Em sensoriamento remoto orbital, um grande número de dados é usado para representar uma imagem, que podem ser manipulados no formato digital, a fim de se extrair informações destas imagens. A cada ponto imageado pelos sensores, corresponde a uma área mínima denominada "pixel" (picture cell), que deve estar geograficamente identificado, e para o qual são registrados valores digitais relacionados a intensidade de energia refletida em faixas (bandas) bem definidas do espectro eletromagnético.
Uma imagem digital pode ser definida por uma função bidimensional, da intensidade de luz refletida ou emitida por uma cena, na forma I(x,y); onde os valores de I representam, a cada coordenada espacial (x,y), a intensidade da imagem nesse ponto. Essa intensidade é representada por um valor inteiro, não-negativo e finito, chamado nível de cinza.
Para se realizar o processamento digital de imagens de dados de sensoriamento remoto, é necessário que a imagem esteja no formato digital. Existem basicamente duas maneiras de se obter uma imagem digital: (1) adquirir a imagem de sensoriamento remoto no formato analógico (por exemplo, fotografia aérea), e então digitalizá-la; (2) adquirir a imagem de sensoriamento remoto já no formato digital, tais como os dados em fita CCT (Computer Compatible Tape), gravados por satélites como Landsat e SPOT.
O processo de digitalização de uma imagem não-digital ("imagem contínua"), corresponde a uma discretização (ou amostragem) da cena em observação, através da superposição de uma malha hipotética, e uma atribuição de valores inteiros (os níveis de cinza) a cada ponto dessa malha (processo chamado de quantização).
Em satélites como o Landsat e SPOT, o sinal elétrico detectado em cada um de seus canais, é convertido ainda a bordo do satélite, por um sistema analógico/digital, e a saída enviada para as estações de recepção via telemetria. As imagens destes satélites são amostradas com um número grande de pontos (as imagens do sensor "Thematic Mapper" do satélite Landsat possuem mais de 6000 amostras por linha). Além disso, tais imagens têm a característica de serem multiespectrais, no sentido de constituirem uma coleção de imagens de uma mesma cena, num mesmo instante, obtida por vários sensores com respostas espectrais diferentes.
Para a entrada de dados imagem, as técnicas
disponíveis no SPRING são:
Consulte também:
Sobre Sensoriamento Remoto.
Registro de Imagens.
Como obter outras informações conceituais do sistema.
Pode-se representar uma imagem por uma matriz de dados, onde as linhas e colunas definem as coordenadas espaciais do "pixel". Para isto utiliza-se um número finito de bits para representar a radiância da cena para cada "pixel".
Radiância é o fluxo radiante que provém de uma fonte, numa determinada direção, por unidade de área.
Na realidade a medida da radiância representada em cada "pixel" pelo seu nível de cinza, não é apenas a da radiação refletida pela superfície contida na cena do "pixel", mas também a radiação devida ao espalhamento atmosférico.
A quantificação da radiância contínua de uma cena é representada pelos níveis de cinza discretos na imagem digital, é dada por um número de bits por "pixel" para produzir um intervalo de radiância. Os sensores da nova geração obtêm normalmente imagens em 8 ou 10 bits (equivalente a 256 ou 1024 níveis digitais).
Na realidade o nível de cinza é representado pela radiância média de uma área relativamente pequena em uma cena. Esta área é determinada pela altitude do sistema sensor a bordo do satélite e outros parâmetros como o IFOV (Instantaneous Field Of View), que é o ângulo formado pela projeção geométrica de um único elemento detector sobre a superfície da Terra.
A figura abaixo ilustra o sistema de coordenadas usualmente utilizado para representar uma imagem digital. O eixo x orienta o número de colunas, e o eixo y, o número de linhas.
No caso das imagens multiespectrais, a representação digital é mais complexa, porque para cada coordenada (x,y), haverá um conjunto de valores de nível de cinza. Representa-se então cada "pixel" por um vetor, com tantas dimensões quantas forem as bandas espectrais.
Banda espectral é o intervalo entre dois comprimentos de onda, no espectro eletromagnético.
O SPRING permite a entrada direta de imagens provenientes dos satélites Landsat, SPOT e NOAA. Cada uma destas imagens apresenta características distintas quanto à resolução. Imagens analógicas como fotografias em papel também podem ser tratadas pelo SPRING, podendo ser importadas no formato TIFF após serem "scanerizadas".
Resolução é uma medida da habilidade que um sistema sensor possui de distinguir entre respostas que são semelhantes espectralmente ou próximas espacialmente. A resolução pode ser classificada em espacial, espectral e radiométrica.
Resolução espacial: mede a menor separação angular ou linear entre dois objetos. Por exemplo, uma resolução de 20 metros implica que objetos distanciados entre si a menos que 20 metros, em geral não serão discriminados pelo sistema.
Resolução espectral: é uma medida da largura das faixas espectrais do sistema sensor. Por exemplo, um sensor que opera na faixa de 0.4 a 0.45 m tem uma resolução espectral menor do que o sensor que opera na faixa de 0.4 a 0.5 um.
Resolução radiométrica:
está associada à sensibilidade do sistema sensor
em distinguir dois níveis de intensidade do sinal de retorno.
Por exemplo, uma resolução de 10 bits (1024 níveis
digitais) é melhor que uma de 8 bits.
A tabela a seguir apresenta as características de resolução dos sistemas sensores Thematic Mapper (TM), Haute Resolution Visible (HRV) e Advanced Very Resolution Radiometer (AVHRR), a bordo dos satélites Landsat, SPOT e NOAA, respectivamente.
aquisição de imagens | 16 dias | 26 dias | 2 vezes ao dia |
| 30 m 120 m (Banda6) | 20 m (Banda1 a 3) 10 m (Pan) | 1.1 Km (nominal) | |
| 8 bits | 8 bits (1-3)
6 bits (Pan) | 10 bits | |
| Banda1 - 0.45-0.52 Banda2 - 0.52-0.60 Banda3 - 0.63-0.69 Banda4 - 0.76-0.90 Banda5 - 1.55-1.75 Banda6 - 10.74-12.5 Banda7 - 2.08-2.35 | Banda1 - 0.50-0.59 Banda2 - 0.61-0.68 Banda3 - 0.79-0.89 Pan - 0.51-0.73 | Banda 1 - 0.58-0.68 Banda 2 - 0.725-1.1 Banda 3 - 3.55-3.93 Banda 4 - 10.30-11.30 Banda 5 - 11.50-12.50 |
As diferentes bandas espectrais dos sensores têm aplicações
distintas em estudos de sensoriamento remoto. Para orientar o
usuário na seleção das melhores bandas a
serem utilizadas no seu projeto, apresenta-se as tabelas a seguir.
| Canal | Faixa Espectral (um) | Principais aplicações |
| Mapeamento de águas costeiras Diferenciação entre solo e vegetação Diferenciação entre vegetação coníferas e decídua | ||
| Absorção de clorofila Diferenciação de espécies vegetais | ||
| Levantamento de biomassa Delineamento de corpos d'água | ||
| Medidas de umidade da vegetação Diferenciação entre nuvens e neve | ||
| Mapeamento de estresse térmico em plantas Outros mapeamentos térmicos | ||
| Mapeamento hidrotermal | ||
| Canal | Faixa Espectral (um) | Principais aplicações |
| Reflectância de vegetação verde sadia Mapeamento de águas | ||
| Absorção da clorofila Diferenciação de espécies vegetais Diferenciação de solo e vegetação | ||
| Levantamento de fitomassa Delineamento de corpos d'água | ||
| Estudo de áreas urbanas | ||
| Canal | Faixa Espectral (um) | Principais aplicações |
| Mapeamento diurno de nuvem, gelo e neve. Definição de feições de solo e cobertura vegetal. | ||
| Delineamento da superfície da água Definição de condições de fusão de neve e gelo Avaliação da vegetação e monitoramento metereológico (nuvens). | ||
| Mapeamento noturno e diurno de nuvens Análise da temperatura (C) da superfície do mar Detecção de pontos quentes (incêndios). | ||
| Mapeamento noturno e diurno de nuvens. Medição da superfície do mar, lagos e rios. Detecção de erupção vulcânica. Umidade do solo, atributos metereológicos das nuvens. Temperatura da superfície do mar e umidade do solo. | |
Imagem O SPRING prevê a leitura em vários dispositívos, nos formatos superestrutura ou "fast format" para os sistemas sensores descritos acima.
O formato superestrutura (padrão de fitas e CDROM) apresenta uma organização de dados em quatro níveis hierárquicos distintos: volume, o arquivo, o registro e o campo de dados. Um grupo de arquivos compõem um volume lógico, o qual pode ser armazenado em vários volumes físicos (fitas) e um volume físico pode armazenar vários volumes lógicos, isto é, podemos ter uma fita com vários arquivos (bandas), ou uma banda em mais de um volume físico. Os componentes básicos de uma superestrutura são: o arquivo diretório do volume e o arquivo descritor.
O arquivo diretório de volume define e identifica um volume lógico (por exemplo um conjunto de bandas). O arquivo descritor é o primeiro registro dentro de cada arquivo de dados (cada banda) e define a estrutura interna do arquivo fornecendo parâmetros para interceptar seu conteúdo.
O formato "fast format" contém uma quantidade mínima de dados gerais, compactando o máximo possível os dados em uma fita, facilitando assim a leitura e a escrita. Este formato está disponível somente para estrutura de imagem em banda seqüencial (BSQ), usado em imagens TM/Landsat.
Os arquivos da imagem estão contidos em uma única fita e pode haver mais de um arquivo imagem por fita. Há dois tipos de arquivo em uma fita "fast format": o arquivo de "header" e os arquivos de imagens.
O arquivo de "header" é o primeiro de cada fita e contém dados de descrição como data, opções de processamento e informação de projeção para o produto.
Os arquivos de imagem contêm somente "pixels" de imagem. Estes dados podem ser blocados ou não. A blocagem é utilizada para condensar uma imagem, o máximo possível. Na maior parte das vezes, as imagens geocodificadas são blocadas.
A seguir é apresentado os padrões de gravação utilizados para os sensores TM-Landsat, HRV-SPOT e AVHRR-NOAA.
Imagem
A imagem TM/Landsat que o SPRING faz a leitura deve
estar no padrão BSQ de bandas seqüenciais. Este padrão
é o freqüentemente gerado pelo INPE, em Cachoeira
Paulista, e disponível para o usuário nos formatos
superestrutura ou "fastformat".
No padrão BSQ, a imagem é registrada na fita, banda a banda, conforme ilustra o esquema a seguir:
O usuário pode escolher os produtos digitais das fitas TM-Landsat com níveis de correção geométrica. Os níveis possíveis são 4, 5 e 6, descritos a seguir.
Nível 4 - o produto padrão do INPE é gerado neste nível. São aplicados os cálculos de correção geométrica, utilizando-se os dados de efemérides e atitude obtidos do satélite.
Nível 5 - os procedimentos são idênticos aos aplicados no nível 4, com correção geométrica básica com reamostragem por "vizinho mais próximo" e pontos de controle adquiridos a partir de uma base cartográfica oficial.
Nível 6 - os procedimentos são semelhantes aos do nível 5, com reamostragem por convolução cúbica.
O tamanho de uma cena de uma imagem TM/Landsat é de 6177 linhas por 6489 colunas, a qual pode ser dividida em quadrantes de 3087 linhas e 3243 colunas. Os quadrantes encontram-se dispostos na cena conforme a figura a seguir:
| A= | 1,2,,5,6 | N= | 2,3,6,7 |
| B= | 3,4,7,8 | S= | 10,11,14,15 |
| C= | 9,10,13,14 | W= | 5,6,9,10 |
| D= | 11,12,15,16 | E= | 7,8,11,12 |
| X= | 6,7,10,11 | ||
Os dados Landsat TM em CD-ROM são distribuídos em forma de cenas inteiras (full frame - aproximadamente 185 x 185 km) ou quadrantes (aproximadamente 96 x 96 km), desde 1 até 7 bandas espectrais. Todas as cenas são fornecidas com o mesmo nível de correção radiométrica básica, que consiste na equalização da resposta dos sensores, de forma a eliminar o efeito de "stripping" dos dados Landsat-TM. Não são aplicadas equalizações de histogramas ou correções para o ângulo de elevação do sol.
O CD-ROM é formatado no padrão IBM-DOS, podendo ser lido por qualquer unidade de leitura que aceite discos óticos em conformidade com o padrão ISO-9660. O disco está estruturado em sub-diretórios:
Por exemplo, a banda 7 da mesma cena do Rio de Janeiro, quadrante A, adquirida pelo satélite em 31 de janeiro de 1994, deverá ser acessada com o nome:\217_076a\940131\banda7.dat
As imagens em CDROM são gravadas no formato superestrutura.
No CD-ROM eventualmente, poderá existir um sub-diretório adicional, \DEMO, com algumas imagens de demonstração, em formato TIFF ou JPEG.
Consulte também:
Sistemas Orbitais.
Imagem O programa de leitura de imagens do SPRING (IMPIMA), permite a leitura de imagem HRV/SPOT, onde esta deve estar no formato banda intercalada por linha (BIL), usualmente gerado pelo INPE, em Cachoeira Paulista, e disponível para o usuário.
No formato BIL, cada linha é gravada seqüencialmente para todas as bandas, conforme ilustra o esquema a seguir:
O usuário pode escolher os produtos digitais
das fitas HRV-SPOT com níveis de correção
geométrica. Os níveis possíveis são
1A, 1B, 2A e 2B, descritos a seguir.
Nível 1A: a imagem contém dados originais com calibração radiométrica relativa e absoluta, através da normalização dos detectores, sem correção geométrica e calibração entre bandas.
Nível 1B: a correção radiométrica é a mesma de 1A, acrescida da reamostragem para compensação dos efeitos internos e externos do sistema e a correção geométrica, para os efeitos de perspectiva, rotação da Terra e variação da velocidade do satélite.
Nível 2A: a correção radiométrica é a mesma do nível 1B e apresenta um pré-processamento geométrico sobre um mapa com o uso de dados de atitude do satélite.
Nível 2B: a imagem possui correção geométrica sobre um mapa, com o uso de dados de atitude do satélite e pontos de controle do terreno.
A definição do formato de uma cena, em uma imagem SPOT, depende se esta possui informação multiespectral (bandas 1, 2 e 3) ou pan-cromática (pan), ou ainda depende do nível de correção da imagem.
O usuário tem acesso a estas informações em uma listagem fornecida juntamente com a fita.
O tamanho das imagens SPOT é definido de acordo
com o nível de correção, conforme mostra
a tabela a seguir:
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Uma cena da imagem SPOT pode também ser divida em quadrantes, conforme ilustra a figura abaixo. Cada quadrante representa uma área de aproximadamente 40 x 40 Km.
O usuário tem a possibilidade de requisitar uma cena que esteja localizada entre quadrantes. Para isto, deve identificar a área desejada na imagem e definir um quadrado de 40 x 40 Km envolvendo-a.
Sistemas Orbitais.
Imagem
A imagem AVHRR/NOAA que o INPE fornece, encontra-se
no padrão banda intercalada por "pixel" (BIP).
No formato BIP, cada "pixel" é gravado seqüencialmente
para todas as bandas, conforme ilustra o esquema a seguir.
| B1.1 B2.1 B3.1 B4.1 B5.1 B1.2 B2.2 | ||
| B1.n B2.n B3.n B4.n B5.n B1.n+1... |
onde: n é o número do "pixel" que vai ser gravado na linha seguinte.
As fitas podem ser gravadas em 10 bits (full) ou 8 bits (compress). Uma fita gravada em 10 bits pode conter até as cinco bandas registradas e possue a seguinte configuração, como mostra a figura ao lado:
onde: (1) "Header": apresenta as características do satélite, data de gravação, formato, etc.
(2) Matriz de Referência Geodésica (MRG): apresenta os dados de navegação da imagem.
(3) Dados TIP: dados de documento da imagem como linha, coluna, resolução, etc.
(4) Dados AHVRR: a imagem propriamente dita.
Uma fita gravada em 8 bits pode conter até três bandas registradas e possue a seguinte configuração:
As imagens AVHRR gravadas em Cachoeira Paulista-INPE não apresentam nenhuma correção de geometria ou radiometria.
O tamanho das imagens AVHRR é definido pelo ângulo de varredura do sensor, isto é, 2048 amostras ("pixels") por canal, para cada varredura na Terra. Para as fitas gravadas em Cachoeira Paulista, o número de colunas é dado pelo alcance da antena receptora, por exemplo: o início de gravação fica aproximadamente na região do Rio Grande do Sul, e o término, na região da Amazônia Central.
Consulte também:
Sistemas Orbitais.
Imagem GRIB (Gridded binary) é um formato de valores de ponto de grade expresso no modo binário. Destina-se a aumentar o desempenho da transmissão e economizar memória no armazenamento, visto que é uma forma compactada de dados.
O formato GRIB apresentam-se agrupado em blocos:
NOTA: As imagens resultantes do módulo de leitura IMPIMA e internamente no módulo SPRING, são armazenadas no formato GRIB.
No SPRING, quando o usuário desejar carregar
uma imagem no seu Projeto de trabalho, isto deverá
ser feito através do sub-menu Importar Arquivos GRIB
na barra de menu Arquivo, com imagens no formato GRIB. A imagem será
automaticamente convertida para a projeção do projeto
corrente, e seus limites definidos de acordo com os do projeto
(veja como fazer o georeferenciamento de imagens ao importar imagens GRIB).
Imagem Para entrada de imagens de sensores remotos no SPRING as técnicas disponíveis são:
Como se vê na figura acima temos dois procedimentos diferentes para introduzir uma imagem no módulo "Spring". Veja o significado de cada processo:
OBS: Internamente o módulo "Spring" armazena as imagens no formato GRIB, onde cada banda (PI) será representado por um arquivo GRIB. Diferente de um arquivo GRIB gerado pelo "Impima", que pode conter várias bandas de uma mesma cena.
Imagem