Equipe Esteio

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Ortofotocarta Infravermelha Colorida

Desde a década de 70, usa-se a ortoprojeção para geração de mapas no Brasil. Nos anos 90, os processos digitais tiveram início e várias empresas, como Petrobrás, Incra, Cemig, DER/PR, Copel, Eletronorte, Eletrosul, Itaipu, Codevasf passaram a usar este tipo de mapeamento.

Uma ortofotocarta é uma imagem fotográfica corrigida de deformações existentes na fotografia aérea. Estas deformações, inerentes à fotografia aérea, são principalmente causadas pela projeção cônica da foto (que faz com que a imagem apareça como se estivesse arrastada do centro para a periferia da foto) e pela deformação da imagem devido à variação do relevo. Para obtermos uma ortofotocarta digital é preciso transformar a projeção cônica da imagem (fotografia aérea rasterizada) em uma projeção ortogonal a um plano, além de efetuar as correções de imagem devido às deformações inerentes ao relevo. Para isto precisamos ter uma imagem digital, pontos de controle para a orientação e modelo digital do terreno.

Ortofotos são equivalentes geometricamente a um mapa de traço. Nelas podemos executar medidas de posição, distâncias, ângulos horizontais e áreas com a mesma precisão de um mapa. Podem ser usadas para trabalhos diversos, como implantação de projetos rodoviários, de eletrificação rural, telefonia, implantação de dutos para condução de combustíveis, viabilização de projetos de regularização fundiária, envolvendo tanto desapropriação como determinação de áreas para reassentamento, projetos de controle ambiental e desenvolvimento florestal entre muitas outras aplicações.
Uma das vantagens de uso da ortofoto é a economia na produção. A execução despende menos tempo que um mapa convencional, pois é menos trabalhosa que a restituição convencional para cartas de traço.

Precauções no Vôo

O mapeamento por ortofotocartas exige alguns cuidados em sua execução. A cobertura aerofotogramétrica, por exemplo, deve ser feita perto do meio-dia (entre 11 e 13 horas) para diminuir o efeito das sombras. Nos casos de mapeamento de áreas urbanas, principalmente as mais densas, com edifícios de grande porte, é recomendável o uso de câmaras aéreas de distância focal de 300 mm ou maior, reduzindo desta forma, o problema de inclinação dos edifícios e o encobrimento de detalhes.

Embora a ortoprojeção digital tenha recursos de tratamento de diferentes tonalidades entre fotos, deve-se evitar ao máximo emendas de duas fotos, pois o tratamento de imagens (correção radiométrica) seria maior. Eixos de faixas de vôo, coincidentes com a linha passante pelo centro das folhas, devem ser planejados de acordo com a articulação usada, evitando emenda de fotos de faixas distintas. No caso de redes viárias, é aconselhável planejar o eixo do vôo coincidente ou o mais próximo do eixo da via.

Outro fator importante é a relação entre a escala do vôo e a da ortofotocarta. É recomendada a ampliação de 3 a 4 vezes a escala de vôo para preservar a boa resolução da imagem. Para ortofotocartas 1:2.000, por exemplo, recomenda-se efetuar cobertura aerofotogramétrica na escala 1:8.000.

Emendas longitudinais no sentido das faixas do vôo poderão ser evitadas com superposição adequada, normalmente em torno de 80%. Dependendo do formato da folha, isto permite que a ortofotocarta seja recoberta pela imagem de uma única foto. Em determinadas escalas, a superposição de 60% é suficiente.

Caso as fotos já estejam disponíveis, ainda é possível fazer o mapeamento por ortofotocartas digitais, desde que o levantamento aerofotogramétrico atenda geométrica e radiometricamente quesitos básicos para mapeamento. O alto nível tecnológico das atuais câmaras aéreas e a alta resolução dos sistemas de lentes, associados às atuais emulsões fotográficas permite obter fotografias analógicas com resolução fotográfica acima de 100 pares de linhas por milímetro. Qualidade da imagem e o baixo custo do material são as principais razões pelas quais as fotografias analógicas deverão continuar a serem usadas nos próximos anos.

O uso de câmaras digitais para fotografias aéreas ainda é restrito, por causa de aspectos técnicos (principalmente tamanho dos sensores de varredura digital e armazenamento dos dados) e altos custos envolvidos, mas a evolução tecnológica deve exigir a aquisição da imagem de forma digital.

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Usina hidrelétrica de Salto Caxias, em escala 1:5.000

Apoio Terrestre

Para estabelecer a referência espacial da imagem da ortofotocarta digital, é preciso fazer a correlação da imagem com o terreno fotografado, através da aerotriangulação. Coordenadas planimétricas dos pontos de apoio são obtidas por métodos de levantamento GPS (Global Positioning System) e coordenadas altimétricas por nivelamento geométrico.

Digitalização de Imagens

O alto custo impede hoje que as imagens aéreas usadas para ortofotos digitais sejam obtidas por câmeras digitais. Por isso, as fotos ainda são obtidas por câmaras aéreas convencionais e depois processadas por scanners especiais.

A maior parte dos softwares usam imageadores de 8 bits (compatível com 256 tons de cinza). Entretanto, os filmes aéreos têm espectro mais amplo, obrigando compressão nos 256 tons de cinza, impostos pelos imageadores de 8 bits.

Este tipo de compressão pode ser feito de duas maneiras: criação de um diafilme a partir de um negativo aéreo com densidade específica, para ser representado adequadamente por 256 tons de cinza; digitalização de negativos aéreos, com densidade original, ou seja, 10 ou 12 bits, por pixel, envolvendo de 1024 a 4096 tons de cinza e a partir daí, comprimido a 256 tons de cinza.

Diversos são os algoritmos para realização desta compressão como interpolação e funções logarítmicas. Alternativamente, pode-se geminar os dois métodos para obter a imagem com 256 tons de cinza, primeiro criando um ortodiapositivo e posteriormente realizando a compressão da imagem digital.

A qualidade dos scanners deve permitir a obtenção do pixel de tamanho inferior a 25mm e taxa de varredura de 200.000 a 400.000 pixel por segundo. Na digitalização de diafilmes aéreos, é possível obter uma resolução (7,5mm) em menos de 20 minutos.

A qualidade de imagens é determinada por sua resolução geométrica e radiométrica, que não determinam apenas o tamanho da memória principal e o dispositivo de armazenagem de dados, mas também a velocidade de processamento. A escolha do tamanho do pixel para digitalização é, portanto, um compromisso entre a qualidade e a economia. Na prática, tem sido usado tamanho do pixel de 25x25mm. Para a resolução radiométrica, são adotados 256(28) tons de cinza, armazenados em um byte (8 bits). A imagem digitalizada pode ser armazenada numa fita magnética ou em um CD-ROM.

Processo de Orientação das Imagens

A orientação relativa das imagens aéreas é indicada pela constante da câmara, posição das marcas fiduciais, ponto principal e distorção radial. Usando uma transformação conveniente, a imagem digitalizada é reamostrada para nova matriz baseada no sistema de coordenadas definido pelas marcas fiduciais. Esta orientação pode ser feita no momento da digitalização dos diafilmes. A fotografia aérea digitalizada radiometricamente corrigida é agora uma imagem digital com orientação relativa conhecida.

Futuramente, a orientação absoluta poderá ser determinada por processo automático ou pelo processo convencional (como executado em aparelhos restituidores convencionais). No método convencional, os pontos perfurados nos diafilmes são encontrados e correlacionados ao arquivo final da aerotriangulação, os pontos são ajustados e os resíduos das orientações calculados.

Modelo Digital do Terreno (MDT)

O Modelo Digital do Terreno é responsável pela correção da imagem plana da foto deformada pelas variações do relevo. O MDT funciona como um molde onde são colados pixel a pixel da imagem da foto. Após esta colagem, a imagem é projetada em um plano de maneira ortogonal criando a ortofoto.
Basicamente, o MDT é um conjunto de pontos planialtimétricos que formam uma malha regularmente espaçada que cobre a área imageada. A precisão da elevação do modelo tem grande influência na precisão da ortofoto. A precisão do MDT é melhorada usando breaklines linhas definidoras de variações abruptas ou marcantes no terreno) como por exemplo rios e estradas.
Os pontos formadores do MDT podem ser obtidos por vários métodos.

Perfilamento

O modelo estereofotogramétrico é orientado em um aparelho restituidor e a partir disso, são gerados perfis do terreno. O espaçamento entre os pontos é definido em função das escalas do vôo das ortofotos e do relevo. O operador deve manter a marca estereoscópica sempre tangenciando o terreno, enquanto o mecanismo do aparelho avança ao longo do perfil desejado, coletando os pontos necessários. Se o espaçamento entre os pontos for constante, deverão ser usados breaklines ou gerados pontos intermediários a este intervalo se o desnível for superior a valores preestabelecidos.

Curvas de Nível

A partir de curvas de nível restituídas no processo usual são interpoladas coordenadas tridimensionais de pontos que vão permitir a geração de malha regular.

MDT Automático (Modelo Digital do Terreno)

Alguns sistemas de ortofoto permitem a geração automática do MDT, com correlação (interpretação automática da paralaxe) entre os pixels das imagens do modelo fotogramétrico. São calculadas as diferenças de altitudes para cada ponto da malha regular.

Retificação Diferencial

Com o vôo, apoio de campo, a imagem digital e o MDT podemos finalmente obter a ortofoto. O processo final é chamado de Retificação Diferencial.

A Retificação Diferencial é a obtenção do pixel (valor de cinza) correspondente na ortofoto para todos os pontos do MDT utilizando a imagem original do vôo. Suas posições na imagem digital são encontradas de acordo com as equações de projeção fotogramétrica sendo os parâmetros das orientações interior e exterior fundamentais nesta etapa. O valor de cinza relevante é encontrado por uma conveniente interpolação com os pixels adjacentes (chamado reamostragem) e relacionado ao pixel da ortofoto. Para reduzir o tempo de processamento esta análise rigorosa não é usada para cada pixel. Por conta disso, uma transformação linear é usada para a maioria dos pixels. A resolução da ortofoto a ser gerada é determinada em função do equipamento em que será posteriormente manipulada e do plotter a ser usado para geração do produto final convencional. Para uso convencional, em que as imagens são manipuladas em microcomputadores e impressas em plotters a jato de tinta, as ortofotos são geradas com uma resolução de 127 dpi.

Precisões

A precisão relativa na ortofoto digital é diretamente relacionada com a escala da foto. Usando um scanner de qualidade e procedimentos adequados à fotogrametria, a precisão relativa pode chegar a 50 micra (0,050 mm), na escala da foto. A precisão relativa visando uma foto 1:10.000 é de 50 cm, por exemplo.

A precisão absoluta de uma ortofoto depende dos pontos de controle usados para orientar o diafilme da imagem digitalizada e da precisão do MDT usado na retificação.

O tamanho do pixel da imagem deve ser adequado para representação dos detalhes do terreno na escala do Produto Final.

A tabela abaixo apresenta valores recomendados pelo Meet National Map Accuracy Standards

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Produtos Finais
As ortofotocartas são produtos finais de apresentação ao cliente onde, além da imagem propriamente dita, são criados arquivos vetoriais compatíveis com os formatos de sistemas gráficos mais comuns. Estes dados vetoriais são normalmente malha de coordenadas, curvas de nível, toponímias, convenções cartográficas, dados de selo e dados técnicos.

As ortofotocartas podem ser apresentados de duas formas : em meio analógico obtido por plotters especiais, de alta resolução, em material estável e em meio digital, na forma de arquivos raster e vetorial.

Antonio Jorge Furquim, Denise Rodbard Falat, Márcio Miguel Tavares, Silas Sallem Filho, Simone Montenegro Kraemer e Robson Assumpção de Oliveira são técnicos da Esteio Engenharia e Aerolevantamentos S.A.
email: info@esteio.com.br