Se você trabalha com drones, muito provavelmente já se deparou com a sigla GSD. Esta sigla é utilizada para representar o termo Ground Sample Distance (GSD) ou Distância de Amostragem do Solo.
Uma vez que irá afetar diretamente a acurácia dos produtos e subprodutos do mapeamento aéreo, este é o primeiro parâmetro que deve ser definido antes de se realizar levantamentos aerofotogramétricos.
Se você não sabe muito bem o que é GSD e como este funciona na prática, abaixo iremos apresentar algumas questões fundamentais acerca da sua utilização em Mapeamentos Aéreos Com Drones.
O Que é GSD ou Ground Sample Distance?
Para que você entenda com clareza o que é GSD, precisamos primeiro definir o que é um Pixel.
Pixel é um termo utilizado para definir a menor unidade de uma imagem digital que pode ser exibida e representada em uma interface gráfica. Este termo é derivado da expressão Picture Element ou Elemento de Imagem.
Quando damos zoom em uma imagem digital, é possível observar que esta é formada por pequenos quadrados. Cada quadrado representa a menor unidade da imagem, ou seja, um único Pixel.
Quando dizemos que determinada câmera apresenta qualidade de imagem de 20 megapixels, cada imagem obtida com esta câmera irá apresentar 20 milhões de pixels e será representada digitalmente por 20 milhões de pequenos quadrados.
Se esta câmera está acoplada a um drone e obtém imagens durante um levantamento aéreo, é simples entender que cada pixel na imagem irá representar uma pequena área da superfície terrestre. Esta área é o que chamamos de GSD ou Ground Sample Distance.
Para facilitar a sua utilização, o GSD é sempre expresso em uma única dimensão, normalmente, em centímetros. Quando estipulamos que um levantamento aéreo terá um GSD de 5 cm, estamos nos referindo ao fato que cada pixel na imagem será formado por um quadrado que representa uma área de 5 x 5 cm da superfície terrestre.
Da mesma forma, se observamos um objeto na superfície terrestre representado por 4 pixels em um levantamento aéreo com GSD de 5 cm, é fácil inferir que a área deste objeto será calculada por 4 pixels x 5 cm x 5 cm ou 100 cm2.
Para quem trabalha com drones, definir adequadamente qual será o GSD utilizado em um projeto é sempre fundamental. Este parâmetro estará estritamente relacionado à acurácia dos produtos e subprodutos do levantamento aéreo.
Na maioria dos equipamentos, o cálculo do GSD é realizado automaticamente ao planejar voos. Porém, é fundamental que você compreenda todos os fatores de interferência para que seja capaz de ter um pensamento crítico antes de executar voos.
Para ajudá-lo a entender como atingir GSD mínimos, abaixo irá encontrar uma descrição sucinta das principais variáveis que devem ser levadas em consideração para a definição do GSD em um Mapeamento Aéreo Com Drones.
O Que Interfere no GSD Em Um Mapeamento Aéreo Com Drones?
Agora que você já sabe o que é GSD, será mais simples entender quais variáveis interferem no GSD em um levantamento aéreo.
Três fatores são crucias neste momento, a qualidade da câmera, a altura de voo e as características do terreno sobre o qual será realizado o levantamento aéreo.
Em geral, levantamentos aéreos com drones exigem GSD’s na ordem de 1 a 5 cm. Em alguns casos, exige-se GSD’s ainda menores.
O fato de drones serem capazes de atingir detalhamentos visuais tão pequenos, é um dos principais motivos por trás da popularização desses equipamentos em projetos de engenharia, os quais quase sempre exigem produtos de alta acurácia.
Abaixo, você irá encontrar uma descrição sucinta das principais variáveis que irão afetar o GSD em um Mapeamento Aéreo Com Drones.
1 – Resolução da Câmera
A resolução da câmera é o primeiro fator a ser levado em consideração quando falamos em GSD. Porém, este não deve ser considerado isoladamente.
É compreensível que quando maior a resolução da câmera, maior será o número de pixels em uma imagem, consequentemente, o GSD será menor. Ou seja, cada pixel irá representar uma área menor da superfície terrestre.
Entretanto, mesmo câmeras de alta resolução podem não ser tão vantajosas como se espera. Por exemplo, se estas estiverem associadas a sensores pequenos, podem acabar gerando imagens pouco nítidas, comprometendo o GSD de um levantamento aéreo.
Da mesma forma, a abertura da câmera, a distância focal, o gimbal e o tipo de obturador do drone também irão afetar a qualidade das imagens aéreas. Por isso, antes de investir em uma aeronave, esteja sempre atento a todas às especificações do equipamento que podem afetar diretamente a qualidade do imageamento aéreo.
Para saber um pouco mais sobre especificações de aeronaves voltadas para levantamentos aéreos, recomendados que acesse o conteúdo da GeoSense intitulado Como Escolher Um Drone Para Mapeamento?.
2 – Tamanho dos Sensores
Como exemplificado anteriormente, o tamanho dos sensores é uma variável de extrema importância, estando diretamente relacionada à quantidade de luz capturada pela câmera.
Nas especificações de um drone, esta variável é representada em polegadas. Por exemplo, a câmera de drones DJI Phantom 4 apresentam tamanho de 1 polegada ou 1”.
Na prática, sensores maiores são capazes de capturar mais luz em espaços de tempo mais curtos, enquanto sensores menores irão precisar de tempos maiores de exposição para capturar uma mesma quantidade de luz.
Esta é uma desvantagem considerável que pode até mesmo inviabilizar a condução de projetos de grande extensão ou que exigem uma alta qualidade de imageamento aéreo.
Por isso, não deixe de conferir o tamanho dos sensores antes de realizar uma compra. Nunca compre um drone apenas pelas promessas de resolução de imagem que ofertam, principalmente se o seu objetivo é trabalhar com fotogrametria digital.
3 – Abertura da Câmera
Assim como o tamanho dos sensores, a abertura da câmera está relacionada à quantidade de luz que pode ser capturada durante um imageamento aéreo.
Entretanto, ao contrário do tamanho dos sensores, em alguns modelos de drones esta variável pode ser controlada, como é o caso de drones da série DJI Mavic 2 Pro.
Nas especificações do drone, a abertura da câmera é representada pela expressão F/Stops e você irá encontrar expressões como F/2.8, F/4 ou F/5.6. Quanto menor for este número, maior será a abertura da câmera, ou seja, mais luz poderá ser capturada.
Esta variável é de grande importância em levantamentos aéreos conduzidos em horários ou ambientes de pouca luz disponível. Se este for o caso, você irá querer trabalhar com aberturas como F/2.0 ou F/2.8.
Drones que apresentam abertura de câmera fixa normalmente já operam em aberturas de F/2.0 e este não será um problema com o qual você deve se preocupar.
Porém, mesmo com aberturas baixas, câmeras de baixa resolução não serão capazes de separar pontos de interesse quando a superfície terrestre estiver distante, o que pode comprometer a nitidez das imagens.
Da mesma forma, aberturas baixas associadas a câmeras de alta resolução e sensores pequenos podem gerar efeitos negativos de difração, distribuindo erroneamente a luz em vários pixels pequenos e comprometendo a nitidez da imagem como um todo.
Por isso é importante que você ajuste à abertura da câmera e a resolução de imagem de acordo com as condições de iluminação, altura de voo e outras variáveis de interesse ao levantamento aéreo.
Antes de planejar um levantamento, não deixe de lembrar que imagens de boa nitidez serão fundamentais para geração de Modelos 3D de alto detalhamento e GSD adequados.
4 – Distância Focal da Lente
A distância focal de uma lente se refere ao quanto e como este sensor será capaz de convergir a luz durante a captura de uma imagem aérea.
Esta variável irá trabalhar em conjunto com o tamanho dos sensores, abertura da câmera e resolução de imagem para conferir maior detalhamento visual das imagens capturadas durante um voo.
Quanto maior a distância focal de uma lente, menor será o seu ângulo de visão. Estas variáveis podem afetar o tamanho dos objetos capturados em uma imagem.
Objetos altos e distantes serão capturados com maior eficiência utilizando uma distância focal longa, enquanto objetos grandes e amplos podem ser capturados de forma mais efetiva utilizando distâncias focais curtas.
A maioria dos drones da DJI apresentam distância focal de 35 mm, embora esta não seja a distância focal verdadeira que deve ser considerada ao realizar cálculos de GSD.
Para isso, você deve dividir a distância focal indicada pelo seu fator de corte. Por exemplo, uma distância focal de 35 mm em um fator de corte de 25mm, irá apresentar uma distância focal verdadeira de 1.5. Este é o valor que você utilizará no cálculo do GSD.
5 – Altura de Voo
Por último e não menos importante, a altura de voo é outra variável fundamental no cálculo do GSD. Esta será a variável mais fácil de ser ajustada em um levantamento aéreo, uma vez que as especificações da câmera nem sempre podem ser ajustáveis, além de serem limitadas.
Se você chegou até aqui, já deve ter compreendido que câmeras de alta resolução e sensores maiores serão a melhor opção em termos de detalhamento visual de um levantamento aéreo.
Porém, mesmo que você não possua uma câmera de alta qualidade, é possível obter GSD’s adequados apenas ajustando a altura do voo. Isto acontece porque voos mais baixos sempre irão conferir GSD’s menores.
De modo grosseiro, podemos dizer que uma câmera de 20 megapixels voando a uma altura de 80 metros pode ser equivalente a uma câmera de 10 megapixels voando a 40 metros.
Isso quer dizer que, em alguns casos, é possível obter qualidade de imagem semelhante utilizando drones sensivelmente diferentes. Da mesma forma, um mesmo drone pode obter GSD’s diversos apenas alternando-se a altura de voo.
Esta possiblidade torna estes equipamentos muito versáteis. Entretanto, se você necessita voar mais baixo para atingir determinado GSD, isso também irá relacionar-se a um maior tempo execução de voo, na utilização de um número maior de baterias e em um número maior de imagens para cumprir o mesmo objetivo.
Além disso, é importante que você saiba que nem sempre o GSD calculado será o GSD real, isto acontece porque as variações de altitude e a topografia do terreno também afetam este parâmetro.
É simples compreender que uma objeto mais alto estará mais próximo da câmera do drone e o seu GSD será menor, enquanto objetos mais baixos irão conferir GSD’s maiores. Por isso, não se espante se após um levantamento aéreo você encontrar um GSD ligeiramente diferente do estipulado antes do voo.
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