FOTOGRAMETRIA

UTILIZAÇÃO DA FOTOGRAFIA AÉREA EM CARTOGRAFIA FOTOINTERPRETAÇÃO interpretação da forma e aspecto (cor, textura, brilho) para identificação dos objectos com fins temáticos. FOTOGRAMETRIA obtenção da geometria dos objectos do terreno a partir de fotos (necessita de correcção de geometria) estrada rio floresta terrenos agrícolas

FOTOGRAMETRIA: conjunto de métodos que, com base em fotografia, permitem obter informação geométrica sobre os objectos fotografados (medição da forma e posição de objectos que aparecem numa imagem do terreno). É um método de teledetecção. LEVANTAMENTO FOTOGRAMÉTRICO: aplicação dos métodos da fotogrametria ao trabalho topográfico, para representar a forma do terreno e coordenar pontos (M, P, H). VANTAGENS muita informação usada em qualquer altura cartografia de pontos de difícil acesso mais rápido permite cartas temáticas DESVANTAGENS menos prreciso (escala) objectos não visíveis não são cartografados

É necessário fazer a COMPLETAGEM com informação obtida no terreno: Elaboração de cartas topográficas (obter a forma e dimensão dos objectos) Fotografia aérea é usada na: Elaboração de cartas temáticas (saber o que são os objectos) A fotografia aérea por si só não é suficiente para a elaboração de cartas. É necessário fazer a COMPLETAGEM com informação obtida no terreno: cartas topográficas: para a correcção da geometria da fotografia aérea, são necessários pontos do terreno de coordenadas conhecidas e bem visíveis na foto - PONTOS DE APOIO FOTOGRAMÉTRICO cartas temáticas: confirmar no terreno a interpretação dada aos objectos

Nas fotos verticais o nadir, o ponto principal e o isocentro coincidem negativo P eixo óptico ponto nadiral N 90º n’ isocentro I i’ a’ b’ distância focal ou distância principal f O Centro de projecção b a n i p positivo f FOTOGRAFIA É UMA PROJECÇÃO CÓNICA Nas fotos verticais o nadir, o ponto principal e o isocentro coincidem N = P = I A B objecto a fotografar

(segundo a orientação do eixo óptico) TIPOS DE FOTOGRAFIA (segundo a orientação do eixo óptico) fotos terrestres fotos aéreas: verticais (inclinação < 3º) oblíquas altas ( com o horizonte na foto) oblíquas baixas ( sem o horizonte na foto) oblíqua alta vertical oblíqua baixa Como obter cartas topográficas a partir de fotografias ?

PROJECÇÃO CÓNICA Imagens P p O Na projecção cónica as imagens das linhas verticais irradiam do Nadir Os pontos A e B, na mesma vertical, aparecem deslocados ao longo de uma recta que passa no Nadir. Este efeito faz com que as imagens de pontos a diferente altura sofram um deslocamento de paralaxe Dr Esse deslocamento é tanto maior quanto maior for o afastamento r do Nadir,

plano horizontal de projecção Desenho a escalas diferentes COMPARAÇÃO DA GEOMETRIA DE UMA CARTA TOPOGRÁFICA E DE UMA FOTOGRAFIA VERTICAL plano horizontal de projecção CARTA TOPOGRÁFICA PROJECÇÃO CÓNICA FOTOGRAFIA VERTICAL Desenho a escalas diferentes PROJECÇÃO ORTOGONAL

Sobreposição da carta e da foto CARTA TOPOGRÁFICA v.s. FOTOGRAFIA AÉREA Sobreposição da carta e da foto posição ortogonal Carta topográfica Na mesma escala posição da projecção cónica Na fotografia aérea ocorre um deslocamento radial da imagem de pontos a diferente altura, em relação à posição ortogonal. A fotografia aérea só pode ser usada em cartografia após correcção dos deslocamentos de paralaxe. Uma foto vertical de um terreno acidentado não é igual a uma projecção ortogonal, que caracteriza as carta topográficas. Fotografia aérea

ESCALA DA FOTOGRAFIA AÉREA aOb  AOB negativo p’  n’ b’ a’ positivo p  n b a distância focal = f A = altura de voo Sendo A a altura média de voo sobre o terreno, a escala que se obtém é uma escala média. Pontos mais baixos do terreno terão uma escala menor e pontos mais elevados terão uma escala maior. A escala na foto não é constante. cota do terreno = H datum altimétrico

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS DISTÂNCIAS FOCAIS (f – distância principal) lentes normais: f = 300 mm (f = diagonal da foto) grandes angulares f = 150 mm (f < diagonal da foto) - para a mesma altitude de voo dão maior área (menor escala) - melhor para o relevo pequena angulares f = 600 mm (f > diagonal da foto) - para a mesma altitude de voo dão menor área (maior escala) - menos pormenor do relevo - imagem de pior qualidade

DESLOCAMENTO DE PARALAXE positivo Afastamento radial do centro Oab  OAM Opb  BAM deslocamento é radial a partir de p deslocamento aumenta radialmente deslocamento é proporcional à diferença de cota menor H, maior escala, maior deslocamento

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS ALTURA DE VOO SOBRE O TERRENO, H Para distâncias focais f = 300 mm baixa altitude <1500 m escala 1/5000 média altitude 1500 m - 5000 m escala 1/5000 - 1/17 000 grande altitude > 5000 m escala <1/17 000 Maior altura de voo, maior terreno fotografado, mas menor precisão do relevo Admitindo r =0.2 mm como erro de graficismo Na escala 1/5000 (baixa altitude) 5000 x 0.2 = 1000 mm = 1 m pode-se obter curvas de nível com E > 2 m Na escala 1/20 000 20000 x 0.2 = 4 000 mm = 4 m pode-se obter curvas de nível com E > 5 m DF >= 5 x DC DF – denominador da escala da foto DC – denominador da escala da carta Relação entre a escala da foto e da carta:

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS Referencial fiducial: v c marcas fiduciais C – centro da foto A posição do centro da foto é determinada a partir das marcas fiduciais Referencial fiducial: eixos uu e vv Dimensão das fotos = 230 mm Dimensão (D x D) do terreno coberta por uma foto: D x Escala = 0.230 m 230 mm

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS DIMENSÕES DA FOTOGRAFIA: 230 mm x 230 mm 115 mm p a Considerando: i) erro planimétrico máximo admissível: r = 0.2 mm ii) altura de voo: H = 2500 m iii) a maior distância radial: r = 162.6 mm i.e., desníveis de 3 m não irão provocar deslocamentos de paralaxe máximos iguais ao erro de graficismo, não provocando alterações notáveis no posicionamento planimétrico. Se as variações de relevo são inferiores a 3 m podemos admitir o terreno plano e considerar que a foto é uma carta fotográfica

COBERTURAS FOTOGRÁFICAS IDENTIFICAÇÃO: Nº VOO Nº FIADA Nº FOTO

SOBREPOSIÇÃO LONGITUDINAL Sobreposição longitudinal 60% COBERTURAS FOTOGRÁFICAS B - aerobase SOBREPOSIÇÃO LONGITUDINAL 60% Conceitos: B - AEROBASE b – FOTOBASE D – LARGURA FOTOGRAFADA CENTRO DA FOTO CENTRO TRANSFERIDO Sobreposição longitudinal 60% Sobreposição lateral 30% SOBREPOSIÇÃO LATERAL 20 - 30%

para georeferenciação altitude média da região ≈ 180 m escala = 0.4/(2229-180) ≈ 1/5000 f = 400 mm Altura de voo = 7306 pés = 2229 m M = -80864.56 m P = -77076.54 m H = 138.93 m Pontos de apoio para georeferenciação M = -79983.61 m P = -77489.22 m H = 212.04 m N S Sentido do voo c´´ e c´ são os centros transferidos, respectivamente da foto anterior e da posterior

PAR ESTEREOSCÓPICO sentido do voo Três fotos consecutivas da mesma fiada com 60 % de sobreposição longitudinal. 60 % da imagem da foto 2 aparece também na foto1. Do mesmo modo 60% da imagem da foto 2 aparece na foto 3. As fotos 1 e 2 constituem um par estereoscópico. O mesmo sucede com as fotos 2 e 3. 60% foto 1 foto 2 foto 3 sentido do voo

CENTRO DA FOTOGRAFIA E CENTRO TRANSFERIDO PAR ESTEREOSCÓPICO CENTRO DA FOTOGRAFIA E CENTRO TRANSFERIDO O centro da foto ou ponto principal marca-se a partir da intersecção dos segmentos rectos que unem as marcas fiduciais. O centro transferido é a imagem do centro de uma foto noutra foto consecutiva da fiada. Centro da foto 1 Centro transferido da foto 2 foto 1 Centro transferido da foto 1 Centro da foto 2 foto 2 Marcas fiduciais

VISÃO ESTEREOSCÓPICA

Estereoscópio de espelhos SEPARAÇÃO DE IMAGENS PARA VISÃO ESTEREOSCÓPICA Estereoscópio de espelhos Esquema simplificado de um estereoscópio de espelhos (com lentes, prismas e espelhos)

Estereoscópio de espelhos

SEPARAÇÃO DE IMAGENS PARA VISÃO ESTEREOSCÓPICA ANÁGLIFOS Consiste em separar objectos por utilização de cores. A imagem encarnada só é visível quando é vista através de um filtro de cor diferente (e complementar, neste caso). Ou seja o olho esquerdo está impossibilitado de ver o A da direita uma vez que o filtro tem a mesma cor e não vai permitir distinguir a referida letra, ou o que quer que seja dessa cor.

SEPARAÇÃO DE IMAGENS PARA VISÃO ESTEREOSCÓPICA ALTERNADORES DE IMAGEM Método utilizado na fotogrametria numérica. Duas imagens digitais constituindo o par estereoscópico são visualizadas num monitor de um computador, sobrepostas mas alternadamente. A frequência de refrescamento do monitor tem que ser superior a 120 Hz para garantir que cada imagem é disponibilizada a 60Hz. Óculos de cristais líquidos LCD e emissor de infravermelhos que sincroniza a obturação das lentes com a disponibilização das imagens no ecrã As lentes dos óculos têm cristais LCD que podem obstruir a passagem de luz através das próprias lentes. Por outro lado, o software disponibiliza integral e alternadamente a imagem esquerda ou a imagem direita no monitor. O emissor, sincronizado com o computador, tornará a lente pertinente opaca conforme a imagem que for disponibilizada pelo computador na mesma fracção de segundo.

OPERAÇÕES EM PARES ESTEREOSCÓPICOS

Para cada altitude há uma fotobase ajustada. Fotobase: b = B x escala sendo B a distância percorrida pelo avião entre 2 fotos - em terreno plano a distância entre o centro p1 e o centro transferido p2’ é igual à fotobase - se p1 e p2 não estiverem à mesma cota, então a distância entre p1 e p2’ não será igual à fotobase Para cada altitude há uma fotobase ajustada. As fotobases ajustadas são determinadas em relação a um ponto Q que se encontra a um nível π0 .

Pretendendo-se a fotobase ajustada à altitude do ponto q: Medição da fotobase ajustada num par estereoscópico Fotobase: b = B x escala Pretendendo-se a fotobase ajustada à altitude do ponto q: i) orienta-se o par estereoscópico; ii) mede-se a distância β entre os centros das fotos, segundo a direcção do voo, e iii) a distância δ entre as imagens do ponto q nas duas fotografias.

PARALAXE ESTEREOSCÓPICA Considerando o referencial fiducial das foto, cada ponto é definido por um par de coordenadas. A paralaxe estereoscópica de um ponto é o módulo da diferença entre as coordenadas segundo a linha de voo desse ponto, nas duas fotos do par estereoscópico: pxq - é a paralaxe do ponto q Aq – é a altura de voo em relação ao ponto q.

DIFERENÇA DE PARALAXE E DESNÍVEL A paralaxe estereoscópica de um ponto é igual à fotobase ajustada a esse ponto. Pontos de igual cota, tendo a mesma fotobase, têm a mesma paralaxe estereoscópica. Esta propriedade das fotografias verticais é utilizada para determinar a diferença de cota entre os pontos da foto. Diferença de paralaxe = Paralaxe do ponto q Paralaxe do ponto p Considerando dois pontos q e p : Diferença de nível =

Medição da diferença de paralaxe num par estereoscópico orientado Diferença de paralaxe entre os pontos q e p =

Processamento de fotografias Restituidores digitais Fotografias digitais num computador com capacidades de processamento de imagem. As imagens aparecem em ecran para interpretação pelo operador e respectivo processamento da imagem, ou são sujeitas a uma correlação de modo a formar um modelo digital altimétrico do terreno e extracção do detalhe.

ORTOFOTOMAPAS Ortofotografias (ortofotos) são fotografias aéreas rectificadas, com escala uniforme, nas quais os deslocamentos de paralaxe devido ao relevo e inclinação foram removidos da imagem. Os objectos passam a estar representados numa projecção ortogonal e têm as características geométricas de um mapa, com toda a informação contida na foto original.

OBTENÇÃO DE ORTOFOTOMAPAS A imagem fotográfica do terreno apresenta-se distorcida devido a diversos fatores inerentes ao processo fotográfico, tais como: Projecção central da fotografia; Variação da topografia do terreno; Distorção provocada pelo sistema de lentes da câmara fotográfica; Variações na altitude de vôo da aeronave; Curvatura da terra. Não se pode efetuar medidas de coordenadas, distâncias e áreas diretamente sobre a fotografia. Para obter um Ortofoto é necessário corrigir a distorção da imagem. A projeção central é transformada em projeção ortogonal, a curvatura da terra e a topografia do terreno é corrigida de modo a tornar a escala homogénea. A imagem é "achatada, esticada e comprimida" até que as feições do terreno apareçam na sua correcta posição e em escala homogénea.

ORTOFOTOMAPAS Produção de ortofotos requer: fotografias aéreas pontos de controlo no terreno modelo digital de elevação do terreno (MDET). O MDET pode ser gerado a partir da fotografia aérea por técnicas de fotogrametria e estereocomparação automática ou pode ser derivado a partir de curvas de nível digitalizadas de mapas existentes

Correcção da distorção das imagens OBTENÇÃO DE ORTOFOTOMAPAS Correcção da distorção das imagens Fotografia Aérea com malha distorcida Ortofoto com malha e imagem retificadas

Ortofoto com curvas de nível e quadrícula impressas

Matriz de pixeis que constituem a imagem ORTOFOTOMAPAS Um ortofoto digital (ortoimagem) é uma imagem digital corrigida para a projecção ortogonal. A imagem consiste numa matriz de pixéis que registam o valor da reflectância do terreno para cada pixel. A resolução da imagem é definida pela dimensão do pixel. As imagens podem ser obtidas por câmaras digitais ou obtidas por digitalização de fotografias aéreas. Matriz de pixeis que constituem a imagem Exemplo de ampliação exagerada mostrando os pixeis da imagem

ORTOFOTOMAPAS Resolução das imagens Mesma área em imagem com pixel = 0.25 m Ampliação de uma imagem com pixel = 2 m As imagens representam a mesma área

A resolução a escolher depende da escala a que se pretende trabalhar ORTOFOTOMAPAS Resolução das imagens Imagem com pixel = 8 m Imagem com pixel = 1 m A resolução a escolher depende da escala a que se pretende trabalhar

Coberturas de ortofotos - Instituto Geográfico Português - IGP

Coberturas de fotografia aérea - IGP