CASO DE ESTUDO COM IMAGENS DO GOOGLE EARTH

A supervisão aérea por imagens pode ser realizada com diversas fontes de informação, pois existem vários tipos de sensores de captura e há possibilidade de posicionar o equipamento em locais fixos e elevados (como torres de observação) ou em objetos em movimento (como aeronaves e satélites). Neste caso de estudo o tipo de imagem utilizado corresponde às imagens aéreas capturadas por câmeras fixadas em satélites. A principal característica deste tipo de imagem é a porção de solo que pode ser exibida, pois o satélite está posicionado a uma distância elevada da superfície terrestre.

A fonte de imagens aéreas deste caso de estudo foi o Google Earth (GOOGLE INC., 2011). A utilização deste software como fonte de imagens georreferenciadas é suportada por (MAMAJEK, 2012), que demonstra um estudo comparativo do erro de estimativa de coordenadas geográficas. Este estudo compara medições de pontos da superfície terrestre com o Google Earth, GPS diferencial, medições realizadas pela NASA, entre outras técnicas. Nos locais observados por (MAMAJEK, 2012), as coordenadas apresentadas pelo Google Earth apresentaram erros de aproximadamente três metros, em relação aos demais métodos, e estes resultados permitem avaliar o posicionamento da Realidade Aumentada produzidos pelo método RAIA.

5.3.1 Estrutura Desenvolvida para Capturar as Imagens Aéreas

A possibilidade de movimentação das câmeras que realizam a captura das imagens de supervisão aérea gera imagens com variação de inclinação entre o plano de projeção e o solo. O Google Earth apresenta funcionalidades que proporcionam gerar imagens que atendem a esta necessidade. Este software apresenta muitos recursos para trabalhar com imagens provenientes de satélites, sendo que as funcionalidades utilizadas para a elaboração da amostra de imagens correspondem à possibilidade de alterar a altitude do observador, a capacidade de inclinar a imagem e a criação de marcadores.

A variação de altitude do observador permite exibir na tela diferentes porções de solo, pois conforme aumenta a distância do observador, maior é a área que pode ser visualizada. Esta funcionalidade é útil para que as imagens exibam um maior número de detalhes (com o observador mais próximo do solo) ou uma maior abrangência e menor quantidade de detalhes (ao afastar o observador do solo).

Na configuração padrão do software, o eixo óptico é posicionado perpendicularmente ao solo, ou seja, a área do solo exibida é sempre quadrada ou retangular. A possibilidade de inclinar a visão do observador permite alterar a área capturada, pois o deslocamento do eixo óptico em qualquer direção altera a porção de solo que é exibida e gera regiões trapezoidais. Esta condição deve ser testada no método desenvolvido porque muitas imagens de supervisão aérea são capturadas sem paralelismo entre o plano de projeção e o plano do solo, o que implica distorções perspectivas dos objetos tridimensionais que são exibidos sobre a imagem.

O Google Earth utiliza imagens aéreas georreferenciadas e exibe as coordenadas geográficas e a altitude de cada ponto da imagem que é apontado pelo cursor. Ainda, um local pode ser definido usando marcadores. Estes marcadores correspondem a pequenas formas geométricas que são posicionadas sobre as imagens segundo coordenadas de latitude, longitude e altitude, com a possibilidade de adicionar informações extras. Este recurso é importante para estabelecer a comparação entre o local onde deveria ser exibido o objeto e o local em que o método o está posicionando.

5.3.2 Estruturação da Amostra de Imagens

A amostra deste caso de estudo é composta por imagens com variação da inclinação da câmera em pan e tilt. As inclinações impostas sobre a captura iniciam com a imagem paralela ao plano de projeção e aumentam até 60°, com intervalos de 15° entre cada captura. A variação na inclinação foi aplicada individualmente sobre os ângulos de e . Assim, esta amostra é composta por nove imagens que apresentam 60° de azimute. O local utilizado para capturar as imagens é próximo à

cidade de Ponta Grossa e é equivalente ao local exibido Sequência 1 das imagens reais de supervisão aérea do terceiro caso de estudo. A Figura 53 exibe a imagem da amostra que não possui inclinação.

É inserida inclinação às imagens de forma equivalente ao caso de estudo anterior, mas o valor máximo é reduzido. Esta redução é motivada pelos resultados encontrados no caso de estudo anterior e a elevada distância que existe entre o centro das imagens (que é mantido constante) e o local em que deve ser posicionada a câmera quando são atribuídas altitudes como os 1000 metros considerados nesta amostra. Assim, pode ser percebido que, com o aumento da inclinação imposta à captura, o local capturado aparenta estar mais distante. Ainda, esta distância provoca redução na qualidade das imagens mais inclinadas, visto que

Figura 53 – Imagem utilizada no caso de estudo, sem inclinação e adquirida do Google Earth. Fonte: Adaptado de Google Earth (2011).

a resolução não é alterada. Para produzir as imagens da amostra foi especificada uma câmera com ângulos de abertura horizontal de 46° e vertical de 36°. Assim, a imagem que não apresenta inclinação exibe uma porção de solo com dimensões aproximadas de 850 por 650 metros.

A avaliação do posicionamento da Realidade Aumentada sobre as imagens ocorre com a criação de quinze informações. A disposição destes objetos virtuais pode ser observada na Figura 54. Estes locais foram escolhidos para conter informações porque há a presença de construções ou objetos incomuns à paisagem (como trens e caminhões).

Figura 54 – Localização das informações inseridas sobre as imagens aéreas. Fonte: Adaptado de Google Inc (2011).

5.3.3 Resultados do Caso de Estudo

Os resultados da aplicação do método desenvolvido para complementar as imagens aéreas capturadas de satélite podem ser verificados visualmente e matematicamente. As imagens resultantes do processamento pelo método estão apresentadas nas Figuras 55 a 63, enquanto o resultado numérico do erro de posicionamento pode ser verificado na Tabela 5. A determinação da magnitude do erro de posicionamento da Realidade Aumentada ocorreu com o recurso disponível no Google Earth que permite determinar a distância existente entre dois pontos da imagem georreferenciada do satélite. Deste modo, o erro de posicionamento é empírico e afetado por imprecisão na determinação do local exato em que um objeto está posicionado em um ambiente em perspectiva.

As imagens resultantes da aplicação do método permitem ao observador constatar que a inserção de informações contribui para a melhor compreensão do que está sendo exibido. Entretanto, a disposição destas informações sobre as imagens é imperfeita e influenciada por características do método e dos dados utilizados.

O método obedece a uma sequência de etapas para, inicialmente, determinar o georreferenciamento das imagens e, em seguida, calcular o local que determinada informação deve ser posicionada. Esta sequência impõe que primeiro seja considerado o ângulo de , seguido pelo valor de e, então, é processado o azimute. Existe influência desta característica do método, como pode ser verificado nos resultados, ao ser comparado o erro médio de posicionamento das imagens que apresentam inclinação equivalente para e . Além da ordem como são processados os ângulos, a sequência de cálculos que são executados promove a propagação de erros.

As imagens utilizadas na amostra podem inserir erros devido à impossibilidade de comprovar que não existem distorções. Outro fator encontrado é a variação do relevo da porção de solo que é capturada. Isto pode ser observado ao serem comparadas as altitudes das informações localizadas nas extremidades. A informação que demarca a localização da ferrovia (lado esquerdo das imagens)

possui aproximadamente 808 metros de altitude, enquanto a região que tem um armazém de grãos em formato oval (porção direita das imagens) apresenta 830 metros de altitude. Assim, existem variações no solo que deveriam ser consideradas durante a composição das camadas virtuais de informações, mas que são ignoradas porque o método considera um solo simplificado e plano.

Além dos fatores que causam o erro de posicionamento da Realidade Aumentada, visíveis nas imagens da amostra, existe comprometimento na determinação da magnitude deste erro (descrito na Tabela 5). Este comprometimento é causado pelo aumento da porção de solo capturada, visto que existe diminuição da nitidez das imagens e um aumento na porção de solo que é representada por cada pixel.

Os resultados apresentados com a utilização do método RAIA na amostra de imagens extraídas do Google Earth indicaram aproximadamente 20 metros de erro de posicionamento das informações da região central. Estes valores aumentam conforme as informações se aproximam das bordas do local capturado. Por isso, o erro médio das 15 informações foi de 29,16 metros, considerando todos os erros médios das imagens da amostra. Assim como no caso de estudo anterior, também é comprovado que, com o aumento da inclinação para capturar a imagem, a Realidade Aumentada deixa de ser posicionada corretamente.

O erro de posicionamento apresentado pelo método RAIA neste caso de estudo pode parecer elevado, porém não inviabiliza sua utilização em situações reais de supervisão aérea. É demonstrado com estes resultados que, nas atividades em que é exigida elevada precisão, as imagens devem ser obtidas com a mínima inclinação possível da câmera para que a consistência das informações não seja comprometida.

Figura 55 – Imagem aérea sem inclinação. Fonte: Autoria própria.

Figura 56 – Imagem aérea com -15° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Figura 57 – Imagem aérea com -30° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Figura 58 – Imagem aérea com -45° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Figura 59 – Imagem aérea com -60° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Figura 60 – Imagem aérea com -15° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Figura 61 – Imagem aérea com -30° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Figura 62 – Imagem aérea com -45° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Tabela 5 – Erro de posicionamento da Realidade Aumentada, em metros. (continua) Informação α=0° _θ=0° α=15° α=30° α=45° α=60° θ=15° θ=30° θ=45° θ=60° Erro (m) da informação 1 0 0 20 40 84 16 25 43 79 38,38 2 0 7,5 20 34 73 0 13 36 88 33,94 3 0 0 0 5 30 15 0 26 74 18,75 4 0 7 25 37 66 9 0 14 21 22,38 5 0 5 10 22 27 7 5 0 21 12,13 6 0 0 10 45 93 0 18 40 32 29,75 7 15 0 10 18 25 15 7 17 30 15,25 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 9 0 10 15 30 37 0 0 21 52 20,63

Figura 63 – Imagem aérea com -60° de inclinação em . Fonte: Autoria própria.

Tabela 5 – Erro de posicionamento da Realidade Aumentada, em metros. (conclusão) Informação α=0° _θ=0° α=15° α=30° α=45° α=60° θ=15° θ=30° θ=45° θ=60° Erro (m) da informação 10 15 20 23 34 33 12 8 0 41 21,38 11 0 10 22 52 85 0 9 42 57 34,63 12 - 0 30 74 113 0 15 27 35 36,75 13 0 15 40 55 65 0 15 57 86 41,63 14 - - 25 25 41 0 13 59 79 34,57 15 - - - 48 78 - 8 76 176 77,20 Erro médio (m) da imagem 2,50 5,73 17,86 34,60 56,67 5,29 9,07 30,53 58,07 29,16 Fonte: Autoria própria.

5.4 CASO DE ESTUDO COM IMAGENS DE OPERAÇÃO REAL DE