Fotogrametria e scanner a laser. Camila D. Viana

Transcrição

1 Fotogrametria e scanner a laser Camila D. Viana

2 FOTOGRAMETRIA

3 FOTOGRAMETRIA photon graphos metron Informações confiáveis por meio de sensores 2D 3D Estereoscopia 1849 Aimé Laussedat Digital

4 CARACTERÍSTICAS ORIENTAÇÃO EXTERIOR Posição da câmera no espaço e a direção da visada COORDENADAS DAS IMAGENS Localização dos pontos do objeto na imagem OBSERVAÇÕES ADICIONAIS (escala, pontos fixos) MÉTODOS MODELO(S) DA(S) CÂMERA(S) Parâmetros geométricos (distância focal, distorção) COORDENADAS 3D Localização dos pontos da objeto no espaço

5 Shape from Stereo vs. Structure from Motion

6 PROGRAMAS SfM Visual SFM Photoscan ATOR Photomodeler

7 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

8 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

9 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

10 Calibração PROCESSAMENTO Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Mask Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

11 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

12 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

13 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

14 PROCESSAMENTO Calibração Locação de pontos de controle Aquisição de imagens Processamento/ Ajustes Correspondência de imagens Reconstrução de pontos, triangulação e alinhamento de imagem Registro Merge AMBIENTE COMPUTACIONAL

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16 LASER SCANNER

17 Laser Scanner LiDAR (Light Detection And Ranging) Airborne Laser Swath Mapping (ALSM) Terrestrial Laser Scanner (TLS)

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19 VANTAGENS Não requer luz ambiente Alta densidade de dados, automático Utilizável em qualquer superfície Relativamente rápido ( pt/s) DESVANTAGENS Afetado por outras fontes de luz, refletividade, cor e rugosidade Temperatura Distorção de movimento Tempo de aquisição

20 LiDAR aeroportado Precisão vertical ~15 cm Diâmetro do laser cm 10 6 a 10 9 medidas da superfície, vegetação e estruturas Nuvem de pontos (coordenadas x,y,z) = dado fundamental do LiDAR

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24 GERAÇÃO DE DADOS Nuvem de pontos TIN Sistema de aquisição: Informação do ponto/superfície Densidade de pontos Precisão relativa Precisão absoluta Resolução espacial Intervalo de trabalho Processamento MeshLab, CloudCompare etc. Tavani et al

25 APLICAÇÕES Arqueologia/ Paleontologia Geomorfologia/ Geomorfometria Estabilidade de taludes Geologia estrutural Sedimentologia Patrimônio natural Documentação (sítos, obras, afloramentos) Acompanhamento de lavra Monitoramento Mapeamento Túneis Ensino Topografia Mecânica de rochas Etc.

26 PhotoModeler

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28 Amostragem de planos individuais 13 m Total: 115

29 Drones, UAVs, VANTs

30 Principais produtos DEM/MDE : Modelo Digital de Elevação Relevo sombreado, orientação/inclinação de vertentes... Nuvem de pontos TIN Ortofotos

31 Modelos digitais

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34 Nível do solo 1. O solo é uma superfície suavizada Remoção de picos (despike), algoritmos iterativos de interpretação linear 2. O solo é contínuo No-multiples algorithm 3. O solo é a superfície mais baixa da vizinhança Block-minimum algorithms

35 Despike 1. Sinalizar todos os pontos como pertencentes ao solo 2. Repetir: construir TIN (triangulated irregular network) dos pontos marcados como solo Identificar pontos que definem fortes curvaturas positivas Sinalizar estes pontos como não pertencentes ao solo 3. Até que nenhum ou poucos pontos estejam sinalizados

36 Comece com terreno misturado com copa das árvores (por exemplo, últimos dados de retorno), criação da TIN

37 Sinalizar pontos que definem picos (altas convexidades)

38 Refaz a TIN

39 Sinalizar pontos que definem picos (altas convexidades)

40 Refaz a TIN

41 Sinalizar pontos que definem picos (altas convexidades)

42 Refaz a TIN

43 Despike Vantagens Funciona É automático (barato!) Premissas explícitas Pode preservar quebras Aparenta reter mais pontos da superfície do solo do que outros algoritmos Desvantagens Remove alguns cantos Gera superfícies ásperas Computacionalmente custoso Sensível a erros negativos

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45 Fontes de LiDAR gratuitas Open Topography - USGS Earth Explorer United States Interagency Elevation Inventory - NOAA Digital Coast - LIDAR Online - National Ecological Observatory Network NEON -

46 Prática 1: levantamento fotogramétrico com drone Na pasta vocês irão encontrar os seguintes arquivos: MDE_4cm : arquivo raster do Modelo Digital de Elevação com resolução de 4cm da comunidade Mosaico_4cm: arquivo raster do mosaico ortorretificado com resolução de 4cm Rio : Shapefile do rio que corta a área No ArcMAP: Gerar o Hillshade do MDE_4cm

47 ArcScene: visualizador 3D do ArcGIS AddData adicionar o MDE_4cm, rio e Mosaico_4cm Nas propriedades de cada um dos layers: Base Heights selecionar floating on a custom surface e indicar o caminho do MDE_4cm Para a shape do rio, colocar o valor de Layer offset = 10

48 Prática 2: dados de LiDAR para área com gelo Na pasta vocês irão encontrar os seguintes arquivos: MDE_snowon : arquivo raster do Modelo Digital de Elevação com resolução de 1m no período de inverno MDE_snowoff: arquivo raster do Modelo Digital de Elevação com resolução de 1m no período de degelo

49 ArcScene: visualizador 3D do ArcGIS AddData adicionar o MDE_snowon e MDE_snowoff Nas propriedades de cada um dos layers: Base Heights selecionar floating on a custom surface e indicar o caminho do próprio MDE Colorir cada um dos MDE com uma cor diferente

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51 ArcMap 1. Gerar o Hillshade dos MDE 2. Usando a ferramenta Raster calculator, subtrair do MDE_snowoff do MDE_snowon 3. Classificar o resultado e sobrepor com transparência no Hillshade