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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
E N D
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.
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-2, Landsat-3, Landsat-5, Landsat-7, CBERS-2 e CBERS-2B. A distribuição dessas imagens (via FTP) é gratuita (franqueada a toda comunidade Web).
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, conclui-se 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.
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: Área = 20 e Similaridade = 8 e faça alguns testes variando esses valores. Por exemplo: Área e Similaridade :20 e 8, 15 e 10, 30 e 10.
Com o advento de novas tecnologias, que tornou possível aosformadores 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 cursoministrado 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 (kalil@ltid.inpe.br)
