Prof. José Aguilar Pilon

Apresentação em tema: "Prof. José Aguilar Pilon"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. José Aguilar Pilon

2 Introdução O que é Fotogrametria?
Fotogrametria  Ciência e Tecnologia de se obter Informação Confiável, através de Imagens adquiridas por Sensores. Ciência: utiliza-se de métodos científicos; Tecnologia: lança mão do estado da arte da tecnologia; Informação Confiável: depende do tipo de usuário; Imagens: representações das interações da energia eletromagnética; Sensores: segundo (Novo, 1992), um sensor é “qualquer equipamento capaz de transformar alguma forma de energia em um sinal passível de ser convertido em informação sobre o ambiente, sem contato físico entre este sensor e os alvos de interesse”.

3 Fotogrametria X Sensoriamento Remoto

4 Fotogrametria X Sensoriamento Remoto

5 Faixas de Aquisição das Imagens/Fotografias
Sensores Aerotransportáveis 12 km / pés 1,3 milhões - pés a 2,5 milhôes (pés) 1 km / pés Sensores Espaciais 800 km / 500 milhas 400 km / 250 miles

6 Objetivo da Fotogrametria
O objetivo principal da fotogrametria pode ser enunciado como: a reconstrução de um espaço tridimensional, chamado de espaço objeto, a partir de imagens bidimensionais, chamadas de espaço imagem.

7 Divisão da Fotogrametria
De acordo com a forma de reconstrução do espaço tridimensional podemos clasificar a fotogrametria em: Fotogrametria Analógica; Fotogrametria Analítica; Fotogrametria Digital.

8 Divisão da Fotogrametria
De acordo com a posição da câmera: Fotogrametria Terrestre; Fotogrametria Aérea;

9 Fotogrametria Digital
“O maior avanço já ocorrido na Fotogrametria é o aparecimento da Fotogrametria Digital .... O avanço que ora se iniciou é tão fantástico e de potencial tão ilimitado que eu não estou preocupado com os futuros desenvolvimentos .... O resultado irá ultrapassar qualquer expectativa que nós podíamos ter sonhado, simplesmente devido ao poder da tecnologia digital.” Entrevista do Prof. Friedrich Ackermann para a revista Geomatics Info Magazine, 1995.

10 Fluxograma do Processo Fotogramétrico

11 Aquisição da Fotografia

12 Histórico da Fotogrametria
Breve histórico da Fotogrametria NIEPCE e DAGUERRE desenvolveram o processo da fotografia; NADAR apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria; TARDIV apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria utilizando fotografias tiradas de avião (Aerofotogrametria); Primeiro trabalho de fotogrametria no Brasil; A partir de 1990 a surgimento da Fotogrametria Digital.

13 Histórico da Fotogrametria

14 O Avanço Tecnológico na Fotogrametria
Analógicos Analíticos Digitais 1995 1945 1976 Linha do Tempo

15 Fotogrametria Analógica (1/2)
O que é a fotogrametria Analógica? A Fotogrametria Analógica é a parte da fotogrametria que trata dos aspectos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas, baseando-se no uso de equipamentos ótico-mecânicos analógicos. Ela é totalmente baseada no princípio da estereoscopia e na orientação analógica das fotos.

16 Fotogrametria Analógica (2/2)
Exemplo de um restituidor analógico

17 Fotogrametria Analítica (1/2)
O que é a fotogrametria Analítica? A Fotogrametria Analítica é a parte da fotogrametria que trata dos aspéctos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas, baseando-se no uso de equipamentos eletrônicos analíticos. Ela é totalmente baseada no princípio da estereoscopia e na orientação analítica das fotos.

18 Fotogrametria Analítica (2/2)
Exemplo de um Restituidor Analítico

19 Fotogrametria Digital (1/2)
O que é a fotogrametria Digital? Fotogrametria Digital é a parte da fotogrametria que trata dos aspectos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas, baseando-se no uso de imagens digitais, armazenadas em meio magnético, na forma de pixels. Ela é totalmente baseada no princípio da estereoscopia e na orientação analítico-digital das fotos.

20 Fotogrametria Digital (2/2)
Exemplo de um Restituidor Digital

21 Bases Fundamentais da Fotogrametria (1/6)
Suposições: 1. Objeto invariável durante a tomada da foto; 2. Objeto composto de um conjunto de pontos no espaço; 3. Objeto reproduzido em duas ou mais imagens.

22 Bases Fundamentais da Fotogrametria (2/6)
O modelo matemático considera que a relação entre um ponto objeto, no terreno, e o seu homólogo, na imagem, é uma perpectiva central, cujos elementos principais são: 1. Imagem Plana; 2. Centro de projeção; 3. Feixe de raios espaciais.

23 Bases Fundamentais da Fotogrametria (3/6)
 FC PP P’ M  O = Centro de Projeção (X,Y,Z) PP = Ponto principal (0, 0) c = Distância principal calibrada FC = Centro fiducial (0,0) P’ = Imagem do Ponto P (, ) P = Ponto Objeto (X,Y,Z) ,  = Coordenadas imagem X,Y,Z = Coordenadas terreno

24 Bases Fundamentais da Fotogrametria (4/6)
(Eq-1) (Eq-2)

25 Bases Fundamentais da Fotogrametria (5/6)
Das equações Eq-1 e Eq-2: 0, 0 e c - são os 3 parâmetros da orientação interior (dados pelo certificado de calibração da câmara); ,  - são as coordenadas imagem dos pontos (medidas) X0, Y0, Z0 - são as coordenadas espaciais do centro de projeção (calculadas pela orientação do modelo estereoscópico); , ,  - são os ângulos de rotação da câmara (ou da foto) em relação ao sistema de coordenadas terrestre (calculados pela orientação do modelo estereoscópico – 3 ângulos para cada foto); ,  - são as distorções da imagem devido a: - distorção da lente; - distorção do filme; - refração atmosférica, e - curvatura da Terra.

26 Bases Fundamentais da Fotogrametria (6/6)
1. A equação Eq-1 mostra que para cada ponto objeto existe um ponto imagem correspondente. 2. A equação Eq-2 mostra que para cada ponto imagem existem infinitos pontos objetos, devido a existência da coordenada Z no lado direito das equações. Isso mostra que é impossível reconstruir o espaço objeto a partir de apenas uma foto. É necessário ter uma segunda foto dos mesmos objetos ou conhecer a coordenada Z. Por isso é que se trabalha com modelos esteroscópicos aonde se tem a possibilidade de estabelecer um sistema de equações para a solução das incógnitas envolvidas: X01, Y01, Z01 e X02, Y02, Z02, 1, 1, 1, 2, 2, 2 – 12 incógitas.

27 Orientação do Modelo Estereoscópico (1/2)
A orientação de um modelo estereoscópico possui duas fases principais: 1. Reconstrução do feixe de raios luminosos; 2. Orientação do feixe de raios luminosos. A reconstrução do feixe de raios luminosos é feita a partir da orientação dita “interior”. A orientação do feixe de raios luminosos divide-se em: 1. Orientação relativa; 2. Orientação absoluta.

28 Orientação do Modelo Estereoscópico (2/2)
O modelo esterescópico estará orientado quando a situação indicada acima for alcançada, ou seja, quando todos os raios luminosos do pontos conjugados se cruzarem e produzirem valores de coordenadas coerentes.

29 Orientação Interior (1/2)
A orientação interior é feita para reconstruir o feixe de raios luminosos, ou seja, para permitir a existência do modelo. Terreno Modelo

30 Orientação Interior (1/2)
Ao processo de reconstrução do feixe de raios luminosos dá-se o nome de orientação interior. Nessa fase é preciso conhecer: 1. A distância principal calibrada (c) da câmara aérea; 2. A localização do ponto principal da imagem PP (0, 0); 3. As coordenadas das marcas fiduciais, e 4. Os valores das distorções da imagem. - Os valores das variáveis dos itens 1, 2 e 3 são dados pelo certificado de calibração da câmara aérea que foi usada na produção das fotos em uso. - Os valores das distorções podem ser calculados através de fórmulas empíricas conhecidas.

31 Orientação Relativa (1/5)
É o processo de formação do modelo, ou seja, a orientação de uma imagem em relação a outra. Trata-se, fundamentalmente, de garantir a interseção de todos os raios homólogos. O processo consiste, basicamente, em eliminar as paralaxes em X , Y e Z.

32 Orientação Relativa – Componentes (2/5)

33 Orientação Relativa – Rotações (3/5)

34 Orientação Relativa – Pontos de Von Gruber (4/5)
Na prática as paralaxes são eliminadas em 6 pontos da imagem. Estes pontos são denominados de pontos de Von Gruber. Foto 1 Foto 2 1 3 4 2 5 6 modelo

35 Orientação Relativa - Modelo orientado (5/5)

36 Orientação Absoluta (1/2)
É o processo de orientação do modelo em relação ao sistema de coordenadas de referência, ou seja, o estabelecimento da escala do modelo com suas respectivas rotações e translações. O processo consiste, basicamente, em ajustar o modelo às coordenadas de apoio medidas no campo ou geradas por um processo denominado Aerotriangulação.

37 Orientação Absoluta – Componentes (2/2)
Rotação + colocação em escala

38 Aerotriangulação (1/4) Aerotriangulação é o termo frequentemente usado para designar o processo pelo qual se determinam as coordenadas do terreno X, Y e Z de pontos cujas foto-coordenadas são conhecidas. A Aerotriangulação consiste em calcular as coordenadas de pontos do terreno baseando-se no ajustamento de um bloco de fotos no qual foram medidos alguns pontos de controle suficientes para permitir o ajustamento do bloco. Existem basicamente dois métodos de aerotriangulação: Aerotriangulação por modelos independentes; Aerotriangulação por ajustamento de bloco.

39 Aerotriangulação (2/4) Aerotriangulação por bloco
Este método consiste em medir os pontos de ligação entre os modelos adjacentes, medir os pontos de controle e ajustar todas as medidas de uma única vez. 1. Formação do bloco; 2. Escolha e medição dos pontos de ligação “Pugagem”; 3. Medição dos pontos de controle 4. Ajustamento; 5. Detecção de erros grosseiros; 6. Novo ajustamento.

40 Aerotriangulação (3/4)

41 Aerotriangulação (4/4) Aerotriangulação com suporte do GPS

42 A Imagem Digital (1/22) Uma imagem digital consiste de uma matriz G com elementos gij. Cada elemento é denominado pixel. A dimensão de cada pixel é  e . Cada pixel possui um valor que varia de 0 a 255 (255 branco, 0 preto), os quais podem ser armazenados em 8 bits (28 combinações), que corresponde a 1 byte. A foto coordenada , por exemplo, é obtida multiplicando-se o índice i pelo valor .

43 A Imagem Digital – Resolução radiométrica (2/22)
Para as imagens em preto e branco, os valores dos pixels representam os tons de cinza da imagem. Para as imagens coloridas tem-se três matrizes da mesma imagem. Ver tabela abaixo. Notar que 1 pixel = 1 byte = resolução radiométrica (256 tons de cinza)

44 A Imagem Digital - Informações do Pixel (3/22)
Cada pixel armazena informações, tais como: tom de cinza; cor; posição na imagem (linha e coluna)

45 A Imagem Digital - Fontes (4/22)
Filmes fotográficos numerizados através de scanners; Câmara aérea digital; Imagens de satélite – Landsat, SPOT, Ikonos, Quick Bird, ...; Câmaras de pequeno formato – CCD; video câmaras.

46 e A Imagem Digital – Formação (5/22)
imagine uma grelha sobre um objeto mais ou menos assim... e

47 A Imagem Digital – Formação (6/22)

48 A Imagem Digital – Resolução (7/22)
Esta é a letra "e" numerizada a 10 dpi (100 bytes) dpi = ponto por polegada tamanho do pixel = 0.1“ (100 pixels) = 2540 m

49 A Imagem Digital – Resolução (8/22)
Esta é a letra "e" numerizada a 20 dpi (400 bytes) - ela está 4x mais detalhada - ela toma 4x mais espaço de armazenamento, e - o campo de visão é 4x menor do que a 10 dpi.

50 A Imagem Digital – Armazenamento (9/22)
20 dpi 10 dpi

51 A Imagem Digital - Campo de visão (10/22)
20 dpi 10 dpi

52 A imagem Digital – exemplo (11/22)
Pixel Imagem Digital

53 A imagem Digital – exemplo (12/22)

54 A imagem Digital – exemplo (13/22)

55 A imagem Digital – Numerizar (14/22)
Tome uma foto aérea...

56 A imagem Digital – Numerizar (15/22)
capture o seu conteúdo em uma malha de pixels...

57 A imagem Digital – Numerizar (16/22)
e então você tem uma imagem numerizada!

58 A imagem Digital - Scanner! (17/22)
Tipo flatbed imagem original posta na horizontal; sensor CCD; veloz; aceita rolos de filmes.

59 A imagem Digital (18/22) Façamos alguns cálculos...

60 A imagem Digital – Armazenamento (19/22)
Tamanho do pixel: 25 m formato da imagem: 230 x 230 mm qtde de pixel/linha: 230/0.025 = 9200 qtde de pixel/coluna : 230/0.025 = 9200 qtde de pixels na imagem: 9200 x 9200 = armazenamento B/P : 84 MB armazenamento em cores : 252 MB e tudo isso para apenas uma imagem!

61 A imagem Digital – Armazenamento (20/22)
Estéreopar B/P: MB Estéreopar colorido: 504 MB filme c/ 500 imagens B/P: 42 GB filme c/ 500 imagens coloridas: 126 GB

62 A imagem Digital – Armazenamento (21/22)
Tam. do dpi Tam. da imagem (MB) pixel (µm) (23 cm x 23 cm) B/P Colorida 7, Of course, some systems offer JPEG compression (an algorithm specified and recommended by the Joint Photographic Experts Group). This approach, which has been implemented in both hardware and software, gives typical compression ratios of between 4:1 and 20:1, depending on whether the imagery is black and white or color and on the content of the images, for example whether there are large homogeneous areas. Note that the in-built compression included with many tape cartridge drives is advertised as giving 2:1 compression ratios. This is easily achieved with typical text files, spreadsheets and databases, but is most unlikely with complex digital imagery. Thus more sophisticated approaches such as JPEG are mandatory if compression is judged to be necessary in a digital photogrammetric project. Image compression is treated in more detail later in the workshop, during the discussion of workstation hardware.

63 A imagem Digital - De microns para dpi (22/22)
O tamanho do pixel é normalmente expresso em dpi, ao invés de microns: dpi = 1”/(resolução em µm), Por exemplo: Tamanho do pixel = 15 µm = 1”/(15 µm) dpi = 25,4 mm/ (15 µm) dpi = µm/ (15 µm) dpi = /15 dpi = 1693 dpi

64 Sensores Digitais Aéreos (1/4)
Câmara digital Câmara analógica

65 Sensores Digitais Aéreos (2/4)
Giro-estabilizador PAV30

66 Sensores Digitais Aéreos (3/4)

67 Sensores Digitais Aéreos (4/4)

68 Sistema Fotogramétrico Digital (1/3)
Câmera Digital Imagens de Satélite Fotográfica SAÍDA Cartas Carta-imagem Ortofotos mosaicos Mapeamento Dados para SIG SiSTEMA FOTOGRAMÉTRICO DIGITAL Scanner Estação Trabalho Fotogramétrica (DPW) ENTRADA A/D D/A A D Plotter

69 Sistema Fotogramétrico Digital (2/3)
Hardware: Placa gráfica para os monitores Monitor estéreo Monitor console Suporte dos monitores CPU e RAM Diskette CD-ROM Hard disk(s) Mouse Mouse 3D Teclado Sistema para estereoscopia

70 Sistema Fotogramétrico Digital (3/3)
x’ y’ x” y” Imagem esquerda direita Computador Imagens digitais X Y Z

71 Restituição (1/5) Restituição, na sua origem, significa a “reconstrução” do terreno fotografado, a partir de suas fotografias. O resultado da restituição é o modelo óptico tridimensional, também denominado de estereomodelo ou modelo estereoscópico do terreno fotografado.

72 Diagrama de Trabalho no DVP
Tratamento de Imagens CRIAR PROJETO AUTOMÁTICA Entrada dos parâmetros da câmera (formato txt) Arquivo de calibração do SCANNER ORIENTAÇÃO INTERNA * .DAT contém dados e parâmetros da orientação * .VAR contém as variáveis do modelo Parâm. Câmera Imagens Busca automática a partir do terceiro ponto registrado RELATIVA Entrada do arquivo ASCII dos pontos de Contrôle *.dvp - vetor *.lst - códigos *.asc - ascii *.pts - pontos *.fil - macro *.tgl - TIN Pts. de Grubber Com funções de Correlação, facilitando a busca dos pontos de controle. ABSOLUTA Pts de Controle Agora com interface “on-line” com MicroStation e/ou AutoCAD COLETA DE DADOS Preparação do Projeto Estruturação Produção Especificações PLOTAGEM

73 Restituidor Digital – Tela de operação (3/5)

74 Restituidor Digital – Vetorização (4/5)

75 Restituidor Digital – Vetorização (5/5)

76 Ortofoto (1/5) Uma ortofoto é uma imagem ortoretificada, ou seja, é uma imagem aérea sem as deformações das inclinações da foto e do relevo do terreno. Possui as características de projeção ortogonal e é uma imagem geocodificado. Requerimentos: Imagem orientada DTM Resolução desejada deve ser maior do que a resolução da imagem de base.

77 Ortofoto – Princípio (2/5)

78 Ortofoto – DTM (3/5) DTM = modelo digital de terreno (termo geral)
um DTM é, fundamentalmente, uma malha de elementos finitos 3D, com a elevação descrita pela função matemática z=f(x,y) breaklines são variações bruscas no terreno TIN = malha de elementos finitos triangulares contendo um ponto de coordenadas (x,y,z) conhecidas, em cada vértice. y x, y, z = ? x

79 Ortofoto – DTM (4/5) A elevação está diretamente relacionada com a paralaxe em X, na imagem orientada. Veja a equação da paralaxe!! A posição dos objetos no espaço pode ser calculada desde que se conheça a posição dos pontos conjugados. Na fotogrametria digital: Geração automática: Através do uso de métodos de correlação de imagens (image matching).

80 Ortofotos – Algorítimo (5/5)
Com base na imagem orientada e em um DTM gerado, determina-se a localização do pixel na imagem de entrada. Com base nos pixels vizinhos determina-se o novo tom de cinza do novo pixel os algorítimos de interpolação mais populares são: nearest neighbor, bilinear e bicubic Isso representa total automação!

81 Mosaico (1/2)

82 Mosaico + vetores sobrepostos (2/2)

83 Precisão da Fotogrametria Digital (1/3)
Depende de vários fatores, tais como: escala da imagem tamanho do pixel qualidade da imagem, por exemplo, variação radiométrica conteúdo da imagem, por exemplo, contraste e textura precisão visual e visibilidade dos pontos de controle relação base/altura de vôo operador

84 Precisão da Fotogrametria Digital (2/3)
Valores típicos, assumindo que não existam erros grosseiros: precisão de um ponto (sobre uma imagem bem definida): 0.5 pixel (0.3 pixel com zoom) Correlação por feature based matching: pixels Correlação por comparação dos coeficientes de correlação : pixel Correlação por mínimos quadrados: pixel precisão de triangulação (medição automática de pontos de ligação): 0.3 pixel DTM: 0.6 pixel x (base/altura de vôo)

85 Regras a seguir – sempre que possível!! (3/3)
O tamanho do pixel deve ser menor do que a precisão desejada, por exemplo, por um fator de dois. O tamanho do pixel é determinado pela resolução do scanner. Ou seja, o scanner é um fator determinante de precisão! assumindo que o scanner seja preciso rádio e geometricamente. The last bullet above is important: although the specialist scanners built for the photogrammetric market have high accuracy specifications, most of the scanners produced for home use or professional desk top publishing are far less accurate - root mean square errors of one or more pixels are entirely normal. Some digital photogrammetrists have suggested that the effective resolution in terms of interpreting image content is twice the GSD. This is consistent with the first two bullets above. But in practice it is often considered too expensive to fly the photography, scan and perform the photogrammetry at a pixel size much smaller than that thought to be just sufficient to resolve the required detail and generate the output products.

86 Sistemas de visualização (1/3)
Split Screen

87 Sistemas de visualização (2/3)
Polarização Passiva

88 Sistemas de visualização (3/3)
Polarização Ativa

89 Acessórios de Controle (1/1)
Mouse padrão para os movimentos X e Y trackball para Z Mouse 3D (para x, y e z) manivelas e disco pedal