UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA

RUAN DELKA MEOHA

FOTOGRAMETRIA

Tubarão,

2010

RUAN DELKA MEOHA

FOTOGRAMETRIA

Trabalho de pesquisa apresentado à disciplina Física I, do Curso de Engenharia Civil, segundo semestre, como requisito avaliativo de Trabalho final da disciplina.

Professor

Tubarão,

2010

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................3

2 FOTOGRAMETRIA........................................................................................................5

2.1 CLASSIFICAÇÃO...........................................................................................................5

2.2 NOÇÕES BÁSICAS SOBRE FOTOGRAMETRIA.......................................................6

2.3 CÂMARA AÉREA..........................................................................................................6

2.4 PLANO DE VÔO.............................................................................................................8

2.5 COBERTURA FOTOGRAMÉTRICA............................................................................8

2.6 SUPERPOSIÇÃO LONGITUDINAL E LATERAL.......................................................9

2.7 ESCALA........................................................................................................................10

2.8 CLASSIFICAÇÃO DAS AEROFOTOS.......................................................................11

2.8.1 Orientação do eixo da câmera .................................................................................11

2.8.2 Sistema ótico..............................................................................................................11

2.8.3 Tipos de filmes aéreos...............................................................................................12

3 FOTOGRAMETRIA IRTERPRETATIVA.................................................................13

3.1 ESTEREOSCOPIA........................................................................................................13

3.2 PARALAXE DE IMAGENS.........................................................................................14

4 CONLUSÃO ...................................................................................................................15

REFERÊNCIAS ................................................................................................................16

1 INTRODUÇÃO

O termo Fotogrametria, etimologicamente, deriva do grego “photon - luz, graphos –

escrita, metron – medições”, ou medições executadas através de fotografias. Segundo ASP

(1980) conceitua a Fotogrametria como a arte, ciência e tecnologia de obtenção de informação

confiável sobre objetos físicos e o meio ambiente através de processos de registro, medição e

interpretação de imagens fotográficas e padrões de energia eletromagnética radiante e outros

elementos.

A ciência do processo consiste na análise das fotografias, tal como a interpretação dos

dados, além do desenvolvimento de modelos matemáticos que cumprem o mister de

relacionamento entre os espaços imagem e objeto envolvidos nas medidas dos dados com o

uso da tecnologia ao qual se refere.

O progresso histórico da Fotogrametria obteve suas primeiras contribuições em 350

a.c com o Filósofo Aristóteles por ter descrito o processo de projeção de imagens

opticamente. A prática da Fotogrametria teve início com o desenvolvimento do processo

fotográfico. Em 1839, quando Louis Daguerre de (1787-1851 França) anunciou o processo

fotográfico direto. Neste processo a exposição foi realizada em uma placa de metal

sensibilizada pela luz, com uma porção de iodeto de prata, dando origem ao processo

fotográfico dos dias atuais.

Um ano depois da invenção de Daguerre, um geodesista da Academia Francesa,

demonstrou que o uso de fotografias era viável no mapeamento topográfico, ocorrido em

1849 sob o comando do Coronel Aimé Laussedat do Corpo de Engenheiros do exército

francês. Durante vários anos o Coronel Laussedat investiu seu conhecimento e sua

persistência para o desenvolvimento da prática da fotogrametria aérea, com o uso de balões

para a tomada das fotografias. Porém, devido às dificuldades encontradas para obter

fotografias aéreas, migrou seus estudos para a prática da Fotogrametria Terrestre. Já em 1859

o Coronel Laussedat apresentou os resultados de seu trabalho e foi considerado o Pai da

Fotogrametria. No início do século XX o Dr. Carl Pulfrich iniciou experimentos com pares

estereoscópicos de fotografias. Sendo base para o desenvolvimento de vários dos

equipamentos restituidores.

Os próximos registros de uso intenso de fotografias aéreas foram no período da I e II

Guerras Mundiais explicado pela grande arma que a fotografia aérea como estratégia militar.

O primeiro registro de fotografia aérea obtida por um avião com uso em mapeamento foi do

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Capitão Tardivo, oficial britânico, que em 1913 apresentou um trabalho descrevendo o

processo em uma reunião da Sociedade Internacional de Fotogrametria em Viena, Áustria.

Durante a década de 30, várias empresas americanas e canadense de aerolevantamento

surgiram e alavancaram um desenvolvimento muito grande deste mercado nestes países. A

partir da década de 50, todos os progressos obtidos foram oriundos de evolução de técnicas e

equipamentos da aerofotografia. Destaca-se o uso de plataformas orbitais como a inserida na

espaçonave russa Sputnik I (1957) e na americana Mercury MA-4 que obteve centenas de

fotos orbitais de 70 mm de lado (1961).

A Fotogrametria aérea ganhou campo no desenvolvimento dos trabalhos de

mapeamento, reconhecimento, inteligência e estratégia bélica etc. E nos dias atuais, devido ao

grande desenvolvimento tecnológico, a Fotogrametria tornou-se uma ciência que busca a

automação dos processos com a finalidade de aumento da linha de produção, diminuição do

esforço operacional, crescimento tecnológico etc. Tem por finalidade determinar a forma,

dimensões e posição dos objetos contidos numa fotografia, através de medidas efetuadas

sobre a mesma, passando a atender não apenas ao cartógrafo, mas a uma extensa série de

técnicos ou especialistas, no amplo campo da fotointerpretação, dentro do qual está o

engenheiro, o urbanista, o geólogo, o geógrafo, o oceanógrafo, o meteorologista, o agrônomo,

o militar, o economista, etc.

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2 FOTOGRAMETRIA

Mapas topográficos modernos são invariavelmente produzidos por Fotogrametria.

Somente após o inicio da Fotogrametria foi possível a compilação de mapas topográficos em

pequenas escalas. Quase todas as fases de projetos, locação, construção e gerenciamento são

conduzidos, se não totalmente, em grande parte, pelos fotogrametristas, onde aplicam os

princípios da Fotogrametria em locação de estradas, arqueologia, automação de processos

industriais, mapeamento geração de modelos digitais de terreno e elevação planejamento de

superfícies, realidade aumentada, identificação de objetos presentes na superfície física,

robótica entre outros.

Para entendermos o processo da Fotogrametria iremos estudar os princípios básicos,

que serão abordados a seguir.

2.1 CLASSIFICAÇÃO

Uma das classificações adotadas para a fotogrametria é quanto à evolução dos

equipamentos e materiais envolvidos nos processos, podendo a mesma ser: fotogrametria

analógica, fotogrametria analítica ou fotogrametria digital.

Os métodos mais antigos de processamento dos dados fotogramétricos requeriam

instrumentos analógicos, devido à inexistência de computadores com capacidade para realizar

os cálculos necessários às várias etapas do projeto fotogramétrico; era a fotogrametria

analógica. O advento de computadores cada vez mais baratos e potentes, permitiu uma

redução da participação instrumental no processo fotogramétrico, levando a um aumento na

precisão e a uma sofisticação nos modelos matemáticos, trata-se da fotogrametria analítica.

Atualmente, com a maturidade da tecnologia de captura direta de imagens digitais e a

potência dos computadores para aplicações gráficas, a fotogrametria digital suplantou as

técnicas analógicas, reduzindo-se a participação instrumental apenas à fase de digitalização

das fotografias em “scanner”. O advento das modernas câmaras digitais já permite a

eliminação desta fase instrumental, de digitalização dos negativos fotográficos.

A Fotogrametria aérea é uma subdivisão da Fotogrametria, na qual as fotografias do

terreno são tomadas por uma câmara de precisão montada em uma aeronave. O termo

Fotogrametria Terrestre é utilizado quando as fotografias são tomadas de uma posição fixa no

terreno (normalmente conhecida). A Fotogrametria Espacial compreende todos os casos de

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fotografias ou imagens extraterrestres e as medições subseqüentes, nas quais a câmara estiver

fixada na terra, na lua, em um planeta ou num satélite artificial.

2.2 NOÇÕES BÁSICAS SOBRE FOTOGRAMETRIA

A fotografia aérea consiste no resultado de um grande número de normas,

especificações e cuidados relativos:

• ao avião ou ao vôo em si;

• à câmara aérea e à lente;

• ao filme;

• às condições atmosféricas.

Assim, o avião procurará manter-se, durante o vôo fotográfico, na mesma altura relativa,

seguir direção reta e uma velocidade uniforme. A câmara terá que estar orientada no sentido

de que o eixo ótico permaneça vertical (no caso geral, da fotografia vertical) e que os disparos

sejam uniformes; o filme deve possuir estabilidade dimensional; o tempo deve apresentar as

melhores condições de vôo fotográfico, sobretudo no que toca a nuvens.

2.3 CÂMARA AÉREA

Câmara fotogramétrica é uma câmara que possui certas características especiais. No

caso, o que determina a dissensão entre estas definições é o maior rigor métrico na definição

dos parâmetros que regem a câmara. Assim, pode-se extrair informação métrica e precisa das

imagens adquiridas por tal tipo de câmara.

As câmaras aerofotogramétricas são utilizadas em mapeamento fotogramétrico

(aerolevantamentos). As partes principais de que se compõe uma câmara fotogramétrica são o

cone e o magazine

Figura 2.3.1– Representação esquemática de uma câmara fotogramétrica

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No cone, localiza-se o sistema de lentes da objetiva, o diafragma, o obturador, o

suporte de filtros e a esquadria de registros. O sistema da objetiva é um conjunto de lentes que

deve direcionar os raios luminosos vindos do exterior em direção à imagem que será formada

no plano focal. O obturador é responsável pela abertura necessária do diafragma (um conjunto

de cortinas circulares concêntricas), de modo a se obter uma exposição desejada. Os filtros

podem ser aplicados caso se queira aplicar determinados efeitos em especial às imagens.

Convém ressaltar que a existência de filtros, caracterizados por sua transmitância (isto é, a

percentagem de energia luminosa que estes deixam passar de tudo o que chega até eles),

obriga maiores tempos de exposição dos filmes. Logo, estes devem ser utilizados apenas em

casos indispensáveis. A esquadria de registros comporta várias informações marginais como

marcas fiduciais, altitude de vôo, inclinação da câmara, número seqüencial, hora da tomada e

em alguns modelos a distância focal, virão a ser impressas em cada uma das fotografias.

Os principais parâmetros da câmara são:

• Tipo de Câmara e Tipo de Lentes – Possui informações sobre o nome do fabricante e

modelo da câmara, bem como das lentes utilizadas;

• Distância Focal – Vem da lei de Gauss. No caso de uma imagem tomada a grandes

distâncias, o valor de f é constante e igual à distância-imagem. Em geral, f assume

valores nominais de 88 mm, 150 mm ou 300 mm;

• Ângulo de Abertura – Em geral, pode assumir três valores principais: ângulo normal

75º, diminui a distorção radia aconselhado para vôos mais altos, grande angular 150º,

utilizadas para a confecção de cartas topográficas em escalas médias e grandes, e

supergrande angular 88º, utilizado em vôos de escalas pequenas.

• Eixo Óptico – É o eixo que contém os centros de curvatura de determinada lente. O

sistema de lentes da câmara possui para si um eixo óptico comum. A distância focal

efetiva nas proximidades do eixo óptico é chamada de distância focal equivalente

(Andrade, 1997).

Figura 2.3.2 Câmara aérea instalada no avião

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2.4 PLANO DE VÔO

Um avião fotográfico para executar a missão de cobertura fotogranétrica deve ter um

planejamento da operação, a qual, por sua vez, resulta de um estudo detalhado com todas as

especificações sobre o tipo de cobertura a ser executado. O tempo é fator importante.

Conforme o país, ou a região, existem áreas em que as características atmosféricas são

propícias ao vôo na maior parte dos meses do ano. Outras, entretanto, raramente favorecem a

execução de um vôo, como é o caso da região da floresta amazônica ou da região cacaueira da

Bahia, quase sempre cobertas por nuvens. A altura a ser voada varia com a escala da

fotografia, com o intervalo de curvas a ser usado e com a distância focal da câmara. A posição

do Sol é levada em consideração, uma vez que o excesso de sombra irá prejudicar detalhes

importantes que vão ser restituídos. É inconveniente o vôo com Sol a pino, porque não haverá

suficiente contraste entre muitos objetos do terreno.

O avião para cobertura fotográfica é um fator de muita relevância. Tem que possuir a

velocidade prevista para o projeto, o teto de vôo suficiente, uma boa estabilidade durante o

vôo, assim como o raio de ação necessário, a fim de ser evitada uma interrupção de uma

missão, o que resultaria em perda de tempo e de dinheiro. Uma vez preenchidas todas as

exigências, terá que ser adequadamente equipado, inclusive quanto ao conforto da tripulação e

do operador fotogramétrico.

Devido à condição de que cada linha de vôo fotográfico tem que seguir a mesma

direção, isto é, todas as faixas de fotografias resultantes têm que ser paralelas entre si, a

determinação da direção de um vôo é resultante:

a) do tipo de relevo da área a ser fotografada;

b) da configuração dessa área;

c) da capacidade de produção por parte da tripulação;

d) da orientação dos estereomodelos em relação à topografia e à posição do Sol.

2.5 COBERTURA FOTOGRAMÉTRICA

Para a representação do terreno por meio de fotografias aéreas, as fotografias são expostas

sucessivamente, ao longo de uma direção de vôo, formando uma faixa de vôo.

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Figura 2.5.1 Plano de vôo

Para a obtenção de estereoscopia, as fotografias são expostas em intervalos de tempo, onde as

fotos sucessivas de uma faixa tenha uma superposição de cerca de 60%. Nas faixas expostas,

paralelamente, para compor a cobertura de uma área é mantida uma distância entre os eixos

de vôo que garanta uma superposição de cerca de 25% entre duas faixas adjacentes. Deste

modo, as faixas podem ser “amarradas” pelos pontos de ligação determinados na área comum

e devem formar um bloco. A direção das faixas de vôo e a superposição variam com a forma

do terreno.

A cobertura fotográfica resulta imagens em negativo, a partir dos quais são geradas

cópias em positivos. Isto constitui um processo importante, uma vez que estes positivos, para

serem utilizados em fotogrametria, precisam estar de acordo com: a orientação do sistema

ótico da câmara, bem como as propriedades especiais do original.

Uma etapa indispensável no processo que resulta da cobertura fotográfica é a

preparação dos fotoíndices, os quais constituem a reunião de fotografias aéreas individuais,

nas suas posições relativas, fotografadas, em seguida, numa escala reduzida.

2.6 SUPERPOSIÇÃO LONGITUDINAL E LATERAL

A superposição longitudinal de uma fotografia aérea é planejado para prover

aproximadamente 60% de superposição entre fotografias. Isto permite a obtenção da

estereoscopia (3D) quando as duas fotografias são usadas em um estereoscópio. A

superposição entre faixas de vôo varia de 20% a 40% e é chamado de superposição lateral.

Para coberturas não-estereoscópicas, geralmente usadas em vôos de reconhecimento, a

superposição longitudinal pode ser de apenas 20% garantindo apenas a cobertura fotográfica

da área de interesse.

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Figura 2.6.1 Superposição longitudinal Figura 2.6.2 Seqüenciamento

2.7 ESCALA

A escala é a característica mais importante e informativa de uma fotografia aérea.

Conhecendo a escala de uma fotografia aérea é possível conhecer outras informações de

relevância como a área coberta por uma imagem.

Calcular a escala de uma fotografia aérea (E) é muito simples desde que sejam

conhecidos a altura de vôo (H) no instante da tomada da foto e a distância focal da câmara (f)

utilizada para obter a foto.

Assim, a relação matemática f/H nos dará a escala da fotografia aérea.

E = f /H

H’= Altura de vôo, centro

perspectivo ao solo

H= Altitude de vôo, Altura de vôo

+ Altitude média do terreno (Hm)

PP= ponto principal: pé da

perpendicular baixada do centro

óptico ao plano da fotografia;

Nadir= vertical

f= distância focal: distancia do

eixo óptico ao plano da fotografia

Figura 2.7.1

Figura 2.7.2

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2.8 CLASSIFICAÇÃO DAS AEROFOTOS

A fotografia aérea recebe uma classificação decorrente de alguns critérios como: a

orientação do eixo da câmara (vertical e oblíqua), o sistema ótico (simples ou múltiplo), além

de outras particularidades (em preto e branco, colorida, infravermelha, a radar, etc.)

2.8.1 Orientação do eixo da câmara

Fotografia vertical se trata de uma fotografia tirada com o eixo ótico na posição em

que se deve aproximar o mais possível da verticalidade com angulo inferior a 3º, é a

fotografia normal.

Fotografias oblíquas variam entre si conforme o grau de inclinação usado.

Figura 2.8.1

2.8.2 Sistema ótico

Quanto à ótica, ela pode ser simples, e é o sistema mais largamente utilizado na

fotografia aérea. Há também o sistema múltiplo, que consiste de duas ou mais câmaras

isoladas, montadas no sentido de serem obtidas imagens simultâneas em decorrência de

ângulos entre os respectivos eixos óticos.

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2.8.3 Tipos de filme aéreo

Os filmes aéreos usados para mapeamento estão normalmente disponíveis em rolos de

75 a 150m de comprimento com largura 25 cm. A estrutura do filme aéreo é composta de uma

base de estável de poliéster intercalada entre uma (ou mais) camada(s) finas de uma emulsão

foto-sensível e outra camada de apoio para proteção do poliéster. Esta base possui espessura

variável (0,06 a 0,18 mm) de acordo com as necessidades de estabilidade e comprimento do

filme.

Os atributos necessários para escolha de um filme são basicamente impostos pela

qualidade de imagem desejada e pela finalidade da Cobertura Aerofotogramétrica. Estes

atributos incluem a velocidade do filme, contraste, sensibilidade de espectro e resolução

(grãos de prata maiores ou menores). Dentro desta variação de espectro se encontram os

filmes Preto e Branco, Colorido e Infra-vermelho.

Preto e Branco: é mais usado nas fotografias aéreas pelo seu custo relativamente baixo e

pela sua resposta espectral ser bem próxima do espectro visível pelo olho humano. Desta

maneira, o usuário da fotografia aérea distingue pequenas variações de tons de cinza. Isto

permite a interpretação fácil de elementos naturais ou feitos pelo homem. Sua principal

desvantagem é que mesmo com o uso de filtros apropriados continua sensível à bruma

atmosférica o que reduz o contraste da imagem.

Colorido: Os filmes coloridos são filmes que apresentam uma riqueza muito grande

detalhes devido à apresentação de elementos em sua cor real. Isto facilita a interpretação

de objetos e cenas uma vez que muitos elementos são facilmente identificados quando

agrupam o atributo cor, como por exemplo, massas de água, que apesar de serem bem

caracterizados pela sua forma, nos filmes coloridos a sua identificação é muito facilitada

pela sua resposta espectral na imagem. Em compensação, os filmes coloridos possuem

muito mais sensibilidade aos fenômenos atmosféricos como bruma, névoa, poluição do

que o filme P&B. Até mesmo a variação de temperatura do instante da tomada da foto e o

ângulo de inclinação do sol têm efeito sobre a resposta obtida na imagem.

Infravermelho: As principais vantagem do filme infravermelho são melhor penetração na

névoa atmosférica do que no filme colorido normal, melhor realce das imagens de alguns

objetos na fotografia,principalmente com a delineação entre corpos de água e vegetação,

diferenciação entre folhosas e coníferas, distinção entre vegetação sadia e estressada. No

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caso da vegetação, a reflectância do comprimento de onda infravermelha de vegetação

saudável é muito maior que a reflectância do verde e vermelho da mesma vegetação.

Assim, um filme infravermelho colorido oferece uma variedade muito grande de tons de

vermelho. Com isso, variações no estado fitossanitário da vegetação (doenças, pragas)

podem ser detectadas com uso deste filme. Como desvantagens pode-se dizer que é muito

sensível ás variações de temperatura e umidade do objeto imageado bem como de seu

próprio material, portanto requerendo armazenamento em baixa temperatura e revelação

imediata após a exposição para evitar a degradação química de suas diversas camadas. Ele

não permite grandes variações no tempo de exposição com o risco de produzir resultados

não satisfatórios.

3 FOTOGRAMETRIA INTERPRETATIVA

A fotogrametria interpretativa é o reconhecimento e identificação de objetos e o

julgamento do seu significado, a partir de uma análise sistemática e cuidadosa de fotografias.

A interpretação de fotos é o ato de examinar as imagens fotográficas com o propósito de

identificar os objetos e determinar sua significância. A esta definição deve-se adicionar o

conceito de identificar o ambiente, porque muitos fatores críticos exigem que o processo seja

mais do que simplesmente identificar objetos individualmente.

De um modo geral, há vários estágios consecutivos durante a interpretação de fotos.

As imagens ou condições específicas, segundo CARVER (1982) devem ser detectadas

preliminarmente, identificadas e finalmente julgadas para então, ser avaliada sua

significância.

No campo da engenharia a fotointerpretação pode ser usada em estudos de localização

de estradas, exploração mineral, agricultura e planejamento urbano dentre outros.

3.1 ESTEREOSCOPIA

Imagens obtidas por fotografias tomadas a partir de dois centros de estação diferentes,

essa superposição conhecida como Recobrimento Longitudinal se observadas

simultaneamente cada uma por um dos olhos do observador, proporcionarão também a

sensação de relevo (3D). Por meio da Estereoscopia é possível a confecção de Cartas

Topográficas, num processo chamado Restituição, no qual um operador é capaz, a partir de

duas fotografias aéreas, ver a imagem de um terreno em três dimensões, sendo assim capaz de

desenhar o que vê num aparelho restituidor.

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Figura 2.8.1 Par estereoscópico

3.2 PARALAXE DE IMAGENS

A visualização em 3D de um par de fotografias consecutivas, só é possível, através do efeito que a paralaxe de pontos (que aparecem em ambas as fotos) provoca. A paralaxe absoluta de um ponto, portanto, é o deslocamento aparente que este ponto sofre, ao ser fotografado consecutivamente, de posições distintas no espaço.

Figura 2.8.1

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4 CONCLUSÃO

Esse trabalho contribuiu para uma nova visão das áreas de atuação do Engenheiro,

valorizando a importância de dominar conhecimentos sobre o avanço tecnológico da

fotogrametria e suas vantagens. Com o auxilio da aerofotogrametria proporciona o

conhecimento da superfície a ser trabalhada, o mapeamento topográfico, características do

terreno, podendo nos informar medidas e a fotointerpretação de objetos e significados de

grande relevância. Assim facilitando a atuação de profissionais de várias áreas como a

geografia, engenharia, metereologia, agronomia, arquitetura e urbanismo entre outros.

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REFERÊNCIAS

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LOCH, Carlos; LAPOLLI, Édis Mafra. Elementos básicos da fotogrametria e sua utilização prática. 3.ed. Florianópolis : UFSC, 1994.

______, Carlos. A interpretação de imagens aéreas: noções básicas e algumas aplicações nos campos profissionais. 3. ed. rev. e ampl. Florianópolis: Ed. da UFSC, 1993.

MARCHETTI, Delmar A. B; GARCIA, Gilberto J. Princípios de fotogrametria e fotointerpretação. São Paulo: Nobel Livraria, 1986.

PRINCÍPIOS da fotointerpretação. <http://webensino.unicamp.br/disciplinas/velhos/12070::apoio::9::Fotogrametria_-_Aplicacoes_na_Agricultura.pdf>. acesso em 10 nov.2010.

REDWEIK, Paula. Fotogrametria aérea. 2007 <http://www.inf.ufsc.br/~visao/1999/aline/foto.html>. Acesso em 09 nov. 2010.

SPOHR, Renato B. Fotogrametria e fotointerpretação Frederico Westphalen: UFSM, 2009.

TEMBA, Plínio. Fundamentos da fotogrametria. 2000. <http://www.ltc.ufes.br/geomaticsee/Modulo%20Fotogrametria.pdf.> Acesso em 10 nov. 2010.

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