Estereoscopia e restituição de imagens de satélite

Estereoscopia por imagens de satélite e seu processamento

Um par estereoscópico de imagens de satélites consiste em duas cenas adquiridas para uma mesma localização geográfica, de duas perspectivas distintas durante uma mesma passagem do satélite. Uma das duas imagens é adquirida com una visada próxima da vertical, (entre 90 e 72 graus), e pode ser igualmente usada depois para gerar uma orto-imagem. O objetivo é extrair a altimetria de feições geográficas naturais tais como o relevo e a vegetação, e de objetos construídos tais como construções. Imagens em estereoscopia são uma ferramenta importante de coleta de dados onde não existe altimetria confiável.

Aplicações

A estereoscopia pode ser utilizada para aplicações comerciais tal como a cartografia, telecomunicações, exploração mineral, transportes, meio ambiente, planejamento urbano e engenharia florestal que usam os Modelos Digitais de Elevação (MDE/DEM) gerados desta forma.

É muito mais fácil para os responsáveis de aeroportos e tráfego aéreo usar imagens em estereoscopia para navegação e simulação.
As indústrias de telecomunicações podem desenvolver modelos 3D mais precisos para estudos de visibilidade e alcance para identificar as áreas potencialmente apropriadas para a instalação de torres de telefonia celular.
Os geólogos podem visualizar e medir melhor as feições geológicas de uma região de interesse, os urbanistas podem extrair com custo menor e com maior frequência as informações temáticas de interesse para atualizar o seu GIS (Sistema de Informações Geográficas), seus mapas e suas informações.
Na engenharia civil, é possível avaliar com precisão volumes de corte aterro para otimização de custos de obras.
Na silvicultura, os engenheiros podem usar a estereoscopia de imagens de satélites para avaliação de volumes de madeira disponíveis, ou calcular perdas geradas em eventos tais como incêndios, catástrofes naturais ou corte ilegal.

Estereoscopia World DEM

Especificação

A estereoscopia de imagens de satélites é fornecida com as Informações sobre o Modelo Geométrico (IGM), que consistem na equação e nos parâmetros técnicos que retratam as condições de aquisição das imagens usadas e do sensor. Incorporando os dados do IGM e o par estereoscópico nos softwares comerciais de processamento de imagens geralmente disponíveis no mercado, os usuários poderão agora criar o seu próprio Modelo Digital de Elevação (MDE/DEM) e ortorretificar com alta precisão uma das imagens do par estereoscópico. São vários os softwares homologados pelos provedores de imagens de satélites e que suportam geralmente os formato das imagens em estereoscopia fornecidas comercialmente, tais como: LH SocetSet, Erdas Stereo Analist e Orthobase, PCI OrthoEngine e Z/I Image Station e SSK.

A extração das feições de ambiente natural e urbano é significativamente aprimorada usando pares estereoscópicos e visualização em 3-D. Com as ferramentas apropriadas que estão disponíveis atualmente, os usuários de informações geoespaciais podem agora obter medições de altimetria de qualquer ponto na superfície da Terra. Isto permite a extração mais eficiente e discriminada das feições temáticas de interesse, a modelização de paisagens rurais e urbanas, e abre a porta para a detecção de mudanças tanto nas características de posicionamento como altimetria.

Exemplo de par estéreo IKONOS

A área de estudo esta localizada no município de Araucária, no Estado do Paraná.

estereoscopia Araucária PR

Para a realização deste processamento, foram utilizados os seguintes recursos:

Par estereoscópico de imagens IKONOS II PSM de 23 de novembro de 2004 da região do município de Araucária, neste Estado do Paraná, com resolução espacial de 01 m,
“Softwares” – Envi 4.2, Photoshop, SpacEyes 3D,
Pontos de controle em solo são facultativo mas aconselhados para obtenção de maior precisão absoluta.

Imagens utilizadas

Imagens completas referentes ao par estereoscópico utilizado

Detalhe das imagens do par estereoscópico formado por duas cenas IKONOS

Resultados obtidos pela extração do DEM a partir do software ENVI

Definidos os parâmetros de processamento, bem como definidos os pontos homólogos nas imagens, é realizada a extração do DEM. Segue abaixo o resultado obtido a partir desta extração. Se trata de um arquivo raster onde cada ponto tem como valor a altimetria do local. As cores foram neste caso atribuídas em função da altimetria, para uma melhor percepção visual. Em azul, valores menores, em vermelho, valores maiores.

Modelo Digital de Elevação (MDE/DEM) resultante do processamento do par estéreo IKONOS

Área da imagem IKONOS ortoretificada com curvas de nível de 3 m de equidistância derivadas do DEM

Visão 3D gerada pelo software SPACEYES

Recomendações práticas

Veja alguns aspectos práticos para garantir o sucesso de um projeto de geração de altimetria com images de satélites:

– O levantamento de pontos de controle somente deve se realizado com as imagens de satélites programadas já adquiridas e em mão para não ariscar que pontos de controle levantados em campo estejam em áreas recobertas por nuvens e sejam inaproveitáveis.

– Levantar pontos de NA (Nível de Água, numa data a informar pois o nível de água no rio varia com o tempo) no rio até a cota desejada para fazer hidro-flattenning, no caso da bacia hidro gráfica estudada tenha um curso d´água permanente

– Quantidade de pontos de controle em solo para amarração em absoluto: 1 ponto de controle a cada 5 km2 em média.

– A Estação mais favorável de maio a setembro. Cf http://www.engesat.com.br/programacao-de-imagens-de-satelite/ . Nuvens prejudicam a qualidade final e obrigam a fazer composição com dados de outro satélite para não deixar burracos na altimetria, podendo comprometer a qualidade e gerar ruído no produto.

– A edição das curvas de nível se limita a aplicação de algoritmos automáticos (supressão de curvas curtas, filtragem, suavização, etc) com verificação de que curvas não estão “encavaladas” ou seja, cruzadas e sem “invenção” de curvas…

– As curvas na beira da área de interesse ficarão abertas. Exite a opção de gerar e fornecer áreas de nível igualmente, com limites idênticos às curvas de nível.

– Não há como alterar a área de interesse do projeto depois de processadas as curvas para buscar eventuais áreas de fuga.

– Alterações das especificações gerarão custos adicionais de dados e de processamento.

– É imprescindível informar os produtos entregáveis desejados, formatos e projeção de forma detalhada.

– Os dados são fornecidos em 3D, ou seja cota de elevação das curvas e de cada vértice em projeção geográfica ou cartográfica.

– A geração do MDT ( Modelo de Terreno) é realizada de forma automática a partir do MDS (Modelo de Superfície), cf http://www.engesat.com.br/conversao-de-mds-para-mdt-a-solucao-definitiva/

– A geração da altimetria não significa restituição da cartografia e planos de informação tal como rede viária, rede hídrica, áreas construída ou uso e ocupação de solos.

– Somente será interpretado o contorno do espelho de água do rio para efeitos de hidro-flatenning caso necessário.

– O relatório do projeto inclui relatório de processamento e de precisão alcançada para os produtos gerados

– A definição de escala, equidistância e outros parâmetros deve ser especificada no início do projeto, com total respeito as normas de PEC A.

– Os produtos são entregues em formato digital por FTP exclusivamente, e havendo que gravar em CD ROM ou HD para o cliente final, as especificações e as quantidades deverão ser informado explicitamente no início do projeto.

– Da mesma forma, produtos impressos devem ser especificados, escala, layout, quantidade,… no início do projeto.

Conclusão

Atualmente, todos os sensores de alta e altíssima resolução de observação da Terra comercialmente disponíveis tem capacidade de imageamento em estereoscopia: Geoeye, Pleiades, World View, Kompsat, Triplesat, Eros, etc… Geralmente os pares estereoscópicos são obtidos por programação específica da área de interesse.

Com as imagens de altíssima resolução chegando agora a 25 cm, ainda considerando a natureza dos serviços a serem executados no projeto, e dependendo do relevo da região, do imageamento de cenas sem nuvens sobre a área de interesse e da ortoretificação com os pontos coletados no levantamento de campo; as imagens fornecidas alcançarão uma precisão absoluta plani-altimétrica de 0,25 m compatível a escala 1:2.000, e curvas de nível de até 2m de equidistância.

Consulte aqui a Ficha Técnica sobre Altimetria

Para maiores esclarecimentos sobre o uso de imagens de satélites, e a aplicação das mesmas para projetos que fazem uso de altimetria extraída de pares estereoscópicos, consulte nossas equipe pelo e mail engesat@engesat.com.br ou pelos telefones (41) 3224-1617 e 99134-0990.

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laurent

Esta publicação foi escrita por Laurent Martin, formado em Agronomia e com Mestrado em Sensoriamento Remoto Aplicado no Reino Unido, é responsável pela direção da EngeSat.