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Curso Técnico em Geomática 2006/1 Prof. José Aguilar Pilon.

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1 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Prof. José Aguilar Pilon

2 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Introdução O que é Fotogrametria? CiênciaTecnologiaInformação ConfiávelImagensSensores Fotogrametria Ciência e Tecnologia de se obter Informação Confiável, através de Imagens adquiridas por Sensores. Ciência : Ciência : utiliza-se de métodos científicos; Tecnologia Tecnologia : lança mão do estado da arte da tecnologia; Informação Confiável Informação Confiável : depende do tipo de usuário; Imagens Imagens : representações das interações da energia eletromagnética; Sensores : 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Fotogrametria X Sensoriamento Remoto

4 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Fotogrametria X Sensoriamento Remoto

5 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Divisão da fotogrametria: De acordo com a forma de reconstrução do espaço tridimensional podemos clasificar a fotogrametria em: Fotogrametria Analógica; Fotogrametria Analítica; Fotogrametria Digital. Divisão da Fotogrametria

8 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Divisão da Fotogrametria Fotogrametria Terrestre; Fotogrametria Aérea; Divisão da fotogrametria: De acordo com a posição da câmera:

9 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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, Fotogrametria Digital

10 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Fluxograma do Processo Fotogramétrico

11 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Aquisição da Fotografia

12 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Histórico da Fotogrametria Breve histórico da Fotogrametria NIEPCE e DAGUERRE desenvolveram o processo da fotografia; NADAR apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria; 1913 Aerofotogrametria 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Histórico da Fotogrametria

14 Curso Técnico em Geomática 2006/1 O Avanço Tecnológico na Fotogrametria Linha do Tempo Analógicos Analíticos Digitais

15 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Exemplo de um restituidor analógico Fotogrametria Analógica (2/2)

17 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Fotogrametria Analítica (2/2) Exemplo de um Restituidor Analítico

19 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Fotogrametria Digital (2/2) Exemplo de um Restituidor Digital

21 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Bases Fundamentais da Fotogrametria (3/6) 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 FC PP P M

24 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Bases Fundamentais da Fotogrametria (4/6) (Eq-2) (Eq-1)

25 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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) X 0, Y 0, Z 0 - 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Bases Fundamentais da Fotogrametria (6/6) 1. A equação Eq-1 mostra que para cada ponto objeto existe um ponto imagem correspondente. 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: X 01, Y 01, Z 01 e X 02, Y 02, Z 02, 1, 1, 1, 2, 2, 2 – 12 incógitas. 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.

27 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Interior (1/2) Terreno Modelo A orientação interior é feita para reconstruir o feixe de raios luminosos, ou seja, para permitir a existência do modelo.

30 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Interior (1/2) Orientação interior 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Relativa (1/5) Orientação relativa 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Relativa – Componentes (2/5)

33 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Relativa – Rotações (3/5)

34 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Na prática as paralaxes são eliminadas em 6 pontos da imagem. Estes pontos são denominados de pontos de Von Gruber. Foto 1 Foto modelo Orientação Relativa – Pontos de Von Gruber (4/5)

35 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Relativa - Modelo orientado (5/5)

36 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Absoluta (1/2) Orientação Absoluta 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Orientação Absoluta – Componentes (2/2) Rotação + colocação em escala

38 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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: 1.Aerotriangulação por modelos independentes; 2.Aerotriangulação por ajustamento de bloco.

39 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Aerotriangulação (3/4)

41 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Aerotriangulação (4/4) Aerotriangulação com suporte do GPS

42 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A Imagem Digital (1/22) Uma imagem digital consiste de uma matriz G com elementos g ij. 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 (2 8 combinações), que corresponde a 1 byte. A foto coordenada, por exemplo, é obtida multiplicando-se o índice i pelo valor.

43 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 e imagine uma grelha sobre um objeto mais ou menos assim... A Imagem Digital – Formação (5/22)

47 Curso Técnico em Geomática 2006/1 e A Imagem Digital – Formação (6/22)

48 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A Imagem Digital – Armazenamento (9/22) 20 dpi 10 dpi

51 Curso Técnico em Geomática 2006/1 20 dpi 10 dpi A Imagem Digital - Campo de visão (10/22)

52 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – exemplo (11/22) Pixel Imagem Digital

53 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – exemplo (12/22)

54 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – exemplo (13/22)

55 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – Numerizar (14/22) Tome uma foto aérea...

56 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – Numerizar (15/22) capture o seu conteúdo em uma malha de pixels...

57 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – Numerizar (16/22) e então você tem uma imagem numerizada!

58 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital - Scanner! (17/22) Tipo flatbed imagem original posta na horizontal; sensor CCD; veloz; aceita rolos de filmes.

59 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital (18/22) Façamos alguns cálculos...

60 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – Armazenamento (20/22) Estéreopar B/P:168 MB Estéreopar colorido:504 MB filme c/ 500 imagens B/P:42 GB filme c/ 500 imagens coloridas:126 GB

62 Curso Técnico em Geomática 2006/1 A imagem Digital – Armazenamento (21/22) Tam. do dpi Tam. da imagem (MB) pixel (µm) (23 cm x 23 cm) B/P Colorida ,

63 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sensores Digitais Aéreos (1/4) Câmara digital Câmara analógica

65 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sensores Digitais Aéreos (2/4) Giro-estabilizador PAV30

66 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sensores Digitais Aéreos (3/4)

67 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sensores Digitais Aéreos (4/4)

68 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sistema Fotogramétrico Digital (1/3) Câmera Digital Imagens de Satélite Câmera Fotográfica Câmera FotográficaSAÍDA Cartas Carta-imagem Ortofotos mosaicos Mapeamento Digital Dados para SIG SiSTEMA FOTOGRAMÉTRICO DIGITAL Scanner Estação de Trabalho Fotogramétrica Digital (DPW) Estação de Trabalho Fotogramétrica Digital (DPW) ENTRADA A/D D/A A D D D D D D D A Plotter D

69 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sistema Fotogramétrico Digital (2/3) Hardware: Monitor estéreo Monitor console Mouse Teclado Sistema para estereoscopia Mouse 3D Suporte dos monitores Placa gráfica para os monitores CPU e RAM Diskette CD-ROM Hard disk(s)

70 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sistema Fotogramétrico Digital (3/3) Imagens digitais Imagem esquerda Imagem direita xyxy XYZ Computador

71 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Diagrama de Trabalho no DVP Diagrama de Trabalho no DVP Agora com interface on- line com MicroStation e/ou AutoCAD AUTOMÁTICA Entrada dos parâmetros da câmera (formato txt) Busca automática a partir do terceiro ponto registrado Com funções de Correlação, facilitando a busca dos pontos de controle. CRIAR PROJETO Parâm. CâmeraImagens INTERNA Pts. de Grubber RELATIVA Pts de Controle ABSOLUTA ORIENTAÇÃO Especificações Preparação do ProjetoEstruturação Produção COLETA DE DADOS PLOTAGEM *.DAT contém dados e parâmetros da orientação *.VAR contém as variáveis do modelo *.dvp - vetor *.lst - códigos *.asc - ascii *.pts - pontos *.fil - macro *.tgl - TIN Entrada do arquivo ASCII dos pontos de Contrôle Tratamento de Imagens Arquivo de calibração do SCANNER

73 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Restituidor Digital – Tela de operação (3/5)

74 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Restituidor Digital – Vetorização (4/5)

75 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Restituidor Digital – Vetorização (5/5)

76 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Ortofoto – Princípio (2/5)

78 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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. x, y, z = ? x y

79 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Ortofotos – Algorítimo (5/5) Algorítimo: 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Mosaico (1/2)

82 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Mosaico + vetores sobrepostos (2/2)

83 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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.

86 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sistemas de visualização (1/3) Split Screen

87 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sistemas de visualização (2/3) Polarização Passiva

88 Curso Técnico em Geomática 2006/1 Sistemas de visualização (3/3) Polarização Ativa

89 Curso Técnico em Geomática 2006/1 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


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