Notas de Aula de Fotogrametria III Geração de Ortoimagens · (na Projeção Perspectiva Central) Ortofoto Digital (Projeção Ortogonal) Parâmetros de Orientação Interior da

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA "JÚLIO DE MESQUITA FILHO” Faculdade de Ciências e Tecnologia

Notas de Aula de Fotogrametria III Geração de Ortoimagens

Autor: Prof. Mauricio Galo Departamento de Cartografia

Presidente Prudente 2018

Notas de Aula de Fotogrametria / 2018 / Dep. de Cartografia / Mauricio Galo 1

Geração de Ortoimagens Conceitos básicos - Fotografia: É uma projeção perspectiva central. - Carta: É uma projeção ortogonal do terreno sobre o plano de referência (ver figura).

Datum

A B

C D E

a b c d e

F A B

C D E

a f b e

F

c d Superfície

de Projeção

a’ f’ b’ e’ c’ d’ Projeção perspectiva central (esq.) e Projeção ortográfica (dir.)


Comparação entre FOTO e CARTA

Foto Carta

1.

As feições são projetadas numa película sensível (ou numa matriz de sensores no caso de câmaras digitais) sendo criada uma imagem.

As feições da superfície são representadas por pontos, linhas e símbolos.

2. As fotos apresentam deslocamento devido ao relevo.

Não existe este problema pois a projeção é ortográfica

3. A câmara pode estar inclinada em relação ao Datum.

--

4. Em função de 2) e 3) a escala não é mantida por todo o produto.

A escala é constante para todo o produto.

5. O sistema de lentes, o trabalho do filme, etc, fazem com que apareçam distorções na imagem.

--

6. O centro perspectivo é situado entre a superfície fotografada e a superfície de projeção (plano focal da câmara).

O centro perspectivo é situado no infinito e a projeção é feita ortogonalmente como o próprio nome diz.


Definições

. Ortofoto/Ortoimagem "Uma ortofoto é uma fotografia que mostra imagens de objetos em suas posições ortográficas verdadeiras. As ortofotos são geometricamente equivalentes a mapas convencionais planimétricos de linhas e símbolos, os quais também mostram as posições ortográficas verdadeiras dos objetos."

Wolf (1983)

Uma outra denominação, também utilizada, é ortofotografia. De modo análogo à ortofoto, ortofotografia é o produto resultante da transformação de uma foto original em uma foto onde os deslocamentos devido ao relevo e a inclinação da fotografia são eliminados.


Definições (continuação)

. Ortofotocarta É uma ortofotografia complementada por toponímia, símbolos, quadrículas, com ou sem legenda, podendo conter informações altimétricas.

. Ortofotomosaico Mosaico construído a partir de ortofotos.

. Foto retificada Processo de produção de uma fotografia vertical, ou seja, corrigida da inclinação da câmara.

. Mosaico controlado Montagem de fotos onde são utilizadas fotos retificadas.


Vantagens do uso da ORTOFOTOCARTA

- Possibilita a medição direta de ângulos, distâncias, áreas, etc, uma vez que possui escala constante (como na carta); - É uma fotografia em projeção ortogonal; - A riqueza pictorial permite a fácil interpretação (como na foto); - Apresenta todos os dados cartográficos de uma carta; e - Preparo mais rápido quando comparado com a restituição, principalmente em áreas de planimetria mais densa.

Em função destas características é de grande utilidade em uma série de aplicações, tais como: projetos de estrada, cadastro urbano, projetos de irrigação, projetos geofísicos, projetos de oleodutos, atualização cartográfica, dentre outros.


Histórico (sobre ortofoto) No quadro seguinte são apresentadas algumas contribuições relevantes relacionada ao desenvolvimento da ortofoto, com os seus respectivos autores.

Ano Autor(es) Contribuição 1903 Theodor Scheinpflug Idealizador do princípio da ortofoto. 1930 Gallus-Ferber Construíram um restituidor que

permite a produção de ortofoto (em razão de alguns problemas caiu em desuso).

1950 Russel Bean (USGS) Iniciou estudos para a produção de ortofotos.

1953 Russel Bean (USGS) Produziu o ortofotoscópio. 1978 Panton Descreveu os algoritmos para

matching de imagens digitais 1979 Konecny/Keating/Boston Introduziram os conceitos de

retificação digital


Princípio da Obtenção de Fotos Retificadas A figura abaixo ilustra a diferença entre a foto inclinada, a foto vertical ou retificada e a ortofoto.

Foto inclinada

t

f

p

Ponto nadir

t

f

p

fp'

Fotovertical

Pode-se notar que a inclinação (t) da câmara faz com que a razão entre o comprimento dos seguimentos p'/p seja diferente de 1. As posições nas imagens inclinadas e verticais são diferentes, no entanto a condição de Scheimpflug é mantida.


Condição de Scheimpflug: O plano imagem, o plano de projeção e o plano das lentes devem se interceptam em uma reta.

Plano da fotografia

Plano de projeção

Plano principal

Lentes

Eixo Óptico


Princípio da Obtenção de Ortofotos É produzida a partir de fotos (usualmente aéreas) por um processo denominado retificação diferencial, que elimina deslocamentos devido a inclinação da fotografia e do relevo.

nadir Z

Foto inclinada

t

fp

fp'

Fotovertical H

ri(inclinação)

p'

p

mr

m-fator de ampliação para a ortofoto.

A figura ao lado mostra a geometria da fotografia inclinada, da foto vertical e a projeção ortográfica, de um elemento, no plano da ortofoto. Fonte: Adaptado de Kraus (1993, p. 333).


Princípio de produção de ortofoto (De alguns equipamentos que utilizam a retificação diferencial) (Têm importancia histórica, embora os princípios sejam os mesmos das técnicas modernas)

- Subentende-se que se tem o modelo estereoscópico nivelado e escalado - Princípo: faz-se a varredura de uma fenda (elemento linear horizontal) sobre a superfície, fazendo a projeção em um filme ortocromático. - Pode utilizar o sistema anaglifo sendo utilizado um filme ortocromático (não sensível à luz vermelha). - Varreduras:

- deslocamento da fenda (y) - deslocamento da cortina (x) e - movimentação de z (em função do relevo).

Obs.: tempo=f(tamanho da fenda) e tamanho da fenda=g(topografia).


y

z

Cortina de proteção do filme

Sentido devarredura

Passo em x

filme

Princípio da obtenção de ortofoto por alguns equipamentos (SFOM 693 Orthophotoscope, T64)

- Kelsh K23 orthoscan: utiliza 3 projetores (2 para determinação 3D e outro para projeção ótica) - Jena Orthophot B: acoplado ao Topocart


Relação entre o relevo e a distância focal Alguns equipamentos (analógicos) destinados à produção de ortofotos utilizavam a relação entre f e o relevo, na produção de ortofoto, como ilustra a figura abaixo. Neste tipo de equipamento o deslocamento devido ao relevo era relacionado com um deslocamento em f, dado por Δf.

Datum

A

A'

CPff

f

ZA

CPf+f(novo CP)

A''

a

fZZ

Zff

vôo .

onde: Z - é a altitude de um ponto genérico e Zvôo - é a altitude de vôo. Exemplo de equipamento que utiliza este princípio: OR 1 - Wild

Relação entre o relevo e a variação da distância focal (f).


Fatores que afetam a precisão na Retificação Diferencial Caso altimétrico:

- Exatidão da colimação da marca estereoscópica pelo operador - Interpolação (dos valores de Z)

Caso planimétrico:

- Precisão das alturas

Datum

CP

f

r

Z

r=Z.tan()

(Para terrenos planos)

- Largura da fenda (pode deixar lacunas ou pode haver sobreposição,

dependendo da inclinação do terreno). - Comprimento da fenda (no caso da produção por método analógico).


Influência da altura na planimetria (considerando caso não plano)

nadir Z

Foto inclinada

t

fp

fp'

Fotovertical H

r

i(inclinação)

p'

p

mr

m-fator de ampliação para a ortofoto.

)itan(rf

'pZ

f

'pr =>

)itan('p

fZ

r

Exercício: mostre que para foto verticais e terreno plano a expressão acima de reduz a r=Z.tan() com =arc tan(p/f).


Fatores a serem considerados no planejamento da ORTOFOTO . Distância focal da câmara .. Mais utilizadas: grande angular (152 mm)

.. Câmaras com maior distância focal produzem melhores resultados planimétricos. . Planejamento de Vôo

.. Sentido das faixas: Norte - Sul (NS) ou Leste - Oeste (LO).

.. Superposição - Lateral: 35% 10%. - Longitudinal: 80%


Ortofoto Digital

Generalidades

Princípio da geração: Consiste na transferência dos tons de cinza (ou valores de ND) de uma imagem digital, para uma imagem de saída (ortofoto), onde as feições são projetadas ortogonalmente, não apresentando os deslocamentos devidos ao relevo e à inclinação da câmara, sendo o produto obtido geometricamente equivalente a uma carta.

Dados de entrada e de saída

Dados de entrada:

. Imagem, ou um conjunto de imagens.

. Parâmetros de orientação interior da câmara.

. Parâmetros de orientação exterior, para cada imagem.

. Modelo Digital do Terreno1. Resultado:

. Imagem em tons de cinza (ou colorida) da ortofoto.

1 O DTM pode também ser obtido a partir das próprias imagens utilizadas.


Processo de Geração da

Ortofoto Digital

Imagem Digital (na Projeção Perspectiva Central)

Ortofoto Digital (Projeção Ortogonal)

Parâmetros de Orientação Interior da Câmara

Parâmetros de Orientação Exterior da Câmara

Modelo Digital do Terreno DTM

Fluxograma mostrando os dados de entrada

e saída, na obtenção da ortofoto digital.


Métodos direto e indireto Método Direto

Neste método os valores dos tons de cinza dos pixels da imagem original são transferidos para a ortofoto, sendo necessários os seguintes passos:

1) Transformação do referencial de imagem (c,l) para o sistema fotogramétrico

(x,y):

Modelo: transformação afim no plano

Transf. Direta

f

e

y

x

dc

ba

l

c

(Usado na determinação dos parâmetros, usando as marcas fiduciais)

Transf. Inversa

fl

ec

dc

ba

y

x1

(Usado na transformação de cada um dos pontos)


2) Transformação do referencial fotográfico para o referencial da ortofoto

Modelo: colinearidade na forma "inversa", sendo Z obtido por um DTM

fm)yy(m)xx(m

fm)yy(m)xx(m)ZZ(YY

fm)yy(m)xx(m

fm)yy(m)xx(m)ZZ(XX

33023013

3202201200

33023013

3102101100

(X,Y,Z): Coordenadas no espaço objeto. mij: elementos da matriz de rotação.

Nesta etapa pode-se usar o mesmo procedimento utilizado na monorestituição, onde o valor de Z deve ser obtido fazendo a interseção do raio “proveniente’” do espaço imagem com o DTM da região.


3) Como as coordenadas obtidas da fase (2) não necessariamente coincidem com

a malha regular da ortofoto é necessário um processo de reamostragem:

Métodos de reamostragem:

. Vizinho mais próximo

. Interpolação bilinear

. Convolução Cúbica

. ...

A próxima figura ilustra este princípio.


Princípio da obtenção da ortofoto digital (método direto).

Fonte: Adaptado de Wiesel (1991).

Imagem

Modelo Digital do Terreno - DTM


Método Indireto

Neste método, para cada ponto da ortofoto, faz-se a busca do valor do tom de cinza na imagem de entrada, considerando as seguintes etapas.

Fases:

1) Para cada ponto da ortofoto (no referencial do espaço objeto) faz-se a transformação para o sistema fotográfico, utilizando as equações de colinearidade e informações (de elevação) do DTM;

2) A partir das coordenadas no sistema fotográfico, calculadas na fase 1, obtém-se, a partir de informações de orientação interior, a posição no sistema de imagem (c,l);

3) Como os valores resultantes na fase (2) não coincidem necessariamente com as posições inteiras da matriz de entrada é necessário um processo de reamostragem.

Obs: As coordenadas obtidas na etapa (2) são isentas de distorções. Como a informação de ND será obtida da imagem original, que possui distorção, dois procedimentos podem ser adotados:

(a) As imagens originais devem ser corrigidas das deformações; ou (b) As coordenadas obtidas em (2) deverão ser incorporadas deformações,

visando fazer a interpolação na imagem original.


Princípio da obtenção da ortofoto digital (método indireto)

Fonte: Adaptado de Wiesel (1991).

Imagem

Modelo Digital do Terreno - DTM


Influência da altimetria na qualidade planimétrica das ortoimagens

Datum

CP

f

r

h

r=h.tan()

Assumindo que h possui um desvio σh, o efeito em planimetria (Δr) será:

σΔr= tan(α).σh


σΔr= tan(α).σh


Relação entre o tamanho do pixel na Foto e na Ortofoto (Caso Analógico) Segundo WIESEL(1991), como as fotos aéreas tem geralmente o tamanho 23x23cm e as Ortofotos normalmente 50x50cm o fator de ampliação é da ordem de 1:2.5 (ver tabela).

Pixel na Foto aérea Pixel na Ortofoto 0,020 mm 0,050 mm 0,025 mm 0,0625 mm 0,050 mm 0,125 mm 0,100 mm 0,250 mm

Relação entre o pixel na Fotografia e na Ortofoto (WIESEL, 1991).

Em função do tamanho do pixel na Ortofoto e lembrando que 1'=25,4mm pode-se determinar qual a resolução da Ortofoto em dpi.

Pixel na Ortofoto Resolução aproximada da Ortofoto (dpi) 0,050 mm 508 0,0625 mm 406 0,125 mm 203 0,250 mm 101

Tamanho do pixel e resolução da ortofoto em dpi.


O volume de dados da imagem de entrada depende do tamanho do elemento de imagem obtido na digitalização. A tabela seguinte mostra a relação entre o tamanho do pixel na foto com o número de pixel na imagem.

Pixel na foto aérea Número de pixel na imagem 0,020 mm 11500 x 11500 = 132,25x106 0,025 mm 9200 x 9200 = 84,64x106 0,050 mm 4600 x 4600 = 21,16x106 0,100 mm 2300 x 2300 = 05,29x106

Relação entre o tamanho do pixel na digitalização e número de pixels na imagem.


Planejamento para a Obtenção de Ortofotos Digitais

No planejamento de uma ortofoto alguns elementos são essenciais, entre eles pode-se citar:

- a dimensão de um elemento da ortofoto, na escala do produto final – GSD

(Ground Sample Distance); - a escala da fotografia utilizada para a geração da ortofoto; - a resolução da ortofoto em dpi (dots per inches); - a dimensão do pixel da fotografia, no caso de imagens aéreas digitalizadas, etc.

Normalmente o valor de GSD é expresso em metros (ou centímetros) e é

calculado em função da escala da ortofoto e da resolução em dpi da ortofoto (Ro). Obtenção do GSD em função da Escala da Ortofoto e Resolução da Ortofoto Dados:

1) Escala da ortofoto (Eo=1/Do); 2) Resolução da ortofoto em dpi (Ro);


Admitindo que um elemento da ortofoto tenha dimensão eo em metros, o valor de

GSD pode ser obtido por:

ooo

oo eDGSD

GSD

)m(e

D

1E

. (1)

Por outro lado, assumindo que a resolução da ortofoto em dpi seja Ro, pode-se escrever:

)(0254,0

)(4,25

1

)"1(4,25mem

Rmmem

Re

e

Rmm

oo

oelementoo

elementoso

(2)


Substituindo (2) em (1) o valor de GSD, em metros, pode ser calculado:

0254,0R

DGSD

o

o. (3)

As ortofotos digitais podem ser geradas a partir de diferentes fontes de dados,

como por exemplo: imagens aéreas digitalizadas, imagens aéreas (ou terrestres) adquiridas com câmaras digitais, e imagens de satélites de recursos naturais. Admitindo o caso em que as ortofotos são geradas a partir de fotografias aéreas digitalizadas, pode-se perguntar:

Quais são as possíveis escalas de fotografia (Ef) que poderão ser utilizadas para obtenção de uma ortofoto na escala (Eo), assumindo que se deseja ter um determinado GSD?


Considerando que a escala de uma fotografia seja Ef, que um elemento da fotografia tenha dimensão pf (em m), a dimensão do elemento correspondente no terreno (Pt) poderá ser calculada por:

fftt

f

ff D.pP

P

p

D

1E

, (pf e Pt em m) (4)

ou

6fft 10.D.pP . (pf em m e Pt em m) (5)

Tem-se, deste modo, a partir da Equação 5, a dimensão do elemento no terreno a partir de um elemento em uma fotografia digitalizada, e pela Equação 3 a dimensão de um elemento da ortofoto.

Na figura seguinte é mostrado, de forma esquemática, o Método Indireto de obtenção de uma ortofoto digital, e uma situação em que os elementos de imagem e o GSD projetado no espaço imagem possuem mesma dimensão.


Obtenção da componente Z.

Cálculo da posição (c’,l’) no sistema de imagem.

ELEMENTO DAORTOFOTO SITUADO

NA POSIÇÃO (X,Y)

EQUAÇÃO DE COLINEARIDADE: cálculo da posição (x,y) no sistema

Fotogramétrico.

GSD

GSD

Reamostragem para a obtenção do tom de cinza no pixel de posição (c’,l’).

DTM

Parâmetros de OI e OE

Porção da imagem original

Diagrama mostrando o Método Indireto de obtenção de uma ortofoto digital.


Pode-se observar por este diagrama, a seguinte situação:

O elemento da ortofoto (projetado no espaço imagem) e os elementos da imagem possuem resoluções equivalentes. A mesma idéia, mas considerando os elementos no referencial do terreno pode ser escrita por:

Pt = k.GSD, com k=1.

Considerando a possibilidade de utilizar elementos de imagem de diferentes resoluções, as seguintes situações podem ser consideradas.


Obtenção da componente Z.

Cálculo da posição (c’,l’) no sistema de imagem.

ELEMENTO DAORTOFOTO SITUADO

NA POSIÇÃO (X,Y)

EQUAÇÃO DE COLINEARIDADE: cálculo da posição (x,y) no sistema

Fotogramétrico.

GSD

GSD

Reamostragem para a obtenção do tom de cinza no pixel de posição (c’,l’).

DTM

Parâmetros de OI e OE

? ? (a)

(b) (c)

Diagrama mostrando o Método Indireto de obtenção de uma ortofoto digital, assumindo três possíveis resoluções para as imagens.


Pode-se observar por este diagrama, as seguintes situações (na eq. Pt = k.GSD):

a) k>1 - Sub-amostragem, da imagem em relação ao elemento da ortofoto. b) k=1 - Amostragem equivalente. c) k<1 - Super-amostragem (nesta situação tem-se mais informação que o necessário para a produção da ortoimagem).


No caso (b) tem-se uma situação adequada onde Pt e GSD possuem a mesma dimensão, tendo-se portanto uma amostragem equivalente entre o elemento da ortofoto e a fonte de informação, a imagem digitalizada.

No caso (a) tem-se uma sub-amostragem da imagem de entrada, em relação ao GSD da ortofoto e em (c) uma super-amostragem da imagem em relação ao elemento da ortofoto. Em termos de qualidade do produto final o caso (a) é o mais crítico pois pretende-se atribuir um tom de cinza a um elemento da ortofoto, usando uma fonte de dados com resolução espacial inferior, o que não acontece nas demais situações. No caso (c) a qualidade não é comprometida, no entanto como Pt < GSD tem-se a opção de considerar uma menor dimensão para GSD.

Pode-se portanto admitir que as condições (b) e (c) sejam as mais adequadas, em termos de qualidade da ortofoto, e que portanto a dimensão do elemento de terreno, obtido a partir da fotografia (Pt) seja, no máximo, o valor de GSD da ortofoto. Deste modo pode-se escrever:

GSDPt . (6)


Como os valores obtidos pelas Equações (5) e (3) estão na mesma unidade (m) pode-se escrever:

0254,0R

D10D.p

o

o6ff

(7)

A partir da Equação (7) pode-se escolher as possíveis combinações de pf e Df para que a fotografia possa ser utilizada na geração da ortofoto na escala Eo=1/Do e com resolução igual a Ro dpi's. É relevante observar que ao considerar a situação (c), embora a qualidade do produto não seja afetada, tem-se um maior volume de dados. Exercício: Como fica e expressão (7) para o caso em que são utilizadas imagens orbitais no qual o pixel no terreno possui dimensão D em metros.


Qual é o espaçamento adequado para um DTM, visando a geração de ortoimagens? A resposta a esta pergunta não é trivial uma vez que o espaçamento ideal depende de características do relevo (se é plano, ou acidentado) bem como da escala de representação do produto final. Apenas como referência, seguem duas sugestões de cálculo:

1) Baseada em ISM (1997) Espaçamento: 3 a 4 mm na escala do produto final.

2) Baseada também em ISM (mais recente2)

4 a 8x a tolerância posicional.

2 Ver http://www.mypurview.com/accuracy.html, um produto da I. S. M. International Systemap Corp. ou http://www.mypurview.com/pdf/PurVIEW_Data_Specifications.pdf. Acesso em março/2018.


Qual é o espaçamento adequado para um DTM, visando a geração de ortoimagens?

1) Baseada em ISM (1997) Espaçamento: 3 a 4 mm na escala do produto final.

2) Baseada também em ISM (mais recente3) 4 a 8x a tolerância posicional.

Exemplo de cálculo: Escala 1/10.000. Para Classe A considerando o Decreto 89817/1984 e Classe A (PEC-PCD) (Ministério da Defesa - Diretoria do Serviço Geográfico, 2012).

3 a 4 mm na escala do produto final

4 a 8x a tolerância posicional

Escala 1/10.000 Classe A EP = 0,3 mm

3 mm 30 m 4 mm 40 m

Tol. posicional: 3,0 m no terreno 4x 12,0 m no terreno 8x 24,0 m no terreno

Escala: 1/10.000 PEC-PCD Classe A EP = 0,17 mm

3 mm 30 m 4 mm 40 m

Tol. posicional: 1,7 m no terreno 4x 6,8 m no terreno 8x 13,6 m no terreno

3 Ver http://www.mypurview.com/accuracy.html, um produto da I. S. M. International Systemap Corp. ou http://www.mypurview.com/pdf/PurVIEW_Data_Specifications.pdf. Acesso em março/2018.


Exemplo de uma Ortofoto

Imagem: 500x500 pixels Resolução no terreno: 2x2m Ortofoto n. 237898 (MassGIS / MIT - http://ortho.mit.edu)

a) b) Imagem 237898 (a) e um detalhes ampliado desta mesma imagem (b).


Deslocamento devido ao relevo (Revisão)

Ortoimagem Verdadeira (true ortho, true ortho-photo, ...)


Presidente Prudente, 2003. Imagem adquirida com uma câmara Kodak 14N.




Deslocamento devido ao relevo

Geometria da foto vertical (com CP em L) e deslocamento devido ao relevo.

r´ r

a a´ f

o

Datum

A

H

ZA

A´

Ao

Aó

hA

L

H

rh´rrr A

O deslocamento radial é diretamente proporcional a: - Distância radial (r) - Altitude (hA) do ponto A sobre a superfície (hA) Δr é inversamente proporcional a altura de vôo.


Deslocamento radial para um objeto de altura Δh

r r

a a f

o

A

Δh

A´

Datum

H

ZA

A´

Ao

Aó

hA

L

r´´r

Zr´´r

´´r

Zh AA

A altura do objeto (Δh) é diretamente proporcional a: - Altura de vôo (ZA); - Deslocamento radial (Δr) Δh - é inversamente proporcional à distância radial (r’’).


Imagens adquiridas em diferentes altitudes

r r

a a

o

A

Δh

A´

f

Datum A´

Ao

Aó

hA

L

Deslocamento radial

f´

Fonte: Nielsen (2004)


Ortorretificação utilizando o MDT

Datum

Ao usar o MDT, a edificação (hachurada) ainda aparecerá inclinada na ortoimagem, embora o deslocamento devido ao relevo tenha sido

considerado.


Área de oclusão e lateral não fotografada por uma dada imagem

Datum

A face indicada pela linha pontilhada (em vermelho) não é visível por esta imagem. A linha vermelha (sobre o DTM) indica uma área de oclusão, que

também não é registrada nesta imagem.


Ortoimagem gerada utilizando o MDS

Datum

Nesta figura é mostrada a compensação da influência da altura da edificação,

que é conseguida ao utilizar o MDS.


Ortoimagem gerada utilizando o MDS e Duplo mapeamento (ghost image)

Datum

Os pontos em verde no espaço imagem podem representar mais de um ponto do espaço objeto (pontos em vermelho). Este efeito é responsável pelo duplo

mapeamento, que gera a chamada imagem fantasma (ghost image).


Ortoimagens Originais geradas usando o MDT e o modelo 3D

(Esq.) Ortoimagem gerada utilizando o Modelo Digital do Terreno.

(Dir.) Ortoimagem gerada utilizando o modelo 3D (3D City Model) onde é possível ver uma parte duplicada, chamada imagem fantasma (ghost image).

Fonte: Nielsen (2004).


Área de oclusão e respectiva ortoimagem verdadeira

(Esq,) Seleção da área de duplo mapeamento (ou de oclusão).

(Dir.) Ortoimagem verdadeira da mesma área. A informação radiométrica da área de oclusão é obtida de outra imagem do bloco fotogramétrico.



Área de oclusão e respectiva ortoimagem verdadeira

(Esq,) Seleção da área de duplo mapeamento (ou de oclusão).

(Dir.) Ortoimagem verdadeira da mesma área. A informação radiométrica da área de oclusão é obtida de outra imagem do bloco fotogramétrico.



Exemplo de ortoimagem com “fantasmas” e após correção

Ortoimagem original, com fantasmas (em a) e após compensação da oclusão e sombras (em b). Fonte: Zhou et al (2004).


Compensação da sombra

Idéia básica

Modificar a média e variância dos pixels localizados na área de sombra,

de modo que o histograma final seja equivalente ao obtido pela região

correspondente em uma imagem sem sombra.

Fonte: Zhou et al (2004).


Referências

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ZHOU, G.; SCHICKLER, W.; THORPE, A.; SONG, P.; CHEN, W.; SONG, C. True


orthoimage generation in urbanareas with very tall buildings. In.: International Journal of Remote Sensing, 20, November, Vol. 25, no 22, p. 5163–5180, 2004.

WIESEL, J. La Confeccion de Ortofotos Digitales. In: BAHR, H. P. (Editor). Procesamiento Digital de Imágenes: Aplicaciones en Fotogrametría y Teledetección. Eschborn: AS-Druck GmbH, p. 85-105, 1991.

WOLF, P. R. Elements of Photogrammetry with Air Photo Interpretation and Remote Sensing. McGraw-Hill Book Co: Singapore, 1983. 628p. (ISBN 0-07-Y66637-7)


Geração de Ortoimagens

Exercícios Sugeridos




Exercícios sugeridos

Interpolação e Reamostragem 1) Considerando que você tem um

MDS – Modelo Digital de Superfície (figura ao lado), representado numa estrutura em grade regular, onde a altitude ortométrica (em metros) em cada ponto é conhecida, pede-se: Utilizando a interpolação bilinear, qual é a altitude ortométrica do ponto na superfície cujas coordenadas são: (420.663,14 m, 7.680.736.75 m)?

320,52 311,21 314,37

316,49 313,19 317,53

317,87 318,42 319,11

420.640,00m 420.680,00m 420.700,00m 420.660,00m 420.620,00m

7.680.700,00m

7.680.720,00m

7.680.740,00m

7.680.760,00m

7.680.780,00m


2) O processo de reamostragem é usado frequentemente em uma série de aplicações, como por exemplo: registro de imagem, interpolação de DTM, etc. Considerando o sistema de referência (c,l), bem como os quatro pontos da célula ao lado, no qual um ponto genérico i está inserido, mostre que o valor do tom de cinza g(ci,li), obtido por interpolação bilinear, é dado por:

1 2

3 4

i

dx

dy

C

L

1

1

g(ci,li) = (1-dx)(1-dy)g1 + dx(1-dy)g2 + dy(1-dx)g3 + dxdyg4

Ortofoto 3) Você dispõe de uma foto digitalizada obtida por uma câmara métrica de distância focal f=152,2 mm. Foi feita uma aerotriangulação, sendo obtidos os seguintes parâmetros de orientação exterior:


m847,235.4

m332,402.000.7

m264,301.500

H

N

E

,

0

5,2

9,3

cp

cp

cp

o

o

o

.

Usando esta imagem e o DTM da região, pretende-se produzir uma ortofoto nos quais as células no espaço objeto tenham um espaçamento de 10m. Considerando que as coordenadas UTM dos centros de duas células C1 e C2, deste DTM, sejam dadas por:

m0,431

m0,990.000.7

m0,320.501

H

N

E

1c

1c

1c

e

m0,432

m0,990.000.7

m0,330.501

H

N

E

2c

2c

2c

,

e que os tons de cinza para uma certa porção da imagem sejam dados por


120 115 119

132 125 139

117 116 127

100 98 101

115 132

135 121

131 117

115 113

x (mm)

y (mm)

21,2

35,2

21,0

20,8

20,6

35,4 35,6 35,8 36,0Centroda

Imagem

nívelde cinzade cada pixel

As coordenadas x e y se referem ao sistema Fotogramétrico pergunta-se:

a) Qual o valor de brilho que você atribui a cada uma das células C1 e C2, considerando a interpolação usando o vizinho mais próximo? b) Qual o valor de brilho que você atribui a cada uma das células C1 e C2, considerando a interpolação bilinear? c) Qual a diferença, em valor absoluto, entre os valores de brilho para as duas células, ao considerar os métodos de interpolação vizinho mais próximo e bilinear?


Observação: como você está trabalhando com uma única foto, ao utilizar as equações de colinearidade faça as seguintes associações: X E; Y N; e Z H. Respostas:

a) g(C1)V=132; g(C2)V=127 b) g(C1)BL=125; g(C2)BL=132 (Valores auxiliares, para efeito de verificação: g(C1)BL=124,825; g(C2)BL=132,14) c) |g(C1)V - g(C1)BL|=7; |g(C2)V - g(C2)BL|=5

4) Pretende-se produzir uma ortofoto digital de resolução 300 dpi na escala 1/5.000. Você dispõe de um conjunto de diapositivos na escala 1/15.000, adquiridos por uma câmara métrica cuja distância focal nominal é 153mm. Considerando estes dados e que você dispõe de um scanner no qual a resolução máxima e mínima sejam, respectivamente, 500 dpi e 300 dpi, pergunta-se:

- Com este conjunto de dados e equipamentos, e seguindo estas especificações descritas, esta ortoimagem poderá ser gerada?

- Caso seja possível, qual seria a resolução (ou as resoluções) que você consideraria para fazer a digitalização das imagens, de modo a produzir a ortoimagem desejada?


5) Você dispõe de um conjunto de fotos aéreas na escala 1/25.000, digitalizadas com um scanner de resolução 1000 dpi. Sabendo que o plotter disponível para a impressão da ortofoto possui resolução máxima de 300 dpi pergunta-se:

- Qual seria a escala máxima que você consideraria para fazer a geração da ortoimagem, sabendo que ela seria impressa no plotter disponível?

- Qual o valor de GSD correspondente para esta ortofoto? 6) Assumindo que um ponto a cada 3 mm* (na escala do produto final) seja a densidade adequada de pontos de um DTM destinado à produção de ortofotos digitais pergunta-se:

- Qual seria a quantidade aproximada de pontos de um DTM, necessários para a geração de uma ortofoto na escala 1/5.000, gerada a partir de uma foto de 230x230mm na escala 1/8.000, obtida por uma câmara de distância focal nominal igual a 150mm?

* De acordo com [1], o valor usual é da ordem de 3-4 mm na escala do produto final. [1] I.S.M. International Systemap Corp. The Fundamentals of Digital Photogrammetry. Vancouver, Canadá, 1997.



Notas de Aula de Fotogrametria III

Tópico Complementar4: Classificação dos Sistemas de Ortofoto (para sistemas analógicos)



4 Este tópico é de interesse histórico e por esta razão foi mantido neste material.


Classificação dos Sistemas de Ortofoto (Conceitos usuais, principalmente na geração de ortoimagens analógicas) Quanto ao modo de operação

. On-line - a produção da ortofoto é feita simultaneamente com a operação de varredura (perfilagem) do modelo com a marca flutuante.

. Off-line - a produção da ortofoto e a obtenção do DTM são processos separados.

Quanto ao modo de projeção

. Reconstrução óptica

- o ortonegativo é produzido a partir do diapositivo por meio de um sistema ótico.

. Reconstrução eletrônica

- O diapositivo é perfilado por um tubo de raios catódicos (CRT) onde são gerados padrões. Estes padrões (sinais) são utilizados na geração de uma imagem que é projetada no novo filme.


Quanto ao processo de Retificação Diferencial

. Ponto a ponto - neste processo se trabalha com elementos bem pequenos, exigindo perfis de grande fidelidade e de espaçamento muito pequeno. (Boa qualidade e alto custo)

. Elementos lineares

- São utilizados elementos lineares horizontais (ao longo das linhas de varredura) - Elementos inclinados . os elementos lineares , ao longo das linhas de varredura, acompanham a inclinação do terreno, podendo ser tangentes ou secantes aos pontos da malha do DTM.

. Por elementos de área

- O perfil pode ser aproximado por uma série de elementos de áreas: Elementos Planos: transformados para o ortonegativo por uma transformação bidimensional (afim ou projetiva) Elementos curvos: transformados para o ortonegativo por uma polinômio de 2a ordem ou superior.


E lem en tosna or tofoto

E lem en tosn o m odelo

Figura mostrando os elementos de área plano (a esquerda) e curvos (a direita), bem como a projeção no plano da ortofoto.


Representação de superfícies considerando elementos lineares de diferentes tipos

a)

b)

c)

Superfície representada por seções de elementos lineares horizontais (a), tangentes (b) e secantes (c). (Adaptado de WIESEL, 1985)


Traçado automático das curvas de nível (Procedimento analógico) Atualmente, esta técnica possui interesse apenas histórico. Pode ser feito por meio de um processo chamado linedropping (linhas patamares). A idéia básica deste processo é traçar linhas que mudam de espessura toda vez que se cruza uma curva de nível. Assim, as curvas de nível podem ser formadas ligando os pontos onde existe variação de espessura das "dropped lines", como ilustra a figura abaixo.

a ) b ) c ) Princípio do traçado automático de curvas de nível durante a produção de ortofoto: traçados das linhas patamares (a), ligação dos pontos de mudança de nível (b) e as curvas de nível (c).


Traçado automático das curvas de nível A partir de dados armazenados em uma malha regular Para o caso em que as informações altimétricas estão disponíveis na forma de uma malha regular (grid data), o princípio é fazer a busca dos pontos de cada curva de nível, de forma sistemática, em todo o conjunto de dados.

Pontos da malha regular

Borda

Curva de nível

Pontos da curva


Etapas principais:

Estimar Zmin e Zmax a partir dos dados disponíveis; Escolher uma eqüidistância (Eq); Fazer o cálculo da 1a curva (primeira cota) e da última curva (última cota):

Primeira cota: EqEq*Eq

minZInt

Última cota: Eq*Eq

maxZInt

Para a primeira cota, fazer a busca dos pontos da curva (em todas bordas, de todas as células), fazendo a pesquisa em função dos valores de Z dos pontos da malha regular; Para cada borda onde se tem um ponto da curva, fazer a interpolação linear para obter a posição (x) ou (y) deste ponto, dependendo se a borda é horizontal ou vertical; Fazer a ligação dos pontos da curva; Repetir o procedimento para as demais cotas.

Para o algoritmo mais detalhado é sugerida a seguinte referência: El-Sheimy (1999).

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Notas de Aula de Fotogrametria III Geração de Ortoimagens · (na Projeção Perspectiva Central) Ortofoto Digital (Projeção Ortogonal) Parâmetros de Orientação Interior da