Experimentos com a câmara HRC: Dados simulados

As imagens sintéticas foram geradas a partir dos dados (distância focal, tamanho do detector, atitude, efemérides, dentre outros) referentes às imagens 159-E_125-2 e 158-A_125-2, coletadas pelo sensor HRC. Algumas características técnicas utilizadas na geração dos dados simulados da câmara HRC são apresentadas na Tabela 3.

Como apresentado por Machado e Silva (2009), existem algumas divergências com relação ao valor da distância focal efetiva. Embora o valor nominal seja de 3300 mm, no Brasil utiliza-se o valor de 3398 mm para realizar o processo de correção geométrica das imagens CBERS-2B HRC. Na China é usado o valor de 3396 mm. Neste trabalho, como apresentado na Tabela 3, adotou-se o valor utilizado no Brasil, 3398 mm.

Tabela 3: Características técnicas do sensor HRC.

Distância focal (mm) 3398

Tamanho do detector (mm) 0,010

Tamanho da imagem (pixels) 12246x12246

Ângulos de boresight - bxº; byº; bzº -0,00277172; -0,00641415; 0,00874818

Fonte: INPE (2010); Machado e Silva (2009).

A seguir, são apresentados os resultados obtidos na Fototriangulação utilizando os modelos de colinearidade (pontos) e coplanaridade (retas).

4.1.1 Modelo de Colinearidade com pontos

A Tabela 4 apresenta a configuração dos experimentos realizados com o modelo de colinearidade. As Figuras 22 e 23 apresentam a distribuição dos pontos de apoio e verificação.

Tabela 4: Descrição dos experimentos com dados simulados – Modelo de Colinearidade. Experimento Pontos de Apoio (PAs) Pontos Fotogramétricos (PFs) Pontos de Controle Altimétrico (PCAs) Pontos de Verificação (PVs) Erro de medida (pixels) Dados de órbita Teste 1 Teste 2 A 40 - - 22 1,5 2,5 N B 40 26 - 22 1,5 2,5 N C 40 - 26 22 1,5 2,5 N D 40 - - 22 1,5 2,5 S E 40 26 - 22 1,5 2,5 S F 40 - 26 22 1,5 2,5 S G 12 - - 22 1,5 2,5 N H 12 26 - 22 1,5 2,5 N I 12 - 26 22 1,5 2,5 N J 12 - - 22 1,5 2,5 S K 12 26 - 22 1,5 2,5 S L 12 - 26 22 1,5 2,5 S

As características dos experimentos permitem:

Comparar o Modelo de Colinearidade com Pontos considerando dados de Órbita (MCPO) com o modelo de Colinearidade com

pontos (MCP- sem dados orbitais). Para tanto, basta comparar os resultados obtidos nos experimentos D, E, F, I, K e L, respectivamente, com os resultados obtidos em A, B, C, G, H e I;
Analisar os resultados à medida que é reduzida a quantidade de

pontos de apoio e que se aumenta os erros de medida (Testes 1 e 2);
Avaliar o uso de pontos fotogramétricos e de pontos de apoio

altimétrico na Fototriangulação em bloco. Isto permitirá verificar a viabilidade da aplicação da Fototriangulação em bloco (Ajuste em bloco) ao invés de aplicar a orientação individual de imagens. Para tanto, basta comparar, por exemplo, os resultados obtidos nos Experimentos B e C (Ajuste em bloco) com os resultados obtidos no Experimento A (Orientação individual). No Experimento A, embora os dados das duas imagens tenham sido processados em conjunto, o resultado pode ser considerado similar ao obtido aplicando o processo de orientação individual, pois nesse caso apenas pontos de apoio foram considerados.

Figura 23: Conjunto de Pontos de apoio reduzido (12) e pontos de verificação (22) – Simulação.

As informações de órbita nos experimentos D, E, F, J, K e L foram consideradas por meio do modelo de plataforma definido pela Equação (65), por meio de injunções absolutas e relativas nos POE. Na Tabela 5, apresenta-se o desvio-padrão considerado para cada parâmetro. Esses valores são similares aos adotados nos experimentos com dados reais.

Para estimar a magnitude destes desvios-padrão, inicialmente, os POE foram calculados com o TMS considerando o número máximo de pontos e retas de apoio disponível (54 pontos e 84 retas). Comparando o valor estimado dos POE com os valores ajustados a partir do arquivo de metadados (OLIVEIRA et. al., 2010) calculou-se a discrepância em cada parâmetro, permitindo, assim, definir o desvio-padrão relacionado a cada parâmetro de orientação exterior.

Tabela 5: Desvio-padrão para cada parâmetro de orientação exterior. Parâmetros de Orientação Exterior (POE) Desvio-padrão

X0, Y0 e Z0 100 m

roll0, pitch0 e yaw0 4°

a1, a2 e a3 0,4 (m/Linha)

b1, b2, b3 0,000001 (m/Linha2)

Para cada experimento foram realizadas 40 repetições. Em cada repetição, diferentes erros randômicos foram introduzidos nas observações (coordenadas imagem). Nos

POE aproximados foram introduzidas perturbações dentro do desvio-padrão definido na Tabela 5. Os valores dos POE aproximados foram mantidos para todas as repetições.

Por se tratar de dados simulados, os POE são conhecidos, o que permite calcular o erro verdadeiro em cada parâmetro. A média do erro verdadeiro e dos desvios- padrão estimados para cada parâmetro de orientação exterior nas 40 repetições é apresentada no Apêndice B.

Nas Figuras 24 e 25, apresenta-se para cada imagem a média dos EMQ (Erro Médio Quadrático) para as 40 repetições, nas componentes planimétricas (X e Y) dos 22 pontos de verificação, para o Teste 1, considerando um erro aleatório de 1,5 pixel. Após a estimação dos POE pelo programa TMS, neles foi aplicada uma transformação do sistema WGS84 para o SGCL. As coordenadas (X e Y) dos pontos de verificação (referenciadas ao Sistema Geodésico Cartesiano Local - SGCL) foram calculadas após a Fototriangulação utilizando a Equação de Colinearidade Inversa. Neste método, as coordenadas imagem dos pontos de verificação são projetadas para o espaço objeto utilizando a Equação de Colinearidade em sua forma inversa. A componente altimétrica (Z) dos pontos de verificação foi considerada conhecida. Este processo foi aplicado, pois, geralmente, essas imagens são corrigidas com pontos de apoio e ortorretificadas utilizando o SRTM.

Figura 24: Médias do EMQ (m) (para 40 repetições) nos pontos de verificação considerando um erro aleatório de 1,5 pixel (Teste 1) – Imagem 1.

MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO (40) (40) (40) (40) (40) (40) (12) (12) (12) (12) (12) (12) PF PCA PF PCA PF PCA PF PCA

Figura 25: Média do EMQ (m) nos pontos de verificação considerando um erro aleatório de 1,5 pixel (Teste 1) – Imagem 2.

Ao analisar os resultados apresentados nas Figuras 24 e 25, nota-se que:
O Modelo de Colinearidade com Pontos considerando dados de

Órbita - MCPO (experimentos D, E, F, J, K e L) proporcionou melhores resultados quando comparado ao Modelo de Colinearidade com Pontos - MCP (experimentos A, B C, G, H e I). Verificou-se isto, principalmente, na componente X;

A redução de pontos de apoio implicou em um aumento no EMQ nos pontos de verificação;

Em alguns casos houve melhora nos resultados ao considerar Pontos Fotogramétricos (PFs) e Pontos de Apoio Altimétrico (PAAs), principalmente para o modelo MCP. Isto fica ainda mais evidente quando se reduz a quantidade de pontos de apoio (Experimentos H e I). Já para o MCPO o uso de PFs e PAAs não implicou em melhora significativa nos resultados. Em geral, nem sempre há uma melhora significativa dos resultados, o que pode ser justificado pela fraca geometria de intersecção das imagens obtidas em órbitas adjacentes, que apresentam uma relação B/H bastante pequena, aproximadamente 0,13.

MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO (40) (40) (40) (40) (40) (40) (12) (12) (12) (12) (12) (12) PF PCA PF PCA PF PCA PF PCA

Nas Figuras 26 e 27, apresenta-se a média do EMQ (Erro Médio Quadrático) nas componentes planimétricas (X e Y) dos pontos de verificação para o Teste 2, considerando um erro aleatório de 2,5 pixel.

Figura 26: Média do EMQ (m) nos pontos de verificação para o Teste 2 (2,5 pixel) - Imagem 1.

Figura 27: Média do EMQ (m) nos pontos de verificação para o Teste 2 (2,5 pixel) - Imagem 2.

Por meio da análise dos resultados obtidos nos Testes 1 e 2, verifica-se que o aumento do erro de medida implicou em um aumento do EMQ nos pontos de verificação.

MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO (40) (40) (40) (40) (40) (40) (12) (12) (12) (12) (12) (12) PF PCA PF PCA PF PCA PF PCA

MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO MCP MCP MCP MCPO MCPO MCPO (40) (40) (40) (40) (40) (40) (12) (12) (12) (12) (12) (12) PF PCA PF PCA PF PCA PF PCA

Assim como no Teste 1, em alguns casos houve melhoras nos resultados ao considerar Pontos Fotogramétricos (PFs) e Pontos de Apoio Altimétrico (PAAs), principalmente para o modelo MCP. Já para o MCPO o uso de PFs e PAAs não implicou em melhora significativa nos resultados

A análise das Figuras 26 e 27 permite verificar que neste caso, em que se considerou um erro aleatório de 2,5 pixel, o modelo orbital (MCPO) não apresentou resultados significativamente melhores (principalmente na imagem 2) quando comparado ao modelo de colinearidade com pontos (MCP).

4.1.2 Modelo de Coplanaridade com retas

O objetivo principal desta seção consiste em apresentar os resultados obtidos com o modelo de coplanaridade (retas) a partir de dados simulados referentes ao sensor HRC. Além disso, serão apresentados os resultados obtidos com o ajuste simultâneo de observações de pontos e retas na Fototriangulação. A Tabela 6 apresenta a configuração dos experimentos.

Tabela 6: Descrição dos experimentos com dados simulados. Experimento Retas de Apoio (RAs) Pontos de Apoio (PAs) Erro de medida (pixels) Dados de órbita Teste 1 Teste 2 A 42 - 1,5 2,5 N B 42 - 1,5 2,5 S C 42 12 1,5 2,5 N D 42 12 1,5 2,5 S

As características destes experimentos permitirão: (1) comparar o Modelo de Coplanaridade com Retas considerando dados de Órbita (MCRO) com o Modelo de Coplanaridade com Retas (MCR - sem dados orbitais); (2) analisar a influência do aumento do erro de medida (Testes 1 e 2) e; (3) avaliar o uso combinado de pontos e retas na Fototriangulação (Experimentos C e D). Os 12 pontos de apoio usados nos Experimentos C e D são os mesmos que foram considerados na seção anterior – 4.1.1 (ver Figura 23).

Figura 28: Configuração das retas de controle (44).

Assim como apresentado na seção anterior, para cada experimento foram realizadas 40 repetições. Nas Figuras 29 e 30, apresenta-se a média do EMQ nas componentes planimétricas (X e Y) dos 22 pontos de verificação para os Testes 1 e 2, respectivamente.

Figura 29: EMQ (m) nos pontos de verificação – Teste 1 (a) Imagem 1; (b) Imagem 2. MCR MCRO MCR/ MCRO/ MCP MCPO (a) MCR MCRO MCR/ MCRO/ MCP MCPO (b)

Figura 30: EMQ (m) nos pontos de verificação – Teste 2 (a) Imagem 1; (b) Imagem 2.

A análise das Figuras 29 e 30 permite afirmar que:

o MCRO, em geral proporcionou melhores resultados quando comparado ao MCR;

a combinação de pontos e retas (Experimentos C e D) implicou em uma melhora significativa nos resultados. Por exemplo, no Experimento C (Figura 30.b) quando comparado ao Experimento A houve uma melhora de aproximadamente 2 metros no EMQ da componente X;

O aumento do erro de medida implicou, como já esperado, em um aumento no EMQ nos pontos de verificação.