FOTOINTERPRETAÇÃO E SENSORIAMENTO REMOTO

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1 FOTOINTERPRETAÇÃO E SENSORIAMENTO REMOTO PROFESSOR: RICARDO T. ZAIDAN ALAN BRONNY ALMEIDA PIRES DE MOURA ICH/DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS GEO 019 PRÉ-REQUISITO: CARTOGRAFIA TEMÁTICA 1

2 SOFTWARE ENVI O software ENVI - Environment for Visualizing Image, possui todo um aparato de ferramentas profissionais para análise e processamento de imagens geoespaciais, que permite extrair diversas informações de imagens para vários fins. O ENVI é considerado completo para visualização, exploração, análise e apresentação de dados na área de Sensoriamento Remoto/SIG. INICIANDO O ENVI 5.0: Iniciar Todos os Programas ENVI 5.0 ENVI INSERIR UMA IMAGEM LANDSAT ATRAVÉS DO TOOLBOX: Vá em Raster Management Layer Stacking Após abrir a janela Layer Stacking Parameters clique em: Import File Open New File Selecione todas as imagens (esse ícone: ) na pasta dentro de Cenas Brutas (dica: para selecionar todas as imagens, mantenha pressionada a tecla Ctrl). 2

3 Na caixa Layer Stacking Input File selecione todas as imagens que você acabou de abrir e clique em OK. Observe as informações contidas na janela de parâmetros. Na caixa Output Results Clique em Choose (para escolher o local onde você deseja salvar a imagem e o nome do arquivo: crie uma pasta com o seu nome dentro da pasta Aula ENVI e salve o arquivo com nome de ) de OK Após ter carregado as Bandas Espectrais note que a visualização da imagem será em tons de cinza (Gray Scale). Selecione a ferramenta Data Manager na barra de ferramentas. Desça a barrinha da janela Data Manager até o fim e você encontrará 6 bandas (1,2,3,4,5,7) disponíveis. Cada uma das bandas disponíveis da imagem apresentam intervalos espectrais diferentes e, portanto apresentam aplicações diferentes. A tabela a seguir apresenta as principais características de cada banda disponível em uma imagem Landsat 5, escolha uma de acordo com o seu interesse e clique em Load Data para carrega-la. (Exceto a banda 6) Banda Intervalo espectral Principais características e aplicações das bandas TM do satélite LANDSAT-5 (µm) Apresenta grande penetração em corpos de água, com elevada transparência, permitindo estudos batimétricos. Sofre 1 (0,45-0,52) absorção pela clorofila e pigmentos fotossintéticos auxiliares (carotenóides). Apresenta sensibilidade a plumas de fumaça oriundas de queimadas ou atividade industrial. Pode apresentar atenuação pela atmosfera. 2 Apresenta grande sensibilidade à presença de sedimentos em suspensão, possibilitando sua análise em termos de (0,52-0,60) quantidade e qualidade. Boa penetração em corpos de água. A vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande absorção, ficando escura, permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas com vegetação (ex.: solo exposto, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre 3 diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite análise da vanação litológica em (0,63-0,69) regiões com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galeria e entalhe dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificação de novos loteamentos. Permite a identificação de áreas agrícolas. Os corpos de água absorvem muita energia nesta banda e ficam escuros, permitindo o mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de água. A vegetação verde, densa e uniforme, reflete muita energia nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das florestas (dossel 4 florestal). Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de informações sobre (0,76-0,90) Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para análise e mapeamento de feições geológicas e estruturais. Serve para separar e mapear áreas ocupadas com pinus e eucalipto. Serve para mapear áreas ocupadas com vegetação que foram queimadas. Permite a visualização de áreas ocupadas com macrófitas aquáticas (ex.: aguapé). Permite a identificação de áreas agrícolas. Apresenta sensibilidade ao teor de umidade das plantas, servindo para observar estresse na vegetação, causado por 5 (1,55-1,75) desequilíbrio hídrico. Esta banda sofre perturbações em caso de ocorrer excesso de chuva antes da obtenção da cena pelo satélite. 6 Apresenta sensibilidade aos fenômenos relativos aos contrastes térmicos, servindo para detectar propriedades (10,4-12,5) termais de rochas, solos, vegetação e água. 3

4 Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo obter informações sobre Geomorfologia, Solos e 7 (2,08-2,35) Geologia. Esta banda serve para identificar minerais com íons hidroxilas. Potencialmente favorável à discriminação de produtos de alteração hidrotermal. Teste várias bandas para observar as diferenças entre elas. Vamos aprender agora como melhorar a aparência da imagem que você escolheu através das ferramentas manuais de brilho e contraste presentes na barra de ferramentas do ENVI. Para isso basta arrastar para esquerda ou para a direita as barrinhas. A barra da esquerda representa o brilho e a da direita o contraste. Faça diversos testes e observe as diferenças na imagem. Agora que você já sabe trabalhar com as imagens em escala de cinza e realça-la com as ferramentas de brilho e o contraste, vamos aprender a compor uma imagem coloria (RGB). COMPOSIÇÃO DE BANDAS Para realizar a junção das bandas e compor uma imagem colorida (RGB Color) você deve selecionar a ferramenta Data Manager na barra de ferramentas. Ao descer a barrinha da janela Data Manager você encontrará as 6 bandas (1,2,3,4,5,7) disponíveis. (conforme fizemos anteriormente). 4

5 Para realizar uma composição basta clicar sobre as bandas que você deseja combinar (para isso utilize a tabela a seguir). Não se esqueça de clicar no botão Load Data após selecionar as 3 bandas. COMBINAÇÕES USUAIS DE BANDAS PARA O LANDSAT TM: Bandas 3-2-1: Composição das cores naturais. Bandas 7-4-1: Interpretação geológica. Bandas 7-4-3: Interpretação geológica. Bandas 4-3-2: Vegetação aparece em vermelho. Bandas 4-5-3: Diferenciação do uso da terra. Na realidade, é possível usar quaisquer junções de três bandas para se produzir uma composição colorida. No entanto, uma seleção cuidadosa das mesmas é necessária, para que a combinação dessas bandas contenha a informação espectral realmente desejada. Faça diversos testes de composições e observe os resultados. OBS: A imagem será composta nas bandas desejadas, mas será necessário realizar um pequeno tratamento para que as cores se ajustem corretamente. Para isso utilizaremos agora alguns realces de contraste padronizados: Clique em No Stretch na barra de ferramentas. Será mostrado uma série de possíveis ajustes. 5

6 Realce linear: Linear usa valor máximo e o valor mínimo para aplicar um aumento linear de contraste. Linear 2%: A função linear 2% corta 2 % dos valores extremos no histograma da imagem para aplicar o aumento de contraste linear. Equalização: Equalização aplica um realce de equalização no histograma da imagem. Gaussiano: Gaussiano aplica um aumento gaussiano de contraste, ou normalização de contraste, com um valor médio de 127 e 3 desvios padrões. Raiz Quadrada: Raiz Quadrada tira a raiz quadrada do histograma de entrada e aplica um realce linear neste. O que melhor se ajusta visualmente é o Linear 2% que fornece o ajuste padrão. Observe sua imagem composta navegando por ela. Agora que você já sabe como inserir uma imagem no ENVI e compor as bandas, repita o procedimento para inserir a imagem subsequente do imageamento do satélite. Selecione as imagens na pasta dentro de Cenas Brutas. (caso tenha problemas volte aos passos iniciais desse tutorial) Após terminar o procedimento observe que a imagem foi inserida logo a baixo da primeira imagem de forma que elas não se encaixam corretamente, além de apresentarem contrastes diferentes. 6

7 Para corrigir esse problema existe outra ferramenta muito utilizada no software que é o Mosaico de Imagens Georreferenciadas. MOSAICO DE IMAGENS GEORREFERENCIADAS: Algumas vezes, o trabalho com imagens de satélites requer que se juntem cenas diferentes em um só arquivo. Vamos aprender então como juntar duas ou mais cenas de forma que elas se sobreponham corretamente e que seus contrastes se equalizem corretamente: Vá no Toolbox Mosaicking de um duplo clique em Georeferenced Mosaicking. Aparecerá a janela Map Based Mosaic nela você precisará importar os arquivos a serem mosaicados, para isso, clique em: Import Import Files Selecione os dois arquivos que você salvou no primeiro passo dessa aula. Se iniciará o processo e posteriormente será exibida as duas imagens em tons de cinza. A janela ficará igual a imagem a baixo: 7

8 Agora você deverá configurar os parâmetros para realizar a mosaicagem. Para isso clique com o botão direito sobre as imagens e vá em Edit Entry... Logo será exibida outra janela onde serão colocados os parâmetros para realizar o mosaico. Na caixa Background See Through é perguntado o valor que deve ser ignorado (Data value to ignore), no caso usaremos o valor 0 que representa a cor preta, ou seja, vamos ignorar o preto absoluto. Na caixa Feathering será colocado um valor de distância para que as imagens sejam intercruzadas a fim de evitar uma junção brusca das cenas. No caso usaremos o valor 10. Na caixa Mosaic Display o ideal é sempre deixar em escala de cinza (Gray Scale). Em Band você pode selecionar a banda de melhor ajuste para o seu trabalho, no caso deixaremos a banda 1 mesmo. Em Linear Stretch conforme já foi falado anteriormente mantenha o valor de ajuste padrão (2%) para o contraste. Por fim em Color Balancing escolha se a imagem em questão será fixa, ou seja, se ela será a imagem padrão para o ajuste das tonalidades ou se ela será ajustada. É importante lembrar-se de marcar uma das imagens como fixa para que se tenha um bom ajuste das tonalidades. Após realizar todos estes ajustes clique em OK e repita o processo para a outra imagem diferenciando o balanço de cores (Fixo ou Ajuste) dependendo da escolha feita na primeira imagem. Não será necessário também colocar o valor de distância de intercruzamento das imagens, já que, isso foi feito na primeira. Para finalizar o processo vá no menu File e clique em Apply. Surgirá então outra janela para que você entre com o nome do arquivo e escolha onde salva-lo. Para isso clique em Choose e escolha a pasta e o nome. 8

9 Feito isso dê OK e o processamento será iniciado (pode demorar um pouco). Retorne a tela principal do ENVI 5, vá no menu principal clique em File Open Abra a imagem mosaicada que você salvou anteriormente e veja o resultado. Se necessário aplique o filtro linear 2%. RESPOSTAS ESPECTRAIS: A determinação da natureza dos alvos pelos métodos de sensoriamento remoto é baseada no fato de que diferentes materiais são caracterizados por refletâncias próprias em cada banda do espectro. A refletância, ou fator de reflexão, é proporcional à razão da radiação refletida pela radiação incidente, ou seja, a radiação emitida pelo sol é refletida de forma diferente pela superfície terrestre e coletada por sensores junto aos satélites, como por exemplo, os sensores (TM) responsáveis pelas imagens LandSat citados neste trabalho. Quando as respostas espectrais de vários materiais são conhecidas, as propriedades de alvos desconhecidos podem ser determinadas pela comparação das respostas espectrais desses alvos com os dados de referência. O procedimento para verificar a resposta espectral de um determinado pixel na imagem LandSat é útil por exemplo em processos de classificação de imagem quando se quer analisar a diferença entre duas respostas espectrais semelhantes que podem levar a confusão do classificador. Para visualizar o perfil espectral de um determinado pixel na imagem vá no menu principal do ENVI e clique em Display e em seguida em Spectral Profile. 9

10 Para visualizar o gráfico com a curva de refletância de um determinado pixel basta clicar sobre o pixel com a ferramenta de seleção ativa (setinha azul na barra de ferramentas). Faça o teste para vários elementos diferentes da imagem como por exemplo: água, vegetação, solo construído, pastagem, etc. VISUALIZAÇÃO INTERATIVA 3D: A ferramenta de visualização Interativa 3D é usada para gerar visualizações tridimensionais de arquivos DEM (Digital Elevation Model) ou (Modelo Digital de Elevação). No caso do Modelo Digital de Elevação disponível para o território brasileiro os dados foram obtidos a partir da Missão Topográfica Radar Shuttle (SRTM - Shuttle Radar Topography Mission). Vamos então aprender como gerar visualizações tridimensionais que é um passo fundamental para se trabalhar com modelos digitais de elevação. É importante ressaltar que para que seja possível realizar o procedimento é necessário que ambas as imagens estejam na mesma projeção e datum. OBS: Para esse tutorial, reinicie o ENVI

11 Na janela principal do ENVI vá em: File Open Aula ENVI LANDSAT-SRTM Abra as imagens landsat (IbitipocaIMG_def.tif) e srtm (SRTM_IBIT_REC.tif) em suas respectivas pastas. Vá no Toolbox Terrain de um duplo clique em 3D Surface View Na janela que surgirá você deverá primeiro selecionar as bandas disponíveis clicando em RGB na sequência. Depois clique em OK e surgirá a janela Associated DEM Input File onde você selecionará o SRTM associado: 11

12 Clique em OK Na janela para entrada dos parâmetros do terreno em 3D: Marque em DEM Resolution 256. Marque em Image Resolution Full e dê OK. Espere o processo de renderização terminar e pronto seu terreno está elevado. A imagem 3D do terreno será criada e ficará como a da figura a seguir: 12

13 Para andar sobre o terreno você pode usar o mouse ou ir ao menu Options e organizar um passeio pela área ou colocar um fundo azul para dar uma impressão de céu. Para modificar o fundo - selecione : Options Change Background Color Escolha uma cor. FUNÇÕES DO MOUSE NO DISPLAY DE VISUALIZAÇÃO 3D O mouse desempenha um papel fundamental para a visualização da superfície 3D. Através dele, é possível fazer translações, rotações e também o zoom em tempo real. BOTÃO ESQUERDO DO MOUSE: Serve para fazer rotações na figura. Movendo o mouse na horizontal, a figura rotaciona 360 tanto para a esquerda como para a direita. E movendo o mouse na vertical, a superfície se movimenta 180 tanto para cima como para baixo. BOTÃO CENTRAL DO MOUSE: Faz translações, tanto de um lado para outro, como de cima para baixo. O botão central não está presente em todos os mouses do mercado, portanto, para simular o botão do meio do mouse, pressione Ctrl e clique com o botão esquerdo do mouse. BOTÃO DIREITO DO MOUSE: É usado para se ter o zoom em tempo real. Arrastando o mouse para a direita, tem se a aproximação do zoom. Arrastando o mouse para a esquerda, tem-se o afastamento da figura. Informações sobre as opções da janela 3D SurfaceView Input Parameters : Em DEM Resolution, preencha a resolução em que você deseja que seja apresentada a visualização. Em DEM min plot value e DEM max plot value você tem a opção de colocar respectivamente, os valores mínimos e máximos de cotas do DEM. Caso o campo seja mantido em branco, ele não estabelecerá limites. Os valores que não estiver no intervalo escolhido não serão mostrados na visualização. Em Vertical Exaggeration, forneça o valor de exagero vertical desejado. Em Image Resolution o ideal é marcar a opção Full para a imagem ser projetada com resolução total. 13