Fundamentos da

Fotogrametria Analítica e

Digital Carlos Augusto Uchôa da Silva

Universidade Federal do Ceará – UFC

Centro de Tecnologia – CT Departamento de Engenharia de Transportes- DET

A Fotogrametria, que surgiu nos meados do

Século XIX, mais precisamente em 1858 na

França com o Cel. Aimée Laussedat, que a denominou de "Metrofotografia", tem tido inúmeros avanços desde então. Muitos autores consideram outros tipos de sensores como os

CCDs, radares, MSS e outros como pertencentes ao grande campo da fotogrametria.

Origem

“Fotogrametria é a arte, ciência, e tecnologia de obtenção de informações confiáveis sobre os objetos físicos e o meio ambiente através de processos de gravação, medição e interpretação de imagens fotográficas e padrões da energia eletromagnética radiante e outros fenômenos” (ASPRS, 1980).

“Manual of Photogrammetry”, 4ª edição de 1980 da mundialmente conceituada American Society for Photogrammetry and remote Sensing :

Conceito

Os avanços desta tecnologia têm sido enormes, alcançando imensa utilidade prática nos mapeamentos e planejamentos da terra os mais diversos.

Hoje, desponta com imenso potencial, revolucionando-a ainda mais sua versão mais recente denominada de Fotogrametria Digital.

Divisão da Fotogrametria

Fotogrametria Geométrica;

Fotogrametria Analógica;

Fotogrametria Analítica e Fotogrametria Digital.

“Fotogrametria Geométrica é a parte da fotogrametria que trata dos aspectos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de obter valores aproximados de comprimentos, alturas e formas. Ela desconsidera o princípio da orientação das fotos e, em alguns casos, permite o uso de apenas uma foto”.

Fotogrametria Geométrica

Conceitos Básicos Conceitos Básicos

As coordenadas de fotografias aéreas tomadas com câmeras cartográficas e determinadas com boa precisão através de aparelhos tipo monocomparadores produzem resultados altamente confiáveis se se determinar a inclinação do eixo-ótico destas fotos (“tilt – t”), bem como a direção desta inclinação (“swing – s”).

Hoje, com o uso de GPS determina-se as coordenadas de 3 pontos do campo e, com as coordenadas destes 3 pontos na foto, através de processos como o de “Church” calcula-se o t e o s. Se a fotografia for vertical ( t < 3º ) suas coordenadas podem ser tratadas por equações mais simples em aplicações rurais onde não se exige alta precisão.

Coordenadas Fotográficas

Coordenadas Fotográficas

Estas coordenadas terrestres são úteis na determinação de distâncias, ângulos e mesmo áreas dando resultados altamente confiáveis.

Este é um procedimento da Fotogrametria Geométrica muito útil. Pode ser aplicado na confecção de mapas planimétricos, bem como na determinação de pontos de ajuste para confecção de um mosaico semi-controlado.

Triangulação Radial (fotos verticais)

As fotografias da faixa de cima ainda estão soltas e as de baixo já se encontram ajustadas através de uma triangulação radial gráfica. Este processo de ajustamento pode ser feito com moldes metálicos ou por moldes de cartões vasados. Só funcionando bem para fotos aéreas verticais.

Deslocamento Radial

Os pontos A e B se encontram na fotografia (a e b), deslocados da posição que teriam se o terreno fosse plano (a’ e b’). A está deslocado negativamente e B, positivamente, isto é, para fora. Por semelhança de triângulos corrige-se estes deslocamentos:

Através do uso da paralaxe e sua medição estereoscópica com auxílio de um estereoscópio e micrômetros do tipo “barra de paralaxes” (estereomicrômetros) pode-se conseguir resultados muito bons para aplicações práticas como no levantamento de áreas rurais.

Paralaxe

Para se determinar a altitude do ponto Q, utilizando-se o processo da paralaxe estereoscópica tem-se 2 casos. a) se as fotos forem verticais aplica-se somente a equação de paralaxe, bastando conhecer a altitude de um ponto do Terreno; b) sendo uma ou as 2 fotos inclinadas, necessita-se conhecer as altitudes de no mínimo 4 pontos do Terreno.

Paralaxe

A Fotogrametria Analógica apareceu aproximadamente na década de 1960, e é responsável pela maior parte dos mapas topográficos existentes no mundo inteiro (quase todos do IBGE e da DSGE). Muitos destes aparelhos, de altíssima precisão, permanecem funcionando até hoje, quando estão sob cuidados de técnicos bem treinados. Isto está até trazendo um certo problema na transformação dos laboratórios para passarem a operar somente na modalidade da Fotogrametria Digital. Todos funcionam a base de diapositivos. Compreende dois tipos de instrumental:

Fotogrametria Analógica

Este tipo de restituidores, já se encontram em quase total desuso, mas são de enorme facilidade de operação, ajustamento, prestando-se muito para o ensinamento das 3 etapas da orientação. Sua visão 3D, geralmente se dá por anaglifos ou cintilometria

Restituidores de Projeção Ótica Direta

Restituidores de Projeção

Ótico-Mecânica No fim da década de 1980, estes aparelhos começaram a operar hibridamente, com o auxílio de computadores na coleta das coordenadas espaciais ( X, Y e Z ) no lugar de serem utilizados seus “plotteres” mecânicos, precisos mas com muitos problemas de falhas, borrado das canetas etc, o que fazia com que sempre estivessem operando 2 técnicos, um na visão 3D do restituidor, manipulando a marca flutuante e outro simplesmente observando se o traçador não estava falhando.

Este tipo de aparelho fotogramétrico dominou de 1960 a 1998, e muitos, funcionando bem até os dias de hoje. Nestes um operador bem treinado consegue plotar um ponto com a precisão de 0,04 ‰ da Hv, isto é, um erro de 4cm para fotos tomadas a 1.0,0 metros sobre a cota média da área. Um modelo muito comum no Brasil foi o B8S da Wild, tendo firmas que possuiam dezenas deste instrumento.

Fotogrametria Analítica

A Fotogrametria Analítica apareceu como um desenvolvimento natural das facili-dades computacionais, com o aumento da velocidade e o desenvolvimento de softwares de ajustamento de

Aerotriangulação por faixa e em Bloco.

Instrumental deste tipo de fotogrametria assim como os da analógica também faz uso de diapositivos fotográficos, devido sua alta precisão e estabilidade dimensional.

Fotogrametria Analítica

O grande passo deste instrumental se reside no fato de determinar as coordenadas terrestres de qualquer ponto através de processos analíticos, principalmente através das chamadas

“Equações de Colinearidade” e “Equações de Coplanaridade”, ao invés de ser uma solução mecânica, que obedecia a intercessão mecânica das barras que simulavam os feixes luminosos dos raios homólogos.

Estes instrumentos estão tendo vida curta, pois apareceram nos fins da década de 1980 e já estão sendo substituídos pelos totalmente digitais. O aparelho da fotografia ao lado é um restituidor analítico Wild de 1ª ordem. Nestes aparelhos ainda aparecem as manivelas onde o operador faz os movimentos da marca flutuante X e Y, no pedal da direita faz o movimento Z. Observar que as placas portafotos não possuem os movimentos dos restituidores analógicos, pois toda a solução se dá analiticamente.

Restituidores analíticos

Com estes restituidores a Aerotriangulação, e a própria restituição começaram a introduzir nos seus modelos matemáticos os elementos de distorção da câmera fotogramétrica; não só as marcas fiduciais e a distância focal calibrada, mas funções matemáticas que expressam qual o deslocamento sofrido por um ponto na sua posição x/y do diapositivo. Da mesma forma começou-se a introduzir correções da refração atmosférica e correções da forma da terra. Os algorítimos de ajustamento pelo MMQ ficaram cada vez mais eficientes dando resultados superiores aos dos restituidores analógicos ótico-mecânicos.

Restituidores analíticos

Princípio da Colinearidade

A Fotogrametria Analítica, em sua quase totalidade se apóia sobre a denominada “equação básica da fotogrametria” ou “Equação da colinearidade”, e uma variação desta equação, mais complexa, denominada “Equação da Coplanaridade”. A Equação da Colinearidade expressa que, independente da posição que a câmera tenha assumido no espaço (atitude => χ, φ, ω), na hora da exposição, o feixe luminoso descreve uma reta entre o ponto do terreno (X, Y, Z) e a posição espacial do centro ótico da câmera (XL, YL, ZL) naquela estação de tomada fotográfica (verdadeiramente ocorre uma pequena curvatura do feixe luminoso, introduzida pela refração atmosférica, maior quanto mais se afasta do ponto nadiral e mais alta estiver a câmera sobre o terreno).

Primeiro a partir do terreno (coordenadas de pontos de apoio) para as fotos, para se determinar a posição espacial da câmera (XL, YL e ZL) nas 2 estações e ainda na determinação das atitudes da câmera (χ, φ e ω) em cada estação; sendo 2 fotos tem-se então 12 incógnitas); f é a distância focal calibrada. x e y são os valores das coordenadas do ponto lidas simultaneamente nas 2 fotos no restituidor. Como são 12 incógnitas e cada ponto do terreno monta 2 equações, são necessários no mínimo 6 pontos de apoio do terreno. Havendo mais que 6 pontos, utiliza-se o MMQ e determinase estes parâmetros fotogramétricos com mais exatidão.

Segundo a partir das 2 fotos, através do restituidor, determina-se as coordenadas X, Y e Z ( 3 incógnitas) de qualquer ponto visto estereoscopicamente. Novamente, como para cada ponto o restituidor determina as coordenadas x e y nas 2 fotos, tem-se 4 equações e 3 incógnitas, aplicando-se novamente o MMQ, determina-se as coordenadas do ponto com mais exatidão.

Procedimentos

Alguns poucos softwares existentes no mercado, fazem uso de equações deste tipo, e lendo-se coordenadas fotográficas de alguns pontos nos estereomodelos (pontos de “Von Grubber” – pontos tri), sendo alguns destes pontos apoiados no campo, executam uma aerotriangulação de todo o conjunto de fotos, obtendo-se as coordenadas geográficas (X, Y, Z) de todos os pontos lidos. Entre outros softwares deste tipo existem: ORIMA,

Triangulação em Bloco

FotogrametriaFotogrametria

Origem grega LUZ

FotogrametriaFotogrametria

O uso mais comum é na preparção de mapas plani-altimétricos a partir de fotos aéreas.

FotogrametriaFotogrametria

Definição

A arte, a ciência e a tecnologia de se obter informações confiáveis de objetos físicos e do meio ambiente, por medições e interpretações de imagens e objetos.

FotogrametriaFotogrametria

Fotogrametria MétricaFotogrametria Métrica Fotogrametria InterpretativaFotogrametria Interpretativa

FotogrametriaFotogrametria

Envolve medidas precisas e computacionais para determinar a forma e as dimensões dos objetos.

É aplicada na preparação dos mapas plani-altimétricos e topográficos.

FotogrametriaFotogrametria

Ocupa-se com o reconhecimento e a identificação de objetos

FotogrametriaFotogrametria ClassificaçãoClassificação

FotogrametriaFotogrametria

As fotografias são obtidas a As fotografias são obtidas a partir de câmeras localizadas partir de câmeras localizadas numa estação na superfície numa estação na superfície terrestre.terrestre.

FotogrametriaFotogrametria

As fotografias são obtidas a As fotografias são obtidas a partir de câmeras localizadas partir de câmeras localizadas numa estação no espaço.numa estação no espaço.

FotogrametriaFotogrametria

Fotogrametria Interpretativa:Fotogrametria Interpretativa:

FotointerpretaçãoFotointerpretação Sensoriamento RemotoSensoriamento Remoto

FotogrametriaFotogrametria

Envolve estudos sistemáticos de Envolve estudos sistemáticos de imagens fotográficas com imagens fotográficas com finalidades de identificar objetos.finalidades de identificar objetos.

FotogrametriaFotogrametria

É um ramo da Fotogrametria É um ramo da Fotogrametria

Interpretativa, aplicado para o Interpretativa, aplicado para o reconhecimento e identificação reconhecimento e identificação de objetos, sem o contato físico de objetos, sem o contato físico com eles, em que aviões e com eles, em que aviões e satélites são as bases mais satélites são as bases mais comuns.comuns.

FotogrametriaFotogrametria

AplicaçõesAplicações

Cartografia Cartografia

Engenharia civilEngenharia civil CartografiaCartografia

GeologiaGeologia Planejamento UrbanoPlanejamento Urbano

AgriculturaAgricultura

MedicinaMedicina

OdontologiaOdontologiaArquiteturaArquitetura

AstronomiaAstronomia Fins militaresFins militares

FotogrametriaFotogrametria

Câmeras fotográficas

Câmera Métrica

Fotografias aéreas 23 x 23 cm: - Normal: focal de 200mm (ou +)

- Grande Angular: focal de 150mm

- Super G. A : focal de 8m

FotogrametriaFotogrametria Padrões mínimos de uma câmera aérea

1. A câmera aérea deve ser equipada com um sistema de lentes de alta resolução e mínima distorção.

FotogrametriaFotogrametria Padrões mínimos de uma câmera aérea

2. O plano focal precisa ser colocado de maneira a ter uma distância focal próxima de 153mm. A variação máxima permitida é de ± 3,0mm.

FotogrametriaFotogrametria

Padrões mínimos de uma câmera aérea

3. A câmera deve funcionar na altitude especificada e expor um filme de fomato mínimo de 18X18cm. As lentes, a distância focal e as marcas fiduciais precisam ser orientadas uma com a outra e permanentemente fixadas nessa orientação.

FotogrametriaFotogrametria Padrões mínimos de uma câmera aérea

4. A cámera aérea deve deve produzir marcas fiduciais em cada negativo para uma locação precisa do ponto principal (centro geométrico da foto).

FotogrametriaFotogrametria

Padrões mínimos de uma câmera aérea

5. O magazine onde o filme é colocado deve ser equipado por um sistema de vácuo no plano focal, de modo que, no momento exato da exposição o filme fique bem esticado e perfeitamente na horizontal.

FotogrametriaFotogrametria

H : :distância perpendicular entre distância perpendicular entre

f f : : distância focaldistância focal o centro ótico e o terreno no o centro ótico e o terreno no momento da tomada da foto. momento da tomada da foto.

FotogrametriaFotogrametria Indicadores constantes de uma fotoIndicadores constantes de uma foto

Classificação das fotos aéreasClassificação das fotos aéreas

1. Quanto a geometria1. Quanto a geometria

2. Quanto a escala2. Quanto a escala

3. Quanto ao espectro3. Quanto ao espectro

4. Quanto ao uso4. Quanto ao uso 5. Quanto ao processo de obtenção5. Quanto ao processo de obtenção

Classificação das fotos aéreasClassificação das fotos aéreas

1. Foto vertical1. Foto vertical

2. Foto oblíqua2. Foto oblíquaAltaAlta Baixa Baixa

Classificação das fotos aéreasClassificação das fotos aéreas

Não existe na prática uma linha divisória entre fotografias de escala grande e pequena.

Na prática usa-se a escala 1:10000 como referência.

Classificação das fotos aéreasClassificação das fotos aéreas

1. Pancromática

2. Infra-vermelha

3. Infra-vermelha colorida 4. fotografias coloridas

Classificação das fotos aéreasClassificação das fotos aéreas

1. Mapeamento1. Mapeamento

2. Reconhecimento2. Reconhecimento 3. Especiais3. Especiais

Comentários