Dersin İçeriğ

Os dados espectrais e de textura das imagens IKONOS foram obtidos para cada parcela de cada sítio de análise. Os valores adquiridos formam o conjunto das variáveis explanatórias, as quais foram utilizadas para modelar os parâmetros biofísicos obtidos e derivados dos dados de campo.

A aquisição foi feita com a sobreposição dos arquivos vetoriais das parcelas sobre cada imagem processada, de acordo com o parâmetro desejado, e a posterior extração dos valores médios por parcela. Todos os dados foram tabulados para a utilização na etapa de modelagem estatística.

5.8.1 Parâmetros Espectrais e Índices de Vegetação

Sete parâmetros espectrais divididos em dois grupos foram extraídos das cenas IKONOS (4m) com o objetivo de compor as variáveis explanatórias dos modelos biofísicos da vegetação arbórea ribeirinha.

O primeiro grupo corresponde aos valores médios das bandas espectrais das imagens IKONOS. Os valores médios dos índices de vegetação derivados das cenas IKONOS fazem parte do segundo grupo de variáveis. Os sete parâmetros espectrais finais são: (i) banda azul - azul; (ii) banda verde - verde; (iii) banda vermelha - vermelha; (iv) banda infravermelha - IV; (v) índice de vegetação da razão simples - RS; (vi) índice de vegetação da diferença normalizada - NDVI; (vii) índice de vegetação ajustado para o solo - SAVI (Figura 5.14).

(a) (b)

(c) (d)

(g) (h)

Figura 5.14: Imagens espectrais do sítio de análise Agropop. (a) composição colorida rgb=4,3,2; (b) banda azul; (c) banda verde; (d) banda vermelha; (e) banda infravermelha; (f) índice de razão simples; (g) índice da diferença normalizada e (h) índice ajustado para o solo.

5.8.2 Parâmetros de Textura: O Semi-variograma

Os semi-variogramas foram adquiridos de duas formas neste trabalho. A primeira de forma gráfica e a segunda em forma matricial (imagens). Os gráficos foram interpretados para o entendimento do comportamento da textura das imagens nas regiões de vegetação ribeirinha arbórea. As imagens dos semi-variogramas foram utilizadas para a extração dos valores médios dos parâmetros de pepita (nugget), alcance (range), patamar (sill), inclinação (slope), e índice de melhor ajuste (index of goodness fit – IGF) em cada uma das parcelas.

A aquisição dos gráficos foi feita através do programa VARIOWIN v.2.2 (©Pannatier,

1996). Este programa calcula os gráficos de semi-variogramas experimentais para várias

direções a partir de uma amostra e de uma distância de análise que são informadas pelo usuário (Pannatier, 1996). As amostras foram obtidas a partir da banda pancromática da imagem IKONOS. Optou-se por amostras com tamanho de 13x13 pixels, uma vez que as amostras devem possuir uma quantidade suficiente de pixels para o cálculo de sua variância e por este valor se aproximar ao tamanho das parcelas. Devido ao pequeno tamanho da amostra adotou-se o valor de 8 para a distância de análise (lag distance).

As amostras foram preparadas antes do processamento no VARIOWIN. Polígonos de 13x13m foram desenhados tendo como referência cada parcela e posteriormente utilizados para efetuar os recortes amostrais na imagem IKONOS. Ao contrário dos desenhos das parcelas que acompanharam o leito do rio, todos os polígonos foram orientados para o norte. Este procedimento é necessário, pois um dos objetivos das análises dos semi-variogramas é verificar a influência da direção nos dados de textura (anisotropia).

O programa VARIOWIN calcula o semi-variograma experimental a partir de três informações: (i) a coordenada x; (ii) a coordenada y e (iii) um atributo z (neste caso, o valor digital de tom de cinza do pixel). As amostras IKONOS foram convertidas para arquivos do tipo de texto e importadas para o programa.

Para cada amostra, os semi-variogramas experimentais foram gerados nas direções 0º, 45º, 90º, 135º e omnidirecional - média de todas as direções (Figura 5.15). Os gráficos foram posteriormente interpretados.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 5.15: Semi-variogramas direcionais. (a) 0º; (b) 45º; (c) 90º; (d) 135º e (e) omnidirecional.

As imagens dos semi-variogramas foram obtidas a partir do programa Variotex (©Philippe Maillard, 2011). Este programa, desenvolvido em linguagem C, calcula os valores nugget, range, sill, slope e IGF de um semi-variograma omnidirecional para cada pixel de uma imagem de entrada (Anexo 2). Os valores que devem ser informados pelo o usuário

são: o tamanho da janela de análise e a distância de análise. Os mesmos valores utilizados para gerar os gráficos experimentais dos semi-variogramas foram utilizados no Variotex. O resultado final é uma imagem contendo cinco bandas que correspondem aos parâmetros do semi-variograma. As feições do semi-variograma foram geradas de acordo com a equação reduzida da reta (Equação 5.16):

y=mx+q (5.16)

Onde: m = ao coeficiente angular ((y’-y)/(x’-x));

q = à ordenada do ponto n quando a reta cruza o eixo y.

O sill é o resultado da variância estimada entre os pixels analisados. Para o cálculo do coeficiente angular foi utilizado o quarto e o segundo elementos do gráfico. Estes dois valores foram escolhidos, pois após alguns testes, percebeu-se que há “estabilidade” nos dados a partir deste ponto no gráfico. O nugget provém do intercepto no eixo y, quando x=0 (q). O range é o resultado do valor da abscissa quando y atinge a variância estimada. Por fim, o IGF é obtido através do ajustamento dos pontos da reta pelo método dos mínimos quadrados (Figura 5.16).

As parcelas foram sobrepostas às imagens geradas pelo Variotex para a obtenção dos valores médios de cada feição de semi-variograma. Estes dados foram utilizados como variável independente na etapa de confecção dos modelos.

5.8.3 Parâmetros de Textura: A Matriz de Co-ocorrência dos Níveis de Cinza

Cinco feições derivadas da Matriz de Co-ocorrência dos Níveis de Cinza (Grey Level Co-occurrence Matrix ou GLCM) foram utilizados na etapa de modelagem dos dados: contraste (CON), segundo momento angular (angular second moment - ASM), entropia (ENT), momento da diferença inversa (inverse difference moment - IDM) e correlação (COR). A banda pancromática foi escolhida para calcular as cinco características de textura. A escolha da banda pancromática deve-se a sua resolução espacial (1m) o que possibilita uma maior distinção das propriedades de textura entre os elementos contidos nas imagens IKONOS.

Uma janela de 13 x 13 pixels foi escolhida para o calculo das feições. Este valor foi usado com base nos resultados de trabalhos anteriores, o tamanho das parcelas e pensando na possível aplicação dos modelos estatísticos nas cenas IKONOS de 4m (o que corresponderia à aproximadamente 3x3 pixels). Este valor de janela também corresponde ao valor utilizado nos semi-variogramas. Optou-se por utilizar a distância de análise (d) igual a cinco pixels tendo como referência os valores obtidos na análise dos semi-variogramas. Considerou-se a média entre todas as feições calculadas, uma vez que foi observado que as texturas da vegetação ribeirinha arbórea são isotrópicas.

Um programa especial, em linguagem computacional C, foi criado para calcular as feições de textura da imagem: MACOOC (matriz de co-ocorrência dos níveis de cinza - ©

Philippe Maillard, 2010). Este programa possibilita o cálculo das feições de textura, mesmo

em regiões de borda da imagem, compensando os valores dos mesmos na matriz de co- ocorrência (Anexo 3).

O MACOOC necessita de dois arquivos de entrada, ambos do tipo matricial: uma imagem (no caso, a banda pancromática da imagem IKONOS) e uma máscara que é um arquivo matricial binário (imagem formada por valores igual a 0 ou 1). O MACOOC calcula os valores de textura para as regiões de valor igual a 1 na máscara, possibilitando a obtenção dos valores de texturas para áreas irregulares (polígonos irregulares). Os melhores resultados das classificações das imagens IKONOS foram utilizados como máscara de entrada no programa MACOOC.

A maioria dos programas de cálculo de textura elimina os valores obtidos nas bordas por não conseguir calcular as feições utilizando valores nulos. O MACOOC, por sua vez, compensa esta falta de valores na janela de análise ajustando o número de co-ocorrências, a fim de calcular probabilidades comparáveis, utilizando assim todos os valores contidos na imagem. Os valores de probabilidades são então registrados em um arquivo matricial e redimensionados para números inteiros em uma escala de valores entre 0 a 10000.

O resultado final do processamento é composto por uma imagem que contém 5 feições, produto das cinco feições de textura e das quatro direções calculadas. Quatro imagens de textura foram criadas considerando os parâmetros de tamanho de janela e distância de análise entre os pixels. Uma para cada sítio de análise com bases nos parâmetros de cálculo: w=13; d=5. Os valores finais foram tabulados em conjunto com os dados biofísicos da vegetação ribeirinha e com os dados espectrais obtidos na etapa anterior.