Aplicação da fotogrametria digital na obtenção de medidas confiáveis do corpo humano

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1 1 Aplicação da fotogrametria digital na obtenção de medidas confiáveis do corpo humano José Aguilar Pilon (CEFETES) Antonio Augusto de Paula Xavier (CEFET-PR) Resumo: Este trabalho tem por objetivo mostrar as precisões alcançadas na obtenção de medidas do corpo humano por meio da fotogrametria digital. O trabalho foi realizado sobre um modelo em madeira, no qual foram fixadas sete marcas de medição. As coordenadas das marcas de medição foram previamente medidas por topografia clássica, utilizando uma estação total. A partir da fotogrametria digital, as coordenadas das marcas de medição foram restituídas e comparadas com as obtidas pela topografia. Os resíduos entre as coordenadas foram encontrados e os resultados mostraram que a precisão alcançada pela fotogrametria digital a torna um método rápido e preciso para a obtenção de medidas do corpo humano. Palavras-chave: Antropometria;, Fotogrametria Digital; Estação Total. 1. Introdução A obtenção de medidas físicas do corpo humano, por meio de métodos diretos ou indiretos, é de vital importância para empresas, pois proporciona a melhoria dos postos de trabalho e o desenvolvimento de novos produtos, adaptando-os à anatomia dos usuários, permitindo maior conforto, menores riscos de acidentes e de doenças ocupacionais. A antropometria é a parte da ergonomia encarregada de obter essas medidas. Até a década de 40, do século passado, as medidas visavam apenas obter grandezas médias, como peso e estatura. Couto (1995), considera que a ergonomia moderna começou com a antropometria, e hoje os estudos antropométricos estão bastante disseminados, a ponto de permitirem a definição de alturas e distâncias corretas ainda na fase de projeto. Segundo Iida (2005), medir pessoas seria uma tarefa fácil, bastando, para isso, dispor de régua, trena e balança. Entretanto, isso não é tão simples assim, quando se pretende obter medidas representativas e confiáveis de uma população. No Brasil não existem medidas abrangentes e confiáveis da população. Os levantamentos existentes são restritos a determinadas regiões e atividades profissionais. Os estudos mais completos sobre o assunto são provenientes da Alemanha e dos Estados Unidos. Recentemente, surgiram também medidas de povos asiáticos, em função da emergência econômica dessa região. Uma das tabelas de medidas antropométricas mais completa, que se conhece, é a norma alemã DIN de junho de Ela apresenta medidas de 54 variáveis do corpo, sendo 9 do corpo em pé, 13 do corpo sentado, 22 da mão, 3 dos pés e 7 da cabeça. Muitos são os métodos empregados na obtenção de dados antropométricos. Dentre eles podemos citar o levantamento por fotogrametria. Até bem pouco tempo o emprego da fotogrametria era considerado impraticável, para essa finalidade, devido ao instrumental necessário e à exigência de mão-de-obra altamente especializada. No entanto, esses fatores estão sendo gradativamente minimizados com o avanço da informática, que permitiu o surgimento da fotogrametria digital. Os equipamentos fotogramétricos estão sendo substituídos por programas computacionais, proporcionando soluções rápidas e confiáveis, nas formas vetorial e raster.

2 2 Este trabalho tem como objetivo mostrar a precisão alcançada, por meio da fotogrametria digital, na obteção de medidas tridimensionais em um modelo de madeira. A pesquisa se justifica em função do pequeno número de informações disponíveis sobre as dimensões da população brasileira, podendo o resultado contribuir de alguma forma, na minimização desta carência. 2. Revisão de Bibliografia Segundo Dul e Weerdmeester (2004), a antropometria ocupa-se das dimensões e proporções do corpo humano. A antropometria trata das medidas fisiscas do corpo humano. Iida (2005), considera que a antropometria é dividida em três tipos: antropometria estática, dinâmica e funcional. antropometria estática é aquela em que as medições são realizadas com o corpo parado ou com poucos movimentos. Nela são selecionados e identificados alguns pontos anatômicos para a medição. A maioria das tabelas antropométricas disponíveis são estáticas e o seu emprego é recomendado a produtos em que o homem executa poucos movimentos; antropometria dinâmica mede os alcances dos movimentos. São medidos os movimentos de cada parte do corpo, mantendo-se o resto do corpo estático. O seu emprego é recomendado em trabalhos que exigem muitos movimentos corporais ou quando são manipuladas partes que se movimentam em máquinas ou postos de trabalho; antropometria funcional realiza as medições da pessoa executando uma tarefa específica. São realizadas medidas do corpo humano como um todo, executando determinada tarefa, uma vez que cada parte não se move isoladamente, mas há uma conjugação de diversos movimentos para realizar uma função. O grau de complexidade para realizar as medições entre os tipos de antropometria aumentam consideravelmente, exigindo, para cada tipo, uma metodologia apropriada. Segundo Couto (1995), fazer um estudo antropométrico da população trabalhadora (ou de uma amostra) é um procedimento extremamente simples, e que pode ser sofisticado até o nível que a imaginação humana puder atingir. Os métodos para realizar as medições antropométricas se classificam em dois tipos: diretos e indiretos. Os métodos diretos empregam instrumentos que realizam as medidas diretamente sobre o corpo humano usando-se réguas, trenas, paquímetros, balanças, dinamômetros e outros instrumentos semelhantes. Os métodos de medição direto são morosos e exaustivos, porém são os mais utilizados em levantamentos antropométricos. Os métodos indiretos empregam instrumentos capazes de obter as medidas sem contato físico com o corpo humano. Geralmente envolvem fotos do corpo ou partes dele contra uma malha quadriculada. Atualmente, uma outra forma de obter as medidas do corpo humano, sem que haja contato, é determiná-la por meio da fotogrametria digital. Segundo Andrade (1998), a fotogrametria é a ciência e tecnologia de obter informações confiáveis através de processos de registro, interpretação e mensuração de imagens. A Sociedade Americana de Fotogrametria e Sensoriamento Remoto (ASPRS) define fotogrametria como a arte, ciência e tecnologia de obter informação confiável sobre objetos físicos e meio-ambiente, por intermédio de processos de gravação, medição e interpretação de imagens e padrões de energia eletromagnética radiante e outros fenômenos. Brito e Coelho (2002) consideram que o objetivo principal da fotogrametria é a

3 3 reconstrução de um espaço tridimensional, chamado espaço objeto, a partir de imagens bidimensionais, chamadas de espaço imagem. Trata-se, portando, de uma transformação entre sistemas. O sistema bidimensional é denominado sistema fotográfico e o sistema tridimensional representa o sistema de coordenadas no terreno sobre o qual obtém-se as imagens. O sistema fotográfico tem origem no centro de seu quadro, e as coordenadas de suas marcas são determinadas pela calibração da câmera em laboratório. O sistema tridimensional pode ter origem local ou no centro de massa da Terra (Geocentro), muito utilizando em cartografia. Nesse sistema é necessário um conjunto de pontos, denominados pontos de controle, levantados diretamente no local, por meio de topografia, ou indiretamente, por intermédio de um processo denominado aerotriangulação. Com as coordenadas conhecidas nos dois sistemas, a transformação é implementada. Na obtenção de medidas antropométricas Couto (1995), considera que existem dois trabalhos de destaque no Brasil: um é o do desenhista industrial Ricardo Serrano, que criou uma cadeira especial para avaliações antropométricas, e o outro é o trabalho de Diva Maria Pires Ferreira, que desenvolveu pesquisa antropométrica muito bem estruturada em termos de metodologia e de material de pesquisa patrocinada pelo Instituto Nacional de Tecnologia do Ministério da Ciência e Tecnologia com 3100 trabalhadores da indústria de transformação do Rio de Janeiro. 3. Metodologia Para realizar o estudo de confiabilidade na medições realizadas por meio da fotogrametria digital, foi utilizado um modelo em madeira tridimensional, sobre o qual foram fixadas 7 (sete) marcas de medição. As coordenadas das marcas de medição foram previamente levantadas por meio topografia clássica, empregando uma estação total. Essas coordenadas serão usadas como referência para obter os resíduos entre as coordenadas geradas pela fotogrametria digital. A seguir são apresentados as etapas da metodologia empregada. 3.1 Planejamento e tomada das fotografias O levantamento fotográfico foi realizado com uma câmera métrica de médio formato Hasselblad modelo MKWE 70. Essa câmera possui as seguintes características técnicas: objetiva fixa Zeiss Biogon; formato = 50 X 50mm; focal = 37,67mm e placa de cristal Reseau onde estão gravadas a laser 25 cruzes de referência (marcas fiduciais). Para o planejamento das fotos considerou-se uma escala de 1/150 e recobrimento entre fotos de 80%. As fotografias foram tomadas a partir de duas posições (P1 e P2), com distâncias do objeto e entre as posições de acordo com o planejamento. Para a tomada das fotos a câmera foi fixada sobre um tripé. 3.2 Digitalização das fotografias Após a revelação do filme fotográfico, os negativos foram transformados para o meio digital. A conversão analógica/digital foi realizada por meio do scanner fotogramétrico Ultra Scan 5000 da Vexcel Imaging, com resolução geométrica de 10 µm (dez microns). 3.3 Levantamento dos pontos de controle O levantamento dos pontos de controle foi realizado por meio de topografia clássica (irradiação) empregando-se uma estação total Leica TPS 400. A estação utilizada possui as seguintes precisões: angular +/- 5 (cinco segundos) e linear +/- (3mm + 2ppm). Posicionada a estação total em um ponto qualquer (ponto A), foram feitas as colimações aos respectivos pontos de controle, armazenando as medidas na memória interna do

4 4 aparelho. As medidas armazenadas foram importadas em um programa de topografia que realizou o cálculo das coordenadas. As coordenadas dos pontos de controle adotou um referencial cartesiano tridimensional local. O eixo Y foi definido na direção do primeiro ponto de controle (ponto 1) e o eixo Z coincide com a vertical que passa pelo ponto A. Após a orientação no ponto de referência (ponto 1) foram irradiados os pontos de controle. 3.4 Restituição fotogramétrica das marcas de medição A partir das duas fotografias digitalizadas, obtidas das posições P1 e P2 foi criado um projeto dentro do programa de fotogrametria digital DVP (Digital Video Plotter). As fotos foram importadas e iniciadas as fases de orientação para a formação do modelo estereoscópio, sobre o qual serão restituídas as coordenadas. A primeira orientação é denominada interna e tem como objetivo o referenciamento da imagem em relação à câmera. O referenciamento ocorre em função das coordenadas conhecidas de marcas existentes na câmera e denominadas fiduciais. A câmera utilizada possui 25 marcas fiduciais. A segunda orientação é denominada relativa, e serve para reconstruir a posição da câmera durante a tomada das fotos. Para a realização dessa orientação são necessários, no mínimo, 6 pontos denominados pontos de Gruber, identificados em cada uma das imagem para posterior correlação. Ao final desta orientação o modelo estereoscópio estará formado. A última orientação, denominada absoluta, tem como objetivo escalar e nivelar o modelo estereoscópio. Essa operação é feita a partir dos pontos de controle. Para o trabalho eram conhecidos 8 pontos de controle. O número mínimo de pontos de controle para realizar a orientação absoluta é de 3 pontos. Após a conclusão das orientações, por meio do módulo de vetorização do programa DVP, foram restituídas as coordenadas das marcas de medição. Para a restituição das coordenadas nos pontos de medição, o operador apóia a marca índice sobre o objeto a ser restituído (ponto, linha ou polígono) e realiza o registro. Nesta fase é importe que o operador mantenha a marca índice apoiada sobre o modelo estereoscópio, no momento da medição, evitando erros acidentais na restituição. 4. Resultados O resultado da restituição nas marcas de medição é apresentado na tabela 1, por meio das coordenadas/fotogrametria. Os resíduos em cada componente foram obtidos a partir da diferença entre as coordenadas obtidas por meio da topografia e as coordenadas geradas a partir da restituição fotogramétrica. TABELA 1 - Coordenadas e resíduos das marcas de medição Marcas de Medição COORDENADAS Topografia Fotogrametria RESÍDUOS X(m) Y(m) Z(m) X(m) Y(m) Z(m) X(m) Y(m) Z(m) 9 0,368 7,180 1,647 0,367 7,178 1,647 0,001 0,002 0, ,209 7,158 1,364 0,208 7,155 1,362 0,001 0,003 0, ,574 7,220 1,374 0,576 7,221 1,371-0,002-0,001 0, ,406 7,196 1,176 0,404 7,195 1,177 0,002 0,001-0, ,400 7,199 0,769 0,399 7,196 0,767 0,001 0,003 0, ,262 7,177 0,333 0,262 7,176 0,335 0,000 0,001-0, ,512 7,219 0,333 0,511 7,217 0,333 0,001 0,002 0,000

5 5 A partir dos resultados apresentados na tabela 1, foram realizados os cálculos da média e do desvio padrão, da amostra, em cada componente dos resíduos. Para o cálculo da média considerou-se apenas os módulos dos resíduos, uma vez que o objetivo do trabalho é apresentar a confiabilidade das medidas, não importando sua posição em relação ao valor de referência (coordenada/topografia). A figura 1 mostra os resíduos. Os valores das médias em cada componente são: X = 0, 0011m ; Y = 0, 0019m ; Z = 0, 0014m. Os desvios padrão encontrado encontrados em cada componente foram: S X = 0, 0007m ; S Y = 0, 0009m ; S Z = 0, 0011m. O desvio padrão é, sem dúvida, a mais importante das medidas de dispersão. Segundo Lapponi (2000) nas distribuições simétricas com forma de sino, a porcentagem de valores contidos dentro de um desvio padrão é 68%, de dois desvios padrões é 95% e de três desvios padrões será próxima a 100%. Gráfico de Resíduos 0,004 0,003 Resíduos (m) 0,002 0,001 0,000-0,001-0,002-0,003 Marcas de Medição X 0,001 0,001-0,002 0,002 0,001 0,000 0,001 Y 0,002 0,003-0,001 0,001 0,003 0,001 0,002 Z 0,000 0,002 0,003-0,001 0,002-0,002 0,000 FIGURA 1 Distribuição dos resíduos em cada componente

6 6 5. Considerações finais A fotogrametria digital é uma forma rápida e confiável de obter medidas. Os resultados apresentados confirmam esta afirmativa. O surgimento da fotogrametria digital foi o maior avanço ocorrido na fotogrametria, simplesmente devido ao poder da tecnologia digital, tornando o processo simples e de fácil acesso. Cabe como última consideração salientar que neste estudo, foram analisados os resultados sobre um modelo em madeira. Medições feitas sobre o corpo humano, será objeto de estudo em trabalhos futuros. 6. Referências Bibliográficas ANDRADE, José Bittencourt de. Fotogrametria. Curitiba: SBEE, BRITO, Jorge Nunes; COELHO, Luiz. Fotogrametria Digital. Instituto Militar de Engenharia. 1a Ed. Rio de Janeiro, Brasil: COUTO, Hudson de Araujo. Ergonomia Aplica ao trabalho: o manual técnico da máquina humana. Belo Horizonte: Ergo, v. DUL, Jan; WEERMEESTER, Bernard. Ergonomia prática. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, p. IIDA, Itiro. Ergonomia: projeto e produção. 2. ed. São Paulo: Ergo, LAPPONI, Juan Carlos. Estatística Usando Exel. São Paulo: Lapponi Treinamento e Editora, 2000.