Fotogrametria. João Matos Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura

Transcrição

1 Fotogrametria João Matos Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura (Versão 1.0) 11 de Abril de 2007

2 Motivação Fotogrametria como processo de produção de cartografia com um mínimo de deslocação ao terreno. A fotogrametria na cadeia de produção cartográfica.

3 Definições Fotogrametria é o processo de derivação de informação métrica de um objecto através de medições feitas em fotografias desse objecto Foto-interpretação é a extracção de informação qualitativa dos objectos fotografados por análise visual humana O termo Detecção Remota é introduzido posteriormente aos anteriores e abrange a fotogrametria e a foto-interpretação, integrando técnicas computacionais em complemento à análise visual, tendo com aplicação a imagens em geral e não somente a fotografias. (Mikhail et alli, 2001)

4 Notas Históricas sobre Fotogrametria Início do sec. XIX desenvolvimento da fotografia por Niepce e Daguerre 1858 Nadar faz fotografia a partir de balão 1895 Laussedat desenvolve a primeira câmara e procedimentos para medições fotogramétricas (que designa por metrophotographic) 1909 Primeiras fotografias tiradas a partir de avião por Wilbur Wright 1911 von Orel e Zeiss produzem o primeiro stereoautograph para desenho a partir de fotografias terrestres 1923 Heinrich Wild produz o Autograph A Wild A Desenvolvimento do Balplex na Bausch & Lomb 1960 Yzerman e Kern desenvolvem o restituidor PGS 1961 Restituidor Analítico desenvolvido por Uki Helava

5 Felix Tournachon (Nadar) Foto de paris (1860) Balão utilizado por Nadar

6 Fotografia Aérea (1ª Guerra Mundial)

7 Model A Reading plotter

8 Notas Históricas sobre Fotogrametria em Portugal Os Serviços Cartográficos do Exército (SCE) introduzem em 1937 os processos fotogramétricos na cadeia de produção com o sistema Multiplex Bausch&Lomb. A partir de 1940 os métodos clássicos de levantamento são substituídos nos SCE pelos processos fotogramátricos com restituidores fotogramétricos Wild A5 e A6. A primeira cobertura nacional de fotografia aérea foi realizada pela Royal Air Force em 1948, num voo à escala 1:30000 destinado a apoiar a série cartográfica 1:25000 dos Serviços Cartográficos do Exército. A USAF realizou em 1958 um voo com cobertura nacional destinado à produção de cartografia NATO à escala 1: A fotogrametria aérea, como técnica de produção cartográfica no sector empresarial, foi iniciada em Portugal em 1937 pela Sociedade Portuguesa de Levantamentos Aéreos, Lda. (SPLAL). A SPLAL teve como um dos sócios fundadores e director técnico o General José Norton de Matos, director dos serviços de geodesia e agrimensura na Índia de 1890 a 1900 e personagem público notável da primeira metade do século XX português (foi professor da disciplina de Topografia no Instituto Superior Técnico). Esta empresa aplicou processos fotogramétricos no levantamento à escala 1:2000 e 1:5000 da Costa do Sol e colaborou até 1946 na execução da cartografia 1:25000 dos SCE. Esta empresa funcionou até 1949.

9 Avião e equipamento de fotografia aérea utilizados pela Artop na década de 1950.

10 Princípios geométricos da Fotogrametria escala = f H h

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12 rb = D rt D f H f = H h, D = Hr f, D = B r T ( H h) f HΔr r T = h

13 B = ( H h) ou ( H h) = p f Bf p

14 ( ) B h H f p h H h H Bf p Bf h h H Bf p p p fazendo p p p Bf p p p p Bf p p Bf h p Bf p Bf h H h H h h h Δ = Δ = Δ = Δ = = = Δ = = = Δ ) ( ) ( ) ( p b h H h Δ = Δ ) ( f/(h-h) é a escala nominal da fotografia f/(h-h)b é a base à escala nominal da fotografia

15 mm mm mm P mm mm mm P B A 74 ) 32 ( ) 30 ( 40 = = = = m mm mm mm m b P P h H h B A 5 23, ) ( = = = Δ

16 Paralaxe e estereoscopia

17 Sobreposição entre fotografias aéreas adjacentes numa mesma fiada

18 Simulação de visão estereoscópica com pares de fotografia aéreas

19 Paralaxe de pontos conjugados varia com a altitude

20 Processo Fotogramétrico de Produção de Cartografia

21 Escala média de voo Escala da cartografia Altitude média acima do terreno 1/ / m 1/ / m 1/ / m 1/ / m Escolha da escala média de voo (câmara com 152mm de dist. focal).

22 Aquisição da Fotografia Aérea Z/I Imaging, Digital Mapping Camera (DMC) RC30 Aerial Camera System

23 Scanner para digitalização de filme diapositivo

24 Construção dos Modelos Estereoscópicos Orientação Relativa : Formação do modelo estereoscópico garantindo que os raios de pontos conjugados se intersectam, reconstruindo a geometria epipolar. Orientação Absoluta: Estabelecimento da relação entre o espaço do modelo e o sistema de coordenadas do espaço do objecto A orientação absoluta requer a utilização de coordenadas de pontos identificáveis na fotografia (pontos fotogramétricos). O número de pontos cujas coordenadas são determinadas no terreno é reduzido através do processo de aerotriangulação. A utilização de GPS a bordo do avião, juntamente com sistemas inerciais, veio ainda contribuir para o melhoramento do processo de aerotriangulação.

25 - PF plani-altimétrico - PF planimétrico - PF altimétrico Fiada de fotografias e Pontos de Apoio Fotogramétrico Ponto Fotogramétrico Artificial (danificado)

26 Equipamentos de Restituição Fotogramétrica

27 Resultado da restituição fotogramétrica e imagem ortorrectificada em fundo

28 Digitalização Voo Apoio de campo Aerotriangulação Cadeia de Produção Cartográfica Orientação de Modelos Restituição Edição Completagem

29 Cobertura aerofotográfica Conjunto de fotografias aéreas cobrindo uma dada área. Apoio fotogramétrico Conjunto de pontos, designados por Pontos Fotogramétricos, dos quais são determinadas as coordenadas e que se destinam a suportar a operação de aerotriangulação e a orientação de modelos fotogramétricos. Aerotriangulação Operação que permite a determinação de um número suplementar de pontos para orientação dos modelos fotogramétricos, realizada sobre um conjunto de modelos fotogramétricos com recurso a Pontos Fotogramétricos coordenados no terreno e opcionalmente à posição da câmara fotográfica. Restituição Fotogramétrica Operação de desenho tridimensional realizada sobre modelos fotogramétricos tendo como objectivo a representação geométrica de características geográficas. Habitualmente considera-se parte deste processo a componente de foto-interpretação que permite alguma descriminação temática das características geográficas representadas. Completagem de campo Operação complementar da restituição fotogramétrica, consistindo na aquisição de informação posicional e temática não perceptível nas fotografias aéreas. Edição Operação realizada sobre o desenho cartográfico que comporta o acréscimo ou a eliminação de elementos gráficos do desenho, assim como a alteração das suas propriedades.

30 Ortorrectificação Correcção da distorsão da câmara e do relevo

31 Fotografia ortorrectificada (com o efeito visível na margem)

32 Imagem Ikonos ortorrectificada (com o efeito visível na margem)

33 Fotogrametria Terrestre

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37 Leica R5 Elcovision Levantamento de apoio à desmontagem do Cais das Colunas - MELIOBRA (1997)

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40 Levantamento de Antas e Menires no Concelho de Arraiolos (1993)

41 Fotogrametria Monoscópica

42 Correcção geométrica numa perspectiva muito desfavorável

43 Pórtico no Castelo de S. Jorge

44 (Baratin et allii - Universidade de Bolonha)

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46 Questões de consolidação e revisão de conhecimentos Porque razão não se devem realizar voos para fotogrametria no período que medeia aproximadamente entre Novembro e Fevereiro? Qual a diferença entre um ortofoto e uma fotografia aérea? Porque razão as fiadas de fotografias aéreas são feitas com sobreposição lateral e longitudinal? Qual a finalidade da aerotriangulação? Sugestões de Pesquisa Fotogrametria Moderna: Analytica e Digital; José Luís Lerma Garcia. Ed. Universidade Politécnica de Valência, 2002 Aerial Photography and Image Interpretation; David paine, James Kiser. Ed. John Wiley & Sons, Introduction to Modern Photogrammetry; Edward Mikhail, James Bethel, J.Chris McGlone. Ed. John Wiley& Sons, 2001

47 Casos de aplicação Cadernos de encargos para aquisição de cartografia e trabalhos topográficos à escala 1/1000 utilizados por uma empresa de engenharia.