Processamento Digital de Imagens

Processamento Digital de Imagens

Breve Revisão de Conceitos;

Grandezas Espectrais;

Reflectância espectral – Água, Vegetação & Solo;

Processamento Digital de Imagens – Definição;

Etapas do Processamento;

Imagens Coloridas.

Conceito: Sensoriamento Remoto

A ciência e a arte de obter informação sobre um objeto, área ou fenômeno através da análise de dados adquiridos por um instrumento, que não entra em contato direto com

o objeto, área ou fenômeno em investigação.

Sensoriamento

Remoto

Obtenção de dados

Distante

Conceitos Básicos

Alvos◦ São objetos ou fenômenos que possuem capacidade de refletir a

energia radiante incidente sobre eles, sendo definidos por seus comportamentos espectrais característicos, por exemplo, a água, o solo, a vegetação, as nuvens, etc

Reflectância espectral, Absortância & Transmitância

◦ Quando um fluxo i de REM incide sobre um objeto, três fenômenos podem ocorrer: uma parte do fluxo é refletida por ele - r; outra parte do fluxo penetra no objeto, sendo progressivamente absorvido - a; e parte consegue atravessá-lo - t, emergindo novamente para o espaço

Conceitos Básicos

ri

t

a

Objeto

Reflexão, transmissão e absorção de um fluxo de REM

Fonte: Steffen et al., 1982 - modificado

Grandezas Radiométricas

Os alvos ao interagir com a REM produzem variações espectrais significantes.

◦ Por exemplo, uma folha de uma planta tem cor verde por refletir predominantemente a cor verde, absorvendo mais os outros comprimentos de onda.

◦ Esta interação não ocorre somente na região do visível, mas pode ser encontrada ao longo de todo o espectro eletromagnético.

O padrão de resposta espectral, também conhecido como assinatura ou resposta espectral

Curvas características da refletância espectral da vegetação verde, solo nu seco e água limpa. Fonte: Lillesand & Keifir, 1995 - modificado

VISÍVEL INFRAVERELHO INFRAVERMELHO MÉDIO

PRÓXIMO

Absorção da REM pela água presentena vegetação e no

solo

Solo

Vegetação Água

70

60

50

40

30

20

10

0

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6Comprimento de onda (m)

Re

flect

an

cia

esp

ect

ral (

%)

FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA

PIGMENTAÇÃO ESTRUTURA PRESENÇA DE ÁGUA

CELULARAbsorção da REM

Pela clorofila

Reflectância Espectral - Água

A

Açude Coremas

Açude Mãe D'Água

B

Açude Coremas

Açude Mãe D'Água

Complexo Coremas/Mãe D'Água

A - Imagem TM/Landsat-5 - banda 3 (imagem da região do visível - vermelho)

· O açude Coremas apresenta alta refletância (tonalidade de cinza claro) devido à presença de material em suspensão enquanto que o açude Mãe D'Água apresenta boa transmitância (cinza escuro)

B - Imagem TM/Landsat-5 - banda 4 (imagem da região do infravermelho próximo)

· Ambos os açudes apresentam alta absorção e transmitância da REM.

Reflectância Espectral - Vegetação

A refletância da vegetação na região do visível está diretamente relacionada com a pigmentação.

No processo da fotossíntese, a vegetação aproveita de maneira diferenciada as radiações que compõem o espectro visível da luz branca.

Prisma

Apresentação didática da interação da vegetação com o espectro visível da luz branca. Fonte: Coutinho, 1995 - modificado

Violeta Vermelho

Laranja

AmareloVerdeAzul

Reflectância Espectral - Vegetação

100 80

50

30

20

10 8

5

3

2

1

Violeta

Índigo

AzulAzul-Verde

VermelhoExtremo

Infravermelhopróximo

Am

are

lo

verde Ver

melh

o

Lara

nja

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Comprimento de onda (m)

Reflectance espectral (%)

Antes do ataque da doença

Logo após o ataque da doença

Após um longo tempo da

vegetação ter sido infectada

pela doençaDiminui a re-fletância na região do ver-de.

Refletância característica das folhas de uma vegetação saudável e de uma vegetação doente Fonte: Colwell, 1960 - modificado

Aumenta a refletância na região do vermelho

Aumenta a refletância na região

do azul

Diminui a refletância na região do infravermelho próximo

Reflectância Espectral - Solo

Depende de vários fatores, complexos, variáveis e inter-relacionados, tais como: ◦ Umidade;◦ Composição granulométrica;◦ Rugosidade da superfície; ◦ Presença de óxido de ferro e presença de matéria

orgânica, dentre outros.

Solo

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

Comprimento de onda (m)

FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA

Banda 1 – região espectral do azul/verde (0,45 m – 052m)

Banda 2 – região espectral do verde (0,52m – 0,60m)

Banda 3 – região espectral do vermelho (0,63m – 0,69m)

Banda 4 – região espectral do infravermelho próximo (0,76m – 0,90m)

Banda 7 – região espectral do infravermelho médio (2,08m – 2,35m)

Banda 5 – região espectral do infravermelho médio (1,55 m – 1,75 m)

Imagens Landsat - 5 do litoral norte do estado do Rio Grande do

Norte de 17 de junho de 1989.

Processamento Digital de ImagensDefinição:

“Manipulação de uma imagem por computador de modo onde a entrada e a saída do processo são imagens”

Usar operações matemáticas para alterar os valores dos pixels de uma ou mais imagens;

Melhorar a qualidade da imagem para que o observador “veja melhor”;

Melhorar a qualidade da imagem para preparar a imagem para ser analisada pelo próprio computador (análise de imagens)

Processar uma imagem

Processamento Digital de Imagens

Inclui diversas áreas como:

Análise de recursos naturais; Meteorologia; Transmissão digital de sinais de televisão ou fac-símile; Análise de imagens biomédicas; Análise de imagens metalográficas e de fibras vegetais; Obtenção de imagens médicas por ultra-som, radiação

nuclear ou técnicas de tomografia computadorizada; Automação industrial: sensores visuais em robôs.

Processamento Digital de Imagens

Realce de Contraste

Processamento Digital de Imagens

Redução de Ruído

Processamento Digital de Imagens

Técnicas de PDI:permitem analisar uma cena nas várias regiões

do espectro eletromagnético;

extraem informação quantitativa da imagem;

realizam medidas impossíveis de serem obtidas manualmente;

possibilitam a integração de vários tipos de dados, devidamente georeferenciados.

Processamento Digital de Imagens

Cada célula tem sua localização definida em um sistema de coordenadas (x,y);

Cada célula possui um atributo numérico “z” que é o nível de cinza (DN – digital number);

O DN de uma célula representa a intensidade de energia eletromagnética (refletida ou emitida) medida pelo sensor;

223 223

223

223

205

205

205 205

180

180 180 90

30

30 30

Processamento Digital de Imagens O sistema visual humano não é muito sensível a variações de

intensidade (no máximo 30 diferentes tons de cinza); O computador consegue diferenciar qualquer quantidade de níveis

de cinza:

imagens de 8 bits – 28=256 níveis de cinza,

imagens de 10 bits – 210=1024 níveis de cinza, etc.

Etapas - PDI

Pré-Processamento

Realce

Classificação

Etapas - PDIPré-Processamento

Refere-se ao processamento inicial de dados brutos para calibração radiométrica da imagem, correção de distorções

geométricas e remoção de ruído.

Etapas - PDIRealce

Visa melhorar a qualidade da imagem, permitindo uma melhor discriminação dos objetos presentes na imagem. As técnicas

de realce mais comuns em PDI são: realce de contraste, filtragem, operação aritmética, transformação IHS e

componentes principais.

Etapas - PDI

Classificação

Na classificação são atribuídas classes aos objetos presentes na imagem.

“ Classificação é o processo de extração de informação em imagens para reconhecer padrões e objetos homogêneos e

são utilizados em Sensoriamento Remoto para mapear áreas da superfície terrestre que correspondem aos temas de

interesse.”

Cena 214/065 do sensor TMLANDSAT 5(1989)Composição Colorida RGB (Bandas 4,5 e 2)

Campina Grande - PB

Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 4,5 e 2)

Cena 214/065 do sensor TMLANDSAT 7(24/07/2000)Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 5,4 e 3)

Campina Grande - PB

Classificaçãode Padrões

Imagens Coloridas

•As imagens obtidas por sensores eletrônicos, em diferentes canais, são individualmente produzidas em preto e branco;

• As imagens coloridas são obtidas a partir da combinação das bandas 3 a 3, como por exemplo, banda 1, banda 2 e banda 3, ou, banda 2, banda 3 e banda 4. Ao negativo de cada banda é atribuída uma cor: azul, verde e vermelho.

•Ao projetar e sobrepor essas imagens, através de filtros coloridos, azul, verde e vermelho (cores primárias) é possível gerar imagens coloridas;

Imagens Coloridas

•A cor de um objeto vai depender da quantidade de energia por ele refletida, da mistura das cores e da associação das cores com as imagens.

Composição colorida da imagem TM/Landsat-5 de 17 de junho de 1984

A área destacada, contem uma vegetação com um alto índice de massa foliar, está representada pela cor verde escura

Canal 4

Canal 3

Canal 5Composição Colorida 543 (RGB)

Canal 4

Canal 3

Canal 5Composição Colorida 345 (BRG)

Imagens Coloridas

•Se um objeto é claro somente em uma das imagens originais, na imagem colorida ele é representado pela cor que foi associada a essa imagem original

•Se um objeto aparece claro em duas das imagens originais sua cor na imagem colorida vai ser a resultante da mistura entre as duas cores que forem associadas às imagens originais;

•Os exemplos 1 e 2 são as composições mais utilizadas. Nelas a cor dos objetos, em geral é falsa;

Imagens Coloridas

• A partir de imagens do visível, por exemplo, é possível gerar uma imagem colorida natural, desde que elas sejam associadas às respectivas cores:

Canal 1 – faixa da luz azul do espectro visível associamos a cor azul

Canal 2 – faixa da luz verde do espectro visível associamos a cor verde

Canal 3 – faixa da cor vermelha do espectro visível associamos a cor vermelha

Canal 2

Canal 1

Canal 3 Composição Colorida 321 (RGB)(falsa cor)