Relatório de Processamento
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Mestrado em Sistema de Informação Geográfica e Ordenamento do Território Aquisição e Edição de Dados Geográficos
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ELABORAÇÃO REALCES DE CONTRASTE, COMPOSIÇÃO DE
IMAGENS E MAPAS FINAIS APARTIR DE UMA IMAGEM DE
SATÉLITE LANDSAT-ILHA DO FOGO
Trabalho realizado no âmbito da Cadeira de Aquisição e Edição de Dados
Geográficos leccionada pelo professor Zé rui Peladyo
Mestrado em Sistema de Informação Geográfica e Ordenamento do Território
Elaborado Por: Patrick Flávio Pina da Silva
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ÍNDICE:
Introdução…………………………………………………………………………………………………………3
Localização da área de estudo…………………………………………………………………………….3
Objectivo Geral…………………………………………………………………………………………………..5
Objectivos Específicos………………………………………………………………………………………...5
Metodologias e opções Tomadas………………………………………………………………………...5
Descrição de passos específicos………………………………………………………………………….7
Interpretação e comparação de resultados…………………………………………………………8
Considerações Finais………………………………………………………………………………………..12
Anexos…………………………………………………………………………………………………………….13
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RELATÓRIO DE REALCE DE CONTRASTE E CONSTRUÇÃO DE ÍNDICES
Introdução:
No âmbito da Cadeira de Aquisição e Edição de Dados Geográficos leccionada pelo
Professor Zé Rui Paladyo, no Curso de Mestrado em Sistemas de Informação
Geográfica e Ordenamento do Território, na Faculdade de letras da Universidade
do Porto, foi-me incumbido de realizar um trabalho em que consiste basicamente
no processamento/composição de imagens do satélite Landsat 5.
ÁREA DE ESTUDO:
Ilha do Fogo – Cabo Verde - escolheu esta área por vários motivos, destacando
dois: é a minha ilha natal, onde conheço bem a realidade natural e social o que
seria certamente mais-valia, uma vez que facilita a interpretação e maior
compreensão e distinção dos usos do solo (para quem trabalha com imagem e
sempre bom ter um conhecimento prévio da área de estudo), mas também mostrar
que a detecção remota para a além de escalas globais e regionais, pode ser
trabalhado a nível Local (depende da resolução espacial).
Um outro motivo é que sendo a ilha muito diversificada em termos de uso do solo,
os resultados seriam mais fácil interpretação e mais encorajados.
LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA DA ÁREA DE ESTUDO:
Cabo Verde encontra – se localizada na costa ocidental africana, pertencendo a
faixa saheliana, é um arquipélago constituído por dez ilhas que vai desde Santo
Antão, São Vicente, Santa Luzia, São Nicolau, Sal e Boavista que pertencem ao
grupo chamado de ilhas chamado de barlavento até Maio, Santiago, Fogo e Brava
que pertencem ao grupo de Sotavento, associam-se a estas ainda um conjunto de
ilhéus que deste sempre as pertenceu.
A ilha do Fogo é uma das ilhas mais montanhosas de Cabo verde e apresenta fortes
potencialidades agrícolas sobretudo na parte norte da ilha que é influenciado pelos
ventos húmidos. Tem um majestoso Vulcão que constitui o ponto mais alto de Cabo
Verde que é circundada por uma enorme bordeira denominado de serra. Essa
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morfologia muitas vezes condiciona o clima da parte sul da ilha pelo efeito de
Fohen.
Fig. 1 – Localização geográfica da ilha do Fogo
Fig.2 – geomorfologia da ilha do Fogo
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OBJECTIVO GERAL:
Elaborar cartas que incluem realce e composição de imagem de Satélite
Landsat 5 (de uma área especifica), e desenvolver um relatório que explica
as metodologias tomadas para cada opção.
OBJECTIVOS ESPECÍFICOS:
Baixar uma imagem de uma área especifica na Internet (ilha do Fogo Cabo
Verde), para poder fazer o posterior realce e composição.
Elaborar uma carta incluindo quatro (4) layout, uma pancromática, outra
de composição de cor real, composição falsa -532 e por último 432 que
realça a vegetação.
Calcular o NDVI e o índice de vegetação na área de estudo, exportando o
resultado para duas cartas-imagem
Desenvolver um relatório que basicamente compara os resultados obtidos
entre as metodologias.
METODOLOGIAS E OPÇÕES TOMADAS:
Em termos metodológicos gerais, o que se refere ao realce de contraste e
composição de imagens em si e operações entre bandas, convém aqui referir que
foi utilizado dois softwares – Spring para a composição e realce de contraste para a
imagem pancromática da banda 8 do satélite Landsat, mas também para a
composição verdadeira (cor real) 321 (RGB), e para as composições falsas 532(
Landsat) e 432 para o realce da vegetação (Composição falsa). Para o cálculo de
índice do NDVI e construção de mapas em si (layout) foi utilizado o ArcGis 10.1.
Mas claro que antes disso, a imagens de satélites teriam que ser baixadas, neste
caso no Site (http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/) e estas já vieram
ortorectificadas.
A preferência do Spring em detrimento do ArcGis para o processamento e realce de
contraste é justificada pelo facto do Spring possuir maior rigorosidade e detalhes
para efectuar esse processo e os resultados são muitos melhor do que do ArcGis,
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mas também por motivos pessoais e profissionais, uma vez que o Spring em um
software livre (embora não ser das melhores em matéria de processamento de
imagens) e o ArcGis é um software muito dispendioso em termos de custo, sendo
cabo verde um país subdesenvolvido convém aproveitar dos softwares livres.
Seria bom ainda referir, que todas as imagens utilizadas ou processadas sofreram
um realce de contraste para melhor poder observar detalhes na informação
incorporada, ou seja usa-se para melhorar o aspecto visual de certas feições
estruturais para o analista humano e para fornecer outros subsídios para a sua
interpretação.
Sem a tal realce de contraste a interpretação das imagens muitas vezes pode ser
errónea, uma vez que esta visa a identificação e discriminação dos alvos de
interesse e depende principalmente da qualidade da representação dos dados
contidos nas imagens.
Na verdade essa não constitui o processamento de imagens, mas sim uma das fases
(realce) do processamento, uma vez que aquela inclui pré-processamento, realce e
classificação.
Fig. 3- Exemplo de realce de Contraste:
De uma forma mais particularizada, na imagem pancromática pelo facto de ter só
uma banda e óbvio que o realce também é feito somente nessa única banda, já nos
outros como são do modelo RGB (composição colorida este realce foi feito em cada
uma das bandas particularmente (Red, Green, Blue).
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DESCRIÇÃO DOS PASSOS ESPECÍFICOS:
Spring: Foi criado uma pasta ou directório no disco do computador onde toda a
informação relativamente ao projecto iria ficar guardada inclusive as imagens de
satélites baixadas e claro depois abrir o programa, indicar o directório. E de
seguida ir a Ficheiro> importar os dados vectoriais e matriciais e partir dali
começar já o processo de selecção das bandas onde se quer realizar as
composições e realces posterior. É de extrema importância saber que o RGB
corresponde as bandas 321 do satélite Landsat, para poder entender os processos
e opções posteriores e que também o Spring possui opções de Monocromática e R
–G –B particularizadas.
Em relação á primeira imagem, a pancromática e de referir que sendo a banda 8 do
satélite Landsat uma banda pancromática era relativamente mais fácil do que os
outros: colocar no modo monocromático já que se trata de uma única banda e
depois ir nas suas propriedades e manipular o seu histograma uma vez que os
níveis de cinzas estavam mal distribuídos era preciso um ajuste para que a imagem
aparecesse mais nítida e mais realçada o que possibilita distinção e discriminação
melhor do que a anterior, que não é nada mais, nada menos do que uma simples
transferência radiométrica de cada “pixel” e uma forma equilibrada.
Para as outras nomeadamente as de composição colorida 321 (RGB), 532
(infravermelho médio, vermelho e verde), e a 432 (infravermelho próximo,
vermelho e verde), foram basicamente um pouco diferentes já que necessitavam
de um realce para as três banda de cada imagem, mas o processo não era muito
diferente.
ArcGis 10.1 -Já o NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada) foi feito
no ArcGis10.1, uma vez que em termos de operações aritméticas é mais viável do
que o Spring. Este índice é muito utilizado para questões ambientais,
principalmente quando se queira fazer análise da cobertura vegetal.
Sua geração se dá pela diferença entre a reflectância do infravermelho próximo
(IVP) e a reflectância do vermelho (V), dividida, respectivamente, pela soma das
duas reflectâncias Essa equação gera um índice que varia de -1 a 1.
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Quanto maior o valor do índice maior a presença de vegetação, sendo assim neste
caso especifico o resultado foi de -0,37585 para o valor mais baixo e 0,631571
para o valor mais elevado.
A técnica especifica foi o seguinte, introduzir as bandas 3 e 4 do Landsat no ArcGis,
que tinham como sistemas de coordenadas WGS84_UTM_zona_26 e no Arctollbox>
navegando até a ferramenta Raster Calculator, e nessa janela de processamento
tem a opção Float (ao lado), que é crucial inseri-la para que os valores variam de -1
a 1. Click Float (banda 4 –banda 3) e depois dividir essa para o Float (banda4 +
banda3), conforme a formula do índice.
Depois disso é necessário visualizar e manipular o histograma para a posterior
melhoramento na visualização e descriminação dos elementos ou atributos, e logo
de seguida activar a opção custom, , mas podia ser com o Minimum-Maximum, que
muito idêntica a manipulação da curva linear, o sistema calcula o valor de nível de
cinza mínimo e máximo que é ocupado pela imagem original.
INTERPRETAÇÃO E COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS:
Pancromática: Esta imagem antes de ter o realce aparecia, com poucos detalhes
porque não realçava nada praticamente, o que aparecia era simplesmente varia do
nível de cinza (NC), com o realce já se consegue descriminar alguma coisa melhor,
uma vez que a primeira imagem (antes de realce) era relativamente escura uma
vez que no histograma os pixéis encontravam –se distribuídos de forma irregular e
concentrado sobretudo para os níveis mais baixo, e com o tal realce os níveis de
cinzas ficaram com melhor distribuição e obviamente a imagem mais clara,
destacando as nuvens e o solo e de certa forma consegue ver os espaços urbanos
num branco menos denso do que as nuvens e as lavas(…), enfim consegue ter uma
noção dos atributos dessa área.
Composição de Cor real: Essa composição define mais ou menos a cor real dos
elementos da imagem, sendo assim a verde representa a vegetação de uma forma
geral, mas no entanto destaca-se a variação de um verde mais forte representando
neste caso a vegetação mais densa á norte da ilha e um mais leve representando as
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áreas onde vegetação já se torna mais dispersa, dando assim uma noção de
raridade e se calhar com insuficiência de água nesta regiões mais a sul da ilha.
O solo nu aparece sobretudo acastanhado na bordeira mostrando e na região sul
da ilha sendo algumas áreas, mais acastanhadas de que outras que talvez seja pela
idade da rocha ou mesmo inexistência de vegetação.
As nuvens aparecem a branco reflectindo mais ou menos ao redor da Bordeira do
Vulcão e o Mar/água aparece a azul o que mostra que de facto essa composição é
verdadeira ou seja de cor real, visto que os elementos da imagem reflectem
aparentemente nas suas cores reais.
Composição Falsa – 532: Os resultados obtidos apontam que, este realça mais a
vegetação do que os outros usos do solo (elementos presentes), reflectindo assim a
vegetação mais densa no infravermelho que neste caso é o vermelho mais denso e
a vegetação menos densa já a vermelho, variando assim de um vermelho claro ao
vermelho escuro.
O solo urbano ou espaços edificados aparecem sobretudo num azul esbranquiçado
ou quase branco, e as nuvens já não aparecem tão realçadas como da composição
anterior (cor real) agora aparecem menos branca (branco borrado).
A água/mar aparece num tom azul/preto, aparecendo num azul mais carregado
mais a sudoeste da ilha praticamente perto da cidade São Filipe, o que deve ser por
efeitos de um porto marítimo que existe ali (derrame de combustíveis).
O solo nu aparece ainda num branco menos carregado do que as nuvens, ou seja
numa posição intermediária entre solo edificado e nuvens. As áreas próximas do
Vulcão, ou seja de lavas relativamente recentes aparecem num mais preto do que
um azul diferenciando assim das rochas mais antigas ao longo do cume da bordeira
No fundo realça melhor a vegetação deixando uma certa confusão entre as outras
entidades.
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Composição colorida falsa 432: Muito utilizado para realçar vegetação, neste
caso esta aparece numa variação dum vermelho muito denso, representando maior
concentração da vegetação, ao um vermelho claro destacando assim vegetação
fraca ou dispersa. O solo nu ali é apresentado por duas tonalidades diferentes uma
mais acinzentada no sul da ilha, onde quer dizer que há alguma vegetação rasteira
dispersa e continua, não suficiente para reflectir no vermelho, ao contrário de um
solo completamente nu que está nas proximidades do vulcão do Fogo, sobretudo
na parte central e nordeste da ilha exibidos num preto esverdeado, salientando
assim as linhas de água mais do que as outras composições geradas anteriormente.
Fig.4 - Comparação de quadro imagens de composições diferentes 1- Pancromática 2-
Composição de Cor real 3- Composição colorida 532 e 4- composição colorida (falsa) 432.
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Em relação ao NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) ou IVDN (Índice de
Vegetação por Diferença Normalizada) elaborado/processado, o que pode
constatar-se é que a vegetação aparece muito mais destacado do que nas outras
composições principalmente a 432 que é também um índice de realce da
vegetação.
Esta ferramenta de contraste faz com que as áreas com uma composição vegetal
mais densa e uniforme se apresente mais clara e as regiões desnudas sem a
presença de vegetação ou seja que provavelmente tem um défice hídrico, e está
difere das outras pelas discriminações apresentados tanto na variação do nível de
cinza como também na composição colorida.
Poderia aplicar-se um novo índice de realce da vegetação da banda 4 – banda 3, do
satélite Landsat, mas como já se tinha feito a composição colorida 432 que também
realça a vegetação, foi-se aproveitar dessa para estabelecer a comparação com o
NDVI.
A figura a seguir mostra as principais diferenças em termos de discriminação de
objectos ou entidades, mas no entanto, é de referir que esta imagem de NDVI
gerada tem uma classe apresentada a preto, ali quer dizer que o índice é muito
baixo. Pode aparecer muito estranho que o superfície marítima aparece com uma
cor preta também igualmente com a zona central, mas de facto deve ser que esta
contém algumas algas ou fitoplâncton que também têm Fotossíntese, o que mostra
o grau de discriminação do NDVI em relação as outras composições.(Ver também
anexo – NDVI - NC)
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CONSIDERAÇÕES FINAIS:
Resumindo e concluído pode-se afirmar que os objectivos traçados inicialmente
foram alcançados na sua íntegra, uma vez que pelo conhecimento prévio tido sobre
a ilha os realces estão de acordo com a realidade, sendo a ilha mais húmida da
parte norte e muito árida na parte sul. Cada composição tem a sua vantagem e
importância quando realça algo que noutras composições apresentam maior
dificuldade na discriminação ou distinção como por exemplo na composição da
banda pancromática o que se distinguia basicamente era lavas vulcânicas recentes
e nuvens (que não tem significado no uso do solo) e as outras entidades
normalmente não são assim discriminadas, enquanto que a partir da cor real a
discriminação aumenta gradativamente para o nível de enfoque diferente. Não se
compara resultados da pancromática e cor real com a composição falsa de realce
Fig.5 – Comparação de dois índices de Vegetação a esquerda composição 432 e a direita o
índice NDVI.
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da vegetação 432, uma vez que o objectivo deste foca sobretudo na nessa entidade
(vegetação). Mais um aspecto a destacar é a grande discriminação dos objectos no
índice NDVI, destacando assim a sua importância e vantagem para o realce da
vegetação.
Anexos
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Características do Satélite Landsat 5 - TM
Imagem Baixada: em 02 de Dezembro de 2012 no site
http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/)
Satellite: LANDSAT 5-TM (Thematic Mapper)
Resolução espacial: 1,2,3,4,5 e 7- 30 metros banda 6- 60 metros e banda 8-
pancromática-15metros
ID: 035 -667
WRS: P/R: 2, Path 210, Row 050
Producer: Earthsat
Attr. : Ortho, Geocover
Type: Geotiff
Time: 01:33 p.m
Location: Cape Verde
Status: Online: 035 – 667
Compressed Size: 198 MB, Actual Size: 556MB
Sensor Bandas Espectrais Resolução Espectral Resolução Espacial
Resolução Temporal
Área Imageada
Resolução Radiométrica
TM (Thematic Mapper)
(B1) AZUL 0.45 - 0.52 µm
30 m
16 dias 185 km 8 bits
(B2) VERDE 0.50 - 0.60 µm
(B3) VERMELHO 0.63 - 069 µm
(B4) INFRAVERMELHO PRÓXIMO 0.76 - 0.90 µm
(B5) INFRAVERMELHO MÉDIO 1.55 - 1.75 µm
(B6) INFRAVERMELHO TERMAL 10.4 - 12.5 µm 120 m
(B7) INFRAVERMELHO MÉDIO 2.08 - 2.35 µm 30 m
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Anexo - 1