Apostila Fotogrametria Digital

Apostila Fotogrametria Digital

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Fotogrametria digital Fotogrametria digital

Reitor Nival Nunes de Almeida

Vice-reitor Ronaldo Martins Lauria

Conselho Editorial

Augusto José Maurício Wanderley

César Benjamin

Donaldo Bello de Souza

Evanildo Bechara

Francisco Manes Albanesi Filho Lúcia Bastos (presidente)

Rio de Janeiro 2007

Fotogrametria digital

Luiz Coelho Jorge Nunes Brito

B862Brito, Jorge Luís Nunes e Silva.

Fotogrametria digital / Jorge Luís Nunes e Silva Brito, Luiz Carlos

Teixeira Coelho Filho – Rio de Janeiro: EdUERJ, 2007. 196 p.

ISBN 978-85-7511-114-7

1. Fotogrametria – Técnicas digitais. I Coelho, Luiz. I. Título CDU 528.7:7.02

Copyright 2007, dos autores Todos os direitos desta edição reservados à Editora da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, ou de parte do mesmo, sob quaisquer meios, sem autorização expressa da editora.

EdUERJ Editora da UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Rua São Francisco Xavier, 524 – Maracanã CEP 20550-013 – Rio de Janeiro/RJ Tel./Fax: (21) 2587-78/7789 www2.uerj.br/eduerj eduerj@uerj.br

Editora ExecutivaLúcia Bastos Assessoria de ComunicaçãoSandra Galvão Coordenador de PublicaçõesRenato Casimiro Coordenadora de ProduçãoRosania Rolins Coordenador de RevisãoFábio Flora RevisãoMilena Campos Eich

Sabrina Primo

Projeto Gráfico/DiagramaçãoGilvan F. Silva CapaHeloisa Fortes Apoio AdministrativoMaria Fátima de Mattos Rosane Lima

Prefácio da primeira edição7
Prefácio da se gunda ed ição9
Capítulo 1 – Introdução à fotogrametria digital1
Capítulo 2 – Princípios básicos de fotogrametria35

Sumário

à fotog rametria71
Capítulo 4 – Orientação interior91
Capítulo 5 – O rientação exterior107
Capítulo 6 – Fototriangulação analítica123
Capítulo 7 – Retificação e normalização de imagens143
Capítulo 8 – Geração de modelos numéricos de elevações157
Capítulo 9 – Geração de ortoimagens165
Capítulo 10 – Restituição fotogramétrica digital175
Referências bibliográficas191

Prefácio da primeira edição

Esta obra traduz o esforço e a motivação de um jovem engenheiro e promissor pesquisador, recém-graduado em Engenharia Cartográfica, cujo interesse pela fotogrametria digital transcendeu as atividades acadêmicas da disciplina homônima, que lhe foi ministrada no currículo de graduação do Instituto Militar de Engenharia (IME), em 2001.

Tendo partido de um conjunto de notas de aula preparadas, em 1999, pela equipe de professores da disciplina Fotogrametria Digital, no IME, a qual tive o privilégio de liderar, seu autor estendeu e consolidou os ensinamentos teórico-práticos recebidos em um projeto de fim de curso. Esse projeto teve, entre seus objetivos, a disponibilização do material didático que ora se apresenta, julgado de grande importância para o campo do conhecimento da engenharia cartográfica.

A obra está organizada em dez capítulos: “Introdução à fotogrametria digital”; “Princípios básicos de fotogrametria”; “Tópicos em processamento de imagens aplicados à fotogrametria”; “Orientação interior”; “Orientação exterior”; “Fototriangulação analítica”; “Retificação e normalização de imagens”; “Geração de modelos numéricos de elevações”; “Geração de ortoimagens”; e “Restituição fotogramétrica digital”.

Esses capítulos compõem o núcleo básico de assuntos relacionados à fotogrametria digital. Em sua elaboração, o autor procurou explicitar não apenas os princípios teóricos mas também a montagem das equações e algoritmos, além de realizar comparações entre métodos e resultados. Como resultados da estratégia empregada pelo autor, espera-se que a auto-aprendizagem possa ser obtida sem exigir do leitor qualquer conhecimento prévio sobre fotogrametria. Espera-se que o leitor que possua conhecimentos básicos sobre as ciências cartográficas possa, pelo texto, compreender a fotogrametria como um todo: seus princípios, conceitos e utilização atual.

Sem ter qualquer dúvida sobre a utilidade do presente material, não só pelo seu conteúdo mas, sobretudo, pela concatenação lógica dos conceitos apresentados e pela clareza da redação, expresso meu desejo de que os

8 Fotogrametria digital conceitos nele contidos possam ser entendidos, avaliados e aprimorados pela maior quantidade possível de interessados.

Na oportunidade, agradeço ao autor a deferência do convite para a coautoria da obra, o qual declinei, apesar de endossar-lhe o conteúdo, por não considerar justa a repartição do mérito pelo esforço e êxito alcançados por este jovem engenheiro. Satisfaço-me intelectualmente pelo privilégio de tê-lo orientado e por sua motivação para o estudo da fotogrametria.

Como última idéia, gostaria de apontar o autor como um exemplo a ser seguido pelas atuais e futuras gerações de engenheiros cartógrafos, certo de que muito terá a contribuir para o engrandecimento das ciências cartográficas em nosso país, haja vista o potencial até aqui demonstrado.

Jorge Luís Nunes e Silva Brito

9Introdução à fotogrametria digital Prefácio da segunda edição

Inicialmente, cabe um esclarecimento quanto à aparente inconsistência lógica entre o prefácio da primeira edição e a autoria da obra.

A intenção inicial era creditar a autoria exclusivamente ao engenheiro

Luiz Coelho, o que se pode depreender pela leitura do prefácio da primeira edição. Contudo, o próprio Luiz Coelho não considerou justa a exclusão do nome de seu mentor da autoria da obra, que foi gerada a partir de um conjunto de notas de aula preparadas para a disciplina Fotogrametria Digital. Assim, revendo o prefácio da primeira edição, decidimos que os créditos de autoria seriam compartilhados entre o mestre e o discípulo. Desse modo, na capa da primeira edição, consta o nome dos dois autores, embora o prefácio faça menção apenas à autoria do engenheiro Luiz Coelho.

O presente texto, em sua atual versão, aperfeiçoou-se como parte de um projeto de pesquisa financiado pelo Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). O projeto de pesquisa ora em questão se denomina “Projeto e-foto: uma estação fotogramétrica digital”. O projeto e-foto prevê a implementação de uma solução de uma estação fotogramétrica digital para fins educacionais, de forma livre, habilitando o acesso a tal informação a quaisquer pessoas que o queiram.

Nesse contexto, fazia-se necessária a adoção de uma obra voltada à parte digital da fotogrametria, e a idéia de um e-book sobre o assunto, que acompanhasse os programas, começou a amadurecer.

Hoje, o subprojeto cresceu e englobou o projeto original, dada a popularidade que atingiu junto à comunidade fotogramétrica, por estar disponível gratuitamente no sítio do projeto – http://www.efoto.eng.uerj.br. Esta segunda edição apresenta algumas mudanças, que, na visão dos autores, eram necessárias para o aprimoramento do texto final.

A edição inicial foi toda feita em processador de texto comum, o que demandava um esforço maior para a execução do trabalho estético. Agora, esse trabalho é minimizado, concentrando maiores esforços na revisão, correção e elaboração de adendos à versão original. As ilustrações também

10 Fotogrametria digital foram drasticamente alteradas. Quis-se padronizar as fontes e os estilos de traço, além de minimizar o uso da cor, visando à impressão da obra em oficina gráfica.

Grande parte das explanações foi revisada, e os já conhecidos apêndices foram incluídos como novos capítulos, seguramente incrementando esta nova versão.

Houve também uma maior preocupação com exemplos práticos e amostras em pseudocódigo de possíveis implementações das rotinas apresentadas. Não é segredo que os autores crêem que tecnologia fotogramétrica de qualidade pode ser gerada pela comunidade lusófona e entendem que muito mais importante é ensinar o que realmente se passa por trás das ferramentas comerciais, habilitando os estudantes a deixarem de ser meros utilizadores para se tornarem desenvolvedores (ou ao menos terem senso crítico na escolha de um ou outro software fotogramétrico).

Nesse escopo, esta obra passa a fazer parte de um conjunto de publicações que se direciona à teoria, modelagem matemática e implementação dos temas apresentados. O público-alvo para sua leitura é composto por engenheiros, matemáticos, cientistas da computação e demais profissionais das áreas de tecnologia e ciências exatas aplicadas. Outros profissionais, obviamente, podem usá-la; porém, na confecção dos textos, imaginou-se que o leitor já tivesse conhecimento prévio de disciplinas como Álgebra Linear, Probabilidade e Estatística, Introdução à Ciência da Computação, Matemática Computacional e Cálculo Numérico.

Ainda sobre o texto, convém citar que grande parte do capítulo 2 (que cobria o básico de sistemas sensores e processamento de imagens) da primeira edição foi suprimida, por questões de encadeamento lógico, sendo suas informações disseminadas nos demais capítulos.

Antes de finalizar, ficam aqui os agradecimentos à comunidade fotogramétrica lusófona pelo apoio e suporte para seguirmos adiante. Infelizmente, as idiossincrasias luso-brasileiras ainda nos impedem de ter um texto único para a utilização dos dois grupos.

Jorge Luís Nunes e Silva Brito Luiz Carlos Teixeira Coelho Filho

11Introdução à fotogrametria digital

Capítulo 1 Introdução à fotogrametria digital

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