Detecção e compensação de sombras em imagens de áreas urbanas densas com alta resolução espacial

Novas possibilidades para o mapeamento urbano vêm sendo criadas com o aumento no detalhamento das imagens. Contudo, as imagens acabam sofrendo com informações indesejadas ocasionadas por objetos elevados, como é o caso da grande quantidade de áreas de sombras, que influenciam na resposta espectral dos alvos e dificultam muitas aplicações. Dessa forma, este trabalho tem como principal objetivo estabelecer uma metodologia capaz de detectar e compensar os efeitos das sombras. O algoritmo proposto e implementado no Matlab utiliza propriedades de operadores morfológicos combinados para detectar as sombras, a partir do baixo padrão de respostas que elas apresentam nas imagens. O top-hat por fechamento de área consegue realçar as sombras que são detectadas na sequência pela binarização automática. Na compensação, o matching de histograma local é aplicado, combinando as estatísticas de cada região de sombras com sua vizinhança. O método foi testado em imagens WorldView-2 da área urbana de São Paulo. A análise dos resultados mostrou que a metodologia conseguiu identificar a maioria das áreas de sombras, comprovado pelos índices de completeza e correção calculados, e homogeneizar as diferenças radiométricas ocasionadas pelas sombras. Melhorias devem ser incorporadas no sentido de diminuir confusões e aumentar a discriminação dos alvos sob sombras

Inpainting Technique application to Rebuild Partially Detected Dark Slope Streaks/ Aplicação de técnica de inpanting para reconstrução de dark slope streks parcialemtne detectados

This paper approaches the implementation of an algorithm that automatically detects features of interest on the Martian surface known as Dark Slope Streaks (DSS), and the application of an inpainting technique to improve the results obtained by the detection. The greatest difficulty for the development of this algorithm is the false positives caused by shadows, depressions or fading of DSS, after a period. To overcome these problems, techniques such as image segmentation and custom filtering routines were used. Sometimes, the extraction algorithm obtains partially detected features, culminating in a loss of quality. However, in order to remove occlusions and restore lost features, the resulting image goes through an inpainting process proposed by Galerne et al (2017). To understand if the inpainting technique improves the quality of the extraction process, we created a reference image and compared with both the image obtained from the extraction algorithm and the resulting image of the inpainting algorithm. This process was repeated for four interest areas. Comparing the mean of pre-reconstruction SSIM and the mean of post-reconstruction SSIM, the inpainting algorithm shows an improvement of 6.13% in quality. Therefore, both algorithms may contribute greatly to the increasing quality of extraction of DSS in the area of cartography

Propuesta de plataforma Co-Design de procesamiento de imágenes de teledetección

El procesamiento digital de imágenes (PDI) consiste en un área de gran interés científico en diferentes áreas. En Cartografía, el PDI es muy utilizado en estudios de teledetección para extracción de los objetos cartográficos de interés presentes en las imágenes orbitales. Entre los objetos cartográficos de interés, la detección de redes viales se ha vuelto de gran interés científico proporcionando la obtención de informaciones actualizadas y precisas para la realización de planificaciones urbanas, por ejemplo. En este sentido, la literatura científica posee diversos trabajos proponiendo diferentes metodologías de extracción de redes viales en imágenes orbitales. Es posible encontrar metodologías propuestas basadas en lógica fuzzy, detector de bordes y crecimiento por región, por ejemplo. Sin embargo, los estudios existentes se centran en la aplicación de la metodología de extracción para determinadas áreas o situaciones y utilizan recortes de la imagen orbitales en sus estudios debido a la gran cantidad de informaciones contenidas en esas imágenes. Además, el avance tecnológico proporcionó que las imágenes de teledetección se adquieran con altas resoluciones espacial, espectral y temporal. Este hecho produce una gran cantidad de datos a ser procesados durante estudios desarrollados en esas imágenes, lo que acarrea en un alto costo computacional y, consecuentemente, un alto tiempo de procesamiento. En el intento de reducir el tiempo de respuesta de las metodologías de extracción, los investigadores se dedican a reducir la complejidad de los algoritmos y el uso de otros recursos de hardware disponibles, sugiriendo soluciones que incluyen el procesamiento a nivel de software y hardware. Siendo así, el presente trabajo propone una metodología de extracción de mallas viales que pueda ser aplicada en diferentes tipos de vías e imágenes orbitales de alta resolución espacial y de grandes dimensiones, sin la necesidad de generar recortes sobre esas. Para eso, la metodología de extracción se basa en el algoritmo de crecimiento por región, para el cual se propuso una nueva implementación para posibilitar su ejecución en una plataforma GPU con el fin de obtener mejores desempeños. Los resultados de la extracción fueron evaluados estadísticamente, por métricas definidas en la literatura, presentando resultados satisfactorios, siendo verificada una mayor dificultad en escenas más complejas que contenían vías urbanas. En términos de desempeño, la utilización del algoritmo de crecimiento por región propuesto posibilitó que la metodología de extracción fuera ejecutada con tiempos inferiores al 20% en la gran mayoría de las imágenes probadas. Además, se aplicó la metodología propuesta en plataforma GPU para componer el sistema codiseño propuesto. El comportamiento y desempeño de la metodología de extracción fue evaluado en dos GPU distintas, obteniendo ventajas en la ejecución de grandes imágenes. Sin embargo, cuando se utiliza la plataforma GPU para procesar imágenes más pequeñas se obtuvieron dos escenarios distintos de acuerdo con la GPU evaluada. Para la GPU más potente, se obtuvo ventaja, en términos de tiempo de procesamiento, para la gran mayoría de las imágenes, pero al utilizar la GPU menos potente, el costo del transporte de la imagen entre la memoria del ordenador y la GPU imposibilitó la obtención de los resultados más rápidamente. De esta forma, esta investigación contribuye a la literatura científica al proponer una metodología de extracción de redes viales para diferentes tipos de vías, la cual puede ser aplicada a imágenes de teledetección enteras, sin la necesidad de efectuar recortes. Además, un sistema codiseño fue generado y evaluado en relación con las ventajas y desventajas obtenidas en la aplicación de la metodología de extracción propuesta en dos plataformas GPU distintas

Desenvolvimento do sistema computacional CARTOMORPH para processamento de imagens de sensoriamento remoto

Nowadays, the increasing importance of the Geographic Information Systems and the necessity of acquisition and update of spatial data motivate researches about cartographic features extraction. In the urban planning field, the spatial data are used to planning and decision-making. Therefore, it is essential that these data are updated and accurate. Thus, to detect cartographic features using remote sensing images is a significant possibility, reason that these studies are of fundamental importance. Nevertheless, the content of the images involved complicates this procedure and makes it a challenging topic. Moreover, the software used for research about cartographic features extraction methodologies are, usually, of private domain and consequently have the functionalities blocked, disallowing changings and improvement of the algorithms. This sense, this work consists of a software development, named as CARTOMORPH, to remote sensing image processing. The software purpose is to allow the use of the functions implemented, as well as allow changings, adaptions and improving of the functions, since it is of public domain. So techniques of digital image processing, focused on the mathematical morphology theory, was implemented to enable the development of cartographic features extraction routines. The CARTOMORPH development is of fundamental importance, since it is focused on cartographic studies to detect interest features from remote sensing images...Atualmente, pesquisas sobre extração de feições cartográficas de interesse são motivadas, sobretudo, pela crescente importância dos Sistemas de Informações Geográficas e a necessidade de aquisição e atualização de dados espaciais. No campo de planejamento urbano os dados espaciais são utilizados para planejamentos e tomadas de decisão. Para tanto, é imprescindível que estes dados sejam atuais e acurados. Deste modo, uma possibilidade é efetuar a detecção e/ou extração das feições de interesse a partir de imagens de sensoriamento remoto, motivo pelo qual tais estudos são de fundamental importância. Todavia, o que dificulta este procedimento é o conteúdo das imagens envolvidas, o que torna a extração de feições de interesse um tópico desafiador. Além disso, normalmente os sistemas computacionais utilizados para realizar estudos de extração de feições cartográficas são sistemas de domínio particular, tendo suas funcionalidades fechadas, impossibilitando o estudo, alterações e melhorias nesses algoritmos. Neste sentido, este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema computacional, denominado CARTOMORPH, para o processamento de imagens de sensoriamento remoto. Este sistema, implementado de forma livre e de domínio público, tem como finalidade possibilitar a utilização das funções implementadas, focadas no estudo de extração de feições por morfologia matemática...Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

DEVELOPMENT OF AN ALGORITHM TO ANALYZE CARTOGRAPHIC FEATURES EXTRACTION METHODS IN DIGITAL IMAGES

The algorithm creates a buffer area around the cartographic features of interest in one of the images and compare it with the other one. During the comparison, the algorithm calculates the number of equals and different points and uses it to calculate the statistical values of the analysis. One calculated statistical value is the correctness, which shows the user the percentage of points that were correctly extracted. Another one is the completeness that shows the percentage of points that really belong to the interest feature. And the third value shows the idea of quality obtained by the extraction method, since that in order to calculate the quality the algorithm uses the correctness and completeness previously calculated. All the performed tests using this algorithm were possible to use the statistical values calculated to represent quantitatively the quality obtained by the extraction method executed. So, it is possible to say that the developed algorithm can be used to analyze extraction methods of cartographic features of interest, since that the results obtained were promising

Detecção e compensação de sombras em imagens de áreas urbanas densas com alta resolução espacial

Novas possibilidades para o mapeamento urbano vêm sendo criadas com o aumento no detalhamento das imagens. Contudo, as imagens acabam sofrendo com informações indesejadas ocasionadas por objetos elevados, como é o caso da grande quantidade de áreas de sombras, que influenciam na resposta espectral dos alvos e dificultam muitas aplicações. Dessa forma, este trabalho tem como principal objetivo estabelecer uma metodologia capaz de detectar e compensar os efeitos das sombras. O algoritmo proposto e implementado no Matlab utiliza propriedades de operadores morfológicos combinados para detectar as sombras, a partir do baixo padrão de respostas que elas apresentam nas imagens. O top-hat por fechamento de área consegue realçar as sombras que são detectadas na sequência pela binarização automática. Na compensação, o matching de histograma local é aplicado, combinando as estatísticas de cada região de sombras com sua vizinhança. O método foi testado em imagens WorldView-2 da área urbana de São Paulo. A análise dos resultados mostrou que a metodologia conseguiu identificar a maioria das áreas de sombras, comprovado pelos índices de completeza e correção calculados, e homogeneizar as diferenças radiométricas ocasionadas pelas sombras. Melhorias devem ser incorporadas no sentido de diminuir confusões e aumentar a discriminação dos alvos sob sombras

Statistical Evaluation and Analysis of Road Extraction Methodologies Using a Unique Dataset from Remote Sensing

In the scientific literature, multiple studies address the application of road extraction methodologies to a particular cartographic dataset. However, it is difficult for any study to perform a more reliable comparison among road extraction methodologies when their results come from different cartographic datasets. Therefore, aiming to enable a more reliable comparison among different road extraction methodologies from the scientific literature, this study proposed a statistical evaluation and analysis of road extraction methodologies using a common image dataset. To achieve this goal, we setup a dataset containing remote sensing images of three different road types, highways, cities network and rural paths, and a group of images from the ISPRS (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing) dataset. Furthermore, three road extraction methodologies were selected from the literature, in accordance with their availability, to be processed and evaluated using well-known statistical metrics. The achieved results are encouraging and indicate that the proposed statistical evaluation and analysis can allow researchers to evaluate and compare road extraction methodologies using this common dataset extracting similar characteristics to obtain a more reliable comparison among them