PROCESSAMENTO DIGITAL DE
IMAGENS CBERS
Esta palestra apresenta a metodologia do Módulo Processamento
Digital de Imagens, utilizando dados do CBERS, do Curso
ministrado totalmente a Distância, desenvolvido pelo INPE (OBT) em
parceria com a Selper:
Introdução ao Sensoriamento Remoto
http://www.dpi.inpe.br/ead/intro_sr/index.html
Objetivo do Curso a distância
Capacitar profissionais, de várias áreas, no uso da tecnologia de
Sensoriamento Remoto.
Objetivo do Módulo Processamento de Imagens
Difundir o uso de dados do satélite sino-brasileiro (CBERS) e de
outros satélites, disponíveis gratuitamente na Internet, bem
como o software SPRING (Sistema de Processamento de
Informações Georreferenciadas), desenvolvido pelo INPE, e
também gratuito.
Metodologia
Esta metodologia de ensino foi desenvolvida com softwares e
imagens disponíveis na Web, possibilitando acessos totalmente
gratuitos.
Constitui-se de procedimentos em formato de rotinas com o
“passo a passo” contendo mini-videos, para que os alunos de
cursos de geotecnologias, e demais interessados nessa área,
possam utilizá-los para:
-capturar imagens CBERS,
-mosaicos LANDSAT,
-georreferenciar imagens multitemporais,
-aplicar técnicas de processamento de imagens e -gerar
mapas temáticos.
O ambiente de ensino aprendizagem utilizado, e os programas
específicos, para o ensino de Processamento de Imagens
CBERS, no Curso, são apresentados a seguir:
TelEduc.Ambiente para a criação, capacitação e administração de
cursos na Web (http://TelEduc.nied.unicamp.br).
Para inicio da comunicação com os alunos utilizamos a ferramenta
“Agenda”, recurso que se caracteriza como a porta de entrada de um
curso. Toda a programação da semana é explicitada nesta ferramenta a
fim de que os formandos possam se organizar em relação aos tópicos,
tempo de estudo e a elaboração das atividades.
O ponto forte do curso é o suporte diferenciado ao aluno, já que
para ter sucesso em um curso a distância é muito importante a
interatividade entre professores e alunos, entre alunos e o ambiente
de aprendizado e se possível, entre os alunos também.
O formador como facilitador do processo de aprendizagem a distância
deve sempre orientar o aluno sobre a dinâmica do curso, incentivando
e conscientizando este aluno na importância de sua participação ativa
neste contexto de aprendizagem.
As ferramentas mais utilizadas para aprimorar a interatividade no
nosso curso são: “Atividades”: ela apresenta as atividades a serem
realizadas durante o curso.
“Diário de Bordo”: como o nome sugere, trata-se de um espaço
reservado para que cada participante possa registrar suas experiências ao
longo do curso: sucessos, dificuldades, dúvidas, anseios visando
proporcionar meios que desencadeiem um processo reflexivo a respeito
do seu processo de aprendizagem.
“Correio”: trata-se de um sistema de correio eletrônico interno ao
ambiente. Assim, todos os participantes do curso podem enviar e receber
mensagens através deste correio. Todos, a cada acesso, devem consultar
seu conteúdo a fim de verificar as novas mensagens recebidas.
“Portfólio”: nesta ferramenta os participantes do curso podem
armazenar textos e arquivos utilizados e/ou desenvolvidos durante o
curso, bem como endereços da Internet.
O aluno descreve o desenrolar das suas atividades no “Diário de
Bordo”, e faz um comentário dizendo para o professor em qual etapa das
rotinas ele teve mais dificuldades.
Como as rotinas mostram o “passo a passo” em itens, fica muito fácil
para o aluno apontar as suas dúvidas e ir interagindo com o professor.
Em muitos casos o formador repete a operação, junto com o aluno, para
conseguir visualizar onde está o problema e ajudá-lo a seguir em frente.
SWISH. Programa que usa a tecnologia Adobe Flash para criar
apresentações multimídia. Ferramenta que permite criar com
extrema habilidade animações em flash, acrescenta efeitos a
imagens importadas, nos formatos GIF, JPEG e PNG, e executa
efeitos
sonoros
em
resposta
ao
clique
do
mouse.
(http://www.swishzone.com).
CamStudio. Ferramenta para gravar a atividade da tela do
computador como arquivo de vídeo AVI. Os vídeos foram gerados
demonstrando “passo a passo” a aplicação das técnicas em
Geoprocessamento e Processamento de Imagens CBERS dentro do
SPRING. (http://www.camstudio.org).
SPRING. Sistema de Informações Geográficas-SIG, desenvolvido
e mantido pela OBT/ DPI – INPE.
Software
Freeware
–
Download
via
Web
http://www.dpi.inpe.br/spring Versões em Windows e Linux
(4.3.3) com Manual on-line – browser estilo Web.
Principais Funcionalidades: Processamento Digital de Imagens,
Manipulação de Dados Temáticos, Modelagem Numérica de Terreno,
Armazenagem e Consultas de Dados Cadastrais, Modelagem e Uso de
Redes e, Análises Espaciais.
Principais características: - Integrar, numa única base de dados,
informações espaciais provenientes de dados cartográficos, dados de
censo e cadastro urbano e rural, imagens de satélite, redes e modelos
numéricos de terreno.
-Oferecer mecanismos para combinar as várias informações, através de
algoritmos de manipulação e análise, além de ferramentas para consultar,
recuperar, visualizar e plotar o conteúdo da base de dados geocodificados.
No módulo “SPRING”, estão disponíveis as funções relacionadas à criação,
manipulação de consulta ao banco de dados, funções de entrada de dados,
processamento digital de imagens, modelagem numérica de terreno e
análise geográfica de dados.
É o módulo principal de entrada, manipulação e transformação de dados
geográficos. Para ter acesso ao material on line deste curso pode ser
utilizado o Windows Media Player (WMP). Trata-se de um programa
para áudio e vídeo em computadores pessoais. Produzido pela Microsoft,
está disponível gratuitamente para o Microsoft Windows.
O módulo PROCESSAMENTO DE IMAGENS CBERS dos nossos
cursos é composto pelas seguintes Rotinas:
Rotina 1. Como criar um banco de dados;
Rotina 2. Como criar as categorias: imagem, carta
temática e classes temáticas;
Rotina 3. Como criar um projeto;
Rotina 4. Como importar o mosaico da NASA;
Rotina 5. Como capturar as imagens CBERS.
Rotina 6. Como realizar o registro das Imagens CBERS no
SPRING;
Rotina 7. Contraste linear;
Rotina 8. Como aplicar as técnicas de segmentação e
classificação;
Rotina 9. Edição matricial.
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Banco ATLAS 2008: http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/banco.html
Base de dados do BRASIL - Imagens CBERS das
capitais brasileiras, Mapa estadual, municipal 1991,
1994, 1997, 2001, 2005, 2007 (500.000 e
2.000.000), sede de municípios (2005), drenagem,
vias acesso, séries cartográficas, vegetação radam,
cenas Landsat, CBERS e SPOT, do Brasil.
Access (versão 5.0 do SPRING) / 352 mbytes
Brasil - Polyconica/SIRGAS 2000
Executável win (XP/Vista)
IBGE, INPE
Meridiano central W 51:00:00
Abrangencia do fuso 54-48
http://www.ltid.inpe.br/cursoadistancia/
ProcessamentoDeImagensCBERS/AULAS/Aula3/
DetalhesRotina4_Alternativa.pdf
http://www.dgi.inpe.br/Suporte/files/
manual_usuario_PT.htm
Este documento integra o material constituinte do Manual do Usuário do Catálogo
de Imagens da DGI/INPE.
Este catálogo busca oferecer ao usuário, facilidades para a obtenção de imagens
através de critérios objetivos de seleção e mecanismos simples e eficientes de acesso
e “download”.
Para tanto um sistema semi-automático - em que o usuário interage com a interface
dirigindo sua busca – executa, em tempo real, as operações solicitadas. Este sistema
esta baseado em uma interface Web, acessível em www.dgi.inpe.br/CDSR ,
projetada para uma operação simples e de fácil compreensão pelo usuário.
O Catálogo de Imagens da DGI/INPE foi integralmente concebido e
desenvolvido pela Divisão de Processamento de Imagens (DPI)
conjuntamente com a Divisão de Geração de Imagens (DGI) do INPE.
Integram, presentemente, este Catálogo, imagens Landsat-1,
Landsat-3, Landsat-5, Landsat-7, CBERS-2 e CBERS-2B.
Landsat-2,
A distribuição dessas imagens (via FTP) é gratuita (franqueada a toda comunidade
Web).
http://www.dpi.inpe.br/ead/intro_sr/aulas_novas/videos
Transformações polinomiais - pontos de controle
O uso de transformações polinomiais é bastante comum no registro de imagens.
As transformações polinomiais fazem o vínculo entre coordenadas de imagem e
as coordenadas no sistema de referência através de pontos de controle.
Pontos de controle são feições passíveis de identificação na imagem e no terreno,
ou seja, são feições homólogas cujas coordenadas são conhecidas na imagem e
no sistema de referência. Cruzamentos de estradas, pistas de aeroportos e
confluência de rios são candidatos naturais a pontos de controle.
A determinação dos parâmetros da transformação polinomial selecionada é
feita através da resolução de um sistema de equações. Para que esse sistema de
equações possa ser montado as coordenadas dos pontos de controle devem ser
conhecidas tanto no referencial da imagem como no sistema de referência.
As coordenadas de imagem (linha, coluna) são obtidas quando o usuário clica
sobre a feição na imagem. As coordenadas de referência são usualmente obtidas
através de mapas confiáveis que contenham as feições homólogas usadas como
pontos de controle (modo Mesa na janela de registro).
O SPRING também aceita medições feitas diretamente no terreno com GPS
(modo Teclado). Dados vetoriais existentes e imagens georreferenciadas
também podem ser usados como fontes de extração de coordenadas de
referência (modo Tela).
Uma vez determinados os n pontos de controle e selecionada a transformação
polinomial, um sistema de 2n equações é montado para resolver 6, 12 ou 20
parâmetros, dependendo do polinômio ser de 1o, 2o ou 3o grau. Assim, concluise que o número mínimo de pontos de controle é 3 para o polinômio de 1o
grau, 6 para o polinômio de 2o grau e 10 para o polinômio de 3o grau.
O número mínimo de pontos de controle representa a situação de um sistema
de equações determinado, no qual o número de equações coincide com o
número de incógnitas a calcular.
Entretanto, como as coordenadas medidas dos pontos de controle estão
sujeitas a erros, convém usar um número de pontos maior que o mínimo.
Nesse caso, trabalha-se com um sistema de equações sobre-determinado, que
tem mais equações que incógnitas e permite tratar e distribuir os erros de
medição dos pontos de controle.
Em termos práticos aconselha-se o uso de 6 pontos de controle para o
polinômio de 1o grau, 10 pontos de controle para o polinômio de 2o
grau e 14 pontos para o polinômio de 3o grau.
Deve-se ter em mente também que a distribuição dos pontos de controle
na área a ser registrada é de suma importância, pois as transformações
polinomiais tendem a se comportar adequadamente apenas na região onde se
encontram os pontos de controle.
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Limiares de Similaridade e de Área
A medida de Similaridade está baseada na distância Euclidiana entre os valores
médios dos níveis de cinza de cada região. Assim duas regiões são consideradas
distintas se a distância entre suas médias for superior ao limite de Similaridade
escolhido.
Regiões com limiar de Área menor que o mínimo escolhido são absorvidas pelas
regiões adjacentes mais similares a estas.
O valor de similaridade depende dos níveis de cinza da imagem. Para as imagens
Landsat, ou CBERS, usamos o valor = 8. Por exemplo: Considerando-se apenas uma
banda e um limiar de similaridade igual a 8.
Uma região com a média dos níveis de cinza = 12 e uma região vizinha com média
dos níveis de cinza = 18, são consideradas similares.
Porque a diferença entre as médias é igual a 6, que é um valor menor que 8,
portanto
essas
regiões
serão
agrupadas
formando
uma
nova
região.
O limiar de Área depende da área mínima, em número de pixels, que se deseja
identificar.
Por exemplo:
Para imagens Landsat de resolução = 30 x 30 metros, uma área de
20 pixels significa:
5 x 4 pixels = (5 x 30m) X (4 x 30metros) = 18000 m2 ( área mínima ).
Para imagens CBERS de resolução = 20 x 20 metros, uma área de 20 pixels significa:
5 x 4 pixels = (5 x 20m) X (4 x 20metros) = 8000 m2 ( área mínima ).
Experimente:
valores.
Área = 20 e Similaridade = 8
Por exemplo: Área e Similaridade :20
e
e faça alguns testes variando esses
8,
15
e
10,
30
e
10.
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Com o advento de novas tecnologias, que tornou possível aos
formadores acrescentarem mais recursos tecnológicos, para
exemplificar ou demonstrar a operação das atividades propostas
em Processamento de Imagens, com o uso de Imagens
CBERS e do SPRING, o índice de aprovação dos alunos subiu
de 79, 41 %, no curso ministrado no final de 2006,
para 90 % no curso ministrado no início de 2007 e
para 100 % no curso ministrado no segundo semestre de
2007, com término em novembro.
Os excelentes resultados obtidos nas Avaliações dos Cursos a
Distância da OBT, realizadas pelos alunos, motivou a equipe de
formadores destes cursos, a treinar nos cursos atuais,
profissionais de outras áreas, como por exemplo:
Médico Veterinário, Turismólogo, Perito Criminal Federal,
Pedagogo, Técnico em Agropecuária e em Agrimensura,
Historiador, entre outros.
Com o levantamento dos dados que apontam 47,4 %, dos
participantes, na 2ª Pesquisa realizada sobre o Perfil dos
Usuários das Imagens CBERS, com interesse na modalidade
de cursos, na categoria a Distância, a tendência é a OBT investir
cada vez mais na capacitação dos usuários, nesta modalidade de
ensino, desenvolvendo metodologias apropriadas para estes fins
nos cursos de curta duração.
Portanto, a tendência é a OBT promover ações de qualidade que
atendam e estimulem demandas locais, regionais, nacionais e
internacionais, para o uso, conhecimento e aplicações de técnicas
de Sensoriamento Remoto, principalmente com o uso de
Imagens CBERS.
OBRIGADO!
Eliana Maria Kalil Mello ([email protected])