SENSORIAMENTO REMOTO

CONTRASTEIntegrantes: Fabiana Márcia dos SantosBruno Henrique MachadoJanaíne Crislane Pereira

INTRODUÇÃO

Uma imagem digital é definida como sendo um conjunto de pontos,onde cada ponto (pixel) corresponde a uma unidade de informação do terreno. Temos x e y como coordenadas espaciais e o valor de f no ponto (x,y) representa o brilho. A imagem pode ser expressa numa forma matricial, coordenadas espaciais x e y, e o valor digital no ponto correspondente a f, é o nível de cinza do pixel daquele ponto. Os níveis de cinza são analisados através de um histograma, que representa a freqüência numérica ou porcentagem de ocorrência e fornecem informações referentes ao contraste.

A média dos níveis de cinza corresponde ao brilho da imagem, enquanto que a variância refere-se ao contraste. Quanto maior a variância, maior será o contraste da imagem.

REALCE DE IMAGENS

Esta técnica modifica, através de funções matemáticas, os níveis de cinza ou os valores digitais de uma imagem, de modo a destacar certas informações espectrais e melhorar a qualidade visual da imagem, facilitando a análise do fotointérprete.

As metodologias aplicadas permitem modificar as tonalidades de sombreamento - no caso de imagens em preto e branco - para que sejam melhor identificadas. Pode-se destacar os filtros lineares, não lineares e técnicas de equalização de histograma .

O recurso da falsa cor é simples e permite colorir a imagem com tonalidades diferentes, independentes das suas cores reais. Isso aumenta em muito a capacidade de discernimento da vista humana.

FILTRO LINEAR DIRECIONAL DE BORDA

O realce das bordas ocorre numa direção preferencial.. Assim, a máscara Sul realça limites horizontais, enquanto a máscara oeste realça limites verticais:

Filtro Linear Não Direcional de BordaÉ utilizado para realçar bordas, independentemente da direção. Na filtragem não direcional de borda, o SPRING sugere três máscaras, que diferem quanto à intensidade de altos valores de níveis de cinza presentes na imagem.A máscara alta deixa “passar” menos os baixos níveis de cinza, isto é, a imagem fica mais clara. Já máscara baixa produz uma imagem mais escura

OBJETIVO DO CONTRASTE

A manipulação do contraste de uma imagem tem como objetivo melhorar a sua qualidade visual sob critérios subjetivos ao olho humano. Esse processo não aumenta a quantidade de informação contida na imagem, mas torna mais fácil a sua percepção. É normalmente utilizada como uma etapa de pré-processamento.

Os sensores são capazes de discretizar os valores recebidos da cena em um intervalo máximo que vai de 0 até 255 (8 bits = 256 possíveis valores). Devido à má iluminação, defeitos do sensor ou mesmo às características da cena, o intervalo de valores de intensidade ocupados pelos pixels presentes em uma imagem, pode ser muito menor que esse intervalo máximo. Diz-se então que a imagem possui baixo contraste.       

O contraste de uma imagem é a medida do espalhamento do s níveis de intensidade que nela ocorrem .

Através da análise de um histograma pode verificar a variação do contraste A) Histograma espalhado = aumento do contraste de uma imagem. B)Histograma mais compacto = indica diminuição no contraste .

FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE CONTRASTEAo modificar o contraste de uma imagem, teremos

histogramas diferentes.A relação entre os dois histogramas gerados é especificado pela função de transferência de contraste

Será gerado uma curva plotada nos eixos X e Y., representando a intensidade da imagem modificada.

A curva da função de transferência possui um limite de 0 a 255,variando se o intervalo em relação ao original .

AUMENTO LINER DE CONTRASTEO aumento linear de contraste (ALC) é a maneira mais fácil de se

aumentar o contraste de uma imagem . Suas principais características são:O espaçamento igual das barras do histograma da imagem de saída .O histograma final terá formato semelhante ao inicial ,diferenciando seu valor médio e seu espalhamento.

A função de transferência é um reta com os parâmetros de inclinação da reta e ponto de interseção com o eixo X.

A inclinação controla o aumento de contraste e o ponto de interseção controla a intensidade média da imagem final .

O aumento linear de contraste consiste:g (x) = f  (x) . a + b  g(x)= novos valores f(x)= distribuição original b= constanteSe a>1 o contraste é aumentado a<1 o contraste é reduzido

OVERFLOW

Quando muitos valores de intensidade na imagem original são mapeados para o valor mínimo ou máximo na imagem original diz-se que, ocorreu uma saturação (overflow ) e uma perda de informação, pois os pixels que originalmente podiam ser diferenciados na imagem original agora possuem o mesmo valor de intensidade. No entanto isto pode ser um efeito desejado, por exemplo, quando as regiões escuras da imagem com pequenas variações radiométricas correspondem a áreas com o mesmo tipo de cobertura as quais não se deseja diferenciar.

Um procedimento de modificação de contraste útil é o mapeamento linear por parte sou pontos de quebra com a função de mapeamento caracterizada por um conjunto de pontos de quebra, que pode ser escolhido pelo usuário, figura 23. Funções de mapeamento não-lineares podem ser usadas para realçar detalhes específicos na imagem.

Uma função linear também utilizada é a função negativa. Ela realiza o mapeamento no verso dos níveis de cinza, revertendo a ordem do preto para o branco, de tal forma que pixels com intensidade clara serão mapeados para escuro e vice-versa. 

A escolha do mapeamento direto adequado é, em geral, essencialmente empírica, mas existe uma classe de métodos nos quais o mapeamento tem por finalidade produzir uma imagem cujo histograma tenha um formato desejado

FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA BILINEAR

Ele ocorre em apenas alguns intervalos de pixels, deixando o restante do histograma de forma original, ou seja, sem que haja alterações em outras partes da imagem.

O aumento bilinear é aplicado apenas em alguns pixels determinados.

Ele se compara ao aumento linear de contraste na medida em que ocorre o aumento linear em apenas duas ou mais partes do histograma,

A aplicação mais comum do aumento bilinear de contraste é produzir uma imagem com o histograma aproximadamente simétrico a partir de um histograma assimétrico.

É determinada uma media para a distribuição e segmentos de inclinação diferentes na função de transferência para os dois lados do histograma. Quanto menos espalhado for o histograma, maior será a inclinação.

Embora não seja comum, pode existir o aumento multilinear de contraste. Neste caso, uma função de transferência é definida por vários segmentos de reta, ou seja, cada segmento terá a sua função de transferência.

AUMENTO NÃO LINEAR DE CONTRASTE

O aumento linear de contraste (ALC), em algumas situações, não revelam sutilezas das imagem.

Nesses casos serão utilizados os aumentos não lineares de contraste, sendo que os mais comuns são:

EQUALIZAÇÃO DE HISTOGRAMA OU ACHATAMENTOÉ uma maneira de manipulação de histograma que

reduz automaticamente o contraste em áreas muito claras ou muito escuras, numa imagem. Expande também os níveis de cinza ao longo de todo intervalo. Consiste em uma transformação não-linear que considera a distribuição acumulativa da imagem original, para gerar uma imagem resultante, cujo histograma será aproximadamente uniforme

Este processo é obtido através de uma função de transferência que tenha uma alta inclinação toda vez que o histograma original apresentar um pico, e uma baixa inclinação no restante do histograma.

A utilidade deste método é que imagens com extensas áreas de intensidade uniforme serão bastante realçadas, com a possibilidade de que sejam revelados detalhes de contraste previamente não perceptíveis. Por outro lado, a informação representada por pixels com intensidade localizada nas extremidades do histograma será bastante comprimida em termos de contraste e, consequentemente prejudicada.

NORMALIZAÇÃO DE HISTOGRAMA OU AUMENTO GAUSSIANO DE CONTRASTE

Obedece as leis gaussianas de distribuição estatística. Neste histograma a media e o desvio padrão da distribuição são especificados.

Sua vantagem é o realce das partes extremas

Este processo deve ser usado para fazer composições coloridas com 3 bandas, pois as 3 bandas poderão ter seus histogramas com a mesma media e desvio-padrão obtendo-se assim um balanceamento de cores na composição.

AUMENTO LOGARÍTMICO DE CONTRASTE

O mapeamento logarítmico de valores de níveis de cinza é útil para aumento de contraste em feições escuras (valores de cinza baixos).

A função de transformação é expressa pela equação:

Y = A log (X + 1)onde:

Y = novo valor de nível de cinza X = valor original de nível de cinza A = fator definido a partir dos limites mínimo e máximo da

tabela, para que os valores estejam entre 0 e 255

A curva tende a ficar mais elevada nas partes com baixa intensidade de cinzas e tendendo a horizontal quando as intensidades são elevadas

AUMENTO EXPONENCIAL DE CONTRASTE

É utilizado quando se quer realçar as partes mais claras da imagem. Sua curva de transferência será uma função exponencial e os tons mais escuros serão comprimidos.

VANTAGENS E DESVANTAGENS

O contraste linear possui a vantagem de facilidade de implementação e interpretação porem, não é bem aplicável a distribuições complexas de DNs.

Já o contraste não-linear trabalham bem com distribuições complexas no entanto são de difícil implementação e interpretação além de afetarem a forma original do histograma, mudar a estrutura de informação da imagem e ter uma possível perda de informação.

AUMENTO QUASE LINEAR DE CONTRASTE

Também chamado de “Balance Constrast Enhancement” (Realce de contraste Balanceado), o aumento quase linear de contraste busca as vantagens dos aumentos linear e não-linear.

Implementado matematicamente, ele busca uma função parabólica ou cúbica que se aproxime de uma reta

Possui grandes vantagens:Uma delas é que o usuário pode controlar os 5 parâmetros que controlam o aumento de contraste:DN mínimo e máximo;MédiaValores máximo e mínimo de corte

Preserva o formato original do histograma Evita a perda de informação Evita a tendenciosidade na distribuição de cores

É utilizada para produção de imagens que possuem contraste balanceado.

É necessário que o software utilizado tenha essa função em sua biblioteca, o que não é muito comum nos atuais.

Existem vários métodos de aumentar o contraste das imagens, sejam elas espaciais ou não, e o método que será escolhido depende do resultado que se deseja alcançar.

As características do histograma e da imagem a ser contrastada devem ser observadas para melhor aplicação do método escolhido, pois cada um se aplica melhor a uma determinada situação. Entretanto a ferramenta mais usual é a de aumento linear porque imagens com boas características visuais e de fácil interpretação.

CONSIDERAÇÕES

REFERENCIAS

www.inpe.br

http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/tutorial/introducao_pro.html

Processamento digital de imagens de sensoriamento remoto. Álvaro p. Costa - Unicamp