PhotoModeler Scanner

Descreve-se, a seguir, a síntese do fluxo de trabalho para utilização da ferramenta PhotoModeler Scanner (Figura 75).

Figura 75 – Síntese do fluxo de trabalho no programa PhotoModeler

4.2.1.1 Calibração da câmera

Para que o programa possa realizar a orientação interior é necessária a calibração da câmera. O PhotoModeler fornece os modelos das folhas para calibração, disponíveis para impressão, podendo-se optar por dois tipos de malha, dependendo das dimensões do objeto a ser fotografado e da precisão requerida no levantamento.

 Single Sheet Calibration (Figura 76a) com malha de calibração composta de 144 pontos e quatro alvos codificados localizados nas bordas, large sheet – 36 x 36” (usada para objetos de tamanho médio) ou single sheet – 8,5 x 11” (usada para objetos pequenos ou levantamentos que requeiram menos rigor); e

 Multi Sheet Calibration (Figura 76b) utiliza folhas com cinco alvos codificados em cada uma delas. São impressas tantas folhas quanto necessárias para cobrir a área de calibração (geralmente doze folhas), sendo que o diâmetro dos alvos não deve ser menor do que dez pixeis.

Figura 76 – Folhas de calibração PhotoModeler: single sheet (a); multi sheet (b)

(a) (b)

Fonte: www.photomodeler.com

As folhas devem ser fotografadas (seis a doze fotografias) a partir de quatro estações diferentes, considerando que:

 os parâmetros da câmera (distância focal, resolução, abertura do diafragma) devem ser os mesmos durante a calibração e o trabalho em campo;

 todas as ferramentas automatizadas da câmera (rotação, foco, contraste, redução de vibração da lente e etc.) devem estar desligadas;

 os pontos de controle devem estar visíveis em todas as fotos, com alta resolução e, a fotografia deve cobrir toda a malha de pontos;

 a folha deve estar fixa sobre uma superfície plana, com bom contraste e sem sombras projetadas; e

 as tomadas fotográficas devem ser feitas em ângulos de aproximadamente 45° da malha e 90° entre as tomadas.

Conforme demonstrado no Quadro 6, as fotografias devem ser tiradas posicionando-se a câmera na horizontal e vertical, no caso de seis fotos, sendo quatro na horizontal e duas na vertical, girando-se a câmera no mesmo sentido; para oito fotos, quatro na horizontal e quatro na vertical, girando-se a câmera no mesmo sentido; e, quando se utilizam doze fotos, quatro na horizontal, quatro na vertical, girando-se a câmera no sentido anti- horário, e quatro na vertical, girando-se no sentido horário.

Quadro 6 – Posicionamento da câmera e número de fotografias para calibração

Número total de Fotografias

6 4 2

8 4 4

12 4 4 4

Fonte: Andrea Bastian, 2014.

Após a tomada fotográfica, para a calibração no PhotoModeler é necessário iniciar um novo arquivo, escolhendo-se a opção Camera Calibration Project e inserir as fotografias no programa; o próprio sistema identifica o modelo de folha utilizado e executa de modo automatizado o processo, mostrando sua evolução em tela. Ao término do processo, é apresentado um relatório onde estão descritos os dados da calibração, resultados e sugestões caso haja necessidade de melhorar algum dos parâmetros obtidos.

Neste relatório é importante observar que o item Last error deve ter valor menor do que 1, o máximo RMS (Root Means Squared) deve ser menor que 0,5 pixel, o máximo residual deve ser menor do que 1,5 pixeis, sendo que o ideal para que se tenha um projeto preciso, é que todos os residuais sejam menores do que 1 pixel.

Caso necessário, para melhorar a qualidade da calibração, é possível referenciar interativamente os pontos que não foram detectados anteriormente, refazer o processo

de calibração removendo a opção 1 (Automatic Marking) no menu Options e verificando novamente a qualidade dos resultados. Ao término do processo, existe a opção de adicionar o arquivo de calibração à biblioteca do programa, ou salvá-lo em outro diretório, para que se possa utilizar em novos projetos.

Uma vez que se tenha o arquivo de calibração da câmera, passa-se ao processamento das imagens para a geração das ortofotos.

Nesse projeto foram utilizados dois arquivos de calibração, um para a objetiva de 12 mm e outro para a de 20 mm, gerados a partir da opção Single Sheet.

4.2.1.2 Restituição

As fotografias da fachada são carregadas no programa e, para se obter a orientação relativa, é necessário identificar os pontos homólogos em pelo menos duas fotos. Essa operação permite que o programa, a partir da interseção dos raios da fotografia, determine sua posição relativa e a posição dos pontos no modelo; na maioria dos casos, após a identificação de seis pontos homólogos já é possível realizar a orientação. O próximo passo é a criação das superfícies para geração do modelo geométrico, com aplicação de texturas reais obtidas através das fotos.

A etapa seguinte é a correção da escala e orientação do modelo, feita por meio da identificação de dois pontos que atendam aos seguintes critérios: estejam visíveis em várias fotos e em uma linha, eixo, elemento horizontal ou vertical, bem definidos. Assim é processada a orientação absoluta do modelo.

É importante verificar a qualidade dos pontos93 _{e os erros residuais encontrados, para} que o posicionamento do ponto da imagem seja melhorado. O erro residual máximo (RMS) é uma medida da qualidade do projeto e corresponde à distância, em pixeis, entre o ponto marcado (interativa ou automaticamente) em uma foto e a projeção associada a esse ponto no espaço tridimencional. Essa precisão pode ser afetada por fatores como a qualidade da calibração da câmera, os ângulos entre as tomadas fotográficas e a qualidade da orientação da foto (PHOTOMODELER, 2014).

93 _{A qualidade do ponto representa a precisão das coordenadas do ponto (Point Precision) . Estes valores}

Após a orientação externa, a determinação das superfícies e a aplicação das texturas, é possível a visualização do modelo fotorrealístico do objeto fotografado e a exportação de produtos (modelo wireframe, modelo fotorrealístico, ortofoto).

4.2.2 Orthoware

No programa Orthoware, o fluxo de trabalho consiste em carregar as fotos no programa, relacionar os pontos homólogos nas imagens, o que pode ser feito manualmente, ou por meio de um processo automatizado em que o sistema analisa as características de uma imagem e as relaciona com os pontos homólogos nas imagens restantes, formando pares de pontos com precisão de 1-3 pixeis (MARTOS et al., 2008).

Para a orientação interna não é necessário o arquivo de calibração da câmera, pois o sistema utiliza os parâmetros obtidos por meio do arquivo EXIF e dos pontos homólogos. Neste processo, a qualidade dependerá da maneira como foi feita a correlação desses pontos. Pode-se ter uma única calibração para todas as fotografias ou várias calibrações, uma para cada fotografia, caso tenham sido utilizados parâmetros diferentes da câmera no momento da tomada fotográfica. É importante ressaltar que é necessário um mínimo de oito pontos homólogos, em pelo menos três fotos, para que se possa executar a orientação.

Após a orientação, é gerada uma nova viewport (3DScene) em que são mostrados os pontos no espaço e o posicionamento da câmera nas tomadas fotográficas (Figura 77).

Figura 77 – Orthoware: viewport 3DScene

O passo seguinte é a definição da orientação absoluta do modelo, em que é definido um sistema de referência – rotação (eixos x; y; z) do modelo geométrico, o que pode ser feito através da seleção de três pontos (3D), em que o primeiro ponto selecionado define a origem dos eixos, os outros dois a direção dos eixos X e Y e o programa utiliza-se desses pontos para calcular a direção do eixo Z (regra da mão direita); de uma distância conhecida ou pela importação de coordenadas levantadas por topografia. A partir daí, já é possível gerar as superfícies e exportar a ortofoto.

O Orthoware permite a geração de superfícies por meio de nuvem de pontos (Point Cloud

Surface), de superfície definida por meio de duas ou mais primitivas ao longo de uma

direação (loft)94_{, malhas (mesh), de plano de retificação (rectification plane) gerado a}

partir de três ou mais pontos. Após a geração das superfícies é possível exportar a ortofoto definindo a(s) geometria(s) utilizadas (nuvem de pontos, plano de retificação, malhas etc.); a(s) fotografia(s) utilizada(s); e a resolução da imagem resultante (pontos por polegada).