The use of satellite images obtained from various dates is essential for crop forecast systems. In order to make possible a multitemporal analysis, it is necessary that images belonging to each acquisition have pixel-wise correspondence. A system developed to obtain, register and record image segments from LANDSAT images in computer compatible tapes is described. The translational registration of the segments is performed by correlating image edges in different acquisitions. The system was constructed for the Burroughs B6800 computer in ALGOL language

Erthal, G. J.

Mascarenhas, N. D. D.

Parada, N. D. J.

Velasco, F. R. D.

Portuguese

NASA Technical Reports Server

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(E83103 	 A ZdADISLATiUNAL &EGiSTftAri,jn
	 N83-32126
SYSTEM FOR LABDSAZ IMAGE SEGMihTS (lusLA tuto
de Pasquisas Espaciais, Sao Jose) 7 p
HC A02/MF A01	 C.x,.. u5b	 Unclas
G3/43 O0373
RECEIVED BY
NASA STI FACT ITV
DATA
DCAF NM
p,A ESSU BYSA sn FACUTY
q ESA • SS Q AIAA
it
1. Publicagao n4 2. Versao 3. Data 5. Distribuigao
INPE-2785-PRE1351 Junho, 1983 q Interna ® Extern
q Res tri to4. Origem	 Programs
DPI/DIN	 SAFRAS/AREA
6. Palavras chaves - selecionadas pelo(s) autor(es)
REGISTRO DE IMAGENS
PREVIS1t0 DE SAFRAS
CORREC& DE BORDAS
7.	 C.D.U.:	 621.3?6.5
8. Titulo	 INPE-2?85-PRE1351 10. Paginas:	 06
11.	 Oltima paging :	 05
UM SISTEMA PARR REGi-;TRO TRANSLACIONAL DE SEGMENTOS
12. Revisada porDE MAGENS LANDSAT
lok'19. Autoria	 Guaraci Jose Ertha Z
Flavio Roberto Dias Velasco
Nelson Delfino D'Avila Maccarenhas Gilberto Camara PJeto
13. Autorizada por
on de^ r daNe l s	 '	 J..	 a
Assinatura responsavel	 k
Diretor
14. Resumo/Notas
n sistemas de previsa` o de safras e essential a	 utiliza
qao de imagens de catelite obtidas em varias datas. Para que uma anti
se multitemporal possa ser feita hci a necessidade de que as imagens cor
respondentes	 a coda passagem este,jam em correspondencia ponto a ponto
Tal processo e denominado registro de imagens. Este trabalho	 descreve
um sistema desenvoloido no INPE, destinado a adquirir, registrar a gra
var segmentos tie imagens, a partir de imagens LANDSA T armazenadas	 em
fita magntica. 0 registro translational dos segmentos a realizado 	 se
gundo um esquema onde se utilizam as bordas das imagens para	 correla
cionar as passagens. 0 sis terra foi desenvolvido no computador BURROUGNS
B6800, sendo os programas implementados na linguagem Algol.
ORIGINAL PACE !S
OF POOR QUALITY
15. Observagoes
Este trabalho sera apresentado no IV Encontro National de Automatica -
Sociedade Brasil.eira de Matematica - Belem, Para, 6 a 131julho/1983.
ri.
IV Encontro National de Automatica
ORMAL PAGE Sociedade Brasileira de Automatics
OF POOR QUALITY	
Belem, Para, 6 a 13, julho, 1983
UM SISTEMA PARA REGISTRO TRANSLACIONAL DE
	
I
SEGMENTOS DE IMAGENS LANDSAT
G.J. Erthal, F.R.D. Velasco, N.D.A. Mascarenhas
Instituto de Pesquisas Espaciais - INPE
	
Conselho National de Desenvolvimento Cientifico a Tecnologico - CNPq
	 3
Caixa Postal 515 - 12200 - Sao Jose dos Campos - SP - Brasil
RESUMO
Em sistemas de Qrevisao de safras e,essencial a utilizando de ima
gens de satelite obtidas em varias datas. Para que uma analise multitemporal po_s
sa ser feita ha a necessidade de que as imagens correspondentes a cada passagem
estejam em correspondencia ponto a ponto. Tal processo a denominado registro de
imagens. Este trabalho descreve um sistema desenvolvido no INPE, destinado a ad
quirir, registrar a gravar segmentos de imagens, a partir de imagens LANDSAT ar
mazenadas em fita magnetica. 0 registro translational dos segmentos a realizado
segundo um esquema onde se utilizam as bordas das imagens para correlacionar as
passagens. 0 sistema foi desenvolvido no computador BURROUGHS 86800, sendo os
programas implementados na linguagem Algol.
ABSTRACT
A TRANSLATIONAL REGISTRATION SYSTEM FOR LANDSAT IMAGE SEGMENTS
The use of satellite images obtained from various dates is
essential for crop forecast systems. In order to make possible a multitempora l
analysis, it is necessary that images belonging to each acquisition have
pixelwise correspondence. Such process is known as image registration. This
report describes a system developed at INPE to obtain, register and record
image segments from LANDSAT images in computer compatible tapes. The
translational registration of the segments is performed by correlating image
edges in different acquisitions. The above mentioned system has been developed
for BURROUGHS B6800 computer in Algol language.
t
INTRODUCAO
Em processamento de imagens de recursos naturais surgem diversas
situacoes em que ha a necessidade de fazer uma analise conjunta de va"rias ima
gens correspondentes a uma mesma regiao a obtidas em datas diferentes. Um exem
plo tipico e o estudo da evoluCa-o de uma determinada cultura agricola, (como so
ja, trigo, cana de aCucar) onde, utilizando imagens que abrangem um determinado
periodo de tempo, pode-se acompanhar a culture desde o plantio ate a colheita e
desta maneira, levantar com melhor precisao a area efetivamente plantada.
Para que uma analise deste tipo possa ser feita a necessa"rio que
haja um casamento ponto a ponto pars todas as passagens correspondentes a uma
dada imagem, ou seja, as imagens devem estar registradas.
Aqui seri feita a descrica'o de um sistema que se destina a adqui
{ rir, registrar a gravar segmentos de imagens LANDSAT obtidos a partir de fitas
magneticas (CCT). Devido is dimensoes dos segmentos (da ordem de 11,4 x 9,5 Km 2)
um esquema de registro translational a usado, ou seja, nao ha alteracao na geo
metria das imagens. Sera feita uma analise desta metodologia no que diz respei
to a sua fundamentacao a as restrico`es.
REGISTRO TRANSLACIONAL
Uma imagem pode, dentro de um computador, ser vista Como uma ma
triz bidimensional, onde cads elemento representa um ponto da imagem(ou "pixel"
como normalmente a chamado) a corresponde a uma determinada area na superficie
da Terra. No caso de imagens LANDSAT, cada "pixel" corresponde a uma area de
57 x 79 m2.
A metodologia de registro translational consiste emtransladar uma
imagem que corresponde a uma passagem do satelite sobre outra imagem(outra pas
sagem) a tentar, por criterio de similaridade, encontrar a posicao em que ha o
melhor casamento entre ambas. Para que isto seja concretizavel, a segunda imagem
deve conter a primeira com dimensoes maiores do que esta.
Esta aborc'agem a aplicavel quando segmentos de pequenas dimensoes
sao utilizados. A medida que se aumentam as dimensoes das imagens a serem regis-
tradas os efeitos das distorcoes geonRricas passam a ter influencia muito for
tes, dificultando tanto a operaca` o de. registro como a posterior utilizacao das
imagens registradas.
0 criterio de similaridade usado para definir a posicao de regis
tro, para este sistema, e a correlaceo de bordas. Atraves de um operador 	 dife
renciador do tipo gradiente sa"o realcadas as bordas da imagem. Faz-se o histo
grama destes gradientes a define-se um limiar a partir do qual a imagem a bina
rizada ("zero" para nao-borda, "um" para borda). Isto a feito para todas as pa s
sagens disponiveis. Com as imagens binarizadas a posica"o de registro para cada
Q 
mo)
E
^I
passagem a determinada como segue: pars cad& posicao da imagem de referencia so
bre a area de busca (passagem a ser registrada) sao contadas as bordas ("uns")
coincidentes. 0 ponto de registro sera" definido pela posicao onde houver maior
coincid"encia de bordas (o esquema a semelhante ao usado por Grebowsky, 1979).
Este criterio de correlac"ao tem seu use 3ustificado pelo fato de
as bordas serem um atributo que tende a permmmanecer inalterado de uma passagem pa
ra outra.
DESCRICAO DO SISTEMA
Tendo em vista o grande volume de dados a ser processado no caso
de aplicacao em previsao de safras no INPE, o sistema de registro de segmentos
foi desenvolvido no computador BURROUGHS B6800 em linguagem Algol (Burroughs,
1977 ab).
0 sistema consiste basicamente em quatro modulos, commmo a mostrado
na Figura 1.
ORIGIMAL PAGE 19
OF POOR QUALITY
0 1b)
(a
0-
40)
Fig. 1 - Esquemmta simplificado so sistema: (a) imagens MSS-LANDSAT em fita; (b)
arquivos em disco a fits contendo os segmentos a referencia a as areas
de busca pare todas as passagens; (c) fits contendo os segmentos regis
trados.
0 primeiro modulo serve de interface com o usuario. Atraves dele
todas as informacoes necessarias sa"o introduzidas a as tarefas a serem executa
das sao selecionadas. 0 modulo a acessado pela rede de "time-sharing" e, apos a
consults do usuario, dispara uma tarefa pare ser executada em "batch". Dentre
as informacoes a serem introduzidas pelo usuario as principais sao as coordena
das (linha a coluna dos centros dos segmentos a serem adquiridos pelo sistema).
Estas sao obtidas a partir das imagens em fotografia. De posse das coordenadas
em milimetros (nas fotos) a da escala das fotos podem-se determinar as correspon
dentes linha a coluna dentro da imagem. 0 sistema, atualmente, esta" capacitado
para adquirir ate 5 passagens, com 10 segmentos de imagem por passagem a tendo
cads segmento no maximo 200 colunas por 120 linhas.
0 segundo modulo (AQUISICAO) encarrega-sea partir das imagens
LANDSAT armazenadas em fitas magneticas, de extrair os segmentos selecionados e
armazena-los em disco (e fita).
0 terceiro modulo (REGISTRO) perfaz as operacoes de registro para
cada segmento a suas passagens correspondentes. Os pontos de registro sa-o arma
zenados num arquivo em disco.
0 quarto modulo (GRAVACAO) encarrega-se de, a partir das coordena
das de registro, gravar os segmentos registrados em fita magnetica num formato
padronizado. Antes da gravacao a feita uma correcao radiometrica 	 simplificada
dos dados de imagem, para o angulo de elevacao do sol. A correcao a feita por
uma transformacao linear do tipo Y = A.X, que converte a inclinacao do sol on
ginal para uma inclinacao padrao, que no caso a 45 0 .
Desde que nao haja erros grosseiros na localizacao dos segmentos
a partir das fotos, o sistema n'ao tera dificuldades em encontrar o melhor ponto
de casamento entre as varias passagens.
CONCLUSAO
Um fator de extrema importancia a ser ressaltado refere-se a qua
lidade final do produto gerado. Uma vez que nao ha alteraCao na geometria das
imagens durante a operacao de registro, o produto gerado a altamente dependente
das diferencas entre as distorcoes geometricas entre as imagens. Para imagens
LANDSAT, a experiencia tem mostrado que o erro maximo de registro tem seu valor
definido em torno de 3 "pixels", diminuindo quando se usa o mesmo satelite (tem
-se usado imagens dos satelites LANDSAT 2 e 3). Este erro a previs3vel dado o
atual nivel de correcao geometrica aplicada as imagens geradas em Pita. A deter
^-	 minaC`ao do valor do erro com maior exatidao esta sendo estudada, bem Como uma
metodologia para correcao geometrica dos segmentos. utilizando pontos de contro
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
BURROUGHS 87000/86000 series algal; reference manual. Detroit, 1977 a.
BURROUGHS B70001B6000 series work flora language; reference manual. Detroit,
1977 b.
GRLBOWSKY, G.J. LACIE registration processing. In: LACIE Symposium, HOUSTON,
Tx, 1978. Proceedings. Houston, Tx, NASA. Lyndon B. Johnson Space Center,
1979, V. 1, p. 87-97.
I


A translational registration system for LANDSAT image segments

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