UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE CIÊNCIAS ATMOSFERICA
MINICURSO UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE ERDAS IMAGINE 2013 E SUAS APLICAÇÕES ERDAS IMAGINE 2013 USE OF THE SOFTWARE SOFTWARE AND ITS APPLICA APP LICATIONS TIONS GIULIANO CARLOS DO NASCIMENTO NASCIMENTO MACEIÓ-AL 2015
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................4 2. OBJETIVO...................................................................................................................5 3. DIVISÃO DE GERAÇÃO DE IMAGENS – DG........................................................6 4. ESTAÇÃO ESTAÇÃO DE RECEPÇÃO E GRAV GRAVAÇÃO............................................. AÇÃO..............................................................8 .................8 5. CATÁLOGO CATÁLOGO DE IMAGENS...................................................................... IMAGENS........................ ...............................................................9 .................9 5.1 DADOS DA IMAGENS...............................................................................10 á 13 6. ERDAS IMAGINE 2013............................................................................................14 6.1 VERSÕES DO ERDAS IMAGINE......................................................... IMAGINE..................................................................15 .........15 6.2 INTERFACES DIFERENTES ..........................................................................16 6.3 CONVERSÕES DE IMAGENS.........................................................................17 6.4 OPEN RASTER LAYER....................................................................................18 6.5 SELECIONE ARQUIVO ARQUIVO DE IMAGEM...........................................................19 IMAGEM........................ ...................................19 6.6 REAMOSTRAGEM REAMOSTRAGEM DE IMAGENS.........................................................20 IMAGENS.......................................... ...............20 á 21 6.7 IMAGEM METADA....................................... METADA..................................................................................... ...................................................22 .....22 6.8 LAYER LAYER STACK................................. STACK............................................................................... .................................................................23 ...................23 6.9 COMPOSIÇÃO RGB.........................................................................................24
SUMÁRIO 7. RECORTE................. RECORTE............................... ........................... ........................... ............................. ............................. ............................ ....................................25 ......................25 8. GOOGLE EARTH.................. EARTH................................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................. .......................26 ........26 9. REPROJEÇÃO DA IMAGEM .............................. .............................................. ............................. ........................... .......................27 .........27 á 28 10. RECORTE IRREGULAR................................ IRREGULAR............................................. ........................... ............................ ............................ ................29 ..29 à 36 11. MOSAIC ......................... ....................................... ........................... ........................... ............................ ........................... ........................... ....................37 ......37 à 39 12. RASTER CONTOUR .............................. .............................................. .............................. ........................... ........................... ............................ ...............40 .40 13. MULTIPOINT MULTIPOINT GEOMETRIC CORRECTION................................ CORRECTION............................................. ........................... ...................41 .....41 14. MODEL MAKER .............................. ............................................. ............................. ............................ ............................ ........................... .....................42 ........42 15. DESCRIÇÃO D ESCRIÇÃO DOS CANAIS DO TM-LANDSAT TM-LANDSAT 5............................. 5............................. .........................43 .........................43 ETAP ETAPA A 1 - CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA ...................................... .................................................... ......................45 ........45 à 49 ETAP ETAPA A 2 - FILTRO FILTRO DE CALIBRAÇÃO RADIOMETICA.................................. RADIOMETICA..........................................50 ........50 à 54 ETAP ETAPA A 3 - REFLECTÂNCIA ...................................... ................................................... ........................... ............................ .......................55 .........55 à 58 ETAP ETAPA A 4 - ALBEDO PLANETÁRIO (αtoa)............................... toa)............................................. ........................... .....................59 ........59 à 60 ETAP ETAPA A 5 - ALBEDO À SUPERFÍCIE (α) ................................. ............................................... ............................. .....................61 ......61 à 63 ETAP ETAPA A 6 - NDVI .............................. ............................................ ........................... ........................... ............................ ........................... .......................64 ..........64 à 66 ETAP ETAPA A 7 - SAVI SAVI .......................................... ......................................................... ............................. ........................... ........................... .........................67 ...........67 à 69 ETAP ETAPA A 8 - IAF ................................ ............................................. ........................... ............................ ........................... ........................... .................................70 ...................70 ETAP ETAPA A 9 - EMISSIVIDADES ................................ .............................................. ........................... ........................... ............................ ......................73 ........73 ETAP ETAPA A 10 - TEMPERATURA TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE................................. SUPERFÍCIE............................................... ............................ ..................76 ....76
1. INTRODUÇÃO ERDAS IMAGINE é uma aplica icação de sen enssoriamento remoto com capacida idades de ediç ed ição ão de gráf gráfic icos os rast raster er pe pers rson onal aliz izad ados os po porr ERDA ERDAS S pa para ra ap apli lica caçõ ções es ge geoe oesp spac acia iais is.. A versão mais recente é de 2015. ERDAS IMAGINE é direcionado principalmente para processamento de dados geoespaciais de varredura e permite ao usuário para se preparar, preparar, apresentar e melhorar as imagens digitais para uso em mapeamento sist sistem emaa de info inform rmaçã açãoo ge geog ográ ráfi fica ca (GIS (GIS). ).
2. OBJETIVO Objetivo deste minicurso é direcionar aos estudantes de graduação ou àqueles que estão iniciando no sensoriamento remoto, qualquer que seja a área de sua formação.
Figura 1 – Ilustração do software Erdas Imagine 2013. Fonte: Autor, 2015.
3. DIVISÃO DE GERAÇÃO DE IMAGENS - DGI A Divisão de Geração de Imagens (DGI) foi criada em 1972 com a missão de receber, processar e distribuir imagens de satélites no Brasil.
Figura 2 – Ilustração do site Divisão de Geração de Imagens – DGI. Fonte: http://www.dgi.inpe.br/siteDgi/index_pt.php
Em 2005, a DGI, através do CDSR, assumiu a liderança mundial na distribuição de imagens de satélite. O Gráfico 1 mostra a distribuição de imagens do CDSR.
Gráfico 1 – Distribuição de Satélites
4. ESTAÇÃO DE RECEPÇÃO E GRAVAÇÃO A DGI possui duas Estações de Recepção e Gravação de dados de satélites, sendo uma na cidade de Cuiabá – MT e outra na cidade de Cachoeira Paulista – SP.
A Figura 3 - As áreas de cobertura das antenas da ERG de Cuiabá e da ERG de
5. CATÁLOGO DE IMAGENS Catálogo de imagens da Divisão de Geração de Imagens – DGI, onde será apresentado o procedimento de obtenção das imagens através dos parâmetros Básicos, Mosaico da Passagem, interface Gráfica, País, Município e Estado.
Figura 4 – Catálogo de imagens processadas.
5.1 DADOS DA IMAGENS
Figura 5 – Catálogo de imagens processadas.
5.1 DADOS DA IMAGENS Após a tomada de decisão obtidas através das imagens do satélite, podemos observar exatamente as regiões de estudo com a melhor exatidão.
Figura 6 – Catálogo de imagens processadas.
5.1 DADOS DA IMAGENS Selecionado a imagem do satélite podemos observar claramente as informações, onde será processada através do algoritmo SEBAL.
Figura 7 – Catálogo de imagens processadas.
5.1 DADOS DA IMAGENS Após selecionadas as imagens, como foi mostrada anteriormente vá na opção Carrinho depois e .
Figura 8 – Catálogo de imagens processadas.
6. ERDAS IMAGINE 2013 ERDAS IMAGINE é uma aplicação de sensoriamento remoto com raster editor gráfico habilidades personalizados por ERDAS para geoespaciais aplicações.
Figura 9 – www.processamentodigital.com.br.
6.1 VERSÕES DO ERDAS IMAGINE
Figura 10 – Ilustração das versões utilizadas do software Erdas
6.2 INTERFACES DIFERENTES
Figura 11 – Interfaces do Erdas 9.2 e Erdas Imagine 2013. Fonte:
6.3 CONVERSÕES DE IMAGENS Essa função tem como objetivo converter diferentes formatos de imagens em *.img, que seria um formato ideal para se trabalhar com o software.
Figura 12 – Conversões de imagens Erdas. Fonte: Autor, 2015.
6.4 OPEN RASTER LAYER Após ao abrir ERDAS IMAGINE selecione a guia Arquivo. Clique na pasta Open Raster Layer.
Figura 13 – Open Raster Layer . Fonte: Autor, 2015.
6.5 SELECIONE ARQUIVO DE IMAGEM Em seguida, navegue até a pasta em seu disco rígido que contém a imagem. Selecione o arquivo de imagem e clique em OK na janela.
Figura 14 – Selecione Arquivo de Imagem. Fonte: Autor, 2015.
6.6 REAMOSTRAGEM DE IMAGENS As imagens obtidas do satellite Landsat 5 – TM (Thematic Mapper) possuem resolução espacial de 30m x 30m com exceção da banda 6 (banda do termal) que possui uma resolução espacial de 120m x 120m.
Figura 15 – Reamostragem de Imagens. Fonte: Autor, 2015.
6.6 REAMOSTRAGEM DE IMAGENS Para realizar um empilhamento destas camadas é preciso antes realizar uma reamostragem do canal termal, deixando a banda 6 com a mesma resolução das demais.
Figura 16 – Reamostragem de Imagens. Fonte: Autor, 2015.
6.7 IMAGEM METADA Destaca várias informações necessárias da imagem, como as características gerais, projeção, histograma e dados do pixel. As informações são mostradas de acordo com a camada, ou seja, mesmo com uma imagem empilhada você conseguirá extrair informações de cada camada da mesma forma.
Figura 17 – Imagens Metada. Fonte: Autor, 2015.
6.8 LAYER STACK Essa função tem como característica de seleciona as imagens que serão sobrepostas uma as outras dando melhor ênfase e composição das bandas obtidas (RGB).
Figura 18 – Layer Stack. Fonte: Autor, 2015.
6.9 COMPOSIÇÃO RGB A imagem, então, abrir e carregar automaticamente as bandas True Color para o vermelho, verde e Armas azuis. Sob a Multispectral guia-se no menu de acordo com as Bandas seção o usuário pode carregar diferentes combinações de bandas.
Figura 20 – Layer Stack. Fonte: Autor, 2015.
7. RECORTE Determina a região ou área de interesse na forma de um retângulo .
Figura 21 – Recorte. Fonte: Autor, 2015.
8. GOOGLE EARTH Uma maneira muito fácil de ligar a imagem do ERDAS imagine com Google Earth e verificar o seu imagens de satélite com a imagem correspondente do Google Earth.
Figura 22 – Google Earth. Fonte: Autor, 2015.
9. REPROJEÇÃO DA IMAGEM
Figura 23 – Reprojeçao da Imagem. Fonte: Autor, 2015.
9. REPROJEÇÃO DA IMAGEM
Figura 24 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR O recorte irregular é uma ferramenta muito utilizada, pois, pode determinar uma área mais específica do seu estudo.
Figura 25 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 26 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 27 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 28 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 29 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 30 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 31 – Recorte Irregular. Fonte: Autor, 2015.
10. RECORTE IRREGULAR
Figura 32 – Image Drape. Fonte: Autor, 2015.
11. MOSAIC
Figura 33 -Quatro cenas Landsat e mapas do IBGE, utilizados para obter os Pontos
11. MOSAIC
Figura 34 – Mosaic. Fonte: Autor, 2015.
11. MOSAIC
Figura 35 – Mosaic. Fonte: Autor, 2015.
12. RASTER CONTOUR Crie uma nova camada que mostra linhas de contorno (linhas de igual altitude) calculada a partir de um arquivo de elevação entrada.
Figura 36 – Raster Contour. Fonte: Autor, 2015.
13. MULTIPOINT GEOMETRIC CORRECTION
Figura 37 – Multipoint Geometric Correction. Fonte: Autor, 2015.
14. MODEL MAKER O IMAGINE Modelo Maker é um editor para criar modelos usando uma paleta de ferramentas. Estas ferramentas são usadas para colocar gráficos que representam dados de entrada, funções, critérios e dados de saída em uma página para criar um modelo gráfico desenhando seu fluxograma.
Figura 38 – Model Maker. Fonte: Autor, 2015.
15. DESCRIÇÃO DOS CANAIS DO TM-LANDSAT 5
ETAPA 1 - CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA Consiste no cômputo da radiação espectral em cada banda (Lλi ), em que o número digital (ND) de cada pixel da imagem é convertido em radiância espectral monocromática. A equação utilizada é a proposta por Markham e Baker (1987) (Eq. 1):
L λi
ai
b i a i
ND
255
Onde: a e b → radiâncias espectrais mínimas e máximas (Wm-2sr -1μm-1 ) ND → intensidade do pixel (número digital – número inteiro de 0 a 255) i → corresponde as bandas (1, 2, ... e 7) do satélite Landsat 5 - TM
.
ETAPA 01- CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA
Figura 39 – Calibração Radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 01- CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA
Figura 40 – Equação da Calibração radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 02: CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA
Figura 41 - Calibração Radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 2 - FILTRO
Figura 38 – Filtro Calibração Radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 2 - FILTRO
Figura 42 – Filtro Calibração Radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 2 - FILTRO DE CALIBRAÇÃO RADIOMETICA
Figura 43 – Algoritmo do Model Maker filtro valores da esquerda. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 2 - FILTRO DE CALIBRAÇÃO RADIOMETICA
Figura 41 – Algoritmo do Model Maker filtro valores da direita. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 2 - FILTRO DE CALIBRAÇÃO RADIOMETICA
Figura 44 – Calibração Radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
FILTRO DE CALIBRAÇÃO RADIOMETICA
Figura 45 – Filtro Calibração Radiométrica. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 3 - REFLECTÂNCIA Esta pode ser definida como sendo a razão entre o fluxo de radiação refletida e o fluxo de radiação incidente que é obtida segundo a equação (Allen et al., 2002)
ρ λi
π . L λi k λi . cos Z . d r
onde Lλi é a radiância espectral de cada banda, λi k é a irradiância solar espectral de cada banda no topo da atmosfera 2 1 (Wm μm, Tabela 1), Z é o ângulo zenital solar e r d é o quadrado da razão entre a distância média Terra-Sol (ro) e a distância Terra-Sol (r) em dado dia do ano (DSA).
ETAPA 3 - REFLECTÂNCIA
Figura 46 – Reflectância. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 3 - REFLECTÂNCIA
Figura 47 – Reflectância. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 3 - REFLECTÂNCIA
Figura 48 – Reflectância. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 4 - ALBEDO PLANETÁRIO (αtoa) O albedo não corrigido é efetuado através da combinação linear das reflectâncias monocromáticas:
αtoa
0,293 ρ1 0,274 ρ2 0,233 ρ3 0,157 ρ4 0,033 ρ5 0,011ρ7
onde 1 2 3 4 ρ5 ρ ,ρ ,ρ ,ρ , e ρ7 são os albedos planetários das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7.
Figura 49 – Albedo Planetário. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 4 - ALBEDO PLANETÁRIO (αtoa)
Figura 50 – Albedo Planetário. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 5: ALBEDO À SUPERFÍCIE (α) O albedo a superfície é o albedo corrigido pelos valores do efeito atmosférico. α α
toa α p τ
2 sw
onde αp é a radiação solar refletida pela atmosfera, variando entre 0,025 e 0,04. Bastiaanssen (2000) afirma que o valor mais recomendado para o SEBAL seja o de 0,03, e sw τ é a transmissividade atmosférica, obtida para condições de céu claro em função da altitude de cada pixel, por equação proposta por Allen et al. (2002). τ
sw
0,75 2.10
5
z
z é a altitude de cada pixel (m), ou por simplificação a altitude da cidade de estudo
ETAPA 5 - ALBEDO À SUPERFÍCIE (α)
Figura 51 – Albedo Superfície. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 5 - ALBEDO À SUPERFÍCIE (α)
Figura 52 – Albedo Superfície. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 6 - NDVI Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (Normalized Difference Vegetation Index - NDVI) é obtido através da razão entre a diferença das refletividades do infravermelho próximo ( IV ρ ) e do vermelho (ρV ), e a soma das mesmas:
NDVI
ρ IV ρ V ρ IV ρ V
onde ρIV e ρV correspondem, respectivamente, às bandas 4 e 3 do Landsat 5 – TM. O NDVI atua como um indicador sensível da quantidade e da condição da vegetação verde. Seus valores variam de – 1 a +1. Para superfícies com alguma vegetação o NDVI varia de 0 e 1; já para a água e nuvens o NDVI geralmente é menor que zero.
ETAPA 6 - NDVI
Figura 53 – Índice de Vegetação da Diferença Normalizada
ETAPA 6 - NDVI
Figura 54 – Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI). Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 7 - SAVI Heute (1988) propôs um índice de vegetação ajustado por solo (Soil adjusted Vegetation Index – SAVI) introduzindo um fator no NDVI para incorporar o efeito da presença do solo, mantendo-se o valor do NDVI dentro de -1 a +1. Esse índice é calculado pela equação
SAVI
(1 L)(ρ IV ρ V ) (L ρ IV ρ V )
onde piv e pv corresponde respectivamente as bandas do infravermelho próximo e do vermelho e L é constante, cujo valor mais frequentemente usado é 0,5 (Accioly et al., 2002; Boegh et al., 2002; Silva et al., 2005).
ETAPA 7 - SAVI
Figura 52 – Índice de Vegetação da Diferença Normalizada
ETAPA 7 -SAVI
Figura 55 – Equação do Índice de Vegetação da Diferença
ETAPA 8 - IAF O índice de área foliar é definido pela razão entre a área foliar de toda a vegetação por unidade de área utilizada por essa vegetação. Este índice é um indicador de biomassa de cada pixel da imagem sendo calculada pela equação empírica proposta por Allen et al. (2002).
0,69 SAVI ln 0,59 IAF 0,91
razão entre a área foliar de toda a vegetação por unidade de área utilizada por essa vegetação. O IAF é um indicador da biomassa de cada pixel da imagem.
ETAPA 8 - IAF
Figura 56 – Índice de área foliar (NDVI). Fonte: Autor, 2015.
ETAP ETAPA A 8 - IAF
Figura 57 – Índice de área foliar (IAF). Fonte: Autor, Autor, 2015.
ETAP ETAPA A 9 - EMISSIVIDADES Para a obtenção da temperatura da superfície, é utilizada a equação de Planck invertida, válida para um corpo negro. Como cada pixel não emite radiação elet eletro rom mag agnnétic éticaa co como mo um co corrpo ne neggro, ro, há a neces ecesssidad idadee de intr introoduzir zir a emis emissi sivvidad idadee de cad adaa pixel ixel no domínio ínio espectr ectraal da banda term ermal NB ε , qual seja: 10,4 – 12,5 μm. Por sua vez, quando do cômputo da radiação ção de onda lon longa emitid tida por cad adaa pixel, há de ser considerada a emissividade no domínio da banda larga 0 ε (5 – 100 μm). Segundo Allen et al. (2002), as emissividad adees NB ε (Eq. 9) e 0 ε (Eq. 10) podem ser obtidas, para NDVI > 0 e IAF < 3, segundo: ε NB NB ε
0,97 0,00331
0
IAF
0,95 0,01 IAF
Para pixels els com IAF ≥ 3 , εNB = ε0 = 0,98 . Para corpos de água (NDVI < 0), no caso do lago de Sobradinho e do leite do Rio São Francisco, Silva & Cândido (2004) util utiliz izar aram am os va valo lore ress de ε NB = 0,99 e ε 0 = 0,98 ,985, conforme Allen e al. (2002).
ETAPA 9: EMISSIVIDADES
Figura 58 – Emissividades. Fonte: Autor, 2015.
ETAP ETAPA A 9 - EMISSIVIDADES
Figura 59 – Emissividades. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 10 - TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE Para a obtenção da temperatura da superfície (Ts ) são utilizados a radiância espectral da banda termal Lλ,6 e a emissividade NB ε obtida na etapa anterior. Dessa forma, obtém-se a temperatura da superfície (K).
Ts
K 2
ε NBK 1 ln 1 L λ,6
onde K1 2 1 1 607,76Wm sr1 μm = e K 2 =1260,56K são constantes de calibração da banda termal do Landsat 5 –T (Allen et al., 2002; Silva et al., 2005).
ETAPA 10 - TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE
Figura 58 – Temperatura da Superfície. Fonte: Autor, 2015.
ETAPA 10 - TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE
Figura 60 – Temperatura da Superfície. Fonte: Autor, 2015.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arianasiland. Disponível em: < http://arianaisland.blogspot.co,>. Acesso em: 10 Maio. 2015. Mesa 7a. Disponível em: < http://www.mesa7a.com>. Acesso em: 15 Maio. 2015. Processamento Digital. Disponível em: < http://www.processamentodigital.com.be >. Acesso em: 21 Maio. 2015. TANAKA, TOSHIYUKI, MARCOS ANTÔNIO TIMBÓ ELMIRO, and MARCELO DE ÁVILA CHAVES. "Avaliação da plataforma de Geoprocessamento, ERDAS IMAGINE, na produção de mosaico de multiplas imagens 2. Wikipédia, a enciclopédia livre.Erdas imagine. Disponível em: < http://en.wikipedia.org/wiki/Erdas_Imagine >. Acesso em: 21 Maio. 2015.
