Fases evolutivas da fotogrametria

Antes da fase Digital, será apresentado um breve panorama sobre a linha evolutiva e algumas características particulares de cada fase da fotogrametria.

Historicamente, a fotogrametria divide-se em 4 fases voltadas ao processo de desenvolvimento e aprimoramento da técnica que, de certa maneira, acompanharam os avanços tecnológicos e científicos no decorrer do tempo, apresentando-se em:

• surgimento da fotogrametria;

• fotogrametria analógica;

• fotogrametria analítica;

• fotogrametria digital

Schenk (2005) apresenta as fases da fotogrametria na Figura 25, desde a origem até a fotogrametria digital, em função do tempo. Nesta figura, o autor demonstra que as fotogrametrias analógica, analítica e digital são utilizadas até os tempos atuais, porém o que se percebe na prática é a utilização mais frequente da fotogrametria digital por vários fatores que se tornarão mais compreensíveis no transcorrer desse capítulo.

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Figura 25 - Fases do desenvolvimento da fotogrametria, como resultado das inovações tecnológicas

Fonte: Schenk (2005).

Outro aspecto importante da Figura 25 é quanto à data inicial da fotogrametria geométrica proposta por Schenk (2005), haja vista essa ser a mesma do início formal da fotogrametria, como descrita por Groetelaars (2004). Alguns autores, como Ribeiro (2002), descrevem a Fotogrametria Geométrica como a parte que trata dos aspectos geométricos do uso de fotografias com a finalidade de obter os valores aproximados de comprimentos e alturas e as formas, desconsiderando o princípio da orientação das fotos e que, em alguns casos, permite o uso de apenas uma foto.

Entretanto, embora o método fotogramétrico utilize fotografias para efetuar as medições, o conceito foi desenvolvido muitos séculos antes da invenção da câmera fotográfica, em que, já em 1480, Leonardo da Vinci descrevia a perspectiva como a visão de um objeto através de uma lâmina de vidro, lisa e transparente, cuja todas as superfícies visíveis por trás desse vidro pudessem ser marcadas.

Conforme descrito por Morales e colaboradores (2002), o engenheiro militar francês Aimé Laussedat foi o pioneiro nas aplicações da fotografia para fins de levantamento de planos e, por essas iniciativas, é considerado o fundador da fotogrametria terrestre. Assim, a paternidade da fotogrametria moderna cabe a esse engenheiro, afirmativa que vários estudiosos concordam.

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Considerada a segunda fase, a fotogrametria Analógica compreende o período, aproximadamente, de 1900 a 1960, impulsionada pela criação de aparelho ótico-mecânico ou estereocomparador pelo físico alemão Carl Pulfrich (AMORIM, 2012). Esse método baseia-se no uso da estereoscopia, relacionada à capacidade do sistema de visão humano (binocular) em perceber a profundidade quando se visualiza um mesmo ponto por meio de dois ângulos distintos (olho esquerdo e direito). Assim, o cérebro sobrepõe as duas imagens recebidas pela retina dos olhos do observador e gera a percepção do espaço tridimensional.

A invenção do aparelho estereocomparador é vista como um marco na primeira revolução da fotogrametria por causa da facilidade propiciada aos usuários nas atividades de restituição, onde os inúmeros cálculos matemáticos, até então necessários, foram substituídos pelo uso do aparelho ótico-mecânico (COELHO; BRITO, 2007).

A fotogrametria analítica é tida como a terceira fase evolutiva que se prolonga até quase final do século XX e baseia-se em métodos óticos e cálculos numéricos. O primeiro estudo sobre fotogrametria analítica foi desenvolvido por helmut schmidt em 1953, no laboratório de balística, em aberdeen, maryland – estados unidos. por esses trabalhos, as bases da fotogrametria analítica foram estabelecidas, incluindo o tratamento matricial, as soluções por mínimos quadrados, a solução simultânea utilizando múltiplas imagens e uma análise completa de propagação de erros.

a invenção do computador nos anos 40 permitiu o processamento computacional de grandes cálculos matemáticos até então desempenhados pelos aparelhos mecânicos (coelho; brito, 2007).

amorim (2012) relata que na fase anterior, a analógica, as correções da geometria e dimensões do objeto eram realizadas pelos equipamentos ótico-mecânicos e na fase analítica essas eram feitas por programas de computador, em que o modelo de restituição é predominantemente estereoscópico. Essa técnica ainda se utilizava de fotografias analógicas e dispositivos óticos de visualização, no qual o processamento dos dados era numérico e a saída gráfica era feita por plotters. Possibilitou-se uma redução dos custos, uma vez que empregava as câmeras semimétricas e não métricas, apesar de necessitar de instrumentos específicos (estereoplotadores analíticos) e de operadores altamente especializados (AMORIM, 2012; GROETELAARS, 2004).

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A fotogrametria digital pode ser entendida como a mais nova fase de desenvolvimento da fotogrametria, que inclui o uso de imagens digitais ou imagens analógicas transformadas em imagens digitais por meio de scanners, bem como o uso de estações digitais fotogramétricas com a finalidade de realizar o processamento fotogramétrico e obter os produtos fotogramétricos (BALENOVIC et al., 2011).

Devido a esses aspectos, faz-se importante destacar que o desenvolvimento dos sistemas de imagem e processamento digitais mudaram fundamentalmente os procedimentos fotogramétricos. Coelho e Brito (2007) relatam que a fotogrametria digital surgiu na década de 80, tendo como inovação da técnica o uso de imagens digitais como fonte primária de dados. Mas, somente a partir da década de 90 a técnica pôde ser utilizada extensivamente por causa do desenvolvimento de computadores com capacidade suficiente para o processamento interativo das imagens digitais.

A fotogrametria digital tem como particularidade os seguintes aspectos: a entrada de dados é feita por meio de imagem digital; o processamento é analítico, utilizando-se computadores; e a saída por meio de produtos digitais, diferentemente das fases Analógicas e Analíticas, como pode ser observado no Quadro 4, que demonstra os sistemas de entrada, processamento e saída para as respectivas fases da fotogrametria.

Quadro 4 - Histórico da fotogrametria

Fotogrametria Entrada Processamento Saída

Analógica Fotografia Analógica _{(em filme)} Analógico (ótico-_mecânico)

Analógica (scribes ou fotolitos) no passado ou

digital (CAD, por exemplo) no presente Analítica Fotografia Analógica _{(em filme) (computacional)} Analítico

Analógica (scribes ou fotolitos) no passado ou

digital (CAD, por exemplo) no presente

Digital

Imagem digital (obtida de câmera digital, por exemplo)

ou digitalizada (foto analógica submetida a um scanner)

Analítico

(computacional) Digital

Fonte: Coelho e Brito (2007) adaptado de Augusto (1999).

Luhmann e colaboradores (2006) afirmam que os sistemas digitais, uma vez que oferecem a automatização e os ciclos curtos de processamento, são essenciais para o emprego da fotogrametria nas aplicações complexas em tempo real, tais como, em particular, da metrologia

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e robótica industrial. As decisões podem ser feitas diretamente na base de respostas (feedback) dos resultados fotogramétricos. Quando o resultado é entregue dentro de um determinado tempo específico do processo, o termo fotogrametria em tempo real é comumente usado.

A fotogrametria digital tem como precípuo a simplificação dos processos devido ao alto grau de automação e a redução dos custos pela não necessidade de instrumentos fotogramétricos específicos de medição, já que foram substituídos por equipamentos de computação padrão. Salienta-se, porém, que existem diferentes custos que dependerão das diferentes soluções, aplicações e também da precisão desejada nos resultados (AMORIM, 2012).

Sobremaneira, a fotogrametria digital alcançou o estágio atual devido aos avanços sofridos no campo da computação, onde equipamentos (hardware) e programas (software) desenvolvidos, principalmente a partir da década de 80, favoreceram a utilização de imagens digitais. Porém, de acordo com Coelho e Brito (2007), o restante do processamento acontece de maneira semelhante à fotogrametria Analítica, e é possível, hoje em dia, a elaboração de produtos digitais que necessitam de processamento computacional extremamente elaborado, como as ortoimagens ou imagens ortorretificadas e os mosaicos digitais que consistem na junção de várias imagens. Para os autores, esses mosaicos são considerados não-controlados quando não há tratamento sobre as imagens, ou controlados, caso as imagens já sejam ortorretificadas.

Por meio da utilização de pontos do objeto adequadamente orientados e gravação das imagens em formato digital, tarefas complexas podem ser executadas em poucos instantes. A análise dos pontos visados pode ser realizada de forma completamente automática, substituindo, agora, os procedimentos manuais para orientação e medição. A Figura 26 apresenta aspectos referentes ao avanço alcançado pela fotogrametria digital em relação aos procedimentos (LUHMANN et al., 2006).

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Figura 26 – (a) Sistema fotogramétrico analógico. (b) Sistema fotogramétrico digital

Fonte: Luhmann e colaboradores (2006).

Na Figura 26, pode ser observada a eliminação de etapas anteriormente necessárias para o desenvolvimento e obtenção dos produtos fotogramétricos, empregadas, como exemplo, na fotogrametria analítica. A etapa referente aos serviços de laboratório fotográfico, por exemplo, necessária para geração das fotografias, é eliminada, pois já se é possível a transferência de imagens diretamente da câmera fotográfica digital para o computador.

São vários os aspectos que contribuíram para o rápido desenvolvimento fotogrametria digital, como apontado por Dowman (1996), destacando-se:

a) a disponibilidade cada vez maior de imagens digitais a partir de sensores de satélites, câmeras digitais e scanners;

b) a disponibilidade de poderosas estações de trabalho (computadores) com periféricos de alta tecnologia, inovadores e confiáveis;

c) integração de todos os tipos de dados em um sistema de informação unificado e abrangente, como o SIG;

d) aplicação em tempo real;

e) aplicações em programas CAD e na indústria;

f) carência de operadores de fotogrametria treinados e experientes e os altos custos dos instrumentos fotogramétricos anteriores à fotogrametria digital.

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Por fim, de acordo com Coelho e Brito (2007), faz-se necessária a diferenciação entre fotogrametria digital e fotogrametria apoiada por computador ou fotogrametria com uso de computadores. Com o objetivo de não perder a experiência de anos de trabalho de operadores habilidosos e de aumentar a expectativa de vida dos ainda eficazes restituidores analógicos e analíticos, computadores foram ligados aos mesmos, possibilitando uma saída de dados digital, ou seja, em arquivos de computador, geralmente em formato compatível com os variados programas existentes de desenho assistido por computador (CAD). No entanto, os autores afirmam que estes aparelhos não podem ser relacionados à fotogrametria digital, uma vez que a entrada de dados ainda se dá de modo analógico (fotografias impressas), bem como o emprego do restituidor analítico que realiza todo o restante do processamento.