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Universidade do Minho/ Escola de Engenharia/ Departamento de Engenharia Civil/Topografia/Elisabete Freitas 1

FOTOGRAMETRIA


Fotogrametria

É a arte, ciência e tecnologia usadas para coligir informação

fiável, quer métrica quer semântica, acerca de objectos, por

meio da medição e interpretação de imagens obtidas através

de registos de radiação visível.

Projecções bidimensionais de um cenário

tridimensional que se pretende estudar.

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Objectivo da fotogrametria

Fazer a modelação tridimensional de uma cena fotografada

a partir de projecções bidimensionais que satisfazem

determinadas condições.

Baseia-se no funcionamento da visão humana.

Recorre a imagens tiradas com sobreposição e de pontos de

vista diferentes, para construir o modelo tridimensional de

um objecto.


A construção do modelo é feita a partir do estabelecimento

da correspondência entre conteúdos homólogos das

imagens (fotografias).

Descrição do cenário

A vectorização tridimensional ou estereoscópica é o

processo, manual ou automático, de compilar informação

vectorial classificada a partir de imagens com sobreposição,

para restituir o cenário fotografado.

Aquisição de dados

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A informação em

formato vectorial

permite definir um

posicionamento preciso

dos elementos no

espaço. Linhas, pontos

e áreas são definidos

sobre um espaço de

coordenadas contínuo

com tanta precisão

quanto se deseje.


Visão binocular e estereoscópica

Um objecto observado pelos dois olhos apresenta,

nas imagens que se formam na retina de cada olho,

diferentes posições relativas dos seus pontos.

paralaxe = diferença das

posições relativas dos mesmos

pontos em duas imagens .

As imagens retinianas são enviadas ao cérebro, o qual

funde a informação das duas imagens transformando

as paralaxes numa sensação tridimensional (estereo).

Visão espacial ou estereoscópica

Visão binocular

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Visão binocular e estereoscópica

Na visão estereoscópica artificial são fornecidas ao

cérebro duas imagens de um mesmo objecto obtidas

de pontos de vista diferentes, mas com os seus eixos

quase paralelos.

As imagens têm de se orientar de modo a imitar as

condições estereoscópicas naturais:

•cada olho recebe apenas uma das imagens;

•as imagens não podem ter paralaxe vertical;

•a paralaxe horizontal tem de estar entre 0 e 1,3 grados.


A partir das diferenças de paralaxes que os pontos do

objecto apresentam nas imagens é possível

determinar as diferenças de cotas entre esses pontos.

A paralaxe horizontal que cada ponto de um objecto

apresenta em duas imagens está directamente

relacionada com a sua distância ao observador.

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A paralaxe horizontal que cada ponto de um objecto

apresenta em duas imagens está directamente

relacionada com a sua distância ao observador.

Paralaxe

Marca flutuante:

é um cursor tridimensional que vai ser deslocado sobre o modelo estereoscópico pelo operador

Sistema de referência


Técnicas para obter estereoscopia artificialmente:

• anaglifos (filtros com cores complementares);

• imagens polarizadas (filtrar radiação luminosa);

• alternadores de imagem (visão alternada das imagensem cada olho através de óculos de cristal líquido);

• estereoscópios .

Estereoscópio de espelhos

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As fotografias são digitalizadas para permitirem o tratamento em formato digital da informação.


Após o cálculo e ajustamento das coordenadas dos

pontos de apoio, é extraída a informação semântica

da fotografia com auxílio de estereorestituidores.

Formam-se modelos

estereoscópicos dos

quais é restituída, a 3D,

toda a informação para

uma base de dados e,

posteriormente para a

carta.

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Geometria da fotografia aérea

Sistema de lentes

Vertical do lugar

(x,y) = sistema de fotocoordenadas

(materializado pelas marcas fiduciais)

O = ponto principal

(intersecção do plano do negativo com uma recta perpendicular que passa pelo centro do sistema de lentes)

Centro de colimação

(intersecção das marcas fiduciais da fotografia) ≈ ponto principal)

Direcção de voo


A fotografia é uma projecção centrale não normal como a cartografia

A escala da fotografia depende da distância que cada objecto está do centro de projecção

mH

c

M

1médiaEscala ==

em que:

C = distância focalHm = altitude média

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Deslocamento da imagem

devido à sua altitude acima

(ou abaixo) da superfície de

referência altimétrica.

A e A’ = pontos situados na mesma vertical do lugar

Não permite medições directas

rigorosas.


Câmaras e objectivas

Manter escala ≠ altura de voo

manter altura de voo ≠ escala

A selecção de diversas objectivas permite:

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Câmaras e objectivas

Leica RC30


Constituição de uma câmara aérea

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Operações elementares

Visam preparar as imagens para os processos de vectorização ou de ortorrectificação.

1) Orientação interna (para restituidores convencionais)

Relacionar o referencial imagem com o sistema dereferência instrumental.

Consiste em tornar a geometria interna dos 2projectores de cada imagem igual à da câmara métricaque adquiriu o par estereoscópico.


Operações elementares

2) Orientação relativa

Operação que possibilita construir e observar ummodelo esteroscópico pela determinação da posiçãorelativa das câmaras na altura das duas exposiçõesatravés da eliminação da paralaxe em x e y recorrendoa estereorestituidores.

O modelo estereoscópico fica referenciado a umsistema de coordenadas instrumental (ou calculado),tridimensional e arbitrário (referencial modelo).

Consiste em posicionar os projectores da mesmaforma que a câmara. Permite determinar a rotação nos3 eixos.

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3) Orientação absoluta

Permite estabelecer a relação entre o referencialmodelo e o referencial cartográfico.

Fases da orientação absoluta analógica:• determinar e dar escala ao modelo;• orientar o modelo em relação ao norte;

• nivelar o modelo (usar 4 pontos nos cantos do modelocom coordenadas cartográficas conhecidas).

Procedimento de georeferenciação


4) Orientação externa (de uma câmara)

Operação que se executa para determinar osparâmetros que posicionam no espaço objecto,terrestre ou cartográfico, a referida câmara – (x,y,z).

Consiste na determinação das coordenadas docentro de projecção e da sua altitude.

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Operações complementares

Definição do trabalho a realizar

Plano do voo fotográfico

Sinalização de pontos de apoio no terreno

Voo fotográfico

Marcação e transferência de pontos de apoio (na foto) (pa)

Determinação de coordenadas dos pa Coordenadas de pa conhecidas

Aerotriangulação

Coordenadas terreno dospontos de fotogramétricos

Elementos de orientação externa ou absoluta

Restituição


Planeamento da geometria da fotografia:

•base fotográfica;

•espaçamento entre fiadas;

•altura de voo;

•distância focal;

•dimensão da imagem.

Planeamento do voo:

• especificações técnicas (caract. da camâra fot. e do filme, escala,

altitude de voo, sobreposição transversal e longitudinal,

tolerâncias do desvio da vertical, altura mínima do sol, % de

cobertura de nuvens);

•mapa de voo (limites da área a cartografar, linhas de voo, pontos

onde se pretendem exposições – uso de GPS).

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Cobertura de uma área

Cobertura de uma faixa (estrada)


Sobreposição longitudinal

direcção de voo

Base(B)

base sobreposiçãolongitudinal

cobertura de uma fotografia

60%

fotos

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Sobreposição transversal

sobreposiçãotransversal

cobertura de uma fotografia 20 a 30%

fiada

distância entre fiadas

(A)


Pontos de apoio

São pontos sinalizados no terreno antes do voo de forma a

ficarem bem visíveis na fotografia. Estes pontos são

coordenados pelos topógrafos no terreno, sendo utilizados

na restituição do modelo.

A sua marcação na fotografia é feita com um alfinete e os

dados correspondentes são escritos no verso.

Para ser possível a orientação absoluta do modelo é

necessário conhecer-se pelo menos 2 pontos horizontais

(com coordenadas x e y conhecidas) e 3 pontos verticais

(com altitude conhecida).

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Ponto de passagem ou ligação

São pontos que só existem na imagem. As suas

coordenadas são determinadas por um sistema de

posicionamento fotogramétrico (triangulação), sendo

utilizados para orientar os modelos estereoscópicos.

Habitualmente são usados 6 pontos por modelo, no

entanto o número mínimo é 3.

Ponto de passagem ou ligação

Ponto de principal

(coincidente com o ponto nadiral em foto vertical)


sobreposição transversal

fiada 1 – linha de voo

fiada 2 – linha de voo

sobreposição de 3 fotos

modelo útil

(área em que se deve

vectorizar a informação)

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Aerotriangulação

Técnica de posicionamento que, a partir de alguns pontos

de apoio, permite gerar as coordenadas dos 6 pontos que

irão servir para a orientação absoluta dos modelos

estereoscópicos e posterior compilação dos dados.

Fases:

1. introdução das coordenadas dos pa num programa;

2. medição das coordenadas fotogramétricas no estereorestituidordos pontos de apoio e de passagem;

3. Compensação das medições e ajustamento ao terreno usandoos pa;

4. Cálculo das coordenadas terreno de todos os pontosfotogramétricos;

5. Determinação dos elementos de orientação externa dasfotografias e de orientação absoluta dos modelos;

6. Controlo do ajustamento através de pontos de controlo nãoutilizados nos cálculos.


Pontos fotogramétricos

Pontos do terreno cujas fotocoordenadas são determinadas

por aerotriangulação (ou fototriangulação)

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Quais as diferenças entre uma fotografia aérea e uma carta?

?


Uma carta é uma projecção ortogonal do terreno enquanto

que a fotografia é uma projecção central do terreno.

A carta tem uma escala uniforme enquanto que a fotografia

apresenta distorções projectivas (inclinação do eixo óptico)

e perspectivas (relevo do terreno) que fazem com que a

escala varie.

Só existe semelhança geométrica entre uma carta e uma

fotografia aérea dum mesmo local se a foto for

rigorosamente vertical e o terreno for plano e horizontal.

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Ortofotografia

Correcção das fotografias devido às distorções projectivas e perspectivas:

1) rectificação;

2) ortorectificação.

Rectificação

Corrige o efeito projectivo, através da projecção do

negativo da fotografia em papel fotográfico virgem,

de forma a eliminar o desvio do eixo da câmara em

relação à vertical.


Ortorectificação

Corrige os efeitos projectivo e perspectivo, tornando

a escala da imagem uniforme, recorrendo a modelos

numéricos do terreno.

Requer informação precisa e densa do relevo.

http://ortos.igeo.pt/ortofotoshttp://ortos.igeo.pt/ortofotos

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