Capítulo 17 Classificação Híbrida Nos Capítulos 14, 15 e 16 foram discutidas as técnicas visuais e digitais para interpretar imagens de satélites. No entanto, qual dessas duas metodologias deve ser usada para interpretação uma imagem? Uma análise criteriosa de ambas as metodologias mostra que há vantagens e desvantagens na escolha de uma ou de outra. Por exemplo, a interpretação visual apresenta a vantagem de ser uma metodologia cujos resultados tendem a ser mais precisos do que os obtidos por um sistema de classificação digital qualquer. Isso é verdadeiro, desde que o intérprete tenha bons conhecimentos do tema a ser interpretado, dos fundamentos do sensoriamento remoto, das técnicas de interpretação e dos cuidados indispensáveis no momento de realizar o trabalho de interpretação. Do ponto de vista operacional, a interpretação visual apresenta uma série de desvantagens, dentre as quais podem-se citar: Necessita de amplo espaço para armazenamento das imagens no formato analógico (imagem em papel). Não permite mudar a escala de trabalho, ou seja, a escala original em que a imagem foi confeccionada. Não permite mudar as cores da imagem colorida nem substituir as imagens que deram origem à composição colorida. Os resultados finais da interpretação são expressos em forma de mapas, necessitando-se, portanto, de pessoas especializadas para confeccioná-los. O cálculo de área das classes interpretadas é trabalhoso e exige métodos específicos. Causa mudanças nos resultados da classificação, como incremento de novas classes ou correção de erros de classificação e é muito trabalhoso. A análise digital, quando comparada à interpretação visual, é mais rápida e não apresenta as desvantagens citadas anteriormente, ou seja: Exige pouco espaço para armazenamento dos dados de satélite, uma vez eles são gravados em CD-Rom. Permite trabalhar com qualquer escala de imagem. Permite gerar imagens em composições coloridas, combinando imagens das diferentes bandas do sensor ou associando as cores azul, verde e vermelha a quaisquer imagens, para gerar composições coloridas em diferentes cores.
298 Maurício Alves Moreira Os resultados finais são expressos na forma de mapas digitais, que podem ser impressos em diferentes escalas ou em forma de tabela de números. Podem ainda gerar arquivos em JPEG para ser enviados pela internet. O cálculo da área de cada tema interpretado é obtido no computador por meio da função Cálculo de Área, que se baseia na área dos polígonos de cada tema. Permite sobrepor um mapa temático às imagens de satélites de anos posteriores, para análise multitemporal. O cruzamento de dados obtidos de diferentes fontes, como cadastral, campo, tabelas e imagens de satélites, é muito mais facilmente realizado quando comparado à interpretação visual. Por outro lado, devido às limitações dos algoritmos de classificação e à diversidade de comportamentos espectrais dos alvos em áreas heterogêneas, os resultados da classificação digital apresentam erros de omissão e inclusão. Nesse sentido, o erro de omissão ocorre quando determinada feição espectral que deveria ser classificada em dada classe temática é classificada como pertencente a outra classe. Tem-se, então, um resultado subestimado. O erro de inclusão é exatamente o contrário, ou seja, a feição espectral é classificada como uma classe temática que não corresponde à realidade na superfície terrestre. Neste caso, a classe é superestimada. Por mais eficiente que seja o classificador, esses dois erros sempre existirão. A magnitude de cada um depende do grau de complexidade da área. Para solucionar esses problemas surgiu a classificação híbrida, que reúne o que há de bom nas duas abordagens de interpretação de imagens de satélites, ou seja, incorpora na metodologia a habilidade e o conhecimento do intérprete e a velocidade da máquina para classificar as imagens. No método híbrido, 80% ou mais dos resultados de uma classificação temática são obtidos no computador, por meio da classificação digital. Cabe ao intérprete melhorar esses resultados até um nível aceitável, segundo os critérios por ele estabelecidos. A interferência do intérprete nos resultados de classificação se faz por meio da Edição Matricial, uma função que foi implementada no Spring a partir de 1997. A seguir será discutido detalhadamente o procedimento de Edição Matricial. Entendendo um Pouco da Edição Matricial A Edição Matricial é um programa que permite ao intérprete trabalhar diretamente no plano matricial, isto é, na matriz de pixels, em vez de no plano vetorial. Com isso, o processo de edição no mapa temático é mais rápido porque elimina as operações de ajuste de linhas e poligonização, como é feita na edição vetorial. No final do processo pode-se obter um mapa vetorial, usando a função no Spring denominada Transformação de Matriz para Vetor. A seguir será mostrado como o intérprete pode usar a Edição Matricial num procedimento para melhorar os resultados de uma classificação em área de reflorestamento. A Figura 17.1 apresenta uma imagem tomada como área para demonstração. Pode-se ver que nessa área-teste predomina a agricultura, porém há uma área bastante expressiva de reflorestamento no centro da imagem. Nota-se também que o comportamento espectral do reflorestamento não é homogêneo.
Classificação Híbrida 299 Café Reflorestamento Áreas agrícolas Figura 17.1 - Imagem colorida das bandas TM3(B), TM4(R) e TM5(G) de uma região agrícola. A imagem foi classificada por meio de uma abordagem não-supervisionada, empregandose o classificador Isoseg. A segmentação foi realizada usando valores de limiares de similaridade e área de 25 e 50, respectivamente. O limiar de aceitação utilizado no Isoseg foi de 99%. O resultado da classificação é mostrado na Figura 17.2. Áreas de reflorestamento não classificadas Figura 17.2 - Imagem com a classificação do tema reflorestamento mostrando áreas não classificadas (erro de omissão).
300 Maurício Alves Moreira Observa-se nos resultados da classificação (Figura 17.2) que os critérios adotados para classificar a imagem não foram os mais adequados, pois alguns talhões de reflorestamento não foram classificados (erro de omissão). Assim, em vez de tentar outros limiares de similaridade e área, o intérprete pode pensar em lançar mão da Edição Matricial para corrigir o erro de classificação. Para realizar a Edição Matricial, é necessário que o intérprete observe se no painel de controle do Spring estão ativados o plano de informação, que contém os resultados da classificação (Classificação), e a categoria (Temático), conforme mostrado na Figura 17.3. Ao clicar em Edição Matricial Abrirá a janela Categoria ativa (A) Plano ativo (B) Figura 17.3 - Resultado da classificação e painel de controle mostrando que categoria e plano de informação estão ativos. Ao clicar no ícone Temático, abre-se uma janela (Figura 17.3 A) contendo várias operações ligadas à categoria temática, como: Edição Vetorial, Edição Matricial, Mosaico, Geração de Textos etc. Na frente de cada uma há três pontos (reticências), indicando que a essas operações há outras associadas. Ao clicar sobre a expressão Edição Matricial, abre-se outra janela auxiliar (Figura 17.3 B). Na janela Edição Matricial (Figura 17.3 B) há seis subjanelas que contêm operações de que o intérprete lança mão para definir a forma de intervenção sobre os resultados da classificação, a saber: Tipo, Modo, Fator de Digit (mm), Operação, Classes e Visual. No rodapé da janela há cinco ícones de operações de comando de execução: Limpa Vetor, Limpa Pixel, Executar, Fechar e Ajuda. Tipo Esta subjanela contém operações que o intérprete pode utilizar para intervir nos resultados da classificação. São elas: Editar Área, Copiar Área e Classificar Área (Figura 17.4 A). Em
Classificação Híbrida 301 geral, o procedimento de Editar Área é usado quando se quer corrigir erros de classificação em áreas que estão ligadas com outras classes não classificadas. Observa-se na Figura 17.2 que os talhões de reflorestamento que não foram classificados estão ligados com outras áreas de uso e ocupação do solo diferentes de reflorestamentos. (A) (B) Figura 17.4 - Janelas da Edição Matricial mostrando as operações dentro de Tipo (A) e Modo (B). Usa-se Copiar Área quando existe um outro mapa temático (cópia de segurança ou um mapa temático de etapas anteriores) e o intérprete deseja copiar determinada classe temática ou parte desta para o mapa atual. Portanto, não é uma operação rotineira na Edição Matricial. A operação Classificar Área é usada quando a área a ser modificada está inserida entre outras áreas já classificadas, ou seja, está ilhada. Nesse caso, tal operação é mais rápida e não deixa pixels sem classificação, isto é, as bordas das classes adjacentes se ajustam perfeitamente com as bordas da classe editada, fato que pode não acontecer na função Editar Área, que exige uma correção desses pixels não associados. Neste caso, o que se faz é ampliar a área, utilizando a função Classificar Área para preencher os pixels não editados. Modo Refere-se à maneira como o intérprete pode desenhar o polígono ao redor da área a ser modificada (Figura 17.4 B). Pode ser Contínuo ou Passo. Nas edições matriciais, para corrigir pequenos erros de classificação, o modo Passo é o mais utilizado, porque a amostragem dos pontos para traçar a linha do polígono é feita de acordo com os critérios do intérprete. Fator de Digitalização (Fator de Digit [mm]) É usado quando o intérprete está operando no modo Contínuo. Está ligado com a taxa de amostragem, ou seja, a que distância são amostrados os pontos ao longo da linha para gerar o polígono. No Spring, há seis valores: 0,00; 0,25; 0,50; 1,00; 2,00; e 4,00, conforme mostrado na Figura 17.5 A. Operação O intérprete tem quatro opções de operação para realizar a Edição Matricial: Criar Polígono, Adicionar Ponto, Mover Ponto e Suprimir Pontos (Figura 17.5 B). Para os objetivos da Edição Matricial em mapa temático, usa-se a função Criar Polígono, uma vez que as demais operações podem ser substituídas pelas operações Limpa Vetor ou Limpa Pixel, contidas no rodapé da janela da Edição Matricial.
302 Maurício Alves Moreira (A) (B) Figura 17.5 - Janela da Edição Matricial mostrando os valores do fator de digitalização (A) e as diferentes operações (B). Classes Nesta subjanela estão contidas todas as classes temáticas que foram definidas em modelo de dados e associadas à categoria temática. Para trocar a classe de uma área, que foi classificada erroneamente, por outra classe, o intérprete marca nessa subjanela a nova classe que deseja associar ao talhão editado. Por exemplo, para inserir na classe Reflorestamento uma área de reflorestamento que não foi classificada, basta marcar essa classe, editar o talhão e clicar em Executar (ícone no rodapé da janela). Isso também é usado para trocar a classe de um talhão por outra classe. Quando a operação for trocar classe e o talhão estiver ilhado, pode-se utilizar a operação do tipo Classificar Área. Para isso, coloca-se o cursor dentro da área e clica-se o botão esquerdo do mouse. Aparecerá uma mensagem do tipo: Classificar área para pasto ou reflorestamento etc., dependendo do tema escolhido. Se for essa opção, clica-se em Sim. Visual É um comando que serve para acionar a planilha de cores, no caso de querer mudar a cor de determinada classe espectral (Figura 17.6). Ao clicar em visual, abre-se outra janela auxiliar, denominada Visual de Apresentação. Ao clicar novamente em cor, abre-se uma planilha de cores, onde o intérprete escolhe a cor desejada para substituir a cor original da classe. No exemplo da Figura 17.6 nota-se que a cor existente na janela Visual de Apresentação é verde, ou seja, corresponde à cor da classe associada ao tema reflorestamento. Se, por ventura, quiser mudar o verde para vermelho, basta clicar na cor vermelha da planilha de cores, que a cor verde será substituída pela vermelha. Em seguida, clica-se em OK, na planilha de cores, e em Executar, na janela Visual de Apresentação. Os ícones no rodapé da janela da Edição Matricial são funções de execução. Limpa Vetor e Limpa Pixels são empregados para corrigir erros durante a digitalização de um polígono. O mais utilizado é o Limpa Vetor, porque ele apaga toda a linha digitalizada do início até onde ocorreu o erro. O comando Executar é utilizado após editar uma área. No entanto, podem-se editar várias áreas e várias classes temáticas, bastando, no final da operação, clicar em Executar para salvar a nova configuração do mapa temático.
Classificação Híbrida 303 Cor da classe Clicar em OK e em Executar Figura 17.6 Esquema ilustrando como se muda a cor de uma classe. O exemplo da Figura 17.7 serve para mostrar os resultados da Edição Matricial feita para corrigir os erros de classificação da classe reflorestamento. No primeiro plano, nota-se na janela da Edição Matricial que a operação selecionada foi Editar Área, modo Passo e Criar Polígono. Nessa situação, o fator de digitalização não tem significado, pois a amostragem de pontos feita pelo intérprete é subjetiva. Note-se também na janela Classes que o tema reflorestamento é o que está ativo. Ao observar o reflorestamento na Figura 17.8 A, percebe-se que a área que não foi classificada apresenta uma tonalidade diferente do reflorestamento típico que foi classificado. É bom salientar que os resultados dessa classificação foram obtidos de forma intencional, para mostrar o uso da Edição Matricial. O mapa vetorial foi obtido após corrigir o mapa temático, usando a função Matriz Vetor. Terminada a Edição Matricial, pode-se calcular a área dos temas interpretados, conforme é mostrado na Figura 17.8 Uma vez terminado o cálculo de área, o mapa temático será aberto no Scarta outro modo do aplicativo Spring onde será gerado o mapa final com legendas, coordenadas, escala gráfica e moldura, conforme mostrado na Figura 17.9.
304 Maurício Alves Moreira (A) Mapa matricial Mapa vetorial (B) Figura 17.7 - Imagem sobreposta pelos mapas vetorial (A) e matricial (B). Figura 17.8 - Cálculo de área do mapa vetorial e matricial.
Classificação Híbrida 305 Carta de Unidades de Paisagem do Vale do Paraíba - SP w45 o 39 w45 o 32 w45 o 24 Carta temática gerada a partir da classificação de imagens Landsat - 7 ETM+, bandas 3, 4 e 5, de 12.03.2202 a22 o 57 a22 o 57 a23 o 02 a23 o 07 w45 o 39 w45 o 32 w45 o 24 a23 o 02 a23 o 07 UP 1 UP 2 UP 3 UP 4 UP 5 UP 6 UP 7 UP 8 UP 9 UP 10 UP 11 UP 12 UP 13 UP 14 UP 15 UP 16 UP 17 UP 18 UP 19 UP 20 UP 21 UP 22 UP 23 UP 24 UP 25 UP 26 UP 27 UP 28 Drenagem Estradas 2,5 0 2,5 5,0 7,5 10,0 km Escala 1:250000 Figura 17.9 - Carta temática obtida a partir da interpretação de imagem de satélite. Memorização 1) Cite algumas vantagens da classificação digital em relação à interpretação visual de imagens de satélite. 2) Foi dito neste capítulo que a classificação híbrida é uma abordagem metodológica que apresenta muitas vantagens, quando comparada com a interpretação visual e a classificação digital. Cite algumas vantagens em relação a: a) Interpretação visual. b) Classificação digital. 3) Quando você usaria a função Copiar Área? 4) Qual é a diferença entre Edição Matricial e Edição Vetorial, quanto aos princípios de operação? 5) Para raciocinar. Quais seriam os requisitos desejáveis de um intérprete para trabalhar num projeto que envolveria a Edição Matricial?
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