Processamento Digital de
Imagens
Processamento Digital de
Imagens

Breve Revisão de Conceitos;

Grandezas Espectrais;

Reflectância espectral – Água, Vegetação &
Solo;

Processamento Digital de Imagens – Definição;

Etapas do Processamento;

Imagens Coloridas.
Conceito: Sensoriamento Remoto
A ciência e a arte de obter informação sobre um
objeto, área ou fenômeno através da análise de
dados adquiridos por um instrumento, que não
entra em contato direto com o objeto, área ou
fenômeno em investigação.
Sensoriamento
Obtenção de dados
Remoto
Distante
Conceitos Básicos

Alvos
◦ São objetos ou fenômenos que possuem capacidade de refletir a
energia radiante incidente sobre eles, sendo definidos por seus
comportamentos espectrais característicos, por exemplo, a água,
o solo, a vegetação, as nuvens, etc

Reflectância espectral, Absortância &
Transmitância
◦
Quando um fluxo i de REM incide sobre um objeto, três
fenômenos podem ocorrer:
uma parte do fluxo é refletida por ele - r;
 outra parte do fluxo penetra no objeto, sendo progressivamente absorvido - a;
 e parte consegue atravessá-lo - t, emergindo novamente para o espaço

Conceitos Básicos
r
i
Objeto
a
t
Reflexão, transmissão e absorção de um fluxo de REM
Fonte: Steffen et al., 1982 - modificado
Grandezas Radiométricas

Os alvos ao interagir com a REM produzem
variações espectrais significantes.
◦ Por exemplo, uma folha de uma planta tem cor verde por
refletir predominantemente a cor verde, absorvendo
mais os outros comprimentos de onda.
◦ Esta interação não ocorre somente na região do visível,
mas pode ser encontrada ao longo de todo o espectro
eletromagnético.

O padrão de resposta espectral, também
conhecido como assinatura ou resposta
espectral
FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA
PIGMENTAÇÃO
70
ESTRUTURA
PRESENÇA DE ÁGUA
CELULAR
Absorção da REM
Solo
Pela clorofila
Vegetação
Água
Reflectancia espectral (%)
60
50
Absorção da REM pela
água presente
40
na vegetação e no
solo
30
20
0,4
10
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Comprimento de onda (m)
VISÍVEL INFRAVERELHO
0
2,2
2,4
2,6
INFRAVERMELHO MÉDIO
PRÓXIMO
Curvas características da refletância espectral da vegetação verde, solo nu seco e água
limpa.
Fonte: Lillesand & Keifir, 1995 - modificado
Reflectância Espectral - Água
Açude Mãe
D'Água
Açude
Coremas
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)
A
B - Imagem TM/Landsat-5 - banda 4
(imagem da região do infravermelho
próximo)
Ambos os açudes apresentam alta
absorção e transmitância da REM.
Açude Mãe
D'Água
B
Açude
Coremas
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
Verde
Azul
Violeta
Amarelo
Laranj
a Vermelh
o
Apresentação didática da interação da vegetação com o
espectro visível da luz branca.
Fonte: Coutinho, 1995 - modificado
Reflectância Espectral - Vegetação
Vi Ín Azul Az
Am Lara Ver
Vermelho
ol di
ul- verde
are
nja melh Extremo
et go
Ve
a
rd
lo
o
e
100
Re
fle 80
ct
an
ce 50
es
pe
ctr 30
al
(%
) 20
10
8
Infravermelho
próximo
Antes do ataque da doença
Logo após o ataque da doença
Após um longo tempo da
vegetação ter sido infectada
pela doença
Aumenta a
refletância
na região
do azul
Diminui a refletância na
região do
ver-de.
Aumenta a
refletância na
região do
vermelho
Diminui a refletância na
região do infravermelho
próximo
5
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
3 0,9
2
Comprimento
Refletância característica
das folhasde
deonda
uma (m)
vegetação saudável e de
uma vegetação doente
Fonte: Colwell, 1960 - modificado
Reflectância Espectral - Solo

Depende de vários fatores, complexos, variáveis e interrelacionados, tais como:
◦ Umidade;
◦ Composição granulométrica;
◦ Rugosidade da superfície;
◦ Presença de óxido de ferro e presença de matéria
orgânica, dentre outros.
FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA
Solo
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
Comprimento de onda (m)
2,0
2,2
Banda 1
azul/verde
–
região espectral do
(0,45 m – 052m)
Banda 2 – região espectral do verde
(0,52m – 0,60m)
Imagens Landsat - 5 do litoral
norte do estado do Rio Grande do
Norte de 17 de junho de 1989.
Banda 3 – região espectral do
vermelho (0,63m – 0,69m)
Banda 5 – região espectral do
infravermelho
médio (1,55 m
– 1,75 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)
Processamento Digital de Imagens
Definição:
“Manipulação de uma imagem por computador de modo onde
a entrada e a saída do processo são imagens”
Processar uma imagem
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)
Processamento Digital de Imagens

Inclui diversas áreas como:







Análise de recursos naturais;
Meteorologia;
Transmissão digital de sinais de televisão ou fac-símile;
Análise de imagens biomédicas;
Análise de imagens metalográficas e de fibras vegetais;
Obtenção de imagens médicas por ultra-som, radiação
nuclear ou técnicas de tomografia computadorizada;
Automação industrial: sensores visuais em robôs.
Processamento Digital de Imagens

Realce de Contraste
Processamento Digital de Imagens

Redução de Ruído
Processamento Digital de Imagens

Técnicas de PDI:
 permitem analisar uma cena nas várias regiões
do espectro eletromagnético;

extraem informação quantitativa da imagem;

realizam medidas impossíveis de serem obtidas
manualmente;

possibilitam a integração de vários tipos de
dados, devidamente georeferenciados.
Processamento Digital de Imagens
223
223
180
205
30
223
180
180
90
205
223
205
205
30
30

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;
Processamento Digital de Imagens

O sistema visual humano não é muito sensível a variações de
intensidade (no máximo 30 diferentes tons de cinza);

O computador consegue diferenciar qualquer quantidade de níveis
de cinza:
imagens de 8 bits – 28=256 níveis de cinza,
imagens de 10 bits – 210=1024 níveis de cinza, etc.
Etapas - PDI
Pré-Processamento
Realce
Classificação
Etapas - PDI
Pré-Processamento
Refere-se ao processamento inicial de dados brutos para
calibração radiométrica da imagem, correção de distorções
geométricas e remoção de ruído.
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.
Etapas - PDI
Classificação
Na classificação são atribuídas classes aos objetos presentes
na imagem.
“ Classificação é o processo de extração de informação em
imagens para reconhecer padrões e objetos homogêneos e
são utilizados em Sensoriamento Remoto para mapear áreas
da superfície terrestre que correspondem aos temas de
interesse.”
Cena 214/065 do sensor 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)
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
Imagens Coloridas
•As imagens obtidas por sensores eletrônicos,
em diferentes canais, são individualmente
produzidas em preto e branco;
•As imagens coloridas são obtidas a partir da
combinação das bandas 3 a 3, como por exemplo,
banda 1, banda 2 e banda 3, ou, banda 2, banda 3
e banda 4. Ao negativo de cada banda é atribuída
uma cor: azul, verde e vermelho.
•Ao projetar e sobrepor essas imagens, através
de filtros coloridos, azul, verde e vermelho
(cores primárias) é possível gerar imagens
coloridas;
Imagens Coloridas
•A cor de um objeto vai depender da quantidade de
energia por ele refletida, da mistura das cores e da
associação das cores com as imagens.
A área destacada, contem
uma vegetação com um
alto índice de massa
foliar, está representada
pela cor verde escura
Composição colorida da
imagem
TM/Landsat-5
de 17 de junho de 1984
Canal 3
Canal 4
Canal 5
Composição Colorida 543 (RGB)
Canal 3
Canal 4
Canal 5
Composição Colorida 345 (BRG)
Imagens Coloridas
•Se um objeto é claro somente em uma das
imagens originais, na imagem colorida ele é
representado pela cor que foi associada a essa
imagem original
•Se um objeto aparece claro em duas das imagens
originais sua cor na imagem colorida vai ser a
resultante da mistura entre as duas cores que forem
associadas às imagens originais;
•Os exemplos 1 e 2 são as composições mais
utilizadas. Nelas a cor dos objetos, em geral é falsa;
Imagens Coloridas
•A partir de imagens do visível, por exemplo, é
possível gerar uma imagem colorida natural, desde
que elas sejam associadas às respectivas cores:
Canal 1 – faixa da luz azul do espectro visível
associamos a cor azul
Canal 2 – faixa da luz verde do espectro visível
associamos a cor verde
Canal 3 – faixa da cor vermelha do espectro
visível associamos a cor vermelha
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Composição Colorida 321 (RGB)
(falsa cor)