Fotogrametria

Vivemos em constantes mudanças! Os avanços tecnológicos influenciam diversas áreas do conhecimento, alteram o modo de pensar de seus profissionais e criam equipamentos.

A evolução dos drones, por exemplo, tem transformado a fotogrametria em uma atividade cada vez mais acessível e popular. Quer saber mais sobre a fotogrametria? Vem com a gente!

O que é fotogrametria?

Etimologicamente, o termo fotogrametria deriva de três palavras gregas: photos, que significa luz; grámma, que significa algo escrito ou desenhado; e métron, que significa medida ou medição. Logo, a etimologia desta palavra significa “medição gráfica por meio da luz”.

Um dos conceitos mais conhecidos de fotogrametria é o da American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS), de 1979, que diz que “fotogrametria é a arte, ciência, e tecnologia de obtenção de informações confiáveis sobre os objetos físicos e o meio ambiente através de processos de gravação, medição e interpretação de imagens fotográficas e padrões da energia eletromagnética radiante e outros fenômenos”.

Em outras palavras, fotogrametria é a técnica que permite o estudo e a definição das formas, das dimensões e das posições de objetos no espaço, utilizando medições obtidas a partir de fotografias ou imagens digitais.

Breve histórico

Apesar de parecer uma novidade tecnológica, a fotogrametria não é uma ciência atual. Foi em 350 a.C. que Aristóteles descreveu a produção de imagens por meio da passagem da luz por um pequeno orifício e deu início ao que conhecemos hoje por fotointerpretação.

No meio do caminho, diversos nomes famosos tiveram participação na criação da atual fotogrametria:

• 1492 - Leonardo da Vinci demonstrou graficamente os princípios da aerodinâmica e da projeção óptica;

• 1525 - Albrecht Drer construiu um aparato mecânico para desenhar Perspectivas verdadeiras;

• 1600 - J. Kepler formulou uma definição precisa de estereoscopia;

• 1759 - Lambert publicou um trabalho com os princípios matemáticos de uma imagem em perspectiva usando ressecção espacial e fundamentos da fotogrametria atual;

• 1826 - J.N.Niépce obteve uma imagem por meio de uma câmera escura com 8 horas de exposição. Daguerre diminuiu o tempo de exposição de horas para minutos utilizando um “banho fixador”;

• 1903 - Julius Neubronner desenvolveu e patenteou uma câmara cuja particularidade era ser acoplada a um pombo (pesava apenas 70 g);

• 1958 – Nadar tirou fotos a bordo de um balão em Paris.

A estereoscopia foi utilizada pela primeira vez para a construção de cartas topográficas em 1726.

Infelizmente, essa técnica também teve seu lado ruim. Como possibilita o mapeamento e o reconhecimento de outros territórios de forma rápida e prática, foi muito utilizada em guerras. Entre 1920 e 1930 diversos trabalhos foram publicados nas áreas de geologia, engenharia, geografia, ecologia e arqueologia por pessoas com experiência adquiridas na 1°Guerra Mundial. Na Segunda Guerra Mundial a fotogrametria e a fotointerpretação também foram utilizadas em grande escala.

Divisão e Classificação

A fotogrametria pode ser dividida em fotogrametria métrica e fotogrametria interpretativa, ou fotointerpretação. A fotogrametria métrica consiste na realização de medições na fotografia a fim de elaborar produtos como cartas planialtimétricas, mosaicos e ortofotos. Já a fotointerpretação tem como objetivo a análise, o reconhecimento e identificação dos objetos presentes na fotografia. A primeira produz dados quantitativos enquanto a segunda produz dados qualitativos.

Pode ser classificada de acordo com a evolução dos equipamentos e materiais envolvidos no processo e é dividia também em fotogrametria analógica, fotogrametria analítica e fotogrametria digital.

Figura 1- Estereoscópio de espelhos.

• A fotogrametria analógica utiliza instrumentos analógicos com altíssima mecânica de precisão e óptica refinada, porém com métodos antigos de processamento de dados, pois, antigamente, não existiam computadores capazes de realizar os cálculos necessários para o projeto fotogramétrico;

Figura 2 - Instrumento de restituição fotogramétrica.

• A fotogrametria analítica teve início com surgimento dos computadores cada vez mais baratos e potentes, nos quais foram desenvolvidos os cálculos analíticos, de modo que o processamento baseado na estereoscopia pura começou a diminuir gradualmente;

Figura 3 - Nuvem de pontos em softwares de fotogrametria digital.

• A fotogrametria digital teve início em 2000, quando foram lançadas no mercado as primeiras câmeras fotogramétricas digitais com tecnologia de captura direta de imagens digitais.

A fotogrametria também pode ser classificada em relação a localização da câmera e dividida em fotogrametria aérea, fotogrametria terrestre, fotogrametria espacial e fotogrametria a curta-distância.

Figura 4 - Mapeamento aéreo com drones.

• A fotogrametria aérea, ou aerofotogrametria, captura as fotografias por meio de uma câmara de precisão montada em uma aeronave;

• A fotogrametria terrestre captura as imagens a partir de uma posição fixa no terreno;

• A fotogrametria espacial compreende todos os casos de fotografias ou imagens extraterrestes, nas quais a câmera está fixada na terra, na lua, em um planeta ou num satélite artificial;

• A fotogrametria a curta-distância está relacionada a proximidade entre a câmera e o objeto a ser fotografado.

Princípios da fotogrametria

O princípio básico da fotogrametria está na restituição. No contexto da estereoscopia, a restituição consiste no ato unificar a informação a partir de um modelo estereoscópico, criando um modelo óptico semelhante ao campo fotografado, e transformar esse modelo em desenho representativo. Para a fotogrametria analítica e digital, a restituição abrange as operações de transferência de informações dos produtos fotogramétricos brutos para a confecção do produto fotogramétrico final que estará ligado a uma base de dados alfanumérica.

A fotogrametria representa a criação do espaço-objeto (espaço tridimensional), utilizando o espaço-imagem (conjunto de imagens bidimensionais).

Passo a passo de um serviço fotogramétrico

Primeiro passo: coletar pontos de apoio

Figura 5 - Coleta de pontos de controle

A fim de efetuar uma boa restituição, é necessário realizar a coleta de alguns pontos de controle no local, que sejam facilmente identificáveis nas fotografias aéreas, com o auxílio de receptores GNSS. Os pontos de apoio servem para comparar as coordenadas reais da superfície com as coordenadas obtidas pelo produto gerado pelo projeto fotogramétrico.

Dependendo do objetivo do projeto essa etapa não é obrigatória, mas para se obter um produto de qualidade e com coordenadas confiáveis ela é muito importante e necessária. Para alguns serviços a coleta de pontos é indispensável.

Figura 6 - Planejamento de voo.

Segundo passo: planejamento de voo

Essa etapa só é necessária na fotogrametria aérea. Consiste na análise da área a ser mapeada, definição da resolução voo (GSD), altura de voo, sobreposições, faixas, quantidade de imagens, local de pouso e decolagem.

Terceiro passo: voo e tomada das imagens

Para que seja possível realizar a leitura das informações por um software é necessário que elas sejam tiradas de acordo com normas e técnicas pré-estabelecidas, além de serem sobrepostas para que o conceito de estereometria seja aplicado.

Quarto passo: transferência das fotos para um software de leitura ou SIG

Um software comum para a análise e processamento de dados fotogramétricos é o Pix4D. Com sua avançada aerotriangulação automática puramente baseada nos conteúdos de imagem e técnicas de otimização exclusiva, o software Pix4D permite que qualquer Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) torne-se uma ferramenta de cartografia e topografia profissional.

Quinto passo: processamento das imagens

Os softwares fazem a leitura analítica das informações.

Sexto passo: obtenção de produtos fotogramétricos

Aplicações

A fotogrametria é uma ciência extremamente útil na área da topografia que, com seu desenvolvimento, foi adaptada para outras áreas do conhecimento também.

Algumas aplicações da fotogrametria são:

• produção de cartas topográficas;

• projeto, locação e manutenção de estradas;

• inventários florestais e minerais;

• projetos de gasodutos;

• projetos ambientais;

• linhas de transmissão;

• arqueologia;

• geologia;

• planejamento urbano e cadastro urbano;

• mapeamento de planetas;

• cadastro rural;

• medicina;

• indústria.

Principais produtos

Os principais produtos fotogramétricos são:

Figura 7 - Ortofoto

• fotografias aéreas;

• mosaicos;

• ortofotografias;

• ortofotomosaicos e ortofotocartas;

• mosaicos de imagens de radar;

• cartas planimétricas;

• cartas topográficas;

• mapas temáticos;

• modelo digital de superfície (MDS);

• modelo digital do terreno (DTM);

• coordenadas de terreno e lista de altitudes;

• lista de coordenadas espaciais (fotografia à curta distância).

Figura 8 - Modelo Digital de Elevação

Vantagens da fotogrametria

A fotogrametria apresenta algumas vantagens em relação aos procedimentos topográficos:

• geração de documentos facilmente manipuláveis, de conservação quase ilimitada e fácil restituição;

• análise de fenômenos não detectados pela vista humana (por exemplo, infravermelho);

• obtenção de informações à distância;

• aquisição rápida dos dados possibilitando medições posteriores;

• armazenagem de maiores quantidades de informações;

• são documentos legais relativos à época de sua tomada;

• permitem o monitoramento das informações;

• ajuste da precisão de acordo com as necessidades particulares de cada projeto.

Cuidado!

Como a tecnologia tornou tudo muito barato e fácil de usar, a fotogrametria também vem sendo utilizada por profissionais que não possuem conhecimentos técnicos na área de cartografia, geodésia e topografia. O risco de um cliente não ter o produto com a qualidade desejada é grande. Vale lembrar que são necessários outros conhecimentos para planejar e gerar dados em um levantamento fotogramétrico, não é um procedimento que consiste somente em apertar botões. É preciso realizar uma análise de qualidade do produto gerado por esse levantamento e, por isso, é importante procurar um profissional especializado na área.

Redação: Larissa Goulart Revisão: João Pedro Martins e Vitória Côrtes