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Processamento Digital de Imagens. Breve Revisão de Conceitos; Grandezas Espectrais; Reflectância espectral – Água, Vegetação & Solo; Processamento Digital.

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1 Processamento Digital de Imagens

2 Breve Revisão de Conceitos; Grandezas Espectrais; Reflectância espectral – Água, Vegetação & Solo; Processamento Digital de Imagens – Definição; Etapas do Processamento; Imagens Coloridas.

3 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

4 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

5 Conceitos Básicos r i t a Objeto Reflexão, transmissão e absorção de um fluxo de REM Fonte: Steffen et al., modificado

6 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

7 Curvas características da refletância espectral da vegetação verde, solo nu seco e água limpa. Fonte: Lillesand & Keifir, modificado VISÍVEL INFRAVERELHO INFRAVERMELHO MÉDIO PRÓXIMO Absorção da REM pela água presente na vegetação e no solo Solo Vegetação Água ,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Comprimento de onda ( m) Reflectancia espectral (%) FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA PIGMENTAÇÃO ESTRUTURA PRESENÇA DE ÁGUA CELULAR Absorção da REM Pela clorofila

8 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.

9 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, modificado VioletaVermelh o Laranj a AmareloVerde Azul

10 Reflectância Espectral - Vegetação Vi ol et a Ín di go Azul Az ul- Ve rd e Vermelho Extremo Infravermelho próximo 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) Re fle ct an ce es pe ctr al (% ) Antes do ataque da doença Logo após o ataque da doença Após um longo tempo da vegetação ter sido infectada pela doença Diminui a re- fletância na região do ver-de. Refletância característica das folhas de uma vegetação saudável e de uma vegetação doente Fonte: Colwell, modificado Aumenta a refletância na região do vermelho Aumenta a refletância na região do azul Diminui a refletância na região do infravermelho próximo

11 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

12 Banda 1 – região espectral do azul/verde (0,45 m – 052 m) Banda 2 – região espectral do verde (0,52 m – 0,60 m) Banda 3 – região espectral do vermelho (0,63 m – 0,69 m) Banda 4 – região espectral do infravermelho próximo (0,76 m – 0,90 m) Banda 7 – região espectral do infravermelho médio (2,08 m – 2,35 m) 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.

13 Processamento Digital de Imagens Definição: 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

14 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.

15 Processamento Digital de Imagens Realce de Contraste

16 Processamento Digital de Imagens Redução de Ruído

17 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.

18 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;

19 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 – 2 8 =256 níveis de cinza, imagens de 10 bits – 2 10 =1024 níveis de cinza, etc.

20 Etapas - PDI Pré-ProcessamentoRealceClassificação

21 Etapas - PDI Pré-Processamento Refere-se ao processamento inicial de dados brutos para calibração radiométrica da imagem, correção de distorções geométricas e remoção de ruído.

22 Etapas - PDI Realce 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.

23 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.

24 Cena 214/065 do sensor TM LANDSAT 5 (1989) Composição Colorida RGB (Bandas 4,5 e 2) Campina Grande - PB Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 4,5 e 2)

25 Cena 214/065 do sensor TM LANDSAT 7 (24/07/2000) Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 5,4 e 3) Campina Grande - PB Classificação de Padrões

26 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;

27 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

28 Canal 4 Canal 3 Canal 5 Composição Colorida 543 (RGB)

29 Canal 4 Canal 3 Canal 5 Composição Colorida 345 (BRG)

30 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;

31 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

32 Canal 2 Canal 1 Canal 3 Composição Colorida 321 (RGB) (falsa cor)


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