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)