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Sensoriamento Remoto Prática no ENVI Vitor Vieira Vasconcelos Carolina Moutinho Duque de Pinho Flávia da Fonseca Feitosa Cartografia e Geoprocessamento para o Planejamento Territorial Abril de 2017

Sensoriamento Remoto - Prática no Envi

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Sensoriamento RemotoPrática no ENVI

Vitor Vieira VasconcelosCarolina Moutinho Duque de Pinho

Flávia da Fonseca FeitosaCartografia e Geoprocessamento para o Planejamento Territorial

Abril de 2017

Roteiro da AtividadeRealizar uma comparação multitemporal entre a cobertura devegetação em SBC no período de 2004 e 2014 (1:150.000),utilizando imagens Landsat 5 e 8. Para isso aprenderemos:

PARTE I

Baixar imagens Landsat gratuitamente (geoportal NASA).

Interface de visualização do ENVI.

Fazer Stack (pilha) de bandas.

Composições coloridas.

PARTE II

Classificação de imagens.

Imagens Landsat Gratuitas: Portal EarthExplorer

https://earthexplorer.usgs.gov/Registro e Login

Earth Explorer

Earth Explorer

EarthExplorer

EarthExplorer

Landsat Archive

Collection 1 Higher-Level: Imagens ortorretificadas comcorreção atmosférica(ordem por e-mail)

Collection 1 Level-1Imagens ortorretificadas(download direto)

L8 = Landsat 8 (OLI)L4-5 = Landsat 4 e 5 (TM)

Ortorretificação

http://www.geoimage.com.au/services/imageprocessing

https://wiki.hexagongeospatial.com/index.php?title=Orthorectification

Correção Atmosférica

Antes Depois

http://www.hkcoastalwaterquality.tk/Methodology.html https://www.mapbox.com/blog/atmospheric-correction-comparison/

Earth Explorer

Earth Explorer

Earth Explorer

Earth ExplorerDownload direto dos dados de nível 1

Roteiro da Atividade PráticaTrabalharemos com imagens de duas datas:

08/09/2004 Landsat 5, sensor TM (ThematicMapper)

03/08/2014 Landsat 8, sensor OLI (OperationalLand Imager)

1. Entre no software Envi;

2. Abra todos os arquivos .tifs da pasta “03_08_2014_LANDSAT_8”.

Thematic Mapper (TM)

https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites

Bandas Comprimento de Onda (μm)

Resolução(m)

1 – Azul 0.45-0.52 302 – Verde 0.52-0.60 303 - Vermelho 0.63-0.69 304 – InfravermelhoPróximo (NIR) 0.76-0.90 30

5 - Infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1 1.55-1.75 30

6 - Termal 10.40-12.50 120* (30)7 - Infravermelho de ondas curtas (SWIR) 2 2.08-2.35 30

Relembrando – Landsat 5

Resolução Radiométrica – 8 bits

Relembrando – Landsat 8

https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites

Bandas Comprimento de Onda (μm)

Resolução (m)

1 - Ultra azul (costas/aerosol) 0.43 - 0.45 302 - Azul 0.45 - 0.51 303 – Verde 0.53 - 0.59 304 – Vermelho 0.64 - 0.67 305 – Infravermelho Próximo (NIR) 0.85 - 0.88 30

6 – Infravermelho de Ondas Curtas (SWIR1) 1.57 - 1.65 30

7 – Infravermelho de Ondas Curtas (SWIR2) 2.11 - 2.29 308 - Pancromático 0.50 - 0.68 159 - Cirrus 1.36 - 1.38 3010 – Termal (TIRS) 1 10.60 - 11.19 100 * (30)11 – Termal (TIRS) 2 11.50 - 12.51 100 * (30)

Resolução Radiométrica – 12 bits

Operational Land Imager (OLI)

A série Landsat

https://landsat.gsfc.nasa.gov/about/technical-information/

Interface do ENVI• Abrir os arquivos da pasta Landsat 8

• Abrir o shapefile com limite municipal de São Bernardo do Campo

Percebam:

1. Que cada banda é um arquivo Tif em separado;

2. Que além das bandas que esperávamos, B1, B2...., O primeiro arquivo é o BQA. É uma QualityAssessment Band. Para cada pixel, há informações de cobertura de nuvem, neve, sombreamento, sóque é necessário processamento específico para isso. Vamos fechar esta banda. Assim como as bandasdo Termal e a pancromática. Faremos isso daqui a pouco, vamos primeiro olhar nossas bandas.

1. Olhem a escala de visualização da imagem.

2. Agora na área do Layer Manager à esquerda, arraste o arquivo da banda 4 para o topo dalista.

3. Aliás esta banda corresponde a qual fração do espectro magnético?

1. Olhem a escala de visualização da imagem.

2. Agora na área do Layer Manager à esquerda, arraste o arquivo da banda 4 para o topo da lista.

3. Aliás este banda corresponde a qual fração do espectro magnético?

4. Clique com o botão direito sobre a banda 4 e em seguida na opção Zoom to Layer Full Resolution.

1. Olhem a escala de visualização da imagem.

2. Agora na área do Layer Manager à esquerda, arraste o arquivo da banda 4 para o topo da lista.

3. Aliás este banda corresponde a qual fração do espectro magnético?

4. Clique com o botão direito sobre a banda 4 e em seguida na opção Zoom to Layer Full Resolution.

5. Perceba que a escala mudou.

1. Repita os procedimentos anteriores para a banda 8.

2. E então respondam:

A. Há variação de escala?

B. Qual característica das imagens está controlando esta variação?

C. O que o comando Zoom to Layer Full Resolution faz?

• Nosso objetivo final é identificarclasses de cobertura do solo nasduas datas indicadas no início doexercício, para uma escala de1:150.000

• Que bandas vocês acham quepoderiam ser descartadas?

• Para descartar as bandasprecisaremos ligar o DataManager.

• No Data Manager podemos,abrir, fechar arquivos, verinformações sobre eles(metadados) e fazercomposições coloridas deimagens.

• Para fechar um arquivo basta selecionar ele no Data Managerclicar com o botão direito nele e em seguida na opção Close File.

• Feche as bandas BAQ, banda 8, 9, 10, 11 e BQA.

• Faça uma composição coloridacor verdadeira.

• Qual a combinação de bandasLandsat 8 necessária para issona sequência RGB?

• Para a composição clique noquadrado vermelho no DataManager e em seguida na bandaque deseja aplicar a corvermelha, em seguida clique nabanda que deseja aplicar a corverde e depois a azul. Por últimoaperte o botão Load Data.

• O software não permite fazer composiçõescoloridas a partir de arquivos avulsos.

• Assim teremos que consolidar todas as bandasiremos utilizar em um único arquivo TIFF.

• O software não permite fazer composiçõescoloridas a partir de arquivos avulsos.

• Assim teremos que consolidar todas as bandasiremos utilizar em um único arquivo TIFF.

• O comando que faz isso é o Layer Stacking.

• No Toolbox à direita escreva Layer Stacking, paraacessar o comando.

• Antes de realizar o Stack de Layers, vamos importar o arquivo vetorial com os limites do município deSBC

• Por quê? Porque vamos aproveitar o “Layer Stacking” para recortar nossa imagem e manter apenasnossa área de estudo.

• Após importar o arquivo vetorial, dê um duplo clique sobre o comando Layer Stacking.

• Selecione todos os layers.

• Vamos aproveitar para já recortar nossa imagem para nossa áreade interesse que é SBC. Selecione todos os layers e clique emSpatial Subset.

• Na caixa de diálogos Select Spatial Subset clique no botãoROI/EFV e selecione o layer do limite municipal de SBC

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• Na caixa Select Spatial Subset Veja que a quantidade deSamples (colunas) e Lines (linhas) da imagem semodificou.

• Em seguida clique em OK.

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• Na caixa de diálogos Layer Stacking Input file, clique em ok.

• Na caixa de diálogos Layer Stacking Parameters verifique na área Selected Files for Layer Stacking se asbandas estão em ordem crescente, caso não estejam clique no botão Reorder Files...

• Para trocar a ordem basta clicar no arquivo e arrastá-lo para o local escolhido.

• Em “Enter Output Filename”, selecione diretório e nome do arquivo de saída (extensão “.TIF”).

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• Abra o Data Manager para ver o resultado.

• Faça uma composição colorida cor verdadeira (Bandas RGB 4-3-2) e faça um Zoom to Layer Extent;

• No Layer Manager desligue as outras bandas.

• Mova o arquivo shapefile sobre a composição colorida.

• O Envi salva seus arquivos de forma padrão em formato HDR, que é um formato dedados matricial, popular para imagens.

• O QGIS abre este tipo de arquivo mas versões antigas do ArcGIs e outros software não,portanto é aconselhável converter para tif, formato que é aberto em qualquersoftware.

• Para tanto, selecione o arquivo que reune todas as bandas; vá ao menu File, Save as...(ENVI, NITF, TIFF, DTED)

• O Envi salva seus arquivos de forma padrão em formato HDR, que é um formato de dados matricial,popular para imagens.

• O QGIS abre este tipo de arquivo mas versões antigas do ArcGIs e outros software não, portanto éaconselhável converter para tif, formato que é aberto em qualquer software.

• Para tanto, selecione o arquivo que reune todas as bandas; vá ao menu File, Save as... (ENVI, NITF, TIFF,DTED)

• Vamos arrumar nosso dados. Vá até o Data Manager e feche todos osarquivos abertos;

• Abra a Imagem LANDASAT 8 em formato TIFF que você salvou;

• Abra a imagem LANDSAT5.tif na pasta “08_09_2004_LANDSAT_5”

• Abra o arquivo shapefile com o limite municipal de SBC.

• Faça composições coloridas cor verdadeira com cada uma das imagensusando o Data Manager (Landsat 5: 321 / Landsat 8: 432)

• A imagem Landsat5 ficará escura, para melhorar o seu contraste vá naferramenta de contraste rápido e mude para Optimized Linear

• Coloque a imagem Landsat8 por cima no Layer Managere em seguida a Imagem Landsat5, basta arrastá-las.

• Vamos testar alguns comandos de visualização parachecar o georreferenciamento das imagens.

• Dê um zoom na escala 1: 50.000

Portal

View Blend View Flicker

View Swipe

• Apresente a banda do infravermelho próximo de cada uma das imagens Landsat, aliás qual é o número desta banda em cada uma das imagens?

• No Data Manager, selecione “Load in Grayscale” e depois ajusteo histograma para “Optimized Linear”

• Dê um pan e puxe a imagem um pouco para cima para ver aárea dos reservatórios.

• Ligue o View Swipe.

• Agora é possível ver que há um bom “casamento” entre as imagens.

• Vamos visualizar a mesma imagem emjanelas distintas com composiçõesdiferentes;

• Primeiro vá no Menu Views, Two VerticalViews para dividir a atual View em duasjanelas verticais.

• Testem todas as opções de Views, depois volte para Two Vertical Views.

• Perceba que o Layer Manager foi aberta uma Nova View.

• Quando você clica dentro em um das Views, a View correspondente no LayerManager fica selecionada.

• Selecione a View da Esquerda e faça uma composição colorida cor verdadeiracom a imagem Landsat8;

• Selecione a View da Direita e faça uma composição colorida com as bandas doinfravermelho próximo, vermelho e verde, padrão RGB. Diga a numeração.

• Perceba que as imagens não estão apontando para a mesma área, para queisso ocorra utilizaremos o comando Geo Link Views (Menu, Views, Geo LinkViews)

• Perceba que as imagens não estão apontando para amesma área, para que isso ocorra utilizaremos o comandoGeo Link Views (Menu, Views, Geo Link Views).

• Clique em Link All, e deixe a janela da Direita comoprincipal.

• Teste a Ferramenta Fly para navegar na imagem, sempre na janela da direita e veja que a janelada esquerda acompanhará os movimentos.

• Utilize também os comandos de zoom: (Fixed Zoom in), (Fixed Zoom out), (Zoom toFull Extent) e (Zoom)

• Divida a tela em quatro Views (2x2). Faça as composições abaixo, visualize com um zoom em1:100.000 e link todas as janelas deixando a janela do canto superior esquerdo como principal.Composições: 432, 543, 654, 564

• Navegue com diferentes zooms e observe a variação de cor dos diferentes alvos.

• Qual a melhor composição para distinguir vegetação de área construída?

• Qual a melhor composição para ver diferenças de composição na água?

• Qual a melhor composição para ver diferenças de tipos de vegetação?

• Qual a melhor composição para observar as área de de solo exposto?

• Vamos navegar em alguns pontos.

• Deixe ativado o View com a composição colorida cor verdadeira. Vá ao Data Manager e abra oarquivo Pontos.anz. É um arquivo de anotação indicando três pontos da imagem onde iremos.Carregue-o .

• Clique sobre o nome dele no Layer Manager e dê um Zoom Extent to layer;

• Vá até a ferramenta Go to, copie as coordenadas do Ponto 1 e cole no espaço embranco do comando. Aperte enter.

• Em seguida Clique no comando Crosshairs

• Ponto 1 23°47'15.75"S,46°25'32.90"W

• Ponto 2 23°46'22.96"S,46°31'55.55"W

• Ponto 3 23°41'10.38"S,46°29'15.20"W

• Vá até a ferramenta Go to, copie as coordenadas do Ponto 1 e cole no espaço em branco do comando. Aperte enter.

• Em seguida Clique no comando Crosshairs , dê um som na área marcada pelo cursor.

• Ponto 1 23°47'15.75"S,46°25'32.90"W

• Ponto 2 23°46'22.96"S,46°31'55.55"W

• Ponto 3 23°41'10.38"S,46°29'15.20"W

• Coloque o zoom escala para 1:60.000 em todas as janelas e desligue a camada deanotação.

• Trata-se de uma área alagada, perceba que cada uma das composições reveladiferentes informações sobre a área.

• Repita os passos do exercício anterior e vá ao ponto 2. Só que agora visualize na escala1:250.000.

• Em qual das composições percebe-se melhor a diferença de composição entre as águas ádireita e a esquerda da ponte. Qual o motivo da composição escolhida ser melhor?

• Ponto 2 23°46'22.96"S,46°31'55.55"W

• Repita os passos do exercício anterior e vá ao ponto 3. Só que agora visualize na escala1:50.000. Desligue a camada de anotações.

• Ponto 3 23°41'10.38"S,46°29'15.20"W

• O que é este alvo que aparentemente na composição colorida cor verdadeira, parecevegetação?

• Como você descobriu ? Que elementos de fotointerpretação você utilizou para isso?

Parte IIClassificação de Imagens

1. Iremos Classificar a ImagemLandsat_8 utilizando dois métodos,um não-supervisionado e outrosupervisionado.

2. Feche todos os arquivos exceto aimagem Landsat_8.

3. Faremos primeiro uma classificaçãonão-supervisionada utilizando oalgoritmo ISODATA. Para issousaremos a ferramentaClassification Workflow doToolbox.

Classificação de Imagens

1. Selecione oArquivo a serclassificado, aimagemLANDSAT8.Em seguidaaperte obotão Next.

Classificação de Imagens

1. Selecione a opçãoNo Traning Data,pois será umaclassificação não-supervisionada eaperte o botão Next.

Classificação não-supervisionada

1. Selecione o número de classes para 8, queremos 4 no final.Urbano/solo exposto, água, vegetação, vegetação em área inundada.Entretanto colocamos mais classes para depois agrupá-las. Secolocamos o numero justo corremos o risco do classificador misturaras classes.

1. Na janela de Cleanup é realizada uma operação de generalização cartográfica, onde épassado um filtro (Smooth kernel Size) e polígonos formados por menos de um númerodeterminado de pixels são agregados a classe vizinha (Aggregate Minimum Size).

2. Deixe os valores padrões. Marque a opção Preview. Em seguida aperte o botão Next.

1. Salve o resultado rastere vetor em sua pasta output, com o nome n_sup_01.

2. Clique na Aba, AdditionalExport.

1. Salve o resultado em sua pasta output, com o nome n_sup_01_estatistica

2. Clique em Finish.

Percebam que o software retorna o resultado em dois formatos de dados:

uma imagem classificada e um shapefile, vetor.

1. Vamos mudar as cores das classes para poder melhor visualizá-las.

2. Clique com o botão direito em cima do resultado da classificação edepois em Raster Color Slice.

1. Vamos mudar as cores das classespara poder melhor visualizá-las.

2. Clique na opção Restore ColorSlices from File...

3. Carregue o arquivo cores-class.dsr na pasta paleta cores.

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Confirme

1. Vamos combinar as classes.

2. Primeiro vamos analisa-las. Ligue e desligue asclasses veja o tipo de cobertura entre elas e anote arelação entre as classes definidas pelo classificador eas classes que tínhamos como objetivo.

1. Vamos combinar as classes.

2. Primeiro vamos analisa-las. Ligue e desligue as classes veja o tipo de cobertura entre elas e anote a relação entre asclasses definidas pelo classificador e as classes que tínhamos como objetivo.

Classe original

Classe final

1 Água2345678

1. Vamos combinar as classes.

2. Primeiro vamos analisa-las. Ligue e desligue as classes veja o tipo de cobertura entre elas e anote a relação entre asclasses definidas pelo classificador e as classes que tínhamos como objetivo.

Classe original

Classe final

1 Água234567 Urbana8 Urbana

1. Vamos combinar as classes.

2. Primeiro vamos analisa-las. Ligue e desligue as classes veja o tipo de cobertura entre elas e anote a relação entre asclasses definidas pelo classificador e as classes que tínhamos como objetivo.

Classe original

Classe final

1 Água2 Veg3 Veg4 Veg5 Veg67 Urbana8 Urbana

1. Vamos combinar as classes.

2. Primeiro vamos analisa-las. Ligue e desligue as classes veja o tipo de cobertura entre elas e anote a relação entre asclasses definidas pelo classificador e as classes que tínhamos como objetivo.

Classe original

Classe final

1 Água2 Veg3 Veg4 Veg5 Veg6 Urbana7 Urbana8 Urbana

1. Vamos combinar as classes.

2. Primeiro vamos analisa-las. Ligue e desligue as classes veja o tipo de cobertura entre elas e anote a relação entre asclasses definidas pelo classificador e as classes que tínhamos como objetivo.

3. Vamos utilizar o comando Combine classes,, no parte de Post Classification no Toolbox

Classe original

Classe final

1 Água2 Veg3 Veg4 Veg5 Veg6 Urbana7 Urbana8 Urbana

1. Vamos combinar as classes.

2. Abra a caixa de diálogosCombine Classes Parameterse selecione o nosso resultadoda classificação

1. Faça as combinações de classes de entrada (input class) e classes de saída(output class) segundo a tabela ao lado.

2. Salve em sua pasta de output de dados com o nome n_sup_02Input

classesOutputclasses

Nome da

Classe final

1 1 Água

2 2 Veg

3 2 Veg

4 2 Veg

5 2 Veg

6 3 Urbana

7 3 Urbana

8 3 Urbana

2

3

1. Você poderá salvar o resultado em Vetor se quiser no comando Classification to Vector

1. Você poderá salvar o resultado em Vetor se quiser no comando Classification to Vector.

2. Salve com o mesmo nome da Classificação.

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Vetor sobreposto ao Raster

Depois, você pode converter o vetor .evf em .shp nocommando Classic EVF to Shapefile

Classificação supervisionada1. Deixe apenas aberto o Arquivo da imagem LANDSAT8 original e a classificação final em formato imagem. Feche o restante dos arquivos.

2. Entre no comando de assistente de classificação, Classification Workflow. Na caixa de Classification, clique em Browse para selecionar oarquivo.

3. Na Caixa Select Input File, Selecione todas as bandas do Arquivo LANDSAT8. Entretanto verifique que é possível selecionar apenas algumasbandas apertando a tecla Ctrl do teclado, enquanto se seleciona as bandas.

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Selecione a opção Use Training Data.

1. Adicione as Classes , conforme especificação abaixo.

2. Agora vamos coletar amostras de treinamento.

1. Agora vamos coletar amostras de treinamento.

2. Selecione a Classe Água. E em seguida dê um zoom em um dos lagos das represas. Desenhe retângulos dentro das áreas, Como na figura.Faça isso em pontos diferentes na imagem, para garantir que a amostra de água represente todos os tipos de pixels de água desta cena.

Vamos Carregar um arquivo de amostras previamente estabelecido. Vá em Load TainingData Set e carregue o arquivo amostras-treinamento.shp, dentro da pasta amostras.

1. Verifique se o Algoritmo selecionado é o MAXVER (MaximumLikelihood) e aperte o Next.

Em Cleanup, deixe as opções padrões e aperte Next.

Exporte com o nome supervisionada. Tanto o Raster quanto o Vetor

Exporte com o nome

supervisionada. Tanto o Rasterquanto o Vetor.

1. Vamos comparar os resultados das duas classificações.

2. Clique com o botão direito em cima da imagem supervisionada e em seguida naopção Raster Color Slices...

3. Clique em Change Color Table..

4. Em seguida escolha a opção Graphics Colors.

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1. Vamos comparar os resultados das duas classificações.

2. Clique com o botão direito em cima da imagem supervisionada e em seguida na opção RasterColor Slices...

3. Clique em Change Color Table..

4. Em seguida escolha a opção Graphics Colors.

1. Faça a mesma sequencia de procedimentos para a imagem não-supervisionada.

2. Sopreponha as duas e a imagem Landsat, utilize a transparênciapara comparar os resultados.