Curso Fotogrametria Completo

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Curso Técnico em Geomática 2006/1
Prof. José Aguilar Pilon
Curso Técnico em Geomática 2006/1
Introdução
 O que é Fotogrametria?
 Fotogrametria  Ciência e Tecnologia de se obter Informação
Confiável, através de Imagens adquiridas por Sensores.
• Ciência: utiliza-se de métodos científicos;
• Tecnologia: lança mão do estado da arte da tecnologia;
• Informação Confiável: depende do tipo de usuário;
• Imagens: representações das interações da energia
eletromagnética;
• Sensores: segundo (Novo, 1992), um sensor é “qualquer
equipamento capaz de transformar alguma forma de energia em
um sinal passível de ser convertido em informação sobre o
ambiente, sem contato físico entre este sensor e os alvos de
interesse”.
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Fotogrametria X Sensoriamento Remoto
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Fotogrametria X Sensoriamento Remoto
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Faixas de Aquisição das Imagens/Fotografias
Sensores Aerotransportáveis 
12 km / 40.000 pés1
,3
 m
il
h
õ
e
s
 -
p
é
s
 
a
 
 2
,5
 m
il
h
ô
e
s
 (
p
é
s
)
1 km / 3.000 pés
Sensores Espaciais
800 km / 500 milhas
400 km / 250 miles
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Objetivo da Fotogrametria
 O objetivo principal da fotogrametria pode ser enunciado
como: a reconstrução de um espaço tridimensional,
chamado de espaço objeto, a partir de imagens
bidimensionais, chamadas de espaço imagem.
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 Divisão da fotogrametria:
De acordo com a forma de reconstrução do espaço 
tridimensional podemos clasificar a fotogrametria em: 
Fotogrametria Analógica;
Fotogrametria Analítica;
Fotogrametria Digital.
Divisão da Fotogrametria
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Divisão da Fotogrametria
Fotogrametria Terrestre;
Fotogrametria Aérea;
 Divisão da fotogrametria:
De acordo com a posição da câmera: 
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 “O maior avanço já ocorrido na Fotogrametria é o
aparecimento da Fotogrametria Digital .... O avanço que ora
se iniciou é tão fantástico e de potencial tão ilimitado que eu
não estou preocupado com os futuros desenvolvimentos ....
O resultado irá ultrapassar qualquer expectativa que nós
podíamos ter sonhado, simplesmente devido ao poder da
tecnologia digital.”
Entrevista do Prof. Friedrich Ackermann para a revista Geomatics Info Magazine, 1995.
Fotogrametria Digital
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Fluxograma do Processo Fotogramétrico
FLUXOGRAMA DAS ATIVIDADES DE RESTITUIÇÃO E ORTORETIFICAÇÃO 
 
01 NECESSIDADE DO TRABALHO 
02 CONTATO COM EMPRESAS 
03 PLANEJAMENTO DO VÔO FOTOGRAMÉTRICO 
04 EXECUÇÃO DO VÔO 
05 
PLANEJAMENTO DO APOIO DE CAMPO 
(APOIO BÁSICO E FOTOGRAMÉTRICO) 07 
DIGITALIZAÇÃO DA IMAGEM 
(FILME/DIAFILME/FOTOGRAFIAS) 
06 APOIO BÁSICO E FOTOGRAMÉTRICO 08 
ORIENTAÇÃO INTERNA, E 
ORIENTAÇÃO RELATIVA 
09 
PLANEJAMENTO 
DA AEROTRIANGULAÇÃO 
10 LEITURA DA AEROTRIANGULAÇÃO E PROCESSAMENTO 
11 ORIENTAÇÃO ABSOLUTA E RESTITUIÇÃO 
12 VERIFICAÇÃO E CORREÇÃO DE MODELOS ESTEREOSCÓPICOS 
13 GERAÇÃO DE DTM 
14 ORTORETIFICAÇÃO 
15 MOSAICAGEM E CORTE DAS FOLHAS 
16 TRATAMENTO DIGITAL DE IMAGEM 
17 EDIÇÃO DA RESTITUIÇÃO 
18 EDIÇÃO FINAL DA ORTOFOTOCARTA 
 
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Aquisição da Fotografia 
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Histórico da Fotogrametria 
 Breve histórico da Fotogrametria
 1839 - NIEPCE e DAGUERRE desenvolveram o processo da
fotografia;
 1849 - NADAR apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria;
 1913 - TARDIV apresenta o primeiro trabalho de fotogrametria
utilizando fotografias tiradas de avião (Aerofotogrametria);
 1920 - Primeiro trabalho de fotogrametria no Brasil;
 A partir de 1990 a surgimento da Fotogrametria Digital.
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Histórico da Fotogrametria
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O Avanço Tecnológico na Fotogrametria
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
0 10 20 30 40 50 60
Tempo (Anos)
Ti
po
s 
de
 P
ro
du
to
s 
Te
cn
ol
óg
ic
os
 (Q
td
s)
19951945 1976
Linha do 
Tempo
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Fotogrametria Analógica (1/2)
 O que é a fotogrametria Analógica?
 A Fotogrametria Analógica é a parte da fotogrametria que trata dos
aspectos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de
obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas,
baseando-se no uso de equipamentos ótico-mecânicos analógicos.
Ela é totalmente baseada no princípio da estereoscopia e na
orientação analógica das fotos.
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Exemplo de um restituidor analógico
Fotogrametria Analógica (2/2)
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Fotogrametria Analítica (1/2)
 O que é a fotogrametria Analítica?
 A Fotogrametria Analítica é a parte da fotogrametria que trata dos
aspéctos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de
obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas,
baseando-se no uso de equipamentos eletrônicos analíticos. Ela é
totalmente baseada no princípio da estereoscopia e na orientação
analítica das fotos.
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Fotogrametria Analítica (2/2)
Exemplo de um Restituidor Analítico
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Fotogrametria Digital (1/2)
 O que é a fotogrametria Digital?
 Fotogrametria Digital é a parte da fotogrametria que trata dos
aspectos geométricos do uso de fotografias, com a finalidade de
obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas,
baseando-se no uso de imagens digitais, armazenadas em meio
magnético, na forma de pixels. Ela é totalmente baseada no
princípio da estereoscopia e na orientação analítico-digital das fotos.
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Fotogrametria Digital (2/2)
Exemplo de um Restituidor Digital
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Bases Fundamentais da Fotogrametria (1/6)
Suposições:
1. Objeto invariável durante a tomada da foto;
2. Objeto composto de um conjunto de pontos no espaço;
3. Objeto reproduzido em duas ou mais imagens.
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Bases Fundamentais da Fotogrametria (2/6)
 O modelo matemático considera que a relação entre um ponto objeto, no
terreno, e o seu homólogo, na imagem, é uma perpectiva central, cujos
elementos principais são:
1. Imagem Plana;
2. Centro de projeção;
3. Feixe de raios espaciais.
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Bases Fundamentais da Fotogrametria (3/6)
O = Centro de Projeção (X,Y,Z)
PP = Ponto principal (0, 0)
c = Distância principal calibrada
FC = Centro fiducial (0,0)
P’ = Imagem do Ponto P (, )
P = Ponto Objeto (X,Y,Z)
,  = Coordenadas imagem
X,Y,Z = Coordenadas terreno

FC PP
P’
M

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Bases Fundamentais da Fotogrametria (4/6)
   
    caaa
caaa
ZZXX
***
***
*)(
33032031
13012011
00


 

     
     
 



033023013
031021011
0
***
***
*
ZZaYYaXXa
ZZaYYaXXa
c
     
     
 



033023013
032022012
0
***
***
*
ZZaYYaXXa
ZZaYYaXXa
c
   
    caaa
caaa
ZZYY
***
***
*)(
33032031
23022021
00


 

(Eq-2)
(Eq-1)
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Bases Fundamentais da Fotogrametria (5/6)
Das equações Eq-1 e Eq-2:
0, 0 e c - são os 3 parâmetros da orientação interior (dados pelo certificado 
de calibração da câmara);
,  - são as coordenadasimagem dos pontos (medidas)
X0, Y0, Z0 - são as coordenadas espaciais do centro de projeção (calculadas 
pela orientação do modelo estereoscópico);
, ,  - são os ângulos de rotação da câmara (ou da foto) em relação ao 
sistema de coordenadas terrestre (calculados pela orientação do modelo 
estereoscópico – 3 ângulos para cada foto);
,  - são as distorções da imagem devido a:
- distorção da lente;
- distorção do filme;
- refração atmosférica, e
- curvatura da Terra.
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Bases Fundamentais da Fotogrametria (6/6)
1. A equação Eq-1 mostra que para cada ponto objeto existe um ponto imagem 
correspondente.
Por isso é que se trabalha com modelos esteroscópicos aonde se tem a 
possibilidade de estabelecer um sistema de equações para a solução das 
incógnitas envolvidas: X01, Y01, Z01 e X02, Y02, Z02, 1, 1, 1, 2, 2, 2 – 12 
incógitas.
2. A equação Eq-2 mostra que para cada ponto imagem existem infinitos 
pontos objetos, devido a existência da coordenada Z no lado direito das 
equações. 
Isso mostra que é impossível reconstruir o espaço objeto a partir de 
apenas uma foto. É necessário ter uma segunda foto dos mesmos 
objetos ou conhecer a coordenada Z.
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Orientação do Modelo Estereoscópico (1/2)
A orientação de um modelo estereoscópico possui duas fases principais:
1. Reconstrução do feixe de raios luminosos;
2. Orientação do feixe de raios luminosos.
A reconstrução do feixe de raios luminosos é feita a
partir da orientação dita “interior”.
A orientação do feixe de raios luminosos divide-se em:
1. Orientação relativa;
2. Orientação absoluta.
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Orientação do Modelo Estereoscópico (2/2)
O modelo esterescópico estará orientado quando a situação indicada
acima for alcançada, ou seja, quando todos os raios luminosos do pontos
conjugados se cruzarem e produzirem valores de coordenadas coerentes.
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Orientação Interior (1/2)
Terreno
Modelo
A orientação interior é feita para reconstruir o feixe de raios luminosos, ou
seja, para permitir a existência do modelo.
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Orientação Interior (1/2)
 Orientação interior
Ao processo de reconstrução do feixe de raios luminosos dá-se o nome
de orientação interior.
Nessa fase é preciso conhecer:
1. A distância principal calibrada (c) da câmara aérea;
2. A localização do ponto principal da imagem PP (0, 0);
3. As coordenadas das marcas fiduciais, e
4. Os valores das distorções da imagem.
- Os valores das variáveis dos itens 1, 2 e 3 são dados pelo certificado
de calibração da câmara aérea que foi usada na produção das fotos em
uso.
- Os valores das distorções podem ser calculados através de fórmulas
empíricas conhecidas.
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Orientação Relativa (1/5)
 Orientação relativa
É o processo de formação do modelo, ou seja, a orientação de uma imagem em
relação a outra. Trata-se, fundamentalmente, de garantir a interseção de todos os raios
homólogos.
O processo consiste, basicamente, em eliminar as paralaxes em X , Y e Z.
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Orientação Relativa – Componentes (2/5)
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Orientação Relativa – Rotações (3/5)
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Na prática as paralaxes são eliminadas em 6 pontos da imagem. Estes
pontos são denominados de pontos de Von Gruber.
Foto 1
Foto 2
1
3 4
2
5 6
modelo
Orientação Relativa – Pontos de Von Gruber (4/5)
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Orientação Relativa - Modelo orientado (5/5)
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Orientação Absoluta (1/2)
 Orientação Absoluta
É o processo de orientação do modelo em relação ao sistema de
coordenadas de referência, ou seja, o estabelecimento da escala do
modelo com suas respectivas rotações e translações.
O processo consiste, basicamente, em ajustar o modelo às coordenadas
de apoio medidas no campo ou geradas por um processo denominado
Aerotriangulação.
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Orientação Absoluta – Componentes (2/2)
Rotação + colocação em escala
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Aerotriangulação (1/4)
Aerotriangulação é o termo frequentemente usado para designar o
processo pelo qual se determinam as coordenadas do terreno X, Y e Z
de pontos cujas foto-coordenadas são conhecidas. A Aerotriangulação
consiste em calcular as coordenadas de pontos do terreno baseando-se
no ajustamento de um bloco de fotos no qual foram medidos alguns
pontos de controle suficientes para permitir o ajustamento do bloco.
Existem basicamente dois métodos de aerotriangulação:
1. Aerotriangulação por modelos independentes;
2. Aerotriangulação por ajustamento de bloco.
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Aerotriangulação (2/4)
Aerotriangulação por bloco
Este método consiste em medir os pontos de ligação entre os modelos
adjacentes, medir os pontos de controle e ajustar todas as medidas de uma
única vez.
1. Formação do bloco;
2. Escolha e medição dos
pontos de ligação “Pugagem”;
3. Medição dos pontos de
controle
4. Ajustamento;
5. Detecção de erros grosseiros;
6. Novo ajustamento.
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Aerotriangulação (3/4)
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Aerotriangulação (4/4)
Aerotriangulação com suporte do GPS
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A Imagem Digital (1/22)
Uma imagem digital consiste de uma matriz G com elementos gij. Cada elemento 
é denominado pixel. A dimensão de cada pixel é  e . Cada pixel possui um 
valor que varia de 0 a 255 (255 branco, 0 preto), os quais podem ser 
armazenados em 8 bits (28 combinações), que corresponde a 1 byte.
A foto coordenada , por 
exemplo, é obtida 
multiplicando-se o índice i pelo 
valor .
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A Imagem Digital – Resolução radiométrica (2/22)
Para as imagens em preto e branco, os valores dos pixels representam os tons 
de cinza da imagem. Para as imagens coloridas tem-se três matrizes da mesma 
imagem. Ver tabela abaixo.
Notar que 1 pixel = 1 byte = resolução radiométrica (256 tons de cinza)
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A Imagem Digital - Informações do Pixel (3/22)
 Cada pixel armazena 
informações, tais como:
 tom de cinza;
 cor;
 posição na imagem (linha 
e coluna)
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A Imagem Digital - Fontes (4/22)
 Filmes fotográficos numerizados através de scanners;
 Câmara aérea digital;
 Imagens de satélite – Landsat, SPOT, Ikonos, Quick Bird, ...;
 Câmaras de pequeno formato – CCD; 
 video câmaras.
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 imagine uma grelha sobre 
um objeto
 mais ou menos assim...
A Imagem Digital – Formação (5/22)
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A Imagem Digital – Formação (6/22)
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A Imagem Digital – Resolução (7/22)
 Esta é a letra "e" numerizada a 10 
dpi
(100 bytes)
 dpi = ponto por polegada
 tamanho do pixel
= 0.1“ (100 pixels)
= 2540 m
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A Imagem Digital – Resolução (8/22)
 Esta é a letra "e" numerizada 
a 20 dpi (400 bytes)
- ela está 4x mais detalhada
- ela toma 4x mais espaço de 
armazenamento,
e
- o campo de visão é 
4x menor do que a 10 dpi.
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A Imagem Digital – Armazenamento (9/22)
20 dpi 10 dpi
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20 dpi 10 dpi
A Imagem Digital - Campo de visão (10/22)
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A imagem Digital – exemplo (11/22)
Pixel
Imagem Digital0 20 70 150 130
10 15 100 180 200
0 15 30 120 100
0 12 25 130 100
0 12 30 90 100
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A imagem Digital – exemplo (12/22)
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A imagem Digital – exemplo (13/22)
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A imagem Digital – Numerizar (14/22)
Tome uma 
foto aérea...
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A imagem Digital – Numerizar (15/22)
capture o seu 
conteúdo em 
uma malha de 
pixels...
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A imagem Digital – Numerizar (16/22)
e então você tem 
uma imagem 
numerizada!
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A imagem Digital - Scanner! (17/22)
 Tipo flatbed
 imagem original posta na 
horizontal;
 sensor CCD; 
 veloz;
 aceita rolos de filmes.
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A imagem Digital (18/22)
 Façamos alguns cálculos...
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A imagem Digital – Armazenamento (19/22)
 Tamanho do pixel: 25 m
 formato da imagem: 230 x 230 mm
 qtde de pixel/linha: 230/0.025 = 9200
 qtde de pixel/coluna : 230/0.025 = 9200
 qtde de pixels na imagem: 9200 x 9200 = 84.640.000
 armazenamento B/P : 84 MB
 armazenamento em cores : 252 MB
e tudo isso para apenas uma imagem!
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A imagem Digital – Armazenamento (20/22)
 Estéreopar B/P: 168 MB
 Estéreopar colorido: 504 MB
 filme c/ 500 imagens B/P: 42 GB
 filme c/ 500 imagens coloridas: 126 GB
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A imagem Digital – Armazenamento (21/22)
Tam. do dpi Tam. da imagem (MB)
pixel (µm) (23 cm x 23 cm)
B/P Colorida
5 5080 2116 6348
7,5 3386 940 2821
10 2540 529 1587
15 1693 235 705
20 1270 132 396
25 1016 84 252
30 847 58 174
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A imagem Digital - De microns para dpi (22/22)
 O tamanho do pixel é normalmente expresso em dpi, ao invés de 
microns: 
dpi = 1”/(resolução em µm), 
Por exemplo:
 Tamanho do pixel = 15 µm 
= 1”/(15 µm) dpi 
= 25,4 mm/ (15 µm) dpi
= 25.400 µm/ (15 µm) dpi 
= 25.400/15 dpi 
= 1693 dpi
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Sensores Digitais Aéreos (1/4)
Câmara digital Câmara analógica
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Sensores Digitais Aéreos (2/4)
Giro-estabilizador PAV30
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Sensores Digitais Aéreos (3/4)
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Sensores Digitais Aéreos (4/4)
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Sistema Fotogramétrico Digital (1/3)
Câmera
Digital
Imagens
de
Satélite
Câmera
Fotográfica
SAÍDA
Cartas 
Carta-imagem
Ortofotos
mosaicos
Mapeamento 
Digital
Dados para SIG
SiSTEMA FOTOGRAMÉTRICO DIGITAL
Scanner
Estação
de
Trabalho
Fotogramétrica
Digital
(DPW)
ENTRADA
A/D
D/A
A
D
D
D
D
D
D
D
A
Plotter
D
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Sistema Fotogramétrico Digital (2/3)
 Hardware:
Monitor
estéreo
Monitor
console
Mouse
Teclado
Sistema para 
estereoscopia
Mouse 3D
Suporte dos 
monitores
Placa gráfica 
para os 
monitores
CPU e RAM
Diskette
CD-ROM
Hard disk(s)
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Sistema Fotogramétrico Digital (3/3)
Imagens digitais
Imagem
esquerda
Imagem 
direita
x’ y’ x” y”
X YZ
Computador
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Restituição (1/5)
 Restituição, na sua origem, significa a “reconstrução” do terreno
fotografado, a partir de suas fotografias. O resultado da restituição é o
modelo óptico tridimensional, também denominado de estereomodelo
ou modelo estereoscópico do terreno fotografado.
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Diagrama de Trabalho no DVP
Agora com 
interface “on-
line” com 
MicroStation 
e/ou AutoCAD
AUTOMÁTICA
Entrada dos 
parâmetros da 
câmera (formato txt)
Busca 
automática a 
partir do terceiro 
ponto registrado
Com funções de 
Correlação, facilitando 
a busca dos pontos de 
controle. 
CRIAR PROJETO
Parâm. Câmera Imagens
INTERNA
Pts. de Grubber
RELATIVA
Pts de Controle
ABSOLUTA
ORIENTAÇÃO
Especificações
Preparação do Projeto Estruturação Produção
COLETA DE DADOS
PLOTAGEM
* .DAT contém dados 
e parâmetros da 
orientação
* .VAR contém as 
variáveis do modelo
*.dvp - vetor
*.lst - códigos
*.asc - ascii
*.pts - pontos
*.fil - macro
*.tgl - TIN
Entrada do arquivo 
ASCII dos pontos de 
Contrôle
Tratamento de 
Imagens
Arquivo de 
calibração do 
SCANNER
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Restituidor Digital – Tela de operação (3/5)
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Restituidor Digital – Vetorização (4/5)
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Restituidor Digital – Vetorização (5/5)
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Ortofoto (1/5)
 Uma ortofoto é uma imagem ortoretificada, ou seja, é uma imagem aérea 
sem as deformações das inclinações da foto e do relevo do terreno. 
Possui as características de projeção ortogonal e é uma imagem 
geocodificado.
 Requerimentos:
 Imagem orientada
 DTM
 Resolução desejada deve ser maior do que a resolução da imagem de 
base.
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Ortofoto – Princípio (2/5)
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Ortofoto – DTM (3/5)
 DTM = modelo digital de terreno (termo geral)
 um DTM é, fundamentalmente, uma malha de elementos finitos 3D, com
a elevação descrita pela função matemática z=f(x,y)
 breaklines são variações bruscas no terreno
 TIN = malha de elementos finitos triangulares contendo um ponto de
coordenadas (x,y,z) conhecidas, em cada vértice.
x, y, z = ?
x
y
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Ortofoto – DTM (4/5)
 A elevação está diretamente relacionada com a paralaxe em X, na
imagem orientada.
 Veja a equação da paralaxe!!
 A posição dos objetos no espaço pode ser calculada desde que se
conheça a posição dos pontos conjugados.
Na fotogrametria digital:
 Geração automática:
 Através do uso de métodos de correlação de imagens (image matching).
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Ortofotos – Algorítimo (5/5)
 Algorítimo:
 Com base na imagem orientada e em um DTM gerado, determina-
se a localização do pixel na imagem de entrada.
 Com base nos pixels vizinhos determina-se o novo tom de cinza do
novo pixel
 os algorítimos de interpolação mais populares são: nearest
neighbor, bilinear e bicubic
 Isso representa total automação!
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Mosaico (1/2)
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Mosaico + vetores sobrepostos (2/2)
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Precisão da Fotogrametria Digital (1/3)
 Depende de vários fatores, tais como:
 escala da imagem
 tamanho do pixel
 qualidade da imagem, por exemplo, variação radiométrica
 conteúdo da imagem, por exemplo, contraste e textura
 precisão visual e visibilidade dos pontos de controle
 relação base/altura de vôo
 operador
Curso Técnico em Geomática 2006/1
Precisão da Fotogrametria Digital (2/3)
 Valores típicos, assumindo que não existam erros grosseiros:
 precisão de um ponto (sobre uma imagem bem definida): 0.5 pixel
(0.3 pixel com zoom)
 Correlação por feature based matching: 0.2-0.5 pixels
 Correlação por comparação dos coeficientes de correlação : 0.1-0.4
pixel
 Correlação por mínimos quadrados: 0.1-0.2 pixel
 precisão de triangulação (medição automática de pontos de
ligação): 0.3 pixel
 DTM: 0.6 pixel x (base/altura de vôo)
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Regras a seguir – sempre que possível!! (3/3) O tamanho do pixel deve ser menor do que a precisão desejada, por
exemplo, por um fator de dois.
 O tamanho do pixel é determinado pela resolução do scanner. Ou seja, o
scanner é um fator determinante de precisão!
 assumindo que o scanner seja preciso rádio e geometricamente.
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Sistemas de visualização (1/3)
 Split Screen
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Sistemas de visualização (2/3)
Polarização Passiva
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Sistemas de visualização (3/3)
Polarização Ativa
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Acessórios de Controle (1/1)
 Mouse padrão para os movimentos X e Y
 trackball para Z
 Mouse 3D (para x, y e z)
 manivelas e disco pedal