Fotogrametria

O termo fotogrametria é formado pelas palavras gregas photons (luz), gramma (algo desenhado ou escrito) e metrons (medir) e significa "medir graficamente usando luz" (TOMMASELLI, 2009). A American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (2016) define a fotogrametria como:

Arte, ciência e tecnologia de obtenção de informações confiáveis sobre objetos físicos e do ambiente, através de processos de captura, medição e interpretação de imagens e padrões de energia eletromagnética e outros fenômenos.

Na digitalização por fotogrametria, a captura de dados geométricos é realizada a partir de uma sequência de imagens fotográficas, obtidas de diferentes pontos de vista. De acordo com Mccarthy (2014), as técnicas fotogramétricas têm sido principal ferramenta para o levantamento aéreo de topografia por cartógrafos.

Esta abordagem baseia-se na aquisição de imagens aéreas (fotográficas ou vídeos) sobrepostas analisadas usando várias técnicas, incluindo algoritmos matemáticos. No final do século 20, a análise para a extração de dados tridimensionais das imagens vem se tornando cada vez mais automatizada. O grande marco dessa automação foi a substituição do filme pela aquisição digital, no início dos anos 90. Tal fato, permitiu que computadores analisassem os dados gerados com o uso de algoritmos relacionados aos pixels. Mesmo com o processo automatizado, a fotogrametria permaneceu altamente especializada e dispendiosa, tanto em termos de tempo quanto de hardware e direcionada apenas a grandes dimensões.

No final dos anos 90, foi gerada a fotogrametria à curta distância (close-range photogrammetry) quando a técnica começa a ser utilizada na digitalização tridimensional de objetos (ATKINSON, 1996). Neste caso, a captura de dados geométricos é realizada a partir de uma sequência de imagens fotográficas, obtidas de diferentes pontos de vista (Ilustração 6). Essas imagens passam por um processamento, no qual o software realiza o alinhamento tridimensional das fotografias capturadas com base na detecção de sobreposições e pontos equivalentes, determinando desta maneira a posição e orientação da câmera relativa ao objeto fotografado. A partir desta orientação é realizada a triangulação de diversos

pontos detectados, restituindo assim a geometria tridimensional do objeto, em forma de nuvem de pontos ou malha tridimensional (TOMMASELLI et al., 1999; SCHENK, 2005; YASTIKLI, 2007).

Ilustração 6 – Representação da aquisição na fotogrametria multi-imagem

Fonte: Dinosaurpalaeo (2016)

A técnica, conforme desenvolvida nos dias atuais, é chamada por Mccarthy (2014) de fotogrametria multi-imagem. A técnica, que não está limitada a pares estéreo⁹,como algumas de suas versões mais demoradas, também de acordo com Pavlidis et al. (2007), tornou-se capaz de montar digitalmente objetos complexos de forma cada vez mais automatizada e econômica (Ilustração 7). Mccarthy (2014) apresenta uma evolução da técnica que agora conta com uma quantidade maior de dados devido ao uso de múltiplas imagens digitais sobrepostas e que podem ser carregadas de uma só vez no software para processamento, de forma automática e necessitando de pouca intervenção do executor. Essa melhor automatização do processo e redução de tempo de execução, é resultado também da melhoria na qualidade de dados adquiridos através das imagens, pois possibilitam um melhor processamento do software na montagem dos modelos digitalizados em 3D. O autor ressalta que a fotogrametria multi-imagem tornou-se possível devido à convergências de tecnologias em evolução de softwares, computadores com melhor capacidade de processamento e câmeras fotográficas com calibração automática, redução de distorções, de aberrações cromáticas, aumento da capacidade de pixels por polegada

9 Técnica usada para se obter informações tridimensionais baseada na análise de duas imagens obtidas em pontos diferente também utilizada no cinema com o uso de óculos 3D.

(resolução das fotografias), entre outras melhorias. Tais avanços tecnológicos fazem a fotogrametria multi-imagem capaz de produzir modelos altamente detalhados e precisos sejam topografias, objetos isolados ou monumentos.

Ilustração 7 – Par de imagens estéreo e multi-imagens

Fonte: Ruivale (2018) e 3d scan expert (2018)

Por ter se tornado uma técnica prática e versátil, Mccarthy (2014) afirma que a fotogrametria multi-imagem tem sido amplamente adotada para o patrimônio cultural para substituir ou aprimorar técnicas de pesquisa já estabelecidas, reunindo-se à pesquisa manual e ao escaneamento a lareunindo-ser. O autor constata que a fotogrametria com o uso de imagens múltiplas pode atingir resultados próximos aos de scanners a laser, porém com um custo mais baixo. Tal fato, atribui a técnica grande potencial acadêmico devido a sua natureza experimental.

Outro ponto que o desenvolvimento fotogramétrico flexibilizou foi a dimensão do objeto de digitalização. O alvo de digitalização em 3D que a técnica executa com qualidade vem se tornando cada vez menor, assim como a possibilidade de fazer a aquisição de imagens cada vez mais próximo do objeto da digitalização também foram resultados da evolução das tecnologias (MCCARTHY, 2014).

Mesmo com toda a evolução da técnica, Mccarthy (2014) afirma que ainda é preciso estabelecer um uso com resultados mais controlados, o que requer mais experiências e investimentos. Neste ponto, Pavlidis et al. (2007) ressalvam a necessidade de maior controle e cuidado na aquisição das imagens em relação à iluminação do ambiente onde serão realizadas as fotografias para a obtenção de bons

resultados. Em contrapartida, Luhmann, Fraser e Mass (2016) destacam que o nível de habilidade do operador humano tem se tornado cada vez menos determinante nos resultados.

Muitas melhorias necessárias vêm sendo supridas com o desenvolvimento de novos softwares. À exemplo do processamento, a fotogrametria multi-imagem por analisar muitas fotos de uma só vez exige grande carga de trabalho do computador.

Quanto maior o número de imagens e melhor sua resolução, mais tempo irá levar e mais capacidade de processamento deverá ter o computador. A respeito dessas questões, alguns softwares passaram a disponibilizar o processamento em nuvem¹⁰ para que não seja necessário o uso de computadores potentes para a análise das imagens (MCCARTHY, 2014).

Apesar de a fotogrametria multi-imagem vir se mostrando economicamente mais viável que outras técnicas, seu uso ainda não tem muito alcance no mercado.

Mccarthy (2014) credita essa pouca participação ainda ao custo de softwares. Sobre este ponto, o autor afirma que aos poucos vêm sendo desenvolvidos programas com permissões de uso gratuitas, mas que ainda apresentam resultados inferiores ao que normalmente exige-se no mercado. Em contrapartida, está havendo na comunidade patrimonial na Europa investimentos para explorar a digitalização de conteúdos culturais, bem como métodos e ferramentas para aumentar o acesso ao patrimônio cultural (COUNCIL OF EUROPE, 2017). Como forma de valorizar a iniciativa e de atrair investidores a Comissão Europeia de Cultura (COUNCIL OF EUROPE, 2017) denominou 2018, como o ano europeu do patrimônio cultural.

A fotogrametria multi-imagem tem seu desenvolvimento apoiado, também, pela comunidade maker, entre elas o RepRap (2016).