Método de Elaboração dos Mosaicos

 


Descrição Geral dos Mosaicos

Mosaicos de imagens de satélite são representações sinóticas e atualizadas de grandes extensões territoriais.

Esses mosaicos, quando elaborados sobre a totalidade territorial de um estado ou município, revelam de forma fiel a situação vigente das diversas modalidades de uso e ocupação do solo da área imageada. Portanto, os mosaicos de imagens são materiais de extrema utilidade para trabalhos de planejamento ambiental, monitoramento e gestão territorial.

Os mosaicos produzidos pela Embrapa Monitoramento por Satélite, foram produzidos utilizando as mais avançadas tecnologias para o processamento digital de imagens, o que lhes define características particulares, com destaque para a seleção criteriosa das cenas empregadas, georreferenciamento de precisão cartográfica e a perfeita combinação dos processos de equalização de histograma, balanço de cores, ajuste geométrico e recorte.

 


Parâmetros Técnicos dos Mosaicos Elaborados

  • Fontes dos dados: imagens de satélite Landsat 7/ETM+ e eventualmente Landsat 5 TM;

  • Composição: combinação das bandas espectrais 5,4,3/RGB em composição colorida falsa cor;

  • Projeção/Datum: Projeção Geográfica (Lat/Long);

  • Elipsóide: South America 1969;

  • Datum: SAD69;

  • Principais Processamentos: ajuste geométrico, equalização radiométrica, balanço de cores, mosaicagem, recorte e reprojeção;

  • Tipo: matricial (raster) 8 bits, 1 byte por píxel;

  • Formato: Original GEOTIFF; e no CD JPEG

  • Resolução espacial: variável em função do tamanho do Estado. Para os Estados da Amazônia Legal a resolução é de 60 metros (exceto Pará e Amazonas com 90 metros) e para os demais Estados 30 metros;

  • Sazonalidade das imagens: foram utilizadas preferencialmente datas do período seco;

  • Cobertura de Nuvens: preferencialmente com cobertura de nuvens máxima de 10%. Na inexistência de imagens que atendam a esse critério, foi utilizada a imagem com menor cobertura disponível;

  • Precisão Geométrica: erro circular horizontal de 1,5 pixel (60, 90 metros);

  • Georeferenciamento: a partir de pontos cartográficos obtidos na cartografia 1:100.000 ou maior escala disponível na região;

  • Reamostragem: convolução cúbica;

  • Modelização Polinomial: modelo polinomial de 1º grau;

  • Perímetro Estadual: Base oficial do IBGE nas escalas 1:250.000 ou 1:500.000 e detalhadas ao longo das feições geográficas naturais, como rios e represas;

 


Um Exemplo de Execução: O Estado do Amazonas

 

Amazonas

 

O Mosaico do Estado do Amazonas foi composto pela união (fusão digital) de 76 cenas (figura abaixo), preferencialmente do satélite Landsat 7 ETM+, em composição colorida 5,4,3/RGB, selecionadas entre os anos de 1999 e 2000.

 

Amazonas

 

 


Métodos empregados na Confecção dos Mosaicos Estaduais

A metodologia para a criação dos mosaicos seguiu 5 etapas bem definidas, apresentadas a seguir:

  1. Definição do projeto
  2. Esta etapa é composta pela organização inicial do projeto, que prevê as horas a serem trabalhadas, alocação de recursos lógicos, físicos e humanos e os insumos de produção necessários para a boa condução do projeto. Define-se também a escala e resolução dos arquivos de saída, técnicas de processamento digital e edição gráfica.

  3. Seleção das Imagens a serem utilizadas
  4. Para cada mosaico foi utilizado um número bem maior de cenas do que o valor indicado pela cobertura nominal de cada Estado, como mostra a tabela abaixo.

    Para algumas regiões, não foi possível encontrar cenas desprovidas de nuvens, nesse caso, utilizou-se imagens com resolução plena (posteriormente reamostradas para efeito de processamento) e, preferencialmente, passagens entre os anos de 1999 e 2000, em composição colorida falsa-cor, 5,4,3/RGB, com correções geométricas de sistema.

    A título de exemplo, no caso da Amazônia o número de cenas da cobertura nominal era 292 mas foram avaliadas 892 cenas.

     

    Estado Nº de Cenas
    Cobertura Nominal
    Nº de Cenas Avaliadas
    Amazonas 76 234
    Maranhão 22 71
    Pará 63 191
    Tocantins 20 62
    Mata Grosso 48 157
    Acre 14 40
    Rondônia 17 49
    Roraima 19 52
    Amapá 13 36
    TOTAL 292 892

     

    Para a seleção das imagens que integraram o mosaico, realizou-se uma extensiva pesquisa para a escolha das passagens a serem usadas. Procurou-se reunir cenas de datas próximas para evitar grandes variações espaciais, principalmente em relação ao uso e ocupação do solo, quando da junção de cenas de datas diferentes.

    Considerou-se também outros fatores, como o índice de visibilidade da cena, índice de cobertura de nuvens, presença de ruídos irrecuperáveis e, secundariamente, o ângulo de elevação solar nas imagens. Todos esse fatores são preponderantes na determinação da qualidade radiométrica, espectral e espacial das imagens empregadas.

    Entre as cenas selecionadas, definiu-se os seguintes limiares mínimos para aceitação:

    Proximidade entre as datas: procurou-se escolher cenas com datas próximas, preferencialmente, a mesma data para toda a faixa imageada;

    Visibilidade: de acordo com a padronização do INPE, cenas com visibilidade inferior a 6 não apresentam resultados satisfatórios ao serem mosaicadas com cenas de visibilidade superior, principalmente durante a equalização de seus histogramas. Desta forma, privilegiou-se imagens com visibilidade superiores a 7;

    Cobertura de nuvens: máximo de 10% por quadrante, mesmo quando distribuída em forma de névoa, avaliadas através de quicklooks;

    Ausência de ruídos irrecuperáveis: descartadas

    Ângulo de elevação do sol: não foi um fator limitante, embora este interfira sensivelmente no comportamento espectral dos alvos e na qualidade da cena. Assim, não detectou-se interferências sensíveis em função da sua variação, pois as imagens, no maioria das vezes, foram coletadas em uma mesma época do ano para cada faixa.

    A adoção desses parâmetros favoreceu a confecção de um mosaico sem grandes problemas de continuidade espacial.

     

  5. Software Utilizado
  6. O trabalho foi realizado no software Erdas Imagine Professional 8.4 fabricado pela ERDAS Inc., empresa americana dedicada ao desenvolvimento de produtos ligados ao processamento digital de imagens e geoprocessamento.

    O software Erdas Imagine divide-se em 3 módulos básicos: Essentials, Advantage e Professional, sendo o módulo Professional o mais completo da série, agregando funções como modelos de ortocorreção e mosaicagem de imagens, ferramentas de classificação avançada e um desenvolvedor de modelos de aplicativos customizáveis.

     

  7. Registro e correção geométrica das imagens
  8. O processo de correção geométrica teve duas finalidades: a primeira referiu-se à adição de um sistema de projeção cartográfica às imagens e, consequentemente, à atribuição de coordenadas geográficas. A segunda, foi preparar as imagens para que as mesmas fossem mosaicadas, pois para se fazer um mosaico, as cenas devem estar georreferenciadas em uma mesma projeção, elipsóide, datum e fuso, caso a projeção cartográfica seja UTM.

    Os mosaicos entregues foram referenciados segundo a projeção UTM e, posteriormente, reprojetados para o sistema geográfico, baseado em coordenadas geodésicas (Latitude/longitude) e escrito em graus decimais.

    Os valores de coordenadas foram extraídos dos dados de efemérides do satélite.

     

  9. Equalização dos histogramas das imagens
  10. Esta etapa refere-se a processamentos realizados para melhorar a imagem no domínio espectral. Depois de registradas, equalizaram-se os histogramas das imagens, antes de iniciar-se o processo de mosaicagem.

    O software Erdas Imagine oferece várias opções para realizar essa tarefa. Geralmente utilizou-se as seguintes ferramentas:

    • Breakpoints;
    • Lut Strech;
    • Histogram Match;

    O início de cada uma dessas ferramentas é basicamente o mesmo. Quando opera-se com os Breakpoints, (comando Raster/Contrast/Breakpoints), os melhores resultados, para efeito de mosaicagem, foram obtidos com a aplicação do contraste linear (Raster/Contrast/General Contrast), em cenas previamente realçadas com a opção de contraste padrão do Erdas, habilitada (Open/raster/options) quando abre-se uma cena em um viewer.

    Nesse caso, a aplicação do contraste linear "devolve" à cena seu aspecto original, como se ela não apresentasse nenhum tipo de realce, prevalecendo um histograma apertado, de baixo contraste e escuro. Esse procedimento é necessário para "forçar" a equalização dos histogramas com baixo contraste, uma vez que histogramas largos, são mais difíceis de serem equalizados pois apresentam uma frequência muito elevada, além de alterarem significativamente os valores espectrais dos dados de entrada.

     

  11. Mosaico das imagens
  12. O processo de mosaicagem das cenas considerou os seguintes aspectos:

    1. A ferramenta de mosaico foi aberta com o Data Prep/Mosaic Images, do Erdas;

    • No modo de entrada, para inserir as imagens utilizou-se o Edit/Add Images, selecionando um método de inserção (Individual File, All in Directory, From Filelist).
    • Selecionou-se uma opção da área entre as opções: Use Entire Source, Compute Active Area, Template AOI, Individual AO).

    Das opções acima as utilizadas com maior freqüência foram: Individual File, pois geralmente queria-se incluir os arquivos um de cada vez e Individual AOI, com uma AOI feita anteriormente para que se pudesse eliminar áreas que não continham dados.

    Depois de adicionadas todas as imagens, selecionou-se o método de ajuste do histograma, definido no menu do mosaico Edit/Image Matching. Existem três opções: No matching, For All Images e Overlap Areas.

    Não existe uma regra fixa para usar estes métodos, cada imagem/mosaico apresenta um padrão que se coaduna melhor com uma opção ou outra.

    No modo de intersecção, clique em Edit/Set Overalp Function. Aqui definiu-se a função e o tipo de intersecção, podendo ser com ou sem cut line (linha criada sobre a área de sobreposição). A cut line pode ser definida pelo próprio ERDAS, ou então criada pelo usuário como uma linha da ferramenta AOI, e depois inserida no mosaico.

    No modo de intersecção, a inserção da cut line foi feita através da barra de ferramentas. Existem botões específicos para incluir e excluir as cut lines. Neste modo também encontram-se dois botões que com uma intersecção entre as imagens selecionadas, monta um "mosaico virtual", exibindo a disposição das imagens e suas intersecções em um viewer.

    Após definidas as funções a serem aplicadas nas áreas de sobreposição, passou-se ao modo de saída. Nesta janela, definiu-se a área de saída do mosaico, Union of All Inputs, união de todas imagens.

     

  13. Definição de Layout de saída analógica
  14. A definição dos layouts de saída seguiu padronização própria, atendendo às demandas da política editorial do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento e da Embrapa. Todos os layouts dos mosaicos apresentam fundo preto, grade UTM interna e geográfica externa, além de grade UTM vazada e tick marks de latitude e longitude sobre a imagem.


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