trabalho fotogrametria
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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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