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MINISTÉRIO DA DEFESA
EXÉRCITO BRASILEIRO
SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CARTOGRÁFICA
1o Ten LUIZ CARLOS TEIXEIRA COELHO FILHO
ESTAÇÃO FOTOGRAMÉTRICA DIGITAL
Rio de Janeiro
2002
1
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
1o Ten LUIZ CARLOS TEIXEIRA COELHO FILHO
ESTAÇÃO FOTOGRAMÉTRICA DIGITAL
Projeto Final de Curso apresentado ao Curso de
Graduação em Engenharia Cartográfica como requisito
parcial para a obtenção do Grau de Engenheiro
Cartógrafo.
Orientador: Cel R/1 Jorge Luís Nunes e Silva Brito - Ph.D.
Rio de Janeiro
2002
2
c2002
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha
Rio de Janeiro - RJ CEP: 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo
em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de
arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas
deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser
fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade
comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do autor e do
orientador.
Coelho F., Luiz C. T.Estação Fotogramétrica Digital / Luiz Carlos Teixeira Coelho Filho. - Rio de Janeiro :Instituto Militar de Engenharia, 2002.
35 f. : il., graf., tab. : - cm.
Projeto Final de Curso - Instituto Militar de Engenharia, 2002.
3
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
1o Ten LUIZ CARLOS TEIXEIRA COELHO FILHO
ESTAÇÃO FOTOGRAMÉTRICA DIGITAL
Projeto Final de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia
Cartográfica como requisito parcial para a obtenção do Grau de Engenheiro Cartógrafo.
Orientador: Cel R/1 Jorge Luís Nunes e Silva Brito - Ph.D.
Aprovado em 28 de outubro de 2002 pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Cel R/1 Jorge Luís Nunes e Silva Brito – Ph.D. (OSU) – Presidente
_______________________________________________________________
Prof. Oscar Ricardo Vergara – D. Eng. (USP)
_______________________________________________________________
Prof. Walter da Silva Prado – M. C. (INPE)
Rio de Janeiro
2002
4
DEDICATÓRIA
Dedico esta obra a todos aqueles que me ajudaram a chegar neste ponto através de
seu valioso incentivo, esperando que, com este trabalho, tenha podido acrescentar mais um
pequeno tijolo na imensa parede do conhecimento e que as gerações futuras de
engenheiros cartógrafos possam se beneficiar do projeto E-FOTO, perdendo seus traumas
em enveredar-se pelos caminhos da fotogrametria digital.
5
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, Cel NUNES, que, desde 1998 tem me guiado pelo caminho da
pesquisa científica e a quem, hoje em dia, já posso considerar em vários aspectos muito
mais que um mero tutor. Somente através da sua confiança em minha motivação e meu
potencial, pude conseguir propor este trabalho, aparentemente superdimensionado, mas
que felizmente chegou a atender a todos os objetivos propostos.
Aos professores e pessoal de nível técnico do Departamento de Engenharia
Cartográfica, os quais puderam me proporcionar um ambiente de tranqüilidade para que
pudesse desenvolver com segurança meu projeto de pesquisa.
Aos meus colegas da DSG (Tenentes BARRETO, MORAIS e FELIPE), do 4o Ano de
Engenharia Cartográfica e do 5o Ano, de inúmeras especialidades (em especial os Tenentes
DE ARAÚJO, GIOVANA e RAFAEL CORRÊA), sem a motivação dos quais seguramente
não teria chegado tão longe. Além destes, cabe ressaltar o papel fundamental do também
colega de turma Aspirante-a-Oficial HANS, que convenceu-me a usar o binômio C++/Qt, e
que, eventualmente, teve de dar-me suporte quanto ao desenvolvimento de software
através destas ferramentas.
Ao IME e ao Exército Brasileiro, organização e instituição que, com suas
peculiaridades e idiossincrasias aprendi a respeitar e amar.
À minha família, um agradecimento em especial, pois, mesmo muitas vezes não
tendo quase nenhuma noção do que eu estava a desenvolver, sempre deu seu suporte
material e espiritual.
E, sobretudo, ao Senhor Deus, que é o grande responsável por tudo o que foi citado
nos parágrafos acima e, principalmente pelo que será descrito nas páginas a seguir.
6
EPÍGRAFE
“ meu rosto agorasobrevoa
sem barulhoessa fotografia aérea
Aqui estánum papel
a cidade que houve(e não me ouve)
com suas águas e seus manguesaqui está
(no papel)uma tarde que houve
com suas ruas e casasuma tarde
com seus espelhose vozes (voadas
na poeira)uma tarde que houve numa cidade
aqui estáno papel que (se quisermos) podemos rasgar ”
Ferreira Gullar – “Uma Fotografia Aérea”
7
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ........................................................................................... 09
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................... 10
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS .................................................................. 11
LISTA DE SIGLAS ........................................................................................................ 12
RESUMO ....................................................................................................................... 13
ABSTRACT ................................................................................................................... 14
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 15
1.1 A Fotogrametria ao Longo da História ............................................................. 15
1.2 Enquadramento do Projeto .............................................................................. 16
1.3. Fotogrametria Digital no IME ............................................................................ 16
1.4 Motivação .......................................................................................................... 17
2 METODOLOGIA................................................................................................ 19
2.1 O Projeto E-FOTO............................................................................................. 19
2.2 Objetivos do PROFIC........................................................................................ 23
2.3 Métodos e Técnicas de Elaboração dos Componentes.................................. 24
3 RESULTADOS.................................................................................................. 31
3.1 Desempenho dos Programas.......................................................................... 31
3.2 Utilização do Material Didático......................................................................... 32
3.3 Sugestões para Trabalhos Futuros.................................................................. 33
4 CONCLUSÕES.................................................................................................. 34
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................. 35
ANEXO: VERSÃO IMPRESSA DO E-BOOK SOBRE FOTOGRAMETRIA DIGITAL
8
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1.1 – Enquadramento do PROFIC ............................................................... 16
Figura 1.2 – Componentes do Projeto .................................................................... 18
Figura 2.1 – Fluxograma do Projeto E-FOTO ......................................................... 19
Figura 2.2 – Tutorial de Fotogrametria Digital ........................................................ 21
Figura 2.3 – Homepage da Área de Atuação Fotogrametria Digital ......... .............. 22
Figura 2.4 – Screenshots do Programa de Configuração do Projeto ........ ............. 24
Figura 2.5 – Arquivo de Configuração de Projeto ................................................... 24
Figura 2.6 – Ajuda para o Programa de Configuração de Projeto .................... ...... 25
Figura 2.7 – Sobre E-Foto ................................................................................ ...... 25
Figura 2.8 – E-Book em Fotogrametria Digital ........................................................ 25
Figura 2.9 – Módulo de Parâmetros de Câmara ..................................................... 26
Figura 2.10 – Ajuda do Módulo de Parâmetros de Câmara .................................... 28
Figura 2.11 – Orientação Interior .......................................... .................................. 27
Figura 2.12 – Questionamento ao Usuário ............................................................. 28
Figura 2.13 – Janela Marcas Fiduciais ................................................................... 28
Figura 2.14 – Janela Arquivo .................................................................................. 29
Figura 2.15 – Exemplos de Resultados Obtidos com as Duas Transformações .... 29
Figura 2.16 – Programa de Medição Digital ........................................................... 30
Figura 3.1 – Algoritmo de Teste em Planilha MathCAD ......................................... 31
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Cronograma ......................... .............................................................. 23
10
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABREVIATURAS
La – Matriz das Observações Ajustadas
Xa – Matriz dos Parâmetros Ajustados
MVC – Matriz Variância-Covariância
11
LISTA DE SIGLAS
CAD Computer Aided Design
PROFIC Projeto Final de Curso
IME Instituto Militar de Engenharia
DE/6 Departamento de Engenharia Cartográfica
GNU GNU's Not Unix
GPL General Public License
FDL Free Documentation License
GUI Graphic User Interface
DVP Digital Video Plotter
SSK Stereo Softcopy Kit
12
RESUMO
Este trabalho versa sobre o desenvolvimento de uma estação fotogramétrica digitaleducacional no âmbito do Departamento de Engenharia Cartográfica do Instituto Militar deEngenharia.
O conceito de estação fotogramétrica digital educacional envolve dois pilares básicos:a gratuidade dos programas componentes e o princípio de auto-aprendizagem, permitindo autilização da mesma sem nenhum ônus por qualquer pessoa que esteja disposta a fazê-lo.
A partir desse conceito, são desenvolvidas várias obras de apoio além dos programaspropriamente ditos, tais como: a ajuda dos componentes, o tutorial–online em fotogrametriadigital e a home-page de suporte da área de atuação Fotogrametria Digital.
O presente texto possui, além disso, a finalidade de prover o suporte necessário paraseu aproveitamento por outros pesquisadores interessados em realizar etapas futuras desteprojeto.
13
ABSTRACT
This work aims to develop an educational digital photogrammetric workstation at theDepartment of Cartographic Engineering of the Military Institute of Engineering.
The concept of an educational digital photogrammetric workstation deals with two mainpillars: the freedom of its many components and the self-teaching approach, allowing its usewith no cost by any person who is interested to do it.
From this concept, some support work is developed, like the software help, the onlinetutorial on digital photogrammetry and the support homepage of the Digital PhotogrammetryArea of the Terrain Imagery Workgroup.
Also, the current text has the intention to provide the necessary support for its use byother researchers interested in working on future steps of this project.
14
1. Introdução
1.1. A Fotogrametria ao Longo da História
Entende-se por fotogrametria o estudo da reconstrução do espaço tridimensional
(espaço-objeto) através de imagens bidimensionais (espaço-imagem). Tal ciência
encontrou especial utilidade na Engenharia Cartográfica, uma vez que pode ser usada
para reconstruir a superfície terrestre, bem como as inúmeras feições que se encontram
sobre a mesma.
Pode-se dizer que, durante muitos anos, esta ciência foi considerada a fonte mais
prática para a obtenção de dados cartográficos. Como conseqüência, muitos
equipamentos opto-mecânicos foram criados, levando aos conhecidos restituidores
analógicos e analíticos. No final dos anos oitenta, um pequeno grupo de empresas
mantinha o monopólio do setor, enquanto outras, menores, também tentavam dividir tal
mercado, oferecendo suas próprias soluções. Todas as soluções disponíveis, porém,
requeriam um certo nível de componentes ópticos e/ou mecânicos, acarretando em
preços muito altos para a aquisição de tais máquinas, tornando-as, assim, disponíveis
apenas para grandes empresas e instituições que fossem usá-las efetivamente na
produção intensiva de cartas e produtos afins. Nenhuma informação adicional sobre os
métodos de fabricação destes aparelhos era fornecida e muitas universidades e centros
de pesquisa (em especial aqueles situados em países em desenvolvimento) não tinham
condições de ter o equipamento mais avançado para conduzir seus projetos de ensino e
pesquisa. Desse modo, o ensino de fotogrametria, muitas vezes era restrito aos
princípios teóricos e à utilização de restituidores de segunda-mão.
Durante os anos noventa, entretanto, uma grande revolução no mundo da
fotogrametria foi vista. Os primeiros instrumentos totalmente digitais foram criados,
devido aos avanços da tecnologia computacional, que permitiram a manipulação em
tempo real de grandes arquivos matriciais de imagens. O estado-da-arte da
fotogrametria é representado hoje em dia pelas inúmeras técnicas de fotogrametria
digital, que pode ser descrita como a reconstrução automática do espaço-objeto através
de imagens, utilizando-se, para isso, de imagens digitais ou digitalizadas e de métodos e
processos computacionais.
O aparelho capaz de executar todas estas tarefas em conjunto chama-se estação
fotogramétrica digital, que nada mais é que uma estação de trabalho voltada para a
execução de tarefas fotogramétricas. Entre essas tarefas, pode-se destacar as seguintes:
15
módulo de definição de projeto, pré-processamento das imagens obtidas, orientação
interior com delimitação de parâmetros do certificado de calibração da câmara,
orientação exterior, aerotriangulação analítica (por feixes perspectivos), retificação e
normalização de imagens, extração semi-automática de um modelo de elevações do
terreno, ortorretificação e restituição em ambiente CAD.
Tal tecnologia começou a ser utilizada em larga escala a partir de 1995, tendo
chegado ao Brasil principalmente a partir de 1998. Hoje em dia, pode-se dizer que a
maior parte das instituições produtoras de dados cartográficos a emprega largamente, ou
pretende fazê-lo no mais curto período de tempo possível. A utilização e domínio da
mesma torna-se, então, essencial nos órgãos formadores de profissionais habilitados a
trabalhar junto à produção cartográfica atual.
1.2. Enquadramento do Projeto
Este trabalho insere-se no contexto do Grupo de Pesquisa de Imageamento do
Terreno (que segue a Linha de Pesquisa de Imageamento Digital) do Departamento de
Engenharia Cartográfica (DE/6). Convém ressaltar que o projeto E-FOTO (que será
delineado nos tópicos seguintes) não se restringe a este trabalho apenas (Figura 1.1).
Pelo contrário, pretende-se que este venha a se tornar uma linha de pesquisa constante,
permitindo a futura adesão de trabalhos em nível graduação e pós-graduação ao mesmo.
Figura 1.1 – Enquadramento do PROFIC
1.3. Fotogrametria Digital no IME
Nesta área em especial, destaca-se o IME, na figura do Departamento de
Engenharia Cartográfica, pelo pioneirismo na aquisição e transmissão do funcionamento
dos inúmeros métodos utilizados na fotogrametria digital. Após o ano de 1998, o DE/616
vem propagando sistematicamente tais conhecimentos na disciplina de mesmo nome
para o curso de graduação e para o programa de mestrado, além de estágios especiais
para engenheiros já formados e alunos de outras universidades que não possuem ainda
tal formação em seus currículos. Convém ressaltar que a disciplina não se restringe ao
conhecimento teórico do assunto – ela também consiste de inúmeros laboratórios onde
os alunos podem visualizar os procedimentos fotogramétricos sendo realizados em
estação comercial e, após isso, implementá-los de acordo com os conhecimentos
adquiridos em classe, permitindo a todos o entendimento do funcionamento – e não
apenas do modo de utilização – dos inúmeros programas que são utilizados hoje em dia
na produção cartográfica. Tais experiências vieram a se concretizar na realização de
diversos trabalhos de iniciação à pesquisa, projetos de fim de curso e dissertações de
mestrado, sempre na linha de desenvolvimento e implementação (em software
matemático ou linguagem de programação de alto nível) de procedimentos
fotogramétricos.
1.4. Motivação
Tendo em vista os fatores anteriormente descritos, pode-se compor um pano de
fundo para a situação da fotogrametria digital no Brasil.
Em geral, os cursos que oferecem disciplinas relacionadas a fotogrametria
apresentam uma escassez de equipamentos modernos, decorrente de uma falta de
recursos generalizada. Conseqüentemente, a maioria dos engenheiros é formada sem
qualquer treinamento formal em fotogrametria digital.
No IME, a Estação DVP encontra-se defasada de sete anos, e o Kit SSK é alugado
apenas por determinado período. Em revanche, houve um domínio da tecnologia
adquirido nos últimos cinco anos, uma vez que os algoritmos de fotogrametria digital são,
em geral, descritos nos manuais do gênero.
Por fim, um projeto como este necessita de quatro componentes principais:
pessoal, equipamento (computadores) e uma linguagem de programação que seja capaz
de processar tais processos, além, é claro, do conhecimento, que atua como peça
integradora dos três primeiros (Figura 1.2). Examinando esse diagrama, percebe-se que
já se dispõe, no próprio IME, dos pré-requisitos necessários para a elaboração de um
projeto deste porte, podendo o mesmo ser dividido em etapas, a curto e médio prazos, e
estando o presente PROFIC enquadrado no primeiro caso.
17
Figura 1.2 – Componentes do Projeto
18
2. Metodologia
2.1. O Projeto E-FOTO
O conceito básico do Projeto E-FOTO envolve o desenvolvimento e o
gerenciamento de uma Estação Fotogramétrica educacional.
A configuração de uma estação fotogramétrica digital envolve vários módulos, que
executam diferentes tarefas do fluxo de trabalho fotogramétrico (figura 2.1).
Figura 2.1 – Fluxograma do Projeto E-Foto
Na escolha dos componentes, foi priorizada a abordagem monoscópica (ou seja,
sem exibição estereoscópica) na maior parte dos casos, de modo a não limitar o projeto a
19
componentes específicos de hardware. O método de aerotriangulação escolhido foi o
analítico, usando os princípios baseados na equação de colinearidade (resseção
espacial e interseção espacial), que permitem a realização da orientação exterior em
conjunto com a própria aerotriangulação, sem a necessidade de execução das etapas
relativa e absoluta em separado, que demandavam um ajustamento baseado na
eliminação da paralaxe e dos componentes de base “by” e “bz”.
A abordagem educacional é expressa, principalmente, por dois pilares básicos: a
gratuidade dos componentes e o auto-aprendizado
Todos os componentes, sejam os programas, seja a literatura de apoio são
distribuídos livremente, podendo ser acessados por qualquer usuário. O software, em
especial, segue os princípios da Free Software Foundation, que podem ser enunciados
como:
“A liberdade de executar o programa, para qualquer propósito (liberdade no. 0)
A liberdade de estudar como o programa funciona, e adaptá-lo para as suas
necessidades (liberdade no. 1). Acesso ao código-fonte é um pré-requisito para esta
liberdade.
A liberdade de redistribuir cópias de modo que um usuário possa ajudar ao seu próximo
(liberdade no. 2).
A liberdade de aperfeiçoar o programa, e liberar os seus aperfeiçoamentos, de modo que
toda a comunidade se beneficie (liberdade no. 3). Acesso ao código-fonte é um pré-
requisito para esta liberdade.” Fonte: [ 1 ]
Entre as várias licenças que se enquadram na categoria “software livre”, foi
escolhida a GNU GPL (GNU General Public License) para os programas e a GNU FDL
(GNU Free Documentation License) para os textos elaborados.
Para desenvolver os algoritmos fotogramétricos, foi escolhida a linguagem C++,
dada a maior popularidade da sintaxe C, aliada à capacidade de orientação a objeto, o
que facilita bastante o trabalho de programação. Aliado a isso, é utilizada a ferramenta
Qt, que é, ao mesmo tempo, uma classe de biblioteca C++ e uma caixa de ferramentas
GUI (Graphic User Interface). A escolha do Qt deu-se devido à sua gratuidade (livre para
Unix e disponível em versão não-comercial para Windows) e por ser multiplataforma.
Desse modo, todos os componentes podem ser compilados nos ambientes Unix,
Windows e Macintosh livremente, obviamente, possuindo-se a versão do Qt para cada
sistema operacional e um compilador C++ de qualidade (recomenda-se o G++ para Unix
20
e o Visual C++ para Windows).
A filosofia de auto-aprendizado pressupõe a existência de três níveis que
delimitam diferentes esferas de interação entre o usuário e o sistema.
No nível 1, enquadram-se os usuários que desejam apenas realizar alguma tarefa
fotogramétrica, utilizando, para isso, os executáveis. Para isso, há uma ajuda online de
cada um dos módulos, que abrange sua utilização e conceitos básicos de fotogrametria.
O usuário do nível 2, além de meramente aprender como utilizar os programas,
quer entender o funcionamento dos mesmos. Para isso, conta com o e-book em
fotogrametria digital (figura 2.2), que cobre todos os temas principais da fotogrametria.
Neste tutorial, é dado o enfoque auto-explicativo, ensinando-se não apenas os
princípios teóricos, mas também a montagem das equações e algoritmos. São atmbém
apresentadas comparações entre diferentes métodos e resultados. Na confecção do
tutorial, é priorizada a abordagem da auto-aprendizagem. Assim, a disciplina é
apresentada de tal modo que não é necessário qualquer conhecimento prévio em
fotogrametria.
Figura 2.2 – Tutorial de Fotogrametria Digital
O tutorial foi projetado para ser composto por dez capítulos, a saber:
1. Introdução
2. Princípios Básicos
3. Orientação Interior
4. Correlação de Imagens
5. Orientação Exterior
6. Aerotriangulação Analítica
7. Retificação/Normalização
8. Extração de MDT
21
9. Ortorretificação
10. Restituição Digital
Estes compõem o núcleo básico de assuntos em fotogrametria digital. Outros
tópicos menos essenciais, porém, merecedores de destaque especial, estão planejados
para futuras versões ao longo do desenvolvimento do projeto:
I. Projeto de Vôo Fotogramétrico
II. Fotogrametria Digital com Imagens de Satélite
III. Fotogrametria Digital a Curtas Distâncias
IV. Novas Tecnologias e Tendências Futuras
Por fim, o usuário pode consultar o código-fonte. Este código está comentado, de
modo a facilitar seu entendimento), verificando a aplicação dos métodos aprendidos.
Além disso, para aqueles que têm acesso à Internet, a homepage da Área de
Atuação “Fotogrametria Digital” (figura 2.3) apresenta toda a bibliografia nesta área
desenvolvida no DE/6, bem como o estado de desenvolvimento do projeto E-FOTO.
Figura 2.3 – Homepage da Área de Atuação Fotogrametria Digital
No nível 3, com o entendimento adquirido nos níveis 1 e 2, os usuários
interessados podem participar ativamente do projeto, melhorando o código, enviando
sugestões e desenvolvendo novos módulos e textos.
Como conseqüência, o usuário, ao final do terceiro nível, estará preparado para o
entendimento do processo de produção em um ambiente totalmente digital. A
fotogrametria digital não será mais um mistério para ele, e o abismo que separa os
22
conceitos ensinados nas universidades e a realidade da prática das empresas será
bastante reduzido. Mais importante que isso será a habilidade de criar e de desenvolver
senso crítico, pois o usuário/estudante não será um mero executante – ao contrário, terá
aprendido os conceitos do funcionamento de uma estação fotogramétrica digital.
2.2. Objetivos do PROFIC
Considerando as informações apresentadas no tópico anterior, os seguintes
objetivos foram delimitados para este Projeto de Fim de Curso:
w Delineamento do arcabouço do Projeto E-FOTO; Com a finalidade de, através da
presente documentação, assegurar uma base sólida para que outros trabalhos possam
juntar-se ao projeto como um todo.
w Realização de todos os capítulos do e-book, ficando pendentes apenas os apêndices;
w Confecção da homepage da Área de Atuação Fotogrametria Digital, contendo o site do
Projeto E-FOTO;
w Elaboração dos módulos: Definição de Projeto, Calibração de Câmara, Orientação
Interior e Medição Digital;
w Efetiva utilização do material desenvolvido no DE/6 já no ano de 2002; Visa criar, no
departamento, uma filosofia de utilização de sua própria solução em fotogrametria digital.
w Divulgação em nível nacional e internacional, angariando estudantes e pesquisadores,
assim como fundos para um possível financiamento do projeto. Realizado através da
apresentação do trabalho em dois simpósios: O Mid Term Symposium on New
Approaches for Education and Communication, da Comissão 6 da ISPRS e o III Simpósio
de Iniciação Científica do IME.
Um cronograma para estas etapas é descrito na Tabela 2.1:
Tabela 2.1 – Cronograma
23
2.3. Métodos e Técnicas de Elaboração dos Componentes
O primeiro dos componentes elaborados foi o programa de configuração de dados
do projeto (Figura 2.4). Ele funciona da seguinte forma: são inseridos os respectivos
valores nos campos correspondentes a cada um dos dados necessários para o projeto.
Estes campos vão sendo armazenados na memória e, quando o usuário clica no botão
“salvar”, os dados são, por sua vez, escritos em um arquivo .txt. Além destes dados, o
programa computa o coeficiente de refração do ar de acordo com a fórmula descrita em [2].
Figura 2.4 – Screenshots do Programa de Configuração do Projeto
Os arquivos texto gerados (Figura 2.5) podem ser usados como relatórios de cada
uma das etapas do projeto.
Figura 2.5 – Arquivo de Configuração de Projeto
Os arquivos gerados em cada uma das versões podem ser lidos pelo outro
programa, uma vez que os dados que importam ao software são apenas aqueles
localizados em determinadas linhas do arquivo. O restante é apenas uma série de textos
24
que visam complementar o arquivo digital, de modo a utilizá-lo como um relatório.
Figura 2.6 – Ajuda para o Programa de Configuração de Projeto
Figura 2.7 – E-Book sobre Fotogrametria Digital
Figura 2.8 – Sobre o Projeto E-Foto
Outros botões complementares do arquivo são: “Novo arquivo” (apaga todos os
25
campos), “Abrir arquivo” (abre arquivo de configuração de projeto já existente), “Salvar
arquivo” (salva os dados em um arquivo tipo texto), “Ajuda” (exibe a ajuda online para o
programa) – Figura 2.6, “Tutorial” (leva à página de onde podem ser lidos os capítulos do
e-book sobre Fotogrametria Digital) – Figura 2.7, “Sobre E-Foto” (mostra dados do
projeto) e “Sair” (fecha o aplicativo) – Figura 2.8.
O segundo dos componentes elaborados foi o programa de configuração de
parâmetros de câmara (Figura 2.9). Ele contem uma série de campos que devem ser
preenchidos com os dados constantes do respectivo certificado de calibração de câmara.
Segue uma interface bem semelhante à do programa de configuração de projeto, com os
mesmos botões. Os arquivos gerados (Figura 2.10) também são semelhantes, apenas
havendo neles os dados relativos à câmara, e não ao projeto.
Figura 2.9 – Módulo de Parâmetros de Câmara
Figura 2.10 – Ajuda do Módulo de Parâmetros de Câmara
26
Com estes dados devidamente salvos em arquivos de configuração, pode-se
realizar a primeira das operações fotogramétricas propriamente ditas: a Orientação
Interior. Esta se dá através do programa de mesmo nome, cuja interface está
representada na figura 2.11.
Figura 2.11 – Orientação Interior
O programa é composto de quatro janelas: a primeira, à esquerda, contém os
comandos do programa. Abaixo desta, encontra-se a janela de visualização das marcas
fiduciais, que contém todas as marcas exibidas em detalhe. A mais abaixo, à esquerda,
exibe uma cópia do texto que será salvo em arquivo como parâmetros da orientação
interior.
Os botões da janela principal são semelhantes aos já apresentados nos dois
módulos anteriores, à exceção de três: os dois primeiros, que servem para abrir os
arquivos de configuração de projeto e de câmara e o quarto, que realiza a orientação
interior e exibe os resultados em uma janela a parte. A seqüência operacional é a
seguinte:
w O primeiro botão abre a caixa de seleção de arquivo de configurações de projeto.
w O segundo botão exibe a janela de abertura de arquivo de configuração de câmara. No
momento em que o arquivo de câmara é aberto, o painel "Tipo de marcas fiduciais",
situado imediatamente abaixo dos botões da janela principal, torna visível o tipo de
marcas especificado no arquivo.
w O terceiro botão (abrir) exibe uma janela para seleção da imagem com a qual será
realizada a orientação interior. São aceitos os seguintes formatos: bmp, xbm, xpm, pnm,
png. São também suportados alguns tipos de jpeg. Dependendo do tamanho da
imagem, será necessário algum tempo para a exibição da mesma. Em ambientes
Windows, pode haver limitações no tamanho da imagem para sua exibição.
27
w Aberta a imagem, o usuário a percorre com o mouse, e, instantaneamente, na janela
"Marcas fiduciais", é exibido ampliado o trecho sob o mouse.
w Quando a cruzeta vermelha estiver sobre o centro da marca, deve-se clicar com o
botão esquerdo do mouse. Surge uma janela a perguntar se as outras marcas devem ser
localizadas automaticamente ou não. Se o processo escolhido for o manual, o programa
automaticamente posicionará a imagem próxima à segunda marca fiducial, uma vez que
o posicionamento das marcas foi definido no arquivo de configuração de câmera. O
processo deve ser repetido até que se chegue à última marca. Caso a opção automática
seja escolhida, o programa apenas exibibe as marcas selecionadas automaticamente
para conhecimento do operador. Esse processo é mais demorado e não é totalmente
garantido. Na dúvida, deve-se usar a opção manual.
w Em todo caso, ao se chegar ao final por qualquer um dos métodos, o programa
pergunta se o usuário está de acordo com as marcas medidas (Figura 2.12). Se não
estiver, pode-se refazer o processo.
Figura 2.12 – Questionamento ao Usuário
w A janela "marcas fiduciais" (Figura 2.13) exibe todas as marcas selecionadas.
Figura 2.13 – Janela Marcas Fiduciais
w Com as marcas selecionadas, pode-se executar a orientação interior clicando-se neste
botão. Há dois métodos: afim e similaridade. Eles são selecionados na janela principal,
abaixo dos botões. Surgirá uma janela com as estatísticas do processo, bem como uma
informação sobre a qualidade do ajustamento.
28
w A janela chamada "arquivo" (Figura 2.14) exibe as informações que serão salvas,
através do quinto botão, em um arquivo .txt, que será o arquivo de configuração da
orientação interior para aquela imagem.
Figura 2.14 – Janela Arquivo
Como já descrito, os modelos matemáticos empregados para realizar a orientação
interior são as transformações afim e de similaridade, que podem ser utilizados, por sua
vez, como ferramentas computacionais para o aprendizado de modelos matemáticos,
como La (observações ajustadas), Xa (parâmetros ajustados), MVC (matriz variância –
covariância), etc (Figura 2.15). As operações matemáticas de adição, multiplicação e
inversão de matrizes foram implementadas como funções do próprio programa, não
exigindo, assim, a necessidade de bibliotecas matemáticas.
Figura 2.15 – Exemplos de Resultados Obtidos com as Transformações Afim e de Similaridade
29
O último dos módulos elaborados como objetivo para este trabalho é o módulo de
medição digital (Figura 2.16). Este realiza a medição de coordenadas no sistema
imagem de pontos de campo e fotogramétricos, a serem salvos em um arquivo para
posterior processamento em um programa de aerotriangulação.
Figura 2.16 – Programa de Medição Digital
30
3. Resultados
3.1. Desempenho dos Programas
Os módulos elaborados foram exaustivamente testados quanto à correção dos
algoritmos utilizados. Para isso, protótipos de aplicativos elaborados utilizando-se o
programa matemático MathCAD foram empregados (figura 3.1).
Figura 3.1 – Algoritmo de Teste em Planilha MathCAD
Outros testes foram realizados quanto à funcionalidade dos programas utilizados.
Foi verificado que, em programas compilados utilizando as bibliotecas Qt Non-
Commercial for Windows, imagens maiores que cerca de 2000 X 2000 pixels não eram
exibidas (as barras de rolagem se deslocavam para compensar o tamanho da imagem,
porém esta era representada como um grande retângulo cinza).
As funções de zoom, entretanto, continuavam normalmente (ao se passar o mouse
sobre ela, o trecho correspondente surgia ampliado na janela lateral). Consultando o
manual online das bibliotecas, descobriu-se que este problema era corriqueiro em
ambiente Windows, utilizando-se a versão não-comercial. Com a biblioteca livre para
Linux, isto não ocorreria.
Em testes realizados em uma compilação sob o ambiente Linux Red Hat 7.2,
imagens de 5000 X 5000 pixels foram exibidas normalmente. Não se determinou o
tamanho máximo passível de ser aberto, porém, o tamanho dado acima é aceitável para
o uso educacional da fotogrametria.
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3.2. Utilização do Material Didático
De modo a se testar o uso efetivo dos textos do e-book sobre Fotogrametria
Digital, uma pesquisa de opinião foi encaminhada aos alunos da disciplina Fotogrametria
Digital, do 4o Ano de Graduação em Engenharia Cartográfica do Instituto Militar de
Engenharia durante o ano de 2002. Os textos foram entregues impressos em tons de
cinza, para serem copiados. A versão dos mesmos é a que acompanha este trabalho,
como anexo. Antes de se distribuir o questionário, o projeto E-FOTO foi apresentado à
turma em um tempo de aula.
Público-Alvo: 2 Primeiros-Tenentes do Curso de Graduação
1 Tenente Peruano do Curso de Graduação
5 Alunos (Praças Especiais) do Curso de Formação e Graduação / Ativa
Sexo: 8 Homens / 0 Mulheres
Nível de Conhecimento de Fotogrametria: 6 cursaram regularmente as disciplinas
Fotogrametria Básica, Fotogrametria Analítica e Fotogrametria Digital; 1 cursou
regularmente as disciplinas Fotogrametria Básica, Fotogrametria Analógica (hoje
extinta), Fotogrametria Analítica e Fotogrametria Digital, além de realizar Iniciação à
Pesquisa em Fotogrametria; 1 cursou regularmente as disciplinas Fotogrametria Básica,
Fotogrametria Analítica e Fotogrametria Digital, além de realizar Iniciação à Pesquisa em
Fotogrametria e ser bolsista do CNPq em Iniciação Científica também na área de
Fotogrametria.
Apesar de ter sido aplicado a uma turma de oito alunos, amostra que não permite
realizar inferências estatísticas sobre a aceitação ou rejeição do trabalho, ressaltam-se
os resultados constantes abaixo:
Questionário Proposto:
1) Como o Sr. / a Sra. avalia o material didático?
( )Excelente ( )Bom ( )Regular ( )Ruim ( )Péssimo
2) Na sua opinião, qual é o grau de importância deste material?
( )Altíssimo ( )Alto ( )Médio ( )Baixo ( )Baixíssimo
3) Qual foi o seu grau de compreensão dos modelos e exemplos apresentados?
( )Altíssimo ( )Alto ( )Médio ( )Baixo ( )Baixíssimo
4) O texto apresentou-se claro, de fácil entendimento?
( )Totalmente ( )Parcialmente ( )Não está claro
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5) A leitura suscitou alguma mudança de interesse pela fotogrametria?
( )Totalmente ( )Parcialmente ( )Não houve mudança
6) Acrescente, caso seja de seu interesse, alguns comentários sobre o assunto.
Dentre as respostas coletadas, pôde-se traçar um perfil médio das opiniões
emitidas. Cabe lembrar que, devido ao pequeno número de componentes da amostra, é
impossível elaborar qualquer tipo de análise estatística.
A maioria dos entrevistados considerou o material excelente, tendo este grau de
importância alto. O grau de compreensão dos modelos e exemplos apresentados foi
médio para a maior parte dos envolvidos na pesquisa. Eles também consideram o texto
totalmente claro, porém não consideram que a leitura tenha suscitado algum tipo de
mudança de interesse pela fotogrametria.
3.3. Sugestões para Trabalhos Futuros
Como sugestões naturais para trabalhos futuros, pode-se citar: o desenvolvimento
do módulo de aerotriangulação e dos quatro apêndices do e-book.
Outro fator essencial que ainda encontra-se pendente é um módulo para
visualização estereoscópica que se incorpore às fases posteriores do projeto.
Convém ressaltar que estes são objetivos de necessidade imediata, ficando os
subseqüentes condicionados ao fluxograma que se encontra na figura 2.1.
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4. Conclusões
O trabalho realizado permitiu a identificação de algumas necessidades básicas do
público que estuda, ensina ou trabalha com fotogrametria. A partir das soluções
adotadas, algumas observações puderam ser traçadas.
Primeiramente, pode-se verificar a necessidade que os países em
desenvolvimento, em especial o Brasil, têm de diminuir o abismo tecnológico na área de
fotogrametria digital. Conseqüentemente, insere-se o conceito de um conjunto de
programas aliado a ferramentas educacionais como uma solução viável para que se
consiga a redução deste “abismo”.
Além disso, a experiência de produção de literatura no âmbito do IME coroa o
pioneirismo conquistado nesta área do conhecimento. O projeto E-FOTO em si surge,
naturalmente, como decorrência natural de todo esse esforço.
Como uma palavra final, espera-se ter pavimentado o caminho para a diminuição
do abismo tecnológico acima referido.
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5. Referências Bibliográficas
[1] O que é o Software Livre? – O Projeto GNU e a Fundação para o Software Livre.
http://www.fsf.org/philosophy/free-sw.pt.html em 05/06/2002.
[2] Schenk, Toni. Digital Photogrammetry – Volume I. TerraScience. 1a Ed. Estados
Unidos: 1999.
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