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: Aluir Porfírio Dal Poz / Banca: Mauricio Galo / Banca: Fernando Marques de Almeida Nogueira / Resumo: Nesta pesquisa é proposta uma metodologia automática para a extração de segmentos de rodovia em imagens aéreas ou orbitais de diferentes resoluções (baixa, média e alta resolução). A metodologia é baseada no conceito generalizado de linhas em imagens digitais, pelo qual as linhas podem ser descritas por feições simétricas entre duas bordas paralelas. No caso específico de imagens de baixa resolução, onde as rodovias manifestam-se como entidades de 1 ou 2 pixels de espessura, as linhas coincidem com as próprias rodovias. Neste caso, a metodologia baseou-se nas seguintes etapas: Realce da malha viária; Aquisição dos limiares de histerese; Detecção de linhas com seleção automática de escala, utilizando o conceito de bordas paralelas; Limiarização por comprimento e Extração das linhas poligonais representando segmentos de rodovia através de algoritmos de poligonização. Em imagens de média e alta resolução as rodovias manifestam-se como faixas estreitas e alongadas e, conseqüentemente, o alvo de extração torna-se o eixo de simetria de cada rodovia. Neste caso, não é necessária apenas a primeira etapa da metodologia proposta para imagens de baixa resolução. Os resultados obtidos na avaliação experimental mostram, de forma geral, que o método proposto atendeu todos os critérios estabelecidos para a extração eficiente de segmentos de rodovias em cenas rurais, proporcionando resultados satisfatórios, de maneira inteiramente automática. / Abstract: In this research an automatic methodology is proposed for road segment extraction in aerial or satellite imagery in different resolutions (low, medium and high resolution). The methodology is based on the generalized concept of lines in digital images, by which lines can be described as center lines between two parallel edges. In specific case of low resolution images, where roads manifest as features of 1 or 2 pixels wide, lines representations coincide with the own roads. In this case, the methodology is based on the following steps: Road network enhancement; Acquisition of the thresholds of histerese; Road detection using the concept of parallel edges; Threshold by the line length criteria; and Polygon extraction representing road segments by polygonization algorithms. In medium and high resolution images roads manifest as narrow and elongated strips and, consequently, the extraction goal becomes the symmetric axis of each road. In this case, it is not necessary only the first step of the methodology proposed for images of low resolution. The results obtained in the experimental estimation indicate, in general form, that the proposed method met all the criteria established for the efficient extraction of road segments in rural scenes, providing satisfactory results, in a completely automatic way. / Mestre

Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Banca: Aluir Porfírio Dal Poz / Banca: Antonio Machado e Silva / Resumo: A partir da década de 1970, com o início dos programas espaciais civis para fins de sensoriamento remoto, foi possível observar, fotografar e analisar a Terra a partir de dados gerados por plataformas orbitais. Atualmente, embora os sistemas orbitais sejam equipados com sensores de orientação direta (GNSS, giroscópios, sensores de estrelas, dentre outros), nem sempre as imagens corrigidas a partir dos dados (efemérides e atitude) provenientes destes sensores apresentam a acurácia requerida para certas aplicações. Para solucionar este problema é necessário orientar indiretamente estas imagens com elementos de controle no espaço objeto (pontos, retas e/ou áreas) ou corrigir os parâmetros orbitais a partir destes elementos de controle. O objetivo principal deste trabalho consiste em estudar, adaptar e avaliar experimentalmente modelos matemáticos rigorosos para a Fototriangulação de imagens orbitais utilizando pontos e retas como controle de campo. Os modelos matemáticos que relacionam os espaços objeto e imagem se baseiam nas condições de colinearidade (pontos) e coplanaridade (retas). Estes modelos foram implementados no programa TMS, seguindo a abordagem de triangulação multissensor com controle multi-feições. As entidades do espaço objeto (pontos e retas) foram levantadas em campo com o uso de um receptor GNSS de dupla frequência. Foram realizados experimentos com dados simulados e reais referentes ao sensor CBERS-2B HRC. Nos casos estudados, não houve melhora significativa nos resultados ao aplicar a Fototriangulação em bloco, quando comparado à orientação individual das imagens. Verificou-se também que a combinação dos modelos de colinearidade (pontos) e coplanaridade (retas)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Earth observation and analysis became feasible since the 70s with the civil spatial programs for remote sensing purpose. Nowadays, orbital imaging systems are equipped with direct orientation sensors. However, the images corrected using the orientation data (ephemeris and attitude) provided by these sensors are not always suitable for applications that require high metric accuracy. As a consequence, it is necessary to estimate indirectly the orientation elements of these images using ground control elements in the object space (points, lines and area), or to correct the orbital parameters using these control elements. The aim of this work is to study, adapt and experimentally assess rigorous bundle block adjustment models for orbital imagery using points and lines as control elements. The mathematical models relating object and image spaces are based on collinearity (points) and coplanarity (lines) conditions. The models were implemented in the in-house developed software TMS (Triangulation with Multiple Sensors), considering the multissensor triangulation with multifeatures control (points and lines) approach. The object space entities were surveyed with a dual-frequency GNSS receiver. Experiments with simulated and real data from the CBERS-2B HRC sensor were accomplished. The results showed that applying the bundle block adjustment... (Complete abstract click electronic access below) / 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

Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Banca: Edson Aparecido Mitishita / Banca: Jorge Luis Nunes e Silva Brito / Banca: Julio Kiyoshi Hasegawa / Banca: Mauricio Galo / Resumo: Nos últimos anos observa-se uma crescente utilização de câmaras digitais em Fotogrametria, especialmente os modelos profissionais de câmaras de pequeno e médio formato. Isso porque os sistemas digitais comerciais de grande formato possuem custos elevados e um complexo sistema de gerenciamento, armazenamento e processamento das imagens. Além disso, as câmaras digitais de pequeno e médio formato possuem algumas vantagens que as tornam altamente atrativas, como: grande disponibilidade no mercado; flexibilidade quanto ao intervalo de focalização; são pequenas, leves e de fácil manejo e; possuem custos substancialmente reduzidos quando comparadas aos sistemas digitais de grande formato. Por outro lado, algumas limitações ainda estão presentes nestes modelos de câmaras, no que se refere à confiabilidade da geometria interna e à resolução dos sensores. Contudo, estudos de caso têm mostrado que estes problemas podem ser contornados, podendo-se utilizar todo o potencial deste tipo de sensor para mapeamentos temáticos, topográficos e cadastrais em áreas de pequeno e médio porte, com grande flexibilidade em relação aos sensores aéreos e orbitais convencionais. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a concepção, implementação física e testes reais de um sistema de aquisição de imagens digitais, formado por câmaras digitais de médio formato integradas a sensores de orientação direta, dispositivos eletrônicos e interfaces de hardware e software. Foram desenvolvidos também estudos, análises, algoritmos e programas computacionais de Fototriangulação com parâmetros adicionais (FPA), com dados de georreferenciamento direto, voltados ao sistema desenvolvido... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last years there is a growing use of digital cameras in Photogrammetry, mainly the small and medium format cameras, because of high cost and problems with the images management and postprocessing in the high end digital cameras. Besides, if the small and medium format cameras are calibrated they can provide quality data, together with their advantages: variety in the market; focalization flexibility; are small, light, easy handling and; have low cost if compared with the high resolution cameras. Although, these models of digital cameras have some limitations, like the interior orientation reliability and the resolution of the sensor. Some case studies have showed that these problems can be solved and the digital sensors can be used with success in thematic, topographic and cadastral mapping of small and medium areas, with high flexibility if compared with conventional aerial and orbital sensors. In this context, the aim of this work is the conception, development and real tests performing of a digital image acquisition system composed by medium format digital cameras integrated to direct orientation systems, electronic devices and hardware and software developments. Studies, analysis and computational programs related to block triangulation with additional parameters with direct orientation data were performed for establishing the interior orientation of the cameras that compose the acquisition system... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

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: Atividades inerentes à Fotogrametria e ao Sensoriamento Remoto que utilizam dados extraídos de imagens aéreas estão em constante desenvolvimento, seja pela inserção de novas tecnologias relacionadas com a aquisição desses dados, seja pelo estabelecimento de novos conceitos e métodos que permitem computá-los, transformando-os em informação. Essa transformação, dados-informação, é feita por vários processos entre os quais, alguns foram automatizados e outros necessitam da supervisão e da interação com um operador humano para realizá-la. Um dos fatores que impede a completa automação desses processos é a falta de conhecimento contextual prévio sobre a natureza dos dados. A detecção e a discriminação de elementos específicos em dados de imageamento aéreo constituem uma forma de adquirir esse conhecimento contextual. Este trabalho aborda esse problema de detectar e discriminar elementos específicos em dados de imageamento aéreo de regiões urbanas, especificamente: sombras, vegetação verde, corpos d'água, rodovias pavimentadas e telhados de edificações, bem como discriminar a natureza da elevação desses elementos, de forma que seja possível inferir se determinado elemento tem elevação própria, ou se estáao nível da superfície do terreno. / Abstract: Inherent activities to Photogrammetryand Remote Sensingthat use data acquired byaerial images are in constant development, due the useful of new hardware to acquire such data, or due the establishment of new concepts and methods that allow computing those data, transforming them in information. That transformation, data-to-information, is done by several processes. Some of these processes were automated and others still need the supervision and the interaction with a human operator to accomplish that transformation. A factor that obstruct the complete automation those processes is the lackof previous context-knowledge about the nature of those data. The detection and the discrimination of specific elements in aerial imagingdata constitute a wayto acquire that context-knowledge. This work approaches the problem related with the automatic detection and discrimination of specific elements in aerial imagingdata of urban areas, specifically: shadows; green vegetation; water bodies, paved-roads and roofs buildings, besides determiningthe nature of the elevation of those elements, in order to allow infer if a specific element has own elevation, or it is been at the level of the terrain surface. In order, to detect those elements, this workproposes new metrics, designed as enhancements indexes, to treat the elements of interest. / Orientador: Nilton Nobuhiro Imai / Coorientador: Antonio Garcia Tommaselli / Banca: José Alberto Quintanilha / Banca: Flávio Bortolozzi / Banca: Maria de Lourdes Bueno Trindade Galo / Banca: Júlio Hasegawa / Doutor

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