A. Magalhães

H. Granja

J.A. Gonçalves

J.P. Pinho

L. Bastos

R. Henriques

Repositório Aberto da Universidade do Porto

myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Monitorização de praias e dunas usando fotografia aérea digital com georreferenciação directaJosé A. Gonçalves(1), Luísa Bastos(1), Helena Granja(2), José Luís Pinho(3), Renato Henriques(2), Américo Magalhães(1)(1) Faculdade de Ciências da Universidade do Porto(2) Universidade do Minho, Departamento de Ciências da Terra(3) Universidade do Minho, Departamento de Engenharia CivilmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Resumo da apresentação• Motivação• Descrição da metodologia• Análise da georreferenciação directa• Extracção automática de MDTs• ConclusõesmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Motivação• Estudo de monitorização do litoral de V. N. de Gaia realizado pela Universidade do Minho e Universidade do Porto para o Parque Biológico de Gaia.• Fotografia aérea digital é uma fonte de informação interessante, quer para extrair dados altimétricos, quer para fornecer base de imagem georreferenciada.• Pretende-se avaliar o grau de automatização desta metodologia, bem como a qualidade dos produtos resultantes.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Motivação2000myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Motivação2007myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Motivação2008Nov.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Motivação2009AbrilmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Metodologias aplicáveis• Levantamento topográfico (estação total)• Levantamento GPS Metodologias rigorosas mas demoradas; são também processos invasivos.• Varrimento LaserMetodologia muito adequada e automatizada masrelativamente cara.• Fotografia aérea digitalMetodologia menos automatizada mas de custo menor paraaquisição de dados.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Câmara aérea digital – ZI Imaging DMC• Dimensão da imagem13824 x 7680 pixeis  • Tamanho do pixel0.012 mm• Distância focal120 mm• Ponto principalx=0.000 mm, y=0.000 mm• Distorsões radiais insignificantes.• Bandas  Pan + RGB + NIRAquisição de imagens adjudicada à empresa Municípia.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Características do voo• Resolução de 10 cm no terreno.• Altura de voo cerca 1000 m.• Duas fiadas cobrem toda a região costeira de Gaia.• Georreferenciação directa.• Dois voos por ano, em Novembro e Abril.• Aquisição na maré baixa.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Plano de voomyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Características da esteroscopia• Razão B/H = 0.3 .(relativamente baixa comparando com câmaras analógicas tradicionais)• Erro de 1 pixel numa paralaxe implica erro altimétrico de aproximadamente 30 cm.• Erro médio quadrático de 0.3 pixeis nas coordenadas imagem de pontos conjugados implica erro altimétrico de aproximadamente 14 cm.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Exemplo de imagem RGB7680 x 13824 pixeismyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracto de imagem CIR 480 x 640 pixeismyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extractos de imagem RGB200 x 100 pixeis 500 x 500 pixeismyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Análise da georreferenciação directa• Parâmetros de orientação externa obtidos por GPS+INS são fornecidos.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Análise da georreferenciação directa• Foram escritos programas em linguagem C, para vários cálculos com as equações de co-linearidade:– Projecção Objecto – Imagem (E,N,h)   (x,y)– Projecção Imagem – Objecto (x,y,h)  (E,N)– Intersecção de feixes (xL, yL, xR, yR)  (E,N,h)• Foram usados na análise dos parâmetros de orientação externa e posteriormente no cálculo de coordenadas de pontos conjugados.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Análise da georreferenciação directa• Vários tipos de testes efectuados:– Avaliação da intersecção de feixes.– Comparação de coordenadas e cotas de pontos calculadas a partir de pares estereoscópicos de fiadas diferentes.– Comparação de coordenadas e cotas de pontos obtidas fotogrametricamente com coordenadas medidas no terreno (GPS diferencial, dupla frequência).myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracção de MDT• Foi utilizado o software BLUH (Leibnitz University Hannover) para fazer a correlação automática.• Utiliza least squares matching with region growing.• Desvantagem: para cada imagem precisa de pelo menos um seed point.• Trabalha sobre imagens de 8 bits. Imagens pan-cromáticas da câmara DMC são de 12 bits. Houve necessidade de conversão para 8 bits.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracção de MDTmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracção de MDTmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracção de MDT• Coordenadas terreno dos pontos conjugados são calculadas pelo algoritmo de intersecção de feixes.• Pontos errados são eliminados através dum critério de tolerância na intersecção de feixes (valor máximo aceite foi de 30 cm).• MDT na forma de grelha com espaçamento de 1 m gerado por médias móveis .• Eventuais pontos errados que permaneçam são eliminados por filtragem. myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracção de MDTmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Extracção de MDTmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Avaliação da exactidão do MDT• Comparação de cotas de levantamento de campo (programa de monitorização regular do cabedelo).• Erros principais encontravam-se em areia húmida (pouco contraste reduz qualidade do stereo-matching).myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Criação de ortofotos• Ortorrectificação é conveniente para comparar imagens das diferentes épocas.• MDT extraído foi restringido às áreas com areia e rochas.• Ortorrectificação efectuada com MDT composto do MDT extraído e um outro gerado a partir de altimetria da cartografia  de escala 1:2.000.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Ortofoto com curvas de nível do MDT (voo 1)myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Ortofoto com curvas de nível do MDT (voo 2)myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Diferenças entre os dois MDT h > 1 m h < -1 mmyESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Conclusões• Metodologia muito eficiente para estudos de alteração de morfologia costeira.• Orientação externa resultante da georreferenciação directa muito rigorosa (melhor que 20 cm). Apoio terrestre desnecessário.• Extracção automática do MDT requer intervenção relativamente pequena do utilizador.• Comparação de MDTs de diferentes épocas permite avaliar com muito rigor alterações morfológicas das praias.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Trabalho futuro• Desenvolver maior automatização da extracção do MDT, reduzindo a intervenção do utilizador.• Tirar mais partido da resolução radiométrica do sensor (12 bits). Poderá ser melhorado o matching nas zonas de areia com menor contraste.• Utilização dos ortofotos com banda de infravermelho permitirá avaliar outros tipos de alterações.myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 Histograma da imagem de 12 bitsPraias

Monitorização de praias e dunas usando fotografia aérea digital com georreferenciação directa

Open Repository of the University of Porto

myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Monitorização de praias e dunas usando fotografia 
aérea digital com georreferenciação directa
José A. Gonçalves(1), Luísa Bastos(1), Helena Granja(2), 
José Luís Pinho(3), Renato Henriques(2), Américo Magalhães(1)
(1) Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
(2) Universidade do Minho, Departamento de Ciências da Terra
(3) Universidade do Minho, Departamento de Engenharia Civil
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Resumo da apresentação
• Motivação
• Descrição da metodologia
• Análise da georreferenciação directa
• Extracção automática de MDTs
• Conclusões
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Motivação
• Estudo de monitorização do litoral de V. N. de Gaia 
realizado pela Universidade do Minho e Universidade 
do Porto para o Parque Biológico de Gaia.
• Fotografia aérea digital é uma fonte de informação 
interessante, quer para extrair dados altimétricos, 
quer para fornecer base de imagem georreferenciada.
• Pretende-se avaliar o grau de automatização desta 
metodologia, bem como a qualidade dos produtos 
resultantes.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Motivação
2000
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Motivação
2007
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Motivação
2008
Nov.
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Motivação
2009
Abril
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Metodologias aplicáveis
• Levantamento topográfico (estação total)
• Levantamento GPS 
Metodologias rigorosas mas demoradas; são também 
processos invasivos.
• Varrimento Laser
Metodologia muito adequada e automatizada mas
relativamente cara.
• Fotografia aérea digital
Metodologia menos automatizada mas de custo menor para
aquisição de dados.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Câmara aérea digital – ZI Imaging DMC
• Dimensão da imagem
13824 x 7680 pixeis  
• Tamanho do pixel
0.012 mm
• Distância focal
120 mm
• Ponto principal
x=0.000 mm, y=0.000 mm
• Distorsões radiais insignificantes.
• Bandas  Pan + RGB + NIR
Aquisição de imagens adjudicada à empresa Municípia.
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Características do voo
• Resolução de 10 cm no terreno.
• Altura de voo cerca 1000 m.
• Duas fiadas cobrem toda a região costeira de Gaia.
• Georreferenciação directa.
• Dois voos por ano, em Novembro e Abril.
• Aquisição na maré baixa.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Plano de voo
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Características da esteroscopia
• Razão B/H = 0.3 .
(relativamente baixa comparando com câmaras analógicas tradicionais)
• Erro de 1 pixel numa paralaxe implica erro 
altimétrico de aproximadamente 30 cm.
• Erro médio quadrático de 0.3 pixeis nas coordenadas 
imagem de pontos conjugados implica erro 
altimétrico de aproximadamente 14 cm.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Exemplo de imagem RGB
7680 x 13824 pixeis
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Extracto de imagem CIR 
480 x 640 pixeis
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Extractos de imagem RGB
200 x 100 pixeis 500 x 500 pixeis
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Análise da georreferenciação directa
• Parâmetros de orientação externa obtidos por 
GPS+INS são fornecidos.
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Análise da georreferenciação directa
• Foram escritos programas em linguagem C, para 
vários cálculos com as equações de co-linearidade:
– Projecção Objecto – Imagem (E,N,h)   (x,y)
– Projecção Imagem – Objecto (x,y,h)  (E,N)
– Intersecção de feixes (xL, yL, xR, yR)  (E,N,h)
• Foram usados na análise dos parâmetros de 
orientação externa e posteriormente no cálculo de 
coordenadas de pontos conjugados.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Análise da georreferenciação directa
• Vários tipos de testes efectuados:
– Avaliação da intersecção de feixes.
– Comparação de coordenadas e cotas de pontos calculadas a partir de 
pares estereoscópicos de fiadas diferentes.
– Comparação de coordenadas e cotas de pontos obtidas 
fotogrametricamente com coordenadas medidas no terreno (GPS 
diferencial, dupla frequência).
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Extracção de MDT
• Foi utilizado o software BLUH (Leibnitz University 
Hannover) para fazer a correlação automática.
• Utiliza least squares matching with region growing.
• Desvantagem: para cada imagem precisa de pelo 
menos um seed point.
• Trabalha sobre imagens de 8 bits. Imagens pan-
cromáticas da câmara DMC são de 12 bits. Houve 
necessidade de conversão para 8 bits.
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Extracção de MDT
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Extracção de MDT
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Extracção de MDT
• Coordenadas terreno dos pontos conjugados são 
calculadas pelo algoritmo de intersecção de feixes.
• Pontos errados são eliminados através dum critério 
de tolerância na intersecção de feixes (valor máximo 
aceite foi de 30 cm).
• MDT na forma de grelha com espaçamento de 1 m 
gerado por médias móveis .
• Eventuais pontos errados que permaneçam são 
eliminados por filtragem. 
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Extracção de MDT
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Extracção de MDT
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Avaliação da exactidão do MDT
• Comparação de cotas de levantamento de campo (programa 
de monitorização regular do cabedelo).
• Erros principais encontravam-se em areia húmida 
(pouco contraste reduz qualidade do stereo-matching).
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Criação de ortofotos
• Ortorrectificação é conveniente para comparar 
imagens das diferentes épocas.
• MDT extraído foi restringido às áreas com areia e 
rochas.
• Ortorrectificação efectuada com MDT composto do 
MDT extraído e um outro gerado a partir de 
altimetria da cartografia  de escala 1:2.000.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Ortofoto com curvas de nível do MDT (voo 1)
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Ortofoto com curvas de nível do MDT (voo 2)
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Diferenças entre os dois MDT
 h > 1 m
 h < -1 m
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Conclusões
• Metodologia muito eficiente para estudos de 
alteração de morfologia costeira.
• Orientação externa resultante da georreferenciação 
directa muito rigorosa (melhor que 20 cm). Apoio 
terrestre desnecessário.
• Extracção automática do MDT requer intervenção 
relativamente pequena do utilizador.
• Comparação de MDTs de diferentes épocas permite 
avaliar com muito rigor alterações morfológicas das 
praias.
myESIG 2010 10-12 de Fevereiro de 2010 
Trabalho futuro
• Desenvolver maior automatização da extracção do 
MDT, reduzindo a intervenção do utilizador.
• Tirar mais partido da resolução radiométrica do 
sensor (12 bits). Poderá ser melhorado o matching 
nas zonas de areia com menor contraste.
• Utilização dos ortofotos com banda de infravermelho 
permitirá avaliar outros tipos de alterações.
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Histograma da imagem de 12 bits
Praias


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Monitorização de praias e dunas usando fotografia aérea digital com georreferenciação directa

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