ArcGIS: Álgebra de Mapas para Redução de Ruídos no Modelo Digital de Elevação do Estado do Piauí, Região Nordeste | InstrutorGIS
Arte Digital. Homenagem a Kandinsky, do autor Angel Estevez. Movimento: Abstracionismo.
A presença de ruídos em áreas de borda ou mesmo no interior dos arquivos raster sempre se mostrou um desafio para o Processamento Digital de Imagens (PDI). Neste artigo, vamos demonstrar passo a passo todos os procedimentos para substituição de pixel valor zero no ArcMap através de uma expressão condicional da Calculadora Raster.
Para fins de efeito prático, o processo de correção será aplicado no Modelo Digital de Elevação (MDE) SRTM com resolução espacial de 30 metros.
Download do MDE SRTM de 30 metros para o Piauí
A técnica para aquisição de imagens de altimetria foi explorada em dois tutoriais do site InstrutorGIS. Visite os links abaixo para obter maiores informações:
Procedimentos para cadastro e acesso no Site Earthdata
O Mosaico do Piauí a partir do SRTM de 30 metros
Foram utilizadas 34 quadrículas do SRTM de 30 metros para cobrir o estado do Piauí em sua totalidade.
O Sistema de Projeção Cônica para o Estado do Piauí
Na Projeção UTM, o limite do Piauí é recortado por dois fusos: 23 S e 24 S. Essa característica impossibilita a utilização desta projeção no Sistema Plano ou Projetado.
Por este motivo, para manter o estado no Sistema de Coordenadas Planas, o mosaico do Piauí foi reprojetado do Sistema de Coordenadas Geodésicas WGS 1984 para o Sistema de Coordenadas Projetadas com a Projeção Cônica Equivalente de Albers no lugar da Projeção UTM. Este é um tipo de projeção utilizada em grandes extensões de área e sem a limitação de fusos.
Análise da Altimetria do Estado do Piauí
As características do relevo no Piauí segundo o SRTM de 30 metros apontam regiões elevadas nas extremidades dos seus limites com escoamento à jusante no norte do estado.
A Máscara para Recorte do Mosaico
Para a etapa de recorte do mosaico nos limites do estado, nós utilizamos o a Malha dos Estados do Brasil que faz parte do projeto denominado Base Cartográfica Orientada à Escala do Milionésimo (BCIM, Escala 1:1.000.000), de responsabilidade do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE).
O vetor utilizado como máscara também foi referenciado na Projeção Cônica de Albers.
Análise do Problema: Ruídos na Imagem
Em certos locais do mosaico do Piauí, podemos notar a presença de fendas nos arredores do norte do estado.
Esta não conformidade do mosaico ocorre devido a ocorrência de pixel com valor zero no interior da imagem. Este tipo de padrão costuma ocorrer após a alteração das propriedades da imagem que permite associar o valor zero à Área Sem Dados (NoData) da imagem.
Qualquer recorte irregular vai possuir uma área sem dados. Abaixo temos a configuração para remoção dessa parte escura:
É importante deixar claro que a prática de ocultar a Área NoData não cria o ruído na imagem. O problema é recorrente quando existem valores zero no raster. Ao ocultar o valor da borda, o ArcMap irá varrer a imagem inteira procurando por este valor para ocultá-lo.
Remoção do Pixel Valor Zero no ArcMap
Será necessário seguir estes passos:
Definir as Configurações de Ambiente do ArcMap e associar a Máscara em Shapefile;
Definir o mecanismo de processo para Processamento em Primeiro Plano;
Usar o Raster Calculator para aplicar substituição do Pixel valor zero pelo valor mais próximo.
Configurações de Ambiente do ArcMap
Clique no item Processing Extent. Será fundamental estabelecer os limites para o processo executado pela Calculadora Raster. Para lograr êxito, você deve definir o Limite do processo com o limite Estado do Piauí em Shapefile.
Mais abaixo, em Raster Analysis, modique a opção da máscara para o limite do estado do Piauí em Shapefile:
Por último, em Raster Storage, selecione a opção NONE para o método de compressão e finalize clicando em OK.
As Configurações de Ambiente somente funcionam com a sessão aberta. Após encerrar o ArcMap, esses apontamentos serão perdidos e será necessário configurar tudo novamente. Ao finalizar os ajustes necessários, vamos aplicar a matemática no raster para substituir o pixel zero.
Mecanismo para Processamento em Primeiro Plano
Por padrão, o ArcMap processa os seus dados por meio do Processamento em Segundo Plano (Background Processing) que atrapalha mais que ajuda, pois não é possível acompanhar o percentual de progresso do algoritmo em execução. Os desenvolvedores criaram esta opção para que você pudesse continuar trabalhando enquanto os dados estão sendo processados. Talvez a ideia seja interessante para a análise vetorial, porém, para o PDI, não ajuda muito.
Para remover o Processamento em Segundo plano, siga esses passos:
Você deve DESABILITAR o Background Processing desmarcando a opção ENABLE. Finalize clicando em OK.
Na etapa seguinte, vamos corrigir o problema por meio da matemática com o raster de altimetria.
Álgebra de Mapas com a Calculadora Raster do ArcGIS
Esta correção segue uma proposição lógica dentro da conhecida expressão condicional. Textualmente, fica assim:
A intenção dessa proposição lógica é remover o valor zero e todos os valores abaixo de zero (números negativos) do raster de altitude para substituí-los pelo número inteiro positivo mais próximo do zero, que é o valor um. Desta forma, teremos a elevação no Piauí com valor mínimo de altitude igual a um.
Exsta é a fórmula escrita na linguagem que o programa compreende:
Con("raster" < 1,1,"raster")
Nesta fórmula, você deve substituir a variável "raster" pela imagem que será corrigida. Execute o Raster Calculator e aplique a fórmula para remoção de pixel valor zero:
Com a calculadora aberta, digite a fórmula para substituição de pixel valor zero por meio de uma expressão condicional. Repare que a variável "raster" deve substituída pelo nome do seu arquivo. Na saída, clique sobre a pasta amarela e digite o nome do arquivo com a extensão TIF.
Quando o processo for concluído, a janela de progresso irá exibir o tempo total gasto com o processamento. Aqui, foram quatro minutos para processar 1.2 GB de dados referente ao mosaico do Piauí:
Abaixo temos o resultado final do processo: um mosaico do estado sem bordas escuras, sem ruídos no interior da imagem e com o valor mínimo 1 para a altimetria. Isso significa que a substituição de pixel foi bem sucedida na Calculadora Raster.