ArcGIS: Álgebra de Mapas para Redução de Ruídos no Modelo Digital de Elevação do Estado do Piauí, Região Nordeste

Introdução

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:

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

Siga os passos abaixo:

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.

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Informações

InstrutorGIS é o site de consultoria do Geógrafo Jorge Santos.

Jorge Santos é Instrutor de Geotecnologias, Produtor de Conteúdo Geo, Técnico em Geoprocessamento, Analista em Geoprocessamento e Designer Gráfico com mais de dez anos de experiência.

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