Lo strumento è caratterizzato dalla presenza di una grossa lente convessa a sezione circolare mantenuta in posizione verticale da due staffe collocate lateralmente ad essa. Queste poggiano stabilmente sulla base dello strumento che è costituita da un treppiede a gambe arcuate. La lente ha una posizione decentrata rispetto al centro del treppiede al di sopra del quale è invece centrato un cerchio graduato orizzontale. Al di sopra di questo cerchio è montata assialmente una struttura di supporto a forcella; questa reca un sistema a specchio la cui posizione è esattamente in corrispondenza dell'asse ottico della lente in modo da raccogliere i raggi luminosi uscenti da essa. L'immagine viene quindi rimbalzata verso il cannocchiale di osservazione che è incernierato sulla struttura centrale e che è libero di muoversi rispetto ad essa. Su tale struttura di supporto è presente un cerchio graduato verticale con lente di ingrandimento per la lettura di precisione. Al di sotto dello strumento, collocata tra le zampe della base, si trova una riga metallica orizzontale collegata con una estremità ad un piccolo asse uscente dal centro.
Un insieme di viti micrometriche permette di eseguire movimenti fini.

Ignazio Porro inventò due tipi di fotogoniometro: oltre a questo, a cannocchiale fisso e camera (di proiezione, uguale alla camera fotografica di presa) mobile, anche uno a camera fissa e a cannocchiale mobile. In entrambi gli strumenti, i cannocchiali sono in condizione telescopica e servono per collimare le immagini dei punti della fotografia, che essendo situati sulla sfera focale dell'obbiettivo, vengono da questo proiettati all'infinito. Le letture fatte su due cerchi graduati, uno orizzontale e l'altro verticale, determinano le direzioni corrispondenti. Con il secondo apparecchio si possono ottenere direttamente nelle letture dei cerchi gli angoli azimutale e zenitale relativi al punto collimato. Per raggiungere lo stesso risultato dalle osservazioni fatte con questo primo fotogoniometro, invece, era necessario un piccolo calcolo. Lo strumento messo a punto da Porro era, all'epoca, molto innovativo. Tuttavia si dovette aspettare fino al 1896 perché i pregi di questo strumento fossero messi in evidenza da Karl Koppe, il quale costruì un fotogoniometro del secondo tipo, cioè a cannocchiale mobile. Questi strumenti acquistarono grande importanza quando si trattò di costruire gli apparecchi restitutori stereoscopici per la fotogrammetria aerea, che divennero appunto possibili sostituendo agli stereocomparatori Pulfrich dei fotogoniometri secondo il principio Porro a cannocchiale mobile o fisso, o anche di tipi intermedi e a fotografia piana invece che sferica. Nacquero così, successivamente, l'autocartografo e l'aerocartografo Hugershoff, gli apparecchi Poivilliers, lo stereoplanigrafo Zeiss, l'autografo Wild, il triangolatore Santoni e quello Boykow e altri strumenti

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