Prof. José Aguilar Pilon

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. 800 km / 500 milhas Sensores Espaciais 400 km / 250 miles 1,3 milhões - pés a 2,5 milhôes (pés) 12 km / 40.000 pés Sensores Aerotransportáveis 1 km / 3.000 pés Faixas de Aquisição das Imagens/Fotografias

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 • 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 • 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 • 1839 - NIEPCE e DAGUERRE desenvolveram o processo da fotografia; • 1849 - NADAR apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria; • 1913 - TARDIV apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria utilizando fotografias tiradas de avião (Aerofotogrametria); • 1920 - Primeiro trabalho de fotogrametria no Brasil; • A partir de 1990 a surgimento da Fotogrametria Digital.

13. Histórico da Fotogrametria

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

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.  P’  FC PP M 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

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) • 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. 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. Orientação Relativa – Componentes (2/5)

33. Orientação Relativa – Rotações (3/5)

34. Foto 1 3 4 1 2 modelo 5 6 Foto 2 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.

35. Orientação Relativa - Modelo orientado (5/5)

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

47. e 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