FOTOGRAMETRIA DIGITAL. Rogério Mercandelle Santana Universidade Federal de Viçosa Departamento de Solos

Transcrição

1 FOTOGRAMETRIA DIGITAL Rogério Mercandelle Santana Universidade Federal de Viçosa Departamento de Solos

2 O que é Fotogrametria? A Fotogrametria é, segundo a American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, 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 (ASP, 1980).

3 O que é Fotogrametria? Origem e evolução. ão. Em seu curso, passou pela fotogrametria de prancheta, fotogrametria analógica, fotogrametria analítica e, posteriormente, pela sua fase atual, a fotogrametria digital (KONECNY, 1994). Obtenção, tratamento e utilização.

4 Obtenção

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7 Tratamento

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9 Definições e Aplicações Fotogrametria métrica: m trica: definição de elementos gráficos (distâncias, ângulos, áreas, volumes, elevações, formas, etc). Fotogrametria interpretativa: análise e definição de propriedades e padrões dos objetos existentes na fotografia. Fusão das duas - construção de mapas de feições baseados nas diferentes repostas espectrais fornecidas por cada uma das feições do terreno. Aplicações: ões: Através da fotogrametria torna-se possível a reconstrução de um espaço tridimensional (chamado de espaço-objeto), a partir de imagens bidimensionais (chamadas de espaço-imagem). Essa reconstrução permite a análise completa do espaço em estudo, obtendo e extraindo todas as informações que a escala de trabalho permite. Para tal fim, faz-se uso de uma extensa formulação matemática visando dar tratamento cartográfico as informações obtidas.

10 Conceitos fotogramétricos tricos Escalas; Por exemplo, para uma fotografia aérea obtida com uma câmara com distância focal f=153 mm e uma altura de vôo H=1.224 m, a escala da foto será :

11 Conceitos fotogramétricos tricos Cobertura Aerofotogramétrica trica - superposi superposição entre fotos (60%) e entre faixas (20-30%), permitindo que toda a região de interesse seja imageada, propiciando visão estereoscópica.

12 Conceitos fotogramétricos tricos Estereoscopia: Fenômeno ou técnica de se obter imagens tridimensionais a partir de imagens bidimensionais. Imagem estereoscópica é o resultado da superposição longitudinal entre duas aerofotos consecutivas. A superposição conhecida como Recobrimento Longitudinal é o percentual que uma determinada fotografia superpõe em relação a uma fotografia consecutiva em uma faixa de vôo. Visão sem estereoscopia: depende da experiência pessoal sobre profundidade visual, relevo é percebido pelo auxilio das sombras que os objetos projetam (pouco desejável em fotografias aéreas) Em terrenos de com tonalidades uniformes (ex. mata densa) e sem sombras o terreno apresenta-se como plano mesmo em uma região acidentada. Visão com estereoscopia: visualização em 3D, melhor precisão no detalhamento das feições, possibilidade da obtenção de curvas de nível e modelos digitais do terreno.

13 Par estereoscópico

14 Conceitos fotogramétricos tricos Sistemas de coordenadas: Sistemas de coordenadas de pixel; Sistema de coordenadas de imagem;

15 Conceitos fotogramétricos tricos Sistemas de coordenadas Sistemas de coordenadas de pixel e de imagem.

16 Conceitos fotogramétricos tricos Sistemas de coordenadas Sistema de coordenadas espaciais da imagem; Sistema de coordenadas do terreno;

17 Conceitos fotogramétricos tricos Sistemas de coordenadas Sistema de coordenadas geocêntricas e topocêntricas: topocêntricas: As aplicações fotogramétricas consideram o efeito da curvatura terrestre em suas rotinas de cálculos. Para tal, utilizam-se de valores de correção ou aplicação de sistemas que levam em consideração a curvatura terrestre. Sistema topocêntrico toma como referência inicial um ponto na superfície terrestre. No Brasil, este ponto pertence ao Sistema Geodésico Brasileiro e está localizado em Chuá (MG). O sistema geocêntrico vem sendo utilizado internacionalmente porque permite a padronização na confecção dos mapas -já que a referência é o centro da Terra e não um ponto em cada país.

18 Fotogrametria Digital Tratamento até o seu uso em SIG Etapas: 1. Orientação Interior; 2. Orientação Exterior; 3. Triangulação; 4. Extração do Modelo Digital de Elevação (MDE); 5. Ortoretificação; 6. Mosaico; 7. Delimitação de feições em estereoscopia - 3D (base para SIG).

19 Orientação Interior Reconstrução da geometria interior da câmera ou sensor no momento que a imagem foi obtida. Ponto Principal (o); Distância Focal (ƒ); Marcas Fiduciais; Distorção da Lente (radial e tangencial def. laboratório) Geometria Interna e variáveis associadas a uma imagem capturada por uma câmera aérea.

20 Elementos da Orientação Exterior Orientação Exterior Define a posição e a orientação angular (atitude) associada com uma imagem (relação entre sistemas de coordenadas). Conhecido O Centro da Perspectiva (O) X0,Y0, e Z0 (altitude) Os ângulos de rotação (Indicam a relação existente entre os sistemas de coordenadas): Omega (ω) = rotação ao redor do eixo fotográfico x; Phi (ϕ) = rotação ao redor do eixo fotográfico y; Kappa (κ) = rotação ao redor do eixo fotográfico z.

21 Equação de Colinearidade O vetor da imagem e o vetor do terreno são colineares, admitindo que uma linha reta se estenda desde o ponto de exposição passando pelo ponto da imagem até o ponto no terreno. Os vetores da imagem e do terreno são colineares apresentando-se um como escalar (k) múltiplo m do outro. M = Matiz de Rotação

22 Técnicas Fotogramétricas tricas Propiciam: Obtenção automática tica de elevações; Ortorretificação de imagens; Criação de pares estereoscópicos; Determinação da posição precisa de objetos; Expansão de pontos de controle. Dificuldades: Parâmetros de orientação interior para cada imagem; Parâmetros de orientação exterior para cada imagem e; Representação precisa do terreno. Objetivo: obtenção dos parâmetros de orientação interior e exterior para cada imagem do bloco de trabalho, com o menor número n possível de Pontos de Controle de Terreno (PCT) Técnicas: Ressecção espacial, Intersecção espacial sucessiva e ajuste conjunto do bloco de imagens.

23 Pontos de Controle Feições identificáveis no terreno ( (X, Y e Z conhecidas) Estabelecem relação precisa entre as imagens, a câmera ou sensor e o terreno (espaço o imagem e espaço o terreno). Teoricamente - dois PCT com X, Y e Z e um PCT Z (sete observao bservações (ERDAS 2003). Determinam: Um fator de escala (diferença a de escala entre o espaço o da imagem e o espaço o do terreno) X, Y e Z (determina as diferenças de posição entre o espaço o da imagem e o espaço o do terreno); Os três ângulos de rotação ão,, omega, phi e kappa (definem a rotação entre o espaço o da imagem e o espaço o do terreno)

24 Distribuição de Pontos de Controle de Campo (PCT) em faixas formando um bloco de imagens.

25 Pontos de Amarração Em um bloco de imagem. Em uma imagem. Fácil identificação no terreno em duas ou mais imagens (não possuem coordenadas conhecidas). Coordenadas calculadas no processo de triangulação em bloco. Bem distribuídos dos no bloco garantem a qualidade no processo de triangulação. Recomenda-se nove pontos de amarração para cada imagem do bloco (ERDAS 2003). Algoritmos de coleta automática tica de pontos de amarração.

26 Aerotriangulação e Extração automática tica do Modelo Digital de Elevação (MDE) Aerotriangulação: é a densificação de Pontos de Controle utilizados na correlação entre a imagem das fotos aéreas a e o Sistema de Coordenadas do mapeamento, partindo de poucos pontos de coordenadas conhecidas nos dois Sistemas (foto e terreno) e que serão utilizados na solução matemática tica para o ajuste do bloco de imagens. Extração automática tica do MDE: Utilizada após s o ajuste do bloco de imagem através s da aerotriagulação. Utiliza de algoritmos complexos para analisar duas imagens e determinar e determinar as coordenadas tridimensionais (X, Y, Z), no sistema de projeção do bloco de imagens. O MDE é utilizado no processo final que é a Ortoretificação.

27 Ortorretificação Produto - ortoimagem corrigida de distorções: posição do sensor, relevo e curvatura terrestre e projeção cartográfica. Ortoimagem - fotografia ou imagem com uma projeção ortográfica. (perpendicular ao terreno) Vantagens - medidas sobre a imagem correspondem às realizadas sobre a superfície do terreno. Para correção do relevo implica a necessidade de um Modelo Numérico de Elevação (MNE). Correção dos erros geométricos: Orientação da câmera e do sensor (Met. Min Quadrados); Erros sistemáticos ticos associados com a câmera ou sensor (auto-ajuste ajuste de blocos); Curvatura terrestre (triangulação em bloco); Deslocamento devido ao relevo (MNE).

28 Exemplo: Fotos aéreas a não convencionais - Antártica Bloco de imagens sem restituição digital: 1. Imagens deslocadas; 2. Sem correções; 3. Uso inadequado para mosaicos e SIG (mesmo sendo comumente utilizadas para esses fins)

29 Coleta de pontos de controle.

30 Bloco de imagens com pontos de controle representados por triângulos e pontos de amarração representados por quadrados.

31 Imagem original (à esquerda) e sua parte ortorretificada (à direita).

32 Resultado preliminar do processo de mosaicagem onde se observa as diferenças nos padrões de cores e luminosidade.

33 Linhas de corte na preparação do mosaico.

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36 Utilização das ortofotos Determinação precisa de feições.

37 Utilização das ortofotos Análise tridimensional do terreno através s de softwares de SIG.

38 Utilização das ortofotos Análise tridimensional do terreno através s de softwares de SIG.

39 Utilização das ortofotos Apresentação de projetos.

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47 Resolução interpretação - Identificação

48 Fotografias X Imagens Orbitais de alta resolução

49 Perguntas??? Pesquisa WEB: Escola Técnica federal de Santa Catarina - NOÇÕES DE AEROFOTOGRAMETRIA; Leica Geographic Imaging Jairo R. Linares Leica GIS & Mapping; FOTOGRAMETRIA & DETECÇÃO REMOTA - Miguel Baio ESTBarreiro IPS; Visão Estereoscópica, Realidade Virtual, Realidade Aumentada e Colaboração Alberto B. Raposo, Flávio Szenberg, Marcelo Gattass, Waldemar Celes; HISTORY OF PHOTOGRAMMETRY Surveying Engineering Department Ferris State University; Visão Estereoscópica, Realidade Virtual, Realidade Aumentada e Colaboração Alberto B. Raposo, Flávio Szenberg, Marcelo Gattass, Waldemar Celes; Santana, Rogério Mercandelle. Tese de Doutorado em Engenharia Civil. Universidade Federal de Viçosa, UFV, Brasil. Mapeamento de Geounidades do Meio Físico e Biótico em área da Antártica Marítima, 2006.