Spring > Portugus > Manuais > Tutorial de Geoprocessamento > Descrio geral do SPRING ndice | PrximoSPRING: Tutorial de Geoprocessamento

Descrio geral do SPRING Introduo ao geoprocessamento Introduo ao Sensoriamento Remoto Introduo ao Processamento de Imagens Registro de Imagem Realce de Contraste Restaurao Filtragem Operaao Aritmtica Transformao IHS Estatistica Componentes Principais Segmentao de Imagens Classificao de Imagem Modelos de Mistura RADAR Estruturas de Dados Anlise Geogrfica Consulta ao Banco de Dados LEGAL Modelagem Numrica de Terreno Gerao de Carta

Descrio geral do SPRING O que SPRING? * Banco de dados geogrfico de 2 gerao, para ambientes UNIX e Windows. Os sistemas desta gerao so concebidos para uso em conjunto com ambientes cliente-servidor, geralmente acoplados a gerenciadores de bancos de dados relacionais, operando como um banco de dados geogrfico. O que Banco de Dados Geogrfico? * Banco de dados no-convencional onde cada dado tratado possui atributos descritivos e uma representao geomtrica no espao geogrfico. Os dados disponveis no banco podem ser manipulados por mtodos de processamento de imagens e de anlise geogrfica. Quais so as caractersticas principais? * Opera como um banco de dados geogrfico sem fronteiras e suporta grande volume de dados sem limitaes de escala, projeo e fuso, mantendo a identidade dos objetos geogrficos ao longo de todo banco.

* Administra tanto dados vetoriais como dados matriciais ("raster") e realiza a integrao de dados de Sensoriamento Remoto num Sistema de Informaes Geogrficas. Aprimora a integrao de dados geogrficos, com a introduo explcita do conceito de objetos geogrficos (entidades individuais), de mapas cadastrais, mapas de redes e campos. * Prov um ambiente de trabalho amigvel e poderoso, atravs da combinao de menus e janelas com uma linguagem espacial facilmente programvel pelo usurio (LEGAL - Linguagem EspaoGeogrfica baseada em lgebra), fornecendo ao usurio um ambiente interativo para visualizar, manipular e editar imagens e dados geogrficos. * Consegue escalonabilidade completa, isto , capaz de operar com toda sua funcionalidade em ambientes variando de microcomputadores a estaes de trabalho RISC de alto desempenho. * Sistema inovador, projetado inicialmente para redes de estaes de trabalho baseadas na arquitetura RISC e ambiente operacional UNIX. Desenvolvido usando tcnicas avanadas de programao, utilizando modelo de dados orientado-a-objetos, que melhor reflete a metodologia de trabalho de estudos ambientais e cadastrais. A interface interativa utiliza o "X Window System" e padro de apresentao OSF/MOTIF em ambientes UNIX e "Windows" em ambientes PCWindows. * Adaptado a complexidade dos problemas ambientais, que requerem uma forte capacidade de integrao de dados entre imagens de satlite, mapas temticos e cadastrais e modelos numricos de terreno. Adicionalmente, muitos dos sistemas disponveis no mercado apresentam alta complexidade de uso e demandam tempo de aprendizado muito longo, ao contrrio do SPRING. * Preserva o investimento dos usurios dos sistemas SITIM e SGI, uma vez que todos os dados gerados nestes sistemas podem ser totalmente aproveitados (inclusive com topologia) no novo ambiente. Quais so as vantagens do SPRING? * Contm algoritmos inovadores, como os utilizados para indexao espacial, segmentao de imagens, classificao por regies e gerao de grades triangulares com restries, garantem o desempenho adequado para as mais variadas aplicaes, complementando os mtodos tradicionais de processamento de imagens e anlise geogrfica. * Base de dados nica, isto , a estrutura de dados a mesma quando o usurio trabalha em um microcomputador na verso Windows e em uma mquina RISC (Estaes de Trabalho UNIX), no havendo necessidade de converso de dados. O mesmo ocorre com a interface, que exatamente a mesma, de maneira que no existe diferena no modo de operar o SPRING. Quais plataformas e perifricos so suportados? * Plataforma PC o Sistemas Operacionais: + Microsoft Windows, Spring verso 4.1, ou + Linux, Spring verso 3.7., ou + Solaris-X86, Spring verso 2.4 ou posterior. o Plataforma de hardware sugerida: + Processador compatvel com a linha IBM-PC, + Memria RAM > 128 Mbytes, + Disco rgido > 20 Gbytes, + Monitor de vdeo colorido SVGA, 17", + Unidade de CD-ROM R/W. * Estaes RISC-UNIX o Estaes SUN de arquitetura SPARC utilizando sistema operacional Solaris 2.4 ou posterior, ou o Estaes IBM RISC/6000, com sistema operacional AIX 3.2.5, ou

o Estaes Silicon Graphics, series IRIS 4D, com sistema IRIX 4.0, ou o Estaes Hewlett-Packard, series HP-700, com sistema HP-UX 9.0. * Hardware mnimo para estaes RISC-UNIX o 32 Mbytes de memria principal. o 50 Mbytes de espao em disco para instalao mnima do SPRING. o 100 Mbytes de espao em disco para os bancos de dados a serem criados pelo usurio. * O SPRING 4.1 conta com um programa automtico para instalao do sistema que pode ser adquirido via download pela WEB, ou atravs da aquisio do CD de instalao. Este programa carrega seletivamente os arquivos do instalador para o disco, em funo de parmetros fornecidos pelo usurio. * Perifricos como mesa digitalizadora, traadores grficos compatvel com HPGL e impressoras coloridas compatvel com PostScript tambm so suportados e podem ser integrados no sistema. Quais os mdulos disponveis? * 3 mdulos, IMPIMA, SPRING e SCARTA, com o objetivo de facilitar seu uso, compartimentando as funes de manipulao de dados geocodificados. * IMPIMA o Executa leitura de imagens digitais de satlite, gravadas pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), atravs dos dispositivos CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory ), CCT (Computer Compatible Tapes), "streamer" (60 ou 150 megabytes) e DAT (Digital Audio Tape - 4 ou 8mm) adquiridas a partir dos sensores TM/LANDSAT-5, HRV/SPOT e AVHRR/NOAA. Converte as imagens dos formatos BSQ, Fast Format, BIL e 1B para o formato GRIB (Gridded Binary). * SPRING o o mdulo principal de entrada, manipulao e transformao de dados geogrficos, executando as funes relacionadas criao, manipulao de consulta ao banco de dados, funes de entrada de dados, processamento digital de imagens, modelagem numrica de terreno e anlise geogrfica de dados. o As funes da janela principal, na barra de menus, esto divididas em: Arquivo, Editar, Exibir, Imagem, Temtico, Numrico Cadastral, Rede, Objetos e Utilitrios. Para cada opo h um menu (janela de dilogo) associado com as operaes especficas. * SCARTA o Edita uma carta e gera arquivo para impresso a partir de resultados gerados no mdulo principal SPRING, permitindo a apresentao na forma de um documento cartogrfico. o Permite editar textos, smbolos, legendas, linhas, quadros e grades em coordenadas planas ou geogrficas. Permite exibir mapas em vrias escalas, no formato varredura ou vector, atravs do recurso "O que voc v o que voc tem" (What You See Is What You Get, Wysiwyg).Introduo ao Geoprocessamento O que geoprocessamento?

Conjunto de tecnologias voltadas a coleta e tratamento de informaes espaciais para um objetivo

especfico. As atividades envolvendo o geoprocessamento so executadas por sistemas especficos mais comumente chamados de Sistemas de Informao Geogrfica (SIG). Sistema de geoprocessamento o destinado ao processamento de dados referenciados geograficamente (ou georeferenciados), desde a sua coleta at a gerao de sadas na forma de mapas convencionais, relatrios, arquivos digitais, etc; devendo prever recursos para sua estocagem, gerenciamento, manipulao e anlise. O que um SIG? SIG um sistema que processa dados grficos e no grficos (alfanumricos) com nfase a anlises espaciais e modelagens de superfcies.

Algumas definies: "Um conjunto manual ou computacional de procedimentos utilizados para armazenar e manipular dados georeferenciados" (Aronoff, 1989). "Conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real" (Burrough, 1986). "Um sistema de suporte deciso que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas" (Cowen, 1988). "Um banco de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais" (Smith et al., 1987) O que caracteriza um SIG? Integra numa nica base de dados informaes espaciais provenientes de dados cartogrficos, dados de censo e cadastro urbano e rural, imagens de satlite, redes e modelos numricos de terreno. Oferece mecanismos para combinar as vrias informaes, atravs de algoritmos de manipulao e anlise, para consultar, recuperar e visualizar o contedo da base de dados e gerar mapas. Aplicaes de um SIG Ferramenta para produo de mapas; Suporte para anlise espacial de fenmenos; Banco de dados geogrficos, com funes de armazenamento e recuperao de informao espacial. O que anlise espacial? Processos de anlise espacial tratam dados geogrficos que possuem uma localizao geogrfica (expressa como coordenadas em um mapa) e atributos descritivos (que podem ser representados num banco de dados convencional). Dados geogrficos no existem sozinhos no espao: to importante quanto localiz-los descobrir e representar as relaes entre os diversos dados. Processos de anlise espacial tpicos de SIG (adaptada de Maguire, 1991). Exemplos de Anlise Espacial Anlise Condio Pergunta Geral "O que est..." Exemplo "Qual a populao desta cidade?" "Quais as reas com declividade acima de 20%?" "Esta terra era produtiva h 5 anos atrs?" "Qual o melhor caminho para o metr?" "Qual a distribuio da dengue em Fortaleza?" "Qual o impacto no clima se desmatarmos a Amaznia?"

Localizao "Onde est...? Tendncia "O que mudou...?"

Roteamento "Por onde ir.. ?" Padres Modelos "Qual o padro....?" "O que acontece se...?"

Qual a estrutura de um SIG? SIG tem os seguintes componentes : Interface com usurio; Entrada e integrao de dados; Funes de processamento grfico e de imagens; Visualizao e plotagem; Armazenamento e recuperao de dados (organizados sob a forma de um banco de dados geogrficos). A interface homem-mquina define como o sistema operado e controlado. No nvel intermedirio, um SIG deve ter mecanismos de processamento de dados espaciais (entrada, edio, anlise, visualizao e sada). No nvel mais interno do sistema, um sistema de gerncia de bancos de dados geogrficos oferece armazenamento e recuperao dos dados espaciais e seus atributos.

Arquitetura de Sistemas de Informao Geogrfica. Quais tipos de dados so tratados? Dados de diversas fontes geradoras e de formatos apresentados, com relaes espaciais entre si (topologia - estrutura de relacionamentos espaciais que se pode estabelecer entre objetos geogrficos). Dados podem ser genericamente separados em mapas temticos, mapas cadastrais (mapas de objetos), redes, imagens e modelos numricos de terreno. O que so mapas temticos? Contm regies geogrficas definidas por um ou mais polgonos, como mapas de uso do solo e a aptido agrcola de uma regio. Armazena na forma de arcos (limites entre regies), incluindo os ns (pontos de intersees entre arcos) para montar uma representao topolgica. Topologia construda do tipo arco-n-regio: arcos se conectam entre si atravs de ns (pontos inicial e final) e arcos que circundam uma rea definem um polgono (regio). Pode ser armazenado tambm no formato matricial ("raster"). A rea correspondente ao mapa dividida em clulas de tamanho fixo. Cada clula ter um valor correspondente ao tema mais freqente naquela localizao espacial.

Representao vetorial e matricial de um mapa temtico. Comparao entre formatos para mapas temticos:

Aspecto

Formato Vetorial

Formato Varredura Relacionamentos espaciais devem ser inferidos Associa atributos apenas a classes do mapa Representa melhor fenmenos com variao contnua no espao Simulao e modelagem mais fceis Mais adequado para pequenas escalas (1:25.000 e menores) Processamento mais rpido e eficiente Por matrizes

Relaes espaciais entre Relacionamentos topolgi-cos entre objetos objetos disponveis Ligao com banco de dados Anlise, Simulao e Modelagem Escalas de trabalho Algoritmos Armazenamento Facilita associar atributos a elementos grficos Representao indireta de fenmenos contnuos lgebra de mapas limitada Adequado tanto a grandes quanto a pequenas escalas Problemas com erros geomtricos Por coordenadas (mais eficiente)

O que so mapas cadastrais ou mapas de objetos? Ao contrrio de um mapa temtico, cada elemento um objeto geogrfico, que possui atributos e pode estar associado a vrias representaes grficas. Por exemplo, os lotes de uma cidade so elementos do espao geogrfico que possuem atributos (dono, localizao, valor venal, IPTU devido, etc.) e que podem ter representaes grficas diferentes em mapas de escalas distintas. A parte grfica dos mapas cadastrais armazenada em forma de coordenadas vetoriais, com a topologia associada. No usual representar estes dados na forma matricial.

Exemplo de mapa cadastral (pases da Amrica do Sul). O que so redes? Redes so compostas por informaes associadas a servios de utilidade pblica, como gua, luz e telefone, redes de drenagem (bacias hidrogrficas) ou malha viria. Cada objeto geogrfico (por exemplo um cabo telefnico, transformador de rede eltrica ou cano de gua) possui uma localizao geogrfica exata e est associado a atributos descritivos, presentes no banco de dados. As informaes grficas de redes so armazenadas em coordenadas vetoriais, com topologia arcon: arcos tem um sentido de fluxo e ns tem atributos (podem ser fontes ou sorvedouros). A topologia de redes constitui um grafo, armazenando informaes sobre recursos que fluem entre localizaes geogrficas distintas.

Elementos de Rede. As redes so o resultado direto da interveno humana sobre o meio-ambiente. Cada aplicao de rede tem caractersticas prprias e com alta dependncia cultural. A ligao com banco de dados fundamental. Como os dados espaciais tem formatos relativamente simples, a maior parte do trabalho consiste em realizar consultas ao banco de dados e apresentar os resultados de forma adequada. O pacote mnimo disponvel nos sistemas comerciais consiste de clculo de caminho timo e crtico. Este pacote bsico insuficiente para a realizao da maioria das aplicaes porque cada usurio tem necessidades distintas. No caso de um sistema telefnico, uma questo pode ser: "Quais so os telefones servidos por uma dada caixa terminal?". J para uma rede de gua, pode-se perguntar: "Se injetarmos uma dada percentagem de cloro na caixa d'gua de um bairro, qual a concentrao final nas casas?" Um sistema de modelagem de redes s ter utilidade para o cliente depois de devidamente adaptado para as suas necessidades, o que pode levar vrios anos. Isto impe uma caracterstica bsica para esta aplicao: os sistemas devem ser versteis e maleveis O que so imagens? Representam formas de captura indireta de informao espacial. Obtidas por meio de satlites, fotografias areas ou "scanners" aerotransportados, as imagens so armazenadas como matrizes, onde cada elemento de imagem (denominado "pixel") tem um valor proporcional reflectncia do solo para a rea imageada. Os objetos geogrficos esto contidos na imagem e para individualiz-los, necessrio recorrer a tcnicas de foto-interpretao e de classificao automtica. Caractersticas importantes de imagens de satlite so: nmero de bandas do espectro eletromagntico imageadas (resoluo espectral), a rea da superfcie terrestre observada instantaneamente por cada sensor (resoluo espacial) e o intervalo entre duas passagens do satlite pelo mesmo ponto (resoluo temporal). Caractersticas gerais dos principais satlites (com os sensores) disponveis: Satlite (famlia) Instrumento Num. bandas Resoluo espacial LANDSAT SPOT TIROS/NOAA METEOSAT ERS MSS TM XS PAN AVHRR MSS 4 7 3 1 5 4 80 m 30 m 20 m 10 m 1100 m 8000 m 25 m Resoluo temporal 18 dias 18 dias 27 dias 27 dias 6 horas 30 minutos 25 dias

SAR banda-C 1

O que so modelos numricos de terreno? O termo modelo numrico de terreno (ou MNT) denota a representao de uma grandeza que varia

continuamente no espao. Comumente associados altimetria, podem ser utilizados para modelar outros fenmenos de variao contnua (como variveis geofsicas e geoqumicas e batimetria). Dois tipos de representao podem ser utilizados: Grades regulares: matriz de elementos com espaamento fixo, onde associado o valor estimado da grandeza na posio geogrfica de cada ponto da grade. Malhas triangulares: a grade formada por conexo entre amostras do fenmeno, utilizando a triangulao de Delaunay (sujeita a restries). A grade triangular uma estrutura topolgica vetorial do tipo arco-n formando recortes triangulares do espao. Comparao entre grade retangulares e triangulares: Grade triangular Melhor representao de relevo complexo Vantagens Incorporao de restries como linhas de crista Adequada para geofsica e visualizao 3D Problemas Complexidade de manuseio Inadequada para visualizao 3D Representao relevo complexo Clculo de declividade Grade regular Facilita manuseio e converso

Quais as classes de aplicaes de Geoprocessamento?

Projetos de anlise espacial sobre regies de pequeno e mdio porte. Por exemplo gerao de

relatrios de impacto ambiental para criao de uma hidroeltrica ou traado de uma ferrovia. Requerem grande flexibilidade e abrangncia das funes do SIG, para dados de quantidade limitada, mas muito variada. Inventrios espaciais sobre grandes regies. Por exemplo levantamentos sistemticos, como os feitos pelo INPE para mapear o desflorestamento na Amaznia. nfase maior no tratamento de grandes bases de dados, sendo que os mesmos procedimentos so repetidos para todos os dados, em regies so muito grandes.

Qual o estado atual da tecnologia e o que se espera no futuro? Sistemas de informao geogrfica podem ser divididos em trs geraes: Primeira gerao - CAD cartogrfico. Sistemas herdeiros da tradio de Cartografia, com suporte de bancos de dados limitado e com o paradigma tpico de trabalho sendo o mapa (chamado de "cobertura" ou de "plano de informao"). Desenvolvidos a partir do incio da dcada de 80 para ambientes da classe VAX e, a partir de 1985, para sistemas PC/DOS. Utilizada principalmente em projetos isolados, sem a preocupao de gerar arquivos digitais de dados. Esta gerao tambm pode ser caracterizada como sistemas orientados a projeto ("project- oriented GIS"). Segunda gerao - Banco de dados geogrfico. Concebida para uso em ambientes clienteservidor, acoplado a gerenciadores de bancos de dados relacionais e com pacotes adicionais para processamento de imagens. Chegou ao mercado no incio da dcada de 90. Com interfaces baseadas em janelas, esta gerao tambm pode ser vista como sistemas para suporte instituies ("enterprise-oriented GIS"). Terceira gerao - Bibliotecas geogrficas digitais ou centros de dados geogrficos. Previstos para o final da dcada de 90. Caracterizada pelo gerenciamento de grandes bases de dados geogrficos, com acesso atravs de redes locais e remotas, com interface via WWW (World Wide Web). Requer tecnologias como bancos de dados distribudos e federativos permitindo interoperabilidade, ou seja, o acesso de informaes espaciais por SIGs distintos. Sistemas orientados para troca de informaes entre uma instituio e os demais componentes da sociedade ("society-oriented GIS").

O que caracteriza um SIG de primeira gerao? Sistemas com operaes grficas e de anlise espacial sobre arquivos ("flat files"). Ligao com gerenciadores de bancos de dados parcial (parte das informaes descritivas se encontra no sistema de arquivos) ou inexistente. Adequados realizao de projetos de anlise espacial sobre regies de pequeno e mdio porte, enfatizando o aspecto de mapeamento. Permite a entrada de dados sem definio prvia do esquema conceitual, assemelhando-se a ambientes de CAD que podem representar projees cartogrficas e associar atributos a objetos espaciais. No possuem suporte adequado para construir grandes bases de dados espaciais. O que caracteriza um SIG da segunda gerao?

Concebidos operar como um banco de dados geogrfico, ou seja, um banco de dados no-

convencional onde os dados possuem atributos descritivos e uma representao geomtrica no espao geogrfico. Requerem avanos em: Modelagem conceitual para quebrar a dicotomia matricial-vetorial e para gerar interfaces com maior contedo semntico, em integrao sensoriamento remoto - geoprocessamento, ou seja, integrao entre mapas temticos, modelos de terreno e imagens de satlites. Representaes topolgicas em mltiplas escalas e projees. Linguagens de consulta, manipulao e representao de objetos espaciais de grande poder expressivo. Tcnicas de anlise geogrfica como classificao contnua e modelagem ambiental. Arquiteturas de sistemas de gerncia de banco de dados com novos mtodos de indexao espacial, adequados s massas de dados a serem gerenciadas. O uso de ambientes cliente-servidor requer competncia em administrao em Bancos de Dados e em Redes de Computadores. Exige investimento maior para adquirir, instalar e operar sistemas gerenciadores de bancos de dados (SGBD) de mercado. As bases de dados corporativas devem estar no mesmo ambiente de SGBD utilizado pelo SIG. O que caracteriza um SIG da terceira gerao? Banco de dados geogrfico compartilhado por um conjunto de instituies, acessvel remotamente e armazenando dados geogrficos, descries acerca dos dados ("metadados") e documentos multimdia associados (texto, fotos, udio e vdeo). Motivado pelo aguar da nossa percepo dos problemas ecolgicos, urbanos e ambientais, pelo interesse em entender, de forma cada vez mais detalhada, processos de mudana local e global e pela necessidade de compartilhar dados entre instituies e com a sociedade. Ncleo bsico composto por um grande banco de dados geogrficos com acesso concorrente a uma comunidade de usurios, com diferentes mtodos de seleo, incluindo folheamento ("browsing") e linguagem de consulta. Metadados (ou "dados sobre os dados") descrevendo os conjuntos de dados disponveis localmente ou em centros associados, devendo ser suficiente para guiar a busca e com um conjunto pequeno de descritores obrigatrios, minimizando o esforo requerido para compor o metadado e maximizando a capacidade de busca disponvel. Disponibilidade de dados sntese, na forma de mapas em escala reduzida que podem ser utilizados para localizar geograficamente os conjuntos de dados disponveis. Deve permitir um refinamento do processo de consulta, estabelecendo um

caminho contnuo entre o nvel mais abstrato de metadados e os dados. Acesso por interfaces multimdia via Internet, proporcionado pelo ambiente WWW, permitindo que os dados geogrficos sejam apresentados de forma pictrica (atravs de mapas reduzidos e imagens "quick-look"). Navegao pictrica (browsing), ou seja, seleo baseada em apontamento na qual uma interface interativa permite ao usurio percorrer o banco de dados, acessando dados com base em sua localizao espacial. Deve garantir interatividade e rapidez de resposta por meio de mecanismos de generalizao.

Interoperabilidade, ou seja, o compartilhamento de dados e procedimentos entre bancos de dados geogrficos baseados em SIGs distintos, que apresentam diferenas significativas na maneira de operar e nos formatos internos de armazenamento. Necessidade de estabelecer padres de transferncia de dados e nos procedimentos de consulta, manipulao e apresentao. - Modelo Conceptual de SPRING - Quais so as caractersticas do modelo do SPRING? - O que orientao a objetos e como se aplica ao Geoprocessamento? - Como o processo de modelagem? - Quais os componentes do universo Conceitual? - Quais so as especializaes de geo-campos e de geo-objetos? - O que plano de informao? - O que objeto no-espacial? - Qual o esquema geral do universo conceitual no SPRING? - Como se define o esquema conceitual no banco de dados do SPRING? - Quais os componentes do universo de Representao? - Como se relacionam os universos Conceitual e de Representao? - Interface com Bancos de Dados Sensoriamento Remoto O que sensoriamento remoto?

Definio: "Utilizao de sensores para aquisio de informaes sobre objetos ou fenmenos sem que haja contato direto entre eles". Sensores: so equipamentos capazes de coletar energia proveniente do objeto, convert-la em sinal passvel de ser registrado e apresent-lo em forma adequada extrao de informaes. Energia: na grande maioria das vezes a energia eletromagntica ou radiao eletromagntica. Conceito mais especfico: "Conjunto das atividades relacionadas aquisio e a anlise de dados de sensores remotos". Sensores remotos: sistemas fotogrficos ou ptico-eletrnicos capazes de detectar e registrar, sob a forma de imagens ou no, o fluxo de energia radiante refletido ou emitido por objetos distantes. O que radiao eletromagntica? Toda matria a uma temperatura superior zero absoluto (0o K ou -273o C) emite radiao eletromagntica, como resultado de suas oscilaes atmicas e moleculares. A radiao emitida ao incidir sobre a superfcie de outra matria pode ser refletida, absorvida ou transmitida. Quando absorvida, a energia geralmente reemitida, em diferentes comprimentos de onda. Os processos de emisso, absoro, reflexo e transmisso ocorrem simultaneamente e suas intensidades relativas caracterizam a matria em investigao. Dependendo das caractersticas fsicas e qumicas da mesma, os quatro processos ocorrem com intensidades diferentes em diferentes regies do espectro. Esse comportamento espectral das diversas substncias denominado assinatura espectral e utilizado em Sensoriamento Remoto para distinguir diversos materiais entre si. Qualquer fonte de energia eletromagntica caracterizada pelo seu espectro de emisso, o qual pode ser contnuo ou distribudo em faixas discretas. O campo eltrico e o campo magntico so perpendiculares entre si e ambos oscilam perpendicularmente direo de propagao da onda, como mostra a figura abaixo, onde E o campo eltrico e M o campo magntico.

A velocidade de propagao da onda eletromagntica no vcuo a velocidade da luz (3 x 108 m/s). O nmero de ondas que passa por um ponto do espao num determinado tempo define a freqncia (f) da radiao. A onda eletromagntica pode tambm ser caracterizada pelo comprimento de onda (lmbda) que pode ser expresso pela equao: A faixa de comprimentos de onda ou freqncias em que se pode encontrar a radiao eletromagntica ilimitada. Este espectro subdividido em faixas, representando regies que possuem caractersticas peculiares em termos dos processos fsicos geradores de energia ou dos mecanismos fsicos de deteco desta energia. As principais faixas do espectro eletromagntico esto descritas abaixo e representados na figura a seguir.

Ondas de rdio: baixas freqncias e grandes comprimentos de onda. So utilizadas para comunicao a longa distncia. Microondas: faixa de 1mm a 30cm ou 3x1011 a 3x109 Hz. Pode-se gerar feixes de radiao eletromagntica altamente concentrados, chamados radares. Por serem pouco atenuados pela atmosfera, ou por nuvens, permitem o uso de sensores de microondas em qualquer condio de tempo. Infravermelho: grande importncia para o Sensoriamento Remoto. Engloba radiao com comprimentos de onda de 0,75um a 1,0mm. A radiao I.V. facilmente absorvida pela maioria das substncias (efeito de aquecimento). Visvel: Radiao capaz de produzir a sensao de viso para o olho humano normal. Pequena variao de comprimento de onda (380 a 750nm). Importante para o Sensoriamento Remoto, pois imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam excelente correlao com a experincia visual do intrprete.

Ultravioleta: extensa faixa do espectro (10nm a 400nm). Pelculas fotogrficas so mais

sensveis radiao ultravioleta do que a luz visvel. Uso para deteco de minerais por luminescncia e poluio marinha. Forte atenuao atmosfrica nesta faixa, se apresenta como um grande obstculo na sua utilizao. Raios X: Faixa de 1Ao a 10nm (1Ao = 10-10m). So gerados, predominantemente, pela parada ou freamento de eltrons de alta energia. Por se constituir de ftons de alta energia, os raios-X so altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta em pesquisa sobre a estrutura da matria. Raios-GAMA: so os raios mais penetrantes das emisses de substncias radioativas. No existe, em princpio, limite superior para a freqncia das radiaes gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de freqncia para a radiao conhecida como raios csmicos.

Como so os sistemas sensores?

Coletor: recebe a energia atravs de uma lente, espelho, antenas, etc... Detetor: capta a energia coletada de uma determinada faixa do espectro; Processador: Processa o sinal registrado (revelador, amplificao, etc...) atravs do qual se obtm oproduto;

Produto: contm a informao necessria ao usurio.Quais tipos de sensores existem? Podem ser classificados em funo da fonte de energia ou em funo do tipo de produto que produz. Em funo da fonte de energia: PASSIVOS: no possuem fonte prpria de radiao. Mede radiao solar refletida ou radiao emitida pelos alvos. Ex.: Sistemas fotogrficos. ATIVOS: possuem sua prpria fonte de radiao eletromagntica, trabalhando em faixas restritas do espectro. Ex.: Radares. Em funo do tipo de produto: No-imageadores: no geram imagem da superfcie sensoriada. Ex.: Espectrorradimetros (assinatura espectral) e radimetros (sada em dgitos ou grficos). Essenciais para aquisio de informaes precisas sobre o comportamento espectral dos objetos. Imageadores: obtm-se uma imagem da superfcie observada como resultado. Fornecem informaes sobre a variao espacial da resposta espectral da superfcie observada. Os sistemas imageadores podem ser divididos em: Sistema de quadro ("framing systems"): adquirem a imagem da cena em sua totalidade num mesmo instante. Ex.: RBV. Sistema de varredura ("scanning systems"). Ex.: TM, MSS, SPOT. Sistema fotogrfico: Fcil de operar. Limitada capacidade de captar a resposta espectral (filmes cobrem somente o espectro entre ultravioleta prximo ao infravermelho distante). Limita-se as horas de sobrevo e devido a fenmenos atmosfricos no permitem freqentemente observar o solo a grandes altitudes. A tabela abaixo apresenta uma anlise comparativa dos sensores fotogrficos e imageamentos por varredura. Imageamento por Imageamento por sensores fotogrficos sensores de varredura Resoluo geomtrica alta Resoluo espectral Repetitividade Viso sinptica Base de dados mdia baixa baixa analgica mdia alta alta alta digital

O que so os sistemas sensores orbitais? Quais so os principais?

Os sistemas sensores orbitais exploram as caractersticas de uma plataforma embarcada em uma rbita que deve ser: Circular, para garantir que as imagens tomadas em diferentes regies da Terra tivessem a mesma resoluo e escala; Permitir o imageamento cclico da superfcie, para garantir a observao peridica e repetitiva dos mesmos lugares; Ser sncrona com o Sol (heliossncrono), para que as condies de iluminao da superfcie terrestre se mantivessem constantes; Horrio da passagem do satlite deve atender s solicitaes de diferentes reas de aplicao (geologia, geomorfologia, agricultura, etc..). A tabela abaixo apresenta as caractersticas do Landsat, SPOT e ERS-1. Landsat 4 e 5 rbita Perodo Altitude circular 98,2 graus heliosincrono 99 minutos 705 km SPOT 1 e 2 ERS-1

circular circular 98,7 graus 98,5 graus heliosincrono heliosincrono 97 minutos 832 km 10:39 horas 26 dias 108 km 2.700 km 100,467 minutos 785 km 10:30 hoas (desc.) 35 dias (SAR) 100 km -

Cruzamento 9:45 horas Ciclo rbita adj. rbita suc. 16 dias 172 km 2.750 km

Quais so as caractersticas do LANDSAT? Compe-se at o momento de 5 satlites, que foram desenvolvidos pela NASA (National Aeronautics and Space Administration. Landsat 1 e 2 com dois sistemas sensores com a mesma resoluo espacial, mas diferentes concepes de imageamento: o sistema RBV, com imageamento instantneo de toda a cena e o sistema MSS, com imageamento do terreno por varredura de linhas (line-scanner). Landsat 3, com sistema RBV modificado, provendo dados com melhor resoluo espacial em uma nica faixa do espectro e uma faixa espectral adicionada ao sistema MSS, para operar na regio do infravermelho termal. A partir do Landsat 4 e 5, ao invs do sensor RBV, a carga til do satlite passou a contar com o sensor TM (Thematic Mapper), operando em 7 faixas espectrais. Esse sensor conceitualmente semelhante ao MSS mas incorpora aperfeioamentos nos componentes pticos e nos componentes eletrnicos. Imageador RBV(Return Beam Vidicon): sistema semelhante a uma cmera de televiso permitindo o registro instantneo de uma certa rea do terreno. A energia proveniente de toda a cena impressiona a superfcie fotossensvel do tubo da cmera e, durante certo tempo, a entrada de energia interrompida por um obturador, para que a imagem do terreno seja varrida por um feixe de eltrons. O sinal de vdeo ento transmitido telemetricamente. Imageador MSS (Multispectral Scanner): sistema sensor que permite o imageamento de linhas do terreno numa faixa de 185 km, perpendiculares rbita do satlite. A varredura do terreno realizada com auxlio de um espelho que oscila perpendicularmente ao deslocamento do satlite. Durante a oscilao do espelho, a imagem do terreno, ao longo da faixa, focalizada sobre uma matriz de detetores. A dimenso de cada detetor responsvel pelo seu campo de visada instantneo (rea observada por cada detetor na superfcie da Terra). A energia registrada por cada detetor transformada em um sinal eltrico e este transmitido para as estaes em terra. A cada oscilao do espelho, o satlite desloca-se ao longo da rbita, para proporcionar o imageamento contnuo do terreno. Entretanto, o movimento de rotao da Terra provoca um pequeno deslocamento do ponto inicial da varredura para oeste a cada oscilao do espelho, ou seja, a cada seis linhas imageadas. Se considerarmos o deslocamento de 185 km ao longo da rbita do satlite, h um deslocamento de 12,5 cm entre a primeira e a ltima coluna de pixels. Imageador TM(Thematic Mapper): sistema de varredura multiespectral concebido para obter melhor resoluo espacial, melhor discriminao espectral entre objetos da superfcie terrestre, maior fidelidade geomtrica e melhor preciso radiomtrica em relao ao sensor MSS. A energia proveniente da cena atinge o espelho de varredura que oscila perpendicularmente direo de

deslocamento do satlite em sentido leste-oeste e oeste-leste. O sinal atravessa um telescpio e um conjunto de espelhos, cuja funo principal corrigir o sinal coletado pelo espelho de varredura. Dessa maneira, o sinal detectado em cada matriz de detetores de cada canal transferido para um amplificador e convertido em sinal digital atravs de um sistema A/D (analgico/digital). A sada de dados , ento transmitida via telemetria. Quais so as caractersticas do SPOT? Programa francs semelhante ao programa Landsat, concebido pelo Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) com dois sensores de alta resoluo (HRV - HAUT Resolution Visible) a bordo. Estes sensores foram concebidos para operarem no modo multiespectral (aquisio de dados em trs faixas do espectro eletromagntico com uma resoluo espacial de 20 metros) e no modo pancromtico com uma banda de resoluo espacial de 10 metros. Uma das caractersticas marcantes dos instrumentos a bordo do SPOT a possibilidade de observao "off-nadir" (apontamento direcional). O sensor poder ser direcionado de modo a observar cenas laterais rbita em que se encontra inserido o satlite em dado momento. Esta possibilidade de observao "off-nadir" aumenta os meios de obter-se um aumento no recobrimento repetitivo de determinadas reas. Outra vantagem da visada "off-nadir" a possibilidade de serem obtidos pares estereoscpicos de determinadas reas. A luz proveniente da cena atinge um espelho plano, que pode ser controlado a partir das estaes terrenas variando em ngulos de +/- 0,6 at 27o em relao ao eixo vertical. A energia que atinge o espelho plano focalizada sobre uma matriz linear de detetores do tipo CCD (Charge-Coupled Device). Cada matriz consiste em 6000 detetores arranjados linearmente, formando o que se convenciona chamar de "push-broom scanner" ou sistema de varredura eletrnica. Este sistema permite o imageamento instantneo de uma linha completa no terreno, perpendicularmente direo de deslocamento do satlite em sua rbita. Quais so as caractersticas do ERS-1? Construdo pela Agncia Espacial Europia (ESA), o ERS-1 foi lanado do centro espacial da Guiana Francesa pelo foguete Ariane 4 em 16 de julho de 1991. Com uma misso noninal de dois anos, os objetivos so voltados principalmente para estudos ocenicos e de geleiras, nas vrias reas de cincias naturais. Dentre os vrios aparelhos a bordo do satlite, temos o AMI (Active Microwave Instruments), constitudo por um radar de Abertura Sinttica (SAR) e um escatermetro (aparelho para medio de ventos). As imagens adquiridas pelo SAR, fornece dados de uma faixa de 100 x 100 km, com uma resoluo espacial de 30 metros. Uma antena de 10 x 1 metros emite e recebe um feixe de microondas na faixa de 5,3 Ghz (banda C), com polarizao VV e um ngulo de incidncia de 23 graus. A operao do SAR no modo Imagem produz uma taxa de dados muito alta (105 Mbps), fazendo com que as imagens s possam ser geradas em zonas equipadas com estaes receptoras. A superfcie terrestre poder ser inteiramente coberta e imageada em ciclos de 35 dias. Sistemas de Aquisio de Imagens O que uma imagem digital? Uma imagem digital pode ser definida por uma funo bidimensional, da intensidade de luz refletida ou emitida por uma cena, na forma I(x,y); onde os valores de I representam, a cada coordenada espacial (x,y), a intensidade da imagem nesse ponto. Essa intensidade representada por um valor inteiro, no-negativo e finito. A cada ponto imageado pelos sensores, corresponde a uma rea mnima denominada "pixel" (picture cell), que deve estar geograficamente identificado, e para o qual so registrados valores digitais relacionados a intensidade de energia refletida em faixas (bandas) bem definidas do espectro eletromagntico. O processo de digitalizao de uma imagem no-digital ("imagem contnua"), corresponde a uma discretizao (ou amostragem) da cena em observao, atravs da superposio de uma malha hipottica, e uma atribuio de valores inteiros (os nveis de cinza) a cada ponto dessa malha (processo chamado de quantizao). Em satlites como o Landsat e SPOT, o sinal eltrico detectado em cada um de seus canais, convertido ainda a bordo do satlite, por um sistema analgico/digital, e a sada enviada para as estaes de recepo via telemetria. As imagens destes satlites so amostradas com um nmero grande de pontos (as imagens do sensor "Thematic Mapper" do satlite Landsat possuem mais de 6000 amostras por linha). Alm disso, tais imagens tm a caracterstica de serem multiespectrais, no sentido de constiturem uma coleo de imagens de uma mesma cena, num mesmo instante, obtida por vrios sensores com respostas espectrais diferentes.

Quais caractersticas tem uma imagem? Tem nmero finito de bits para representar a radincia da cena para cada "pixel". Radincia o fluxo radiante que provm de uma fonte, numa determinada direo, por unidade de rea. A quantificao da radincia contnua de uma cena representada pelos nveis de cinza discretos na imagem digital, dada por um nmero de bits por "pixel" para produzir um intervalo de radincia. Os sensores da nova gerao obtm normalmente imagens em 8 ou 10 bits (equivalente a 256 ou 1024 nveis digitais). O nvel de cinza representado pela radincia mdia de uma rea relativamente pequena em uma cena. Esta rea determinada pela altitude do sistema sensor a bordo do satlite e outros parmetros como o IFOV (Instantaneous Field Of View), que o ngulo formado pela projeo geomtrica de um nico elemento detetor sobre a superfcie da Terra. No caso das imagens multiespectrais, a representao digital mais complexa, porque para cada coordenada (x,y), haver um conjunto de valores de nvel de cinza. Representa-se ento cada "pixel" por um vetor, com tantas dimenses quantas forem as bandas espectrais. Banda espectral o intervalo entre dois comprimentos de onda, no espectro eletromagntico. Resoluo uma medida da habilidade que um sistema sensor possui de distinguir entre respostas que so semelhantes espectralmente ou prximas espacialmente. A resoluo pode ser classificada em espacial, espectral e radiomtrica. Resoluo espacial: mede a menor separao angular ou linear entre dois objetos. Por exemplo, uma resoluo de 20 metros implica que objetos distanciados entre si a menos que 20 metros, em geral no sero discriminados pelo sistema. Resoluo espectral: uma medida da largura das faixas espectrais do sistema sensor. Por exemplo, um sensor que opera na faixa de 0.4 a 0.45 m tem uma resoluo espectral menor do que o sensor que opera na faixa de 0.4 a 0.5 um. Resoluo radiomtrica: est associada sensibilidade do sistema sensor em distinguir dois nveis de intensidade do sinal de retorno. Por exemplo, uma resoluo de 10 bits (1024 nveis digitais) melhor que uma de 8 bits. A tabela a seguir apresenta as caractersticas de resoluo dos sistemas sensores Thematic Mapper (TM), Haute Resolution Visible (HRV) e Advanced Very Resolution Radiometer (AVHRR), a bordo dos satlites Landsat, SPOT e NOAA, respectivamente. TM Freqncia da aquisio de imagens Resoluo espacial Resoluo radiomtrica 16 dias 30 m 120 m (Banda6) 8 bits Banda1 - 0.45-0.52 Banda2 - 0.52-0.60 Banda3 - 0.63-0.69 Banda4 - 0.76-0.90 Banda5 - 1.55-1.75 Banda6 - 10.74-12.5 Banda7 - 2.08-2.35 26 dias HRV AVHRR 2 vezes ao dia

20 m (Banda1 a 3) 1.1 Km (nominal) 10 m (Pan) 8 bits (1-3) 6 bits (Pan) 8 bits

Resoluo espectral bandas espectrais (micrmetros)

Banda 1 - 0.58-0.68 Banda1 - 0.50-0.59 Banda 2 - 0.725-1.1 Banda2 - 0.61-0.68 Banda 3 - 3.55-3.93 Banda3 - 0.79-0.89 Banda 4 - 10.30-11.30 Pan - 0.51-0.73 Banda 5 - 11.50-12.50

As diferentes bandas espectrais dos sensores tm aplicaes distintas em estudos de sensoriamento remoto. Para orientar o usurio na seleo das melhores bandas a serem utilizadas no seu projeto, apresenta-se as tabelas a seguir: Satlite Landsat - Sensor TM Canal Faixa Espectral (um) 1 2 0.45 - 0.52 0.52 - 0.60 Principais aplicaes Mapeamento de guas costeiras Diferenciao entre solo e vegetao Diferenciao entre vegetao conferas e decdua Reflectncia de vegetao verde sadia

3 4 5 6 7

0.63 - 0.69 0.76 - 0.90 1.55 - 1.75 10.4 - 12.5 2.08 - 2.35

Absoro de clorofila Diferenciao de espcies vegetais Levantamento de biomassa Delineamento de corpos d'gua Medidas de umidade da vegetao Diferenciao entre nuvens e neve Mapeamento de estresse trmico em plantas Outros mapeamentos trmicos Mapeamento hidrotermal

Satlite SPOT - Sensor HRV Canal Faixa Espectral (um) 1 2 3 Pan 0.50 - 0.59 0.61 - 0.68 0.79 - 0.89 0.51 - 0.73 Principais aplicaes Reflectncia de vegetao verde sadia Mapeamento de guas Absoro da clorofila Diferenciao de espcies vegetais Diferenciao de solo e vegetao Levantamento de fitomassa Delineamento de corpos d'gua Estudo de reas urbanas

Satlite NOAA - Sensor AVHRR Canal Faixa Espectral (um) 1 2 0.58 - 0.68 0.725 - 1.1 Principais aplicaes Mapeamento diurno de nuvem, gelo e neve Definio de feies de solo e cobertura vegetal Delineamento da superfcie da gua Definio de condies de fuso de neve e gelo Avaliao da vegetao e monitoramento metereolgico (nuvens) Mapeamento noturno e diurno de nuvens Anlise da temperatura (C) da superfcie do mar Deteco de pontos quentes (incndios) Mapeamento noturno e diurno de nuvens Medio da superfcie do mar, lagos e rios Deteco de erupo vulcnica Umidade do solo, atributos metereolgicos das nuvens Temperatura da superfcie do mar e umidade do solo

3

3.55 - 3.93

4e5

10.30 - 11.30 (4) 11.50 - 12.50 (5)

Quais os formatos de imagens de sensores orbitais existem? Os arquivos de imagens dos sensores podem estar disponveis nos formatos superestrutura ou "fast format". Formato superestrutura (padro de fitas e CDROM): apresenta uma organizao de dados em quatro nveis hierrquicos distintos: volume, o arquivo, o registro e o campo de dados. Um grupo de arquivos compem um volume lgico, o qual pode ser armazenado em vrios volumes fsicos (fitas) e um volume fsico pode armazenar vrios volumes lgicos, isto , podemos ter uma fita com vrios arquivos (bandas), ou uma banda em mais de um volume fsico. Os componentes bsicos de uma superestrutura so: o arquivo diretrio do volume e o arquivo descritor. O arquivo diretrio de volume define e identifica um volume lgico (por exemplo um conjunto de bandas). O arquivo descritor o primeiro registro dentro de cada arquivo de dados (cada banda) e define a estrutura interna do arquivo fornecendo parmetros para interceptar seu contedo.

Formato "fast format": contm uma quantidade mnima de dados gerais, compactando o mximo possvel os dados em uma fita, facilitando assim a leitura e a escrita. Este formato est disponvel somente para estrutura de imagem em banda seqencial (BSQ), usado em imagens TM/Landsat. Os arquivos da imagem esto contidos em uma nica fita e pode haver mais de um arquivo imagem por fita. H dois tipos de arquivo em uma fita "fast format": o arquivo de "header" e os arquivos de imagens. O arquivo de "header" o primeiro de cada fita e contm dados de descrio como data, opes de processamento e informao de projeo para o produto. Os arquivos de imagem contm somente "pixels" de imagem. Estes dados podem ser blocados ou no. A blocagem utilizada para condensar uma imagem, o mximo possvel. Na maior parte das vezes, as imagens geocodificadas so blocadas. Quais so os padres de gravao da imagem do TM/Landsat? A imagem TM/Landsat que o SPRING faz a leitura deve estar no padro BSQ de bandas seqenciais. No padro BSQ, a imagem registrada na fita, banda a banda, conforme ilustra o esquema a seguir: Registro linhas colunas 123456 1 1 B1 B1 B1 B1 B1 . 2 2 B1 B1 B1 B1 B1 . 3 3 B1 B1 B1 B1 B1 . ... . 1 B2 B2 B2 B2 B2 . . 2 B2 B2 B2 B2 B2 . . 3 B2 B2 B2 B2 B2 . O usurio pode escolher os produtos digitais das fitas TM-Landsat com nveis de correo geomtrica. Os nveis possveis so 4, 5 e 6: Nvel 4 - o produto padro do INPE gerado neste nvel. So aplicados os clculos de correo geomtrica, utilizando-se os dados de efemrides e atitude obtidos do satlite. Nvel 5 - os procedimentos so idnticos aos aplicados no nvel 4, com correo geomtrica bsica com reamostragem por "vizinho mais prximo" e pontos de controle adquiridos a partir de uma base cartogrfica oficial. Nvel 6 - os procedimentos so semelhantes aos do nvel 5, com reamostragem por convoluo cbica. O tamanho de uma cena de uma imagem TM/Landsat de 6177 linhas por 6489 colunas, a qual pode ser dividida em quadrantes de 3087 linhas e 3243 colunas. Os quadrantes encontram-se dispostos na cena conforme a figura a seguir: Quadrantes A= 1,2,5,6 B= 3,4,7,8 C= 9,10,13,14 N= S= 2,3,6,7 10,11,14,15

W= 5,6,9,10 7,8,11,12

D= 11,12,15,16 E= X= 6,7,10,11

5

6

7

8

9

10 11 12

13 14 15 16 Os dados Landsat TM em CD-ROM so distribudos em forma de cenas inteiras (full frame aproximadamente 185 x 185 km) ou quadrantes (aproximadamente 96 x 96 km), desde 1 at 7 bandas espectrais. Todas as cenas so fornecidas com o mesmo nvel de correo radiomtrica bsica, que consiste na equalizao da resposta dos sensores, de forma a eliminar o efeito de "stripping" dos dados Landsat-TM. No so aplicadas equalizaes de histogramas ou correes para o ngulo de elevao do sol. O CD-ROM formatado no padro IBM-DOS, podendo ser lido por qualquer unidade de leitura que aceite discos ticos em conformidade com o padro ISO-9660. O disco est estruturado em subdiretrios: no diretrio-raiz, esto localizados alguns arquivos gerais, tais como esta documentao de formato e um programa de converso do formato do CD-ROM para um arquivo formato TIFF. um ou mais diretrios com a identificao WRS da cena. Por exemplo, uma imagem full frame sobre o Rio de Janeiro (base 217 ponto 76) estar localizada no diretrio \217_076. Se a imagem for quadrante, a sigla do quadrante tambm far parte do nome do diretrio. Por exemplo, o quadrante A da mesma cena do exemplo acima estar localizada no diretrio \216_076A. em cada diretrio, haver um ou mais subdiretrios com a data de aquisio da cena. A forma geral do subdiretrio \aammdd, onde "aa" so os 2 ltimos dgitos do ano, "mm" os dgitos do ms e "dd" os dgitos do dia da aquisio. Por exemplo, a mesma cena do exemplo acima que tenha sido adquirida em 31 de janeiro de 1994 estar localizada no subdiretrio \940131. nos subdiretrios respectivos encontram-se os arquivos de imagem, um para cada banda requisitada, e alguns arquivos de descrio do produto (similares aos arquivos da CCT Super-Estrutura), cujas descries detalhadas so dadas mais adiante. Cada arquivo de imagem nomeado simplesmente BANDAn.DAT, onde "n" o nmero da banda. Por exemplo, a banda 7 da mesma cena do Rio de Janeiro, quadrante A, adquirida pelo satlite em 31 de janeiro de 1994, dever ser acessada com o nome:\217_076a\940131\banda7.dat As imagens em CDROM so gravadas no formato superestrutura. eventualmente, poder existir um subdiretrio adicional, \DEMO, com algumas imagens de demonstrao, em formato TIFF ou JPEG. Quais so os padres de gravao da imagem HRV/SPOT?

O programa de leitura de imagens do SPRING (IMPIMA), permite a leitura de imagem HRV/SPOT,onde esta deve estar no formato banda intercalada por linha (BIL), onde cada linha gravada seqencialmente para todas as bandas, conforme ilustra o esquema a seguir: Registro linhas colunas 123456 1 1 B1 B1 B1 B1 B1 . 2 1 B2 B2 B2 B2 B2 . 3 1 B3 B3 B3 B3 B3 . 4 2 B1 B1 B1 B1 B1 . 5 2 B2 B2 B2 B2 B2 . 6 2 B3 B3 Quais so as caractersticas do ERS-1? O usurio pode escolher os produtos digitais das fitas HRV-SPOT com nveis de correo geomtrica. Os nveis possveis so 1A, 1B, 2A e 2B, descritos a seguir: Nvel 1A: a imagem contm dados originais com calibrao radiomtrica relativa e absoluta, atravs da normalizao dos detetores, sem correo geomtrica e calibrao entre

bandas. Nvel 1B: a correo radiomtrica a mesma de 1A, acrescida da reamostragem para compensao dos efeitos internos e externos do sistema e a correo geomtrica, para os efeitos de perspectiva, rotao da Terra e variao da velocidade do satlite. Nvel 2A: a correo radiomtrica a mesma do nvel 1B e apresenta um prprocessamento geomtrico sobre um mapa com o uso de dados de atitude do satlite. Nvel 2B: a imagem possui correo geomtrica sobre um mapa, com o uso de dados de atitude do satlite e pontos de controle do terreno. A definio do formato de uma cena, em uma imagem SPOT, depende se esta possui informao multiespectral (bandas 1, 2 e 3) ou pancromtica (pan), e ainda do nvel de correo da imagem. O tamanho das imagens SPOT definido de acordo com o nvel de correo, conforme mostra a tabela a seguir: Nvel 1A 1B 2A/2B Modo N linhas P XS P XS P XS 6.000 6.000 6.000 3.000 N colunas 6.000 3.000 6.400 a 8.500 3.200 a 4.250

7.200 a 10.200 7.500 a 10.200 3.600 a 5.100 3.750 a 5.100

Uma cena da imagem SPOT pode tambm ser divida em quadrantes, conforme ilustra a figura ao lado. Cada quadrante representa uma rea de aproximadamente 40 x 40 Km e o usurio tem a possibilidade de requisitar uma cena que esteja localizada entre quadrantes. Para isto, deve identificar a rea desejada na imagem e definir um quadrado de 40 x 40 Km envolvendo-a. Quais so os padres de gravao da AVHRR/NOAA? A imagem AVHRR/NOAA encontra-se no padro banda intercalada por "pixel" (BIP). No formato BIP, cada "pixel" gravado seqencialmente para todas as bandas, conforme ilustra o esquema a seguir: Registro Linhas Colunas 1 1 2 1 B1.1 B2.1 B3.1 B4.1 B5.1 B1.2 B2.2 B1.n B2.n B3.n B4.n B5.n B1.n+1...

As fitas podem ser gravadas em 10 bits (full) ou 8 bits (compress). Uma fita gravada em 10 bits pode conter at as cinco bandas registradas e possui a seguinte configurao, como mostra a figura ao lado: onde: (1) "Header": apresenta as caractersticas do satlite, data de gravao, formato, etc. (2) Matriz de Referncia Geodsica (MRG): apresenta os dados de navegao da imagem. (3) Dados TIP: dados de documento da imagem como linha, coluna, resoluo, etc. (4) Dados AHVRR: a imagem propriamente dita. Uma fita gravada em 8 bits pode conter at trs bandas registradas e possui a seguinte configurao: O tamanho das imagens AVHRR definido pelo ngulo de varredura do sensor, isto , 2048 amostras ("pixels") por canal, para cada varredura na Terra. O nmero de colunas definido pelo alcance da antena receptora. Processamento de Imagens

O que processamento de imagens? As tcnicas voltadas para a anlise de dados multidimensionais, adquiridos por diversos tipos de sensores recebem o nome de processamento digital de imagens, ou seja a manipulao de uma imagem por computador de modo onde a entrada e a sada do processo so imagens. Usa-se para melhorar o aspecto visual de certas feies estruturais para o analista humano e para fornecer outros subsdios para a sua interpretao, inclusive gerando produtos que possam ser posteriormente submetidos a outros processamentos. Inclui diversas reas como a anlise de recursos naturais e meteorologia por meio de imagens de satlites; transmisso digital de sinais de televiso ou fac-smile; anlise de imagens biomdicas; anlise de imagens metalogrficas e de fibras vegetais; obteno de imagens mdicas por ultrasom, radiao nuclear ou tcnicas de tomografia computadorizada; aplicaes em automao industrial envolvendo o uso de sensores visuais em robs. O uso de imagens multiespectrais registradas por satlites tais como, Landsat, SPOT ou similares uma valiosa tcnica para a extrao dos dados destinados s vrias aplicaes de pesquisa de recursos naturais. A obteno das informaes espectrais registradas pelos sistemas nas diferentes partes do espectro eletromagntico, visando a identificao e discriminao dos alvos de interesse, depende principalmente da qualidade da representao dos dados contidos nas imagens. As tcnicas de processamento digital de imagens, alm de permitirem analisar uma cena nas vrias regies do espectro eletromagntico, tambm possibilitam a integrao de vrios tipos de dados, devidamente georeferenciados. Como pode-se dividir o processamento de imagens?

Em pr-processamento, realce e classificao.

Pr-processamento refere-se ao processamento inicial de dados brutos para calibrao radiomtrica da imagem, correo de distores geomtricas e remoo de rudo. Realce visa melhorar a qualidade da imagem, permitindo uma melhor discriminao dos objetos presentes na imagem. Na classificao so atribudas classes aos objetos presentes na imagem.

O que realce de contraste? A tcnica de realce de contraste tem por objetivo melhorar a qualidade das imagens sob os critrios subjetivos do olho humano. normalmente utilizada como uma etapa de pr-processamento para sistemas de reconhecimento de padres. O contraste entre dois objetos pode ser definido como a razo entre os seus nveis de cinza mdios. A manipulao do contraste consiste numa transferncia radiomtrica em cada "pixel", com o objetivo de aumentar a discriminao visual entre os objetos presentes na imagem. Realiza-se a operao ponto a ponto, independentemente da vizinhana. A escolha do mapeamento direto adequado , em geral, essencialmente emprica. Entretanto, um exame prvio do histograma da imagem pode ser til. O histograma de uma imagem descreve a distribuio estatstica dos nveis de cinza em termos do nmero de amostras ("pixels") com cada nvel. A distribuio pode tambm ser dada em termos da percentagem do nmero total de "pixels" na imagem. Pode ser estabelecida uma analogia entre o histograma de uma imagem e a funo densidade de probabilidade, que um modelo matemtico da distribuio de tons de cinza de uma classe de imagens. A cada histograma est associado o contraste da imagem.

Pode-se fazer um realce de contraste utilizando-se uma funo matemtica denominada transformao radiomtrica. Esta funo consiste em mapear as variaes dentro do intervalo original de tons de cinza, para um outro intervalo desejado e utilizado para aumentar o contraste

de uma imagem, expandindo o intervalo original de nveis de cinza da imagem original.

Quais so as caractersticas do realce Linear? O aumento de contraste por uma transformao linear a forma mais simples das opes. A funo de transferncia uma reta e apenas dois parmetros so controlados: a inclinao da reta e o ponto de interseo com o eixo X (veja figura abaixo). A inclinao controla a quantidade de aumento de contraste e o ponto de interseo com o eixo X controla a intensidade mdia da imagem final. A funo de mapeamento linear pode ser representada por: Y = AX + B onde: Y = novo valor de nvel de cinza; X = valor original de nvel de cinza; A = inclinao da reta (tangente do ngulo); B = fator de incremento, definido pelos limites mnimo e mximo fornecidos pelo usurio.

No aumento linear de contraste as barras que formam o histograma da imagem de sada so espaadas igualmente, uma vez que a funo de transferncia uma reta. O histograma de sada ser idntico em formato ao histograma de entrada, exceto que ele ter um valor mdio e um espalhamento diferentes. Quais so as caractersticas do realce MinMax? A manipulao de histograma pela opo MinMax (Mnimo/Mximo) idntica a manipulao de uma curva linear. A diferena est no momento em que feita a escolha da opo. O sistema calcula o valor de nvel de cinza mnimo e mximo que ocupado pela imagem original. De posse desses valores aplicada uma transformao linear onde a base da reta posicionada no valor mnimo e o topo da reta no valor mximo. Desse modo no haver perda de informao por "overflow", isto , todos os nveis de cinza continuaro com o mesmo nmero de pixels.

Um "overflow" ocorre quando uma poro pixels de nveis de cinza diferentes so transformados em um nico nvel, isto , quando a inclinao da reta de transferncia exagerada. Observe a figura abaixo onde a seta de "overflow" est indicando, significa perda de informao, uma vez que pixels de colunas vizinhas do histograma de entrada, que originalmente podiam ser diferenciados com base no seu nvel de cinza, sero fundidos numa s coluna e passaro a ter o mesmo nvel de cinza (0 para o caso da figura abaixo)

OBS.: A ocorrncia de "overflow" muitas vezes desejada, uma vez que o usurio sabe em queintervalo de nveis de cinza est o que deseja realar. Pois caso contrrio estar definitivamente perdendo a informao quando salvar a imagem realada. Quais so as caractersticas do realce RaizQuadrado?, Quadrado, Log, Negativo, EqualHist, Fatia. Utiliza-se a opo de transformao por raiz quadrada para aumentar o contraste das regies escuras da imagem original. A funo de transformao representada pela curva como na figura abaixo. Observe que a inclinao da curva tanto maior quanto menores os valores de nveis de cinza. Pode ser expresso pela funo: Y=A onde: Y = nvel de cinza resultante

X = nvel de cinza original A = fator de ajuste para os nveis de sada ficarem entre 0 e 255

NOTA: Este mapeamento difere do logartmico porque reala um intervalo maior de nveis de cinzabaixos (escuros), enquanto o logartmico reala um pequeno intervalo. Quais so as caractersticas do realce Quadrado? Utiliza-se este mapeamento quando se deseja aumentar o contraste de feies claras (altos nveis de cinza da imagem). Observe na figura abaixo que o aumento de contraste maior a partir da mdia do histograma, mesmo havendo um deslocamento geral para a regio de nveis mais escuros.

A funo de transformao dada pela equao:Y = AX2 onde: X = nvel de cinza original Y = nvel de cinza resultante A = fator de ajuste para os nveis de sada estarem entre 0 e 255 Quais so as caractersticas do realce Logartmico? O mapeamento logartmico de valores de nveis de cinza til para aumento de contraste em feies escuras (valores de cinza baixos). Equivale a uma curva logartmica como mostrado na figura a seguir. A funo de transformao expressa pela equao: Y = A log (X + 1)

onde: Y = novo valor de nvel de cinza X = valor original de nvel de cinza A = fator definido a partir dos limites mnimo e mximo da tabela, para que os valores estejam entre 0 e 255

NOTA: Observe na figura acima que uma poro menor de nveis de cinza sobre um grandeQuais so as caractersticas do realce Negativo?

aumento de contraste, comparado com a transformao por raiz quadrada, mencionada mais acima.

uma funo de mapeamento linear inversa, ou seja, o contraste ocorre de modo que as reas escuras (baixos valores de nvel de cinza) tornam-se claras (altos valores de nvel de cinza) e viceversa. A figura a seguir mostra sua representao.

A funo de mapeamento negativa pode ser representada por: Y = - (AX + B) onde: Y = novo valor de nvel de cinza X = valor original de nvel de cinza A = inclinao da reta (tangente do ngulo) B = fator de incremento, definido pelos limites mnimo e mximo fornecidos pelo usurio.

NOTA: Atente para o fato que todas as opes mencionadas at o momento so passveis deocorrer um "overflow".

NOTA: Todas as opes de contraste mencionadas acima tm o modo de operao igual aodescrito no item Manipulando um Histograma descrito acima.

Quais so as caractersticas do realce por Equalizao de Histograma? uma maneira de manipulao de histograma que reduz automaticamente o contraste em reas muito claras ou muito escuras, numa imagem. Expande tambm os nveis de cinza ao longo de todo intervalo. Consiste em uma transformao no-linear que considera a distribuio acumulativa da imagem original, para gerar uma imagem resultante, cujo histograma ser aproximadamente uniforme (veja figura abaixo). A opo de equalizao parte do princpio que o contraste de uma imagem seria otimizado se todos os 256 possveis nveis de intensidade fossem igualmente utilizados ou, em outras palavras, todas as barras verticais que compem o histograma fossem da mesma altura. Obviamente isso no possvel devido natureza discreta dos dados digitais de uma imagem de sensoriamento remoto. Contudo, uma aproximao conseguida ao se espalhar os picos do histograma da imagem, deixando intocadas as partes mais "chatas" do mesmo. Como podemos ver na figura abaixo, Este processo obtido atravs de uma funo de transferncia que tenha uma alta inclinao toda vez que o histograma original apresentar um pico, e uma baixa inclinao no restante do histograma.

O SPRING apresenta a seguinte funo de equalizao de histograma:Y = (faxi) . 255 Pt onde: faxi = freqncia acumulada para o nvel de cinza xi Pt = populao total (nmero total de "pixels")

NOTA: A opo de equalizao automaticamente calculada e apresentada, de modo que oQuais so as caractersticas do realce por Fatia?

usurio no poder alterar a forma ou posio da curva, permanecendo assim a tela no modo esttico.

A opo fatia (ou fatiamento de nveis de cinza) uma forma de aumento de contraste cuja

operao consiste simplesmente em realar os pixels cujas intensidades se situam dentro de um intervalo especfico (a fatia), isto , entre um mximo e um mnimo. Consiste na diviso do intervalo total de nveis de cinza de determinadas fatias (ou classes de cores). O fatiamento de nveis de cinza considerado a forma mais simples de classificao, de modo que aplicado apenas a uma nica banda espectral. De acordo com o critrio de determinao dos intervalos de nveis de cinza, pode-se obter fatiamento normal, equidistribuio e arco-ris. Fatiamento normal: as fatias so definidas de modo que o intervalo entre cada faixa seja constante.

Fatiamento equidistribuio: o intervalo de nveis de cinza dividido de modo que cada faixacontenha o mesmo nmero de pontos.

Fatiamento arco-ris: o mapeamento de um tom de cinza para uma determinada cor. Baseia-se

no fato de que variaes de cores so muito mais visveis ao olho humano do que variaes de tons de cinza. O mapeamento global desses nveis para o espao de cor segue a seqncia do arco-ris.

Quais so as caractersticas do realce por Edio? Permite a aplicao de uma tabela de transformao radiomtrica definida pelo usurio. O seu objetivo salientar um aspecto especfico da imagem que o usurio deseja analisar.

Exemplo: caso em que uma imagem apresenta regies escuras (baixos nveis de cinza) dentro de uma rea com pequenas variaes radiomtricas que no so de interesse. Pode-se utilizar o limite de saturao para realar ou amenizar o contraste de alguma caracterstica da imagem. A figura a

seguir ilustra o efeito da variao do limiar de saturao. Se o histograma apresenta dois picos de freqncia (bimodal), pode-se segmentar a imagem em duas classes definidas por uma limiar (L). Esta operao til para separar dois grandes grupos de nveis de cinza na imagem.

Quando a imagem em que se est trabalhando apresenta um histograma assimtrico, como freqentemente observado, no aconselhvel se trabalhar com uma transformao linear simples. Neste caso o usurio, com a ajuda de um cursor, pode especificar na tela uma transformao linear por partes. Isto oferece um maior grau de liberdade na especificao do histograma de sada, reduzindo a assimetria do histograma e utilizando melhor o intervalo de nveis de cinza disponvel. Exemplo:

Preprocessamento: Distores Geomtricas Como se geram as distores? So causadas no processo de formao da imagem, pelo sistema sensor e por impreciso dos dados de posicionamento da plataforma (aeronave ou satlite). Qual a necessidade de correo? Para relacionar coordenadas da imagem (linha e coluna) com coordenadas geogrficas (latitude e longitude) de um mapa. Para combinar duas imagens diferentes de uma mesma rea. Por exemplo, para imagens de satlite de diferentes pocas (multi-temporais), onde deseja comparar mudanas ocorridas em uma determinada rea. Outro exemplo comum de necessidade do registro na integrao de imagens de diferentes sensores (HRV e TM, por exemplo), ou na confeco de mosaicos a partir de imagens adjacentes de uma rea. Como se efetuam as correes?

As correes so baseadas em pontos de controle.

Pontos de controle so feies possveis de serem identificadas de modo preciso na imagem e no mapa, como por exemplo o cruzamento de estradas. Necessita de um mapa planimtrico ou plani-altimtrico confivel e em uma escala adequada, visto que os pontos de controle tero que ser precisamente identificados em ambos, imagem e mapa. Os pontos de controle so identificados e posicionados de maneira interativa na imagem, na forma de coordenadas em linha e coluna. As coordenadas geogrficas dos pontos de controle podem ser obtidas a partir dos mapas (via uso de mesa digitalizadora), de mapas temticos j incorporados ou via teclado (informando diretamente as coordenadas dos pontos). Com os pontos de controle determinados, obtm-se uma funo que mapeia as coordenadas do mapa na imagem, ou da imagem geocodificada na outra. Esta funo um polinmio de transformao, geralmente de 1 ou 2 grau. O nmero de Pontos de Controle (PC) mnimo para determinao de um polinmio de grau n dado pela seguinte regra: N PC's =( n2 + 3n + 2)/2 Os pontos de controle devem estar espalhados possvel dentro da rea de trabalho.

Baseado na transformao geomtrica, atribuem-se nveis digitais imagem registrada pelo processo de reamostragem por interpolao. O que reamostragem? A reamostragem necessria quando as coordenadas da imagem processada (linha e coluna) no coincidem com aquelas da imagem original. Reamostragem por interpolao efetuada por interpolao hbrida, onde a aplicao do interpolador de alocao de vizinho mais prximo e do interpolador bilinear dependemda caracterstica local dos nveis de cinza na imagem. O interpolador de alocao de vizinho mais prximo atribui ao valor de nvel de cinza do "pixel" da imagem corrigida, o mesmo valor do nvel de cinza do "pixel" que se encontra mais prximo da posio a ser ocupada. No h alterao no valor de nvel de cinza. Por sua caracterstica, aplicado nas regies da imagem onde no h heterogeneidade nos valores de nvel de cinza. O interpolador bilinear faz com que o nvel de cinza a ser atribudo ao "pixel" da imagem corrigida seja determinado a partir do valor dos 4 "pixels" vizinhos. Como resultado, h alterao do valor do nvel de cinza, considerando a sua vizinhana. aplicado nas regies da imagem onde h heterogeneidade nos nveis de cinza dos "pixels". Restaurao O que restaurao? A Restaurao uma tcnica de correo radiomtrica cujo objetivo corrigir as distores inseridas pelo sensor ptico no processo de gerao das imagens digitais. Pode-se dizer que a imagem digital uma cpia borrada da cena, dado que os detalhes vistos na cena so suavizados devido as limitaes do sensor. A idia de restaurar a imagem reduzir este efeito de borramento, e portanto obter uma imagem realada. A correo realizada por um filtro linear. Os pesos do filtro de restaurao so obtidos a partir das caractersticas do sensor, e no de forma emprica como feito no caso dos filtros de realce tradicionais. Neste caso, o filtro especfico para cada tipo de sensor e banda espectral. Este tipo de processamento recomendado para ser realizado sobre a imagem original sem qualquer tipo de processamento tais como realce e filtragem, que alterem as caractersticas radiomtricas da imagem. Deve-se observar tambm que no possvel processar uma imagem reamostrada, j que as caractersticas radiomtrica e espacial da imagem foram alteradas. O resultado do processamento ser salvo em disco. O que eliminao de rudo?

No processo de gerao de imagens, alguns rudos so inseridos nas imagens. Geralmente, os

pixels com rudo aparecem como pontos com nveis de cinza bem diferentes da sua vizinhana (escuros (pretos) ou saturados (brancos)). Estes pontos ruidosos podem aparecer distribudos aleatoriamente ou de forma sistemtica (listras verticais e horizontais). As causas podem ser falha de detetores, limitaes do sistema eletrnico do sensor, etc. Assim, a funo Eliminao de rudo no SPRING, tem como objetivo eliminar ou reduzir os pontos de rudo na imagem. O algoritmo usa dois limiares: Limiar Inferior e Limiar Superior. O usurio dever escolher os valores destes limiares que sero utilizados na caracterizao dos pontos ruidosos. Antes da execuo da funo, recomenda-se que o usurio faa uma prvia anlise do rudo na imagem, atravs da funo do SPRING, Leitura de Pixels. Esta anlise permitir ao usurio escolher os limiares adequados ao nvel de rudo a ser eliminado na imagem. Para detectar se um ponto na imagem P(i,j) (i linha e j coluna) rudo ou no, somente os seus vizinhos superior P(i-1,j) e inferior P(i+1,j) so analisados. Escolha do Limiar Inferior: Um ponto ser considerado rudo caso o seu nvel de cinza esteja abaixo dos nveis de cinza de seus dois pontos vizinhos abaixo e acima (linhas de cima e de baixo) por uma diferena maior que este limiar inferior. Neste caso, o ponto ser substitudo pela mdia entre aqueles dois pontos vizinhos. O valor " default" para este parmetro 8. Escolha do Limiar Superior: Um ponto ser considerado rudo caso o seu nvel de cinza esteja acima dos nveis de cinza de seus dois pontos vizinhos abaixo e acima (linhas de cima e de baixo) por uma diferena maior que este limiar superior. Neste caso tambm, o ponto ser substitudo pela mdia entre aqueles dois pontos vizinhos. O valor " default" para este parmetro 25. Filtragem

O que filtragem? Como se efetua? As tcnicas de filtragem so transformaes da imagem pixel a pixel, que no dependem apenas do nvel de cinza de um determinado pixel, mas tambm do valor dos nveis de cinza dos pixels vizinhos. O processo de filtragem feito utilizando matrizes denominadas mscaras, as quais so aplicadas sobre a imagem.

Mscara de 3 linhas por 3 colunas com centro na posio (2,2). A aplicao da mscara com centro na posio (i,j), sendo i o nmero de uma dada linha e j o nmero de uma dada coluna sobre a imagem, consiste na substituio do valor do pixel na posio (i,j) por um novo valor que depende dos valores dos pixels vizinhos e dos pesos da mscara, gerando uma nova imagem com a eliminao das linhas e colunas iniciais e finais da imagem original. Os filtros espaciais podem ser classificados em passa-baixa, passa-alta ou passa-banda. Os dois primeiros so os mais utilizados em processamento de imagens. O filtro passa-banda mais utilizado em processamentos especficos, principalmente para remover rudos peridicos. O que so filtros lineares? Suavizam e realam detalhes da imagem e minimizam efeitos de rudo, sem alterar a mdia da imagem. Alguns filtros so descritos a seguir. Passa-Baixa: Suaviza a imagem atenuando as altas freqncias, que correspondem s transies abruptas. Tende a minimizar rudos e apresenta o efeito de borramento da imagem. Exemplos de filtros de mdia 3x3, 5x5 e 7x7.1 1 1 1 1 1 *1/9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

*1/25

1

1

1

1

1

1

1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

*1/49

Passa-Baixa, de mdia ponderada, so usados quando os pesos so definidos em funo de sua distncia do peso central. Filtros desse tipo de dimenso 3x3 so:1 1 1 1 2 1 1 1 1 *1/10 1 2 1 2 4 2 1 2 1 *1/16

Passa-Alta: a filtragem passa-alta reala detalhes, produzindo uma "agudizao" ("sharpering") da imagem, isto , as transies entre regies diferentes tornam-se mais ntidas. Estes filtros podem ser usados para realar certas caractersticas presentes na imagem, tais como bordas, linhas

curvas ou manchas, mas enfatizam o rudo existente na imagem. Alguns exemplos podem ser dado por:0 -1

0-1 0

-1

-1

-1

1

-2

1

-1 0

5 -1

-1 -1

9 -1

-1 -1

-2 1

5 -2

-2 1

Os filtros de realce de bordas realam a cena, segundo direes preferenciais de interesse, definidas pelas mscaras. Abaixo esto algumas utilizadas para o realamento de bordas em vrios sentidos. O nome dado s mscaras indica a direo ortogonal preferencial em que ser realado o limite de borda. Assim, a mscara norte reala limites horizontais.1 Norte 1 -1 1 -2 -1 1 1 -1 Nordeste 1 -1 -1 1 -2 -1 1 1 1

-1 Leste -1 -1

1 -2 1

1 1 1 Sudeste

-1 -1 1

-1 -2 1

1 1 1

-1 Sul 1 1

-1 -2 1

-1 1 1 Sudoeste

1 1 1

-1 -2 1

-1 -1 1

1 Oeste 1 1

1 -2 1

-1 -1 -1 Noroeste

1 1 1

1 -2 -1

1 -1 -1

Realce no-direcional de bordas: utilizado para realar bordas, independentemente da direo. As trs mscaras mais comuns diferem quanto intensidade de altos valores de nveis de cinza presentes na imagem resultante. A mscara alta deixa passar menos os baixos nveis de cinza, isto , a imagem fica mais clara. A mscara baixa produz uma imagem mais escura que a anterior. A mscara mdia apresenta resultados intermedirios.Alta -1 -1 -1 -1 8 -1 -1 -1 -1 0 -1 0 Mdia -1 4 -1 0 -1 0 1 -2 1 Baixa -2 3 -2 1 -2 1

Realce de imagens: Utiliza mscaras apropriadas ao realce de caractersticas de imagens obtidas por um sensor especfico. Para imagens TM/Landsat o realce compensa distores radiomtricas do sensor. O pixel que ter seu valor de nvel de cinza substitudo pela aplicao da mscara, corresponde posio sombreada.

3 -7 -7 3

-7 -7 13 -7

-7 13 13 -7

3 -7 -7 3

O que so filtros no-lineares? Minimizam/realam rudos e suavizam/realam bordas, alterando a mdia da imagem, sendo os principais os operadores para deteco de bordas e os filtros morfolgicos. Operadores para deteco de bordas: Detecta caractersticas, como bordas, linhas, curvas e manchas, sendo os mais comuns os operadores de Roberts e Sobel. Operador de Roberts: Apresenta a desvantagem de certas bordas serem mais realadas do que outras dependendo da direo, mesmo com magnitude igual. Como resultado de sua aplicao, obtm-se uma imagem com altos valores de nvel de cinza, em regies de limites bem definidos e valores baixos em regies de limites suaves, sendo 0 para regies de nvel de cinza constante. O operador consiste na funo: , onde a' o nvel de cinza correspondente localizao a, a ser substitudo; a, b, c, d so as localizaes cujos valores sero computados para a operao.a c b d

Efeito da aplicao do operador de Roberts. Operador de Sobel: Reala linhas verticais e horizontais mais escuras que o fundo, sem realar pontos isolados. Consiste na aplicao de duas mscaras, descritas a seguir, que compem um resultado nico:a -1 0 1 2 0 2 -1 0 1 -1 -2 -1 b 0 0 0 1 2 1

A mscara (a) detecta as variaes no sentido horizontal e a mscara (b), no sentidovertical. O resultado d esta aplicao, em cada pixel, dado por: onde a' o valor de nvel de cinza correspondente localizao do elemento central da mscara.

Efeito da aplicao do operador de Roberts. O que so filtros morfolgicos?

Exploram as propriedades geomtricas dos sinais (nveis de cinza da imagem). Para filtros morfolgicos, as mscaras so denominadas elementos estruturantes e apresentam valores 0 ou 1 na matriz que correspondem ao pixel considerado. Os filtros morfolgicos bsicos so o filtro da mediana, eroso e dilatao. Filtro morfolgico da mediana utilizado para suavizao e eliminao de rudo e mantm a dimenso da imagem. Exemplo:elemento estruturante imagem 3 2 2 6 8 6 5 3 5

0 1 0

1 1 1

0 1 0

O pixel central ser alterada para o valor 6 (valor mediano na ordenao [2,3,6,6,8]). Filtro morfolgico de eroso: provoca efeitos de eroso das partes claras da imagem (altos nveis de cinza), gerando imagens mais escuras. Considerando o exemplo anterior, o valor a ser substitudo no pixel central corresponde ao menor valor da ordenao, 2. Filtro morfolgico de dilatao: provoca efeitos de dilatao das partes escuras da imagem (baixos nveis de cinza), gerando imagens mais claras. Para o exemplo anterior, o valor resultante da aplicao deste filtro o maior valor na ordenao, 8. Os seguintes elementos estruturantes so os mais comuns:1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0

0 1 0

0 1 0

0 1 0

0 0 0

1 1 1

0 0 0

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 0 0

0 1 0

0 0 1

Abertura e fechamento de uma imagem: geralmente encadeiam-se filtros de eroso e dilatao com o mesmo elemento estruturante para obteno de efeitos de abertura e fechamento. A abertura obtida pelo encadeamento do filtro de eroso, seguido pelo de dilatao, conforme ilustra a figura a seguir. No exemplo, h quebra de istmos e eliminao de cabos e ilhas.

O efeito de fechamento obtido pelo encadeamento do filtro de dilatao, seguido pelo de eroso. No exemplo, h eliminao de golfos e fechamento de baas.

Operao Aritmtica Para que servem as operaes aritmticas? Operaes aritmticas so operaes "pixel" a "pixel" entre imagens de bandas diferentes, atravs de uma regra matemtica definida, tendo como resultado uma banda representando a combinao das bandas originais. As operaes mais comuns so a soma, subtrao, diviso (ou razo entre bandas) e a multiplicao de uma banda por uma constante (realce linear). Estas operaes permitem comprimir os dados, diminuindo o nmero de bandas. Ocorre perda da informao original quando os resultados das operaes ultrapassam o intervalo de 0-255. Neste caso, os resultados so normalizados, saturando os valores abaixo de 0 em 0, e os acima de 255, em 255, causando perda de informao espectral. Estas operaes podem requerer um fator de ganho (multiplicativo) ou "off-set" (aditivo), para melhorar a qualidade de contraste da imagem. Os fatores devem ser definidos considerando a faixa de valores de entrada e a operao a executar. Em geral, a operao de adio utilizada para realar similaridade entre bandas ou diferentes imagens e a subtrao, a multiplicao e diviso, para realar as diferenas espectrais. Para que serve a subtrao de imagens? Utilizada para realar diferenas espectrais, conhecendo-se o comportamento espectral dos alvos de interesse e o intervalo espectral das bandas dos sensores, pode-se definir as bandas utilizadas para realar as diferenas espectrais. Exemplos de aplicao da subtrao de bandas: Identificao de diferentes tipos de cobertura vegetal; Identificao de minerais formados por xido de ferro; Deteco do padro de mudana de cobertura, como uso do solo, expanso urbana, desmatamento. Quando a mdia e desvio padro dos histogramas das imagens no coincidem, deve-se equalizlas antes da subtrao para evitar que o resultado da subtrao no corresponda diferena real entre elas. Para que serve a adio de imagens? Utilizada para a obteno da mdia aritmtica entre as imagens, minimizando a presena de rudo. O valor de ganho deve ser 1/n, onde n o nmero de bandas utilizadas na operao. Pode ser utilizada para a integrao de imagens resultantes de diferentes processamentos. Para que serve a multiplicao? utilizada na implementao de algoritmos que se deseja aplicar sobre a imagem. Para que serve a diviso ou razo entre bandas? utilizada para realar as diferenas espectrais de um par de bandas, caracterizando determinadas feies da curva de assinatura espectral de alguns alvos. Pode apresentar resultados incorretos devido a: Bandas que apresentam rudos, pois estes sero realados. Presena do espalhamento atmosfrico, seletivo em relao s bandas espectrais, gerando valores de nvel de cinza que no representam a diferena de reflectncia entre os alvos. Presena de objetos distintos nas bandas originais com caractersticas espectrais semelhantes, porm de diferentes intensidades. Na imagem resultante, estes objetos no

sero distintos. Exemplos de aplicao: Remover efeitos de ganho provenientes de variaes espaciais ou temporais, quando ocorrem em bandas de uma mesma imagem; Diminuir variaes de radincia da imagem, provenientes de efeito de topografia, declividade e aspecto. Aumentar diferenas de radincia entre solo e vegetao. Para aumentar o contraste entre solo e vegetao, utilizando a razo entre as bandas referentes ao vermelho e infravermelho prximo, gerando os chamados ndices de vegetao. Com a equao: , onde g o ganho, o off-set, A banda do infravermelho prximo, B a banda do vermelho e C o ndice de vegetao de diferena normalizada (IVDN). Transformao IHS O que transformao RGB-IHS? A cor de um objeto, em uma imagem pode ser representada pelas intensidades das componentes vermelho R, verde G e azul B, no sistema de cores RGB, ou pela intensidade I, pela cor ou matiz H e pela saturao Sno espao IHS. Intensidade ou brilho a medida de energia total envolvida em todos os comprimentos de onda, sendo responsvel pela sensao de brilho da energia incidente sobre o olho. Matiz ou cor de um objeto a medida do comprimento de onda mdio da luz que se reflete ou se emite, definindo, a cor do objeto. Saturao ou pureza expressa o intervalo de comprimento de onda ao redor do comprimento de onda mdio, no qual a energia refletida ou transmitida. Um alto valor de saturao resulta em uma cor espectralmente pura, ao passo que um baixo valor indica uma mistura de comprimentos de onda produzindo tons pastis (apagados). O espao de cores IHS pode ser graficamente representado por um cone. A relao espacial entre o espao RGB e IHS mostrada na figura.

A distncia do ponto at a origem ou pice do cone representa a intensidade. A distncia radial do ponto at o eixo central do cone representa saturao. O matiz representado como uma seqncia radial ao redor dos crculos de saturao e do eixo de intensidade. Por serem independentes, os trs parmetros podem ser analisados e modificados separadamente, para um melhor ajuste das cores s caractersticas do sistema visual. Na transformao RGB para IHS, escolhem-se trs bandas de uma imagem e associa-se cada banda a um dos componentes RGB. Assim, cada "pixel" na imagem de sada possuir uma correspondncia a um ponto no espao IHS. O resultado um conjunto de trs novas imagens: uma de intensidade, uma de matiz e outra de saturao. Estas imagens podem ser realadas, expandindo o intervalo de intensidade e saturao atravs de contraste, e, quando convertidas de IHS para RGB, permitem melhor separao das cores e das feies que se deseja observar. Pode se utilizar para combinar imagens de diferentes sensores e resoluo espacial, como na unio de imagens SPOT-HRV (pancromtico) e TM-Landsat. O procedimento consiste em: Calcular os componentes IHS a partir de trs bandas selecionadas do TM

Aplicar o contraste nos componentes H e S, e na imagem SPOT. Substituir o componente I substitudo pela imagem SPOT. Aplica-se a transformao inversa IHS para RGB. Aps a transformao, a imagem colorida ter resoluo espacial da imagem SPOT e resoluo espectral das trs bandas TM. Estatstica O que anlise estatstica? A Anlise Estatstica de Amostras permite calcular parmetros estatsticos a partir de imagens. Os principais so momentos, mediana, matriz de covarincia e correlao, matriz de autocorrelao e a matriz de correlao cruzada. O que so momentos? Se X1, X2, ..., XN so os N valores assumidos pela varivel X, pode-se definir:

Momento de ordem r por: Momento de ordem r centrado na mdia por:, onde

(momento de ordem 1), o valor mdio dos dados. O momento centrado na mdia de ordem 2 a varincia. O que mdia?

A mdia dos dados numricos X1, X2, ..., XN representada por(momento de ordem 1). O que mediana?

e definida por:

,

A mediana de um conjunto de N nmeros ordenados em ordem de grandeza, o valor do ponto central (N mpar) ou a mdia aritmtica dos dois valores centrais (N par). Exemplos: 3,4,4,5,6,8,8,8,10 tem mediana 6 5,5,7,9,11,12,13,17 tem mediana 10. O que a moda? A moda o valor mais freqente em um conjunto de valores numricos. A moda pode no existir e, mesmo que exista, pode no ser nica. Exemplos: 1,1,3,3,5,7,7,7,11,13 tem moda 7 3,5,8,11,13,18 no tem moda 3,5,5,5,6,6,7,7,7,11,12 tem duas modas: 5,7 (bimodal). O que so desvio padro e varincia?

Medem o grau de disperso dos dados numricos em torno de um valor mdio. O Desvio Padro de

um conjunto de dados X1, ..., Xn definido por:

A Varincia o quadrado do desvio padro:O que covarincia?

Covarincia entre dois conjuntos de dados numricos a e b, com N pontos definido por:

Indica o grau de similaridade entre os conjuntos a e b, ou seja, como os dados esto correlacionados entre si. Quanto maior este valor maior o grau de correlao entre os dados. O que coeficiente de correlao?

Mede a similaridade entre dois conjuntos de dados numricos sobre uma escala absoluta de [-1,1]. calculado atravs da diviso do valor de covarincia pela raiz quadrada do produto dos desvios

padres dos conjuntos de dados a e b: O que coeficiente de variao? O efeito da variao ou disperso em relao mdia pode ser medido pela disperso relativa, definida por: Disperso Relativa = Disperso Absoluta/Mdia Se a disperso absoluta for o desvio padro, a disperso relativa denominada coeficiente de variao v: . O coeficiente de variao deixa de ser til quando a mdia prxima de zero. O que coeficiente do momento de assimetria?

o grau de desvio ou afastamento do eixo de simetria de uma distribuio. Para distribuiesassimtricas a mdia tende a situar-se do lado da cauda mais longa da distribuio. Este coeficiente pode ser definido usando o 3 momento centrado na mdia e o desvio padro: O que coeficiente de Kurtosis?

Mede o grau de achatamento de uma distribuio de dados, e pode ser definido pela diviso domomento de grau 4 centrado na mdia pela varincia ao quadrado. Ou seja: Componentes Principais Transformao por Principais Componentes Observa-se freqentemente que bandas individuais de uma imagem multiespectral so altamente correlacionadas, ou seja, as bandas so similares visual e numericamente. Esta correlao advm do efeito de sombras resultantes da topografia, da sobreposio das janelas espectrais entre bandas adjacentes e do prprio comportamento espectral dos objetos. A anlise das bandas espectrais individuais pode ser ento ineficiente devido informao redundante presente em cada uma dessas bandas. A gerao de componentes principais uma tcnica de realce que reduz ou remove esta redundncia espectral, ou seja, gera um novo conjunto de imagens cujas bandas individuais apresentam informaes no-disponveis em outras bandas. Esta transformao derivada da matriz de covarincia entre as bandas e gera um novo conjunto de imagens onde cada valor de "pixel" uma combinao linear dos valores originais. O nmero de componentes principais igual ao nmero de bandas espectrais utilizadas e so ordenadas de acordo com o decrscimo da varincia de nvel de cinza. A primeira componente principal tem a maior varincia (maior contraste) e a ltima, a menor varincia. A figura mostra que a transformao de compo-nente principal em duas dimenses corresponde rota-o do eixo original da coordenada para coincidir com as direes de mxima e mnima varincia no dado. Neste processo utiliza-se o coeficiente de correlao ou da covarincia para se determinar um conjunto de quantidades chamadas de autovalores. Os autovalores representam o comprimento dos eixos das componentes principais de uma imagem e so

medidos em unidade de varincia. Associados a cada autovalor existe um vetor de mdulo unitrio chamado autovetor. Os autovetores representam as direes dos eixos das componentes principais. So fatores de ponderao que definem a contribuio de cada banda original para uma componente principal, numa combinao aditiva e linear. Para facilitar a percepo dessas contribuies, deve-se transformar os autovetores em porcentagens. Sabendo-se o sinal de cada coeficiente do autovetor, pode-se comparar as porcentagens com as curvas espectrais de materiais conhecidos (por exemplo, vege