Colégio Politécnico da UFSM DPADP0024 : Processamento Digital de Imagens (Prof. Dr. Elódio Sebem)

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1 Para melhor aroveitamento das informações roduzidas or diferentes sensores, alguns métodos de rocessamento de imagens têm sido roostos. Estes métodos combinam imagens de diferentes características esectrais e esaciais ara sintetizar uma nova imagem com melhor resolução esacial do que a imagem multiesectral original. As técnicas de fusão odem ser divididas em três gruos: Modelos de domínio esectral: é formado elos rocessos q que realizam uma transformação na imagem multiesectral, resultando num novo conjunto de bandas onde uma delas é correlacionada com a imagem ancromática. Princiais Comonentes, IHS, Gram-Schmidt são reresentantes destes modelos. Modelos de domínio esacial: são aqueles que isolam a informação esacial de alta frequência rovenientes da imagem de alta resolução e a combinam com a imagem multiesectral ((Schowengerdt, g, 1997). ) As fusões que utilizam transformadas Wavelets e a técnica HPF (High-Pass Filter) integram esta categoria ara retirar a informação esacial de alta frequência da imagem de alta resolução esacial e combiná-la com imagem multiesectral. Modelos algébricos: que oeram funções aritméticas ixel-a-ixel. Como exemlo odem ser citadas as técnicas Brovey e Multilicativa (PINHO et al, 2005).

2 Modelos de domínio esectral: IHS A alternativa ara descrever as cores de uma imagem decomondo decomondo-as as nos comonentes de Intensidade (I), Hue (matiz) e Saturação (S), estende-se além do seu uso ara a obtenção de comosições coloridas. N realidade, Na lid d a transformação t f ã IHS foi f i concebida bid como uma oderosa d té i ara ser usada técnica d como um meio de combinar imagens de diferentes sensores, com diferentes resoluções esaciais. Essa técnica ficou conhecida como fusão de imagens e seu rincial objetivo é aumentar a resolução esacial das imagens multiesectrais de baixa resolução esacial, utilizando-se de uma imagem de alta resolução esacial. O rocesso de fusão de imagens é feito em dois assos: 1)) O rimeiro asso segue g o mesmo rocesso ara a construção ç de uma comosição ç colorida no esaço IHS. O analista deve selecionar três bandas do módulo multiesectral que contenham as melhores informações esectrais de seu interesse, interesse e realizar a transformação ara o esaço IHS.

3 Os comonentes H e S que guardam a informação esectral das cores são reservados e o comonente I é descartado e substituído ela imagem ancromática de alta resolução esacial. 2) O segundo asso consiste em reamostrar os comonentes H e S ara a resolução esacial da banda ancromática, sintetizando uma imagem colorida com resolução esacial i l da d banda b d ancromática áti e com as cores do d módulo ód l multiesectral. lti t l Oera-se então a transformação inversa ara o esaço de cor RGB. Aesar de ser uma técnica bastante utilizada, a fusão elo método IHS ossui a limitação de ermitir aenas a fusão de três bandas com a imagem de alta resolução esacial. Modelos de domínio esectral: esect al Princiais P inciais Comonentes (PC) A fusão or Princiais Comonentes é a forma de não limitar o número de bandas que odem ser fusionadas,, como ocorre com as técnicas Broveyy e IHS. Inicia-se com a transformação das bandas multiesectrais em um mesmo número de comonentes não correlacionados. O rimeiro rincial comonente (PC1) é substituído ela banda ancromática, que antes assa or um rocesso de equalização de média e variância ara que fique mais arecida ossível com a PC1.

4 Modelos de domínio esectral: Gram-Schmidt Este rocedimento, assim como o de Princiais Comonentes, é uma oeração sobre vetores, com o objetivo de torná-los ortogonais. A fusão inicia-se simulando a existência de uma banda ancromática a artir das bandas multiesectrais lti t i de d baixa b i resolução l ã esacial. i l A banda ancromática simulada deve estar dentro do intervalo esectral das bandas de baixa resolução. ç Na sequência, uma transformação de Gram-Schmidt é alicada à banda ancromática simulada e às bandas multiesectrais, e a ancromática simulada é considerada como a imei a banda. rimeira banda Então, a rimeira banda Gram-Schmidt é trocada ela banda ancromática de alta resolução e uma transformação ç inversa é alicada ara formar a imagem g sintética de saída. O método Gram-Schmidt é mais reciso do que o método Princiais Comonentes orque ele usa a função de resosta do sensor ara estimar como a banda ancromática deve aarecer. aarecer

5 Modelos de domínio esacial: Transformadas Wavelets A transformada wavelet é uma técnica aroriada ara a fusão de imagens, não somente orque roorciona a fusão de imagens utilizando diferentes escalas, mas também orque roduz maiores coeficientes róximos as bordas das diferentes fisionomias, revelando assim informações esaciais relevantes (Piella, 2003). A vantagem da transformada wavelets, com relação aos outros métodos na fusão de imagens é que esta roorciona a melhoria na resolução esacial com uma mínima distorção ç esectral ((Zhou et al.,, 1998;; Ranchin and Wald,, 2000;; Carvalho et al.,, 2004). ) Esta técnica baseia-se na decomosição dos sinais em funções elementares: as wavelets. A distribuição dist ib ição contínua contín a da transformada t ansfo mada wavelet a elet f(t) ode ser se exressa e essa or: o Onde WT (a,b) é o coeficiente wavelet da função f(t); Ψ é a wavelet analisada; e a (a>0) e b são os arâmetros de escala e translação, translação resectivamente. resectivamente Este rocesso ode ser revertido e a imagem original reconstruída exatamente como antes.

6 Modelos Algébricos: Brovey (cor normalizada) Utiliza uma combinação matemática de soma e multilicação entre as imagens de diferentes resoluções esaciais. Cada banda da imagem multiesectral (MSi) é multilicada ela imagem de alta resolução (PAN) e dividida di idid elo l somatório tó i das d b d bandas multiesectrais, lti t i conforme f a seguinte i t equação: Isso normaliza a cor da imagem fusionada, contribuindo ara diminuir a instabilidade de H sob condições de baixa bai a saturação sat ação e/ou e/o intensidade. intensidade Somente três bandas multiesectrais são usadas, ossuindo as mesmas limitações da IHS, ois trabalha com o sistema de cores RGB ((Pinto et al.,, 2005). ) Mas mostra-se suerior ao IHS quando as bandas multiesectrais são da região do infravermelho.

7 Modelos algébricos: CN Sectral A técnica de fusão CN Sectral (color normalization) é uma extensão do algoritmo Brovey, mas sem restrição ao número de bandas e à resolução radiométrica da imagem sintética de saída. Entretanto, E t t t há uma única ú i restrição t i ã ara a execução ã dessa d f ã o intervalo fusão: i t l esectral t l das d bandas de entrada deve ser o mesmo da banda de alta resolução esacial. O rocesso de fusão começa ç com o agruamento g das bandas de entrada em segmentos g esectrais cujos intervalos esectrais são definidos elo valor central do comrimento de onda de cada banda, o que é obtido do arquivo cabeçalho (metadados) da imagem. Em seguida seg ida é realizada eali ada uma ma oeração oe ação aritmética a itmética semelhante à da fusão f são Brovey. Bo e Cada banda de entrada é multilicada ela banda de alta resolução esacial e normalizada ela divisão da soma de bandas multiesectrias,, conforme a seguinte g equação: q ç Podemos considerar que o método de fusão mais eficiente é aquele que reserva as cores da imagem original e que consegue transferir a informação esacial de alta frequência da imagem de alta resolução esacial.

8 Exemlos: As imagens abaixo são do sensor ETM do Landsat 7, com seis bandas no módulo multiesectral (0,45 μm 2,35 μm) de resolução esacial de 30 metros e uma banda ancromática (0,55 μm - 0,95 μm) com resolução esacial de 15 metros.

9 Exemlos: Resultados da fusão ã da imagem multiesectral ETM de resolução ã de 30m com a imagem ancromática de resolução de 15m, elos métodos no modelo algébrico (CN) e no domínio esectral (IHS).

10 Exemlos: Resultados da fusão ã da imagem multiesectral ETM de resolução ã de 30m com a imagem ancromática de resolução de 15m, elos Método Princial Comonente (PC) e GramSchmidt (GS).

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