O que é fotogrametria: como funciona, tipos e usos

O que é fotogrametria

A fotogrametria é a técnica que mede a forma, o tamanho e a posição dos objetos a partir de fotografias. Quando um mesmo ponto aparece em duas ou mais fotografias tiradas de posições diferentes, a sua posição no espaço calcula-se por triangulação. Com centenas ou milhares de fotografias sobrepostas, tiradas a partir de um drone, de um avião ou a pé, obtêm-se ortofotos, nuvens de pontos, modelos digitais do terreno e modelos 3D à escala real.

A ASPRS (a sociedade norte-americana de fotogrametria e deteção remota) define-a como a arte, a ciência e a tecnologia de obter informação fiável sobre objetos físicos e o ambiente através do registo, da medição e da interpretação de imagens fotográficas. Dito de forma mais prática: a fotografia deixa de ser só uma imagem e passa a ser uma medição.

Ao contrário do LiDAR, a fotogrametria é uma técnica passiva: não emite nada, aproveita a luz que já existe. Isso torna-a leve e muito eficiente em superfícies desimpedidas, e explica também os seus limites, que veremos mais abaixo.

Como funciona a fotogrametria

Pontos homólogos e triangulação

O princípio é o mesmo da visão com dois olhos. Um ponto homólogo é um mesmo pormenor do terreno (o canto de uma laje, uma pedra, uma marca de tinta) identificado em várias fotografias. Se se souber de onde e com que orientação foi tirada cada fotografia, é possível traçar o raio que vai de cada câmara a esse pormenor, e o ponto onde os raios se cruzam é a sua posição no espaço. Quanto mais fotografias o veem, e de ângulos mais diferentes, melhor fica situado.

Structure from Motion

A fotogrametria clássica precisava de conhecer de antemão a posição de cada fotografia e de marcar os pontos à mão. A atual usa Structure from Motion (SfM): o software deteta automaticamente milhares de pontos característicos em cada imagem, emparelha-os entre fotografias e resolve ao mesmo tempo a posição das câmaras, a sua calibração e as coordenadas dos pontos. O artigo de Westoby e outros na Geomorphology (2012) descreve como esta abordagem transformou a fotogrametria numa ferramenta de baixo custo para levantar o terreno.

Porque é que a sobreposição importa

Para haver pontos homólogos, cada parte do terreno tem de aparecer em várias fotografias. Por isso um voo fotogramétrico planeia-se com uma sobreposição elevada: longitudinal entre fotografias consecutivas da mesma fiada e lateral entre fiadas vizinhas. Como referência, a Pix4D recomenda em geral pelo menos 75 % longitudinal e 60 % lateral, e 85 % e 70 % em florestas e vegetação densa, onde as copas mudam muito de uma fotografia para a seguinte.

Do relativo ao real: escala e georreferenciação

Só com fotografias, o modelo tem a forma correta mas não sabe quanto mede nem onde está. A escala e as coordenadas vêm de duas fontes, que normalmente se combinam: pontos de apoio no solo (alvos medidos com GNSS RTK) e a posição de cada fotografia registada por um drone com RTK ou PPK (correção GNSS em tempo real ou em pós-processamento). Um conjunto à parte, os pontos de verificação, não entra no cálculo e serve para comprovar a precisão final.

Tipos de fotogrametria

Fotogrametria aérea com drone

É a mais difundida hoje em topografia e obra. O drone voa um plano automático a poucas dezenas de metros, com um tamanho de píxel de poucos centímetros, e cobre num dia o que a pé levaria semanas: nos nossos projetos, até 400 ha num só dia. Admite fotografias verticais (nadirais) para ortofoto e MDT e fotografias oblíquas para fachadas, taludes e modelos 3D. É o nosso serviço de fotogrametria com drone.

Fotogrametria aérea com avião

Câmaras métricas de grande formato a centenas ou milhares de metros de altura, para cartografar regiões ou países. É a base dos ortofotos oficiais: em Portugal continental, a Direção-Geral do Território disponibiliza ortofotos com 25 cm de resolução. Servem como cartografia de contexto, não para medir uma parcela ao centímetro.

Fotogrametria terrestre ou de curto alcance

A câmara vai na mão, numa vara ou num tripé, perto do objeto. Usa-se para fachadas, esculturas, peças, escavações arqueológicas ou elementos de património e, à escala de laboratório, para peças industriais. Em interiores e em instalações complexas costuma render mais a digitalização laser, que não depende da luz nem da textura.

O voo fotogramétrico passo a passo

1. Plano de voo

Tudo começa por decidir o que é preciso medir e com que pormenor. Daí sai o GSD (Ground Sample Distance, o tamanho de terreno que cada píxel representa) e, do GSD, a altura de voo: com a mesma câmara, voar ao dobro da altura duplica o tamanho do píxel. Fixam-se as sobreposições, a direção das fiadas, se são precisas fotografias oblíquas e a hora, para evitar sombras duras. Na mesma fase verifica-se o espaço aéreo e tratam-se as autorizações da zona.

2. Apoio no terreno

Colocam-se e medem-se com GNSS RTK os pontos de apoio (GCP) e os de verificação, distribuídos por toda a zona e não só no centro. Com um drone RTK/PPK são precisos menos, mas não convém dispensar os de verificação: são a única prova independente da precisão.

3. Captura

O drone executa o plano de forma automática, com velocidade e disparo calculados para manter a sobreposição. As fotografias verificam-se no campo antes de arrumar: uma zona sem sobreposição ou com fotografias tremidas não se resolve no escritório.

4. Processamento

• Alinhamento: o SfM emparelha as fotografias e calcula a posição de cada câmara.
• Ajuste aos pontos de apoio: o bloco é escalado e georreferenciado.
• Nuvem densa: calculam-se milhões de pontos com cor.
• Malha e textura: o modelo 3D contínuo, com a fotografia projetada por cima.
• MDS e MDT: o modelo de superfície (com edifícios e vegetação) e o do terreno nu.
• Ortofoto: o mosaico corrigido da perspetiva, sobre o qual se mede como numa planta.

5. Controlo de qualidade e entrega

Comparam-se as coordenadas do modelo com as dos pontos de verificação e documenta-se o erro no relatório. Depois entregam-se os produtos em formatos abertos.

O que se obtém da fotogrametria

• Ortofoto em GeoTIFF: uma imagem sem deformações de perspetiva, com escala uniforme e coordenadas.
• MDS e MDT: modelos de elevação da superfície e do terreno, em GeoTIFF ou em formatos de malha.
• Curvas de nível e perfis derivados do MDT, em DXF ou DWG.
• Nuvem de pontos densa com cor, em LAS/LAZ ou E57 (nos nossos voos, perto de 9,7 milhões de pontos por hectare). Explicamo-lo em o que é uma nuvem de pontos.
• Malha ou modelo 3D texturizado (OBJ, FBX, 3D Tiles) de edifícios, pedreiras ou sítios arqueológicos.
• Medições: volumes de depósitos e de movimentos de terras, áreas, distâncias.

Para o rever e partilhar sem instalar nada nem mover gigas, o VisionHub abre o ortofoto, a nuvem e o modelo 3D no navegador.

Precisão: o que esperar

Estes são os valores com que trabalhamos em fotogrametria com drone. A precisão de cada projeto depende do GSD, da geometria do voo e do apoio no terreno:

• Sem RTK nem apoio no terreno: a georreferenciação depende do GPS do drone; serve para inspeção visual, não para medir em coordenadas.
• Precisão de referência dos nossos voos: da ordem dos 5 cm.
• Apoiando o voo com pontos de controlo GCP medidos com GNSS RTK: 2-3 cm.
• Ortofoto: nos nossos voos, de 3,2 cm por píxel.

Não confunda resolução (o tamanho do píxel ou a densidade da nuvem) com precisão (quanto cada coordenada se aproxima da real). Um ortofoto de píxel muito fino mas mal apoiado pode estar deslocado muito mais do que um píxel. O valor que importa é o dos pontos de verificação: peça sempre o relatório.

Fotogrametria versus LiDAR

As duas produzem nuvens de pontos e modelos do terreno, mas por caminhos diferentes. O LiDAR mede distâncias com o seu próprio laser; a fotogrametria calcula-as a partir de fotografias. Contamo-lo do outro lado em o que é LiDAR.

A pergunta útil não é qual é melhor, mas o que há na zona. Se houver arvoredo e for preciso o terreno, drone LiDAR; se a zona estiver desimpedida e se quiser ortofoto, fotogrametria. Muitos projetos voam as duas.

Fotogrametria versus Gaussian Splatting

O Gaussian Splatting também parte de fotografias e confunde-se muitas vezes com a fotogrametria. Apresentado por Kerbl e outros em 2023, representa a cena com milhões de gaussianas otimizadas para reproduzir a sua aparência a partir de qualquer ponto de vista, com reflexos e transparências que uma malha fotogramétrica não capta. Mas não foi pensado para medir. A fotogrametria dá a cota; o splatting, a experiência visual. Combinam-se bem.

Para que serve a fotogrametria

• Topografia: MDT, curvas de nível e cartografia de parcelas e propriedades. Aprofundamos em o que é um levantamento topográfico.
• Obra civil e edificação: acompanhamento de obra, movimentos de terras, cubicações, telas finais de urbanização.
• Minas e pedreiras: volumes de depósitos e frentes, controlo da exploração.
• Património e arqueologia: fachadas, sítios e elementos singulares com textura real.
• Cadastro e urbanismo: ortofotos atualizados, áreas construídas, delimitações.
• Inspeção: coberturas, pavilhões e fachadas de difícil acesso sem meios de elevação.
• Agricultura e ambiente: ortofotos e modelos de superfície de culturas, leitos de rios e costas.

Software e equipamentos de fotogrametria

Os equipamentos de fotogrametria resumem-se a três peças: uma câmara de qualidade conhecida (integrada no drone, de grande formato no avião ou reflex em terra), um sistema de posicionamento GNSS (RTK/PPK no drone, um recetor para os pontos de apoio) e um software de processamento.

Em software, os mais difundidos no setor são o Agisoft Metashape, o Pix4D, o RealityScan (antigo RealityCapture, renomeado pela Epic Games em 2025) e o DJI Terra e, entre os de código aberto, o OpenDroneMap. Todos aplicam o mesmo princípio; as diferenças estão no controlo do ajuste, na velocidade e nos relatórios de qualidade. Com franqueza: o programa importa menos do que o plano de voo e o apoio no terreno. Nenhum software salva um voo com pouca sobreposição ou sem pontos de verificação.

Tabela-resumo

Como encomendar um trabalho de fotogrametria

Na LAURIA ESCÁNER fazemos o trabalho completo: planeamos o voo, medimos o apoio com GNSS RTK, voamos, processamos e entregamos o ortofoto, o MDT, a nuvem e o modelo 3D em formatos abertos, com o relatório de precisão. Somos operador de drones registado na AESA, a autoridade aeronáutica espanhola; o registo é válido em todos os Estados da EASA e, fora de Espanha, tratamos as autorizações com a autoridade aeronáutica de cada país. Temos sede em Madrid e trabalhamos em toda a Europa.

Diga-nos que zona é preciso medir, para quê e com que precisão: dir-lhe-emos se basta a fotogrametria, se convém o LiDAR ou se o melhor é combinar os dois. Toda a informação no nosso serviço de fotogrametria com drone.