Treinamento CBERS4

Prévia do material em texto

CENSIPAM-CRBELEM 
 
 
 
 TREINAMENTO 
CBERS 4A 
 
 
 
 
 
 
 
Divisão de Sensoriamento Remoto 
CENSIPAM - Centro Regional Belém 
 
 
 
 
 
Giovanni Augusto Valente da Silva 
 
e 
 
Paulo Timóteo Aguiar de Souza 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 2 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
 
 
O programa CBERS (Satélite Sino-Brasileiro de 
Recursos Terrestres) é resultado de uma longa 
parceria entre dois países: Brasil e China, no qual 
há uma colaboração técnica e científica de ambos 
para criação de satélites com potencialidades de 
observar os recursos terrestres através das técnicas 
de sensoriamento remoto. 
A fase inicial dessa cooperação se deu no final 
da década de 1980, com as questões do 
planejamento de criação e operação compartilhada 
do satélite, como forma de garantir a 
disponibilidade de dados da superfície terrestre de 
seus respectivos territórios, isso a partir da 
observação por meios e recursos (satélites) 
próprios aos países. Dessa forma, em outubro de 
1999, em uma base na China, o primeiro satélite da 
constelação foi lançado, o chamado CBERS-1. Ao 
todo, já apresentam 6 satélites, dos quais os três 
primeiros (CBERS-1, CBERS-2, CBERS 2B) já se 
encontram desativados, em razão de falhas como a 
perda de comunicação com a base na terra, o 
CBERS-3 apresentou falhas em seu lançamento e 
não foi posicionado na órbita terrestre, enquanto 
que os outros dois (CBERS-4, CBERS 04A) ainda 
continuam em operação. 
No decorrer desse período, a cada lançamento 
de um novo satélite, aprimoramentos em geral 
foram sendo desenvolvidos, isso em relação a 
aquisição dos dados, como melhoria em suas 
resoluções, sobretudo a espacial, ao 
armazenamento, ao processamento e a distribuição 
de imagens, facilitando a aquisição pelo usuário, 
proporcionando mais qualidade aos estudos em 
diversas áreas, com destaque às ciências 
ambientais. 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 3 
 
 
CBERS 04A 
 
O CBERS 04A é o sexto satélite da família CBERS, foi lançado e colocado em 
órbita com sucesso no início da madrugada do dia 20 de dezembro de 2019, pelo 
foguete Longa Marcha 4B, a partir do Centro de Lançamento de Satélites de Taiyuan 
(TSLC), na China, com as primeiras imagens sendo disponibilizadas em julho de 
2020. Possui configuração semelhante ao CBERS 3 e CBERS 4, com algumas 
modificações para adequar o novo sensor. Com inclinação de 97,89°, está a uma 
altitude de cerca de 628,6 km. Todos os seus 03 sistemas sensores abrangem os 
comprimentos de onda no intervalo entre 0,45 µm a 0,90 µm, os quais contém 
características multiespectrais ópticas, divididos em 04 bandas atuantes no espectro 
visível, são elas: azul, verde, vermelho e Infravermelho próximo, além da banda extra 
pancromática para o sensor WPM. 
Os sensores WFI (Câmera Imageadora de Campo Largo) e MUX (Câmera 
Multiespectral) estão com parâmetros técnicos de configuração do CBERS 3 e 
CBERS 4, o primeiro com resolução espacial de 55m e o segundo com 16,5m, ambos 
melhores que os satélites anteriores por estarem a uma altitude mais baixa. O WFI 
apresenta a largura de faixa de imageamento de 684 km, com a quantização de 10 
bits e com a revisita ocorrendo a cada 5 dias. Já o MUX apresenta largura da faixa 
imageada de 95 km, com resolução radiométrica de 8 bits, com a revisita a cada 31 
dias. Ambos sob a responsabilidade técnica do Brasil. 
O novo sensor, o WPM (Câmera Multiespectral e Pancromática de Ampla 
Varredura), é a grande novidade do satélite CBERS 04A. Sob a responsabilidade 
técnica da China, é a melhor câmera do CBERS em toda a história programa: 
apresenta largura de faixa de imageamento de 92km, possui 5 bandas, sendo 4 
multiespectrais da luz visível, Azul (B1), Verde (B2), Vermelha (B3) e Infravermelho 
Próxima (B4), além de uma pancromática (B0), todas operando entre os 
comprimentos de onda 0,45 µm a 0,90 µm. As multiespectrais possuem resolução 
espacial de 8x8 metros, enquanto a pancromática possui 2x2 metros, com a 
quantização de 10 bits e a revisita a cada 31 dias. 
As imagens receberam diversos comentários positivos dos seus usuários em 
relação aos aprimoramentos que apresentam, como melhores condições de 
geometria e radiometria, problemas presentes nos satélites anteriores. A resolução 
espacial do sensor WPM (2m) também foi alvo de elogios por apresentar um nível de 
informação bem elevado para um satélite não comercial, ampliando as 
potencialidades de uso. Algo que pode limitar o uso de imagens deste sensor, é 
tamanho de armazenamento que ocupa no computador, pois, como são imagens de 
alta resolução, após o processo de composição de bandas e a mesclagem com a 
pancromática utilizando uma cena completa, uma imagem com 16 bits chega a 
atingir cerca de 38 gigabytes, o que torna a manipulação dessas imagens inviáveis a 
muitos usuários. 
Este treinamento apresentará um método para redução desse tamanho de 
armazenamento através de algumas etapas, como: ativação do Orfeo ToolBox (OTB), 
a composição de bandas, conversão da imagem de 16 bits para 8 bits, reamostragem 
do pixel para 2 metros, mesclagem da imagem em composição de cor verdadeira com 
a banda pancromática e, enfim, a partir de uma conversão, compressão e redução do 
tamanho de armazenamento. Para realizar esses processamentos na imagem, será 
utilizado o software QGIS, A Coruña, na sua versão 3.10.8, win 64 bits, e o conjunto 
de complementos Orfeo Toolbox (OTB), versão 7.0.0., win 64 bits. A imagem 
utilizada será do satélite CBERS 04A, sensor WPM, órbita 211 cena 115, com data de 
20/08/2020. Foi adquirida na Divisão de Geração de Imagens (DGI) do Instituto 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 4 
 
Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), com um nível de processamento L4 que 
disponibiliza uma imagem ortorretificada, já com correção geométrica e 
radiométrica, alcançada através do método por ponto de controle e pelo modelo 
digital de elevação do terreno. A área para a aplicação de tal método será um recorte 
de parte do município de Belém-PA. 
 
ATIVAÇÃO DO ORFEO – OTB 
 
É necessário realizar o download do instalador orfeo-toolbox, mesmo o 
aplicativo sendo pré-instalado no qgis na versão Qgis (A Coruña) e superiores, faltam 
em seus repositórios a biblioteca de ferramentas do Orfeo ToolBox (OTB), sendo 
preciso realizar a descompactação de arquivos e apontamento das pastas 
depositárias dos algoritmos. Para baixá-lo, deve-se ir ao site oficial do Orfeo ToolBox: 
https://www.orfeo-toolbox.org/download/, e escolher o tipo de arquivo para 
download, isso de acordo com o tipo de sistema operacional do computador, que 
nesse caso é Win 64 bits (imagem 01). 
OBS: O site induzirá o usuário a baixar a versão 7.1, mas a versão mais adequada 
para o uso com o Qgis 3.10 e versões superiores é a 7.0. 
 
 
Imagem 01 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.orfeo-toolbox.org/download/
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 5 
 
 
Após a conclusão do download, ir ao diretório onde o arquivo foi salvo 
(imagem 02). 
Seleciona-o para, em seguida, copiar e colar no disco rígido (C:) do computador. 
O arquivo está em formato .rar, o qual deve ser descompactado. Após isso, renomear 
o arquivo de OTB-7.0.0-Win64 para OTB700 (imagem 03), para evitar qualquer 
tipo de problema com alguns caracteres. 
 
 
Imagem 02 
 
 
Imagem 03 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 6 
 
Abrir o software QGIS, e ir à barra de menu configurações > opções (imagem 
04). Na janela aberta, ir na aba processamento > clicar e expandir provedores > e 
clicar e expandir OTB (imagem 05). 
 
 
Imagem 04 
 
 
Imagem 05 
 
Deve-se ativar e apontar as ferramentas pré-instaladas à pasta extraída no disco 
rígido (C:). Para isso, primeiramente marcar a caixinha ao lado de ativar, e, em 
seguida, clicar duas vezes ao lado de pasta OTB, onde aparecerão as reticências 
(imagem 06). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 7 
 
Ao clicar , se abrirá umajanela: Ir em Este Computador > Disco (C:) > 
clicar em OTB700, e clicar em selecionar pasta (imagem 07). 
 
 
Imagem 06 
 
 
Imagem 07 
 
 
 
Agora clicar duas vezes ao lado de 'pasta da aplicação OTB', onde também 
aparecerão as reticências (imagem 08). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 8 
 
Ao clicar , se abrirá uma janela, onde se deve clicar em adicionar (imagem 
09): Ir em Este Computador > Disco (C:) > OTB700 > lib > otb > clicar em 
Applications > selecionar pasta (imagem 10), e, em seguida, clicar em OK 
(imagem 11). 
 
 
Imagem 08 
 
 
Imagem 09 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 9 
 
 
Imagem 10 
 
 
Imagem 11 
 
Agora com todas as conexões feitas, clicar em OK para salvar (imagem 12). Ao 
voltar para a tela inicial do QGIS, ir à barra de menu processar > caixa de ferramentas 
(imagem 13), onde irá aparecer a janela da caixa de ferramentas de processamento, 
onde é possível ver que o complemento OTB está instalado (imagem 14). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 10 
 
 
Imagem 12 
 
 
Imagem 13 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 11 
 
 
Imagem 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 12 
 
COMPOSIÇÃO DE BANDAS 
 
Com o software QGIS (imagem 01) aberto adicione as bandas que serão 
utilizadas (imagem 02). 
 
 
Imagem 01 
 
 
Imagem 02 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 13 
 
 
Realize a composição de bandas: barra de menu raster > miscelânea > mesclar 
(imagem 03). Ao abrir a janela para a composição, clicar nas reticências da camada 
de entrada para escolher as bandas que serão mescladas (imagem 04). 
Com a janela aberta, organize as bandas de forma ordenada para gerar uma 
composição RGB, para o CBERS 04A, será: BAND3 (vermelho), BAND2 (verde) e 
BAND1 (azul), esta ordem resultará uma composição RGB de cor verdadeira. Após 
fazer isso, clicar em ok (imagem 05). 
 
 
Imagem 03 
 
Imagem 04 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 14 
 
 
Imagem 05 
 
Ao voltar a janela anterior, marcar a opção ‘Coloque cada arquivo de entrada 
em uma banda separada’, para empilhar as bandas selecionadas. O tipo de saída será 
‘Int16’ para gerar uma imagem em 16 bits. E em ‘atribuir um valor “sem dados” à 
saída’ colocar 0 (imagem 06). Em mesclado, ir às reticências e escolher o diretório 
onde o arquivo de saída será salvo. Após isso, clicar em Executar (imagem 07). Ao 
concluir o processo, clicar em Close (imagem 08). 
 
 
Imagem 06
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 15 
 
 
Imagem 07 
 
 
Imagem 08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 16 
 
Se pode ver que a imagem em cor verdadeira foi gerada (imagem 09). Clicar 
com o botão direito na imagem gerada > propriedades, para olhar os metadados da 
imagem (imagem 10). Ao ir na aba informação, se pode ver que o tipo de dado 
gerado foi ‘Int16 - Inteiro de 16 bits sem sinal’ (imagem 11). E que o tamanho do 
pixel da imagem é de 8 x 8 metros (imagem 12). 
 
 
Imagem 09 
 
 
 
Imagem 10 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 17 
 
 
Imagem 11 
 
 
Imagem 12 
 
É preciso converter o tipo de dado dessa imagem, de 16 bits para 8. Para isso, 
ir em: barra de menu raster > converter > converter (converter o formato) (imagem 
13). Ao abrir a janela para converter, a camada de entrada será a composição em cor 
verdadeira de 16 bits. Em parâmetros adicionais escrever ‘-scale’, já que haverá a 
redução da quantização em relação a imagem original. E em tipo de dado de saída, 
escolher ‘Byte’ (imagem 14). Em convertido, ir às reticências e escolher o diretório 
onde o arquivo de saída será salvo. Após isso, clicar em Executar (imagem 15). Ao 
concluir o processo, clicar em Close (imagem 16). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 18 
 
 
Imagem 13 
 
 
Imagem 14
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 19 
 
 
Imagem 15 
 
 
Imagem 16 
 
Se pode ver a imagem gerada em 8 bits (imagem 17). Para confirmar essa 
informação, clicar com o botão direito na imagem gerada > propriedades, para olhar 
os metadados da imagem (imagem 18). Ao ir na aba informação, se pode ver que o 
tipo de dado foi convertido para ‘Byte - Inteiro de 8 bits sem sinal’ (imagem 19). E 
que o tamanho do pixel da imagem ainda está em 8 x 8 metros (imagem 20). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 20 
 
Imagem 17 
 
 
Imagem 18 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 21 
 
 
Imagem 19 
 
 
Imagem 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 22 
 
A partir de agora será utilizado o conjunto de complementos Orfeo Toolbox 
(OTB). Ir na barra de menu processar > caixa de ferramentas (imagem 21). Irá 
aparecer a janela da Caixa de Ferramentas de Processamento, onde é possível ver o 
complemento, sendo preciso clicar na seta ao lado de OTB para expandi-lo (imagem 
22). Ao expandir o OTB e, em seguida, expandir geometry, aparecerá o algoritmo 
superimpose, o qual deve ser clicado duas vezes para abrir (imagem 23). 
 
 
Imagem 21 
 
 
Imagem 22 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 23 
 
 
Imagem 23 
 
Com a janela superimpose aberta, a camada de entrada de referência (reference 
input) será a banda pancromática do satélite, a BAND0, e a imagem a ser reprojetada 
(the image to reproject) será a composição colorida 321 convertida em 8 bits. Com 
isso, esse algoritmo irá reamostrar o tamanho dos pixels da imagem colorida com 
base na banda pancromática, com o objetivo de reduzir o tamanho de 8m para 2m 
(imagem 24). Em output image, ir às reticências e escolher o diretório onde o arquivo 
da imagem de saída será salvo. Após isso, clicar em Executar (imagem 25). Ao 
concluir o processo, clicar em Close (imagem 26) 
 
 
Imagem 24
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 24 
 
 
Imagem 25 
 
 
Imagem 26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 25 
 
Com a imagem XS sobreposta e reamostrada gerada (imagem 27), Clicar com 
o botão direito na imagem gerada > propriedades, confira os metadados da imagem 
(imagem 28), e perceba, que as informação de tamanho do pixel mudou 2,-2 metros 
(imagem 29). 
 
Imagem 27 
 
Imagem 28 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 26 
 
 
Imagem 29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 27 
 
Agora é o momento de realizar a mesclagem entre a imagem da composição de 
cor verdadeira, convertida em 8 bits e reprojetada para 2m, com a banda 
pancromática BAND0 do CBERS 04A, isso, por meio do algoritmo pansharpening, o 
qual deve ser clicado duas vezes para abrir (imagem 30). 
 
 
Imagem 30 
 
Com a janela do pansharpening aberta, selecionar a imagem de entrada 
pancromática (input PAN image), que será a BAND0, e selecionar imagem de 
entrada XS, que é a imagem da composição de cor verdadeira, convertida em 8 bits 
e reamostrada para 2m. O algoritmo será o ‘rcs’. E em output image, ir às reticências 
e escolher o diretório onde o arquivo da imagem de saída mesclada será salvo 
(imagem 31). Ao concluir o processo, clicar em Close (imagem 32). 
 
Imagem 31 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 28 
 
 
 
Imagem 32 
 
Se pode ver a imagem pancromática de cor verdadeira gerada (imagem 33). 
Clicar com o botão direito na imagem gerada > propriedades, para olhar os 
metadados da imagem (imagem 34). Ao ir na aba informação, se pode ver que o 
tamanho do pixel está 2,-2 metros (imagem 35). 
 
Imagem 33
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 29 
 
 
Imagem 34 
 
 
Imagem 35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 30 
 
 
Vá ao diretório onde os arquivos estão sendo salvos, e verifique o espaço 
ocupado em disco pela imagem pancromática de cor verdadeira (imagem 36). 
 
 
Imagem 36 
 
Na imagem disponibilizada para o treinamento, foi feito um recorteexclusivamente para este fim, então o tamanho do arquivo foi consideravelmente 
reduzido, mas uma cena em um trabalho normal do dia a dia, tem em média 38 Gb. 
Então, vamos à proposta de redução e compactação de tamanho do produto, 
apresentada pela equipe deste setor. 
Para isso, deve se ir à barra de menu raster > converter > converter (converter 
o formato) (imagem 37). 
Ao abrir a janela para converter, a camada de entrada será a imagem 
pancromática de cor verdadeira (imagem 38). Em perfil, alterar o parâmetro que 
está em ‘padrão’ para ‘compressão JPEG’. Ao fazer essa mudança, uma tabela 
mostrando as especificações do parâmetro aparecerá (imagem 39). É preciso 
adicionar mais duas especificações para a compressão. 
Para isso, basta clicar no símbolo ‘mais’ que a linha 3 aparecerá, e então 
preencher a coluna nome com ‘PHOTOMETRIC’, e valor com ‘YCBCR’. 
Clicar novamente em ‘mais’ e aparecerá a linha 4, e preencher a coluna nome 
com ‘TILED’, e valor com ‘YES’ (imagem 40). 
Em tipo de dado de saída selecionar ‘Byte’ para que a imagem final esteja em 8 
bits. E em convertido, ir às reticências e escolher o diretório onde o arquivo de saída 
será salvo. Após isso, clicar em Executar (imagem 41). Ao concluir o processo, clicar 
em Close (imagem 42). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 31 
 
Imagem 37 
 
 
Imagem 38
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 32 
 
 
Imagem 39 
 
 
Imagem 40
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 33 
 
 
Imagem 41 
 
 
Imagem 42 
 
Veja a imagem pancromática de cor verdadeira comprimida gerada (imagem 
43). Clicar com o botão direito na imagem gerada > propriedades, para olhar os 
metadados da imagem (imagem 44). Ao ir na aba informação, se pode ver que o 
tipo de dado está em ‘Byte - Inteiro de 8 bits sem sinal’ (imagem 45). E que o 
tamanho do pixel está 2,-2 metros (imagem 46). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 34 
 
 
Imagem 43 
 
 
 
Imagem 44 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 35 
 
Imagem 45 
 
 
Imagem 46 
 
Ao ir ao diretório onde os arquivos estão sendo salvos, se pode ver que a imagem 
comprimida está com 5.043 kb (5 mb) e que houve uma redução para menos de 1% 
no tamanho do arquivo em relação ao original (imagem 47). 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 36 
 
 
Imagem 47 
 
 
 
Ao voltar para o QGIS (imagem 48), faça uma comparação entre as duas 
imagens. Escolha e aproxime para uma área, ative a imagem pancromática original, 
clique com o botão direito sobre esta e selecionar ‘aproximar para 100%’, para o 
tamanho real do pixel, neste caso, 2,-2 metros (imagem 49). Na mesma área, ativar 
a imagem pancromática comprimida, clicar com o botão direito sobre esta e 
selecionar ‘aproximar para 100%’ (imagem 50). 
 
 
Imagem 48 
 
TREINAMENTO 
 
 TREINAMENTO CBERS PÁGINA 37 
 
 
Imagem 49 
 
 
Imagem 50 
 
Ao concluir os processamentos, compare os arquivos e veja a diferença de 
tamanho, a compressão da imagem e a redução no tamanho do armazenamento. A 
redução foi tamanha que o arquivo comprimido passou para cerca de 1% do tamanho 
do original, e o mais importante, sem perder a qualidade, pois, na comparação, as 
diferenças entre as imagens são imperceptíveis.