Como se fazem ortofotos e modelos 3D com fotogrametria? Sobreposição, GSD e pontos de controle
Uma foto não é uma medida; muitas fotos que veem o mesmo ponto podem se tornar uma.
Pontos-chave em campo
- A fotogrametria calcula posições a partir de fotos que veem o mesmo ponto de ângulos diferentes; por isso a sobreposição é indispensável.
- O GSD é o tamanho de um pixel no terreno; não é a precisão, apenas uma pista sobre o seu limite inferior.
- Os pontos de controle ligam o modelo às coordenadas; os pontos de verificação dizem o quanto ele se sustenta.
- A ortofoto é corrigida com um modelo do terreno, e a ortofoto verdadeira com um modelo de superfície; os edifícios mostram a diferença.
- Água, neve, campos planos e o solo sob as folhas são difíceis de casar; o planejamento acontece antes do voo.
Da foto às coordenadas: como funciona
O software de fotogrametria primeiro encontra o mesmo detalhe (uma pedra, o canto de uma linha) em várias fotos e faz a correspondência. Quando pelo menos duas fotos, e de preferência mais, veem o mesmo ponto, as posições e as direções de visada da câmera podem ser calculadas junto com a posição tridimensional do ponto. Essa etapa se chama ajustamento por feixes; a distância focal e a distorção da lente costumam ser estimadas no mesmo cálculo. Em seguida, a correspondência densa produz uma nuvem de milhões de pontos e, a partir dela, um modelo de superfície, uma ortofoto e um modelo 3D texturizado. Cada elo da cadeia depende do anterior: se a correspondência for fraca, nenhum dos produtos seguintes será bom.
Distância de amostragem no terreno: quantos centímetros tem um pixel?
A distância de amostragem no terreno (GSD; YÖA em turco) é o tamanho de um pixel no terreno. Para uma foto vertical, ela é calculada aproximadamente assim: GSD = largura do sensor × altura de voo ÷ (distância focal × largura da imagem). Por exemplo, com um sensor de 13,2 mm de largura, distância focal de 8,8 mm e uma imagem de 5472 pixels de largura, uma foto tirada a 100 m tem GSD de cerca de 2,7 cm; a 50 m, cai pela metade. Na Türkiye, o Regulamento de Produção de Mapas em Grande Escala e de Informações Cartográficas fixa um limite superior para o GSD das fotos aéreas: 10 cm para mapas e ortofotos na escala 1:1000 e 5 cm na 1:500. Um GSD menor mostra mais detalhes, mas sozinho não é precisão.
Sobreposição: quantas fotos devem ver cada ponto?
A sobreposição longitudinal é a área comum a duas fotos consecutivas na mesma faixa de voo; a sobreposição lateral é a área comum a duas faixas vizinhas. O mesmo regulamento pede que a fotografia aérea com câmeras métricas seja planejada com pelo menos 70% de sobreposição longitudinal e 30% lateral, e exige 80% longitudinal e 60% lateral para ortofotos verdadeiras. Em levantamentos com drone, as câmeras são menores e os voos mais baixos, por isso a maioria dos projetos é planejada com percentuais mais altos; aumentar a sobreposição sobre áreas arborizadas e superfícies planas e uniformes é o que salva a correspondência. Voar um pouco além da área no fim de cada faixa garante que as bordas também sejam vistas por fotos suficientes.
Pontos de controle e pontos de verificação
Os pontos de controle (GCPs) são alvos cujas coordenadas são medidas em campo com GNSS ou estação total e que podem ser identificados nas fotos; eles ligam o modelo ao sistema de coordenadas correto. São distribuídos pelos cantos e bordas do bloco e pelo seu interior; pontos alinhados ao longo de uma única linha deixam o modelo livre para girar em torno desse eixo. Os pontos de verificação não participam do ajustamento e servem apenas para testar o resultado. O regulamento exige que o erro médio quadrático nos pontos de verificação após o ajustamento do bloco fique dentro de 0,75 × GSD na horizontal e 1 × GSD na vertical. Com GSD de 5 cm, isso significa no máximo cerca de 3,75 cm na horizontal, mas só quando o critério é de fato atendido. Mesmo com RTK ou PPK na aeronave, pontos de verificação independentes continuam necessários.
Ortofoto, ortofoto verdadeira e modelo 3D
Uma ortofoto remove o deslocamento causado pelo relevo, pela distorção da lente e pela inclinação da câmera, para que a foto possa ser medida como um mapa. Como faz isso com um modelo do terreno (o solo nu), edifícios altos e pontes parecem inclinados e as bordas dos telhados se deslocam de sua posição real no solo. A ortofoto verdadeira usa um modelo de superfície e mostra os objetos em sua posição planimétrica real, e por isso precisa de mais sobreposição. Um modelo 3D texturizado é o modelo de superfície com as fotos aplicadas por cima: ideal para inspecionar visualmente fachadas, taludes e pilhas de material, mas para medir continua dependendo dos pontos de controle.
Antes do voo: luz, superfícies e registros
O que mais estraga a correspondência são as próprias fotos. O regulamento pede que, na fotografia aérea, o sol esteja a mais de 30 graus acima do horizonte; sombras longas e reflexos causam problemas. Em superfícies sem textura, como água, neve, campos planos recém-arados e telhados uniformes, o software não encontra nada para casar. Cuide da velocidade do obturador para evitar borrões de movimento. Na Türkiye, os voos de drone estão sujeitos às regras de registro e autorização da Direção-Geral de Aviação Civil (SHGM). Guarde juntos as fotos, a lista de pontos de controle e o sistema de coordenadas e o tipo de altura (elipsoidal ou ortométrica) em que os pontos foram medidos; se os tipos de altura se misturarem, o modelo pode se deslocar dezenas de metros para cima ou para baixo.
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Perguntas frequentes
GSD é o mesmo que precisão?
Não. O GSD é o tamanho de um pixel no terreno. A precisão depende dos pontos de controle, da sobreposição, da calibração da câmera e do processamento, e é medida com pontos de verificação.
Quantos pontos de controle são necessários?
Não há um número único; depende do tamanho e da forma da área e do método de voo. Os cantos, as bordas e o interior devem ser cobertos, e é preciso reservar pontos de verificação que fiquem fora do ajustamento. Em obras públicas, vale a especificação técnica do contratante.
Se o drone tem RTK, ainda são necessários pontos de controle?
Podem ser necessários menos pontos de controle, mas pontos de verificação independentes continuam sendo exigidos para testar o resultado.
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Referências técnicas
As recomendações de campo deste artigo se apoiam nos padrões técnicos e fontes oficiais listados abaixo.
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