Fotogrametria dinâmica: determinação fotogramétrica digital de deformações em elementos estruturais de madeira

Abstract

Esta tese de doutorado visa o desenvolvimento de tecnologia para a medição dinâmica de deformações em elementos estruturais de madeira. Medição dinâmica deve ser entendido como o processo para realizar mensurações acuradas de coordenadas de pontos de um objeto em processo de deformação ou de movimento. O estudo concentra-se em peças de madeira solicitadas por carregamento que provoque flexão. As deformações são determinadas em alvos espalhados pela peça de modo a permitir outros estudos. Por isso, a sua distribuição na superfície da peça foi objeto de minucioso planejamento. Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Tecnologia da Madeira, no Centro de Estudos Florestais e da Madeira da Universidade Federal do Paraná, onde as imagens das peças foram tomadas com câmera digital. Mantendo os mesmos parâmetros fotogramétricos, um painel com um conjunto de alvos também foi fotografado. As coordenadas dos alvos nos dois conjuntos de imagens foram processados simultaneamente pelo Bundle Method, tendo como parâmetros comuns os de calibração da câmera. Desta forma, num método que Mensuração de Processos Dinâmicos com Calibração Instrumental, as coordenadas de alvos em movimento foram mensurados num referencial espacial ao mesmo tempo em que a câmera era calibrada. Existe um método denominado “On Job Calibration”, onde, numa aerotriangulação, são introduzidos parâmetros adicionais, definidores da calibração da câmera e outras fontes de erros sistemáticos, como incógnitas, em mensurações estáticas. É importante notar que aqui, os dados para as mensurações de coordenadas são independentes dos dados para calibrar a câmera, tanto em tempo quanto em espaço. São tais dados, entretanto processados simultaneamente, baseando-se no pressuposto de que os parâmetros de calibração são os mesmos nos dois conjuntos de dados. Calibrar uma câmera significa, em termos práticos, determinar o valor numérico da distância principal; das coordenadas fotogramétricas do ponto principal; dos parâmetros das curvas de distorção radial simétrica e da distorção descentrada da objetiva, bem como de estatísticas que indiquem a qualidade dos resultados obtidos. A calibração da câmera é a garantia da eliminação de erros sistemáticos instrumentais no processo de mensuração. A exatidão alcançada nas experiências mostrou que a metodologia foi perfeitamente adequada para as exigências requeridas nesses tipos de ensaio, ou seja, na determinação precisa do deslocamento de alvos colados em locais escolhidos no corpo de provas.

This PhD Dissertation meant to develop a technology to perform dynamic measurements of deformations in wood structural elements. For dynamic measurement one must understand by the process of taking accurate measurements of points coordinates of an object in process of deformation or movement. The study was concentrated in wood structural pieces submitted to a load provoking flexion deformation. These deformations are to be measured in targets spread along the sample of wood board in a way to allow further studies. For this reason the distribution of the targets was subject of detailed planning. All the experiments were realized in the Laboratory of Wood Technology of the Forest and Wood Center of Science, of the Universidade Fedral do Paraná, where the images were taken with a digital camera. Keeping the same photogrammetric parameters a panel with a set of targets was also photographed. The coordinates of the targets on both set of images were simultaneously processed through the Bundle Method, keeping as elements of connection the camera calibration parameters. In this way, in a method that could be called of Measurements of Dynamic Process with Instrumental Calibration, the coordinates of the moving targets were measured on a three dimensional frame at the same time in which the camera was calibrated. There is a method named “On Job Calibration” where in an aerial triangulation, additional parameters are introduced to account for camera calibration and other sources of systematic errors in a static measurement process. It is important to point out that here the data for dynamic measurements and those for camera calibration are completely independent in time and space. All the data, however, were simultaneously processed, based on the assumption that the calibration parameters are the same for both set of data. Calibrate a camera means, in practical terms, to assign numerical values for the principal distance; coordinates of the principal point of photogrammetry; parameters of the radial and decentering distortion curves; as well as the statistics to qualify the obtained results. The calibration of a camera is a guarantee that instrumental systematic errors are eliminated of the measurement process. The accuracy reached on all the experiments, shows that the developed methodology is adequate to attend the requirements of this kind of essay, e.g. the accurate measure of the targets placed on the sample of wood board submitted to flexion.