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Curso de Extensão: Noções de Sensoriamento
IPF – Institut für Photogrammetrie und FernerkundungMauro Alixandrini
UFBA
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Noções de Sensoriamento Remoto
Aula 2
⇒ Comportamento espectral de alvos
⇒Composição de bandas espectrais
⇒ Principais sensores remotos passivos
⇒ Níveis de processamentoOperações com HistogramaFiltros Digitais
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1. Comportamento espectral de alvos
Motivation Alvos:Alvos básicos:
Vegetação SolosCorpos d’águaÁrea Urbana
Assinatura EspectralVariação Sazonal da AssinaturaMistura EspectralSeparabilidade
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1. Comportamento espectral de alvos
Irradiação solar extraterrestre
Irradiação de um corpo negro 5900 K
Irradiação solar ao nível do mar
0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4
Ref
lect
ânci
a
Comprimento de onda (µm)
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1. Comportamento espectral de alvos
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1. Comportamento espectral de alvosVegetação
0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4
Ref
lect
ânci
a
Comprimento de onda (µm)
H2O
Clorofila
Carotenóides
Estrutura da folha
4
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1. Comportamento espectral de alvosVegetação
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1. Comportamento espectral de alvosVegetação
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1. Comportamento espectral de alvosVegetação
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Solo
1. Comportamento espectral de alvosVegetação
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10 von 25
1. Comportamento espectral de alvosÁgua
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0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4
Ref
lect
ânci
a
Comprimento de onda (µm)
1. Comportamento espectral de alvosÁgua
Água Pura
Água com sedimentos
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1. Comportamento espectral de alvosÁrea Urbana
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1. Comportamento espectral de alvosÁrea Urbana
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2. Composição colorida
Imagens Coloridas
As imagens obtidas por sensores eletrônicos, em diferentes canais, são individualmente produzidas em preto e branco;
Ao projetar e sobrepor essas imagens, através de filtros coloridos, azul, verde e vermelho (cores primárias) é possível gerar imagens coloridas;
A cor de um objeto vai depender da quantidade de energia por elerefletida, da mistura das cores e da associação das cores com as imagens (ex: vegetação pode ser apresentada na cor vermelha ou verde).
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2. Composição colorida
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Canal 2
Canal 1
Canal 3 Composição Colorida 321 (RGB)(falsa cor)
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Canal 4
Canal 3
Canal 5Composição Colorida 543 (RGB)
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Canal 4
Canal 3
Canal 5Composição Colorida 345 (BRG)
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2. Principais sensores remotos em plataformas espaciais
Programa Landsat
Programa SPOT
Programa CBERS
IRS, ASTER, Modis, ALOS, TerraSAR, Envisat, ERS, MAPSAR, SAC-C, NOAA, Comerciais: IKONOS, EROS, Quickbird, TerraSAR-X, WordView-1, RapidEye.
NASA, CNES, JAXA, ESA, AEB, NOAA, CONAE, CNES, ISRO.
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5 diasResolução temporal
890 kmLargura da faixa imageada
260 x 260 mResolução espacial
60ºCampo de Visada
0,63 - 0,69 µm (vermelho) 0,77 - 0,89 µm (infra-vermelho)
Bandas espectrais
Características do Imageador de Amplo Campo de Visada WFI
26 dias com visada vertical (3 dias com visada lateral)Resolução temporal
±32ºCapacidade de apontamento do espelho
113 kmLargura da faixa imageada
20 x 20 mResolução espacial
8,3ºCampo de Visada
0,51 - 0,73 µm (pan)0,45 - 0,52 µm (azul)0,52 - 0,59 µm (verde)0,63 - 0,69 µm (vermelho)0,77 - 0,89 µm (infravermelho próximo)
Bandas espectrais
Características da Câmera Imageadora de Alta Resolução CCD
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26 diasResolução temporal
120 km Largura da faixa imageada
80 x 80 m (160 x 160 m termal)Resolução espacial
8,8ºCampo de Visada
0,50 - 1,10 µm (pancromática)1,55 - 1,75 µm (infravermelho médio)2,08 - 2,35 µm (infravermelho médio)10,40 - 12,50 µm (infravermelho termal)
Bandas espectrais
Características do Imageador por Varredura de Média Resolução IRMSS
130 dias na operação propostaResolução temporal
27 km (nadir)Largura da faixa imageada
2,7 x 2,7 mResolução espacial
2,1ºCampo de Visada
0,50 - 0,80 µm (pancromática)Banda espectral
Características da Câmera Pancromática de Alta Resolução - HRC
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3. Níveis de processamento
Pré-processamentoProcessos ligados a imagem adquirida pelo sensor, com o compromisso de evitar alterações na informação original. Geralmente concentrando-se em erros inerentes as observações.Ex.: Calibração interna e externa do sensor.
ProcessamentoManipulação da informações adquiridas pelo sensor, afim de gerar um produto final que agrupe, interprete ou realce as informações presentes na imagem.Ex.: Classificação.
Pós-processamentoProcessos que visam a homogeneizar, comparar, interpretar o resultado final do processamento, com o compromisso de não comprometê-lo significativamente.Ex.: Analise de maioria e minoria.
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Níveis de Pré-processamento:
Nível 0 – imagens brutas.
Nível 1A – Correção radiométrica de distorções devido a diferenças na sensibilidade dos detectores elementares do instrumento de visualização.
Nível 1B – Correção radiométrica idêntica à do nível 1A. Correção geométrica de efeitos sistemáticos
Nível 2A – Correção radiométrica idêntica à do nível 1A. A correção geométrica é feita em uma projeção cartográfica padrão (UTM WGS84 por padrão) não ligada a pontos de controle do solo.
Nível 2B – Este produto vem em uma projeção de mapa com pontos de controle
Nível 3 – Projeção de mapa baseado em pontos de controle de solo e um DEMbaseado nos dados do Reference3D para eliminar distorções devido ao relevo.
3. Níveis de processamento
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4. Processamento digital de Imagens
Classes de operações:operações pontuaisoperações globaisoperações de vizinhança:
- operações lineares : transformada de Fourier,
convolução
- operações não-lineares: morfologia matemática
- operações híbridas
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Histograma h
Operação global que fornece a freqüência de ocorrência dos níveis de cinza de f .
Dá informações sobre a distribuição dos níveis de cinza adinâmica da imagem
Aplicações: filtragem, segmentação, reconhecimento de padrões e imagens.
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4. Processamento digital de ImagensHistograma - Realce
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4. Processamento digital de ImagensHistograma - Contraste
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4. Processamento digital de ImagensHistograma - Contraste
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4. Processamento digital de ImagensHistograma – Brilho
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4. Processamento digital de ImagensHistograma – Brilho
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4. Processamento digital de ImagensHistograma
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
pixelx
y
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
Processamento local: pixels vizinhos têm, em geral, as mesmas características.
ruído: fenômeno de brusca variação de um pixel em relação a sua vizinhança.
Tipos gerais: linear, não-linear, híbrida.
Domínio: espacial, freqüência
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitaisExemplo: domínio da freqüência
imagem original f espectro |F(u,v)|
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
Exemplo de filtragem:
imagem com ruído função H(u,v) imagem filtrada
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
Operação local de filtragemConvolução:
g(x, y) f(i, j)h(x i, y j)j n
n
i m
m
= − −= −= −
∑∑
f(x,y)
x
y
h(x-i,y-j)
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Filtro média:
h =1
9
1 1 1
1 1 1
1 1 1Exemplo:
f =
10 10 10
10 90 10
10 10 10
10 10 10
10 18 10
10 10 10
4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
identificam transições bruscas na função f(x,y)Operadores diferencias: o gradiente
∇ =
f
f
xf
y
∂
∂∂
∂
vetor:
magnitude: ∇ =
+
ff
x
f
y
∂
∂
∂
∂
2 21
2
θ =∇
∇
−tg
y
x
1direção:
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
Operadores 3x3 de Prewitt:
∇ =
− − −
x
1 1 1
0 0 0
1 1 1
∇ =
−
−
−
y
1 0 1
1 0 1
1 0 1
e Sobel:
∇ =
− − −
x
1 2 1
0 0 0
1 1 1
∇ =
−
−
−
y
1 0 1
2 0 1
1 0 1
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
∇ =
−
−
−
y
1 0 1
1 0 1
1 0 1
∇ =
− − −
x
1 1 1
0 0 0
1 1 1 ∇ + ∇x y
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Filtragem não-linearfiltragem com preservação de contornosFiltros estatísticos da ordem:
Ex.: filtro da mediana (filtros estatísticos da ordem):
10 10 10
10 100 10
10 10 10
10 10 10 10 10 10 10 10 100
valor mediano
f(x,y)ordenação
substitui
4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
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4. Processamento digital de ImagensFiltros digitais
Filtro da medianaVantagens:
Elimina eficientemente o ruído impulsivo (ruído de Poisson).Não introduz novos valores de níveis de cinza na imagem.
Preserva bordas e pode ser aplicado iterativamente.Desvantagem:
Elimina linhas muito finas e vértices dos objetos.
0100
0100
0100
0000
10100
10100
0
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Exemplo comparativo:
mediana
média
5x5
11x11
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4. Processamento digital de ImagensOperações morfólogicas básicas
sobre conjuntos e funções: Erosão e dilatação
Dilatação: união de todos os pontos da imagem X, tal que o elemento estruturante Bx intercepta X
imagem
= X
= Xc
Bx
imagem dilatada
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4. Processamento digital de ImagensOperações morfólogicas básicas
imagem original dilatação erosão
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Abertura e fechamento morfológicoscombinações de erosão e dilatação:
γ δ εB B B= o
ϕ ε δB B B= o
- abertura :
- fechamento:
Propriedades:
- operações duais, crescentes e idempotentes
- a abertura é anti-extensiva e o fechamento, extensivo
4. Processamento digital de ImagensOperações morfólogicas básicas
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4. Processamento digital de ImagensOperações morfólogicas básicas
Abertura
Fechamento