¿Qué son las imágenes nadir?

Las imágenes nadir son fotografías aéreas que una cámara toma mientras apunta directamente hacia el suelo. El nadir es el punto del suelo situado verticalmente debajo del centro de la cámara en el momento de la exposición.

Qué significa nadir

Una vista nadir mira directamente hacia abajo. La teledetección usa la misma palabra para los satélites. Natural Resources Canada llama a la traza del suelo directamente debajo de un satélite su traza vertical (nadir). La ESA llama instrumento de observación nadir a aquel que mira verticalmente hacia abajo.

Las búsquedas usan muchos nombres para lo mismo: imagen nadir, foto nadir, vista nadir, perspectiva nadir y cámara nadir. Todos ellos significan una imagen de una cámara que apunta directamente hacia abajo.

Nadir, punto principal e isocentro

Tres puntos describen dónde se sitúa una fotografía sobre el terreno. El punto principal es donde la perpendicular que pasa por el centro de la lente corta la imagen. El isocentro está a medio camino entre el punto principal y el nadir.

En una fotografía vertical verdadera, los tres coinciden. No existe una fotografía vertical verdadera, porque toda fotografía tiene algo de cabeceo o inclinación. Una fotografía con menos de 3 grados de inclinación cuenta como vertical para la mayoría de los trabajos de interpretación fotográfica.

Ángulo nadir y ángulo fuera del nadir

El ángulo fuera del nadir es el ángulo entre la dirección del nadir y la dirección de visión del sensor. Un ángulo de 0 grados significa que el sensor mira directamente hacia abajo. El ángulo es distinto para cada píxel de una imagen.

Los operadores de satélites suelen apuntar sus sensores lejos del nadir. La ESA da 30 grados como máximo típico para imágenes ópticas. El satélite SPOT orientaba sus sensores hasta 27 grados desde el nadir. Así aumentaba la frecuencia de revisita y se obtenía cobertura estereoscópica. La franja de barrido tenía 60 km de ancho en el nadir y de 60 a 80 km cuando los sensores apuntaban lejos del nadir.

En un dron, el cardán fija el ángulo. En el control del soporte de cámara de ArduPilot, un objetivo de cabeceo negativo apunta la cámara hacia abajo, y el comando Tilt 90 de QGroundControl dirige el soporte directamente hacia abajo. La entrada sobre el cardán explica los ejes y los modos. Los escaneos de superficie de TarmacView fijan el cardán en -90 grados, que es la posición nadir.

Nadir y oblicua

Una fotografía oblicua tiene el eje de la cámara inclinado. Una fotografía con más de 3 grados de inclinación cuenta como oblicua. Una fotografía oblicua alta muestra el horizonte aparente. Una fotografía oblicua baja no lo muestra.

Una imagen nadir muestra la parte superior de los objetos que están directamente debajo de la lente. Otros objetos se inclinan alejándose del centro del encuadre, así que también se ven sus laterales. Las imágenes oblicuas muestran mejor los laterales de los objetos. Un estudio de 2021 sobre imágenes de drones en Sensors encontró que las imágenes oblicuas aportan información sobre las fachadas de los edificios que es difícil de obtener con imágenes nadir. En ese estudio, las imágenes nadir apuntaban a 90 grados respecto al suelo y las oblicuas a 30 grados de la plomada. Las sombras en las imágenes oblicuas pueden ocultar los píxeles que el software necesita emparejar.

Desplazamiento por relieve e inclinación de edificios

Los objetos que sobresalen del suelo aparecen desplazados de su posición real en una fotografía vertical. Es el desplazamiento por relieve. Natural Resources Canada lo llama la principal distorsión geométrica en fotografías aéreas verticales.

El desplazamiento sigue cuatro reglas.

• Es cero en el nadir.
• Crece con la distancia al nadir.
• Crece con la altura del objeto.
• Disminuye a medida que aumenta la altura de vuelo.

La relación es d = r h / H. Aquí d es el desplazamiento y r es la distancia desde el nadir hasta el punto desplazado. La letra h es la altura del objeto. La letra H es la altura de vuelo sobre la base del objeto. La misma relación da la altura de un objeto a partir de su desplazamiento: h = d H / r. Un objeto alto cerca del borde del encuadre se inclina, por tanto, alejándose del centro. La ESA lo llama efecto de inclinación de edificios y dice que un ángulo fuera del nadir menor lo reduce.

Distancia de muestreo terrestre

La distancia de muestreo terrestre (GSD) es la dimensión lineal de la huella de un píxel de muestreo sobre el terreno. La norma ASPRS la usa para el GSD de captura de una imagen bruta casi vertical. La calcula a partir de la distancia focal calibrada y de la altura de la cámara sobre el terreno horizontal medio.

El GSD no es el mismo para todos los píxeles. ASPRS indica que varía con la altura del terreno y otros factores. El glosario ISIS del USGS añade que la estimación simple de resolución funciona bien cerca del nadir y pierde precisión con rapidez a medida que la imagen se toma más lejos del nadir. Un planificador de vuelo como QGroundControl calcula la resolución sobre el terreno para la altura de levantamiento y supone terreno plano a la altura de despegue. Trate ese valor como un GSD nominal.

Vuelos en cuadrícula nadir

Una cuadrícula nadir es un patrón de vuelo en cuadrícula que un dron realiza con la cámara apuntando directamente hacia abajo. QGroundControl construye una cuadrícula así sobre un área poligonal. Permite al piloto fijar el solape por separado a lo largo y a través de las líneas de la cuadrícula.

Los escaneos de superficie de TarmacView funcionan así. Toman imágenes fijas a lo largo de pasadas paralelas con el cardán en -90 grados y fijan el solape frontal y lateral para cada escaneo.

Los valores de solape dependen del proyecto. Un flujo de trabajo de cartografía costera del USGS para imágenes nadir y casi nadir ofrece un ejemplo. Su proyecto usó alrededor de 75 a 80 por ciento de solape frontal y 60 a 70 por ciento de solape lateral desde 300 m. El USGS advierte además de que un solape insuficiente puede causar reconstrucciones deficientes y un patrón de huecos en forma de vía de tren. Estos valores provienen de un solo proyecto. No son una regla.

Lo que puede pasar por alto un bloque solo nadir

Un bloque de imágenes solo nadir tiene direcciones de visión casi paralelas. James y Robson comprobaron en 2014 que esto puede producir un amplio error vertical de doming en el modelo del terreno. La causa es una estimación errónea de la distorsión radial de la lente cuando el software calibra la cámara durante el procesamiento. Comprobaron que las imágenes oblicuas en la red reducen el error.

Roncella y Forlani probaron 144 configuraciones de bloque en una simulación de 2021. Sus resultados muestran que la toma oblicua es un requisito clave en terreno llano. La diferencia de precisión entre configuraciones llegó a casi un orden de magnitud. Su introducción cita una recomendación de incluir imágenes oblicuas a 20 a 45 grados del nadir, al menos el 10 por ciento del bloque, para reducir el doming. Una pista o una plataforma de estacionamiento se parecen al caso de terreno llano que señala este resultado.

Precisión

Una imagen nadir no garantiza un mapa exacto. Las Normas de precisión posicional de ASPRS juzgan un producto por su error cuadrático medio (RMSE) frente a puntos de control. La edición 1 (2014) no vincula la precisión del producto al GSD de la imagen de origen, al tamaño del píxel ni a la escala del mapa. La edición 2 (2023) elimina el nivel de confianza del 95 por ciento y eleva el número mínimo de puntos de control de 20 a 30.

Pavimento de aeródromo

ASTM D5340 es un método de levantamiento visual para el índice de condición del pavimento (PCI). La circular FAA AC 150/5380-7B lo describe. Los aeropuertos con obligaciones federales deben inspeccionar en detalle los pavimentos del aeródromo al menos una vez al año. Un levantamiento PCI puede ampliar ese intervalo a tres años.

La circular no menciona drones ni imágenes aéreas. También indica que una inspección visual por sí sola no puede mostrar la condición estructural de un pavimento. Una imagen nadir muestra la superficie desde arriba y nada de lo que hay debajo. Esta página no afirma que un levantamiento con imágenes nadir sustituya el método ASTM D5340 ni que cumpla con él.