FOTOGRAMETRIA

FOTOINTERPRETAÇÃOinterpretação da forma e aspecto (cor, textura, brilho) para identificação dos objectos com fins temáticos.

FOTOGRAMETRIAobtenção da geometria dos objectos do terreno a partir de fotos (necessita de correcção de geometria)

florestaflorestariorio

terrenos terrenos agrícolasagrícolas

estradaestrada

UTILIZAÇÃO DA FOTOGRAFIA AÉREA EM CARTOGRAFIA

FOTOGRAMETRIA:conjunto de métodos que, com base em fotografia, permitem obter informação geométrica sobre os objectos fotografados (medição da forma e posição de objectos que aparecem numa imagem do terreno). É um método de teledetecção.

LEVANTAMENTO FOTOGRAMÉTRICO:aplicação dos métodos da fotogrametria ao trabalho topográfico, para representar a forma do terreno e coordenar pontos (M, P, H).

VANTAGENSmuita informaçãousada em qualquer alturacartografia de pontos de difícil acessomais rápidopermite cartas temáticas

DESVANTAGENSmenos prreciso (escala)objectos não visíveis não são cartografados

A fotografia aérea por si só não é suficiente para a elaboração de cartas.

É necessário fazer a COMPLETAGEM com informação obtida no terreno:

cartas topográficas: para a correcção da geometria da fotografia aérea, são necessários pontos do terreno de coordenadas conhecidas e bem visíveis na foto - PONTOS DE APOIO FOTOGRAMÉTRICO

cartas temáticas: confirmar no terreno a interpretação dada aos objectos

Fotografia aérea é usada na:

Elaboração de cartas topográficas (obter a forma e dimensão dos objectos)

Elaboração de cartas temáticas (saber o que são os objectos)

A Bobjecto a fotografar

a’

b’

ponto nadiral

N90º

n’

isocentro

I

i’

OCentro de projecção

distância focal ou distância principal

f

b

a n i ppositivo

f

ponto principal

p’

negativo

P

eixo óptico

FOTOGRAFIA É UMA PROJECÇÃO CÓNICA

Nas fotos verticais o nadir, o ponto principal e

o isocentro coincidem

N = P = I

TIPOS DE FOTOGRAFIA (segundo a orientação do eixo óptico)

fotos terrestres

fotos aéreas: verticais (inclinação < 3º) oblíquas altas ( com o horizonte na foto) oblíquas baixas ( sem o horizonte na foto)

oblíqua altavertical oblíqua baixa

Como obter cartas topográficas a partir de fotografias ?

PROJECÇÃO CÓNICA

Este efeito faz com que as imagens de pontos a diferente altura sofram um deslocamento de paralaxe r

Na projecção cónica as imagens das linhas verticais irradiam do Nadir

Imagens

P

p

O

Os pontos A e B, na mesma vertical, aparecem deslocados ao longo de uma recta que passa no Nadir.

Esse deslocamento é tanto maior quanto maior for o afastamento r do Nadir,

COMPARAÇÃO DA GEOMETRIA DE UMA CARTA TOPOGRÁFICA E DE UMA FOTOGRAFIA VERTICAL

PROJECÇÃO ORTOGONAL

plano horizontal de

projecção

CARTA TOPOGRÁFICA

PROJECÇÃO CÓNICA

FOTOGRAFIA VERTICAL

Desenho a escalas

diferentes

CARTA TOPOGRÁFICA v.s. FOTOGRAFIA AÉREA

Fotografia aérea

Carta topográfica

Na

mes

ma

esca

la

posição da projecção cónica

Sobreposição da carta e da foto posição ortogonal

Na fotografia aérea ocorre um deslocamento radial da imagem de pontos a diferente altura, em relação à posição ortogonal.

A fotografia aérea só pode ser usada em cartografia após correcção dos deslocamentos de paralaxe.

Uma foto vertical de um terreno acidentado não é igual a uma projecção ortogonal, que caracteriza as carta topográficas.

datum altimétrico

cota do terreno = H

= altura de voo

distância focal = f

negativop’ n’ b’ a’

positivop n b a

aOb AOB

A

f

AB

abescala

HZ

fescala

ESCALA DA FOTOGRAFIA AÉREA

Sendo A a altura média de voo sobre o terreno, a escala que se obtém é uma escala média.

Pontos mais baixos do terreno terão uma escala menor e pontos mais elevados terão uma escala maior. A escala na foto não é constante.

A

DISTÂNCIAS FOCAIS (f – distância principal)

lentes normais:

f = 300 mm (f = diagonal da foto)

grandes angulares

f = 150 mm (f < diagonal da foto)- para a mesma altitude de voo dão maior área (menor escala)- melhor para o relevo

pequena angulares

f = 600 mm (f > diagonal da foto)- para a mesma altitude de voo dão menor área (maior escala)- menos pormenor do relevo- imagem de pior qualidade

mm32521152f

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS

positivo

abΔr

Deslocamento de paralaxe

bpr Afastamento radial do centro

Oab OAM

Opb BAM

fAMHrH

AM

f

r

fAMHrH

AM

f

r

H

Hrr

deslocamento é radial a partir de p deslocamento aumenta radialmente deslocamento é proporcional à diferença de cota menor H, maior escala, maior deslocamento

DESLOCAMENTO DE PARALAXE

baixa altitude <1500 m escala 1/5000

média altitude 1500 m - 5000 m escala 1/5000 - 1/17 000

grande altitude > 5000 m escala <1/17 000

Admitindo r =0.2 mm como erro de graficismo

Na escala 1/5000 (baixa altitude)5000 x 0.2 = 1000 mm = 1 m pode-se obter curvas de nível com E > 2 m

Na escala 1/20 00020000 x 0.2 = 4 000 mm = 4 m pode-se obter curvas de nível com E > 5 m

Para distâncias focais f = 300 mm

ALTURA DE VOO SOBRE O TERRENO, H

Maior altura de voo, maior terreno fotografado, mas menor precisão do relevo

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS

DF >= 5 x DCDF – denominador da escala da fotoDC – denominador da escala da carta

Relação entre a escala da foto e da carta:

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS

marcas fiduciais

230 mm

C – centro da foto

A posição do centro da foto é determinada a partir das marcas fiduciais

Dimensão das fotos = 230 mm

Dimensão (D x D) do terreno coberta por uma foto:D x Escala = 0.230 m

u

v

cReferencial fiducial:

eixos uu e vv

CARACTERÍSTICAS DAS FOTOGRAFIAS AÉREAS

DIMENSÕES DA FOTOGRAFIA: 230 mm x 230 mm

115 mm

p

a mm6.1622115pa

Considerando:

i) erro planimétrico máximo admissível: r = 0.2 mm

ii) altura de voo: H = 2500 m

iii) a maior distância radial: r = 162.6 mm

H

Hrr

m08.325006.162

2.0H

2500

H6.162mm2.0

i.e., desníveis de 3 m não irão provocar deslocamentos de paralaxe máximos iguais ao erro de graficismo, não provocando alterações notáveis no posicionamento planimétrico.

Se as variações de relevo são inferiores a 3 m podemos admitir o terreno plano e considerar que a foto é uma carta fotográfica

COBERTURAS FOTOGRÁFICAS

IDENTIFICAÇÃO:

Nº VOO

Nº FIADA

Nº FOTO

COBERTURAS FOTOGRÁFICAS

SOBREPOSIÇÃO LONGITUDINAL

60%

SOBREPOSIÇÃO LATERAL

20 - 30%

Conceitos:

B - AEROBASE

b – FOTOBASE

D – LARGURA FOTOGRAFADA

CENTRO DA FOTO

CENTRO TRANSFERIDO

B - aerobase

Sobreposição longitudinal 60%

Sobreposição lateral 30%

altitude média da região ≈ 180 m escala = 0.4/(2229-180) ≈ 1/5000

f = 400 mmAltura de voo = 7306 pés = 2229 m

M = -80864.56 m

P = -77076.54 m

H = 138.93 m

Pontos de apoiopara georeferenciação

M = -79983.61 m

P = -77489.22 m

H = 212.04 m

N SN S

Sentido do vooSentido do voo

c´´ e c´ são os centros transferidos, respectivamente da foto anterior e da posterior

Três fotos consecutivas da mesma fiada com 60 % de sobreposição longitudinal.

60 % da imagem da foto 2 aparece também na foto1. Do mesmo modo 60% da imagem da foto 2 aparece na foto 3.

As fotos 1 e 2 constituem um par estereoscópico. O mesmo sucede com as fotos 2 e 3.

PAR ESTEREOSCÓPICO

foto 1 foto 2 foto 3

sentido do voo

60% 60%

CENTRO DA FOTOGRAFIA E CENTRO TRANSFERIDO

PAR ESTEREOSCÓPICO

O centro da foto ou ponto principal marca-se a partir da intersecção dos segmentos rectos que unem as marcas fiduciais. O centro transferido é a imagem do centro de uma foto noutra foto consecutiva da fiada.

Centro da foto 1

Centro transferido da foto 2

foto 1

Centro transferido da foto 1

Centro da foto 2

foto 2

Marcas fiduciais

VISÃO ESTEREOSCÓPICA

Esquema simplificado de um estereoscópio de espelhos (com lentes, prismas e espelhos)

SEPARAÇÃO DE IMAGENS PARA VISÃO ESTEREOSCÓPICA

Estereoscópio de espelhos

Estereoscópio de espelhos

ANÁGLIFOS

Consiste em separar objectos por utilização de cores.

A imagem encarnada só é visível quando é vista através de um filtro de cor diferente (e complementar, neste caso). Ou seja o olho esquerdo está impossibilitado de ver o A da direita uma vez que o filtro tem a mesma cor e não vai permitir distinguir a referida letra, ou o que quer que seja dessa cor.

SEPARAÇÃO DE IMAGENS PARA VISÃO ESTEREOSCÓPICA

ALTERNADORES DE IMAGEM

Óculos de cristais líquidos LCD e emissor de infravermelhos que sincroniza a obturação das lentes com a disponibilização das imagens no ecrã

As lentes dos óculos têm cristais LCD que podem obstruir a passagem de luz através das próprias lentes.Por outro lado, o software disponibiliza integral e alternadamente a imagem esquerda ou a imagem direita no monitor. O emissor, sincronizado com o computador, tornará a lente pertinente opaca conforme a imagem que for disponibilizada pelo computador na mesma fracção de segundo.

Duas imagens digitais constituindo o par estereoscópico são visualizadas num monitor de um computador, sobrepostas mas alternadamente. A frequência de refrescamento do monitor tem que ser superior a 120 Hz para garantir que cada imagem é disponibilizada a 60Hz.

Método utilizado na fotogrametria numérica.

SEPARAÇÃO DE IMAGENS PARA VISÃO ESTEREOSCÓPICA

OPERAÇÕES EM PARES ESTEREOSCÓPICOS

FOTOBASE AJUSTADA

- em terreno plano a distância entre o centro p1 e o centro transferido p2’ é igual à fotobase

- se p1 e p2 não estiverem à mesma cota, então a distância entre p1 e p2’ não será igual à fotobase

As fotobases ajustadas são determinadas em relação a um ponto Q que se encontra a um nível π0 .

Para cada altitude há uma fotobase ajustada.

Fotobase: b = B x escala

sendo B a distância percorrida pelo avião entre 2 fotos

Medição da fotobase ajustada num par estereoscópico

Pretendendo-se a fotobase ajustada à altitude do ponto q:

i) orienta-se o par estereoscópico; ii) mede-se a distância β entre os centros das fotos, segundo a direcção do voo, e iii) a distância δ entre as imagens do ponto q nas duas fotografias.

Fotobase: b = B x escala

PARALAXE ESTEREOSCÓPICA Considerando o referencial fiducial das foto, cada ponto é definido por um par de coordenadas.A paralaxe estereoscópica de um ponto é o módulo da diferença entre as coordenadas segundo a linha de voo desse ponto, nas duas fotos do par estereoscópico:

q21xq A

Bfp

pxq - é a paralaxe do ponto q

Aq – é a altura de voo em relação ao ponto q.

Pontos de igual cota, tendo a mesma fotobase, têm a mesma paralaxe estereoscópica.

Esta propriedade das fotografias verticais é utilizada para determinar a diferença de cota entre os pontos da foto.

A paralaxe estereoscópica de um ponto é igual à fotobase ajustada a esse ponto.

DIFERENÇA DE PARALAXE E DESNÍVEL

xpxqx ppp Diferença de paralaxe =

qxq H

Bfp 21

Paralaxe do ponto q

pxp H

Bfp 21

Paralaxe do ponto p

Considerando dois pontos q e p :

xq

qx

pb

Aph

Diferença de nível =

VWpx

Medição da diferença de paralaxe num par estereoscópico orientado

Diferença de paralaxe entre os pontos q e p =

Restituidores digitaisFotografias digitais num computador com capacidades de processamento de imagem. As imagens aparecem em ecran para interpretação pelo operador e respectivo processamento da imagem, ou são sujeitas a uma correlação de modo a formar um modelo digital altimétrico do terreno e extracção do detalhe.

Processamento de fotografias

ORTOFOTOMAPAS

Ortofotografias (ortofotos) são fotografias aéreas rectificadas, com escala uniforme, nas quais os deslocamentos de paralaxe devido ao relevo e inclinação foram removidos da imagem. Os objectos passam a estar representados numa projecção ortogonal e têm as características geométricas de um mapa, com toda a informação contida na foto original.

A imagem fotográfica do terreno apresenta-se distorcida devido a diversos fatores inerentes ao processo fotográfico, tais como:

Projecção central da fotografia;Variação da topografia do terreno;Distorção provocada pelo sistema de lentes da câmara fotográfica; Variações na altitude de vôo da aeronave; Curvatura da terra.

Não se pode efetuar medidas de coordenadas, distâncias e áreas diretamente sobre a fotografia.

Para obter um Ortofoto é necessário corrigir a distorção da imagem.A projeção central é transformada em projeção ortogonal, a curvatura da terra e a topografia do terreno é corrigida de modo a tornar a escala homogénea.

A imagem é "achatada, esticada e comprimida" até que as feições do terreno apareçam na sua correcta posição e em escala homogénea.

OBTENÇÃO DE ORTOFOTOMAPAS

Produção de ortofotos requer:

fotografias aéreas pontos de controlo no terreno modelo digital de elevação do

terreno (MDET).

ORTOFOTOMAPAS

O MDET pode ser gerado a partir da fotografia aérea por técnicas de fotogrametria e estereocomparação automática ou pode ser derivado a partir de curvas de nível digitalizadas de mapas existentes

Fotografia Aérea com malha distorcida Ortofoto com malha e imagem retificadas

OBTENÇÃO DE ORTOFOTOMAPAS

Correcção da distorção das imagens

Ortofoto com curvas de nível e Ortofoto com curvas de nível e quadrícula impressas quadrícula impressas

Um ortofoto digital (ortoimagem) é uma imagem digital corrigida para a projecção ortogonal.

A imagem consiste numa matriz de pixéis que registam o valor da reflectância do terreno para cada pixel. A resolução da imagem é definida pela dimensão do pixel.

As imagens podem ser obtidas por câmaras digitais ou obtidas por digitalização de fotografias aéreas.

Exemplo de ampliação exagerada mostrando os pixeis da imagem

ORTOFOTOMAPAS

Matriz de pixeis que constituem a imagem

Resolução das imagensMesma área em imagem

com pixel = 0.25 mAmpliação de uma imagem

com pixel = 2 m

As imagens representam a mesma área

ORTOFOTOMAPAS

Resolução das imagens

Imagem com pixel = 8 m

ORTOFOTOMAPAS

Imagem com pixel = 1 m

A resolução a escolher depende da escala a que se pretende trabalhar

Coberturas de ortofotos - Instituto Geográfico Português - IGP

Coberturas de fotografia aérea - IGP