USO DE PONTOS DE CONTROLE E MODELO NUMÉRICO DE ELEVAÇÕES DE TERRENO NA GERAÇÃO DE IMAGENS CBERS: NÍVEIS 3 E 4 DE PROCESSAMENTO

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1 ISSN , p USO DE PONTOS DE CONTROLE E MODELO NUMÉRICO DE ELEVAÇÕES DE TERRENO NA GERAÇÃO DE IMAGENS CBERS: NÍVEIS 3 E 4 DE PROCESSAMENTO ELAINE REIS COSTA MARCO AURÉLIO OLIVEIRA DA SILVA ANTONIO JOSÉ FERREIRA MACHADO E SILVA GISPLAN Tecnologia da Geoinformação Av. Armando Lombardi, 800, sala 311, Rio de Janeiro - RJ {elaine, m_aurelio, antonio}@gisplan.com.br RESUMO O objetivo deste trabalho é apresentar a metodologia utilizada na geração de imagens CBERS em níveis 3 e 4 de processamento. Os produtos nível 3 de processamento utilizam o mesmo elo de correção geométrica das imagens nível 2, porém refinado pelo uso de pontos de controle externos. O nível 4 de processamento produz ortoimagens, ou seja, imagens corrigidas do deslocamento causado pelo relevo da região da cena. Para este nível de processamento, além dos pontos de controle externos utilizados no nível 3, é necessário um elo numérico de elevações do terreno. Os resultados apresentam as diferenças posicionais entre vinte pontos de verificação medidos nas imagens níveis 2, 3 e 4 e na imagem de referência. Pela análise dos resultados, pode-se dizer que os algoritmos utilizados apresentaram o comportamento esperado, reduzindo significantemente o erro posicional apresentado nas imagens nível 2 de processamento e aumentando a qualidade geométrica das imagens. ABSTRACT - The aim of this paper is to present the methodology to generate level 3 and 4 CBERS images. Level 3 product presents the same geometric correction el of level 2 images, however refined by using external control points. Level 4 processing produces ortoimages, there is, the images are corrected due to the region relief displacement effect. To execute this task, the use of external control points of the region and a numerical terrain elevation el are necessary. The results show the coordinates differences between twenty check points measured in levels 2, 3 and 4 images and in a reference image. Analyzing the results is possible to conclude that the algorithms used presented the expected behavior, reducing significantly level 2 images positional error and increasing the geometric accuracy of the images. 1 INTRODUÇÃO As imagens CBERS apresentam no Brasil uma popularidade nunca experimentada por nenhum outro sistema de imagens de satélite, possuindo uma demanda sem precedentes na história brasileira do Sensoriamento Remoto. A política de distribuição de imagens CBERS, definida pelo Governo Brasileiro, é o principal fator para este sucesso. Atualmente, são distribuídas mais de duas mil cenas por semana, o que ultrapassa a casa das cem mil cenas anuais (EPIPHANIO, 2005). Entretanto, apesar da significativa melhora verificada no CBERS-2, a qualidade geométrica das imagens distribuídas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) (imagens em nível 2 de processamento) não alcançaram a qualidade geométrica que o usuário se acostumou com as imagens Landsat. A qualidade dos dados orbitais (atitude e efemérides) é a principal causa para que isso ocorra. As imprecisões dos dados orbitais provocam variações de escala ao longo da órbita (velocidade do satélite) e transversal à órbita (altitude do satélite), rotação (inclinação da órbita), translação (posição do satélite, rolamento e arfagem), cisalhamento (guinada), entre outros (RICHARDS e JIA, 1999). As principais e mais importantes distorções causadas pela imprecisão dos dados orbitais são de primeira ordem, e podem ser eliminadas, ou reduzidas, por meio de polinômios de primeiro grau, sendo que os coeficientes destes polinômios são calculados a partir de pontos de controle (MACHADO e SILVA, 1998). De o a oferecer um produto de qualidade superior, compatível ao que o usuário brasileiro se acostumou ao longo dos anos com as imagens Landsat, o INPE decide disponibilizar um produto mais avançado, ou seja, em nível 3 de processamento. Este produto apresenta o mesmo elo de correção geométrica das imagens de nível 2 (correção de sistema), porém, refinado pelo emprego de pontos de controle. Estes pontos podem ser obtidos automaticamente de uma base de dados, ou fornecidos por um operador.

2 Juntamente com as imagens de níveis 2 e 3, o INPE disponibilizará os coeficientes polinomiais racionais (RPC Rational Polynomial Coefficients), num arquivo com o mesmo formato utilizado pelos operadores de satélites de alta resolução espacial (por exemplo, Ikonos e Quick-Bird). Desta forma, os usuários poderão ortorretificar as imagens. Além das imagens nível 3 de processamento, e tendo em vista o sensor de alta resolução espacial HRC (High Resolution Camera) que integrará o satélite CBERS-2B, o INPE decidiu incorporar também ao seu plantel de produtos a geração de imagens ortorretificadas, também ditas imagens em nível 4 de processamento. Para a geração de tais produtos, são utilizados pontos de controle externos e Modelos Numéricos de Elevação do Terreno (MNET). De maneira semelhante às imagens nível 3 de processamento, os pontos de controle utilizados na produção de imagens ortorretificadas podem ser obtidos automaticamente de uma base de dados, ou fornecidos por um operador. O mesmo é válido para os MNET s. Dessa forma, as imagens CBERS, contam agora com cinco níveis de produtos, desde a imagem bruta até a imagem ortorretificada. São estes os produtos atuais: Nível 0: imagem bruta, sem tratamento de espécie alguma, armazenada juntamente com os dados de calibração radiométrica e os parâmetros orbitais (atitude e efemérides), entre outros. Nível 1: imagem com correção radiométrica. O cabeçalho do arquivo contém informações geográficas básicas, tais como coordenadas geodésicas dos cantos e do centro da cena. Nível 2: imagem com correção radiométrica e correção geométrica de sistema. Nível 3: imagem com correções radiométrica e geométrica, refinada pelo uso de pontos de controle. Os pontos de controle podem ser obtidos automaticamente de uma base de dados ou selecionados por um operador. Nível 4: imagem com correções radiométrica e geométrica, refinada pelo uso de pontos de controle e de um Modelo Numérico de Elevação do Terreno (MNET). Este trabalho apresenta o processo de geração das imagens níveis 3 e 4 e os elos matemáticos envolvidos, além dos resultados das primeiras avaliações. 2 NÍVEL 3 DE PROCESSAMENTO DE IMAGENS 2.1 Modelo de refinamento por pontos de controle O elo de correção geométrica de sistema () relaciona um pixel da imagem bruta (l,c) com um ponto da superfície representativa da Terra (,,H), geralmente, um elipsóide de revolução (Equação 1). ( l, c) (,, (1) H) Este elo utiliza informações previamente conhecidas, como os parâmetros da geometria de visada do sensor e informações fornecidas juntamente com os dados de imagem, tais como, efemérides e atitude. Em função da baixa qualidade dos parâmetros orbitais, principalmente, quando comparados com outros sistemas sensores, em especial os de alta resolução espacial, torna-se praticamente obrigatório o uso de pontos de controle para que a qualidade deste elo possa ser refinada. Partindo do pressuposto de que os pontos de controle já foram identificados (Seção 2.2), para cada um deles são conhecidas as coordenadas de imagem bruta (l,c), as coordenadas geodésicas (,,H), obtidas aplicando-se o elo de correção geométrica sobre as correspondentes coordenadas de imagem bruta (Equação 1), e as coordenadas geodésicas (,,H) pc provenientes de uma fonte externa (chip de imagem, imagem georreferenciada, carta topográfica, levantamento de campo, entre outros). Na aplicação do elo de correção geométrica pode-se utilizar um elipsóide auxiliar a fim de reduzir as distorções provocadas pelo relevo na imagem. O elipsóide auxiliar é definido a partir da altitude média da região, dos parâmetros do elipsóide padrão e do datum. Em função da projeção cartográfica da imagem de saída (), ou seja, imagem nível 3, as coordenadas geodésicas dos pontos de controle (,,H) e (,,H) pc são transformadas em coordenadas planas de projeção (E,N) e (E,N) pc, respectivamente (Equações 2 e 3). (, ) (E, N (2) ) (, ) (E, N (3) pc ) pc O refinamento do elo se dá por meio de uma transformação polinomial (), onde as mais comumente utilizadas são as de primeiro grau, ou seja, afinidade (Equação 4) ou projetiva (Equação 5). E N E N pc pc pc pc a 0 a1 E b b E 0 1 a 0 a1 E l c1 E b 0 b1 E l c E 1 a 2 N b N 2 2 a 2 N c 2 N b 2 N c N Como é mostrado pela Equação 6, a partir dos pontos de controle, estabelece-se uma relação entre o conjunto de pares de coordenadas de projeção obtidas pelo elo de correção geométrica (E,N) e obtidas externamente (E,N) pc e, então, calculam-se os coeficientes polinomiais (a n, b n, c n ). Visto que, para cada ponto observado duas equações são geradas, no mínimo três pontos de controle para a transformação afim e quatro para a transformação projetiva devem ser observados. Caso, se disponha de mais pontos para ambos os casos e, (4) (5)

3 visto que os sistemas das Equações 4 e 5 são lineares, os coeficientes podem ser calculados pelo Método dos Mínimos Quadrados (WOLF e GUILANI, 1997). ({ a n, b n, c n }) ({(E k, N k ), (E k, N k ) pc}) (6) 2.2 Identificação de pontos de controle Os pontos de controle utilizados para a geração das imagens em nível 3 de processamento podem ser obtidos automaticamente de uma base de dados, ou fornecidos por um operador. Na sua linha de produção, as imagens de nível 3 são processadas utilizando-se pontos de controle recuperados de uma base de dados e tratados automaticamente pelo sistema da estação de processamento de imagens. Cada ponto de controle é representado por um chip de imagem, contendo informação do satélite, sensor, banda espectral, tamanho, coordenadas geodésicas do centro do chip (,,H), em um datum previamente selecionado, e indicadores de qualidade do ponto em função dos resultados encontrados nas ocasiões em que ele foi utilizado. Como mostra a Figura 1, um chip de imagem consiste num pedaço de imagem que é utilizado num processo de correlação. manualmente, calcule e forneça ao INPE os parâmetros polinomiais para o re-processamento da imagem. 2.3 O processo de geração das imagens de nível 3 O processo de geração de imagem geometricamente corrigida pressupõe sempre definir um nível de cinza para cada pixel da imagem corrigida, em função dos níveis de cinza dos pixels da imagem bruta. Esse processo se dá em três etapas: mapeamento direto (imagemterra), mapeamento inverso (Terraimagem) e reamostragem. Na primeira etapa, define-se uma grade amostral, regularmente distribuída sobre o plano da imagem bruta. Para cada nó desta grade, a partir das coordenadas de imagem bruta (l,c) i e da Equação 1, determina-se as coordenadas geodésicas (,,H) referentes a um elipsóide auxiliar, em função da altitude média da região. Em seguida, transforma-se as coordenadas geodésicas em coordenadas planas de projeção, utilizando-se o elipsóide padrão. A transformação polinomial é aplicada para refinar estas coordenadas. Dessa forma, para cada nó da grade amostral (grd(i,j)) tem-se o conjunto de coordenadas {(l,c) i ;(E i,n i ) pc }, como pode ser visto na Figura 2. (l,c) UTM-22S SAD-69 (E,N) = ( , N: ) () (,,H) Correção Geométrica de Sistema Figura 1 Exemplo de ponto de controle armazenado na base de dados. () Projeção Cartográfica A partir das coordenadas geográficas da imagem de nível 2 e de seu erro posicional, são identificados todos os pontos de controle que podem ser utilizados no processamento. Para cada ponto encontrado, busca-se o registro do chip com a imagem, e o primeiro indicador refere-se à qualidade do registro. Neste ponto, pode haver a exclusão do ponto de controle, caso a correlação não atinja um limiar mínimo. Após o registro, podem existir ainda alguns pontos com má qualidade de identificação ou de coordenadas. Desta forma, um método de detecção de erros grosseiros, baseado na geometria dos pontos de controle, é utilizado. Os pontos resultantes deste procedimento são utilizados para a determinação dos coeficientes polinomiais (Equação 6). Todo o histórico do ponto de controle fica armazenado na base de dados, como percentual de rejeições e notas mínima, média e máxima das correlações. O INPE também disponibilizará um software denominado Marlin. Este permite a visualização e a avaliação de imagens digitais, que facilita e possibilita que o usuário selecione os pontos de controle (E,N) () (E,N) pc = (E,N) N3 Transformação Polinomial Figura 2 Mapeamento direto sobre o elipsóide auxiliar. Determinação das coordenadas na imagem corrigida através do elo de refinamento dos pontos de controle. O mapeamento direto de pontos da imagem bruta resulta numa imagem corrigida distorcida, ou seja, em pontos irregularmente espaçados, como é mostrado na Figura 3. Na segunda etapa, define-se o espaço geográfico da imagem corrigida e o tamanho do pixel, de forma a se obter imediatamente as coordenadas de projeção (E,N) de cada pixel da imagem.

4 (l 1,c 1 ) (l 2,c 2 ) (l 4,c 4 ) Imagem bruta (l 3,c 3 ) Figura 3 Grade amostral irregular resultante do mapeamento direto. Como mostra a Figura 4, para cada pixel da imagem corrigida, isto é, para cada par de coordenadas (E,N) N3, identifica-se o quadrilátero relativo aos nós da grade amostral que o contém. Procede-se à interpolação do quadrilátero para obtenção das coordenadas de imagem bruta (l,c) que se relacionam com as coordenadas corrigidas. (E 1,N 1 ) N3 (E 2,N 2 ) N3 (E,N) x (E,N) N3 (E 4,N 4 ) N3 Figura 4 Mapeamento inverso sobre o elipsóide auxiliar. Por fim, é realizada a interpolação dos níveis de cinza, podendo o usuário optar pelo método do vizinho mais próximo, pela interpolação bi-linear ou pela convolução cúbica (GONZALES e WOODS, 2000). 3 NÍVEL 4 DE PROCESSAMENTO DE IMAGENS 3.1 Modelo de ortorretificação (E 1,N 1 ) N3 (E 2,N 2 ) N3 (E 4,N 4 ) N3 Imagem corrigida (l 1,c 1 ) (l 2,c 2 ) (l 4,c 4 ) x (l,c) (E 3,N 3 ) N3 (l 3,c 3 ) Devido à baixa qualidade dos dados orbitais do satélite CBERS, é imprescindível o uso de pontos de controle para garantir um bom registro entre a imagem e o MNET, garantindo assim o funcionamento do elo de ortorretificação. O procedimento aplicado é semelhante ao explicado na Seção 2.1. Entretanto, como o MNET será usado para corrigir o erro devido ao relevo, é preciso evitar que a transformação polinomial também tente corrigi-lo. Para isto, calcula-se novas coordenadas para os pontos de controle, compensando sua altitude. Para cada ponto de controle são conhecidas as coordenadas de imagem bruta (l,c) e as coordenadas geodésicas (,,H) pc. Define-se um elipsóide auxiliar (em função da altitude (E 3,N 3 ) N3 deste ponto (H pc ) e dos parâmetros do elipsóide padrão, função do datum escolhido pelo usuário) e aplica-se o elo de correção geométrica sobre as coordenadas de imagem bruta de cada ponto de controle. Calcula-se então um novo par de coordenadas (', ') utilizando-se o elipsóide padrão. De forma resumida, as novas coordenadas calculadas para os pontos de controle estão com o erro do deslocamento causado pela sua altitude. Em função da projeção cartográfica () escolhida pelo usuário, transforma-se as coordenadas geodésicas em coordenadas planas de projeção (E,N), tanto para as coordenadas obtidas pelo elo, quanto às obtidas para os pontos de controle (Equações 2 e 3). Neste caso, o elipsóide utilizado é o padrão. O refinamento do elo é realizado conforme explicado na Seção Processo de geração das imagens ortorretificadas O processo de geração das imagens nível 4 possui o mesmo princípio da geração das imagens nível 3, explicado na Seção 2.3, porém considerando as informações de altitudes mínima e máxima da região. Primeiramente, define-se uma grade amostral, regularmente distribuída sobre o plano imagem bruta. Para cada nó desta grade, a partir das coordenadas de imagem bruta (l,c) i determina-se as coordenadas geodésicas referentes a dois elipsóides auxiliares, um relativo à altitude mínima (,,H) min e outro relativo à altitude máxima (,,H) max da região em questão. Em seguida, transforma-se as coordenadas geodésicas em coordenadas planas de projeção (E,N), utilizando-se o elipsóide padrão. Aplica-se a transformação polinomial nos dois conjuntos de coordenadas planas (mínimo e máximo), para refinar estas coordenadas. Dessa forma, para cada nó da grade amostral tem-se: {(l,c) i, (E i,n i ) min, (E i,n i ) max }. O esquema mostrado na Figura 5 ilustra esta etapa. Na segunda etapa, define-se o espaço geográfico da imagem ortorretificada e o tamanho do pixel, de forma a se obter imediatamente as coordenadas de projeção de cada pixel desta imagem. Para cada par de coordenada (E,N) N4, identifica-se os quadriláteros relativos aos nós da grade amostral que o contém, tanto para a altitude mínima quanto para a altitude máxima. Procede-se à interpolação de cada um dos quadriláteros para obtenção das coordenadas de imagem bruta que se relacionam com as coordenadas ortorretificadas ((l,c) min e (l,c) max ). Este processo é ilustrado na Figura 6, onde (a) são as grades regulares mínima e máxima sobre a imagem bruta, (b) são as grades irregulares mínima e máxima resultantes do mapeamento direto e (c) são os pixels da imagem ortorretificada. A interpolação se dá por meio da transformação projetiva, cujos parâmetros são calculados em função dos vértices dos quadriláteros homólogos, que relacionam as coordenadas de imagem bruta com as coordenadas planas de projeção.

5 Correção Geométrica de Sistema Projeção Cartográfica Transformação Polinomial min (,,H) min (E,N) min (E, N) min (l,c) H min padrão padrão max (,,H) ma (E,N) max (E, N) max H max Figura 5 Mapeamento direto sobre dois elipsóides auxiliares. (E 1,N 1 ) min (E 2,N 2 ) min (E,N) orto X (E,N) orto (E 4,N 4 ) min (E 3,N 3 ) min (l 1,c 1 ) (l 2,c 2 ) (l,c) min X X (l,c) max (E 1,N 1 ) max (E 2,N 2 ) max (l 4,c 4 ) (l 3,c 3 ) (E,N) orto X (E 4,N 4 ) max (E 3,N 3 ) max Figura 6 Mapeamento inverso sobre dois elipsóides auxiliares. Há um conjunto de parâmetros relacionados com o elipsóide auxiliar relativo à altitude mínima e outro relacionado com o elipsóide auxiliar relativo à altitude máxima. O MNET fornece a altitude (H MNET ) de cada pixel da imagem ortorretificada, função das coordenadas planas de projeção deste pixel. Ela é a chave para a determinação do pixel (ou pixels) da imagem bruta que fornecerá o nível de cinza para o pixel da imagem corrigida. Como pode ser visto na Equação 7, realiza-se uma interpolação linear utilizando as altitudes mínima e máxima, as posições (l,c) mínima e máxima correspondentes às altitudes mínimas e máximas, e a altitude do ponto em questão para obter a posição (l,c) que fornecerá o valor de brilho da imagem ortorretificada. (l,c) min(hmax HMNET) (l,c) max(hmnethmin) l,c (7) H H max min 3.3 Obtenção do MNET Conforme citado anteriormente, tanto os pontos de controle quanto os MNET utilizados para a geração de imagens em nível 3 e 4 de processamento podem ser obtidos automaticamente de uma base de dados ou fornecidos pelo usuário. As imagens de nível 4 serão processadas em sua linha de produção utilizando pontos de controle e MNET obtidos automaticamente da base de dados do sistema da estação de processamento de imagens. A identificação dos pontos de controle foi explicada na Seção 2.2. Os MNET's utilizados para a produção de imagens nível 4 são obtidos através dos dados SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), disponibilizados gratuitamente pela NASA. Os MNET's do SRTM apresentam área de cobertura de 1 por 1 no terreno, apresentando superposição de aproximadamente uma linha e uma coluna com os arquivos vizinhos. Os dados disponibilizados para a América do Sul foram gerados

6 com 90 metros de espaçamento entre os pontos, utilizando o datum WGS-84 (SANTOS et al., 2005). Para cada ponto específico da imagem ortorretificada, procura-se na base de dados qual MNET contém este ponto. Esta procura é feita através da análise das coordenadas dos quatro cantos de cada MNET. Uma vez encontrado o MNET que contém o ponto, a informação de altitude é extraída utilizando o processo de interpolação bi-linear. Um dos problemas encontrados na utilização dos dados SRTM é a presença de valores nulos e valores espúrios em determinadas regiões. Antes de utilizar o MNET é necessário corrigir tais valores. Os valores espúrios são corrigidos utilizando as informações de altitude da vizinhança dos pontos a serem corrigidos. Para corrigir valores nulos, o usuário pode especificar a altitude mínima dos pontos da cena a ser processada. 4 RESULTADOS E ANÁLISES Foram geradas três imagens CCD níveis 2, 3 e 4 da mesma região para a realização dos experimentos. Estas imagens consistem na mesma cena, porém adquiridas com ângulos de inclinação do espelho diferentes, ou seja, foram geradas uma imagem vertical, uma imagem inclinada em 17 em relação à vertical, e outra imagem inclinada em -18,6, também em relação à vertical. Para a avaliação das imagens geradas utilizou-se como referência uma imagem nível 2, georreferenciada utilizando pontos de controle externos. Para o georreferenciamento desta imagem foram utilizados pontos de controle extraídos de imagens GeoCover Landsat disponíveis gratuitamente na internet. Merchant (1982) sugere vinte como sendo o número mínimo de pontos a ser utilizados na análise de exatidão cartográfica. Assim, neste trabalho, foram medidos vinte pontos em cada imagem. As Tabelas 1, 3 e 5 apresentam a resultante das discrepâncias em E e N das coordenadas das imagens níveis 2 (L2), 3 (L3) e 4 (L4) em relação à imagem de referência (Ref). Apresentam também o erro médio quadrático (EMQ) resultante e o erro circular relativo à 90% de probabilidade (CE90). Sabe-se que as imagens nível 2 de processamento possuem erros sistemáticos. Desta forma, para melhor analisar a evolução da qualidade geométrica das imagens ao longo dos níveis de processamento, é interessante desconsiderar tal efeito. As Tabelas 2, 4 e 6 apresentam os valores do EMQ e do CE90 para os mesmos dados, porém sem considerar os erros sistemáticos presentes nas coordenadas. Isto é feito subtraindo a média apresentada para as imagens níveis 2, 3 e 4 nas Tabelas 1, 3 e 5 de todas as resultantes das discrepâncias dos pontos. Tabela 1 - Discrepâncias entre as imagens níveis 2, 3 e 4 inclinadas em 17 e a imagem de referência. Imagem inclinada em 17 Pontos L2 Ref L3 Ref L4 Ref ,18 114,79 110, ,08 74,01 41, ,18 94,00 29, ,72 36,42 39, ,49 113,68 53, ,76 97,71 74, ,03 48,30 12, ,66 133,05 54, ,32 56,55 31, ,04 53,70 63, ,25 153,64 55, ,57 174,57 71, ,42 59,98 42, ,25 126,76 85, ,26 86,54 40, ,78 77,88 36, ,57 58,50 82, ,97 77,78 16, ,75 97,71 13, ,50 158,25 47,17 Média 12833,09 94,69 50,18 EMQ 13167,10 104,82 57,49 CE ,28 225,37 123,60 Tabela 2 EMQ e CE90 para as imagens níveis 2, 3 e 4 inclinadas em 17 em relação à imagem de referência sem a influência dos erros sistemáticos. Imagem inclinada em 17 L2 Ref L3 Ref L4 Ref EMQ 129,20 39,36 25,59 CE90 277,78 84,63 55,03 Nota-se pela Tabela 1 que o erro médio quadrático para a imagem nível 2 é de ,10 m, para a imagem nível 3 este valor é reduzido para 104,82 m, e para a imagem nível 4 é de 57,49 m. Nos dados sem a influência dos erros apresentados na Tabela 2, o erro médio quadrático na imagem nível 2 é de 129,20 m, na imagem nível 3 é de 39,36 m e na imagem nível 4 é de 25,59 m. De forma semelhante, na Tabela 3 pode-se perceber que o erro médio quadrático que era de 9370,23 m para a imagem nível 2, foi reduzido para 50,48 m na imagem nível 3, e para 38,54 m na imagem nível 4. Nos dados sem a influência dos erros, o erro médio quadrático na imagem nível 2 é de 375,86 m, na imagem nível 3 é de 23,71 m e na imagem nível 4 é de 16,53 m.

7 Tabela 3 - Discrepâncias entre as imagens níveis 2, 3 e 4 inclinadas em 18,6 e a imagem de referência. Imagem inclinada em 18,6 Pontos L2 Ref L3 Ref L4 Ref ,24 26,02 26, ,63 34,23 20, ,76 21,83 38, ,67 65,87 31, ,81 4,14 48, ,93 23,76 15, ,31 55,43 27, ,69 38,62 50, ,79 45,29 33, ,30 26,02 33, ,95 65,67 60, ,55 64,87 44, ,27 10,40 39, ,77 43,51 52, ,81 39,22 67, ,81 53,55 2, ,80 69,49 25, ,31 35,79 12, ,14 38,32 18, ,86 106,63 27,79 Média 9125,62 43,43 33,94 EMQ 9370,23 50,48 38,54 CE ,99 108,53 82,86 Tabela 4 EMQ e CE90 para as imagens níveis 2, 3 e 4 inclinadas em 18,6 em relação à imagem de referência sem a influência dos erros sistemáticos. Imagem inclinada em 18,6 L2 Ref L3 Ref L4 Ref EMQ 375,86 23,71 16,53 CE90 808,10 50,99 35,53 Para as imagens verticais, através dos valores mostrados na Tabela 5, nota-se que o erro médio quadrático da imagem nível 2 é de 5027,36 m, sendo reduzido para 33,38 m na imagem nível 3 e para 34,88 m na imagem nível 4. Nos dados sem a influência dos erros, o erro médio quadrático na imagem nível 2 é de 127,99 m, na imagem nível 3 é de 13,12 m e na imagem nível 4 é de 16,35 m. Para as imagens verticais, nota-se que o nível 3 de processamento apresenta erro médio quadrático menor que o apresentado pelas imagens inclinadas. Isto se deve ao fato da menor influência do relevo nas imagens tomadas na direção nadir. Analisando os resultados das imagens nível 3 inclinadas, pode ser verificado que estas ainda apresentam distorções provocadas pelo relevo. Esta influência é reduzida através do processo de ortorretificação, como pode ser visto através do erro médio quadrático apresentado para as imagens nível 4. Nota-se, portanto, que os resultados obtidos para as imagens nível 4 inclinadas são semelhantes aos resultados obtidos para as imagens verticais, o que faz da ortorretificação um processo indispensável às imagens de sensores de média resolução obtidas em visada oblíqua. Tabela 5 - Discrepâncias entre as imagens níveis 2, 3 e 4 verticais e a imagem de referência. Imagem vertical Pontos L2 Ref L3 Ref L4 Ref ,74 55,02 53, ,76 25,05 30, ,95 19,75 12, ,19 35,25 38, ,20 28,68 6, ,85 24,49 36, ,99 26,21 31, ,92 8,56 29, ,81 21,53 13, ,25 55,22 55, ,25 14,31 36, ,59 32,02 45, ,39 28,92 27, ,34 39,95 27, ,40 47,58 52, ,67 38,83 20, ,08 39,04 50, ,11 10,73 1, ,45 22,48 8, ,57 24,63 22,48 Média 4898,48 29,91 30,03 EMQ 5027,36 33,38 34,88 CE ,83 71,76 74,99 Tabela 6 EMQ e CE90 para as imagens níveis 2, 3 e 4 verticais em relação à imagem de referência sem a influência dos erros sistemáticos. Imagem vertical L2 Ref L3 Ref L4 Ref EMQ 127,99 13,12 16,35 CE90 275,17 28,22 35,15 Através da análise das Tabelas 1 a 6, nota-se a clara melhoria da qualidade geométrica e posicional das imagens ao longo dos níveis de processamento. Nas imagens verticais notou-se um pequeno aumento no valor do erro médio quadrático. Entretanto, este valor representa aproximadamente um sexto do tamanho do pixel, podendo ser atribuído a o erro de pontaria na medição dos pontos. Deve-se ressaltar que a imagem de referência também possui um erro entre um e dois pixels (20 a 40 m), uma vez que foi georreferenciada manualmente. Este erro é propagado para as estatísticas apresentadas. Desta

8 forma, o erro apresentado nas imagens níveis 3 e 4 poderia ser ainda menor caso fosse utilizada uma referência com melhor precisão. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os dados orbitais dos satélites CBERS 1 e 2 são de baixa qualidade, refletindo diretamente na qualidade geométrica da imagem. Isto pôde ser verificado nas discrepâncias apresentadas entre as imagens em nível 2 de processamento com a de referência. Estas imagens apresentam apenas uma correção geométrica de sistema. Notou-se que o processo de refinamento é simples, podendo ser elado por polinômios do primeiro grau. A transformação de similaridade (translação, rotação e escala) não é suficiente, sendo necessária a adoção da transformação afim ou projetiva. Isto decorre de um cisalhamento presente nas imagens CBERS, muito provavelmente decorrente da imprecisão do ângulo de guinada, uma das componentes da atitude. Numa fotografia aérea, esta imprecisão responderia por um erro de rotação, mas no caso de imagens de satélite, a rotação é aplicada individualmente a cada varredura, causando este efeito de cisalhamento. Conforme foi verificado nos experimentos apresentados, o refinamento do elo geométrico de sistema por pontos de controle produz uma melhora significativa da qualidade geométrica das imagens, possibilitando a utilização de imagens CBERS num número maior de aplicações. Quanto ao processo de ortorretificação é imprescindível para a obtenção de imagens de alta resolução espacial com alta qualidade geométrica. É também fundamental nos casos de imagens de média resolução espacial obtidas em visada oblíqua, como as imagens CCD/CBERS-2 utilizadas neste trabalho. Entretanto, para que o elo funcione, é necessário um bom registro entre a imagem e o MNET. No caso de sistemas sensores que apresentem dados orbitais de baixa precisão, como o sensor CCD/CBERS-2, é imprescindível o uso de pontos de controle. O satélite CBERS-2B apresenta um sensor de alta resolução espacial (HRC) e, por conta disso, dispõe de sensores de controle de atitude e órbita mais eficientes, incluindo sensores estelares e de posicionamento GPS, entre outros. Ele provavelmente não precisará de pontos de controle para garantir um bom registro entre imagem e MNET, mas precisará para garantir um excelente posicionamento (inferior a 2 pixels) da imagem ortorretificada. Os resultados apresentados mostram que os dados SRTM podem perfeitamente ser utilizados no processo de ortorretificação das imagens CCD/CBERS. Entretanto, não se pode afirmar ainda que tais dados poderão ser a solução para a ortorretificação das imagens HRC/CBERS. REFERÊNCIAS Epiphanio, J. C. N. CBERS Satélite sino brasileiro de recursos terrestres. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 12., 2005, Goiânia. Anais... São José dos Campos: INPE, Artigos, p CD-ROM, On-line. ISBN Disponível em: < sbsr/2004/ >. Acesso em: 07 ago GONZALEZ, R. C.; WOODS, R. E. Processamento de imagens digitais. 3. ed. São Paulo: Edgard Blücher, p. MACHADO E SILVA, A. J. F. Modelo de correção geométrica para imagens HRV-SPOT Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos MERCHANT, D. C. Spatial accuracy standards for large scale line maps. Technical Papers of the American Congress on Surveying and Mapping, 1, p., RICHARDS, J. A.; JIA, X. Remote sensing digital image analysis: an introduction. Berlim: Springer- Verlag p. WOLF, P. R.; GUILANI, C. D., Adjustment computations: statistics and least squares in surveying and GIS, New York, p. SANTOS, P. R. A.; GABOARDI, C.; OLIVEIRA, L. C. Avaliação da precisão vertical dos elos SRTM para a Amazônio. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 12., 2005, Goiânia. Anais... São José dos Campos: INPE, Artigos, p CD- ROM, On-line. ISBN Disponível em: < >. Acesso em: 10 nov SHUTTLE RADAR TOPOGRAPHY MISSION. Disponível em: < Acesso em: 12 nov