Processamento
Digital de Imagens
PDI no software SPRING , uma
introdução
Nesta aula abordaremos a teoria e prática
relacionadas com o uso do software SPRING para Processamento Digital de
Imagensbásicos
relacionados com imagens digitais.
Importante: O resumo abaixo deve ser complementado,
pelo aluno, com a leitura dos textos sugeridos na bibliografia do curso.
Tópicos
Características Gerais do software
SPRING
-
O nome SPRING é
um acrônimo de "Sistema
de PRocessamento de INformações Georeferenciadas".
-
O SPRING é um Sistema
de Informações Geográficas (SIG) ( em inglês se usa GIS -
Geográfical Information System).
-
Um SIG é
definido, por Burrough (1986), como: " Um conjunto poderoso de ferramentas
computacionais que possibilitam a entrada, armazenamento,
manipulação (consulta e análise) e saída de
dados georeferenciados". Georeferenciados significa que tem uma
referência geográfica associada aos elementos
gráficos da base de dados.
- Sob o ponto de vista de
banco de dados, um SIG é também definido, por Cowen,
como: "Um banco de dados indexados
espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para
responder a consultas sobre entidades espaciais"
-
Os SIGs são ferramentais básicos para
desenvolvimento de aplicações em geoprocessamento. Uma
referência interessante de acesso online a livros relacionados
com geoprocessamento e geoinformação é:
http://www.dpi.inpe.br/livros.html. O esquema geral dos módulos
de um SIG é apresentado na Figura abaixo.
Figura: Esquema Geral dos
módulos de um SIG
-
O módulo de interação com o usuário
é responsável por todo o diálogo de
interação com o usuário para acesso às
ferramentas disponibilizadas pelo software. A interação
do SPRING é toda baseada em menus e janelas. O módulo de
interação de qualquer software deve ser o mais
amigável possível, "user friendly", para facilitar o uso
do mesmo.
-
O módulo de entrada contém uma série de
funções que oferecem facilidades de entrar com dados
geográficos na base de dados. Ele deve conter
funções e entrada de imagens digitais, de dados
temáticos, de dados topográficos, de dados cadastrais,
entre outros.
-
O módulo de gerenciamento da base de dados é
responsável pelo armazenamento e recuperação das
informações na memória do computador (RAM e
discos). O gerenciador é responsável pela
eficiência do SIG em relação ao acesso, leitura e
escrita, aos dados da base.
- <>O módulo de análise é o
"coração do SIG". Esse módulo deve conter um
conjunto amplo de procedimentos de análise espacial,
possibilitando a obtenção de produtos derivados, mapas e
relatórios por exemplo, da manipulação individual
ou integrada dos dados contidos na base de dados. Segundo Goodchild, "O valor potencial maior de Sistemas de
Informação Geográfica está em sua
capacidade de analisar dados espaciais"
-
<>O módulo de saída contém
funções que permitem dar saídas aos dados da base
ou aos produtos derivados de análises desses dados.
 |
O Modelo de Dados do SPRING
- Como já observado acima, visto como um repositório
de informações
referenciadas à superfície terrestre, um SIG é um banco de dados
geográfico.
- Para se utilizar eficientemente um SIG faz-se necessário o
conhecimento do Modelo de Dados
desse banco.
- O Modelo de dados do SIG
descreve os conceitos importantes para mapear os dados do mundo real
para o mundo digital do computador. Também, o modelo de dados
determina
a relação entre esses conceitos para
estruturação do banco de dados.
- A figura abaixo ilustra, resumidamente, o modelo de dados
utilizado pelo software SPRING
Figura: Esquema geral do modelo de dados do software SPRING
- O Banco de Dados
é o repositório dos dados relacionados com uma
aplicação de geoprocessamento a ser desenvolvida no
SPRING. Cada banco deve ter um nome, que o identifica.O SPRING cria um
diretório no HD, com o nome do banco, onde serão
armazenados todos os dados desse banco. Cada banco criado no SPRING
possui um SGBD padrão para manipulação de
tabelas. As tabelas contem atributos espaciais e não espaciais
dos
elementos geográficos representados na base. Um banco pode
conter vários projetos.
- Cada Projeto possui um
nome e está relacionado a uma região da superfície
terrestre. Cada projeto tem um sistema de projeção
cartográfica próprio e uma escala base. A região
representada pelo projeto é definida por um retângulo
envolvente na projeção definida para o projeto. Um
projeto pode conter vários Planos
de Informação.
- Um Plano de
Informação (PI),
InforLayer em inglês, é o local onde efetivamente se
armazenam os dados. Cada PI pode ter representações
vetoriais (pontos,
linhas e polígonos) ou matriciais. No caso de imagens teremos
somente representações matriciais.Cada plano,
obrigatóriamente, deve estar
associado a uma Categoria.
- As Categorias
são definidas para o banco e podem, e devem, ser compartilhadas
pelos PIs de diferentes projetos sempre que esses PIs estejam
representando dados de uma mesma natureza (mesma categoria). Num banco
do SPRING podem existir categorias dos modelos Imagem, Temático, Numérico,
Objeto, Cadastral e Rede,
que são basicamente os tipos de dados espaciais manipulados pelo
SPRING.
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Importação,
Visualização e Exportação de imagens no
SPRING
- Quando se quer trabalhar com imagens no SPRING é
necessário importar essa imagem. Para isso devemos, no caso de
não termos ainda uma base de dados criada, seguir os seguintes
passos:
-
Criar um Banco de Dados.
O Banco de Dados deve ser criado pela função
Banco
de Dados, da
opção Arquivo do menu do
SPRING. Ao ativar essa função a janela Banco de Dados se
abrirá e o usuário deverá executar as seguintes
operações nessa janela:
- Escolha um diretório,
já existente, para colocar o seu banco.
- Entre com um nome para o
Banco (Banco_CursoPDI, por exemplo) na caixa de texto rotulada
por Nome:
- Escolha um gerenciador
(SGBD), para gerenciar as tabelas do banco (por exemplo, o gerenciador
DBase), entre os disponíveis ao lado do rótulo
Gerenciador.
- Clique no botão
Criar, para que o banco seja efetivamente criado. Neste momento
um novo diretório é criado, embaixo do diretório
previamente escolhido pelo usuário. Para fins de backup, todas
as informações e dados referentes a este banco
estarão armazenadas embaixo desse diretório.
- Clique no botão
Ativar, para que esse banco seja ativado, isto é, para
que ele seja o Banco corrente de trabalho. O nome do Banco ativo
aparece no alto da janela principal do SPRING.
-
Criar um Projeto (opcional).
O Projeto pode ser criado pela função Projeto, da opção Arquivo do menu do
SPRING, ou será criado automáticamente na
importação da imagem. Para nosso curso utilizaremos
sempre a opcao de criação automática de um
projeto. O projeto será criado numa projeção
denominada "noprojection" e com as coordenadas que dependerão do
tamanho e resoluções da imagem.
-
Criar uma Categoria
pertencente ao modelo Imagem. Ative a função Modelo de Dados, da
opção Arquivo
do menu do SPRING para criar uma nova categoria do modelo Imagem. Na
sequência, realize as seguintes operações na janela
Modelo de Dados:
- Entre com um nome (Imagem_PDI, por exemplo) na caixa de
texto rotulada por Nome:
- Escolha Imagem como opção de Modelo da
categoria a ser criada
- Clique no botão Criar, abaixo do Modelo
- Clique no botão Executar, no final da janela.
- Clique no botão Fechar, para sair da janela
-
Criar um PI
(opcional): O PI pode ser criado pela função Criar PI, da
opção Editar do menu do SPRING, ou será criado
automáticamente na importação da imagem.
-
Importar a Imagem.
Para isto deve-se ativar a função Importar Tiff/GeoTiff da
opção Arquivo
do menu do SPRING. Uma janela de Importação se
abrirá e devemos então executar as seguintes
operações nessa janela:
- Buscar e abrir um arquivo formato tiff ou geotiff, utilizando
a opção do botão Arquivo dessa janela
- Escolher uma das projeções disponíveis
no SPRING, caso essa imagem não possuia georeferenciamento.
- Escolher como opção de Entidade: Imagem
- Entrar com um nome de projeto, caso este ainda não
tenha sido criado no Banco.
- Escolher uma Categoria, modelo Imagem, pressionando o
botão Categoria... Se não for apresentada nenhuma
categoria volte ao item 3 para criar uma categoria nova.
- Tecle um nome para o PI. O SPRING criará nomes de PIs
derivados, usando o nome do PI fornecido e os números da bandas
presentes nos arquivos.
- Pressione o botão executar para realizar a
importação.
- A Figura abaixo ilustra o procedimento de
importação de uma imagem GeoTiff para o SPRING. Observe o
nome do PI fornecido e os nomes dos PIs criados automaticamente no
SPRING.
Figura: Importação de
imagens Tiff e GeoTiff para o SPRING
-
Para se visualizar imagens,
já contidas numa base de dados do SPRING, devemos, no Painel de
Controle:
- <>Ativar, e Exibir, uma das 5 telas
disponíveis no SPRING
-
<>Selecionar o PI que queremos visualizar
- Escolher uma das
representações:
- M, monocromático ou nível de cinza;
- R, níveis de vermelho (Red);
- G, níveis de verde (Green) ou;
- B, níveis de azul (Blue).
-
<>Clicar no botão Desenhar do Painel de
Controle ou no ícone de
Desenhar da janela Ativa. O(s) PI(s), selecionado(s) para
visualização, serão apresentados na janela ativada
pelo usuário.
<>
- <>A Figura abaixo ilustra a visualização
de bandas de uma imagem multiespectral utilizando
várias telas do SPRING.
<>
Figura:
Visualização de Imagem Multiespectral, várias
bandas, no SPRING
- Para se visualizar uma composição colorida,
repetir o passo 3 associando um PI (banda da imagem) ao canal vermelho,
outro PI ao canal verde e outro PI ao canal azul. Na sequência,
repetir o passo 4.
A Figura abaixo ilustra o uso do Painel de Controle
para se visualizar uma imagem em composição colorida no
SPRING..
Figura: Visualização de
Imagem Multiespectral, em composicao colorida, no SPRING
<>
Importante: Após a
visualização inicial do PI, o
usuário tem uma série de ferramentas disponíveis
para modificar a visualização corrente. O usuário
tem disponível opções de Ampliação
(Zoom), Navegação (PAN), Restauração
(recompõe o estado inicial de visulização),
Anterior (Volta para o status anterior de visualização, e
outros. A figura abaixo mostra um esquema geral da barra de ferramentas
do SPRING, que contém alguns recursos de
visualização do SPRING.
Figura: Barra de ferramentas do SPRING
-
Se quisermos sair com a imagem do SPRING, para utilizá-la
fora desse ambiente, devemos Exportar
a Imagem. Para isto deve-se, selecionar o PI a ser exportado, e
ativar a função Exportar
da
opção Arquivo
do menu do SPRING. Uma janela de Exportação se
abrirá e devemos então executar as seguintes
operações nessa janela:
- Na janela exportar:
- Escolher como Formato: TIFF/GeoTIFF.
- Escolher
opção RGB para exportar um TIFF com tres bandas ou
Monocromático para uma banda .
- Associar cada plano
de informação com as opções de cores R, G
ou B
- Pressionar o
botão Salvar, que irá abrir uma nova janela chamada
Salvar Como. Nessa janela, escolha um diretório, defina um nome
para sua imagem de saida e pressione o botão Salvar.
- A Figura abaixo ilustra o procedimento de
exportação de imagem tiff no SPRING
Figura: Ilustração da
exportação, no formato tiff, de imagens do SPRING
- Para fechar o SPRING basta escolher a função Sair
da opção Arquivo do Menu do SPRING.
Exercícios
Laboratório 3 - Pratica do uso do SPRING para
importação, visualização e
exportação de imagens digitais no SPRING
- Utilize o SPRING para importar, visualizar (de várias
formas) e exportar uma imagem tiff, (clique ao lado para baixar a
imagem
) , de brasilia.
- Visualize essa mesma imagem tiff no IrfanView e compare as
visualizações. Experimente usar a função
Swapp Color do IrfanView para visualizar a imagem com diferentes
composicoes de cores.
Perguntas sobre imagens coloridas e multiespectrais
- Você acha que uma uma imagem colorida, formada pela
combinação de bandas de uma imagem multiespectral,
é melhor ou pior em relação a uma banda apenas.
Justifique sua resposta.
- O IrfanView possui uma opção chamada swapp color
(troca de cores). Carregue uma imagem colorida no IrfanView, utilize a
opção swapp color e explique como a troca de cores
é feita para cada opção disponível.
- Considere que você tenha uma imagem colorida de 1000 linhas
x 500 colunas, codificada em 8 bits, sendo apresentada em um programa
de
visualização de imagens digitais. Qual o tamanho do
arquivo gerado ao salvarmos essa imagem colorida em formato RAW? Qual o
tamanho do arquivo se transformarmos essa imagem em níveis de
cinza e depois a salvarmos em formato RAW?
