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Capítulo III 
 
Fotogrametria I (1ª. Edição) última atualização 2013 
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CAPÍTULO III 
 
3.1. Sistemas sensores de imageamento 
Existem diversos tipos de sensores de imageamento utilizados na 
fotogrametria e sensoriamento remoto. Os sistemas mais comuns são os 
detectores de arranjo matricial, arranjo linear, arranjo linear multiespectral, 
arranjo matricial multiespectral e os detectores de arranjo linear 
hiperespectral. 
Usualmente, os sensores são classificados como ativos e passivos. 
Neste capítulo, estão organizados de acordo com o tipo de tecnologia de 
imageamento utilizada pelo sensor. A Figura 3.1 mostra os sensores que 
serão estudados aqui. 
 
Figura 3.1. Tipos de tecnologia de imageamento. 
FONTE: Jensen, 2009. 
 
Capítulo III 
 
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3.1.1. Sistemas passivos 
De todos os tipos de sistemas utilizados no processo de gravação de 
dados para medidas fotogramétricas, as câmeras ainda são muito 
empregadas. O marco inicial da evolução das câmeras aéreas se deve ao 
desenvolvimento do processo fotográfico e, posteriormente, à invenção das 
aeronaves. 
A partir deste instante, os tecnólogos iniciaram suas pesquisas em 
busca de tecnologia mais avançada, com a finalidade de melhorar os 
sensores para a aquisição dos dados, corrigir os efeitos de perspectiva, 
borramente provocado pelo arrastamento das imagens, resolução espacial, 
espectral, radiométrica, entre outros aspectos. A Figura 3.2 apresenta um 
breve histórico da evolução das câmeras aéreas destinadas ao 
mapeamento. 
 
Figura 3.2. Evolução das câmeras aéreas destinadas ao mapeamento. 
 
 
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As câmeras aéreas tiveram sua primeira funcionalidade na I e II 
Guerra Mundial, com a finalidade da tomada de fotografias para fins de 
estratégia militar. A câmera do tipo handheld era utilizada de forma que um 
operador a segurava com as mãos para a tomada das fotografias. Percebe-
se que, o uso desta câmera somente poderia ser útil para finalidades de 
reconhecimento, sendo totalmente desconsiderado seu uso para 
mapeamento cartográfico de precisão. 
Em 1922 surgiu a primeira câmera RMK C1, com dispositivos 
mecânicos mais avançados e um sistema de lentes superior à primeira 
câmera aérea desenvolvida. Com isto, o avanço graduado da tecnologia 
influenciou cada vez mais a melhoria dos sistemas de lentes. Desde então, 
câmeras aéreas com melhor qualidade geométrica e radiométrica estão 
sendo desenvolvidas. Na semana fotogramétrica (Photogrammetric Week) 
de 1999, foi anunciado o desenvolvimento da câmera digital de arranjo 
matricial DMC-Z/I e em 2002 ocorreu seu lançamento no mercado de 
mapeamento. 
Atualmente, existem três classificações de câmeras utilizadas na 
aquisição de imagens para mapeamento, isto é: 
 Câmera métrica convencional; 
 Câmeras digitais convencionais; e 
 Câmeras métricas digitais. 
 
3.1.1.1. Câmera métrica convencional 
Uma câmera métrica convencional é projetada especialmente para 
aquisição de fotografias para fins cartográficos, pois fornece precisão 
geométrica adequada para mapeamento. Uma câmera aérea com esta 
capacidade é denominada de câmera cartográfica. Esta classificação é 
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empregada na produção de mapas e cartas topográficas. As câmeras 
métricas são aquelas que possuem as denominadas marcas fiduciais, cuja 
finalidade é materializar o sistema referencial fiducial garantindo rigidez 
geométrica, devido ao plano focal ser estável. 
Este tipo de câmera utiliza rolos de filme para registro de objetos 
contidos na superfície física, no modo pancromático ou colorido. A Figura 
3.3 apresenta algumas câmeras aéreas baseada em filmes. 
 
Figura 3.3. Câmeras aéreas baseadas em filmes. 
 
 
Fotografias tomadas com câmeras métricas convencionais são 
denominadas de fotografias analógicas e o processo de transformação de 
uma fotografia analógica para uma imagem digital ocorre por meio de 
digitalização da fotografia, via scanner fotogramétrico (ver capítulo I). 
As câmeras métricas convencionais são do tipo quadro fotográfico, 
ou seja, expõe um quadro de área do terreno em cada tomada de fotografia 
em um dado instante. Isto requer que as lentes forneçam uma cobertura 
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angular adequada para que seja gravada a porção da área de interesse. A 
Figura 3.4 apresenta um esquema gráfico de uma câmera de quadro 
fotográfico. 
 
Figura 3.4. Quadro de área no terreno. 
 
 
Este tipo de câmera fornece fotografias de tamanho 23x23 cm e 
permite recobrimento longitudinal de 60% à 90% e lateral de 10% à 30%, 
com uma resolução geométrica de 2,5 m (TOMMASELLI, 2001). As 
principais partes de uma câmera aérea métrica convencional de quadro 
fotográfico são o cone, o corpo da câmera e o magazine. 
O cone de uma câmera é utilizado como suporte para o sistema de 
lentes fixado em relação à superfície inferior do cone. A superfície superior 
do cone de uma câmera contém o plano focal que possui marcas de 
referência, denominadas marcas fiduciais. As marcas fiduciais materializam 
o sistema de coordenadas da fotografia resultante, ou sistema fotográfico. 
O corpo da câmera é constituído do cone externo (a função do cone 
externo é receber o cone interno e o mecanismo de avanço motorizado do 
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filme e servir de interface para o magazine) e de outras peças, tais como, 
suportes, alavancas de comando e dispositivos de controle automático do ciclo 
de funcionamento da câmera. Existem vários dispositivos para manter o filme 
plano, sendo o dispositivo de vácuo-sucção o mais comum. 
O magazine da câmera é utilizado para armazenar, avançar e aplainar 
o filme e possue um dispositivo de compensação de arrastamento (consiste 
em um borramento na imagem provocado pelo movimento relativo do objeto 
enquanto o obturador da câmera permanece aberto durante o tempo de 
exposição do filme). 
Para Tommaselli (2001), os dispositivos de compensação de 
arrastamento provocam um pequeno movimento sincronizado do negativo, na 
direção do voo, enquanto o obturador está aberto (Figura 3.5a). Este pequeno 
movimento elimina o arrastamento e melhora significativamente a qualidade 
da imagem (Figura 3.5b). Na Figura 3.5b mostra-se um magazine com um 
dispositivo de compensação, também chamado de FMC (Forward Motion 
Compensation) da câmera RMK-Top Zeiss. 
 
Figura 3.5. Compensação do arrastamento. (a) Borramento na imagemcausado pelo arrastamento. (b) Imagem sem arrastamento 
FONTE: Tommaselli, 2001. 
 
 (a) (b) 
 
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A seguir serão apresentadas as características das câmeras digitais 
convencionais. 
3.1.1.2. Câmeras digitais convencionais 
As câmeras digitais convencionais são classificadas em pequeno e 
médio formato, com modelos amadores e profissionais. As câmeras digitais 
amadoras não possuem rigidez geométrica e radiométrica da imagem. As 
câmeras digitais profissionais possuem lentes e componentes internos de 
melhor qualidade geométrica, porém ainda não alcançam a precisão das 
câmeras métricas convencionais. Estes modelos têm sido bastante 
utilizados em projetos de cunho científico e, desde que devidamente 
calibrados, podem ser utilizados para trabalhos fotogramétricos de baixa 
precisão. 
As câmeras de pequeno e médio formato possuem algumas 
vantagens em relação às câmeras métricas convencionais, tais como, são 
leves e de fácil manejo, seu custo é reduzido, possuem um intervalo de 
distâncias focais, flexibilidade de integração com sistemas GPS e INS, 
podem ser integrados em diversos tipos de aeronaves e grande 
disponibilidade no mercado. 
3.1.1.3. Câmeras métricas digitais 
3.1.1.3.1. Sistema Tri-Linear 
De acordo com Fricker et al (2000), o sistema Tri-Linear possui 3 
sensores CCD com configuração de varredura linear, cuja amostragem do 
terreno é feita em 3 faixas. O sistema consiste de 3 sensores lineares 
posicionados no plano focal, cujas visadas são denominadas de anterior, 
nadir e posterior. Tal disposição garante a geometria e a cobertura 
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estereoscópica da superfície. Os sistemas Tri-lineares também possuem 
sensores multiespectrais com sensibilidade controlada por filtros RGB e 
infravermelho próximo, localizados próximos ao nadir. A Figura 3.6 mostra 
as visadas anterior, nadir e posterior do sistema Tri-Linear. 
 
Figura 3.6. Visadas de aquisição de imagens do sistema Tri-Linear. 
 
 
Com o sistema Tri-Linear todos os objetos aparecem em todas as 
três faixas coletadas pelos sensores. A Figura 3.7, mostra duas imagens 
adquiridas com o sistema supracitado nas visadas anterior e nadir. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3.7. Imagens originais de visada anterior e nadir, adquiridas pelo 
sistema Tri-Linear. 
FONTE: Haala, 2001. 
 
 
Como pode ser percebido na Figura 3.7, as imagens originais 
apresentam-se distorcidas e por isso é necessário um tratamento da 
imagem (correção geométrica para ajustar as linhas imageadas). Tal 
tratamento é baseado no emprego dos parâmetros de posição e atitude 
fornecidos pelo sistema de integração GPS/INS. A partir destes parâmetros 
é realizada uma retificação inicial das imagens, seguida de fototriangulação 
para o refinamento da solução (para maiores detalhes ver HAALA, 2001). A 
Figura 3.8 apresenta as imagens retificadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3.8. Imagens retificadas de visada anterior e nadir, adquiridas pelo 
sistema Tri-Linear. 
FONTE: Haala, 2001. 
 
 
Existem dois modelos de câmeras baseadas na abordagem Tri-
Linear, isto é, as câmeras HRSC-A (desenvolvida pelo Centro Espacial da 
Alemanha) e ADS 40/80 (Desenvolvida pelo convênio Leica Geosystems e 
Centro Espacial da Alemanha). 
O crescente desenvolvimento dos sensores digitais fotogramétricos 
aerotransportados, aponta para a uma grande mudança na forma de 
aquisição, processamento, manuseio e geração de produtos a partir de 
imagens aéreas, permitindo a sua aplicação para diferentes áreas do 
conhecimento, proporcionando uma redução no tempo de produção 
(processamento totalmente digital), melhor resolução espacial e 
radiométrica, aquisição simultânea de imagens pancromáticas e 
multiespectrais, mais flexibilidade e custos mais baixos. 
Com base no tamanho do formato de aquisição da imagem os 
sensores podem ser divididos em: 
a) pequeno formato: geram imagens com tamanho de até 16 
megapixels; 
b) médio formato: geram imagens entre 16 e 40 megapixel; 
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c) grande formato: geram imagens acima de 40 megapixel (PETRIE 
et alii, 2007) . 
De acordo com Petrie etl al. (2007) os sensores de grande formato 
existentes no mercado são os sensores matriciais (por exemplo, ITT, 
DIMAC, DMC Z/I, Ultracam-D e UltracamX), sensores de varredura linear 
no modo monocromático (GLOBAL SCAN), sensores de varredura linear no 
modo colorido (VOS 60 e VOS-80: Zeiss), sensores de varredura linear no 
modo hiperespectral (ITRES RESEARCH), sensor tri-lineares e varredura 
linear estéreo (HRSC-AX e HRSC-AXW, ADS40 e a 2ª geração ADS80 da 
Leica). Aqui será tratado apenas o sensor digital ADS 40 de varredura 
linear. 
Câmera ADS 40 
Como descrito anteriormente, lançado no XIX Congresso ISPRS de 
Amsterdã realizado em Julho de 2000, o sensor digital aerotransportado, 
figura 3.11, da LH Systems inicia uma nova era da fotogrametria digital, 
apropriadamente colocado no início do novo milênio. Desenvolvido em 
conjunto com o Deutsche Zentrum für Luft - und Raumfahrt (Centro 
Aeroespacial Alemão – DLR) em Berlin (SANDAU et al., 2000), o ADS40 foi 
o primeiro dispositivo imageador digital aerotransportado com capacidade e 
performance, em termos de resolução e cobertura, nas medidas similares 
as estabelecidas pelas câmeras aéreas analógicas de filmes com formato 
23 x 23 cm e resolução maior do que 100 linhas por milímetro (FRICKER et 
al., 2001). 
O ADS40 é uma câmera métrica digital com sensor linear de alta 
resolução espacial, radiométrica, cuja resolução espectral sensibiliza a 
região do espectroeletromagnético no visível e infravermelho próximo. Tal 
sensor utiliza o princípio de varredura linear com três sensores CCDs, 
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organizadas perpendicularmente à direção de voo (denominado 
pushbroom), obtendo desta forma uma visada anterior, uma visada vertical 
e outra visada posterior, possibilitando a geração de modelos 
estereoscópios. A Figura 3.9 mostra uma imagem da câmera instalada em 
uma aeronave. 
 
Figura 3.9. (a) Câmera ADS40 – LEICA. (b) Câmera instalada na aeronave. 
FONTE: Fricker, 2001. 
 
(a) (b) 
 
Este tipo de câmera utiliza três componentes básicos para aquisição 
de imagens,tais como, uma câmera digital de arranjo linear, receptor GPS 
para alimentação do sistema de navegação INS e o próprio sistema para 
determinação da posição e da atitude da aeronave, no momento da 
varredura de cada linha no terreno. O sensor digital linear fornece imagens 
do terreno por meio de varreduras contínuas com as características do 
sistema Tri-Linear. 
A câmera digital possui um sistema de lentes com uma ou mais 
distâncias focais, 3 a 5 sensores lineares no modo Pancromático (estéreo) 
e de 3 a 7 sensores multiespectrais (RGB e infravermelho). A Figura 3.10 
apresenta a varredura contínua e o esquema de varredura para cada tipo 
de modo (PAN e Multiespectral). 
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Figura 3.10. Varredura contínua e seus modos de imageamento. 
 
 
O campo de visada (FOV) do modo PAN anterior é de 28.4
0
, 
enquanto que o PAN posterior é de -14.2
0
 ambos em relação a visada 
nadiral. Isto faz com que se tenha uma imagem estereoscópica e possibilita 
a visualização tridimensional. Tais valores angulares estão fortemente 
correlacioandos com os diversos tipos de aplicações de mapeamento 
topográfico em terrenos planos (30-60 graus), terrenos montanhosos (10-40 
graus) e aplicações em áreas suburbanas (20-40 graus) áreas urbanas (10-
25 graus) entre outras aplicações. Para os sensores multiespectrais a 
visada do infravermelho posterior é de -2.0
0
 e a visada RGB anterior é de 
16.1
0
. 
Algumas vantagens deste tipo de sistema em relação às câmeras 
convencionais são: 
 A projeção da imagem é perspectiva paralela. Neste tipo de 
projeção a componente de deslicamento na direação da linha 
de voo é igual para diferentes altitudes, ao longo da faixa. 
Tornando possível a visualização tridimensional de imagens 
similar àquela vista em pares estereoscópicos; 
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 Número de imagens para o recobrimento aéreo da região de 
interesse é menor; 
 Resolução multiespectral melhor que as imagens de satélite 
de alta resolução; 
 Produtos obtidos de forma ligeiramente mais rápida; 
 Sem a necessidade de rolos de filme, laboratório fotográfico 
e scanners; e 
 Resolução de 8 a 12 bits, permitindo a visualização de 
objetos obstruídos por sombra. 
 
Além das câmeras digitais de sensor linear também existem as 
câmeras digitais de sensor matricial. A Tabela 3.1 apresenta algumas 
diferenças entre a câmera digital de sensor linear e de sensor matricial. 
 
Tabela 3.1. Diferenças básicas entre câmera digital de sensor linear e 
matricial. 
Adaptado de Fricker, 2001. 
ADS – 40 (Airbone Digital Sensor) DMC (Digital Mapping Camera) 
Sensor CCD de arranjo linear Sensor CCD de arranjo matricial 
PAN (24000 pixels) PAN (13826 x 7680 pixels) 
MS – R,G,B e NIR
* 
MS – R,G,B e NIR 
Tamanho do pixel 6,5 x 6,5 m Tamanho do pixel 12 x 12 m 
1 lente telecêntrica 4 lentes da Zeiss (PAN) + 4 lentes 
(MS) 
Distância focal 62,7 mm Distância focal 120 mm (PAN) e 
25,4 mm (MS) 
FOV 64
0
 FOV 74
0
 x 44
0
 
12 bits / 8 bits 12 bits 
Sistema inercial/GPS Sistema inercial/GPS (opcional) 
Resolução espacial mínima 15 cm Resolução espacial mínima 5 cm 
Memória 540 GB Memória 840 GB (> 2000 imagens) 
*NIR: infravermelho próximo. 
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Figura 3.11. Sensor ADS 40. 
Adaptado de Fricker et al., 2005. 
 
 
 
 
Na aquisição de imagens aéreas com o ADS40, todos os objetos são 
gravados três vezes em 100% das cenas ou visadas, enquanto em uma 
câmera aérea analógica, a aquisição da imagem é obtida com 60% ou 50% 
de posição de todos os objetos em três fotografias diferentes (Figura 3.13). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3.13. Sobreposição de imagens na ADS40. 
Adaptado de Fricker et al., 2005. 
 
 
O ADS40 gera imagens de faixas contínuas sem emendas ao longo 
de cada linha de voo (Figura 3.14) e em diferentes perspectivas lineares 
(Figura 3.15) propiciando uma faixa de imagem denominada quase-
ortogonal (Fricker, 2005). 
 
Figura 3.14. Imagem Pancromática com visada vertical e imagem 
retificada. 
Adaptado de Fricker et al., 2000. 
 
 
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Figura 3.15. Efeito da perspectiva linear. 
 Adaptado de Fricker et al., 2000. 
 
 
O ADS40 possui uma unidade de medida inercial composta pela 
integração GPS/INS. O uso de GPS/INS fornece ao sistema a capacidade 
de determinar continuamente o deslocamento espacial do sensor de forma 
autônoma, apresentando precisão suficiente para o georreferenciamento 
direto de imagens digitais (MCMILLAN et al., 1994; CRAMER et al., 2001; 
CRAMER, 2003) possibilitando a realização de mapeamento com maior 
flexibilidade e rapidez (RUY, 2004). A Figura 3.16 mostra um esquema 
representando o uso da tecnologia de integração GPS/INS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo III 
 
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Figura 3.16. Esquema ilustrando a integração de sensores de 
posicionamento, navegação e imageamento. 
 Adaptado de Fricker et al., 2000. 
 
 
O plano focal, figura 3.17a, consiste de quatro conjuntos lineares de 
CCD: dois deles contendo duas linhas e os outros dois contendo três linhas, 
figura 3.17b, cada linha com duas matrizes de 12.000 pixels (SANDAU et 
alli, 2000) separadas por uma distância de 3,5 m, sendo, 6,5 x 6,5 m a 
dimensão de cada pixel, que permitem medir os valores absolutos dos 
fótons que entram no sistema, como uma função de transferência linear. 
Os dois conjuntos de CCD externos, formados com 2x12.000 pixels 
operam a banda pancromática, e os dois conjuntos internos, divididos em, 
um conjunto contendo 3x12.000 pixels que opera as bandas RGB 
(vermelho, verde e azul) e o outro conjunto também com 3x12.000 pixels 
que opera, com duas linhas a banda pancromática e uma linha, a banda do 
infravermelho próximo (NIR). 
Capítulo III 
 
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Com esta disposição o sensor tem capacidade de gerar imagens no 
pancromático anterior com o primeiro conjunto linear de CCD, imagens 
multiespectrais nas bandas RGB (vermelho, verde e azul) com o segundo 
conjunto, imagens no pancromático (visada vertical) com as duas primeiras 
linhas e na banda do infravermelhopróximo com a terceira linha do terceiro 
conjunto de CCD e imagem no pancromático (visada posterior) com o 
primeiro quarto conjunto, figura 3.17c. 
 
Figura 3.17. Plano focal com a posição do sensor CCD linear e a 
composição de bandas da imagem. Adaptado de FRICKER et alli, 2000. 
 
 
Sistema Óptico Digital e Filtros 
A ótica inovadora da ADS40 é projetada para uso em fotogrametria e 
sensoriamento remoto. A lente é semelhante em suas dimensões externas, 
peso e resolução as lentes da câmera RC-30 com filme, sendo diferentes 
em relação ao modo de gravação, pois, enquanto nas câmeras com filme a 
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minimização da distorção é primordial, a maior demanda requerida em 
câmeras digitais é o telecentrismo das imagens, em função do trabalho com 
bandas multiespectrais, (SANDAU et alli, 2000). 
O sistema ótico digital possuí, uma lente telecêntrica de distância 
focal de 62,5 mm, figura 3.18, tamanho de pixel na imagem de 6,5 m, uma 
abertura de visualização no solo com campo de visão FOV (em inglês, Field 
of View) com ângulo de cobertura de 64°, diafragma com abertura f:4, 
ângulos estéreos de 16° (visada vertical para anterior), 26° (visada posterior 
para vertical) e 42° (visada anterior para posterior), faixa espectral entre 428 
e 887 nanômetro (R:608,662nn; G:533-587nn; B:428-492nn; NIR1:703-
757nn e NIR2:833-887nn), resolução de 150 linhas por mm, precisão 
geométrica de 1 m, medida dinâmica de 12-bit, resolução radiométrica de 
8-bit; vermelho com freqüência de 200-800 HZ, capacidade de 
armazenamento com capacidade de 200-500 GB, estabilização térmica e 
barométrica na faixa de alta precisão de +10° até +30°, distorção radial 
menor ou igual a 3%, filtros de bandas e de interferência metálica além dos 
filtros para bandas RGB mantendo a qualidade campo visual do sensor 
(SANDAU et alli, 2000 e FRICKER et alli, 2005a). 
 
Figura 3.18. Sistema Ótico Digital ADS40. Adaptado de FRICKER et alli, 
2000. 
 
 
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Sistema de Feixes Trichroid (Tricóide) 
O sistema de divisão de feixes Trichroid desenvolvido pela Leica 
especialmente para a ADS40, foi concebido com uma perda mínima de 
energia, e garante que a luz, a partir da mesma área do solo, seja 
detectada por três arranjos lineares sensíveis ao RGB. Outra matriz linear 
sobre o plano focal captura os dados no infravermelho próximo, figura 3.19 
(FRICKER et alli, 2001). 
 
Figura 3.19. Sistema Trichroid desenvolvido pela Leica para a ADS40. 
Adaptado de FRICKER et alli, 2000. 
 
Processamento e Aerotriangulação dos Dados do ADS40 
Os metadados originais, com as imagens e parâmetros posicionais e 
de atitude do sensor no momento da tomada das imagens, permitem, a 
obtenção de uma visão estéreo, medidas manuais de pontos de controle e 
medidas automáticas de pontos fotogramétricos, e isto, garante o 
processamento e o ajustamento do bloco, resultando em uma imagem 
retificada com precisão e livre de paralaxe, que pode ser vista 
estereoscopicamente, e ser usada, por exemplo, para coleta e edição de 
feições cartográficas (FRICKER et alli, 2001). 
Capítulo III 
 
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As imagens são classificadas de acordo com os níveis de 
processamento em: a) Nível 0 (zero) – Dados Brutos: consistem em 
imagem geométricas básicas (formato TIFF e outros formatos) e dados de 
orientação processados; b) Nível 1 (um) – Dados Corrigidos: consistem em 
imagens multiespectrais e pancromáticas estéreo totalmente retificadas; c) 
Nível 2 (dois) – Dados Geoposicionais: consistem em ortofotos 
pancromáticas e multiespectrais. Os dados de nível zero utilizam o LH 
Systems ADS gerador nível zero e o pós processamento applanix, já os 
níveis um e dois utilizam o systems ADS gerador nível um, SOCET SET, 
DPW, ORIMA ou três pares fotogramétricos na estação de trabalho com 
sensor de modelo ADS (FRICKER et alli, 2001). 
 
Aplicações e contribuições para sistema digital aerotransportado 
Em função do sensor aerotransportado ADS40 possuir uma 
resolução espacial variando entre 0,8 m e 0,01m e uma resolução espectral 
no pancromático e no multiespectral este sensor é indicado para aplicações 
de fotogrametria e sensoriamento remoto. 
O produto gerado pelo sensor pode ser utilizado em áreas clássicas 
da cartografia como, defesa, mapeamento topográfico, construção civil, 
infra-estrutura, telecomunicações, energia, agricultura, floresta, seguro e 
desastres (HEIER, 1999). 
Novos métodos, em comparação com os já existentes para o 
processamento de filmes aéreos digitalizados, foram introduzidos ao longo 
dos últimos anos e investigações cuidadosas têm demonstrado que o 
desempenho, a arquitetura, direção, georreferenciamento, modelagem do 
sensor, processamento de pontos, aerotriangulação do sensor 
aerotransportado ADS40 (FRICKER, 2001; HINSKEN et alli, 2002; 
SANDAU et alli, 2000; TEMPELMANN et alli, 2000) e outros sistemas 
Capítulo III 
 
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 109 
(FRITSCH, 1997; HAALA et alli, 2000; HOFFMANN et alli, 2000; LEBERL et 
alli, 2003; TIANEN et alli, 2003; WEWEL et alli, 1998; apud PATERAKI et 
alli, 2003a). 
As pesquisas envolvendo o ADS40 demonstram a construção, o 
desempenho, geometria e resolução do sensor (SANDAU et alli, 2000; 
ECKARDT et alli, 2000; ZHU, 2004; CRAMER, 2006), a acurácia e a 
precisão no uso da fotogrametria e do sensoriamento remoto (FRICKER et 
alli, 2001; GREEN et alli, 2007; WASER et alli, 2007; DAI et alli, 2008; 
ADDULLAH, 2009), o processamento, análise da qualidade radiométrica da 
imagem, extração de feições por correlação de pixels e a geração de 
modelos digitais de superfície (GWINNER et alli, 1999; NEUKUM, 1999; 
SCHOLTEN, 2000; PATERAKI et alli, 2002; PATERAKI et alli, 2003a; 
PATERAKI et alli, 2003b; HONKAVAARA et alli, 2007), a obtenção da 
aerotriangulação usando os parâmetros determinados pelo sistema de 
navegação inercial GPS/IMU (HINSKEN et alli, 2002), a investigação da 
acurácia de mapeamentos topográficos (YOTSUMATA et alli, 2002) e a 
comparação radiométrica entre o sensor ADS40 e outros sensores 
(HONKAVAARA; 2007). 
 
Resolução espacial do pixel no terreno e a escala do mapa 
Quando tratamos de imagens aéreas da superfície terrestre por meio 
de sensores digitais aerotransportado, o detalhe mais importante para a 
definição da precisão e acurácia com que necessitamos obter o produto 
cartográfico não, é a escala da foto e a altitude de vôo, como no caso de 
câmeras aéreas convencionais, e sim o tamanho ou resolução espacial do 
pixel no terreno, também conhecido como GSD (em inglês, Ground Sample 
Distance). 
Capítulo III 
 
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 110 
A tabela3.2 apresenta a relação entre o GSD do sensor ADS40 e a 
escala do mapa. 
 
Tabela 3.2. Relação GSD e escala do mapa. Adaptado de FRICKER et alli, 
2000. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GSD 
com 
ADS4
0 
Escala do 
Mapa 
Mapa Padrão Comparação com filme fotográfico 
Acurácia 
x,y RMSE 
Intervalo de 
Curva de 
Nível 
Escala da 
Foto 
Tamanho do pixel 
do filme 
digitalizado 
5 – 10 
cm 
1:500 0,125 m 0,25 m 1:3.000 até 
1:5.500 
2,50 – 5,00 cm 
10 – 
15 cm 
1:1.000 0,250 m 0,50 m 1:5.000 até 
1:8.000 
5,00 – 7,50 cm 
15 – 
20 cm 
1:1.500 0,400 m 0,75 m 1:6.500 até 
1:10.000 
7,50 – 10,0 cm 
20 – 
30 cm 
1:2.000 0,500 m 1,00 m 1:8.000 até 
1:11.000 
10,0 – 15,0 cm 
25 – 
35 cm 
1:2.500 0,600 m 1,25 m 1:8.500 até 
1:13.000 
12,5 – 17,5 cm 
30 – 
50 cm 
1:5.000 1,250 m 2,50 m 1:12.000 até 
1:18.000 
15,0 – 25,0 cm 
40 – 
60 cm 
1:10.000 2,500 m 5,00 m 1:17.000 até 
1:27.000 
20,0 – 30,0 cm 
50 – 
70 cm 
1:20.000 5,000 m 10,00 m 1:25.000 até 
1:35.000 
25,0 – 35,0 cm 
50 – 
80 cm 
1:25.000 6,250 m 12,50 m 1:28.000 até 
1:42.000 
25,0 – 40,0 cm 
50 – 
100 
cm 
1:50.000 12,50 m 20,00 m 1:40.000 até 
1:60.000 
25,0 – 50,0 cm 
50 – 
100 
cm 
1:100.000 25,00 m 50,00 m 1:60.000 até 
1:90.000 
25,0 – 50,0 cm 
Capítulo III 
 
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 111 
Figura 3.20. Exemplo de imagem de saída da ADS40. Adaptado de 
FRICKER et alli, 2000. 
 
 
 
De forma similar a tabela 3.3 apresenta a relação entre o campo de 
visada instantânea (IFOV) de um digitalizador medido em pontos por 
polegada (DPI - dots per inch) ou micrômetros ( m), usado na 
transformação de uma fotografia aérea convencional em uma imagem 
digital, e a resolução espacial do pixel no terreno para fotografias em 
diferentes escalas (JENSEN, 2009). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo III 
 
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 112 
Tabela 3.3. Relação “pixel” no terreno e a escala da fotografia. Adaptado de 
JENSEN, 2009. 
IFOV do 
Digitalizador 
Resolução do “pixel” no terreno para diversas escalas das fotografias (m) 
DPI m 1:25.000 1:12.500 1:10.000 1:8.000 1:6.000 1:4.000 
100 254,000 6,350 31,750 2,540 2,032 1,524 1,016 
200 127,000 3,175 15,875 1,270 1,016 0,762 0,508 
300 84,667 2,117 10,583 0,847 0,677 0,508 0,339 
400 63,500 1,588 7,938 0,635 0,508 0,381 0,254 
500 50,800 1,270 6,350 0,508 0,406 0,305 0,203 
600 42,333 1,058 5,292 0,423 0,339 0,254 0,169 
700 36,286 0,907 4,536 0,363 0,290 0,218 0,145 
800 31,750 0,794 3,969 0,318 0,254 0,191 0,127 
900 28,222 0,706 3,528 0,282 0,226 0,169 0,113 
1000 25,400 0,635 3,175 0,254 0,203 0,152 0,102 
1200 21,167 0,529 2,646 0,212 0,169 0,127 0,085 
1500 16,933 0,423 2,117 0,169 0,135 0,102 0,068 
2000 12,700 0,318 1,588 0,127 0,102 0,076 0,051 
3000 8,467 0,212 1,058 0,085 0,068 0,051 0,034 
4000 6,350 0,159 0,794 0,064 0,051 0,038 0,025 
Conversões úteis de digitalizadores (Adaptado de JENSEN, 2009) 
DPI= pontos por polegada; m =micrômetro; I = polegada; M=metros 
De DPI para micrômetros: m = (2,54/DPI)×10.000 
De micrômetros para DPI: DPI=(2,54/ m)×10.000 
De polegadas para metros: M=I×0,0254 
De metros para polegadas: I = M×39,37 
Cálculo do GSD (Adaptado de JENSEN, 2009) 
PM = tamanho do “pixel” em metros; PF = tamanho do “pixel” em pés; S= escala da foto 
Utilizando DPI: PM =((S/DPI)/39,37) ×100 
PF=(S/DPI)/12 
Utilizando micrômetros: PM = (S× m)×0,00001 PF=(S× m)×0,00000328 
 
Por exemplo, se uma fotografia na escala 1:6.000 é digitalizada em 
1200 DPI, o tamanho do pixel será (6000/1200)/39,27=0,127 metros por 
pixel. Se uma fotografia na escala de 1:8.000 é digitalizada com 21,167 m 
o tamanho do pixel será (8000×21,167)×0,000001)=0,169 metros (JENSEN, 
2009). 
 
Capítulo III 
 
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 113 
 
A seguir será apresentada a teoria sobre sistema SVL (em inglês, 
Light Detection and Ranging). 
 
3.1.2. Sistemas Ativos 
Dentre os sistemas baseados em técnicas ópticas de medidas 
tridimensionais (3D) o sistema de varredura a Laser (em inglês, Light 
Amplification by Stimulated Emission of Radiation) é parte constituinte dos 
sistemas conhecidos como time-of-flight, que usam uma fonte Laser para 
varrer uma superfície com a finalidade de adquirir densa quantidade de 
dados 3D, e será discutido nesta subseção do capítulo 3. O quadro 3.1 
mostra uma classificação dos sistemas de medidas ópticas de medidas 3D. 
 
Quadro 3.1. Sistemas ópticos de medidas tridimensionais. Adaptado de 
Vosselman e Maas (2010). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
No esquema a aquisição de medidas 3D realizadas com sistemas 
passivos é baseada em processamento a partir de modelos fotogramétricos 
Interfero
metria 
Técnicas de 
medida por 
fase e pulso 
Técnicas ópticas de medidas 3D 
Triangulação Luz coerente 
Passivo Ativo 
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 114 
(estéreo fotografias); com sistemas ativos podem ser obtidas através de um 
único ponto de projeção, varredura Laser, projeção de feixes de luz, luz 
estruturada, entre outras. No caso de aquisição de medidas 3D baseada em 
luz coerente, as técnicas de medidas por pulso é conhecida como time-of-
flight e compõe a maioria dos sistemas de varredura a Laser (SVL). A 
interferometria pode ser classificada separadamente e não será tratada 
neste capítulo. 
3.1.2.1 Sistema de varredura a Laser 
De acordo com Vosselman e Maas (2010) nos últimos 50 anos 
diversos avanços nas áreas da eletrônica, visão computacional e gráfica 
tem sido realizados; tornando possível a construção de SVL 
aerotransportado e/ou terrestre de forma confiável, acurada e com alta 
resolução. Além disso, a possibilidade de processamento de uma densa 
nuvem de pontos tridimensionais de forma eficiente e com custo/benefício 
tem suprido a deficiência de uma grande quantidade de aplicações 
topográficas, ambientais, industriais, preservação de monumentos 
históricos, etc; que dependem da aquisição de dados tridimensionais. 
O SVL aerotransportado ou terrestre captura e registra informações 
geométricas e, em alguns sistemas, as informações de textura dos objetos 
contidos na superfície física. Para Shan e Toth (2008) o SVL foi o maior 
avanço tecnológico de sistema de aquisição de dados espaciais introduzido 
no mapeamento topográfico, do final do século XX. Sua principal vantagem 
é a capacidade de fornecer dados tridimensionais de forma direta, rápida, 
segura, autônoma e acurada. 
Ao contrário do método tradicional de Fotogrametria, o sistema de 
varredura Laser aerotransportado ou terrestre pode adquirir, de forma 
direta, dados espaciais sobre a superfície física com uma superabundância 
Capítulo III 
 
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 115 
de informações, que podem ser utilizadas em inúmeras aplicações da 
engenharia. O desenvolvimento do sistema supracitado interveio na 
interdisciplinaridade das técnicas de visão computacional, computação 
gráfica e a fotogrametria. A adaptação gradual destas técnicas está 
relacionada com a calibração do sistema, processamento e registro dos 
dados adquiridos e a extração das informações. 
O sistema tem possibilitado uma leitura ousada no que tange as 
perspectivas na automação dos processos fotogramétricos, sobretudo para 
geração de ortofotos digitais verdadeiras (true ortophotos), autonomia na 
recuperação dos parâmetros de orientação exterior de imagens, 
reconhecimento e reconstrução automática de objetos presentes nas 
imagens digitais, abrindo novos caminhos para a fotogrametria em diversos 
ramos do mercado nacional. 
A seguir será apresentado o princípio básico de funcionamento do 
sistema SVL. 
Princípio de funcionamento 
SVL é um sistema de registro de informação com princípio ativo, que 
possibilita a determinação de coordenadas tridimensionais de cada ponto 
varrido pelo sistema num curto período de tempo e de forma direta. 
A característica mais marcante do sistema de emissão e recepção do 
pulso é a sua propriedade em medir distâncias com alto grau de acurácia, 
usualmente, baseada em um instrumento preciso para medida de tempo. 
Existem dois métodos de medida de tempo que podem ser empregados nos 
instrumentos supracitados, isto é, o time-of-flight e o CBLR (em inglês, 
Continuous Beam of Laser Radiation). Aqui será tratado apenas o primeiro 
método. 
Capítulo III 
 
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 116 
O método time-of-flight foi muito utilizado nos experimentos de Hertz 
na década de 1880, com ondas de rádio. Com o advento do Laser na 
década de 1950 foi possível seu uso para aquisição de imagens com 
resolução angular e métrica muito melhor que aquelas obtidas por ondas de 
rádio. O princípio teórico é o mesmo para todos os sistemas que usam 
radiação de energia eletromagnética. 
A propriedade fundamental de uma onda de luz é sua velocidade e 
propagação. Em um dado meio de propagação, a onda de luz viaja com 
velocidade constante e finita. Então, a medida do tempo de resposta 
(também conhecida como time-of-flight) é dada em função do tempo entre a 
emissão de um pulso curto com alta potência de radiação por Laser e 
recepção da luz partindo de uma fonte de luz conhecida até um alvo 
qualquer e seu retorno. Neste caso, o pulso emitido interage com o objeto 
contido na superfície física. Uma porcentagem da energia emitida é 
absorvida, outra porcentagem é transmitida e a energia refletida retorna ao 
sistema, sendo a mesma armazenada na “unidade de controle de 
armazenamento”, juntamente com as informações fornecidas pelo GPS e 
INS. O intervalo de tempo (t) entre a emissão e recepção do pulso é 
calculado com precisão e a distância entre a plataforma e o objeto perfilado 
(
R
) é calculada em função de t e a velocidade da radiação eletromagnética 
(
v
 = 3x10
8
 m/s), a saber: 
 
2
tv
R
 (3.1) 
Da relação acima, se pode extrair a seguinte equação, a saber (Shan 
e Toth, 2008): 
 
22
tvvt
R
 (3.2) 
 
Capítulo III 
 
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 117 
Onde, 
R
é a precisão da distância, 
v
é a precisão da velocidade da luz 
e
t
é o valor correspondente da precisão de t. A precisão de 
R
é 
determinada em função de 
t
. É importante notar que a luz viaja em um 
meio de propagação ( , aqui considerado o ar e igual a 1). 
Em alguns sistemas de varredura a Laser mais que um eco do pulso 
Laser pode ser medido, devido aos múltiplos retornos que são causados 
pelas características da superfície, especialmente quando áreas de 
vegetação são perfiladas (Hofton et al.,2000; Wagner et al., 2006; Pfeifer e 
Briese, 2007). 
É importante observar com maiores detalhes as características da 
forma do pulso emitido e recebido pelo sensor Laser. As características do 
pulso emitido podem ser vistas na Figura 3.21, com largura (tP) e com 
tempo de suavização tr. 
 
Figura 3.21. Características do pulso Laser. Adaptado de Vosselman e 
Maas (2010). 
 
 
Na velocidade da luz, o comprimento de um pulso típico com largura 
tP= 5 ns corresponde à 1.5 m, enquanto com o tempo de suavização tr= 1 
Capítulo III 
 
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 118 
ns corresponde à um comprimento de 0.3 m. De acordo com a Equação 3.3 
a relação entre R (a distância entre o sensor do SVL e o alvo) e o tempo de 
resposta (time-of-flight, ) é dado por: 
 
c
R
n
2
 (3.3) 
Com n = 1, o valor de é 6.7 s numa altura de vôo de 1000 m. Ao 
considerar que a partir de uma distância R são gerados dois ou mais pulsos 
de retorno (ecos) derivados de um único pulso P1, diferentes intervalos de 
tempo podem ser discriminados se e somente se os ecos (retornos) E11 e 
E12 são separados, isto é, não são sobrepostos. Isto significa que 
12 11
+tp. 
Então, o comprimento do pulso lp que é dado por 
pp l
c
n
t
, nos conduzirá à 
seguinte expressão, a saber: 
 
p
p
lRR
l
c
n
R
c
n
R
c
n
2
1
22
1112
1112
 (3.4) 
 
Dois ecos do pulso podem ser discriminados somente se suas 
distâncias são maiores que a metade do comprimento do pulso (lp). Isto 
significa que para um pulso com largura de 5 ns, objetos podem ser 
detectados como objetos distintos caso a diferença entre suas distâncias 
for, no mínimo, maior que 0.75 m. 
O intervalo de incerteza para um único pulso Laser é dado, 
aproximadamente, por (Vosselman e Maas (2010)): 
 
SNR
tc r
pr
2
 (3.5) 
Capítulo III 
 
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 119 
Onde, tr é o tempo de suavização do pulso Laser (ver Fig. 3.21) e SNR é a 
relação da potência do sinal sobre o ruído. Assumindo SNR igual a 100, tr 
igual a 1 ns, e um contador de intervalo de tempo com resolução adequada, 
então o intervalo de incerteza será em torno de 15 mm. Muitos SVL 
comerciais baseados no método time-of-flight fornecem um intervalo de 
incerteza na ordem de 5-10 mm, enquanto for mantido um alto SNR. No 
caso de amostras 3D não correlacionadas, a média independente das 
medidas dos pulsos reduzirá 
pr
 por um fator proporcional à raiz 
quadrada da média. 
Em relação às técnicas de medidas do pulso Laser existem, 
basicamente: técnica de medida por fase; e técnica de medida por 
triangulação. Aqui será tratada apenas a técnica de medida baseada em 
triangulação. 
Medidas 3D baseadas em triangulação 
O princípio básico da triangulação óptica para um único pulso Laser 
estático pode ser visto na Figura3.22. Uma fonte Laser projeta um pulso 
numa superfície de interesse. A luz refletida pela superfície é registrada a 
partir de um ponto de vista distinto daquele onde se encontra a fonte de luz. 
O conhecimento dos ângulos ( e ) de projeção e registro relativos á linha 
de base (B) determina as dimensões do triangulo (leis do cosseno) e, 
conseqüentemente, as coordenadas bidimensionais de um ponto na 
superfície (X, Y). 
O ângulo que corresponde a um deslocamento de um perfil da 
superfície ( Z) é medido por uma mudança equivalente na posição do 
detector, que atua como um sensor angular e fornece sinais que são 
interpretados com uma posição (p). 
Capítulo III 
 
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 120 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.22. Princípio de funcionamento da técnica conhecida como 
triangulação óptica. 
 
Sistemas dinâmicos ou aerotransportados 
Existem dois tipos de sistemas disponíveis no mercado, isto é, o 
sistema dinâmico (Figura 3.21a) e o sistema estático (Figura 3.21b). 
 
 
Figura 3.21. (a) Sistema aerotransportado. (b) Sistema estático. 
 
(a) (b) 
 
Capítulo III 
 
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 121 
Instalados em plataformas aéreas e terrestres, o sistema pode coletar 
uma nuvem de pontos tridimensionais perfilados sobre a superfície física, 
com grande volume de dados determinados com acurácia, cuja facilidade 
no tratamento dos dados implicou na inserção do sistema em diversas 
aplicações. 
Ambos os sistemas utilizam um feixe ótico de alta potência e bem 
direcionado, coerente no espaço e no tempo que proporciona, em pós-
processamento, a qualidade da medida da distância entre o sistema LASER 
e o objeto. 
O desenvolvimento do sistema supracitado se deve, principalmente, 
ao sucesso no desenvolvimento da tecnologia INS. No entanto, a 
introdução de sistemas aerotransportados se deu a partir do 
desenvolvimento da tecnologia GNSS, o que possibilitou o desenvolvimento 
da tecnologia de georeferenciamento direto, isto é, a integração GNSS/INS, 
na década de 1990, que foram capazes de fornecer dados de posição e 
atitude da plataforma aerotransportada com uma precisão de 4 – 7 cm e 
20–60 arco-segundos, respectivamente (Shan e Toth, 2008). 
Os sistemas aerotransportados podem ser acoplados em aeronaves. 
Seu princípio de funcionamento depende basicamente da integração de três 
componentes, isto é: o GPS; o INS; e o próprio LASER. 
A acurácia do sistema se deve à precisão dos componentes que 
integram o sistema, como por exemplo, o sensor LASER (em inglês, Light 
Amplification by Stimulated Emission of Radiation) e dos sensores de 
integração GNNS (em inglês, Global Navy-Star Navegation System) e INS 
(em inglês, Inertial Navegation System); além de outros fatores. 
 
Capítulo III 
 
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 GPS: registra a posição da aeronave em intervalos de tempo fixos, 
enquanto outro receptor de base (no terreno) possibilita correção 
diferencial do posicionamento do sensor (pós-processamento); 
 INS: registra os ângulos de atitude ( , , ) do sensor durante o vôo. 
Posteriormente, são utilizados em pós-processamento para 
determinação precisa das coordenadas dos pontos tridimensionais 
no terreno; e 
 Laser: armazena o tempo de emissão e recepção de cada pulso, 
bem como a resposta espectral de cada objeto varrido. 
Os pulsos laser são gerados por um componente denominado 
“gerador de pulsos” e emitidos pelo sistema (na faixa espectral do 
infravermelho) com o auxílio de um espelho de varredura que redireciona o 
pulso - com uma freqüência de varredura e diâmetro de espessura -, para a 
superfície de interesse a ser mapeada ou reconstruída tridimensionalmente. 
Os sistemas aerotransportados registram no mínimo o primeiro 
retorno do pulso (ou eco) e também o último retorno para cada pulso 
emitido pelo sistema. Muitos sistemas aerotransportados são capazes de 
armazenar e diferenciar 4 ou 5 retornos do pulso emitido. Sistemas capazes 
de reconhecer múltiplos retornos do pulso também tem sido desenvolvidos 
para sistemas terrestres. A Figura 3.23 apresenta um esquema do princípio 
de funcionamento do sistema aerotransportado. 
 
Figura 3.23. Princípio de funcionamento do sistema aerotransportado. 
Capítulo III 
 
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 123 
 
O pulso laser emitido pelo sistema possui um diâmetro que aumenta 
na medida em que ocorre sua propagação no meio. De acordo com a 
Figura 3.22 verifica-se visualmente que, o diâmetro do pulso no momento 
da emissão é consideravelmente inferior quando o mesmo interage com a 
superfície. O diâmetro do pulso varia de acordo com a altitude de vôo 
estabelecida no levantamento aéreo. 
Apesar do fator descrito, a luz do laser foi escolhida para a 
concepção do sistema por apresentar baixa divergência, cuja propagação é 
similar à concepção geométrica da linha reta. Por isso, ocorrem múltiplas 
reflexões na iteração laser/objetos como, por exemplo, quando um pulso 
laser atinge a folha de uma árvore, uma parte do pulso é refletido pelas 
folhas e outra parte pelo terreno (este é considerado segundo retorno, pois 
sua reflexão atinge o sistema após o primeiro retorno do pulso – reflexões 
das folhas). 
Capítulo III 
 
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 124 
Ainda ao observar a Figura 3.22 é possível verificar que a varredura 
do terreno é realizada aleatória e transversalmente à direção do vôo, o que 
possibilita o perfilamento tridimensional da área de interesse com uma 
freqüência que depende das especificações do projeto. A Figura 3.23 ilustra 
esquemas de alta e baixa freqüência de perfilamento. 
 
Figura 3.23. Freqüência de perfilamento. (a) Alta freqüência de 
perfilamento. (b) Baixa freqüência de perfilamento. 
 
(a) (b) 
A reconstrução do pulso laser emitido é dada no sistema de projeção 
WGS84, isto é, a distância percorrida pelo pulso entre a plataforma e o 
objeto perfilado é calculada em pós-processamento baseada na 
determinação do ângulo que o pulso formou com a aeronave no momento 
de sua emissão, juntamente com os dados de posição e atitude da 
aeronave, fornecidos pelo sistema de integração GPS/INS, bem como em 
função da velocidade da luz (c) e tempo de emissão e recepção do pulso 
Laser ( t). 
Em termos gerais, as coordenadas tridimensionais de um ponto 
qualquer na superfície física são determinadas em função de uma 
Capítulo III 
 
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 125 
seqüênciade rotações e translações aplicadas entre os componentes que 
compõem o sistema. A Figura 3.24 mostra a relação entre os sistemas 
envolvidos na determinação de coordenadas de um ponto no sistema do 
espaço-objeto ou referencial terrestre. 
 
Figura 3.24. Determinação de coordenadas tridimensionais de um ponto na 
superfície. 
 
 
Os pontos tridimensionais de um ponto são obtidos por meio da 
Equação, a saber: 
 
 
(3.1) 
 
Onde, 
PPP ZYX
: coordenadas tridimensionais de um ponto na superfície física; 
INSTT ,
 : translação entre sistema do espaço-objeto e o INS; 
P

errosTT
d
RRT
Z
Y
X
INSGINSLINSLINSTINST
P
P
P
,,,,, 0
0

Capítulo III 
 
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 126 
INSLT ,
 : translação entre o LASER e o INS; 
INSGT ,
 : translação entre o centro de fase da antena GPS e o INS; 
INSTR ,
: matriz de rotação entre o sistema do espaço-objeto e o INS; 
INSLR ,
: matriz de rotação entre o LASER e o INS; 
erros
: erros inerentes aos componentes que integram o sistema SVL. 
 
Para garantir a precisão plani-altimétrica de cada ponto perfilado pelo 
sistema SVL a distância entre os receptores, aerotransportado e de base, 
não deve ultrapassar 50 km. Um conjunto de receptores de base deverá ser 
estabelecido, caso não seja possível manter a exigência descrita 
anteriormente. 
Calculadas as coordenadas tridimensionais de cada ponto (
PPP ZYX
) 
na superfície física devem ser aplicadas as devidas transformações entre 
sistemas de coordenadas, que neste caso, referem-se às conversões das 
coordenadas entre os sistemas WGS84 e algum sistema de referência 
adotado no trabalho, por exemplo, SAD-69. Assim como, as transformações 
das altitudes elipsoidais (fornecidas pelo GPS) para as altitudes 
ortométricas. Como descrito anteriormente, o GPS é utilizado em modo 
cinemático pós-processado, que requer um receptor de base (Figura 3.11) 
em um ponto de coordenadas conhecidas (por exemplo, uma RBMC – 
Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo – desde que a mesma esteja 
próxima à área do levantamento). 
De acordo com Wher e Lohr (1999), o sistema SVL fornece 
coordenadas planimétricas em torno de 50 cm e altimétricas em torno de 15 
cm. O sistema da Optech ALTM 3100 (sistema canadense) possui precisão 
planimétrica igual a 1/2000 da altura utilizada no perfilamento a LASER (1 
Capítulo III 
 
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 127 
sigma). No entanto, a precisão do sistema depende das características dos 
componentes utilizados, tipo de terreno, qualidade do INS empregado e 
altura de vôo. 
A qualidade dos dados obtidos pelo sistema de varredura a LASER 
depende da qualidade dos dados fornecidos pelos componentes que 
compõem o sistema supracitado. Em relação ao GPS os fatores internos, 
externos e operacionais, tais como, solução da ambigüidade, perda de sinal 
dos satélites, freqüências L1 e L2, geometria e número de satélites 
disponíveis, deslocamentos orbitais, modelagem do geóide, 
multicaminhamento, erro de propagação do sinal na atmosfera, 
interferências eletromagnéticas e parâmetros incorretos, são os fatores 
mais importantes a serem cuidadosamente estudados. 
Além de considerar todos os possíveis erros descritos acima, ainda é 
necessário tomar algumas precauções para a obtenção da precisão 
requerida, tais como, realizar planejamento adequado, operações de vôo 
dentro de limites apropriados (para evitar perda de sinal do GPS) e uma 
boa distribuição das estações GPS de base em solo. 
O INS apresenta precisão melhor que 0,02
0
 e os pulsos laser são 
afetados pelas diferentes camadas existentes na atmosfera. A altura de vôo 
é fator a ser considerado na degradação da precisão das medidas 
relacionadas ao sistema LASER. Outra característica a ser evidenciada é o 
problema de divergência dos pulsos, que resultam em pequenas diferenças 
na interpretação dos resultados que aqui serão chamados de borda de 
divergência. 
Os erros de divergência podem ser visualizados através de uma 
operação de subtração de imagens do primeiro (Figura 3.25a) e último 
retorno do pulso (Figura 3.25b). A Figura 3.25 mostra imagens em níveis de 
cinza obtida por meio de um processo de quantização das coordenadas 
Capítulo III 
 
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 128 
brutas altimétricas fornecidas pelo sistema da TopoSys GmbH, 
desenvolvido na Alemanha. 
 
Figura 3.25. Imagens em níveis de cinza obtidos por um processo de 
quantização de coordenadas altimétricas. (a) Imagem do primeiro retorno 
do pulso. (b) Imagem do último retorno do pulso. (c) Resultado da subtração 
entre as imagens a e b. 
 
 (a) (b) 
 
(c) 
 
Verifica-se visualmente na Figura 3.25c que o resultado da operação 
de subtração entre as imagens não apresentou apenas a informação de 
vegetação, mas também as bordas das edificações, dadas pela diferença 
entre as dimensões das edificações (bordas de divergência) apresentadas 
em ambas às imagens. Esta diferença ocorre porque um pulso laser ao 
incidir sobre a borda do telhado de uma edificação, dependendo do 
tamanho de seu diâmetro, pode interceptar parcialmente a borda do telhado 
Capítulo III 
 
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 129 
e ocorrer resposta de retorno devido às reflexões no solo e na fachada 
lateral do edifício (Figura 3.26), ou outras diversas reflexões do pulso, 
dependendo do tipo de material perfilado, até seu retorno ao sistema. A 
Figura 3.26 mostra as interceptações parciais do pulso e um exemplo do 
processo de reflexão do pulso. 
 
Figura 3.26. Interceptação parcial do pulso na borda do telhado e duas 
reflexões do pulso (solo e fachada lateral). 
 
 
Verifica-se também que as bordas das edificações contidas na 
imagem do último retorno do pulso (Figura 3.25b) são mais estreitas que as 
do primeiro retorno do pulso. Fato ocorrido devido ao último retorno incidir 
sobre o solo e posteriormente na fachada lateral da edificação (reta 
pontilhada na cor preta, Figura 3.26) enquanto o primeiro retorno do pulso 
incide diretamente na borda do telhado (retas vermelhas, Figura 3.26). 
Outro fator relacionado ao erro de divergência é a resposta de 
retorno do pulso após interagir com o objeto perfilado. Por ser esta uma 
função de dispersão de energia eletromagnética dentro da área do diâmetro 
do pulso pode-se dizer que, quanto maior a inclinação do pulso em relação 
ao objeto perfilado na superfície, maior será o erro de divergência e 
Capítulo III 
 
Fotogrametria I (1ª. Edição) última atualização 2013 
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 130 
conseqüentemente maior a incerteza posicional do alvo. Para que não 
ocorram áreas de oclusão, devido ao fator supracitado, é necessário 
realizarum recobrimento da área de interesse com o mínimo de 
sobreposição possível. 
 
Tipos de espelhos de varredura 
Como descrito anteriormente o sistema SVL utiliza espelhos de 
varredura ótico-mecânica. Existe, basicamente, 3 tipos de espelhos de 
varredura. A Figura 3.27 apresenta os espelhos de varredura mais 
utilizados nos sistemas desenvolvidos. 
 
Figura 3.27. Mecanismos de varredura. (a) Espelho oscilador. (b) Varredura 
Palmer. (c) Polígono de rotação. 
(FONTE: WEHR e LOHR, 1999) 
 
 
 (a) (b) 
(c) 
 
 
Os espelhos osciladores (Figura 3.27a) produzem uma configuração 
de perfilamento denominada linha em “zig-zag” (Figura 3.27a). Os espelhos 
Capítulo III 
 
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 131 
de polígono de rotação (Figura 3.27b) produzem uma varredura 
unidirecional com linhas paralelas (Figura 3.28b). Já os espelhos do tipo 
Palmer (Figura 3.28c) produzem efeitos de modelos elípticos na superfície 
(Figura 3.28c). 
 
Figura 3.28. Configuração da varredura em relação ao tipo de espelho. (a) 
Linhas em “zig-zag”. (b) Linhas paralelas. (c) Modelos elípticos. 
 
(a) (b) 
 
(c) 
 
Os pontos ao longo de uma linha são varridos em incrementos de 
ângulos iguais. De acordo com Wehr e Loher (1999), devido ao 
Capítulo III 
 
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 132 
perfilamento aleatório e à aceleração e desaceleração do espelho de 
varredura, os pontos perfilados no extremo da largura da faixa exibem 
características diferentes dos demais pontos e devem ser removidos, em 
pós-processamento, do conjunto de dados brutos . 
A Figura 3.29a apresenta uma imagem de intensidade LASER 
resultante da varredura de um sistema com tipo de espelho oscilador. Os 
pontos na cor preta representam objetos que não foram perfilados pelo 
sistema devido à característica da configuração de perfilamento do tipo de 
espelho supracitado. Neste caso é necessário realizar uma amostragem 
dos dados por meio de técnicas de interpolação (vizinho mais próximo, 
bilinear, triangulação de Delanay etc). 
 
Figura 3.29. Imagem de intensidade LASER. (a) Derivada de espelhos 
osciladores. (b) derivada de espelhos tipo Palmer. 
 
 (a) (b) 
 
A Figura 3.29b apresenta uma imagem de intensidade derivada de 
espelhos do tipo Palmer. Nota-se a diferença na qualidade geométrica entre 
as imagens apresentadas em as ambas figuras. Os sistemas de varredura 
LASER com espelhos do tipo Palmer oferecem precisão duas vezes melhor 
que os sistemas com espelhos do tipo oscilador. 
Capítulo III 
 
Fotogrametria I (1ª. Edição) última atualização 2013 
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 133 
Outro tipo de espelho de varredura que possui vantagens em relação 
aos demais espelhos descritos anteriormente é o espelho de fibra ótica, 
cujo uso é característico apenas em sistemas da TopoSys GmbH. A Figura 
3.30 mostra um espelho de fibra ótica. 
 
Figura 3.30. Espelho de fibra ótica. Adaptado de WEHR e LOHR (1999). 
 
 
Eles se diferenciam por terem um processo ótico de emissão e 
recepção do pulso idêntico. Segundo Wehr e Lohr (1999), matrizes lineares 
de fibra ótica idênticas são dispostas no plano focal das lentes de emissão 
e recepção. Através dos espelhos de rotação, cada fibra ótica no caminho 
da emissão e recepção é varrida seqüencialmente e sincronicamente. Estes 
espelhos propagam o sinal por meio da fibra central, fibra a fibra. Devido às 
pequenas aberturas das fibras, pequenos movimentos mecânicos são 
requeridos com alta velocidade de varredura (acima de 630 Hz). 
O sistema SVL fornece como produto final uma nuvem de pontos 
distribuídos irregularmente armazenados em um arquivo ASCII de linhas 
por ponto, composto por um conjunto de coordenadas tridimensionais 
Capítulo III 
 
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 134 
referenciadas no sistema de projeção admitido no trabalho, cuja 
manipulação pode-se gerar um MDT e um MDS da região perfilada. 
A densidade dos pontos obtidos atinge vários pontos por m
2
, 
dependendo da altura de vôo e a frequência de perfilamento. A frequência 
do sistema se situa na faixa de 500 a 1500 nm, com valores de 1040 a 1060 
nm, sendo as mesmas refletidas pelos objetos contidos no terreno. Os 
pontos coletados podem ser utilizados diretamente ou podem ser filtrados e 
interpolados de forma a gerar uma grade regular de pontos. 
Existem alguns tipos de sistemas de varredura LASER, tais como, o 
sistema da Toposys GmbH II (desenvolvido na Alemanha) e Optech ALTM 
2050 (desenvolvido no Canadá). O Quadro 3.1, apresenta as diferenças 
básicas entre os sistemas supracitados. 
 
QUADRO 3.1. Características de sistemas Toposys GmbH II e Optech 
ALTM 2050. 
 
Características/Sistemas Toposys GmbH II ALTM 2050 
Espelho de varredura Fibra ótica Oscilador 
Resposta espectral não sim 
Frequência de varredura Até 63 Hz Até 35 Hz 
Ângulo de varredura 7
0
 20
0
 
Altura de operação 250 - 1000 m 250 - 2000 m 
Modo (pulso) 1º e/ou 2º 1º e/ou 2º 
Resposta espectral não sim 
Câmera digital não 4k x 4k pixels 
Capítulo III 
 
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 135 
A partir dos dados da resposta espectral armazenada pelo sistema 
da Optech ALTM pode-se gerar, em pós-processamento, uma imagem de 
intensidade LASER (Figura 3.31). 
 
 
Figura 3.31. Imagem de intensidade LASER. 
 
 
Esta imagem é obtida a partir da interpolação dos valores da 
resposta espctral de cada ponto varrido pelo sistema, gerando uma imagem 
bidimensional de valores de intensidade. Para cada ponto é atribuído um 
valor de intensidade, no qual é agregado aos mesmos suas coordenadas 
tridimensionais compostas num arquivo de um ponto por linha de texto 
(arquivo bruto ASCII). Os dados são interpolados de acordo com a 
resolução ao qual foram perfilados os pontos no terreno. 
A seguir será apresentada a teoria sobre sistemas estáticos. 
Sistemas estáticos 
Existem várias aplicações que necessitam de modelagem 
tridimensional de objetos e superfícies e que podem ser atendidas tanto por 
Capítulo III 
 
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 136 
outras técnicas de obtenção de dados dimensionais e posicionais (p. ex., 
técnicas fotogramétricas) quanto pela tecnologia De varredura LASER 
terrestre. Algumas delas, entretanto, de acordo com os requisitos de 
rapidez e exatidão, podem requerer um grande número de medidas, 
portanto, são melhores atendidas por uma nuvem de pontos proveniente do 
sistema de varredura LASER terrestre.O sistema de varredura LASER terrestre, basicamente, é 
compreendido por um sensor LASER (em inglês, light amplification by 
stimulated emission of radiation) e sistemas de espelho de varredura que 
direcionam o pulso para a superfície. 
O sistema é capaz de fornecer uma nuvem de pontos 3D sobre 
pontos localizados na superfície física, em um curto período de tempo. A 
nuvem de pontos é gerada por meio da medição simultânea de intervalo de 
inclinação de um sensor LASER e dois ângulos associados por encoders 
angulares correspondentes aos planos horizontais e verticais, passantes 
pelo centro do instrumento. Por isso, o sistema fornece uma nuvem de 
pontos de igual reamostragem no sistema de coordenadas polares. 
Essas medidas de distância e ângulo simultâneos são realizadas 
automaticamente com um ângulo de varredura de 1000 Hz ou mais, 
dependendo do sistema utilizado. Basicamente, o sistema emite pulsos de 
LASER que interagem com a superfície e são refletidos e recuperados pelo 
receptor do sistema. A distância entre o sensor e o alvo é calculada, em 
pós-processamento, em função da diferença do tempo entre a emissão e 
recepção do pulso. O resultado final do processo de medição e 
processamento é uma nuvem de pontos, que poderia ser chamada, 
genericamente, de Modelo Digital de Superfície (MDS), ao qual o valor de 
Capítulo III 
 
Fotogrametria I (1ª. Edição) última atualização 2013 
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 137 
intensidade também pode ser associado. A figura 3.32 apresenta a 
geometria de funcionamento do referido sistema. 
 
 
 
Figura 3.32. Geometria de funcionamento do sistema de varredura LASER 
terrestre. 
 
 
 
 
Em princípio, pode-se dizer que o sistema estático funciona como um 
medidor de distâncias (distanciômetro), em função do tempo de emissão e 
recepção do pulso. Existem basicamente dois princípios geométricos de 
cálculos de coordenadas, isto é: triangulação; por intervalo de tempo (time 
of flight). No princípio de funcionamento por intervalo de tempo a distância é 
estimada por meio do tempo de emissão e recepção do pulso laser, cuja 
reflexão do pulso ocorre difusamente dependendo do tipo de material do 
Capítulo III 
 
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 138 
objeto perfilado. Este sistema é capaz de estimar distâncias para objetos 
mais distantes, porém oferecem precisão de pior qualidade que o sistema 
de princípio por triangulação. 
O princípio de triangulação funciona de forma que um pulso laser é 
emitido pelo sistema e seu retorno é registrado por uma ou mais câmeras 
de sensores CCD. O ângulo de varredura de cada pulso emitido é 
registrado no sistema a cada pulso emitido. Conhecendo-se a base fixa 
entre o sensor LASER e a câmera, por meio de um processo de calibração, 
determina-se a posição dos pontos refletidos pelo objeto. A distância entre 
o sensor LASER e o CCD é conhecida e permite o cálculo das coordenadas 
tridimensionais de cada ponto perfilado pelo sistema. A precisão dos pontos 
determinados depende da relação base/distância. Com um comprimento de 
base fixa, o desvio padrão ( ) da distância medida, aumentará em 
proporção ao quadrado da distância. 
 
Figura 3.33. Mecanismos de varredura do sistema de varredura LASER 
terrestre (Adaptado de Staiger, 2003). 
 
 
Capítulo III 
 
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 139 
Além das técnicas de medidas do sistema se deve considerar o tipo 
de mecanismo de varredura do sistema. Staiger (2003) classifica o sistema 
de varredura LASER terrestre como: varredura panorâmica; varredura 
híbrida; e varredura por quadro. A Figura 3.33 apresenta três tipos de 
mecanismos de varredura do sistema. 
Dentro da primeira dessas três categorias, varreduras de tipo 
panorâmico procedem de forma que a distância e as medições angulares 
em um padrão sistemático fornecem uma cobertura angular total de 360° no 
plano horizontal, que passa pelo centro do instrumento, e normalmente uma 
cobertura mínima de 180° no plano vertical perpendicular ao plano 
horizontal, o que possibilita uma cobertura hemisférica. Este padrão de 
varredura panorâmico é muito útil no contexto do mapeamento topográfico, 
é ainda mais desejável, de fato muitas vezes obrigatória, a medição de 
instalações industriais complexas, grandes pedreiras e minas de céu aberto 
e as fachadas de edifícios nas áreas urbanas. 
Uma vantagem da maioria dos sistemas de varredura LASER 
terrestre é o registro da informação espectral dos alvos perfilados pelo 
sistema. Por meio desta informação é possível gerar, em pós-
processamento, imagens de intensidade. Os valores de intensidade são 
relativos e não absolutos, e, para os sistemas estáticos, variam de acordo 
com as propriedades de reflexão direcional e a reflectividade do alvo. 
Uma das vantagens do sistema de varredura LASER terrestre é que 
a nuvem de pontos gerada em campo pode ser confrontada com as 
informações geradas por técnicas fotogramétricas ou sensores 
imageadores. Atualmente, a integração entre dados derivados de sistemas 
de aquisições diferentes tem apontado grande potencial como conteúdo de 
informações complementares, ou seja, a integração de dados derivados do 
sistema de varredura LASER terrestre e Fotogrametria fornece uma riqueza 
Capítulo III 
 
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 140 
abundante de informação, que permite a automação dos processos 
fotogramétricos com melhor eficiência, além de autonomia e redução da 
necessidade dos métodos de prospecção convencional, tais como, os 
levantamentos geodésicos e topográficos. Isto reduz o custo operacional e, 
principalmente, o tempo na linha de produção. A integração dos dados tem 
ganhado tanto prestígio na comunidade que, diversos são os trabalhos 
relacionados com o tema, podendo-se citar: Habib e Schenk (1999), Schenk 
et al. (2001), Schenk e Csatho (2002), Habib et al. (2004a, 2004b, 2004c), 
Furkuo e King (2004), Delara et al. (2004), Chen et al. (2004), Zhang et al. 
(2005), Habib et al. (2005), Habib et al. (2006), Habib et al. (2007), 
Abdelhafiz et al. (2007), Mitishita et al. (2008), Delara et al. (2008); etc. 
No caso do sistema de varredura LASER terrestre em funcionamento 
em um Unidade de Mapeamento Móvel (UMMT), por exemplo, é necessário 
integrar os sistemas de posicionamento e medida inercial de forma que a 
nuvem de pontos derivadas do perfilamento De varredura LASER terrestre 
seja adequadamente georeferenciada e acurada. Isto se deve ao 
movimento dinâmico da plataforma em questão (veículo transportado – 
UMMT), onde para cada varredura haverá uma posição e atitude diferente 
do sistema, ao longo do mapeamento. Sendo assim, é necessário integrar 
os referidos sistemas de forma que o sistema funcione com autonomia e 
precisão. Aqui, a precisão e acurácia do sistema estarão relacionadas com 
a precisão dos sistemas GPS e INS, erros no alinhamento dos dois 
subsistemas supracitados, modelagem matemática envolvida na 
transformação das coordenadas, etc. 
Um dos sistemas de varredura