Orientador: Aluir Porfírio dal Poz / Resumo: A obtenção de informações a partir da extração de feições em fotos aéreas e imagens de satélite é um dos principais objetivos da nova tecnologia de automação em Fotogrametria Digital. Este trabalho propõe a extração de rodovias, e a conexão de segmentos de rodovias extraidos por outros extratores de feições, utilizando modelos de contorno ativo ou snakes. Snakes foi introduzido há quase duas décadas e consiste em uma curva representada parametricamente e controlada por injunções fotométricas e geométricas: fotométricas, chamadas de força da imagem que atraem a curva snakes para a feição a ser extraída (rodovia); geométricas, geradas pelas forças internas que controlam a forma da curva snakes garantindo sua suavidade. Por ser um método de extração semi-automático, inicialmente o operador deve descrever a rodovia de maneira grosseira utilizando no mínimo seis pontos sementes. A partir desta posição inicial a curva snakes evolui a cada iteração fazendo com que a mesma se posicione sobre a borda da rodovia (feição a ser extraída) onde sua energia é minimizada. O método snakes foi implementado em linguagem C e testado na extração e conexão de segmentos de rodovia em imagens de alta (pixels menores 0.7m), média (pixels entre 0.7m e 2.0m) e baixa (pixels maiores 2.0m) resolução, mostrando-se bastante eficiente em todos os casos, mesmo na presença de obstáculos que perturbam o perfeito delineamento da rodovia. Através da extração de bordas de rodovia, em imagens de alta e média resolução, foi gerado um eixo interpolado e comparado com o eixo de referência utilizado para avaliação. Utilizando avaliações visuais e numéricas foi possível comprovar a boa acuracia do processo de extração e conexão de segmentos utilizando snakes. / Abstract: Obtaining information from the extraction of aspects from aerial photographs and satellite images is one of the main purposes of the new technology in Digital Photogrammetry. This study proposes extracting roads and linking the segments of the extracted roads by means of other extractors of aspects, by using models of active contour, or snakes. Snakes was introduced almost two decades ago, and it consists in a parametrically represented curve, controlled by photometric and geometric injunctions: photometric injunctions, called image power, that attract the snakes curve for the aspect to be extracted (road); geometric injunctions, generated by internal powers that control the shape of the snakes curve, thus insuring its smoothness. As it is a semi-automatic extraction process, the operator shall initially describe the road roughly, using at least six seed points. From this initial position, the snakes curve evolves at each iteration, placing itself over the road edge (aspect to be extracted), where its power is minimized. The snakes method was implemented in language C and tested in the extraction and link of road segments in images of high resolution (pixels lower than 0.7m), medium resolution (pixels between 0.7m and 2.0m) and low resolution (pixels higher than 2.0m), and it turned out to be very efficient in both cases, even in the presence of obstacles that disturb the perfect road outlining. With the extraction of road edges in high and medium resolution images, one interpolated axis was generated, and it was compared to the reference axis used in the evaluation. By using visual and numerical evaluations, it was possible to prove the accuracy provided by the process of extraction and link of segments that uses the snakes method. / Mestre

Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Resumo: Com a disponibilidade de câmaras digitais, dados de posicionamento por satélites (GPS) e sistemas inerciais (INS), tornaram-se possíveis novas aplicações que envolvem a obtenção de produtos cartográficos em quase tempo real (após o processamento dos dados coletados em vôo), como o monitoramento de desastres ambientais. Tais aplicações necessitam de informações georreferenciadas com características de rapidez e confiabilidade, que podem ser obtidas pela técnica fotogramétrica digital, apoiada pelos sensores que fornecem a orientação direta da câmara. Em geral, os parâmetros fornecidos pelos sensores de orientação utilizados para mapeamento não possuem a acurácia necessária para eliminar totalmente a paralaxe vertical do modelo e, por conseguinte, a visualização estereoscópica da cena fica prejudicada. Para resolver este problema, propôs-se uma metodologia que é baseada na compatibilização dos parâmetros de orientação direta (GPS + INS), mediante um modelo de coplanaridade modificado, num ajustamento pelo método dos Mínimos Quadrados. Os valores observados correspondem a pontos homólogos medidos automaticamente no modelo por técnicas de correlação por área. Após o refinamento dos parâmetros de orientação exterior (OE), as imagens são normalizadas por meio de uma reamostragem epipolar, com intuito de proporcionar uma melhor visualização estereoscópica da cena e auxiliar o processo de geração automática de Modelos Digitais de Terreno. Neste sentido, módulos computacionais foram desenvolvidos em linguagem C++ para a geração totalmente automática de estereomodelos em quase tempo real. Experimentos com dados simulados e reais foram conduzidos, na ordem de verificar a eficácia da metodologia com respeito a eliminação da paralaxe vertical do modelo e a acurácia das coordenadas no espaço objeto calculadas por intersecção...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: With the availability of digital cameras, satellite positioning systems (GPS) and inertial navigation systems (INS), new applications such as fast cartography and real time environmental monitoring became feasible. Such applications require georeferenced information with characteristics of speed and reliability that can be obtained by digital photogrammetry, using additional data from sensors of direct orientation. Generally, the parameters supplied by the sensors are under the required accuracy to elimine the vertical parallax in the model. To solve this problem, the methodology proposed in this project is based on the reprocessing of the parameters of orientation supplied by the sensors, using a modified coplanarity model. The observations are the images coordinates automatically measured in each image using an area-based correspondence method. After the EO parameters refinement, using the modified coplanarity model, the images are normalized through an epipolar resampling, in order to provide a confortable stereoscopic visualization of the model, since vertical parallax is eliminated, and to facilitate the process of automatic Digital Terrain Model generation. In order to test the proposed approach, computational programs were developed in C++ language, enabling the full automatic generation of estereomodelos in almost real time. Experiments with simulated and real data were performed, in order to verify the performance of the method with respect to y-parallax elimination and accuracy of reconstructed object space coordinates. These experiments are presented and discussed showing the effectiveness of the proposed approach for automatic generation of stereo models. / Mestre

Orientador: Aluir Porfírio Dal Poz / Resumo: A aquisição de informações espaciais é uma das tarefas mais dispendiosa e morosa na implantação e na manutenção de Sistemas de informação Geográfica (SIG's). Nos últimos 30 anos, inúmeras pesquisas foram realizadas objetivando o melhoramento do tempo e custo da aquisição de dados espaciais. No que se refere a aquisição de dados espaciais a partir de imagens digitais, é possível notar que os métodos desenvolvidos até então estão mais próximos desta meta quando os respectivos níveis de automação são mais altos. Como as soluções totalmente automáticas não estão ainda no mesmo nível de confiabilidade dos métodos manuais, soluções semi-automáticas combinando a habilidade natural de operadores humanos em tarefas de reconhecimento e a capacidade de algoritmos computacionais em realizar tarefas de medidas precisas e morosas, têm sido propostas. Seguindo esta tendência, este trabalho propõe uma metodologia semi-automática para a extração de rodovias em imagens digitais de média e alta resolução baseada no algoritmo de otimização global de programação dinâmica. É importante enfatizar que os trabalhos relacionados com extração de feições através de programação dinâmica sempre usam imagens de baixa resolução, na qual as rodovias manifestam-se como estruturas lineares. Ao contrário, rodovias em imagens de média e alta resolução se manifestam como faixas alongadas. Assim, como neste caso o objetivo básico é extrair o eixo da rodovia, este trabalho propõe uma modificação na função custo usada numa metodologia preexistente baseada em programação dinâmica, permitindo que o eixo central da rodovia seja precisamente extraído pela metodologia modificada. A diferença básica entre este método modificado e o original é uma função de injunção, proposta com o objetivo de incorporar características de bordas de rodovia...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The acquisition of spatial information is one of most expensive and time consuming tasks in developing and maintaining Geographical Information Systems (GIS's). In the last 30 years, countless researches have been accomplished aiming at improvement of spatial data acquisition time and cost. Related to the spatial data acquisition from digital images, it is possible to notice that the methods developed until now are closer to that goal when the respective levels of automation are higher. As fully automatic solutions are not in same level of reliability of manual procedures, semi-automatic solutions combining the natural skill of humans operators in recognizing tasks and the power of computational algorithm in carrying out precise and time consuming measurement tasks, have been proposed. Following this trend, this work proposes a semi-automatic methodology for road extraction from mediumand high-resolution digital images based on the global optimization algorithm of dynamic programming. It is important to emphasize that related works on feature extraction by dynamic programming always use low-resolution images, in which roads manifest as linear structures. As opposed to this, roads in medium- and high-resolution manifest as elongated regions. Thus, as in this case the basic objective is to extract the road centerline, this work proposes a modification of cost function used in a preexisting dynamic programming approach, allowing the road centerline to be precisely extracted by the modified method. The basic difference between this modified method and the original one is the proposed constraint function embodying some road edge characteristics, as e.g. the anti-parallelism of gradient vectors at two pixels situated on opposite road edges and belonged to the same road crosssection...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: Atualmente, sensores de posição e orientação podem ser adquiridos e integrados com um custo relativamente baixo, fornecendo resultados promissores em aplicações como o mapeamento. Neste contexto, câmaras digitais de pequeno e médio formato proporcionam novos horizontes aos processos de mapeamento, devido às diversas vantagens sobre sistemas convencionais, como custo reduzido, pequenas dimensões, menor peso e fácil manejo. Mas, fatores como estabilidade geométrica e resolução dos sensores ainda podem se tornar limitantes para determinadas aplicações, devendo ser observados e corrigidos nos processos de produção. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo o estudo e implementação de hardware e software para permitir o sincronismo entre o receptor GPS e câmaras digitais para aplicações de mapeamento. O sincronismo baseou-se no uso do sistema operacional Linux com modificações em seu núcleo, juntamente com o software NTP, responsável por sincronizar o relógio do computador usando uma referência de tempo externa, no caso o PPS de um receptor GPS. A validação foi realizada comparando-se diretamente os instantes registrados pelo sistema comercial SPAN-CPT e a técnica proposta neste trabalho. Além disto, os Centros Perspectivos determinados pelas técnicas implementadas foram usados em experimentos com fototriangulação de um bloco de imagens, possibilitando a análise das discrepâncias da fototriangulação nos pontos de verificação. O resultado do sincronismo apresentou pequenas discrepâncias em relação ao sistema comercial, implicando na determinação das coordenadas dos CPs com boa qualidade, permitindo seu uso em mapeamento e em outras aplicações. / Abstract: Currently, position and orientation sensors can be acquired and integrated with affordable costs, providing valuable results in mapping applications. In this context, small and medium format digital cameras are offering new horizons in mapping processes, due to several advantages when compared to conventional systems, like: low cost, low size, less weight and easy of handling. However, its internal stability and resolutions can limit use in some applications. This work aims at the study and implementation of hardware and software components for synchronization of a GPS receiver and digital cameras for mapping applications. Synchronization was based on Linux operational system with a modified kernel, and NTP software, used to synchronize computer time with the GPS reference time, through the 1 PPS pulse. The validation of the implemented system was done by comparing directly the recorded events from a commercial navigation system (SPAN-CPT) and from the proposed techniques. Furthermore, the PC coordinate determined by these techniques were used in an aerial triangulation, enabling the analysis of discrepancies in the checkpoints. The result of the synchronization showed small discrepancies with the commercial system, resulting in the determination of the PC coordinates with good quality, enabling its use in mapping and several other applications. / Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Coorientador: Paulo de Oliveira Camargo / Banca: Edson Aparecido Mitishita / Banca: Julio Kiyoshi Hasegawa / Mestre

Resumo: Desde o advento dos primeiros satélites de Sensoriamento Remoto, vários são os estudos desenvolvidos com o intuito de utilizar as imagens produzidas por estes sensores para fins cartográficos. Apesar das imagens de baixa e média resolução não possuírem a precisão requerida para aplicações cartográficas em escalas grandes, existem vantagens como: serem imagens multiespectrais, possuírem periodicidade e menores custos para a sua aquisição, quando comparadas com as obtidas através dos tradicionais levantamentos aerofotogramétricos. Uma melhoria presente nos satélites de alta e média resolução é a capacidade de visada off nadir, o que permite à formação de pares estereoscópicos e a reconstrução 3D da cena imageada, a geração de modelos digitais de elevação (MDE) e a produção de imagens ortorretificadas, dentre outros produtos. Com os primeiros pares estereoscópicos adquiridos pelo sensor HR-CCD (High Resolution Charge-Coupled Devices) do CBERS-2 (2004), surgiu a possibilidade de realizar estudos objetivando a geração de produtos cartográficos a partir desses estereopares... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Since the advent of the first Remote Sensing satellites, many studies have been developed with the intention of using the images produced by these sensors for cartographic purpose. Although these images of the average resolution do not possess the accuracy required for cartographic applications in big scales, their advantages include being multispectral, periodic repetition of acquisition, and lower cost when compared to images obtained through traditional aerial photogrammetric surveys. An improvement present in medium and high resolution satellites is their off nadir capacity, which allows 3D reconstruction based on stereoscopy, the generation of digital elevation models (DEM) and the production of orthorectified images, among others products. With the first stereoscopic pairs acquired by the CBERS-2 (2004) HR-CCD (High Resolution Charge-Coupled Device) sensor, the possibility now exists of realizing studies whose goal is generating cartographic products from these stereo pairs. Within this context, this work evaluated the geometric quality of a CBERS-2 HR-CCD stereo pair making use of the DLT (Direct Linear Transformation) mathematical model and Polynomial-Based Pushbroom model, available from the Leica Photogrammetry Suite (LPS) digital photogrammetry system by Leica Geosystems, classifying them in accordance with the Cartographic Accuracy Standards... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Júlio Kiyoshi Hasegawa / Coorientador: Maurício Galo / Banca: João Fernando Custódio da Silva / Banca: Hideo Araki / Mestre