Apostila Foto

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Apostila Foto

FOTOINTERPRETAÇÃO E SENSORIAMENTO REMOTO
PROFESSOR: RICARDO T. ZAIDAN
(PARTE 1)
ICH/DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
GEO 019 – PRÉ-REQUISITO: CARTOGRAFIA TEMÁTICA
1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O planejamento de qualquer atividade que de alguma forma se relaciona com o espaço físico que
habitamos requer, inicialmente, o conhecimento deste espaço. Neste contexto, torna-se necessária alguma
forma de visualização da porção da superfície física do planeta, onde desejamos desenvolver nossas
atividades. Para alcançar este objetivo, lançamos mão de um processo de representação da superfície
terrestre, superfície irregular, sobre uma superfície plana, folha de papel ou monitor de vídeo. A esta
representação denominamos MAPA (JOLY, 1976).
Desta forma, surge o conceito de Mapa Inteligente (SIG), onde cada entidade representada (registro)
corresponde a uma enorme gama de informações registradas no banco de dados acoplado (Figura 1).
MAPA DIGITAL
BANCO DE DADOS
10/29/aaaa
Figura 1: Representação de um mapa e seu banco de dados acoplado.
Desta forma, várias perguntas podem ser respondidas como:
•
Qual a localização dos pontos comerciais, escolas e postos de saúde em meu bairro?
•
Qual o melhor caminho entre a Praça do meu bairro e a avenida central?
Independente da vinculação a um banco de dados, as formas de representação da superfície terrestre
mais comuns, para nós geógrafos, são os mapas, cartas e plantas. A ABNT faz algumas definições a esse
respeito. Vejamos...
•
Mapa: representação da Terra nos seus aspectos geográficos naturais ou artificiais que se
destina aos fins culturais ou ilustrativos;
Dep. de Geociências – Instituto de Ciências Humanas (ICH) – Universidade Federal do Juiz de Fora (UFJF).
e-mail: [email protected] / www.lga.ufjf.br
1
•
Carta: representação dos aspectos naturais e artificiais da Terra, destinada aos fins práticos da
atividade humana, permitindo a avaliação de distâncias, direções e a localização geográfica de
pontos, áreas e detalhes;
•
Planta: carta regular representando uma superfície de extensão suficientemente restrita para
que sua curvatura possa ser desprezada e que, por isso, a escala possa ser considerada como
constante.
Mas como são feitos os mapas? Os mapas são feitos a partir da integração de diversas ciências e
técnicas que juntas englobam uma área do conhecimento humano denominada GEOMÁTICA.
É objeto de estudo da Geomática:
•
A Geodésia
•
A Topografia
•
A Cartografia
•
A Hidrografia
•
A Fotogrametria
•
O Sensoriamento Remoto
•
O Desenho Assistido por Computador (CAD)
•
O Gerenciamento de Banco de Dados
•
O Gerenciamento Cadastral
•
Os Sistemas de Informações Geográficas (SIG)
•
Os Sistemas de Posicionamento Global (GPS)
Serão vistos neste contexto, alguns aspectos básicos relativos à...
•
Fotogrametria
•
Sensoriamento Remoto
2 - TIPOS E NÍVEIS DE AQUISIÇÃO DE DADOS E SEUS SENSORES
SENSORES REMOTOS
Os sensores remotos são equipamentos que captam e registram a energia refletida ou emitida pelos
elementos da superfície terrestre (Figura 2).
Figura 2: Da energia solar à produção de imagens digitais.
As câmaras fotográficas, as câmaras de vídeo, os radiômetros, os sistemas de varredura (scanners) e
os radares são exemplos de sensores (Figura 3).
2
Figura 3: Exemplos de alguns sensores e seus produtos.
A utilização de um sensor ou de outro, em determinado nível de coleta de informação depende,
sobretudo, de fatores relacionados com:
•
objetivo da pesquisa;
•
tamanho da área imageada;
•
disponibilidade de equipamentos sensores;
•
custos;
•
precisão desejada dos resultados obtidos.
Entretanto, alguns sistemas sensores são mais exaustivamente utilizados que outros em determinados
níveis de coleta de dados. Podemos citar como exemplo disso o fato de:
•
Os radiômetros portáteis e os espectrorradiômetros são equipamentos muito utilizados para
obter informações espectrais em áreas experimentais.
•
Os sensores fotográficos (câmeras fotogramétricas) e, mais recentemente, os radiômetros
hiperespectráis, são aerotransportados por serem equipamentos com configuração para operar
neste tipo de plataforma, ou seja, em nível aéreo.
•
Os scanners (imageadores) são muito utilizados em satélites não tripulados, como o Landsat, o
SPOT, entre outros.
•
Os satélites com imageadores temáticos são muito utilizados para o monitoramento de
processos ocorrentes na superfície, como as queimadas e desmatamentos.
Dependendo de suas características, os sensores podem ser manuais (Figura 4).
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Figura 4: Exemplo de sensor manual.
Instalados em plataformas terrestres (Figura 5).
Figura 5: Sensores instalados em plataformas terrestres.
Ou plataformas aéreas, como balões, helicópteros e aviões (Figura 6).
Figura 6: Exemplos de Plataformas Aéreas.
As plataformas também podem ser orbitais, como os satélites artificiais (Figura 7).
Figura 7: Exemplo de plataforma orbital.
De uma forma resumida, esses sensores podem ser ilustrados através da figura 8.
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Figura 8: Sensores e seus níveis de aquisição de dados.
2.2 - TIPOS DE SENSORES
Os sensores podem ser classificados em função da fonte de energia ou do tipo de produto que ele
produz.
2.2.1 - EM FUNÇÃO DA FONTE DE ENERGIA:
•
ATIVOS (A): possuem sua própria fonte de radiação eletromagnética, como os radares
instalados em aviões ou em satélites.
•
PASSIVOS (B): não possuem uma fonte própria de radiação. Medem radiação solar refletida ou
radiação emitida pelos alvos, como os sistemas fotográficos e satélites (Figura 9).
Figura 9: Tipos de Sensores em relação à fonte de energia.
Observa-se também, que os sensores passivos e ativos podem ser agrupados em duas categorias, ou
seja, de varredura (scanning) ou de não-varredura (non scanning).
2.2.2 - EM FUNÇÃO DO TIPO DE PRODUTO:
•
Não imageadores: não fornecem uma imagem da superfície sensoriada. Temos como exemplo
os radiômetros (saída em dígitos ou gráficos) e espectro-radiômetro (assinatura espectral) como
demonstrado na Figura 10.
Figura 10: Produto através de saída numérica.
5
•
Imageadores: obtém-se como resultado uma imagem da superfície observada. Fornecem
informações sobre a variação espacial da resposta espectral de cada porção (pixel) da superfície
observada (Figura 11).
Figura 11: Produto através de saída gráfica.
Nesta mesma perspectiva podemos definir ainda...
•
Sistema de quadro : São também chamados de sensores de não-varredura, e registram a
radiação refletida de uma área da superfície da Terra em sua totalidade, num mesmo instante
(framing systems). Este sistema gera produtos na forma de imagens e não imagens.
•
Sistema de varredura : TM, MSS, SPOT (Figura 12).
Figura 12: Exemplo de sistema de varredura – Satélite Spot.
•
Sistema fotográfico através de câmaras métricas aerotransportadas (Figura 13).
Figura 13: Exemplo de recobrimento aéreo por câmera fotográfica.
6
3 - INTRODUÇÃO
3.1 – DEFINIÇÕES INICIAIS
Fotogrametria:
•
... ciência e tecnologia de obter informações confiáveis através de processos de registro,
interpretação e mensuração de imagens (ANDRADE, 1998).
•
... arte, ciência e tecnologia de se obter informações confiáveis de objetos físicos e do meio
ambiente através de fotografias, por medidas e interpretação de imagens e objetos (WOLF,
1983).
•
A Fotogrametria é a técnica que permite o estudo e a definição das formas, das dimensões
e da posição de objetos no espaço, utilizando-se de medições obtidas a partir de
fotografias ou imagens raster.
A Fotogrametria pode ser dividida em duas áreas (ROCHA, 2000):
•
Fotogrametria Métrica: envolve medidas precisas e computacionais para determinar a
forma e as dimensões dos objetos. Aplicada na elaboração de mapas planimétricos e
topográficos.
•
Fotogrametria interpretativa: ocupa-se com o reconhecimento e identificação dos objetos.
Ou...
Existe uma gama enorme de aplicações através da utilização da fotogrametria, dentre elas destaca-se
a elaboração de mapas em colaboração com outras ciências como a Geodésia e a Cartografia. Podemos citar
com exemplo a elaboração de mapeamentos como:
•
Rede de drenagem
•
Cobertura vegetal
•
Culturas vegetais
•
Rede viária
•
Feições geológicas
•
Tipos de solos
•
Uso ocupação do solo
•
Etc.
De acordo com a posição da câmera podemos definir também dois tipos de fotografias.
A Fotogrametria Terrestre, que consiste nas atividades de captação de dados gráficos por meio da
Fotogrametria utilizando como sensor uma câmara métrica terrestre (Figura 14).
Figura 14: Exemplo de fotografia terrestre.
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A Aerofotogrametria é uma técnica que tem como objetivo elaborar mapas mediante fotografias aéreas
tomadas com câmaras aero-transportadas, com o eixo ótico posicionado na vertical ou diagonal, utilizando-se
aparelhos e métodos para se obter produtos estereoscópicos (Figura 15).
Figura 15: Exemplo de fotogrametria aérea.
De acordo com as classificações anteriores, estes podem ser realizados através das seguintes
técnicas:
•
Fotogrametria Analógica;
•
Fotogrametria Analítica;
•
Fotogrametria Digital.
3.1.1 - FOTOGRAMETRIA ANALÓGICA
O que é 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 óticomecânicos analógicos. Ela é totalmente baseada no princípio da estereoscopia e na orientação analógica das
fotos (Figura 16).
Figura 16: Exemplo de um restituidor analógico
3.1.2 - FOTOGRAMETRIA ANALÍTICA
O que é a fotogrametria Analítica?
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
auxiliadas por computadores (Figura 17).
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Figura 17: Exemplo de um Restituidor Analítico.
3.1.3 - FOTOGRAMETRIA DIGITAL
“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.
O que é a fotogrametria Digital?
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 (Figura 18).
Figura 18: Exemplo de um Restituidor Digital.
As fotografias são utilizadas então, para o posicionamento de pontos na superfície terrestre. Pontos
que correspondem, por exemplo, aos temas exemplificados anteriormente.
Sendo assim, o posicionamento de pontos é realizado através do método da “Triangulação
Fotogramétrica” ou “Fototriangulação”. Também denominada de Aerotriangulação, Triangulação Aérea ou
Triangulação Espacial.
Após este posicionamento, faz-se a transferência de informações temáticas para o mapa, sendo esta,
denominada de “Restituição” ou também chamada de “Compilação Fotogramétrica”.
Desta forma, podemos definir então, que a área da Fotogrametria que trata das fotografias aéreas é
conhecida como “Aerofotogrametria” e engloba suas aplicações correlatas.
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3.2 - DEFINIÇÕES COMPLEMENTARES
3.2.1 - FOTOGRAMETRIA A CURTA DISTÂNCIA (TERRESTRE OU AÉREA):
Aplicada em problemas laboratoriais, controle geométrico de processos laboratoriais, investigações
policiais, etc.
3.2.2 - MICROFOTOGRAMETRIA
Utilizada em técnicas microscópicas permitindo a medida precisa e o mapeamento de objetos
microscópicos. Muito utilizada na medicina, como por exemplo, para o monitoramento da evolução de quadros
clínicos, análises fisioterápicas e casos forenses.
Desta forma, neste curso iremos trabalhar com conceitos que nos leve a interpretar feições que
aparecem nas fotografias aéreas.
4 – INTRODUÇÃO AO PROCESSO FOTOGRÁFICO
4.1 – LUZ
A luz, interagindo com a matéria, gera fenômenos como: absorção, emissão, difusão e reflexão (Figura
19).
Figura 19: exemplos de fenômenos advindos da interação da luz solar com a superfície terrestre.
A interação destes processos ajuda a explicar as diferentes cores com as quais os objetos se
apresentam. A sensação de cor é determinada pelo comprimento de onda que atinge a retina dos nossos
olhos. O qual percebem os comprimentos de onda situados entre 400 a 700 milimicrons, que são interpretados
como cores diferentes (ANDRADE, 1998) (Figuras 20 e 21).
Figura 20: Representação do Comprimento de onda através do Espectro Eletromagnético.
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ESPECTRO VISÍVEL DA LUZ SOLAR
Faixa do Comprimento de Onda
Cor
400-446 milimicrons
violeta
446-500 milimicrons
azul
500-578 milimicrons
verde
578-592 milimicrons
amarela
592-620 milimicrons
alaranjada
620-700 milimicrons
vermelha
Figura 21: Tabela com exemplo da faixa do comprimento de onda visível pelo olho humano.
Essas cores podem ser reproduzidas a partir de dois conceitos muito interessantes: o modelo de cores
aditivas e o modelo de cores subtrativas.
O princípio da fotografia colorida consiste na possibilidade de se reproduzir qualquer cor, a partir de
uma mistura de apenas três cores primárias: azul, verde e vermelho. Ou seja, o sistema RGB: Red, Green e
Blue.
A mistura das cores primárias, ou adição de uma sobre a outra em proporções diferentes, denomina-se
“Processo Aditivo” (Figura 22 e 23).
Figura 22: Sistema de cores aditivas – cores primárias.
OBTENÇÃO DE COR POR ADIÇÃO
Cor
Adição
ciano
verde + azul
magenta
vermelha + azul
amarela
verde + vermelha
branca
verde + azul + vermelha
Figura 23: Sistema de cores aditivas.
O resultado desta mistura é a formação das cores secundárias amarelo, ciano e magenta, também
chamadas de cores subtrativas.
A subtração das cores secundárias amarelo, ciano e magenta em proporções diferentes, através de
filtros, resultará na formação das cores primárias novamente (Figuras 24 e 25).
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Figura 24: Sistema de cores secundárias.
OBTENÇÃO DE COR POR SUBTRAÇÃO
Cor
Subtração
vermelha
branca - verde - azul
azul
branca - verde - vermelha
verde
branca - vermelha - azul
magenta
branca - verde
ciano
branca - vermelha
amarela
branca - azul
Figura 25: Sistema subtrativo de cores secundárias.
De uma forma resumida, a figura 26 exemplifica bem a interface entre os dois sistemas de cores, o
aditivo e o subtrativo.
Figura 26: Representação da interface entre os dois sistemas de cores.
4.2 – O PROCESSO FOTOGRÁFICO
A fotografia é a principal ferramenta de trabalho do fotogrametrista.
Existem na natureza muitos materiais sensíveis à luz. Um dos que reagem quimicamente mais rápido
na presença da luz é o brometo de prata. Quando a molécula de brometo de prata recebe luz ela se reduz a
bromo e prata. Dependendo da intensidade e do tempo de exposição resultará em mais ou menos prata.
Geralmente o brometo de prata é diluído em um tipo de gelatina própria para dar origem à chamada “emulsão
fotográfica”. Esta emulsão fotográfica aplicada em um suporte adequado dá origem ao “filme fotográfico”
(Figura 27).
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Figura 27: Tipos de emulsão para filme fotográfico.
No processo fotográfico, o filme é exposto à luz, fazendo com que parte do brometo de prata seja
reduzido, dando origem à chamada “imagem latente”. Através da aplicação de um agente desenvolvedor
chamado de “revelador” faz-se a redução total dos grãos de brometo de prata já parcialmente reduzidos
fazendo com que a imagem fique visível. Desta forma origina-se a “imagem revelada”. Observa-se que este
processo de revelação deve ser realizado no escuro para não causar a redução dos grânulos de brometo de
prata intactos. Após todo este processo, retira-se o restante dos grãos de brometo de prata não reduzidos para
que o processo não prossiga estragando a imagem obtida. Isto é feito através da aplicação de um solvente
específico chamado de “fixador”.
Porém, os grãos que ficam são os que recebem mais luz, criando uma “imagem negativa”, onde as
áreas mais claras são representadas por cores mais escuras (Figura 28).
Figura 28: Imagem negativa.
Para que haja correspondência de tons com a realidade é necessário reverter os efeitos, criando a
“imagem positiva”. O processo de obtenção de “imagens positivas” se dá a partir da exposição do filme ou
papel fotográfico à luz que atravessa o filme negativo e sua posterior revelação e fixação como na produção
dos negativos (Figura 29).
Figura 29: Exemplo de imagem positiva.
A imagem positiva pode ser produzida em material fotográfico transparente ou opaco. A imagem
positiva em material de base transparente chama-se “diapositivo fotográfico” e em material de base opaca
chama-se “fotografia”. Compare os dois modos através da Figura 30.
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Figura 30: Exemplo comparativo entre imagens positiva e negativa.
4.3 – FILMES E FILTROS
4.3.1 – O PROCESSO FOTOGRÁFICO SEGUE O MODELO DE CORES ADITIVO.
Este processo depende do fluxo luminoso incidente no filme, o qual depende também do tempo de
exposição do filme à luz.
A combinação do fluxo luminoso com o tempo de exposição gera o “grau de escurecimento do filme
revelado” que é dado em “densidade”. Observe que a densidade não pode ser nem muito alta nem muito baixa
para não comprometer a distinção das entidades representadas na fotografia, pois, isto poderá comprometer os
níveis de contraste da fotografia. Vejamos o exemplo da figura 31.
Figura 31: Representação dos níveis de contraste nas fotografias.
4.3.2 - VELOCIDADE
A velocidade tem a ver com o tempo que ocorre a redução após a exposição do filme à luz. Existe uma
variedade de métodos para determinar a velocidade dos filmes.
Os critérios para a determinação da velocidade de filmes aéreos diferem daqueles usados para os
filmes pictóricos. Essa diferença se dá através de fatores como:
•
Variação na distância alvo – câmera;
•
Pequena variação de luminância dos objetos;
•
Presença de aerossóis;
•
Etc.
4.3.3 – PODER DE RESOLUÇÃO
É a qualidade de uma emulsão fotográfica em gravar distintamente pormenores finos. Isso vai
depender da granulometria da emulsão, do contraste do filme e do contraste do alvo. A resolução influenciará
no tamanho da menor entidade real a ser identificada na fotografia e na capacidade de ampliação (Figura 32).
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Figura 32: Ampliação e demonstração da resolução de uma imagem.
4.3.4 - FILTROS
São materiais opacos para determinados comprimentos de onda da luz (cores), mas transparentes
para outros. Suas aplicações são muitas e sem o seu uso adequado não seria possível obter boas imagens
fotográficas. Podemos citar como exemplo de aplicação o caso dos aerossóis que refletem grande quantidade
de luz azul e ultravioleta na atmosfera. O uso de um filtro amarelado, conhecido como menos-azul, pode
absorver parte dessa luz ultravioleta e azul, diminuindo a quantidade de luz falsa incidente no filme. O resultado
é o aumento do contraste na imagem fotográfica e um maior poder de penetração em condições de bruma.
4.3.4 – FILMES COLORIDOS
Os filmes coloridos são baseados nos princípio da reprodução de imagens através dos modelos tanto
subtrativo como aditivo. A diferença é que o filme colorido possui uma camada de emulsão para cada cor
diferente, combinado com camadas de filtros para que cada comprimento de onda sensibilize a camada
correspondente.
Em relação à sua revelação, cada fabricante, como exemplos a AGFA e a Kodak, possuem seus
processos de revelação próprios protegidos por patentes.
5 – ASPECTOS HISTÓRICOS
Antes do advento das técnicas de Aerofotogrametria o trabalho era árduo. Utilizavam-se de inúmeros
cálculos matemáticos para a mensuração da geometria, área e distância das entidades cartografadas. Fazia-se
a pré-confecção de inúmeros desenhos, através de observações diretas e indiretas, antes do produto
cartográfico final.
5.1 - ALGUNS ACONTECIMENTOS MARCANTES NESSE PROCESSO
•
1726 – Carpeller se utiliza de desenhos em perspectiva, a partir de dois pontos
diferentes e com distâncias mensuradas para determinar a posição de entidades no
espaço que desejava representar.
•
1727 – Johann Schulze (médico alemão) descobre o fenômeno do escurecimento dos
sais de prata quando expostos à luz. É o início da criação da fotografia.
•
1759 – J.H.Lambert lança o livro “Freie Perspektive” discutindo pela primeira vez o tema
na história.
•
1826 – Joseph Nicéphore Nièpce (francês) consegue registrar a primeira imagem em
uma chapa de estanho polida revestida de betume e pulverizada com solução de
petróleo.
•
1837 – Louis-Jacques Daguerre consegue imprimir imagens sobre papel utilizando sais
de prata.
•
1838 – Wheatstone (inglês) inventa o “Estereoscópio”.
15
•
1839 – É divulgado oficialmente o invento da fotografia.
Com o advento da fotografia, tornou-se possível registrar instantaneamente, em perspectiva, um
conjunto de feições do terreno. O primeiro a aplicar a fotografia em perspectiva para fins de mapeamento foi o
oficial francês Laussedat, valendo-se do método dos esboços em perspectiva de Carpeller.
5.2 - APERFEIÇOAMENTO DA UTILIZAÇÃO DA FOTOGRAFIA
Em 1901, Carl Pulfrich introduziu a “marca estereoscópica”, que permitiu mensurações num modelo
estereoscópico formado por um par de imagens homólogas observadas através de um estereoscópio. Este
modelo foi denominado de “Estereocomparador”.
Apesar desta evolução, as fotografias ainda não ofereciam grandes possibilidades devido aos
chamados “ângulos mortos”. Um dos maiores problemas era o não aparecimento de determinadas feições do
terreno. A solução foi elevar a câmera fotográfica e os meios mais utilizados na época foram as hastes e os
balões.
5.3 - A TÍTULO DE CURIOSIDADE
A história do Sensoriamento Remoto está estreitamente vinculada ao uso militar dessas tecnologias. A
primeira fotografia aérea data de 1856 e foi tirada de um balão. Um exemplo disso foi, que em 1862, durante a
guerra civil americana, o corpo de balonistas do exército fazia o reconhecimento das tropas confederadas
através de fotografias aéreas.
Surgi uma nova solução. Alberto Santos Dumont – inventor do avião, tornou seu invento a plataforma
mais usada no transporte de câmeras fotográficas para a tomada de “fotografias verticais”. Porém, o uso
efetivo do avião para a tomada de fotografias aéreas verticais só teve início na Primeira Guerra Mundial.
A partir de 1909, inicia-se o processo de tomada de fotografias por aviões e na primeira Grande Guerra
Mundial seu uso intensificou-se. Durante a II Guerra Mundial houve um grande desenvolvimento com o
surgimento do filme infravermelho, com o objetivo de detectar camuflagem, principalmente para diferenciar
vegetação de alvos pintados de verde. Destacam-se também, na década de 1960, as primeiras fotografias
orbitais da superfície da Terra, tiradas de satélites tripulados como o Mercury, o Gemini e o Apolo.
Uma nova era começou. Com o fim da Guerra Fria, muitos dados, considerados de segredo militar
foram liberados para o uso civil. Mesmo neste período, várias contribuições foram feitas através da modelagem
matemática para a melhora do produto aerofotográfico e a consagração do conceito de “Aerofotogrametria”.
Desta forma, podemos destacar nomes como...
•
1930 – Otto von Grüber
•
1930 a 1940 – Earl Church
•
1948 – Max Zeller e associados – Publicou o “Trité de Photogrammétrie pela Société de
Vente H. Wild em Heerbrugg
•
1899 a 1932 – Sebastian Finsterwalder
•
Nos anos 1950 – Ordnance survey Organization (Reino Unido) – primeiro sistema de
aerotriangulação para controle da deformação do filme.
•
1950 – Publicação do primeiro livro de Fotogrametria Analítica e destaque para nomes
como Helmut Schmid e Duane C. Brown.
•
1957 – U. Helava inventa o Restituidor Analítico.
•
1974 – Dean C. Merchant desenvolve métodos avançados para a calibração de
instrumentos, principalmente as câmaras fotogramétricas.
No Brasil, o início da utilização da aerofotogrametria se deu em 1922 para a elaboração da carta do
Distrito Federal do Rio de Janeiro na escala 1:50.000, quando foi construído o primeiro estereógrafo brasileiro,
para o Exército Brasileiro, pelo austríaco Emilio Wolf. Destaque para o empenho dos Profs. Placidino Machado
Fagundes, J. Bettencourt de Andrade e Camil Gemael.
Surge em 1965 o primeiro curso universitário de Fotogrametria e Fotointerpretação, do curso de
Engenharia Florestal da Universidade Federal do Paraná. Que em seguida deu origem, em 1971 ao Curso de
16
Pós-Graduação em Ciências Geodésicas, hoje um dos maiores centros de pesquisa nas áreas de Geodésia e
Fotogrametria do Brasil.
A partir de 1990 houve o surgimento e o início da utilização efetiva da Fotogrametria Digital
5.4 - SÍNTESE DA EVOLUÇÃO DO MAPEAMENTO
•
Observação da realidade
•
Observação e ajuste através de cálculos astronômicos
•
A Geodésia advém da evolução da astronomia e da topografia
•
Melhor ajuste da representação da superfície
•
Melhora da qualidade visual
•
Melhora da qualidade geométrica das representações
•
Porém - Desconhecimento das transformações geométricas no processo fotográfico
•
Maior reconhecimento das transformações ocorrentes no processo fotográfico
•
Maior qualidade na geometria dos entes e das representações
•
Representação tridimensional de pontos e coordenadas
•
Maior transito entre os sistemas geodésicos e cartográficos.
17
5.5 - SÍNTESE ATUAL DE MAPEAMENTO
SENSORES
PROCESSAMENTOS
PRODUTOS
Figura 33: Exemplo atual para a criação de um mapa através de recobrimento aerofotogramétrico.
6 – CÂMERAS FOTOGRÁFICAS
6.4 – CÂMERAS
As câmeras fotogramétricas diferem das câmeras convencionais por gerarem imagens fotográficas
com estabilidade geométrica, através de um processo de tomada passível de calibração para um melhor
resultado.
As câmeras fotogramétricas baseiam-se no princípio da câmera escura, onde há uma caixa em forma
de paralelepípedo oco com as paredes internas pretas. Uma das paredes possui um orifício, onde passa a luz
da imagem capturada. A parede oposta ao orifício é branca para refletir qualquer comprimento de onda e
formar a imagem da realidade o mais fiel possível (Figura 34).
Figura 34: Representação da Câmara Escura de uma Câmera Fotográfica.
No entanto, a imagem projetada é fraca, exigindo o auxílio de uma lente convergente para concentrar a
luz e formar uma imagem muito mais luminosa e definida. Observem que a concentração da luminosidade é
realizada através da utilização de uma lente convergente (Figura 35).
Figura 35: Representação da utilização de lentes convergentes na câmara escura de uma câmera fotográfica.
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Observa-se que, quando um filme é colocado junto à parede branca da caixa onde a imagem é
formada, e este é exposto á luz por um determinado período de tempo, esta imagem poderá ser registrada no
filme.
Observa-se também que, existem algumas características que vão influenciar na formação desta
imagem na parede branca da câmara escura. Dentre estas características podemos destacar a distância entre
o orifício e o alvo a ser fotografado. Quanto maior esta distância, maior o espalhamento da luz na parede
branca, maior será a imagem e menos luminosa será a imagem (Fator de Brilho). Isto se corrige com a
aplicação de lentes convergentes específicas.
Outra característica importante é o diâmetro da(s) lente(s) que ocupa o orifício da câmera escura, ou
seja, o melhor ajuste entre seu diâmetro e a distância a ser fotografada (Profundidade de Campo) poderá gerar
imagens mais nítidas.
Observa-se então que a “profundidade de campo” é inversamente proporcional ao “fator de brilho”,
gerando maior contraste e maior dificuldade de se distinguir objetos na superfície.
Devido a grande profundidade de campo, pequenas alterações provocam alterações insignificantes no
foco e no ajuste do diâmetro da lente (Figura 36).
Distância Focal
Profundidade de Campo
Figura 36: Representação da Distância Focal de uma Câmera Fotográfica e a Profundidade de Campo.
Por isso, nestes tipos de câmeras o diâmetro do orifício da caixa escura é fixo e pode ser regulado por
uma peça que se chama “diafragma”. Além do diafragma, as câmeras fotogramétricas possuem um dispositivo
regulador do tempo de exposição, chamado obturador, para regular a luminosidade da imagem formada na
câmera escura. Portanto, o fluxo luminoso que atinge o filme depende:
•
Da iluminação da superfície a ser fotografada;
•
Da distância da câmera (altura do vôo);
•
Da abertura do diafragma;
Estas características juntas determinarão o tempo de exposição para permitir a formação de uma
imagem com “densidade normal”.
Outra característica importante é o ângulo de abertura da lente (relativo à convexidade). Quanto maior
o ângulo, maior a área fotografada. Daí, a altura do vôo poderá ser menor para fotografar a mesma área
(grandes oculares).
O projeto de construção das lentes é muito complicado. Devido às dificuldades para se projetar e
construir lentes perfeitas, os fabricantes optam por associá-las para diminuir seus defeitos, criando assim as
chamadas “objetivas”.
Para finalizar, as partes que compõem uma câmara aerofotogramétrica são o magazine e o cone.
Vejamos um exemplo (Figura 37).
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Sistema RC30-1 - LEICA analógico
Figura 37: Representação das partes componentes de uma câmera aerofotogramétrica.
No cone estão:
•
A objetiva (lentes);
•
O diafragma (abertura);
•
O obturador (tempo);
•
O suporte de filtros;
•
A esquadria de registros (data, número, etc.).
No magazine estão:
•
O porta filme;
•
A placa do plano focal;
•
A câmara de vácuo;
•
O servo-motor.
7 – TIPOS DE FOTOGRAFIAS AÉREAS
As fotografias aéreas são classificadas segundo diversos critérios. Para os objetivos aqui propostos, só
será utilizada a classificação quanto à geometria, ou seja, orientação do eixo da câmera. Nesta classificação
apontam-se as fotografias verticais e oblíquas.
7.1 – FOTOS AÉREAS VERTICAIS
Nesta fotografia, o eixo ótico da câmera coincide com a vertical do lugar fotografado, no momento da
tomada da foto. As fotografias verticais são largamente usadas na confecção de bases de dados digitais para
Geoprocessamento (Figura 38).
Figura 38: Representação da tomada de uma fotografia aérea vertical.
Suas vantagens sobre as fotos obliquas são a obtenção de medidas facilmente através das relações
geométricas e a detecção e o reconhecimento de objetos facilitados pelo fato de a forma da imagem estar mais
próxima do real.
A desvantagem é que as fotos não apresentam uma perspectiva ortogonal, como no caso das cartas
topográficas.
20
7.2 – FOTOGRAFIAS AÉREAS OBLÍQUAS
São aquelas feitas com o eixo da câmera intencionalmente direcionado entre a horizontal e a vertical.
O ângulo normalmente oscila entre 90º e 270º para as fotografias aéreas, podendo ser maior nas fotografias ou
imagens tomadas por satélites. As fotografias oblíquas admitem uma subclassificação em oblíqua alta e
oblíqua baixa. Observa-se que os termos alta (Figura 39) e baixa (Figura 40) não se referem à elevação do
avião sobre o terreno, mas apenas ao ângulo de inclinação do eixo ótico da câmera com relação à vertical.
Figura 39: Representação da tomada de uma fotografia aérea oblíqua alta.
Figura 40: Representação da tomada de uma fotografia aérea oblíqua baixa.
As fotografias obliquas tem o mesmo aspecto que de uma foto panorâmica tomada do alto de uma
elevação (Figura 41).
Figura 41: Representação de uma fotografia oblíqua.
O importante é que nesse tipo de foto tem que se observar que a escala aumenta progressivamente
dos primeiros aos últimos planos (Figura 42).
Figura 42: Representação do aumento progressivo de escala em direção aos últimos planos numa fotografia oblíqua.
Consequentemente, quanto mais longe estiverem os objetos fotografados, menor será a definição das
respectivas imagens fotografadas (Figura 43).
21
Figura 43: Representação da perda de definição em direção aos últimos planos numa fotografia oblíqua.
Por esses aspectos, este tipo de fotografia não é adequado para medições cartográficas, sendo
utilizadas para fins panorâmicos. Desta forma, a tomada de fotografias requer um planejamento bem elaborado
a fim de que os objetivos sejam alcançados.
8 – TOMADA DAS FOTOGRAFIAS
A tomada de fotografias requer um planejamento bem elaborado a fim de que os objetivos sejam
alcançados. É importante estabelecer informações sobre:
•
A Câmera;
•
Aeronave e sua autonomia de vôo;
•
Altura e altitude de vôo, de acordo com a escala;
•
Número de aerofotos em cada faixa;
•
Número de faixas;
•
Quantidade e tipo de filme;
•
Tempo de exposição;
•
Abertura do diafragma;
•
Filtros;
•
Intervalo de tempo entre duas fotos;
•
Elementos para a navegação;
•
Etc.
8.1 – ALTURA E ALTITUDE DE VÔO
Este tema esbarra em áreas como: a escala das aerofotos, o limite de precisão e a ordem econômica,
ou seja, custos. Para fins cartográficos, a relação entre a escala do mapa e a escala das fotografias deve
equilibrar os requisitos econômicos com os de precisão. A partir da precisão necessária é possível calcular a
escala das aerofotos. Vejamos um exemplo. Se as aerofotos se destinam ao traçado de curvas de nível com
eqüidistância de 1m, a precisão do aerolevantamento deverá ser a metade deste valor, ou seja, 50cm de
equidistância e o cálculo da escala será baseado não na altitude do terreno e sim no desvio padrão das
altitudes do terreno a ser fotografado.
O que seria mais interessante para nós geógrafos no momento? Seria a tomada de aerofotos com
finalidade específica de fotointerpretação de um tema particular. Neste caso a escala deverá obedecer outros
critérios. Vejamos! Uma vez definida a escala necessária das aerofotos, a altura do vôo poderá ser calculada
através da seguinte equação (Figura 44):
22
Figura 44: Esquema representado a fórmula de cálculo da escala de vôo.
Onde:
•
E – escala;
•
d – tamanho da fotografia;
•
D – extensão fotografada;
•
c – distância focal da câmera;
•
H – altura do vôo (profundidade de campo).
Lembrando que este valor de altura será calculado a partir da média entre a menor e a maior altitude
do terreno a ser fotografado. No caso de levantamentos para fins de fotointerpretação é claro. Vamos ver na
prática. Se temos uma câmera com 150mm de distância focal e precisamos de fotografias com escala de
1:10.000, qual a altura do vôo necessário?
E quando se tem as fotografias e precisa-se calcular a escala? Se tivermos um vôo realizado com
câmera de distância focal de 150mm a uma altura de 6.000m, qual seria a escala da fotografia?
8.2 – RECOBRIMENTO E INTERVALO DE TEMPO ENTRE DUAS EXPOSIÇÕES
As fotografias aéreas devem ser tomadas sempre com elevação do sol superior a 30º, em dias claros,
nos quais as condições climáticas sejam tais que permitam fazerem-se negativos fotográficos claros e bem
nítidos, isto é, bem contrastados. O recobrimento é feito em exposições sucessivas ao longo de uma direção
de vôo. Essa sucessão é feita em intervalos de tempo tal que, entre duas fotografias haja uma superposição
longitudinal e outra transversal. Vejamos (Figura 45).
23
Figura 45: Esquema representativo das faixas de sobreposição lateral e longitudinal durante o sobrevôo.
As fotografias são tomadas em faixas que se superpõem em cerca de 30% - recobrimento ou
superposição lateral (Figura 46).
Figura 46: Representação do recobrimento lateral durante o sobrevôo.
Entre as fotografias da mesma faixa a superposição deve ser em torno de 60% de recobrimento (ou
superposição longitudinal) (Figura 47).
Figura 47: Representação do recobrimento longitudinal durante o sobrevôo.
Observa-se que a superposição longitudinal das aerofotos é necessário para garantir o exame
estereoscópico. Como se calcula isso tudo? O cálculo do número de faixas ou linhas de vôo a fim de recobrir
toda a área de estudo é necessário e é feito através de um número de faixas com um número exato de
fotografias por faixa.
Vejamos como calcular o número de faixas e a quantidade de fotos requeridas para cobrir uma área de
20km de largura, no sentido leste-oeste, por 33km de comprimento, no sentido norte-sul?
Note que:
•
a escala das fotos serão de 1:30.000;
•
o formato das fotos serão de 23 x 23cm;
24
•
o recobrimento lateral será de 30%;
•
o recobrimento longitudinal será de 60%;
•
a linha de vôo será no sentido leste-oeste.
Bom, a área abrangida por cada foto com 23 x 23cm, na escala de 1:30.000, calculada através da
regra de três é:
•
1cm (na foto) = 30.000cm (no terreno)
•
23cm (na foto) = x cm (no terreno)
•
X = 690.000cm = 6.900m = 6,9km
Portanto, cada foto de 23 x 23cm abrangerá 6,9 x 6,9km no terreno. Para se calcular a quantidade de
faixas a serem percorridas pelo avião, considera-se que cada foto dentro de uma faixa de vôo deverá ser
recoberta pela adjacente, da outra faixa, em 30%. Restará então 70% de cada foto de 6,9 x 6,9km. Desta
forma, se o recobrimento de 100% é de 6,9km, o recobrimento dos 70% restantes será 4,83km.
Considerando uma distância de 33km no sentido norte-sul e que o vôo será realizado no sentido lesteoeste, tem-se que o número de faixas ou linhas de vôo será dado pelo quociente 33km / 4,83km. Então, o
número de fotos será 6,83 e por medida de segurança arredonda-se para 7 e acrescenta-se uma faixa em cada
extremidade para que as faixas extremas tenham garantia de recobrimento, ou seja, mais 4 faixas, totalizando
11 faixas. E o número de fotografias por faixa longitudinal?
Para se calcular o número de fotos por faixa de 20km de extensão, no sentido leste-oeste, e levandose em consideração uma sobreposição, para efeito de estereoscopia, de 60% entre cada foto, conclui-se que
restará somente 40% efetivo por foto a ser avaliado. Assim sendo, tem-se:
•
Recobrimento de 100% = 6,9km
•
Recobrimento de 40% = xkm
•
x = 2,76km realmente cobertos pela foto.
Desta forma, o número de fotos será dado através do quociente entre a distância total da faixa no
sentido leste-oeste pela área efetiva recoberta pela foto:
•
20km / 2,76km = 7,24 fotos por faixa.
•
Arredonda-se para 8 fotos por faixa.
Porém, por medida de segurança, acrescenta-se, ainda mais uma foto por faixa (8+1=9 fotos) tendo em
vista que a primeira não é recoberta por nenhuma outra. Isto ocorre em função da necessidade de haver
sobreposição para que possibilite a realização da estereoscopia na primeira fotografia de cada faixa também.
Observa-se que o total de fotos para cobrir uma área de 20km por 33km será o número de faixas vezes
o número de fotos, ou seja, 11 faixas x 9 fotos por faixa = 99 fotos. Contudo, não podemos deixar de considerar
que o recobrimento longitudinal depende também do intervalo de tempo de cada disparo da máquina
fotográfica.
De uma maneira simplificada para se medir este tempo, adota-se a equação;
Onde:
•
∆T é o intervalo de tempo;
•
B é a distância percorrida pela aeronave entre a tomada de duas fotos;
•
V é a velocidade da aeronave.
25
8.3 – ARRASTAMENTO DA IMAGEM
Outra característica importante a ser considerada é o Arrastamento da Imagem. O efeito de
arrastamento na fotografia decorre do movimento da aeronave durante o tempo de exposição do filme. É claro
que nos dias de hoje com a modernização dos equipamentos, já existem dispositivos que tentam equilibrar o
máximo possível o equipamento para que este efeito seja minimizado ao máximo. Alguns outros fatores
também influenciarão neste arrastamento, como:
•
A altura da aeronave sobre o ponto considerado no terreno;
•
Terrenos com alterações agudas de altitude sempre ocorrerá arrastamento das porções mais
altas da imagem;
•
Condições de turbulência aérea também ocasionarão arrastamento da imagem.
Observa-se que sempre ocorrerá arrastamento, mesmo que mínimo. O que interessa é que este
arrastamento não fuja ao padrão aceitável pelas normas cartográficas.
8.4 – CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS
O planejamento para um levantamento fotogramétrico completo de uma área, deve levar em
consideração diversos fatores a fim de que se possa realmente cobrir a totalidade do terreno sem perdas nem
grandes sombras. Para isso, também torna-se necessário algumas informações referentes à localização e às
características geográficas da área a ser levantada. Deve-se observar as condições meteorológicas e
climatológicas a fim de evitar nebulosidade. Geralmente o número de dias impróprios se agrupam numa
determinada parte do ano. Se possível lançar mão do uso de Cartas Meteorológicas locais. Nos dias
ensolarados, sem nuvens, é importante a hora para a obtenção de boas fotos. Observar também o horário para
a tomada das fotos, em geral entre 9h e 15h para que sejam evitados efeitos desagradáveis de sombreamento.
A presença de sombras compridas pode obscurecer muito algumas feições. Por outro lado, pequenas
sombras podem gerar efeitos desejáveis aumentando a quantidade de informações na imagem.
Observa-se que fora das regiões tropicais sempre haverá sombras. Porém, nas regiões tropicais
poderá haver reflexão da luz solar nas camadas atmosféricas diminuindo o contraste das fotografias. Este
fenômeno será diretamente proporcional à quantidade de umidade suspensa no ar, limitando o horário de vôo
aos que o Sol não esteja em posição zenital. Em regiões de baixa umidade este horário poderá ser ampliado,
desde que se respeite a altitude das montanhas para não se gerar sombras muito extensas e também,
dependendo da altura do avião, a geração da sombra da própria aeronave.
8.5 – NAVEGAÇÃO
A ferramenta básica para a navegação é o projeto de vôo. O projeto de vôo é constituído por um mapa
com as linhas de vôo. Este mapa pode ser acoplado à câmera fotográfica que geralmente possui um
dispositivo para projetar a imagem da superfície. Em câmeras mais antigas esta projeção era feita em um visor
de vidro opaco na parte superior da câmera. Em câmeras mais modernas existe um visor digital ou notebook
onde é projetada a imagem da superfície. Em ambos os visores existem uma reta denominada “linha de fé”
para que o operador possa fazer o ajuste com o eixo da faixa a ser fotografada (Figura 48).
Figura 48: Representação da Linha de Fé em um plano de vôo.
Qualquer deslocamento da aeronave, como por exemplo uma “deriva”, a câmera fotográfica deverá
possuir recurso para ser girada do mesmo ângulo no sentido indicado pela linha de fé e a faixa de vôo indicada
pelo visor. Uma “deriva” ocorre quando o piloto gira a aeronave para um dos lados para compensar ventos
laterais (Figura 49).
26
Figura 49: Representação do processo de deriva.
Além da linha de fé, existem linhas paralelas perpendiculares à linha de fé que se deslocam na
velocidade programada para o vôo e que podem ser comparadas com o deslocamento da imagem para o
ajuste da velocidade do avião. Isto para que o recobrimento seja correto. Além do mais, junto ao mecanismo
que desloca essas linhas paralelas existe um intevalômetro, para disparar a câmera no tempo de recobrimento
exato.
Nos equipamentos aéreos mais novos, como sensores digitais existem mecanismos que controlam isso
automaticamente (Figuras 50 e 51).
Figura 50: Exemplos de equipamentos de aerofotogrametria mais novos e seus produtos.
Figura 51: Exemplo de dispositivos que compensam a deriva.
Vejamos o efeito da compensação (Figura 52).
Figura 52: Esquema comparativo do efeito da compensação para deriva no sobrevôo.
27
Nos equipamentos mais modernos utiliza-se um mapa digital, onde o acoplamento de um GPS auxilia a
navegação sobre as faixas e o instante da tomada da fotografia ou imagem através do seu relógio (Figura 53).
Figura 53: Exemplo de equipamento para realização de sobrevôo apoiado com GPS.
9 – ESTEREOSCOPIA
9.1 – VISÃO ESTEREOSCÓPICA
A estereoscopia é, de uma maneira simplista, a visualização de uma imagem em 3D. Há pessoas que
conseguem fazer isso de maneira direta ou natural, porém, o mais comum, é através da visão binocular, com a
utilização de lentes ou de polarizadores. Na visão binocular utiliza-se um par de fotografias aéreas com área de
recobrimento. O fato é que um mesmo objeto em fotografias diferentes não possui o mesmo centro de
perspectiva. E quando cada uma destas fotografias é vista por um olho diferente do observador, faz com que o
cérebro humano interprete as diferenças de perspectiva das fotos como profundidade do objeto. Esta diferença
de perspectiva do objeto registrado denomina-se paralaxe. Assim, os objetos situados a uma mesma distância
do observador possuem a mesma paralaxe, porém, para objetos com distâncias diferentes do observador a
paralaxe, possivelmente será diferente.
Observa-se que a paralaxe é maior para objetos mais próximos do observador (Figura 54).
Figura 54: Representação dos ângulos de paralaxe.
A inclinação, ou paralaxe, pode ser medida por um instrumento chamado barra de paralaxe, contida em
alguns estereoscópios. Um exercício para a observação deste deslocamento pode ser realizado da seguinte
forma:
•
Estica-se um braço à frente, com o polegar levantado;
•
Observa-se o dedo primeiramente com um dos olhos;
•
Feixe este olho e abra o outro;
•
Faça isso alternadamente;
•
Seu dedo parece deslocar-se da direita para a esquerda.
•
Este é o efeito da paralaxe.
Para reproduzir o efeito da visão estereoscópica, torna-se necessário fazer projetar na retina de cada
um dos olhos do observador a imagem que lhe corresponderia se observasse o próprio objeto, ou seja, o
28
método consiste em separar imagens na retina de cada olho do observador através de duas fotos do mesmo
objeto tiradas em pontos diferentes, utilizando um estereoscópio binocular. Observa-se que a visão
estereoscópica é responsável por medir altitudes com elevado grau de exatidão para fins de mapeamento.
Dentre os métodos de estereoscopia podemos destacar dois:
9.1.1 – MÉTODO DO ESTEREOSCÓPIO DE LENTES
Este método consiste na utilização de um par de lentes convergentes de distância focal igual ao
comprimento de seu suporte. Este conjunto de lentes provoca a visão dos dois olhos do observador em
paralelismo tendendo ao infinito. Isto possibilita a visualização de um mesmo ponto fotografado em duas
fotografias diferentes, porém, sobre ângulos diferentes, fazendo com que o cérebro humano interprete a
diferença angular como um efeito de profundidade (Figura 55).
Figura 55: Exemplo de estereoscópio portátil de lentes.
29
9.1.2 – MÉTODO DO ESTEREOSCÓPIO DE ESPELHO
Este instrumento segue o mesmo princípio do estereoscópio de lentes. A diferença é que possui um
par de espelhos e um par de prismas, que permite um maior afastamento entre o par de fotografias facilitando
o observador (Figura 56).
Figura 56: Exemplo de estereoscópio de espelhos.
Existem mais alguns métodos de estereoscopia como:
•
Método do Anaglifo por impressão e por projeção;
•
Método da Luz Polarizada;
•
Método do Cintilamento;
•
Método das Cores;
•
Holografia.
Porém não serão usuais para nós geógrafos nesta etapa. Nos dias atuais, já existem novos recursos,
porém, não substituem os anteriormente citados. Dentre os novos sistemas de visualização, podemos destacar
os polarizadores passivos e ativos (Figuras 57 e 58).
Figura 57: Estereoscopia através do Sistema de Polarização Passiva.
30
Figura 58: Estereoscopia através do Sistema de Polarização Ativa
Veja também alguns exemplos de Acessórios de Controle para ajudar no processo de restituição do
modelo estereoscópico (Figura 59) e a tela de controle de um programa típico de restituição (Figura 60).
Figura 59: exemplos de Acessórios de Controle
Figura 60: Tela de operação
Outro aspecto importante a ser observado no processo de estereoscopia é a questão do “Exagero de
Estereoscopia”. Trata-se de uma mudança na escala vertical do modelo tridimensional observado em relação a
escala horizontal. Isto se dá a partir do ângulo vertical entre as tangentes do relevo e até mesmo através de
uma possível distorção ocorrida durante o processo de tomada das fotografias. O ângulo vertical pode ser
medido por um instrumento denominado estereocomparador de declives, muito utilizado, por exemplo, pelos
pedólogos para medir a declividade das rampas. Segundo pesquisas, quanto menor a distância focal das
máquinas, maior será o exagero de estereoscopia. Um exemplo é que em uma mesma área recoberta, uma
câmera com 88,5mm de distância focal produzirá um exagero 2,8 vezes.
10 – O PROCESSO DE FOTOINTERPRETAÇÃO
10.1 - FASES DA FOTOINTERPRETAÇÃO
O Processo de fotointerpretação é integrado aos objetivos do trabalho e depende de diversos fatores
como:
•
o fotointérprete;
31
•
o propósito, objetivo ou finalidade da fotointerpretação;
•
as fotografias disponíveis;
•
o instrumental utilizado;
•
a escala e prescrições do mapa;
•
A correlação terrestre ou outros levantamentos existentes (bibliografia, mapas ou sensores
remotos).
Ou seja, qualquer processo interpretativo pode ser desenvolvido através de fases comuns, que são
adaptadas a cada tipo de trabalho.
10.1.1 - TRABALHOS PRELIMINARES:
Realizar a caracterização da área do conhecimento que se destina o trabalho, como Geologia,
Geomorfologia, Uso e Ocupação, Planejamento, etc. e delineação bem clara dos objetivos.
10.1.2 - COLETA DE MATERIAL:
Definição da área de trabalho, coleta das fotografias de cobertura da região e de outras informações de
apoio como mapas, imagens, fotos, bibliografia, seguida da definição do equipamento de trabalho e avaliação
dos dados coletados.
10.1.3 - PROCESSO DE INTERPRETAÇÃO PROPRIAMENTE:
O processo de interpretação envolve 6 etapas distintas.
•
detecção;
•
reconhecimento e identificação;
•
delimitação;
•
análise;
•
classificação;
•
conclusão.
10.1.3.1 - DETECÇÃO:
Está diretamente relacionada com a visibilidade dos objetos na fotografia, além do tipo de objeto,
objetivos da interpretação, escala da foto, qualidade da fotografia (resolução, nitidez, contraste, etc) e do
conhecimento do assunto por parte do fotointérprete.
Em seguida realiza-se o exame geral da região, onde é feita a seleção dos objetos ou elementos de
acordo com a prioridade ou importância estabelecida para o trabalho de fotointerpretação, seguida pelo
reconhecimento e a identificação, sendo que estes três elementos devem inclusive ser avaliados em conjunto.
A separação da detecção é relevante, por estar intimamente ligada à qualidade da imagem observada.
Vejamos um exemplo através da figura 61.
32
Figura 61: Detecção de entidades diferenciadas na fotografia.
10.1.3.2 - RECONHECIMENTO E IDENTIFICAÇÃO
São considerados em conjunto, por não terem fronteiras definidas. Após a avaliação dos fatores que
permitem reconhecer e concluir o reconhecimento faz-se a identificação. É um processo similar à leitura de
uma frase: resumem-se os elementos necessários para o sentido e a compreensão do seu significado.
Observa-se que a leitura de fotos não se constitui no processo de identificação. É definida como sendo o
reconhecimento de um objeto ou elemento diretamente visível por meio de conhecimento específico do local,
ou com auxílio ou não de meios complementares, como a estereoscopia ou visita de campo.
Estabelece-se com o reconhecimento e a identificação a resposta à pergunta: “O que é” o objeto ou
elemento (Figura 62).
Figura 62: Exemplo de Reconhecimento e Identificação de elementos na fotografia aérea.
10.1.3.3 - DELIMITAÇÃO
Nesta fase, agrega-se os elementos e objetos em conjuntos, que poderão fornecer dados concretos
para a análise. Todos os indícios são importantes para que sejam classificados segundo graus de
confiabilidade. É importante não classificar os grupos detectados ainda e após estabelecida a individualidade
do grupo, deixa-se a identidade para a classificação (Figura 63).
33
Figura 63: Exemplo de delimitação de grupos homogêneos detectados na fotografia.
10.1.3.4 - ANÁLISE
É um processo dedutivo. Fundamenta-se na convergência de fatores, derivada pela observação dos
elementos diretamente e os indícios verificados no estágio anterior. Nesta etapa em que se diferencia ou
separa grupos de objetos, como também grupa-os. Todo processo dedutivo, fundamenta-se mais nas
evidências do que na observação direta, ou seja, é a fase em que se permite a conclusão da classificação. É
importante se atentar que o processo dedutivo (análise) somente termina após estudo de todos os indícios e
evidências (Figura 64).
Figura 64: Representação da separação de conjuntos de áreas homegêneas.
10.1.3.5 - CLASSIFICAÇÃO
Esta fase subdivide-se em 3 fases:
•
descrição da área;
•
organização da área numa estrutura adequada às investigações de campo;
•
codificação em convenções para a expressão das informações.
Neste momento se estabelece a identidade dos elementos contidos na área e delineados pela
delimitação e pela análise como a natureza dos objetos, como casas, rios, estradas, classes geomorfológicas,
tipos de vegetação, óbvio que no caso de serem visíveis. No caso de elementos não muito visíveis, como
solos, aspectos humanos, etc., efetua-se em termos dos elementos e sistemas visíveis.
Uma classificação segura só pode ser executada com o auxílio de trabalhos de campo (verdade
terrestre), sendo que a correta interpretação em escritório pode diminuir as idas a campo, mas não evitá-la.
34
Quando utilizadas, as codificações em convenções devem seguir as normas cartográficas que existam
(topografia, geologia, pedologia, etc). No caso de estudos que não possuam convenções associadas, deve-se
agrupar os elementos e desenvolver uma tabela de convenções para serem aplicadas de forma sistemática e
padronizada. Deve ser evitada uma convenção para cada trabalho relativo à mesma área de conhecimento,
procurando adotar convenções já existentes (Figura 65).
Figura 65: Representação do processo de classificação dos conjuntos de áreas homogêneas.
10.1.3.6 - CONCLUSÃO
É o coroamento do trabalho, ou seja, é o relatório final seguido do mapeamento da região (Figura 66).
Figura 66: Exemplo de mapeamento resultado de processo de fotointerpretação.
10.2 - ELEMENTOS DE RECONHECIMENTO
A tarefa do fotointérprete é interpretar as características de elementos e objetos, e determinar o seu
significado, grau de relevância e inter-relacionamentos em imagens. Para isso, são necessárias técnicas para
permitir uma identificação mais precisa,
Observa-se que a vista vertical ou quase vertical de um objeto pode ser bastante confusa, porém, com
o auxílio dessas técnicas o reconhecimento pode ser bastante facilitado. São os seguintes os elementos de
reconhecimento ou fatores guias da fotointerpretação:
•
tonalidade;
•
textura;
•
tamanho;
•
forma;
35
•
sombra;
•
padrão;
•
densidade;
•
declividade;
•
associação;
•
adjacência;
•
localização.
10.2.1 - TONALIDADE
É relacionada com as características reflectivas do objeto dentro do espectro registrado pela fotografia.
A região do comprimento de onda do espectro registrado é função do filme e do filtro. A capacidade de
reflectância em um comprimento de onda, depende da composição de sua superfície, estado físico, intensidade
e do ângulo de incidência da luz.
Variações de tonalidade de cinza nas fotos PB e de intensidade nas fotos coloridas fornecem
importantes indícios para a identificação de objetos. Observe as diferentes tonalidades, referente às áreas dos
números sobrepostos, nas figuras 67 e 68.
Figura 67: Diferenciações nos tons de cinza da fotografia aérea.
Figura 68: Diferenciações nos tons de cores da fotografia aérea.
10.2.2 - TEXTURA
É a impressão visual da rugosidade, aspereza ou suavidade, causada pela variação ou uniformidade
dos tons de cinza ou da cor. É produzida por um conjunto de características muito pequenas para serem
detectadas individualmente: tais como folhas de árvores; pequenas rochas, gramíneas. Texturas suaves são
associadas a campos cultivados (plantas de mesma altura), áreas desmatadas e corpos de água parada.
Textura áspera são associadas à florestas, áreas pedregosas. Veja o exemplo de diferentes texturas na figura
69.
36
Figura 69: Alguns tipos de texturas em fotografia aérea.
Observa-se que dependendo da escala e em conseqüência da altura de vôo. O que em uma escala
pode parecer suave, em outra pode parecer áspera, rugosa ou grosseira. Observe na figura 70.
Figura 70: Tipos de texturas em fotografia aérea.
Podem–se classificar as texturas em: grosseira, áspera, rugosa, média, fina e superfina, dependente
da sensibilidade do intérprete.
10.2.3 - TAMANHO
Em 2D o tamanho de um objeto é definido pelas dimensões de sua superfície. A comparação através
de tamanho relativo pode fornecer um importante auxílio na identificação de feições. O tamanho do objeto real
é função do tamanho de sua imagem na fotografia, dependendo exclusivamente da escala da fotografia.
Comparações relativas podem ser realizadas sobre fotos de escala desconhecida, porém comparações
absolutas só podem em fotos de escalas conhecidas (comprimentos, largura, circunferência).
10.2.4 - FORMA
Descreve a aparência externa ou a configuração de um objeto, pois a vista apresentada, é uma vista
superior. Formas características de aspectos humanos e culturais são geometricamente regulares, em
contraposição às formas naturais, irregulares e dispersas (Figura 71). A forma é um dos elementos de mais
fácil percepção, porém deve ser associada a outros fatores para sanar possíveis dúvidas.
37
Figura 71: Exemplos de formas naturais e características de ação humana.
10.2.5 - SOMBRA
É um elemento bastante importante para a fotointerpretação, por fornecer uma impressão sobre a
altura do objeto, e por contribuir para a sua identificação. São exemplos destes elementos as caixas d’água,
chaminés, diversas espécies de árvores, torres de transmissão, tanques de armazenamento de combustível,
etc.
As sombras podem ser relacionadas à hora da tomada da foto, latitude do lugar e a luminosidade solar.
Observa-se que as sombras de nuvens são indesejáveis, pois modificam as características tonais dos objetos
(Figura 72).
Figura 72: Sombreamento na fotografia provocado por nuvens.
10.2.6 - PADRÃO
Caracterizado pela união ou extensão das formas visuais. A repetição de uma certa forma é uma
característica de muitas feições humanas e algumas naturais. Plantações de laranjas, loteamentos, cidades,
estruturas geológicas, sistema de drenagem podem apresentar padrões retilíneos ou organizados Veja os
exemplos das figuras 73.
38
Figura 73: Exemplo de padrão de arruamentos urbanos.
Padrões de drenagem são importantes para identificações geológicas, pois dão informações sobre as
estruturas subterrâneas e litologia (Figura 74 e 75).
Figura 74: Exemplo de padrão de drenagem com tendência retangular.
Figura 75: Exemplo de padrão de drenagem meândrico.
10.2.7 - DENSIDADE
Caracterizada pela freqüência de ocorrência e dependente da escala da foto. Para que a densidade
seja mais próxima do real, é conveniente expressá-la em unidades do terreno.
39
10.2.8 - DECLIVIDADE
Varia em intensidade. O ângulo de declive determina o tipo de vertente, mergulhos de camadas,
superfícies e linhas inclinadas. Sua interpretação vai depender muito da visão estereoscópica do intérprete.
10.2.9 - ASSOCIAÇÃO
Subordinação genética e hierárquica à outros elementos de tal forma que o reconhecimento de um
confirma ou indica o outro. Um exemplo disso seria que a existência de mata galeria indica a possível
existência de um curso d’água, mesmo que este não seja visível (Figura 76).
Figura 76: Exemplo de associação através da presença de matas galerias.
10.2.10 - ADJACÊNCIA OU SÍTIO
É a localização de um objeto em relação ao ambiente que o cerca. Podemos citar vários exemplos,
como: as plantações de flores são normalmente com plástico ou com estufas. Outro caso típico é que os
plásticos também podem evidenciar áreas ou cicatrizes de movimentos de massa ou de erosão. Outro exemplo
ainda seria que uma grande massa de água pode evidenciar uma barragem, usina hidrelétrica ou uma estação
de tratamento.
10.2.11 - POSIÇÃO OU LOCALIZAÇÃO
O local de tomada das fotos tem que ser seguido de um breve entendimento ou familiarização com a
área geográfica. Isso poderá ajudar, por exemplo, na dedução ou eliminação de diversos fatores que poderão
ser importantes para o processo. O clima, com a decorrente caracterização de úmido, semi-úmido, seco, etc,
que tem influência direta sobre aspectos erosivos e metamórficos da superfície. Sabendo-se que a região é
tropical, um animal grande e preto, estará mais para um búfalo ou zebu do que para um urso.
11 – ORTOFOTOCARTAS
11.1 – MODELO MATEMÁTICO
Como sabemos, o processo fotográfico cria algumas deformações nas fotografias ou imagens. Um
modelo serve para corrigir distorções e diminuir erros que ocorram durante o processo de tomada das
fotografias. No processo aerofotogramétrico, estas distorções podem ser melhor reconhecidas e com a adoção
de modelos de correção tornam-se mais adequadas ainda.
Um Sistema Referencial também é um modelo matemático. Para definir a posição de um objeto tornase necessário a adoção de um referencial adequado. O que seria e para que serviria um sistema referencial?
Este referencial vai alterar as distâncias e medidas possivelmente distorcidas nas entidades representadas na
fotografia. E essas alterações vão depender diretamente da porção da fotografia. Notem que centro deforma
menos que as extremidades das fotos.
40
Em Fotogrametria é interessante definir dois tipos de referenciais o Geodésico e o Fotogramétrico.
11.1.1 - REFERENCIAIS GEODÉSICOS
O elipsóide de referência é um exemplo de referencial geodésico (Figura 77).
Figura 77: Sistemas referencial baseado na forma da Terra.
11.1.2 - REFERENCIAIS FOTOGRAMÉTRICOS
As marcas impressas na fotografia são um exemplo de Sistema Referencial Fiducial (Figura 78).
Figura 78: Sistema Referencial baseado nas marcar fiduciais da fotografia.
A idéia é estabelecer uma relação entre as coordenadas da foto e as coordenadas do sistema
geodésico. Isso tudo para que se possa ajustar a imagem à realidade, para que a partir daí, toda e qualquer
representação corresponda à realidade (Figura 79).
Figura 79: Exemplo ilustrado da relação entre os sistemas de referência da fotografia com o terrestre.
41
12.2 – FOTOTRIANGULAÇÃO
Fototriangulação é uma técnica fotogramétrica para a determinação de coordenadas de pontos num
referencial específico. Veja alguns conceitos sinônimos:
•
Aerotriangulação;
•
Triangulação Aérea;
•
Triangulação Espacial.
Os objetivos da Fototriangulação são basicamente, fornecer coordenadas precisas para os pontos
necessários para a orientação absoluta de modelos fotogramétricos para o sobrevôo, para a restituição ou para
a elaboração de ortofotos (Figura 80).
Figura 80: exemplo da relação pontos cotados, fotografias e terreno no processo de fototriangulação.
12.2.1 - PLANEJAMENTO
A fototriangulação é uma das tarefas mais importantes num processo de mapeamento. São operações
que exigem controle estatístico através de pessoas altamente qualificadas para que não haja a configuração de
clusters. Observa-se também que o planejamento da fototriangulação deve ser feito junto com o planejamento
da cobertura fotográfica, de preferência, antes do sobrevôo para que auxilie o sobrevôo e a restituição ao
mesmo tempo.
12.2.2 - SISTEMA DE COORDENADAS:
A fototriangulação deve ser realizada em referencial geodésico e não num sistema de projeção
cartográfico. Isso porque as coordenadas obtidas num referencial geodésico podem ser posteriormente
transformadas para o sistema de projeção cartográfica requerido sem perda de qualidade geométrica e porque
tais transformações imprimem deformações geométricas ou matemáticas nas entidades representadas.
12.2.3 - PONTOS DE CONTROLE:
Através dos pontos de controle materializa-se o referencial geodésico com que se deseja trabalhar. É
ideal que se estabeleça pontos de controle nas extremidades das faixas com as coordenadas X,Y e Z, nas
áreas comuns entre áreas contíguas, ao longo das partes externas das faixas extremas ou então aumentar o
recobrimento entre faixas para 60%, incluindo também algumas faixas transversais. Porém, isso poderá tornar
o vôo mais caro do que a execução de uma boa fototriangulação.
Os Pontos de Controle são levantamentos em feições fotoidentificáveis (Figura 81), tais como cantos
de edificações, de cercas, de muros, de jardins, de cruzamentos, pontes, etc. ou em sinais coloridos no terreno
como carros, latões, pinturas em áreas desmatadas ou asfaltadas. Podem ser estabelecidos também da
seguinte forma:
•
Em posições randômicas;
•
Em feições características do terreno, tais como o fundo de vales em V, linhas de mudança de
declive, pontos culminantes de elevação, pontos mais baixos de depressões, ou;
•
Em uma rede regular de pontos.
42
Figura 81: Exemplo de ponto de controle em local facilmente identificável como no centro de uma quadra de tênis.
Porém, nos dias de hoje, em virtude do posicionamento geodésico realizado por satélite (GPS) ser
muito mais econômico e preciso, grande parte desses problemas e dificuldades são facilmente sanados.
12.2.4 - VÔO APOIADO:
É feito através de sistemas de GPS. Através de um GPS posicionado no avião com mais de um par de
antenas e um outro receptor posicionado em um ponto de referência na Terra (Figura 82).
Figura 82: Exemplo de esquema de equipamentos aéreos para a realização de um vôo apoiado por GPS.
A conjugação dos dados de posicionamento e altitude desses dois aparelhos dão a atitude e
posicionamento do avião, o que aumenta a precisão do levantamento aerofotogramétrico. Observa-se que o
vôo apoiado sofre as mesmas restrições do vôo aerofotogramétrico comum, porém, há uma maior quantidade e
facilidade de controlo. O vôo apoiado é ideal para lugares de acesso difícil ou perigoso, ou em regiões com
poucos pontos fotoidentificáveis. Observa-se que mesmo com o avanço tecnológico, não se pode eliminar os
pontos de controle, mas apenas minimizar a quantidade.
12.3 – RESTITUIÇÃO
•
Significa a reconstrução do terreno fotografado a partir de suas fotografias. O resultado é o
modelo ótico tridimensional, também denominado de estereomodelo ou modelo
estereoscópico do terreno fotografado (Figura 83).
43
Figura 83: Esquema representativo do processo de restituição, desde o modelo ao gráfico.
Através do modelo estereoscópico do terreno fotografado pode-se executar medições e através do
restituidor fotogramétrico torna-se possível a construção ou reprodução de um modelo óptico tridimensional, a
partir de imagens, e de medir coordenadas de pontos neste mesmo modelo. O resultado final da restituição de
um determinado levantamento aerofotogramétrico é uma carta ou mapa do terreno fotografado com
informações planimétricas e altimétricas como:
•
Curvas de nível: forma geométrica dos pontos de mesma altitude;
•
Pontos Cotados: pontos do terreno situados em locais notáveis de altitude indicada como topos
ou depressões.
Então, resumidamente, para a confecção de um mapa a partir de aerofotos são necessárias cumprir as
seguintes etapas:
•
Restituição do modelo;
•
Compilação das feições extraídas do modelo estereoscópico;
•
Edição.
Observa-se que a Edição após a Restituição gera informações que serão utilizadas posteriormente no
processo de criação das cartas ou mapas, que simplificadamente podemos dividir em duas etapas:
•
Reambulação ou deambulação: coleta de informações como as nomenclaturas diversas,
classificações de estradas, etc.
•
Adição de informações por pesquisa bibliográfica.
12.4 – RESTITUIDORES
Para a restituição do par estereoscópico de fotografias é necessário um aparelho denominado
restituidor fotogramétrico. Este aparelho transforma um par de fotografias, que são imagens perspectivas do
terreno em uma projeção ortogonal do que for compilado, ou seja, um modelo estereoscópico do terreno
fotografado. Isto permite medir coordenadas do ponto no estereomodelo, compilar feições da imagem,
representar o relevo do terreno através de curvas de nível e de pontos cotados. Vejamos alguns exemplos de
tipos de restituidores através das figuras 84, 85, 86, 87, 88, 89 e 90.
Figura 84: Restituidor através do Método Analógico.
44
Figura 85: Restituidor através do Método Analógico.
Figura 86: Restituidor através do Método Analítico e Analítico Acoplando ao Computador.
Figura 87; Exemplo de produto gerado através do Método Analítico Acoplando ao Computador.
Figura 88: Restituidor através do Método Digital
45
Figura 89: Restituidor com Sistema de Polarização Ativa.
Figura 90; Exemplo de produto gerado através do Método Digital.
12.5 - SÍNTESE DO PROCESSO DE PRODUÇÃO AEROFOTOGRAMÉTRICO.
12.5 – ORTOFOTOS DIGITAIS
Uma Ortofoto Digital é uma imagem digital da fotografia, corrigida geometricamente através do
georreferenciamento e com a adoção de uma projeção cartográfica. Vejamos um exemplo (Figura 91).
46
Figura 91: Exemplo comparativo de uma imagem e de seu modelo ortorretificado.
Uma Ortofotocarta é a composição de um mosaico de duas ou mais ortofotos digitais ou não, com as
devidas convenções cartográficas, como legendas, títulos, coordenadas, etc (Figura 92).
Figura 92: Exemplo de ortofotocarta.
12.5.1 -MOSAICO OU MOSAICAGEM
É a junção de duas ou mais ortofotos. De maneira simplista, são dois os problemas que podem ocorrer
durante o processo de mosaicagem:
O primeiro problema diz respeito à não haver coincidência geométrica das feições imageadas (Figura
93).
Figura 93: Exemplo de falta de coincidência geométrica entre as fotos.
47
Soluções possíveis:
•
Caso haja má correção geométrica ou georreferenciamento o indicado é refazer a correção
geométrica e ou o georreferenciamento ou cortar mais as bordas distorcidas;
•
Quando o MDT não representa bem o terreno o ideal seria aplicar um modelo de correção
geométrica, ou refazer a restituição dos dados.
•
O segundo problema diz respeito à não haver continuidade radiométrica nas cores entre as
imagens. Vejamos um exemplo (Figura 94).
Figura 94: Exemplo de descontinuidade radiométrica nas fotografias digitais.
Soluções possíveis:
•
Aplicar um modelo corretivo ou padronizador radiométrico para equilibrar os tons das cores
antes de fazer a mosaicagem.
•
Aplicar um modelo alisador de linhas após a junção das ortofotos.
Observa-se que alguns softwares executam estas duas funções automaticamente ao executar a
mosaicagem.
12.6 – EDIÇÃO
É a faze final do processo. Tem por objetivo nas ortofotocartas:
•
Fazer o controle de qualidade;
•
Inserir as informações complementares, principalmente as levantadas durante o processo de
restituição como, curvas de nível, nomenclatura, gride de coordenadas e projeção cartográfica,
convenções, etc;
•
Sobrepor traçados de projetos de engenharia;
•
Preparar dados para gravação e arquivamento;
•
Preparar dados para impressão; Etc.
FONTES E REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, J. B. D. Fotogrametria. Curitiba: SBEE, 1998. 258 p.
FITZ, P. R. Cartografia Básica. 2ªed. Canoas: Centro Universitário La Salle, 2005. 219 p.
FLORENZANO, T. G. Imagens de Satélite para Estudos Ambientais. São Paulo: Oficina de Textos, 2002. 97 p.
JOLY, F. La Cartographie. Paris: PUF, 1976. 276 p.
ROCHA, C. H. B. Geoprocessamento: tecnologia transdisciplinar. Juiz de Fora: s.n., 2000.
WOLF, P. R. Elements of Photogrametry with Air Photo Interpretation and Romote Sensing. 2ªed. Singapore:
McGraw-Hill Book Company, 1983.
www.esri.com
www.ig.com.br
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Apostila Foto

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