AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE FUSÃO DE IMAGENS

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1 Anis o III Simpósio Brsileiro e Geomáti, Presiente Pruente - SP, e julho e v.2. p AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE FUSÃO DE IMAGENS RODRIGO FLORIANO DE SOUZA (1) GABRIEL HENRIQUE DE ALMEIDA PEREIRA (2) FELIPE MARTINS MARQUES DA SILVA (1) JORGE ANTÔNIO SILVA CENTENO (1) (1) Universie Feerl o Prná - UFPR Progrm e Pós-Grução em Ciênis Geoésis Curitib - Prná {rorigoengrt, felipemrques21}@hotmil.om enteno@ufpr.br (2) Universie Feerl o Prná - UFPR Progrm e Pós-Grução em Engenhri e Reursos Hírios e Ambientl Curitib - Prná pereir.gh@hotmil.om RESUMO Atulmente, n tenologi o Sensorimento Remoto há um limitção, one os stélites germ, bsimente, ois tipos e imgens: quels om lt resolução espetrl ou quels om lt resolução espil. Este ilem entre se ter lt resolução espil ou lt resolução espetrl, ostum ser supero por meio e métoos e fusão e imgens, one é ri um imgem híbri one se tem lt resolução espetrl e um imgem (ou bn) e lt resolução espil e outr imgem (ou bn). Não há um métoo iel pr fusão. As imgem resultntes s fusões ostum presentr lguns problems e orem espetrl ou espil. Tis iferençs evem ser vlis e meis, e os resultos evem ser ompros e moo possibilitr melhor esolh entre métoos e fusão existentes. Este rtigo present ois métoos e fusão Grm-Shmit e Brovey que form vlios por três ténis Desvio Prão, Coefiiente e Correlção e HCC. Plvrs hve: Fusão, métoos, qulie fusão e imgens. ABSTRACT - Nowys, in the Remote Sensing tehnology, there is limittion where the stellites proue, bsilly, two kins of imges: those with high spetrl resolution or those with high sptil resolution. It s tre-off tht uses to be overome using pnshrpening methos, tht retes hybri imge where the high spetrl resolution is preserve from one imge n the high sptil resolution is tken from nother one. There isn t perfet prshrpening metho, though. The hybri imges present some problems relte to the finl spetrl resolution or the finl sptil resolution. This ifferenes must be mesure n the results must be ompre, so tht it s possible to hoose whih ws the best pnshrpening metho pplie. This rtile presents two pnshrpening methos Grm-Shmit n Brovey, tht were evlute by three evlution tehniques Stnr Devition, Correltion Coeffiient, n HCC. Key wors: Pnshrpening, methos, qulity imge fusion. 1 INTRODUÇÃO Os stélites e sensorimento remoto possuem sensores que, ou quirem imgens om lt resolução espetrl, ou quirem imgens om lt resolução espil. Os métoos e fusão e imgens vêm unir tis rterístis, ou sej, germ um imgem híbri om lt resolução espetrl e lt resolução espil. Klonus (2009) present 11 métoos e fusão e imgens, entro os quis se poem itr: Componentes Prinipis, Brovey, HSV, Grm-Shmit e Moulção e Intensie. A qulie fusão poe ser vli e form qulittiv ou quntittiv. Zngh (2008) relizou um revisão esses métoos e vlição qulie fusão, no qul present form qulittiv que é reliz prtir vlição visul reliz pelo usuário. A form quntittiv, o utor present o métoo pel Méi, Desvio Prão, Coefiiente e Correlção, e RMS (Root Men Squre), os quis vlim qulie espetrl imgem fusion por meios esttístios. Os M. Glo; A. M. G. Tommselli; A. P. Dl Poz Resumo Expnio

2 Anis o III Simpósio Brsileiro e Geomáti, Presiente Pruente - SP, e julho e v.2. métoos HCC (High-Pss Correltion Coefiients) e ED (Ege Detetion) são utilizos pr vlir qulie espil fusão. Tis métoos e vlição forneem iniores que permitem vlir qulie fusão reliz. Dest form, é possível ientifir o gnho ou per e informção n imgem fusion finl. Portnto, este trblho teve omo objetivo vlir qul o métoo é mis inio pr fusão e imgens e um mesmo sensor em um mesm t, e qul o mis inio pr fusão e imgens e iferentes sensores em ts istints. Pr isso, neste trblho form utilizos os métoos e fusão Brovey e Grm-Shmit. Os métoos pr vlição qulie espetrl utilizos form o Desvio Prão e o Coefiiente e Correlção entre imgem multiespetrl originl e fusion. Já pr vlição qulie espil foi utilizo o métoo HCC. 2 MATERIAIS E MÉTODOS A seguir são esritos os mteriis e os métoos empregos neste trblho. 2.1 MATERIAIS Serão utilizs s imgens: ) Imgens e ts istints: CBERS-2B, om 4 bns, 8 bits, e resolução espil e 20 metros, obti em 16/08/2004; e IRS, om um bn pnromáti, 8 bits, e resolução espil e 5 metros, obti em 11/09/2002. Ambs e Pinhis - PR. b) Imgens e um mesm t e um mesmo sensor: stélite LANDSAT 7, seno sete bns espetris, e resolução espil 30 metros; e um bn pnromáti, e resolução espil 15 metros, 8 bits. De Florinópolis - SC, obti em 07/05/2000. As fusões form relizs no softwre ENVI 4.6., e s vlições form relizs meinte progrms esenvolvios no softwre FREEMAT. 2.2 MÉTODOS O métoo e Brovey reliz um normlizção e ores entre s bns, onservno ontribuição espetrl e pixel imgem originl, ms substitui o vlor o brilho pelo imgem pnromáti (Tu et. l., 2005). C bn multiespetrl é multipli pel bn pnromáti, e este vlor é normlizo o ser iviio pelo somtório s bns multiespetris. Trt-se e um métoo simples pr funir os e iferentes sensores (Zhou et l., 1998). O métoo e Brovey gerlmente não preserv bem informção espetrl (Klonus e Ehlers, 2009). O métoo Grm-Shmit, onforme seus inventores Crig A. Lben e Bernr V. Brower, em Lben e Brower (2000), é um métoo one um imgem multiespetrl tem su resolução espil melhor trvés e um bn pnromáti simul prtir s bns multiespestris e bix resolução espil. Com est bn pnromáti simul e mis s três bns multiespetris, é feit um trnsformção Grm- Shmit. Em segui, os prâmetros esttístios imgem pnromáti e mior resolução são justos onforme os prâmetros esttístios s bns imgem Grm-Shmit, prouzino um imgem e mior resolução moifi. A primeir bn imgem Grm-Shmit é então substituí pel imgem e mior resolução moifi. Por último é feit trnsformção Grm-Shmit invers, que irá gerr imgem fusion e lt resolução espetrl e espil. O métoo e Grm- Shmit gerlmente present bons resultos om imgens e um mesmo sensor (Klonus e Ehlers, 2009). Pr vlição qulie fusão empregouse três ténis: us pr vlir qulie espetrl (esvio prão e oefiiente e orrelção) e um pr vlir qulie espil (HCC). A vlição bse no esvio prão ini se houve per ou gnho e informções à imgem urnte o proesso e fusão. Vlores positivos inim per e informção e vlores negtivos inim gnho e informção. O vlor iel é um vlor negtivo próximo e zero. Pr est vlição fz-se uso seguinte expressão: one, (1) A metoologi propost onsistiu em relizr ois experimentos pr vlir qulie fusão: o primeiro pr imgem e um únio sensor e mesm t e quisição. Neste so, utilizrm-se s bns multiespetrl e pnromáti o LANDSAT. No seguno experimento foi vlio fusão pr imgens e sensores iferentes em ts istints. Nesse seguno experimento foi utiliz um imgem CBERS-2b, ns sus bns multiespetris, e um imgem IRS, n bn pnromáti. Os métoos e fusão utilizos form os e Brovey e Grm-Shmit. A vlição bse no oefiiente e orrelção onsiste no álulo este entre imgem originl bn multiespetrl e bn equivlente fusion. Vlores próximos e 1 inim que imgem s bns imgem multiespetrl originl e s bns imgem fusion são orrelions e, portnto, similres. Pr est vlição fz-se uso seguinte expressão: M. Glo; A. M. G. Tommselli; A. P. Dl Poz Resumo Expnio

3 Anis o III Simpósio Brsileiro e Geomáti, Presiente Pruente - SP, e julho e v.2. one, (2) Como exemplo, poe-se observr que s áres e vegetção presentm tonlies vermelhs. Ns áres om urbnizção perebe-se que mbos os métoos presentrm, e moo gerl, bons resultos, ms om lgums pous regiões om tonlies que ivergem imgem multiespetrl. Este bom resulto tmbém poe ser tribuío o fto e ter hvio pous lterções e uso o solo n região, pesr iferenç e quse ois nos entre s ts s toms s imgens. b A vlição qulie espil fusão foi reliz pelo métoo HCC, que onsiste no álulo Correlção entre bn pnromáti originl e bn fusion, isso pós pssr um filtro Pss-Alts. O esquem presento n Figur 1 resume s etps metoologi empreg n presente pesquis. Figur 1 Etps Metoologi 3. RESULTADOS Iniilmente são mostros os resultos os experimentos relizos om imgens e sensores e ts iferentes. N Figur 02 são mostrs s seguintes imgens: imgem pnromáti o sensor IRS, imgem multiespetrl (bns 3, 3 e 1) o sensor CBERS-2B, imgem resultnte fusão pelo métoo Grm-Shmit e imgem resultnte fusão pelo métoo Brovey. De moo omplementr, Figur 03 mostr um mplição s imgens presentes n Figur 02, um região om áres om urbnizção, áres ruris e áres e vegetção. Observno tis áres perebe-se que, visulmente, mbos os métoos e fusão obtiverm imgens om informção multiespetrl e melhor resolução espil. Entretnto, verifi-se que o métoo Grm-Shmit presentou melhor resulto, pois o métoo e Brovey present iverss regiões om tonlies que não onizem om s tonlies rterístis o visível presentes n imgem espetrl. Figur 2 Imgem e iferentes sensores e t Pinhis - PR -Brsil. () PAN. (b) MS. () Fusion Grm- Shmit. () Fusion Brovey. A Tbel 1 present os vlores nálise quntittiv referentes às vliçãoes espetris pelo Desvio Prão e pelo Coefiiente e Correlção. Por meio est nálise poe-se izer que os resultos form instisftórios em mbos os métoos, e in que nálise visul s imgens fusions pontsse pr um melhor resultos om o métoo e Grm-Shmit, nálise quntittiv pontm pr um melhor resulto om o métoo e Brovey. Seno que s imgens são e iferentes sensores, os resultos presentos nest tbel vêm e enontro om o que firmm Klonus e Ehlers (2009), que o métoo e Grm-Shmit ostum M. Glo; A. M. G. Tommselli; A. P. Dl Poz Resumo Expnio

4 Anis o III Simpósio Brsileiro e Geomáti, Presiente Pruente - SP, e julho e v.2. presentr melhores resultos om imgens e um mesmo sensor. A Tbel 2 present os resultos qulie espil s imgens fusions. Observ-se tnto pr áres urbns, ruris ou e vegetção, nliss iniviulmente, omo pr um nálise gerl imgem fusion, o métoo e Grm-Shmit presentou melhores resultos. Tbel 2 Análise Espil (HCC) Imgem e iferentes sensores e t. b Figur 3 Reorte Imgem e iferentes sensores e t Pinhis - PR -Brsil. ) PAN. b) MS. ) Fusion Grm-Shmit. ) Fusion Brovey. Tbel 1 Análise Espetrl (Desvio Prão e Coefiiente e Correlção) e Imgens e iferentes sensores e t. Após nlisr os resultos os experimentos relizos om imgens e sensores e ts iferentes, pss-se nálise os resultos om imgens e um mesmo sensor pr um mesm t. N Figur 04 são mostrs s seguintes imgens: imgem pnromáti, imgem multiespetrl (bns 4, 3 e 2 o sensor Lnst TM), imgem resultnte fusão pelo métoo Grm-Shmit e imgem resultnte fusão pelo métoo Brovey. De moo omplementr, Figur 05 mostr um mplição s imgens presentes n Figur 04, estno região e Florinópolis se tem áres om vegetção, urbnizção e linh e ost. Observno tis áres perebe-se que, visulmente, mbos os métoos e fusão tmbém obtiverm imgens om informção multiespetrl e melhor resolução espil. Há um pequen vrição e tonlies ns áres om urbnizção e ns áres e vegetção, pontno um resultos melhor pr o métoo Grm-Shmit, visto que vegetção por este métoo present tonlie mis próxims à tonlie presente n imgem multiespetrl. Entretnto, nlisno s áres osteirs, om estque pr áre e pri presente n prte inferior s imgens Figur 5, observ-se que o métoo e Brovey obteve resulto melhor, visto que presentou tonlie similr à imgem multiespetrl. M. Glo; A. M. G. Tommselli; A. P. Dl Poz Resumo Expnio

5 Anis o III Simpósio Brsileiro e Geomáti, Presiente Pruente - SP, e julho e v.2. Florinópolis-SC-Brsil. () PAN. (b) MS. () Fusion Grm-Shmit. () Fusion Brovey. b As Tbels 3 e 4 trzem os resultos nálise quntittiv s imgens fusions, espetrl e espil, respetivmente. É possível verifir que ests tbels presentm melhores resultos, se omprs om s Tbels 1 e 2, isto se eve, priniplmente, por trtr-se e mesmo sensor e mesm t s imgens pnromáti e multiespetrl. N nálise espetrl, mis espeifimente no esvio prão, os resultos são próximos e zero, om pequens vrições positivs ou negtivs pr os ois métoos. Com relção o oefiiente e orrelção, os vlores são próximos e 1, o que represent que há um bo orrelção entre s imgens fusions e s imgens multiespetris. Tbel 3 Análise Espetrl (Desvio Prão e Coefiiente e Correlção) Imgem e mesmo sensor e mesm t. Figur 4 Imgem mesmo sensor (LANDSAT 7) e mesm t (07/05/2000) Florinópolis-SC-Brsil. () PAN. (b) MS. () Fusion Grm-Shmit. () Fusion Brovey. b Tbel 4 Análise Espil (HCC) Imgem e mesmo sensor e mesm t. Figur 5 Reorte Imgem e mesmo sensor (LANDSAT 7) e mesm t (07/05/2000) M. Glo; A. M. G. Tommselli; A. P. Dl Poz Resumo Expnio

6 Anis o III Simpósio Brsileiro e Geomáti, Presiente Pruente - SP, e julho e v.2. Trtno-se nálise espil, present n Tbel 4, é possível verifir que mbos os métoos presentrm bons resultos, om vlores próximos 1, sej n nálise s imgens fusions omo um too, ou n nálise por lsse e uso o solo. 4. CONCLUSÃO Os resultos obtios form stisftórios se nlisos e moo qulittivo/visul. Entretnto, pels ténis e vlição proposts, verifiou-se que espetrlmente mbos os métoos obtiverm melhores resultos pr imgens e um mesmo sensor. Ain que s imgens e iferentes sensores presentssem ois nos e efsgem ns ts e obtenção s mesms, os resultos vêm onfirmr que o métoo Grm-Shmit present bons resultos om imgens e um mesmo sensor. REFERÊNCIAS KLONUS, S. EHLERS M. Performne of Evlution Methos in Imge Fusion, Proeeings, 12th Interntionl Conferene on Informtion Fusion, Settle, WA, USA (CD Publition), 8 pp, LABEN, C.A.; BROWER, B.V. (2000). Proess for enhning the sptil resolution of multispetrl imgery using pn-shrpening. US Ptent # 6,011,875, Estmn Kok Compny. TU, T. M.; LEE, Y. H.; CHANG C. P.; HUANG, P. S. Ajustble intensity-hue-sturtion n Brovey trnsformtion fusion tehnique for IKONOS/QuikBir imgery, Optil Engineering, vol. 44, no. 11, pp , ZHANG Y. Methos for imge fusion qulity ssessment - review, omprison n nlysis, The Interntionl Arhives of the Photogrmmetry, Remote Sensing n Sptil Informtion Sienes, Volume XXXVII, Prt B7, Beijing 2008, ZHOU, J.; CIVCO D. L.; SILANDER, J. A. A wvelet trnsform metho to merge Lnst TM n SPOT pnhromti t. Interntionl Journl of Remote Sensing, vol. 19, no. 04, pp , M. Glo; A. M. G. Tommselli; A. P. Dl Poz Resumo Expnio