales producen me-
jor calidad radiométrica y, por ianlo,
son los disposiiivos preferidos en os
escáneres. Conviene aclalar que en
ambos casos, blen sea con la dispo-
sición cuadrada o lineal de sensores,
las dlmensiones han sido insuficien'
tes para escanear una lotografía aé-
rea de formato completo en una sola
vez. Entonces los escáneres de gran
formalo necesilan una unidad mecá-
nica para mover el sensor sobre la
irnagen para recoger todas las par-
les de la imagen.
Los sensor€sCCD de disposición cua-
drada luñcionan en forma de 'captu-
ra y avanc€". El cabezal deteclo r pasa
a una posición predeterminada y
"mira" para conseguir una magen
teselada, entonces e cabezal pasa a
material monocrorno (blanco y negro,
B/W) una densidad máxima de has'
ia 2,5 D que exisle típicamenle eñ la
lotografía aérea y, en elcaso de dia-
positivas de color, las densidades
máximas pueden superar va ores de
3,0 D- Esias gamas pueden ser auñ
mayores en la foiografía fija terres-
lre con buena iluminación para la
lotogramelria de coria distancia,
Esle trabajo presenlará algunos estu-
dios sobre las capacldades radiomé-
flcas que uñ escáner debe cumplir y
lo demuest.a con el lJltrascan 5000
2.1. Escáneres de tambor
y planos
Los escáneres fotoqramélricos uuli-
zañ los llamados 'de sobremesa" (flal
beds). Los escáneres d€ tambor, por
razone§ obvias, no pueden reprodu-
cir la gran prec sión geomélrica ne-
cesaria para la foiogrametría. L,lan-
lener una fotografía aérea de gran
formalo apretado sobre eltambor es
prácticamenle imposible, y además,
el manejo y carga de irabajo de los
escáneres de lambor no p!ede com-
Fonnalo A 3+(2a0 rnm x440 rnm @ 5080dpi, 330 mm x440 mm @ 868 dpi)
Hesolucónorginal - 16 configlraciones dlferentes, seleccionadas porelusuario.
Bsso uciones Ópticas' so8odpio 868 dpi, seeccionadas pore usuario.
ResoLuciones Geométricas de salida - permanenlemenie seleccionables entre 1 0.I 60
dpiy 50 dpi.
Precisión geomélrica- mejor quel2 m.
Gama de densidades - > 3,4D
Precisión radiomélrica haslal 0,3 DN a 1,0 D
lum¡nación - luzlransmisivay relLectiva, a eleg rporelusuarlo
Color- co or de una sola pasada
Bils por pixel -orglnal3xl2bilsdelaconversiónA,/D,usoiniernode3xl6bitporpíxe
FLenles - Color, escala de grises o linearj escaneo de negalivos blanco y negro y color
Unidaddero o disposilivo opciona para ope raciones manuaLes o aulomál cas
GUI lnleriaz Gráiico de Usuario- Para Windows NT
Formalos de Sa da - T FF, T FFleselado, FIAW, EPS, DCS, SC TEX
Plxelsde salda - a I o 16 bits por color separado
Soñware de apoyo lologramétrico - inc uye calibración geomélrica online especia .
Tabla 1: Especilicac¡ones técn¡cas clel Ultrascan 5000.
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a siqu¡enle posición predeierminada
para conseguir a sguienle magen
iese ada, y asÍ sucesivamenle. Un
sensor CCD de disposición lineal se
moverá por encima de la imagen con-
tinuamenle, iecog¡endo una tira de
imágenes y, enlonces, pasará a una
nueva lrayecloria para producir la s -
guienie t ra o banda. En ar¡bos casos
a imagen digital f nal debe írontarse
a partir de las partes recogidas.
2.3, Lograr una alta
precisión geométrica y
rad¡ométrica
Los escáneres planos para la ndus-
ria de las artes gráficas se d¡señan
con la más a ia capac dad rad omé-
trica pero ignoran la necesidad de
una Prec sión geomélr ca. Los escá-
neres fologfamétr cos se diseñan
para unageomelría pfecisa, bien por
medio de una gran precisió¡ mecá-
nica del movlmienro de cabezal ex-
P orador, o mediante calbraciones
especia es, pero han ignorado duran-
te rnucho liempo los requ sitos rad o-
mélricos para una reproducción pre,
cisa del color. Recientemente. este
hecho ha sido documentado por Neu-
r¡ann y Ballsavias (2000). Kó bl ha
insisiido repelidamenle en la preocu-
pac ón por la calidad de colory ellono
en ap icaciones lotog ramétricas (Kó bl
and Bach, 1996, Kólbl 1999).
S n er¡bargo, el prob ema está en lo-
grar arnbas: una alia precislón geo-
mélrica asi como radiomélrica. Hay
que compfender que las med das de
coordenadas sobre mágenes se ba-
san pr ncipalmenle en el exarnen de
los valores de densidad en u¡a ima,
gen; entonces debe quedaf carc de
inmedlalo que una alta ca ldad ra-
diométrca rnetorará a capacidad de
rea izar medidas precisas.
CCD ineal (Gruber e1a., 1998).Adi-
ferencla de ofos escáneres ha sido
diseñado para resover las necesda-
des del mercado cadográlico además
de las ap icaciones avanzadas en las
a(es gráf cas. El molor básico de
escaneo se nlrodLrjo en e campo de
as aftes gráficas en eloloño de 1996
y en elde la cartogralía dos años rnas
larde. La Fioura 1 muestra una loto
del escáner y la Tabla 1 resume sus
especificac ones. E Ullrascan 5000
abafca una gama de reso uciones
geométrcas desde 50 dpi hasta 5080
dpi, y hasia 10160 dpl con interpola-
cón de software, y cubre, por tanio
una área de escaneo de aproximada-
menle 300 mrn por450 mm, o 250 mm
'260mm a utilizar una unidad de ro-
llo de película. Se ha demostrado que
a precisión geomélrica lra sido supe-
rior a 1 2 m (rmse) para x & y (Gruber
et al., 19S8).
El escáner vlene equipado con un
ef caz sensor trilineal CCD: el sensor
KLI 6003 de Kodak con 3'6000 e e
menlos para el escaneo de color de
una sola pasada. La gama de densi
dades del escáner es mejor que 3,4
D con una relac ón de seña de rlido
de 72 dB. La un dad ópiica pemite
explorar en un conjunto de 16 reso
uc ones orlgiñales, que se logfa me
dlanle ocho faciores "binning" elec
lrónicos y dos posiciones de lente.
AsÍ se ofrece un iuego de conrpen
sac ones entre e tamaño de os pÍxe
de salida, rendimienlo y calldad ra
Elluncionam enro delU fascan 5000
eslá apoyado en Lrna intelaz gráfica
de usuar o (GUl) inruiiiva. Se reat zó
un diseño con ajuste de escaneo fá-
cil y una nformación conlinua a tra-
vés del pre-escaneo.
Para escanear rolos de pelicula sin
conar exislen dos opc¡ones, bien un
d sposilivo de operación manual o
una unidad de rollo aulomático, sien-
do ambas mejoras a escáner básico.
lecnologÍa para esta capacidad se
caracleriza por varlos e ementos im-
Una capacidad espec¡al del U t¡ascan
5000 es su caldad rad¡or¡élrica. La
4.f D¡spos¡c¡ón de
Detectores CCD Lineales
de Alta Resoluc¡ón
La resoluclón rad onrélrica d€ sensor
e ectrónico es el parámefo base de
calidad para c!aquier aplcac ón de
un escáner. El emp eo de un sensor
ineal Kodak KLl6003 coñ 6000 ete-
menlos CCD individuales para cada
!¡o de os ires colores princ pa es
ofrece un rango radiométrico de 3,6D
o. a rededor de 4000 váiores de iien-
sidad llnea. Posteriormenie. la señal
ana ógica se convterleen dig ia, con
un ancho de banda de l2 biis. La len-
te y el CCD forman un conjunio que
necesila ser ajustado. Un número
mayor de píxeles serán fác menle
leíb es para el CCD, pero a lenle y el
dispos livo de I uminac ón deberán pro
ducir unf uio suficiente de lotones. Los
grandes sensores CCD se usan noF
malmenle para solucones con me
nores exigencias y no para diseños
con mayor rendim enlo.
4.2 Filtros de El¡minación
de lnfrarrojos
Los deteclores electrónicos son sen
sibles a la luz infrarroja. lnc uso con
e uso de fllros de color para sepa-
rar las dilerentes longitudes de onda
del especfo v s ble, un cor¡ponente
inf¡arrojo podría pasar sin el uso de
un f l1ro especial Debldo a a capaci
dad quetene la uz inlrafoja de alra
vesar ncluso as pelÍcLrlas opacas,
esto alectará a a resollrc ón radio
métrca de forma signlicativa. Para
evllarlo, el Ullrascan 5000 incluye un
conjunto de filtros para eliminar los
4.3 Refr¡gerac¡ón del
Sensor
El ca or aur.enta¡á la rnagn¡lud del
nive de ruido en negro en e sensor
e ectfónico, y, por lanio, limiará la
resolución radiomélr ca del sistema.
Un método apropiado de ev¡lar e ca-
or es med¡anle la relrigerac ón de
E L,lrascan 5000 ha sido la r¡ás re-
cienle enl¡ada al mercado actual de
os escáneres fotogramétricos com,
peiit¡vos. Ha sldo diseñado como dis-
pos ilvo plano, ernp eando elescaneo
de múltiples pasadas con un sensor
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.¡
F¡gufa 2: Resultados del escaneo de la cuña .te vatores KODAK Step
Tablet ST 34 con el Ultnscan 5000, util¡zancto ¡nctepen.!¡entemente tos
tres canales de color alel escáneL Las imágenes han s¡clo parciatmente
rctocadas pafa hacef v¡síbles sobte el papel las pequeñas diÍercncías
cle dens¡darles. Se escaneó con un ta¡naño cle pixel de 25 m.
mediante un pre-escaneo los colores
y densldades de una imagen. Elsoft-
ware-Gul debe ofecer no só o los
principales parámetros de escaneo
(como por ejemplo a resolución), si
no lambién Las lunciones para el pre-
escaneo, medición automálica o ma-
nual de los punlos de sombra y luz,
manipulación del histograma, lablas
de colores y lillros de enmascarado.
F¡gura 3: D¡agraña de la imagen .!e la cuña cte g ses Ko.tak ST 34 de
la F¡gura 2. Las intensidaales ale 16 bit han siato rcpÍesentaclas en una
escala loga tmica. Los valores asignados a cacla fnnja cle la cuña de
gr¡ses, coftesponden a los valorcs de densidac! nom¡nales vivididos
enÚe 10-
sensor- El Ulfascan 5000 uliliza un
disposilivo de relrigeración Peltier.
4.4 Puesta en Práct¡ca
D¡námica de la
Refrigeración
La refrigeración de un componente
puede causar la aparición de hume-
dad de condensación. Para evilareste
efeclo, eL dispositivo de refrigeración
debe medir a diferencia de tempera-
lura coñ el ambienie y entonces con-
lrolar la refrgeración para no superar
un nivel mÍnimo de relrigeraclón se-
leccionado por e usuaro.
4.5 Cal¡brac¡ón
Rad¡ométrica
Elsistema ópt co d€ un escáner con-
sisle en numerosos elementos, lales
como la fuente de luz, los correspon-
dientes cubreplacas y poriaplacas,
lentes óplcas y el sensor. Cada uno
de estos elemenlos tiene una influen-
cia específica sobre acalidad e i¡ten-
sidad de la uz. Para poder medi¡ esta
influenclay poder compensar los efec-
tos adversos sobre los datos de la
imagen digital resullante, los progra-
mas de funcionamlenlo deL escáner
deben inclulr un procedimleñto de ca-
libración radiométrica. Debe ser Iá.il
de maneiar y no puede durar mucho
4.6 llum¡nación
EL sistema de ilumlnaclón debe pro-
porcionar una caniidad adecuada de
luz roja, verd€ y azul. La ilumiñación
debe ser independiente deltiempo de
funcionamiento del escáner o de su
edad. Para conseguir uniformidad en
la cantidad de luzgeneradaporla ám,
para, se ha implemenlado un circuilo
de control. Además. un escáne. veF
sátil debe ser capaz de explorar ma-
te al transparenie y opaco, tanto pe,
lícula conro papel. Esto requiere la
inrplementaclón de dos sistemas se-
parados de iluminación.
4.7 lnleñaz Gráfica de
Usuario lntu¡tiva - GUI
Pa¡a lograr os mejores resultados de
escaneo, la GUI añade herramienias
de usuario, para fiiar y comprobar
El desarrollo de unos procedimien-
tos de pruebas para escáneres hasido
un iópico de investigación previa, por
ejemplo porparte de Baltsavias (1994)
y Seywald (1996). El modo más apro
piado de comprobar el rendimiento
radioméfico de un escáner es la de
explorar una planlilla con un rango
de deñsidades conocido (llamada
cuña de grises). La lmagen digital de
dicha planlilla iiene que ser analiza-
do mediante un procedimiento pre-
determinado para obiener un conjun-
lo de números clave. Eslos números
clave serán los que describan la ca-
idad radlométrica del escáner.
5.1 La Def¡n¡c¡ón de un
Proced¡m¡ento de Prueba
Un procedimiento de ensayo para
calcular e rendlmienlo radiométrico
del Ullrascan 5000 empieza con una
cuña de grises con !n rango de den-
sidades de 3,4D y una dislancia de
paso de 0,1 D (Kodak StepTablet ST
34), y con una plantila de prueba de
color(Kodak 0-60). Las imágenes de
prueba resu tan delescaneo de esas
plantillas-
La cuña ca ibrada ha sido medida con
un densiiómetro (Gretag lvlacbeth D
200-ll) de modo que se pueda com-
parar los valores nominales de den-
sidad con las mediciones anleriores.
Se han comprobado difere¡cias en-
tle elvalor nominaly las rnediciones
de densidad, de rango de 0.02 D.
El procedimiento delensayo se basa
en simples y mútiples escaneos de
i btue i
:llllritrill,lr ,,*,
lllll|rr
; ti - ;;;l
.* li llrll tllil] ltillrrr,,,,,*i
lillurlr
88
las cuñas, el análisis correspondien-
te de las imágenes digitaleeobteni'
das así como la inspección visuaL de
las imágenes. Se ha obtenido ofas
variaciones al escanear bajo otros
parámetros (p.e. resolución geomé-
trica) y comprobar cada uno de os
colores primarios por separado. El re-
sullado de dichas pruebas represenla
a la resolución radioméfca a iñspec
cionar visualmente las imágenes re,
su lantes y comparar los priñcipales
valores de grises en cadalranja de gri
sesy examinando la delruido dentro
de cada fania de qrlses. La propia
cuña de grises puede producir ru dos
dado e uso regular y duro de la cuña
de qrlses en los ensayos. La propia
cuña de grises puede producir ruido
dado a uso regulary contiñuado de la
cuña de grises en los ensayos. Se
puede observar el granulado de las
diferenies franias de orises de las cu-
ñas, si se comparan diierentes lipos
de éstas (dependiendo del proceso
de fabricado empleado).
Enlo¡ces puede ser de utilidad esca-
near una cuña de densidades mas de
una vez, Para veT a diferencia enlre
los dos escaneos, restando uno del
o1ro, y finalmente, estudiar el ruido
contenido en cada franja de la c!ña
de grises.
Escaneos r¡últiples de la cuña ayudan
a separar eL ruido del escáner de rul
do producido por la propla cuña.
Escaneando la cuña de grjses con
desenloque es un mélodo alternativo
para evilar e impacto del grano.
Aparte de niveles de grises absolutos,
nuestro inieréses la linealidad delodo
elprocesode escaneo. Eslo puede ser
representado por una gráfica logarít.
mica de los valores de una sección
lransversal de ioda la imagen.
fodas las exploraciones empleadas a
continuación se han realizado con la-
blas linea es y los valores de grises
lueron a maceñados en un forrnaio de
datos de 16 blts, representando no-
miña mente 65.536 dilerentes niveles
de gris.
Para dicha prueba ¡inguno de los
valores Dmin y Dmax necesltan ser
ltt I Fl'l
Figura 4: lmagen e h¡stogrcma cle 6 lámiñas delgaclas de cr¡stal
apíladas las unas sobre las otras, paru util¡zar$e cono cuña de gises
en ¡ntetualos de ñuy poca dens¡clacl. Han s¡clo conptobadas con el
Ultrascan 5000. La ¡magen (a) ¡lusüa los ct¡stales apilados con los co-
fiespondientes valores rle clens¡cla.! de cada ¡ntervalo. Las líneas os-
curas son un efecto procluc¡do por el relle¡o .!e la luz en el borde de
cada plancha de cristal. La imagen (b) es un h¡stograña. La ¡magen (c)
es el denom¡nado "g¡áiico cle píxeles", en el cual se muesüa el brillo
de cada píxel en contraposición con su nú¡neto, a lo largo de un
vector alatgaclo obtenido repattíenalo las coluñnas ale píxeles
secuenc¡alménté.
fijados. La capacidad apropiada del
sensor se alcanza a la densidad de
0.0D basada en eltiempo de exposl-
ción, que se delermina durante la
calibracióñ radior¡étrica.
5.2 Una Selección de
Resultados de los
Ensayos
Las siguienies selecciones de resul-
tados de pruebas mueslran eL rendi-
mienlo radiométrico del escáner con
dos resoluciones ópticas de 15 m y
25 m de tamaño de píxely para cada
La cuña de grises empleada para di-
chas pruebas cubre una gama de den-
sidades de 0,0 - 3,4 D en franjas de
0,1 D. Elresuliado de la prueba mues-
trá lá resóhrción radiom-Álri.á á o áE
go de os 35 intervalos de la cuña de
grises en la Fioura 2. una parie de las
imáqenes de salida luvieron que ser
moslradas en varias secciones acor-
tando el rango de densidades de en-
trada de o.OD a 1.1D deniro del ra¡-
go nominal oDN - 255DN. De ese
modo as pequeñas diferencias son
visib es sobre el papel- La Figura 3
mueslra la relació lineal enlre os n -
ve es de gris medianle un grál co
logarílmico. La fabla 2 presenla los
valores principales y la desviación
eslándar derivada de una eva uación
numérica de los daios de la imagen
de la cuña de qrises Kodak ST34.
Cada una de as entradas en La tabla
2 se obiuvo seleccionando una re-
gión de nterés de cada franja de la
cuña de grises, siendo dlchas reqio-
nes norma mente de 40 x 40 pixeles,
para computar las desv aciones prin-
cipa es y estándares, El sensor fue
refrigerado a la temperalura habilual
5.3 Pruebas Espec¡ales
para Zonas Brillantes de
la lmagen
En las zonas de mucha iluminación
lasirañjasde la cuña de grises a 0,1
D en el ST34 no son lo suficiente-
mente pequeñas para hacer justicia
a la resolución rad omélrica del
escáner. Por lañlo se creó para e lo
una cuña de grises especial, median-
te varias plañchas de cristalapjladas
una encima de otra. Cada ámina de
crista tieñe una densidad de aproxi
madar¡ente 0,04 D y, poniendo as
láminas sobre un sopoare se obtuvie-
roñ y escanearon densidades de
0,00, 0,04, 0,08, 0,12, 0,16, 0,20 y
0,24 D. La Figura 4 muestra la ima-
gen y su histograma: ello demuestra
claramente que los intervalos, que
están separados por solo 0,04 D han
sido resuellosiodos. Es obvio que no
se produce saluración, y que la eva-
uación automáiica deliiempo de ex-
pos ción del procedimie nio decalibra-
.lón radiométri.á es cotr.,a.lo
La flgura 4 mueslra que los 7 lnler-
valos puedén reso verse sin ambi-
güedad. El hislograma en la Figura
4(b) de la lmageñ digita mueslra los
89
051
2.39
1.26
090
0.87
0.73
0.63
o _72
0.46
0.37
0.30
0.23
0.23
017
0.17
o12
0.o9
0.07
valores pror¡edios de grises y el rui-
do en cada interua o de gr ses de la
Figura 4. Los intervalos individuales
pueden ser resueltos aunque dichos
lntervaos quedan a una dislancia de
solame¡1e 0,04D.
5.4. Experimentos
Espec¡ales para las
Zonas Oscuras
El marco d€ una diapositiva es la
zona más oscura de ioda la magen.
Por lanto, es nieresanle comprobar
sl se Puede resover una esiruciura
colocada sobre dicho marco. E ex-
perimento usa el área densa del mar
co de una imagen aérea de color
nfrarojo. Una pequeñazona delmar
co Se cubrió con una p ant I a de re-
solución geomélrica (USAF Targel),
mostfando un conj!nio de íneas os-
curas. como se plede ver en a Ej:
oura 5. la maqen res!llanle permite
uña clara separación enlre las lineas
ft s¡om, rI\
18
t9
20
21
24
27
29
3.0
32
3.3
34
453
370
252
'1 87
150
1 18
095
o76
062
051
o42
035
029
024
o21
o 17
007
005
004
003
003
0.03
0.03
0.03
003
0.03
0.03
0.03
0.03
o.o2
0.02
o.o2
oo?
F¡gu¡a 5: El marco de esta
d¡apos¡t¡vas en colot ¡nfra ojo
¡¡ene una densidad cle aprox¡ma-
clamen¡e 2,7, ñed¡da directamen-
te clel escañeado. Escaneánclolo
conjuntamente con una plant¡ a
cle rcsoluciót1 geométrica, se
Puede obsewar como se resuel-
ve la esÜuctura de d¡cha plant¡lla
Y como Puéden medhse los cle¡a-
lles- Una secc¡ón ele dicha ¡ma-
qen está aiustada con un est¡ra-
miento clel h¡stogñma para ilus-
trat el rcsultaclo.
esia valoración, e autor empLeó una
cuña de grises STK 30 de Kodakcon
20 iniervalos a inlerva os de 0,15D.
Dos iniervalos adyacenles se consi-
deran'tesuellos" sl la diferenc a del
la de los valores medios de grises
es mayof que a suma de la desvia
ción esiándar dentro de cada paso,
0 Paso izquierda + 0 paso derecho
< delta Ecuación (1)
Nosofos no estamos de acuerdo con
esla def nic ón exacta de 'tesuelto j
el esludio de Ba lsavias (1999) es
uña comparación extraña del rendi-
m enlo radlométrlco de os escáneTes
fotogramétricos. S utilizamos esla
mlsma definición tamb én para el
UliraScan5000 podemos extraer de la
Tabla 2 osvalores radiométricos com-
parables que proporciona Ballsav as
(1999)para los escáneres SCAI, DSW
y BM¡. Eslo qleda resumido en la
Tabla 3 con elúnico propósito de com
parafescáneresj no para aceptaf real
menie las gamas rad omélricasdadas.
El Ultrascan-5000 ofece un rendi-
mlento qre es superior a os demás
00
0.1
0.2
03
0.4
0.5
06
o_7
0.8
09
1.0
1.1
t2
l3
1.4
15
1.6
1.7
il.in Oi¡
255.91
180.33
144.52
114 07
91.56
72..t3
57 13
45.4a
3617
28.91
23 02
18 22
14 60
11 53
9.04
729
5.79
thrrl.
Tabla 2: Desviaciones están.lar .le los números d¡g¡tales DN en cada
¡nteNalo cle grises en una cuña ST34 de Kodak (canat veñe). Puede
observarce coño las desv¡aciones estándar cambian como ¡unción de
la clens¡clad. Al valorar los escánercs, conviene espec¡f¡car la préci-
s¡ón rucl¡o¡nétr¡ca paru dens¡dacles específ¡cas y no solamente con un
número global. Obsérvese tanb¡én que el Ultrascan 5O0O rcproduce
la cuña cle g ses con una prcc¡s¡ón rad¡ométr¡ca de :t 0,3DN en una
c!ens¡.!a.l cle 1,0 D. Los valorcs cle gris de 16 bits son trcnsto na.los a
una escala cle 256 valorcs (8 b¡ts). Esta trunsfomación fuetza a núñe-
ros no entetos pañ valores de DN.
5.5. Explorando una
Plantilla en Color
La p ant lla de color C-Boes T2X se
emp eó para ensayar a reproducc ón
en color del escáner. La p antlla de
co or mlestra una serie de interva-
los de color para os colores prima-
rios: rojo, verde y azu ; y os cuatro
colores secundarios: ciañ, amarillo,
magenla v azul. La Fior,rra 6 mues-
ira iodo la planlila de co or asicomo
el histograma de los diferentes colo,
res prlrnarios. obviamente todos los
lnlervalos delplanlilla han s do com-
probados por e escáner.
5.6, Comparando
diferentes escáneres
Ballsav as (1999) pubLicó los valores
de rendimiento radométrco para los
modelos de escáneres foiogramé-
lricos DSW200 y DSW300 de LH Sys-
lerns, lnc, el SCA de Zl lmaging nc,
e lS[,1 XL-]0 y e RIV-T de Wehrli. En
90
Figura 6: La plant¡ a de colot ROES T2X está a ta izquiereta. En et cen-
tro es¡ parte del plant¡ a mostrancto tos in¡etvatos de los cototes pri-
marios y secundat¡os. A Ia derecha se mues¡rcn tos A4 campos de tos
colorcs pimar¡os y secunclar¡os en et espacio rte cotor LAB y se dis-
tr¡buyen contra los vatores nominates cte ta ptanti a.
Tabla 3: Resumen cle la companc¡ón rad¡ométr¡ca entre escánercs
fotogramétr¡cos DSW200, DSW3OO, SCA|, RM-1 y UItñScanS1OO. Se
toma de Baltsav¡as (1999), utilizando tas definic¡ones y term¡notogía
empleaclas eñ dicho estuc!¡o. Los clatos det lJttrascan\1oo se toman de
la Tabla 2, perc se clebe tenet en cuenta que la Tabta Z tue generada
ut¡l¡zando el ST34 c,e Kodak y no ta cuña ST 30 .!e Kodak, que tue el
modelo empleaclo pot Baltsav¡as. Et promee!¡o eñ ta desv¡aciót1
estánclat no debe es¡ar atectacta por et uso cte clos cliferentes cuñas de
grisés.
5.7. ¿Cuando esta
"resuelto" un intervalo de
la cuña?
llsando a def¡¡icón de'lesuesta" de
la Ecuac ón 1, ta corao fue propuela
por Ballsav as (1999), enconlraremos
inlervalos de gr¡ses marcados cor.o
'no reslellosl que un observador po-
dría eslar capac tado para separar
v sualmente. Arg!mentamos que a
observacó¡ "que e qliere hacel'de
una c!ña de grlses es la d ferencia de
dens¡dad de ia entre dos iñterva os
adyacentes de dicha cuña. Esta in-
cert dumbre, expresada por la desv¡a-
ción esiándar, debe ser suficienteme¡ -
le pequeña para no produc r una ba-
iada de señal de valor representado
por a dferencia delta en los vatores
de grises. Padmos de esla conside,
ración como base para la propuesla
de considerar resultos dos intervalos
(0, paso izquierdo + 0: paso
Ecuación (2)
Con esta def n ción, se'tesotverá" !n
mayor nÚmefo de inlefvaos que bajo
ia definición de Baltsavias y reltejará
melor la experiencia visual. En elcaso
del U rrascan 5000. ta def nición de rá
Ecuación 1 produce !na reso ución de
3.0D, y a Ecuación 2 de 3.4D usando
la cuña ST 34
Figun 7: Plant¡lla cle rcsolución cte ta IISAF, escaneacta con un tamaño
de píxel cle 5 m. La ¡¡guñ a) muestra ta ptantilta. La Í¡gurc b) muesüa
el deralla al máx¡mo.te contraste. La imagen c) muestra ta ptant¡Ia
escaneada con un coñtraste pequeño, at apl¡car un f¡ttrc neutrat ele
dens¡dad óptica 2.3D. La imagen ct) muestta et escaneado de ta ptant¡-
lla, elespués de rcta o 45" aprcx¡¡nadamente. utitizan.to e! tactot Kett,
la resoluc¡ón teó ca para un ta¡naño cle píxet de 5 m es .te 71 lp/mm
(esto coftesponde al grupo 6.2.!e ta ptant¡tta USAF). Después de una
¡nspección visual encontrumos que se rcsuetve et grupo 6.2 con
píxetes de S m.
92
23
,=lltt11l= =ilrr,li=
1= lll =. 'll= =It 1.
.= t ;= ll= = t
" =rii' lll=i =,ii' ilt =E comportamienio geoméf co de u¡
escáner se deline por su capacidad
de reso ver pequeños detattes geo
mélrcos de la magen originat en a
pe icu a y co ocar las características
del obteto en la ir¡agen, en su pos
ción qeométrica corecia.
6.1. Resoluc¡ón
Geométr¡ca
La reso ución geomélrica depende
princ pa menle de a capacidad de
resolución de os componentes ópli
cos delescáner y de lamañodepÍxel
DN UicroíEbr3
005
005
006
0.05
0.m
1.90
195
195
150
300
11
12
l1
15
03
125
125
t4 0
12.0
250
seleccionado. Una prueba de la re-
solución geoméfica es e resutado
de explorar un plantila especial coñ
delales geomélricos muy pequeños.
La denominada planlila USAF utii'
za un palfón de baras blancas y
negfas de difereñle taf¡año. La E!
gura 7 mueslfa un plant la-usAF
es.áneáda .on e u lfáscán 5000
con uniamañodepíxe de5 m (5080
dpi) y con pÍxeles de 25 m (1016
dpi). La planl a fue fabricada por
Hedenheln y elorig na es en cristal.
6.2. Precisión Geométr¡ca
Se puede verilicar a precisión geo-
mélrica por el escaneo de un crisial
reliculado b en definido, que es fa-
brcado por IMT (Suiza), que es pre-
Se compara la coordinada del pÍxel
de a reiícula de a mageñ digitalcon
a coordinada conoc da del cr slal.
Con un aiusle de mínimos cuadra-
dos, se pueden calcular los res duos
enlre as posiciones individuales de
la retícula. Portanlo, se pueden ca-
cular las estadísticas de todo eLcon-
junlo de datos, pr ncipalmenle e eror
medio cuadráilco de las coordenadas
lansforrnadas de os píxeles. La Eil
!ula! muesfa una sección de la ima-
gen de una placa relículada esca-
neada con un iamaño de píxel de 5
micras (5080 dpi) y los residuos exls'
lentes en las posiciones individuales
de a reticula, La placa usada en esta
prueba clbfe e lormato foiogramé-
rlco de 260 x 260 mm.
6.3. Una calibrac¡ón de
dos pasos
La preclsión qeométrica del UltraScan
5000 se basa en un proced m ento de
calib¡ación de dos pasos La pr¡mera
parle de esle procedim enio crea una
labla de calibración que describe e
eslado mecánico y ópilco delescáner,
ca ibrando cada recorrido del cabezal
pafa cada una de las bandas ind v -
dualmenle, y la distancia principal y
los valores de distorslón del slslema
ópico. Esta callbración, denominada
"ofl-Line" se basa en !na placa espe-
F¡guH 8: Escaneo cle una placa con uña rctícula alensa: la cuaclrícula
contiene pequeñas cruces a una al¡stanc¡a cle 2 mm. El rcsultado .le la
Nueba de precis¡ón geoñética ñuestru en X !1.6¡nyenY!1,8m
r.m.s.e. El diagruma ptesenta los tes¡aluos alespués ale una transtor-
mac¡ón alín.
cia de calibrac ón y la imagen diglia
de dicha placa obleñida al escanearla
a la más alta resolución. E área a
caLjbrarse lípicamente es de 260 x
260 mm. Este lipo de calbración so-
lamenie se llevará a cabo de vez en
EL segundo paso es la callbració¡
"on-liñe" d u rante cadaescaneo. ¡/lide
La posición geométrica rea de cada
una de las bandas du rante el escaneo.
Esio se basa en una planiilla auxiliar
con marcas reseau siiuada luera del
áreade escaneo. En conlrasie con os
escáneres mas vielos de lipo VX, es-
las marcas en el Ulirascan 5000 no
inlerfieren con la imagen ya que es-
tán fuera de la zona real de escaneo.
El rendimienlo de escaneo incluye a
capac dad delsislema para cambary
alinar Los parámeiros, ianlo auiomáti-
camenle como manualmente bajo el
control de operador. El Ullrascan
5000 ofr€ce un juego de parámefos
diferentes para ailnar el procedlmleñ-
to y ofrecer una mejor relación cal¡
dadrendim enlo. Estos parámetfos
pueden def nirse medlante elsoflware
del ¡¡terfaz del usuario y permlten n-
flu r en la resolución geor¡éfica de
sa ida, la gama de densidades del es-
.eneo ásÍ .omo la resolLción nomi-
La opción de eslablecer una serie de
dilerentes reso uciones nominales
para llegar a un lamaño especÍlico
de pixei de salida, es única y juega
un papel basianle lrnportanle cuando
se selecciona una alla producción o
una rnejora de la calidad. Para que sea
posible el Ulfascan lunciona con dos
dlferenies posiciones de lenie, donde
se logran tamaños básicos de píxeLde
5 micrómetros y 28,8 micrómelros,
Utilizando el b nning eleclrónico en el
senso¡ de cabezal exporador se tie-
ne la opción de seleccionar ocho fac-
toies de binning (entre 1x y 8x). El
binning conduce a 16 resoluciones
óplicas nominaes (8 por cada posr
ción de lente) y por ianto, a una se-
lección de ajustes de escaneo que
pueden ser oplimizados para qrañ
carga de trabajo o para calidad radio-
méfica. Por ejernplo, la resolución
rad ométlca puede ser mejorada con
eluso de una resolucón nomina más
alta, derivando por lanlo los denomi-
nados "sLrper-pixel" en !na resoluclón
más baja, Eslo puede ser a cosla de
la velocdad de lrabajo. La velocidad
por olra pafte puede ser optimizada
usando la resolución directa máscer-
cana para un delefminado lar¡año de
saiida.
N ngún expermento teórico puede
reemplazar una pfueba de lunclona-
93
Figufa 1O: Escaneo .le una petícuta nega¡¡va en cotot enmascarc.la: ta
película negat¡va oig¡nal muesüa una máscaru narun¡a de clens¡dad
0,3D (vet la ¡nagen gftnde det tondo). Et escaneo es con 25 m <!e
píxel y Ia seccíón pos¡¡¡va amptiacla mues¡h una excetente reprcctuc-
ción .te colorcs y tonos.
Figua 9: Escaneo cle un negat¡vo
de blanco y negrc, y una secc¡ón
ampl¡acla de grun contraste,
escanea.la a 25 m de tamaño de
píxel (obsetvar los detattes en ta
zoná ilum¡nada así como en som-
bra).
rnienio. Se ha hecho una se ecc ón
de enire una seie de rmágenes aé-
reas de d ferentes pe ículas, y se han
hecho escaneos paia mostrar los re
s!llados líp¡cos. Las slgu¡e¡tes ilus
lraciones en as Figuras 9 y l0lueron
escaneadas por el Ultrascan5000 y
cert I can su capac dad de produc r una
alta reso ución geornétrica y Ltna re
produccón excelenle de co or o ionos
de gris. Para eslas pruebas se em
p earon un negalivo en blanco y ne-
gro y uno negalivo color con másca-
ra. Las ir¡áqenes rnostradas en estas
luslraciones indican la versaliidad de
un moderno escáner lotograméfico
y la capacidad de combinar !na gra¡
resolucón qeométrica con a la fideli,
dad y rango radiométrico.
Desde el punto de v¡sra de un je,e
de producción a ve ocidad de trabajo
de u¡ escáneres muy importante. Con
un tanraño de pÍxelde 20 m, una ma-
gen en color puede se. escaneada en
15 minulos lncluyendo os aiusies). Si
se usa la u¡idad robolzada de rolló
se puede conseguir Lrna producció¡
anua de 23.000 fotos aéreas.
sado. Sin embargo, la ¡adiomerría y
a calidad del co or rienen una m-
ponancra crecienle a f¡edida que e
escaneo con escáneres se desarfo la
desde el apoyo de la producc¡ón o.
tololo hasta la ir¡angulación aérea au-
lomalizada, estéreocorrelación para a
generación de L,lDTs y la exiracción
aulomática de objelos.
Es deseab e y úU un rango radiomé-
trico en exceso de 3.4D y una reso u-
ció¡ radiométrica mejor que :!0.4D.
Tamb¡én es necesaro e¡tender que
la precisión radioméfca es una fun-
ción de a dens dad de la p anti la, y
que no se descf be e rend r. eñto de
un sistema reduciendo las especifca-
ciones a !n único núr¡ero. Por etcon-
lra sería preferible describ r esta pre
cisión con d st ntas densidades Usan
do ajustes del escáner, el llltrascan
5000 ofrece valores de grlses con 10.6
DN a 0.5D, 10.3 DN a t.oD y 10.04
DN a 2.0D. Estos vaores se aptcan
sobre el cana verde y son igeramen-
te nferores en el canal rojo y azut.
Se represenla así c¡f¡as que no so¡
superadas por ningún olro escáner
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valoración del rend nriento de escá
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la presentacón es sobre la radiome-
tría, u¡a caracierística que no ha sido
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