IMAGENS DIGITAIS

A princípio, antes das câmeras e sistemas digitais, a aquisição de imagens fotogramétricas analógicas era por meio de câmeras fotogramétricas dotadas de filme, onde este era posicionado no plano focal e sensibilizado pela luz. Nas câmeras fotográficas digitais, as imagens são gravadas diretamente em meio digital, por meio da sensibilização de sensores CCD (Charged Couple Device) ou CMOS (Complementary Metal-oxide Semicondutor) por radiação eletromagnética.

As imagens digitais são os elementos básicos para a aquisição dos dados tridimensionais das feições dos objetos na fotogrametria digital. A imagem digital é uma matriz composta por células quadradas denominadas píxeis, do termo em inglês picture element. Para cada píxel, há somente uma cor sólida que é definida por um número (BRITO; COELHO, 2007).

As imagens digitais são salvas em formatos controlados pelo software em uso e dentre os formatos mais comuns para salvamento podem ser citados: JPEG ou JPG (Joint Pictures Experts Group), PNG (Portable Network Graphics), BMP (Bit Map) e TIFF ou TIF (Tagged Image File Format).

JPEG é um tipo de arquivo para armazenamento de imagens com profundidade de 24 bits por píxel e é possível para este formato aceitar 16,8 milhões de cores. Um dos aspectos do formato PNG é que este possui as mesmas características do JPEG, mas com a vantagem da eficiência na compressão dos dados, não causando perda de qualidade a cada salvamento, o que possibilita maior fidelidade à imagem original. O formato BMP foi desenvolvido para ser aplicado no sistema Windows, possuindo um formato simples, com mínimas possibilidades de erro na interpretação dos arquivos. Por não permitir a compressão dos dados, a qualidade da imagem é a melhor possível, mas em compensação o tamanho dos arquivos BMP é muito grande (MENESES; ALMEIDA, 2012).

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Meneses e Almeida (2012) destacam que o formato TIFF foi desenvolvido para se tentar criar um padrão para imagens geradas por equipamentos digitais (a exemplo do escâner). O formato é capaz de armazenar imagens em preto e branco, em escalas de tons de cinza e em paletas de cores com 24 ou 32 emphbits, além de ser reconhecido por qualquer tipo de programa de processamento de imagens. O formato é utilizado para a troca de arquivos entre aplicativos e plataformas de computadores, além de ser um formato flexível de imagens bitmap suportado praticamente por todos os aplicativos de pintura, edição de imagens e layout de página.

3.3.1 Características de câmeras digitais

Inicialmente, destaca-se que todas as câmeras fotográficas (convencionais ou digitais), basicamente, possuem os mesmos conjuntos de elementos que variam conforme a concepção, eficiência, dimensões e que, de forma geral, cumprem as mesmas funções na obtenção da fotografia, citando-se: a objetiva, o diafragma, o obturador, o mecanismo de transporte, o sistema de foco e o filme ou sensor (TRIGO, 2012).

Scuri (2002) afirma que as câmeras digitais funcionam exatamente como as câmeras convencionais, porém, apresentam parâmetros a mais e alguns desses são mapeados de forma distinta no processo de captura. As principais características que as câmeras possuem são:

• abertura do diafragma (aperture - na lente);

• distância focal (focus – na lente);

• fator de ampliação (zoom - na lente);

• velocidade do obturador (shutter – na câmera);

• fotômetro (na câmera);

• sensor (filme ou eletrônico).

A abertura do diafragma define a quantidade de luz que chega ao sensor através da objetiva e tem ligação direta com a profundidade de campo. A numeração convencional para abertura é diretamente proporcional à profundidade de campo e inversamente proporcional à abertura. A profundidade de campo é a diferença entre a posição mais próxima e a mais afastada do objeto em relação à câmera, sem que haja o borramento da imagem, ou seja, a região onde existe foco.

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O f/número é a capacidade de captura de luz da lente através da abertura da mesma. Conforme se aumenta o f/número, há a redução da abertura e, consequentemente, há o aumento da profundidade de visão e a necessidade de maior aumento da iluminação para compensação.

A distância focal é a distância entre o centro ótico de uma dada lente delgada e seus pontos de foco, quando o meio em que se encontram inseridos o plano principal do objeto e o plano principal é o mesmo. A distância focal é fundamental para determinar qual o ângulo de visão de uma objetiva quando fotografado um objeto focalizado sobre uma dada mídia.

De acordo com Scuri (2002), o obturador define o tempo que o sensor ficará exposto àquela quantidade de luz, relacionando-se com a velocidade do objeto a ser fotografado. Se muito rápido congelará o movimento, se muito lento borrará o movimento.

Costa (2011b) relata que a velocidade de abertura e fechamento do obturador pode variar de 1/50 de segundo a 1/3000 de segundo e, para casos como da aerofotogrametria, dependendo da altura em que o avião encontra-se e da velocidade em que ele sobrevoa, o obturador deve ser ajustado para baixa ou alta velocidade de abertura e fechamento. Para grandes alturas (6.000 a 9.000 m), recomendam-se pequenas velocidades e grandes velocidades para pequenas alturas (600 a 1.200 m).

O fotômetro é responsável por informar se há uma quantidade excessiva ou uma falta de luz chegando ao sensor, baseando-se em relações entre abertura, obturador e sensor. Na maioria das câmeras, esta combinação é feita automaticamente, baseada no sensor para uma condição média para a profundidade de foco, em geral a maior possível (AE – Auto Exposure) (SCURI, 2002).

O número ISO define a sensibilidade do sensor CCD ou CMOS para as câmeras digitais, significando que quanto menor este número, menor a sensibilidade. A sensibilidade da câmera digital vai ser dada pelo número de Lux e a qualidade da foto fica limitada pelo número de elementos (píxeis) no CCD. Para valores baixos de ISO, pouca luz é captada, no entanto, quase não apresenta ruído4 _{e os contornos ficam mais nítidos. Já para um ISO maior, apesar de}

4 _{Pode-se definir ruído como a variação aleatória de brilho ou cor nas imagens digitais, produzido pelos} dispositivos de entrada, como as câmeras digitais.

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permitir fotografar com pouca luz, gera um ruído perceptível e prejudica a nitidez dos detalhes. Os sensores CMOS tendem a ter um melhor funcionamento em situações de muita luminosidade em relação aos sensores CCD, que se comporta melhor em ambientes de baixa luminosidade. Isso ocorre porque um sensor CMOS possui diversos transistores localizados próximos e, assim, a sensibilidade à luz é menor.

Assim como para a fotogrametria terrestre e à curta distância, as imagens fotográficas são tomadas com parâmetros pré-fixados e com exposição manual. Amorim e colaboradores (2012) utilizaram para a aquisição de imagens aéreas em sua pesquisa os seguintes parâmetros: ISO 200, velocidades de obturador acima de 1/600 segundos e abertura de diafragma entre 4.0 e 6.3 (de acordo com a luz disponível), para conseguir obter relações que oferecessem profundidade de campo aceitável e, sobretudo, diminuir o fenômeno de difração gerado pelas lentes da objetiva. Outro fator a ser considerado é a velocidade de deslocamento da aeronave.

3.3.2 Resolução de imagens digitais

A resolução espacial da imagem digital está diretamente relacionada ao tamanho do píxel. O valor do píxel é determinante para a capacidade de observação dos objetos e, principalmente, de detalhes dos objetos. Dessa maneira, quanto menor for o tamanho do píxel, maior será a resolução espacial da imagem digital.

Por meio da resolução, é possível determinar a capacidade do sistema em reproduzir detalhes da cena. Para as câmeras digitais, a quantidade de píxeis, tamanho do sensor digital, a distância ao objeto e distância focal definem a resolução do objeto. Para um mesmo tamanho de píxel, quanto maior o sensor, maior a concentração de píxeis por milímetro quadrado e, portanto, maior a resolução da câmera.

3.3.3 Métodos de aquisição de imagens digitais

A aquisição de imagens é uma das etapas do processo de levantamento fotogramétrico, estando diretamente relacionada ao tipo de câmera a ser utilizada para captura das imagens do objeto. As câmeras analógicas, métricas, semi-métricas e não-métricas, empregadas em períodos anteriores à fase digital, tinham em comum o tipo de mídia, diferentemente das câmeras digitais.

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Hanke e Grussenmeyer (2002) frisam que o desenvolvimento de imagens digitais está intimamente relacionado ao desenvolvimento dos sensores CCD e a aquisição direta de imagens por estes sensores apresentam uma série de vantagens para a aplicação na fotogrametria, como:

• fluxo de dados direto com potencial de processamento online;

• potencial elevado para automação;

• boas características geométricas;

• controle direto da qualidade da imagem adquirida;

• baixo custo dos componentes dos sistemas.

A outra forma de obtenção de imagens digitais é por meio da transformação de fotografias analógicas em formatos digitais, utilizando os scanners. Este processo, também denominado digitalização, oferece a combinação das vantagens da aquisição de imagens por filmes e as vantagens do processamento de imagem digital, que são: arquivamento, técnicas de medição semiautomática e automática e combinação de dados raster e vetoriais. Quanto às vantagens da aquisição por filme, destacam-se: o grande formato da imagem, qualidade geométrica e radiométrica.

Para as aplicações de scanners na fotogrametria arquitetônica há a necessidade da adequada resolução. O reconhecimento de detalhes deve ser assegurado e o meio de armazenamento é limitado.