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Processamento de Imagens com Software Livre

O QGIS é uma alternativa livre viável para construção de mosaicos com grandes quantidade de imagens. Alguns processos frequentemente utilizados no ArcGIS 10.2, ERDAS 2013, ENVI 5.0 e PCI Geomatics 2013. Se você precisa combinar múltiplas imagens através de uma solução livre, você pode construir com tranquilidade o mosaico no SIG QGIS.

Criação de Mosaicos Virtuais com gdalbuildvrt

Todo o processo intermediário deve ser realizado através de mosaicos virtuais, pois este formato reduz tempo de processamento e não aloca grandes espaços em disco para gerar os produtos intermediários. O programa gdalbuildvrt permite que trabalhar com arquivos VRT em vez de GeoTIFF. A mosaicagem virtual é quase instantânea e você pode exibir no SIG um mosaico de grandes quantidades de imagens em pouquíssimo tempo.

Para sorte de alguns, o QGIS pode ser utilizado como interface gráfica para o GDAL, o que facilita a manipulação de mosaicos virtuais. Antes de iniciar o trabalho, vamos precisar de uma lista para estimar o tempo de processamento em serviços futuros.

Lista de Tarefas Executadas

  • Área de Interesse: São Paulo-SP.
  • Produto: 02 (duas) cenas Landsat-8, IDs LC82210752013242LGN00 e LC82220752013217LGN00
  • Processos Anteriores: Transformação Radiométrica (Rescale), Composição RGB, Realce, Fusão, Equalização e Remoção do Pixel Zero.
  • Programas Utilizados: Gimp 2.8, QGIS 2.0, GDAL 1.10 e Adobe Photoshop CS5.
  • Equipamento Utilizado: Desktop Core i3 com 6 GB de RAM, Sistema Operacional Windows 7 64 Bits.

Tempo de Processamento de Duas Cenas Landsat-8

  • Rescale de 16 Bits para 8 Bits: Automático, com duração de 2 minutos.
  • Composição Colorida RGB 6/5/4: Automático, com duração de 1 minuto.
  • Realce: Automático, com duração de 4 minutos.
  • Fusão de Imagens: Manual, com duração de 15 minutos.
  • Equalização de Imagens: Manual, com duração de 50 minutos.
  • Remoção do Pixel Zero: Manual, com duração de 10 minutos

Compatibilidade do VRT com outros Programas

O mosaico virtual foi aberto nos aplicativos ENVI, ERDAS e ArcGIS. A única diferença é que o ENVI exibiu o VRT com background valor zero. Os outros se comportaram bem.Veja a captura das telas:

VRT no ArcGIS 10.2  | VRT no ENVI 5.0 | VRT no ERDAS 2013

Panorama do Tabalho

Duas cenas Landsat-8 de São Paulo, fusionadas e equalizadas no Photoshop CS5:

qgis_gimp_mosaico07a

[1042 x 603 pixels]

Para ocultar a borda escura em volta das imagens, clique com o botão direito do mouse sobre cada uma delas e acesse suas propriedades. Na opção Transparência, digite o valor 0 no campo Sem Dados Adicionais:

qgis_gimp_mosaico06

A área escura ao redor das imagens sem valor de dados será ocultada:

qgis_gimp_mosaico08a

[1024 x 603 pixels]

Criação do Mosaico Virtual no QGIS 2.0

Importante:  para criar o mosaico, as imagens devem possuir o mesmo tamanho de pixel e não devem existir pixels de valor zero no interior das imagens. Evite também mosaicar imagens com diferentes projeções. Se possível, use o fuso de maior abrangência ou trabalhe com projeção Lat/Long.

O mosaico virtual do satélite Landsat-8 pode ser gerado no QGIS 2.0 através do menu Raster – Miscelânea – Construir Mosaico Virtual.

qgis_gimp_mosaico09

  • No campo Arquivos de Entrada, selecione a pasta onde estão as imagens. A ordem não é importante.
  • No campo Arquivo de saída, indique uma pasta de saída para o arquivo VRT. Não esqueça de inserir essa extensão par ao arquivo. Neste tutorial, eu determinei o nome L8_SP.vrt.
  • Marque a opção “Nenhuma fonte de dados” e digite o valor 0 para ocultar o background das imagens. Clique no botão OK para iniciar o processo:

qgis_gimp_mosaico10

Em menos de cinco segundos, o mosaico virtual será exibido na janela do QGIS:

qgis_gimp_mosaico11a

[1042 x 603 pixels]

Apesar de possuir uma imagem gigante na tela, o arquivo .vrt ocupa meros 4 kb em disco:

qgis_gimp_mosaico12

Linha de Comando para o GDAL

gdalbuildvrt -srcnodata "0 0 0" L8_SP.vrt *.tif

Construção de Pirâmides para o VRT

Movimentar-se pelo mosaico pode ser difícil se a imagem não possuir pirâmides, que são pequenas miniaturas da imagem construídas para acelerar a navegação. Construir pirâmides  uma realidade em qualquer aplicativo para processamento de imagens.

Remova o mosaico VRT e clique no menu Raster – Miscelânea – Construir Pirâmides.

qgis_gimp_mosaico13

O formato externo OVR pode ser aproveitado para o ArcGIS 10.2. Selecione a opção Média e marque todos os níveis possíveis.

qgis_gimp_mosaico14

Clique no botão OK e aguarde o processo. Nunca crie pirâmides internas. Há uma opção para criação de pirâmides para leitura no ERDAS Imagine (um arquivo AUX será gerado). A construção de pirâmides para o mosaico virtual levou cerca de 2 minutos.

O VRT será adicionado novamente no projeto do QGIS. A visualização do raster está bem rápida agora. Experimente aproximar/afastar a imagem através do scroll do mouse. Na imagem sem pirâmides, seria muito difícil movimentar-se pela imagem e até mesmo utilizar a ferramenta de movimentação (PAN):

qgis_gimp_mosaico15a

As pirâmides também podem ser criadas nas propriedades do arquivo raster.

 Linha de Comando para o GDAL

Pirâmide que pode ser lida no ArcGIS 10.2:

gdaladdo -r AVERAGE -ro L8_SP.vrt 2 4 8 16 32 64

Pirâmide que pode ser lida no ERDAS 2013:

gdaladdo --config USE_RRD YES MOSAICO_L8.tif 2 4 8 16 32 64

Criação do Mosaico Final

Outros processos podem ser realizados sobre o arquivo VRT, como reprojeção e recorte de raster via shapefile. Estes foram os processos que testei e me certifiquei que funcionam:

qgis_gimp_mosaico16a

[1042 x 603 pixels]

GDAL: Formatos de Arquivos de Saída

O GDAL possui suporte muitos formatos de saída de arquivo. Arquivos GeoTIFF possuem restrições de tamanho, pois o formato TIFF possui suporte para até 4 GB de dados. Já vi casos de problemas com TIFFs com tamanho igual ou superior a 2 GB, portanto, evite alcançar essa marca. Uma alternativa seria utilizar o formato BIGTIFF, uma variante do tradicional formato TIFF, porém eu não tenho certeza se o destinatário dos dados criados possui recursos para abrir arquivos nesse formato.

Mosaico de Imagens GeoTIFF

Um mosaico de duas cenas Landsat-8 na resolução espacial de 15 metros gera uma imagem de 1.2 GB. Se acrescentarmos uma terceira imagem, teríamos pelo menos 1.8 GB de dados, praticamente alcançando a marca dos 2 GB. Uma solução para grandes mosaicos seria o formato ERDAS Imagine (*.IMG). Para gerar o mosaico de imagens no formato ERDAS, será necessário escolher o driver HFA.

Primeiro, vamos gerar o mosaico GeoTIFF. Clique no menu Raster – Conversão – Converter Formato:

qgis_gimp_mosaico17

No campo de entrada, você deve apontar para o mosaico virtual. No campo de saída, selecione o driver GeoTIFF. Marque a opção Nodata = 0 e insira duas opções de criação para o mosaico final:

  • TFW = YES: cria uma referência espacial externa para o arquivo TIFF.
  • COMPRESS = LZW: insere uma compressão para o arquivo TIFF.

qgis_gimp_mosaico19

Clique no botão OK. A mosaicagem de duas cenas Landsat-8 com 650 MB cada gerou um arquivo final de 1.2 GB em incríveis 2 minutos!

Linha de Comando para o GDAL

gdal_translate -of GTiff -co TFW=YES -co COMPRESS=LZW L8_SP.vrt MOSAICO_L8.tif

Mosaico de Imagens IMG

Se o tamanho do mosaico final causa preocupações, melhor não arriscar: substitua o formato GeoTIFF pelo formato ERDAS Imagine (*IMG). Duas opções de criação podem ser interessantes:

  • STATISTICS = YES: Calcula as estatísticas da imagem (valores mínimo, máximo, média, etc). O ERDAS 2013 leu a imagem, mas desprezou  essas estatísticas do GDAL.
  • AUX = YES: permite a criação das pirâmides externas, que também podem ser criadas pelos processos vistos acima.

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Controle de Qualidade do Mosaico

Esta fase do processo é importante para verificar imperfeições, pixels de valor, zero, ruídos, partes da imagem prejudicadas pela equalização , etc.

Falando em controle de qualidade, veja o que encontrei na área de sobreposição das cenas:

Problema na sobreposição

[1042 x 603 pixels]

Esta é uma tarefa que deve ser conduzida pelo processo de criação de mosaicagem com linha de corte, ainda não disponível para o GDAL. Podemos buscar alternativas para corrigir imagens que apresentem problemas semelhantes a este. Nos próximos tópicos, vamos avaliar algumas técnicas para solucionar problemas na área de sobreposição das imagens.


Dúvidas e sugestões podem ser enviadas para o Suporte Quantum GIS Brasil

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