UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Análise do método de interpretação geométrica
para o reconhecimento de padrões em imagens do céu.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA E ESTATÍSTICA
CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO
Análise do método de interpretação geométrica
para o reconhecimento de padrões em imagens do céu.
Guilherme Teixeira Tessmer
Trabalho de conclusão de curso submetido à Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do grau de bacharel em Ciências da Computação.
Análise do método de interpretação geométrica
para o reconhecimento de padrões em imagens do céu.
Guilherme Teixeira Tessmer
Este trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção de Graduação em Ciência da Computação e aprovado em sua forma final junto a Universidade Federal de Santa Catarina.
_____________________________________________ Prof. Dr. rer.nat. Aldo von Wangenheim
Orientador Banca Examinadora:
_____________________________________________ Prof. Dr. Mauro Roisenberg
_____________________________________________ Dr. Sylvio Luiz Mantelli Neto
AGRADECIMENTOS
Os agradecimentos são para os membros da família 992, pela jornada que foi trilhada em comum até o presente momento, em vias de conclusão de curso. Aos outros colegas de curso também, que mesmo não sendo da mesma turma, foram e são bons amigos.
Agradecimentos também aos professores do curso, em particular aqueles que lecionaram as disciplinas cujo conhecimento foi necessário para a elaboração do presente trabalho.
Especial agradecimento aos meus pais, que sempre acreditaram no meu potencial, como ser humano e como um profissional. Agradeço também a minha família, como um todo; agradeço à Kellen pela presença constante e infalível durante toda minha formação acadêmica. E finalmente à Deus, em um de seus infinitos nomes, conhecido como
Syamasundara, que significa : “da cor de uma nuvem carregada de chuva”, por me
Resumo
Este artigo apresenta uma análise do método de interpretação geométrica utilizado para o reconhecimento de padrões em imagens do céu. Para a análise do método foi utilizado um sistema imageador automático e desenvolvido algoritmos de classificação de padrões. O presente trabalho apresenta uma análise preliminar de dois padrões mais importantes: céu (espalhamento Rayleigh) e nuvens. O passo seguinte a este trabalho será a identificação da turbidêz atmosférica, a análise da profundidade óptica das nuvens, e uma segmentação mais precisa das bordas difusas dos padrões presentes nas imagens.
Palavras-chave:
padrões no céu, interpretação geométrica.
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Abstract
This article presents an analysis of geometric interpretation method for the recognition of patterns present on sky images. To achieve its goals it was used an automatic sky imager and developed some pattern recognition algorithms. The current work presents a preliminary analysis for the two main patterns present: sky (Rayleigh scattering) and clouds. The next steps for the current work will implement atmospheric turbidity recognition, cloud optical deepness and a more precise segmentation of diffuse borders present on analyzed image patterns.
LISTA DE SIGLAS
RGB - Red Green Blue
IHS - Intensity Hue Saturation
SOHO - Solar and Heliospheric Observatory MDI - Michelson Doppler Imager
TSI - Total Sky Imager Al - Alumínio Ni - Níquel Co - Cobalto O - Oxigênio livre O2 - Oxigênio O3 - Ozônio
F3CO4 - Óxido de ferro
INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais ppb - Partes por Bilhão
1 - INTRODUÇÃO
O presente trabalho, avalia métodos de reconhecimento de padrões na análise da cobertura de nuvens. Os sistemas de cores RGB e IHS foram extensivamente analizados, na avaliação dos métodos. Uma ferramenta para o auxílio da classificação dos padrões é contemplado como objetivo principal. Para isso foi utilizado um imageador de nuvens específico, com características próprias. A ferramenta adapta-se ao modelo do imageador, sendo específica em alguns detalhes, como no tratamento da obstrução circular, ao redor da imagem considerada, onde o centro da mesma possui formato e dimensões próprios.
1.1 Objetivo geral
A análise da cobertura de nuvens possui uma importância vital nos estudos de solarimetria. As nuvens são responsáveis por uma grande modulação energética de toda energia solar incidente na atmosfera. Uma quantificação e análise da influência das mesmas se faz necessário para melhor compreender os fenômenos atmosféricos. Assim, pode-se dizer que o objetivo geral é melhorar a estimativa de radiação solar incidente na superfície da terra na presença de nuvens.
Fornecer subsídios adicionais para avaliar a modulação da energia solar através da atmosfera.
Identificar padrões no céu que representam fenômenos físicos na faixa do visível. Futuramente, comparar imagens de satélite com dados de estações superfície.
1.2 Objetivos específicos
Como objetivos específicos, o trabalho se concentra em pesquisar métodos que possam propiciar uma correta classificação de padrões encontrados em imagens do céu.
Algumas técnicas de processamento digital de imagens foram utilizados, e as mais promissoras foram extensivamente analizadas. Como segundo objetivo, foi elaborado uma ferramenta no auxílio à classificação de dois padrões principais : espalhamento Rayleigh e nuvens. A análise da obstrução também foi contemplada devido à
necessidade de desconsiderá-la na avaliação dos dados.
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O trabalho se desenvolve inicialmente na pesquisa de métodos de reconhecimento de padrões que se adaptem ao modelo de estudo em questão e posteriormente na
elaboração de uma ferramenta utilizando os métodos mais promissores estudados.
1.3 Organização do Trabalho
O presente trabalho está dividido em partes constituintes. São elas :
1) Uma abordagem introdutória sobre a estrutura solar e o vento solar, onde são correlacionados elementos que introduzem o assunto como um todo.
2) A magnetosfera e geomagnetismo, e como sua presença está relacionada com o vento solar. Elementos atmosféricos, onde se introduz a noção dos padrões encontrados, e fornece uma explicação científica da constituição de tais padrões.
3) Sistema de cores. Uma introdução aos sistemas de cores RGB e IHS, onde a maior parte do trabalho foi elaborada, utilizando-se conceitos dentro dos modelos de espaços de cores.
4) Desenvolvimento do trabalho, onde existe uma descrição geral das soluções obtidas, material e métodos utilizados, detalhamento dos mesmos e uma descrição da ferramenta de análise.
5) Descrição dos algoritmos e limitações da ferramenta desenvolvida. Resultados alcançados nos diferentes métodos, análise crítica do desempenho da ferramenta, comparações, vantagens e desvantagens dos métodos.
6) Conclusão. Aqui se fornece uma abordagem sobre objetivos atingidos, dificuldades encontradas e propostas de futuros trabalhos.
2 – ELEMENTOS FÍSICOS
2.1 Estrutura solar
O Sol é uma esfera imensa e brilhante com bilhões de anos de idade, composta primordialmente por gás ionizado. É a estrela mais próxima da Terra. Existem milhões de estrelas semelhantes na Via Láctea, a nossa galáxia, e bilhões de galáxias no universo. O Sol sustenta a vida na Terra. A energia solar é a fonte primária que possibilitou a vida na terra tal como é concebida. Nas plantas interage como fonte energética através do processo da fotossíntese. A conexão e a interação entre o Sol e a Terra movimentam o ciclo das estações, as correntes oceânicas e o clima. O Sol tem massa milhares de vezes maior que a da Terra, e contém a maior parte de toda a massa do sistema solar como um todo. A estrela se mantém concentrada devido à atração gravitacional, produzindo temperatura e pressão imensas em seu núcleo.
Pode-se dividir a estrutura do corpo solar em : núcleo, região de radiação, camada de interface, região de convecção. No núcleo é gerada a energia que se espalha para a região de radiação. Raios x e raios gama em grande quantidade são espalhados para fora, para a região de radiação. Milhões de graus é a temperatura estimada pelos cientistas para o núcleo do sol. Tal temperatura sustenta e explica as reações termonucleares de fusão que ocorrem no interior do globo solar. No processo de fusão termonuclear, quatro núcleos de hidrogênio funde-se em um núcleo de hélio. A massa então gerada pelo núcleo da partícula alfa, (hélio) é menor que a massa do núcleo dos quatro átomos de hidrogênio. Essa diferença gera uma liberação de energia que é transportada para a superfície do planeta por fenômenos conhecidos como radiação e convecção. No processo de fusão termonuclear também são gerados partículas de carga neutra, conhecidas como neutrinos. Essas partículas espalham-se para fora do corpo solar para o espaço circundante em diferentes direções do universo. A energia liberada impede o colapso do Sol e o mantém em forma gasosa. Dos limites do núcleo para fora, passando primeiro pela zona radiativa e a seguir pela zona de convecção, a temperatura do Sol diminui. A densidade também diminui e essa diferença, faz com que fótons levem milhões de anos para perfazer a distância do núcleo da estrutura solar até a superfície, nas camadas mais exteriores. A camada de convecção é onde ocorre uma propagação do calor para fora do globo solar. Do início da camada, até a superfície
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solar, a temperatura cai significativamente. Na região de convecção, os fluidos solares se expandem até atingir a parte externa do sol. A camada de interface é uma região entre a região de radiação e a região de convecção. Atualmente acredita-se que é o local onde é gerado o campo magnético solar.
2.1.1 A fotoesfera
A "superfície" do Sol, conhecida como fotosfera, é apenas a camada visível, da qual a radiação e a luz do Sol enfim escapam, e é o lugar na qual localizamos as manchas solares. A superfície do sol é um corpo gasoso onde é possível observar (com o devidos filtros apropriados) a existência de grânulos, manchas escuras e manchas claras, também conhecidas como fáculas. A superfície visível do Sol é denominada de fotosfera. A fotosfera encontra-se coberta por vários milhares de supergrânulos, regiões com cerca de alguns milhares de quilômetros de diâmetro (cerca de duas vezes maiores do que a Terra e com um período de vida de cerca de 2 dias, que formam uma imensa rede de células). Outros grânulos, bem menores, com diâmetro em torno 1000 quilômetros, correspondem ao topo das células de convecção de plasma. São as estruturas responsáveis por transportar o calor do interior do núcleo solar até a superfície.
Dados observacionais recolhidos pelo MDI (Michelson Doppler Imager), instrumento que se encontra a bordo do Observatório Solar SOHO – Solar and Heliospheric Observatory (ESA/NASA), permitiram estudos mais detalhados de toda estrutura solar. Se for possível compreender a supergranulação poderá se descobrir como se processa o transporte do campos magnéticos até à superfície do Sol, e como depois estes se dispersam. Perceber melhor a dinâmica do magnetismo solar e as rápidas mudanças dos campos magnéticos solares, significa compreender a atividade solar mais intensa, como é o caso das flares e das ejecções de matéria coronal. Quando a toda essa atividade é mais intensa, ela pode afetar o planeta terra com um vento solar fortíssimo que entra em forte choque com o campo geomagnético da terra. Isso influencia a atmosfera e afeta os sistemas e equipamentos tecnológicos, dos quais somos cada vez mais dependentes.
2.1.2 Coroa Solar
Acima da cromosfera localiza-se a corona ("coroa"), que se estende do Sol em direção ao espaço na forma de "vento solar", atingindo os limites do sistema solar. A corona é extremamente quente, atingindo temperaturas da ordem dos milhões de graus. Já que é fisicamente impossível transferir energia térmica da superfície do Sol, mais fria, para a corona, muito mais quente, a fonte do calor da corona vem sendo um mistério científico há mais de 60 anos. É a região externa do sol. Coroa é o nome dado ao , que se extende para o espaço na forma de vento solar. A Coroa é a atmosfera exterior do Sol. É visível durante o eclipse total do Sol. Os cientistas acreditam que a transferência de energia teria de acontecer na forma de ondas ou de energia magnética. Prováveis soluções emergiram de recentes observações pelos satélites SOHO e TRACE, que localizaram indícios de transferência de energia magnética da superfície do Sol para a corona, acima. Os pesquisadores do projeto de ciência espacial Conexão Sol-Terra, da Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço (Nasa) norte-americana estudam esses fenômenos.
2.1.3 Vento Solar
O Sol é a fonte do vento solar, que é o fluxo de gases que jorram do Sol, a uma temperatura elevadíssima, carregado de partículas, principalmente de hidrogênio ionizado (elétrons e prótons). Este fluxo se desloca do Sol a uma velocidade muito grande indo para regiões distantes do sistema solar, ultrapassando a Terra. Perturbações no vento solar provocam alterações significativas no planeta Terra. Regiões na superfície do Sol emitem luz ultravioleta e raios X que acabam aquecendo a parte mais alta da atmosfera da Terra. Estas mudanças podem provocar alterações nas órbitas dos satélites artificiais e podem até mesmo danificá-los, podendo encurtar o seu tempo de permanência ao redor da Terra. Esta radiação em excesso ser uma ameaça aos astronautas que estiverem no espaço. Hoje existe uma utilização muito intensa dos satélites como veículos de comunicação e tal uso tornou mais perceptível as mudanças que ocorrem no Sol através do vento solar. As oscilações do campo magnético da Terra, alteradas pelas mudanças no vento solar, pode também causar consequências na superfície da Terra. Os cabos de alta tensão, que transportam energia elétrica entre estações de alta tensão, são afetados pela variação do campo magnético, isto acaba
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danificando os equipamentos das estações. Explosões solares de grande intensidade tem afetado o planeta terra durante séculos. Explosões de tal porte, intensas, lançam no espaço uma grande quantidade de matéria coronal. Muitas vezes, não direcionada diretamente para a terra, mas devido ao movimento do sol em torno de seu eixo pode ocorrer um impacto deste vento solar com a magnetosfera terrestre. Tal acontecimento gera uma série de fenômenos tais como auroras boreais onde partículas provenientes do vento solar formam cores no céu sendo canalizadas pelo magnetismo terrestre. Os sistemas de telecomunicações são sensivelmente afetados por tais fenômenos.
Existe a possibilidade de se prever com antecedência tais explosões coronais do planeta sol. Os satélites SOHO e TRACE são os principais aliados atualmente falando da investigação e análise das reações ocorridas no sol. Com o auxílio dos satélites pode-se antever determinados acontecimentos e na medida do possível tomar as devidas precauções. As manchas solares são regiões na superfície da estrela onde o campo magnético gerado dentro da estrela aparece como manchas escuras. Tais regiões são as mais prováveis de ocorrerem grandes explosões, emissão de partículas e radiação.
2.2 Geomagnetismo
O presente capítulo pretende dar uma visão geral do magnetismo terrestre e sua correlação intrínseca com o vento solar. As primeiras partes do capítulo tratam de magnetismo como fenômeno e abordam algumas características físicas preliminares.
2.2.1 Substâncias magnéticas
Fenômenos magnéticos resultam de forças entre cargas elétricas em movimento. Diferentes instrumentos elétricos de medição utilizam a relação entre a eletricidade e o magnetismo.
Depósitos de minério ferro magnético foram descobertos na Ásia Menor há muitos séculos. A região era conhecida como Magnésia e, assim, o minério foi chamado magnetita. Outros depósitos de magnetita são encontrados em diferentes regiões do mundo, e os pedaços de magnetita são conhecidos como ímãs naturais. Se for pendurado ou equilibrado de alguma forma, se alinha com o campo magnético da
Terra. Dessa forma surgiram as primeiras bússulas, por volta do século XII, com ímas naturais. A magnetita, um óxido de ferro (Fe3O4), é o ímã natural, encontrado em rochas. Com a descoberta da magnetita, o ímã passou a ser usado pelos chineses, inicialmente como um "objeto mágico", no auxílio de previsões e de adivinhações. Usavam uma colher de magnetita que, apoiada sobre um pino, podia girar livremente na horizontal e, ao ser influenciada pelo campo magnético terrestre, tomava sempre a mesma direção ao longo do eixo norte-sul. Seu aperfeiçoamento resultou na invenção da bússola, que já era usada pelos chineses para a orientação de navios no séc. 10. Alguns materiais, notadamente o ferro e o aço, são fortemente atraídos pelos ímãs; o cobalto e o níquel são atraídos em grau menor. Diz-se que essas substâncias têm propriedades ferromagnéticas. Ligas especiais, como o permalloy e o alnico, têm extraordinárias propriedades ferromagnéticas. Os físicos têm demonstrado muito interesse pela estrutura dos materiais dotados da propriedade do ferromagnetismo. Atualmente, são fabricados ímãs artificiais muito fortes e versáteis, com substâncias ferromagnéticas. Os ímãs de alnico (Al, Ni e Co) atuais suportam um peso muito maior que o peso do próprio imã.
2.2.2 Substâncias não-magnéticas
Materias não magnéticos, quando colocados próximos de um campo de um ímã muito forte, são ligeiramente repelidos pelo ímã, ao passo que outros são ligeiramente atraídos.
O zinco, o bismuto, o cloreto de sódio, o ouro e o mercúrio são algumas das substâncias ligeiramente repelidas e diz-se que são diamagnéticas. madeira, alumínio, platina, oxigênio e sulfato de cobre são exemplos de substâncias ligeiramente atraídas por um ímã forte. Diz-se que esses materiais são paramagnéticos e esse tipo de comportamento magnético é chamado paramagnetismo.
O fato de que as limalhas de ferro se prendem principalmente nas extremidades de um ímã de barra indica que a força magnética atua sobre as limalhas basicamente nessas regiões ou pólos; isso não significa que a região intermediária do ímã seja
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desmagnetizada. Quando o pólo N de um segundo ímã é aproximado do pólo N do ímã pendurado, os dois se repelem mutuamente; idêntica ação se observa com os dois pólos S. Se o pólo S de um ímã for aproximado do pólo N do outro, eles se atraem mutuamente. Essas experiências mostram que pólos idênticos se repelem e pólos diferentes se atraem.
O primeiro estudo quantitativo da força entre dois ímãs geralmente é creditado a Coulomb, que descobriu que essa força é governada pela mesma relação do inverso do quadrado aplicável à força grasitacional e à força eletrostática. A lei de Coulomb para o magnetismo diz que a força entre dois pólos magnéticos é diretamente proporcional ao produto das intensidades magnéticas dos pólos e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. A força é de repulsão ou de atração, se os pólos magnéticos forem iguais ou diferentes.
2.2.3 Campo de força magnético
O comportamento do campo elétrico próximo de um objeto eletricamente
carregado é análogo à situação de um ímã . Se um pólo N independente é aproximado de um ímã, ele fica submetido a uma força de acordo com a lei de Coulomb, porque a região próxima do ímã exibe um campo magnético: um campo magnético existe numa região em que uma força magnética atua sobre um pólo independente colocado nesta região. Embora um campo elétrico e um campo magnético tenham características semelhantes, não são equivalentes. Uma partícula eletricamente carregada em movimento é influenciada por um campo magnético, mas não da mesma forma que é influenciada por um campo elétrico.
O trajeto de um pólo N independente num campo magnético é chamado linha de força ou de fluxo.. Linha de fluxo é uma linha traçada de tal maneira que uma tangente a ela em qualquer ponto indica a direção do campo magnético. Supõe-se que as linhas de fluxo 'saiam' de um ímã no pólo N e 'entrem' no pólo S, sendo todas as linhas um trajeto fechado, passando do pólo S para o pólo N dentro do ímã. As linhas de fluxo de um campo magnético são coletivamente chamadas fluxo magnético. A unidade de
fluxo magnético (ou fluxo de indução magnética) no Sistema Internacional de Unidades é o weber (wb).
2.2.4 Permeabilidade magnética
Os materiais não-magnéticos, em geral, são transparentes ao fluxo magnético; isto é, seu efeito sobre as linhas de fluxo não é apreciavelmente diverso se comparado com o ar. A propriedade de um material pela qual ele muda a indução de um campo magnético, em relação ao seu valor no ar, é chamada permeabilidade (m). A permeabilidade do ar é a de valor unitário m(ar) = 1. As permeabilidades das substâncias ditas diamagnéticas são ligeiramente inferiores a uma unidade, ao passo que as permeabilidades de substâncias paramagnéticas são ligeiramente maiores do que a unidade. A permeabilidade é uma razão de densidades de fluxo e, por conseguinte, não tem dimensão.
Se uma folha de ferro cobre um ímã, não existe campo magnético acima da folha, porque o fluxo entra no ferro e segue um trajeto inteiramente dentro do próprio ferro. A indução magnética no ferro é maior do que no ar; por conseguinte, diz-se que o ferro tem elevada permeabilidade. As permeabilidades de outras substâncias ferromagnéticas também são muito altas.
Colocando uma barra de ferro num campo magnético, devido à sua permeabilidade, o campo é distorcido e o fluxo magnético passa pelo ferro, em vez de pelo ar. A barra de ferro se transforma num ímã, nessas circunstâncias essa barra está imantada por indução. O magnetismo produzido numa substância ferromagnética, pela influência de um campo magnético, é chamado magnetismo induzido. Se o campo magnético for retirado, a maior parte do magnetismo induzido se perde; os ímãs produzidos por indução são conhecidos como ímãs temporários. Um pedaço de aço temperado não é tão fortemente magnetizado por indução, mas conserva maior magnetismo residual, quando retirado do campo indutor.
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2.2.5 Magnetismo terrestre
A Terra se comporta como um imenso imã. Em 1600, William Gilbert publicou
seu tratado científico, De Magnete, que aborda o magnetismo da Terra; foi uma das primeiras publicações sobre ciência experimental. Gilbert deduziu que a Terra se comportava como um grande ímã porque o seu interior consistia de material permanentemente magnético. Atualmente, os cientistas acreditam que o centro da Terra é demasiado quente para ser um ímã permanente. Karl Friedrich Gauss (1777-1855), físico alemão, mostrou que o campo magnético da Terra deve originar-se de dentro da Terra. Walter M. Elsasser, professor de física teórica na Universidade da Califórnia, sugeriu em 1939 que o campo magnético da Terra resulta das correntes geradas pelo fluxo da matéria do núcleo fluido da Terra.
2.2.6 A magnetosfera
Os veículos espaciais que viajam até os limites exteriores da atmosfera terrestre
e para além deles têm estimulado um interesse cada vez maior numa região da atmosfera superior chamada magnetosfera. É uma região situada além de aproximadamente 200 quilômetros de altitude, e na qual o movimento das partículas carregadas é governado fundamentalmente pelo campo magnético da Terra. A magnetosfera situada no lado frontal ao Sol estende-se além da superfície da Terra aproximadamente 57000 km, ou cerca de 10 raios da Terra. Do lado oposto ao Sol, a magnetosfera se estende provavelmente por centenas de raios da Terra. A forma alongada resulta da influência do vento solar, ou plasma solar, consistindo principalmente de prótons e elétrons emitidos pelo Sol, e que comprime grandemente a magnetosfera, do lado mais próximo do Sol.
Em 1958 descobriram-se imensas regiões de radiação dentro da magnetosfera. Essas regiões, agora conhecidas como cinturões de radiação Van Allen, contêm prótons e elétrons energéticos presos pelo campo magnético da Terra. O cinturão de Van Allen é composto de duas faixas, das quais a interior se situa entre 2200 e 5000 quilômetros, e a exterior entre 13000 e 55000 quilômetros da superfície da Terra. (Texto adaptado de:
Física Moderna, John E. Williams, Editora Renes). Quando esses intensos cinturões de radiação foram descobertos, os cientistas ficaram apreensivos quanto às sérias ameaças que poderiam oferecer às viagens espaciais. Atualmente, sabe-se que os astronautas que se dirigem para o espaço exterior podem passar rapidamente por essas regiões com proteção adequada contra a radiação Van Allen.
O campo geomagnético, é uma barreira que impede o avanço do vento solar (plasma solar), fazendo-o contornar a terra a velocidades supersônicas e criando uma bolha alongada semelhante a forma de um cometa, denominada magnetosfera. Esse campo geomagnético dentro da cavidade magnetosférica encontra-se em constante interação com o plasma solar, gerando ondas hidromagnéticas na fronteira de interação. Tais ondas hidromagnéticas se propagam ao longo das linhas do campo geomagnético, atravessam a ionosfera terrestre e chegam a superfície na forma de micropulsações geomagnéticas. Apesar de uma vasta infra-estrutura técnica e experimental, os processos de geração e transmissão das ondas hidromagnéticas (ou micropulsações geomagnéticas) até a superfície terrestre, principalmente em baixas latitudes, não se encontram ainda suficientemente entendidos. Acredita-se que o campo geomagnético seja originário das correntes elétricas que fluem no núcleo metálico, em estado de fusão, e que tornam a Terra um dipolo magnético (um grande ímã) suspenso no espaço. Esse campo não só atua na direção das bússolas como é envolvido por uma região denominada magnetosfera, que orienta o fluxo contínuo de partículas "sopradas" pelo Sol rumo às regiões de altas latitudes, os pólos Norte e Sul magnéticos. O espetáculo resultante da interação dessas partículas com a atmosfera superior talvez seja um dos mais fascinantes da natureza são as auroras polares. Átomos e moléculas de oxigênio e nitrogênio da atmosfera, após serem excitados pelo "vento solar" (um fluxo composto de iguais quantidades de prótons e elétrons), tendem a recuperar sua estabilidade e, por isso, liberam energia eletromagnética na faixa visível do espectro. As emissões fluorescentes (as auroras) apresentam-se em faixas, bandas ou arcos, em sua maioria verdes ou azul-esverdeadas, ocorrem mais freqüentemente entre 100 km e 500 km de altitude e se estendem por centenas de quilômetros no céu. O estudo do magnetismo terrestre é relevante, pois alguns pesquisadores acreditam que o clima possa ser afetado pela ocorrência de auroras, já constatada também em outros planetas.
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Os estudos de Geomagnetismo desenvolvidos no INPE baseiam-se na realização de medidas das variações temporais do campo magnético terrestre observadas na superfície da Terra. Essas variações resultam da soma de duas contribuições distintas: uma de origem externa (considerada primária e gerada por correntes elétricas fluindo na ionosfera e na magnetosfera) e outra interna (secundária, induzida pelas variações externas em materiais condutores no interior da terra. A medição e separação entre as variações primárias (externas) e induzidas (internas) constitui uma parte fundamental dos estudos de Geomagnetismo, pois permite interpretá-las em termos dos processos físicos envolvidos em sua geração e transmissão. Assim, a individualização das variações de origem externa possibilita o estudo de diferentes processos eletrodinâmicos em meios ionizados (sistemas de correntes elétricas na ionosfera, interação do vento solar com a magnetosfera terrestre, gerando sob certas circunstâncias as chamadas tempestades magnéticas), enquanto as variações de origem interna permitem inferir a distribuição da condutividade elétrica na crosta e manto superior terrestres (um conhecimento básico em estudos de Geofísica Básica e Aplicada). As pesquisas em Geomagnetismo no INPE caracterizam-se por levar em consideração esses dois enfoques complementares: Variações Geomagnéticas, e Indução Eletromagnética. A par dessas atividades, os pesquisadores do grupo de Geomagnetismo envolvem-se também em pesquisas correlatas em outras áreas (em particular, Aeronomia, Meteorologia e Sensoriamento Remoto), enquanto a equipe de apoio técnico concentra-se no desenvolvimento e manutenção da instrumentação necessária.
Os principais assuntos de interesse atual do Núcleo de Aeronomia são os seguintes: aerossóis estratosféricos de origem vulcânica; a climatologia da estratosfera e mesosfera; a dinâmica da mesosfera e termosfera, incluindo a propagação de ondas internas de gravidade e marés atmosféricas; a fotoquímica da mesosfera e baixa termosfera; fenômenos esporádicos tais como camadas E-esporádicas, camadas neutras esporádicas e camadas de inversão térmica na mesosfera; as correntes e os campos elétricos ionosféricos e o eletrojato equatorial; instabilidades de plasma na região F da ionosfera equatorial, e seus efeitos sobre radiopropagação; a circulação global da alta atmosfera e ionosfera, e o acoplamento da ionosfera com a atmosfera neutra e o meio interplanetário. Uma tema comum em todas estas linhas de pesquisa é a mudança global da alta atmosfera.
2.3.7 Elementos Atmosféricos
A radiação solar chega em todos os comprimentos de onda ou freqüências, mas principalmente entre 200 e 3000 nanômetros (ou 0,2-3 mícrons). O máximo de emissão se verifica no comprimento de onda de 0,48 mícrons. A altura do sol é máxima quando ela está no centro do céu por volta do meio dia. Esta posição é conhecida como zênite. Quando o sol está no zênite a energia que atinge a superfície é máxima. A altura do sol é mínima quando ele se põe no horizonte, numa inclinação de poucos graus acima da linha do horizonte. Quando sol esta assim, a energia que atinge a superfície é mínima.
O movimento aparente do sol e a latitude também definem a duração do dia. Os dias são longos no verão e curtos no inverno. Assim, quanto maior o dia, maior é a quantidade de insolação recebida pela superfície e quanto menor o dia menor a quantidade de insolação recebida pela superfície. Este fato explica por que o hemisfério de verão recebe mais energia solar que o de inverno.
O ar puro é constituído por uma mistura de oxigênio e nitrogênio. Uma das características é que espalhado pela atmosfera ele não absorve radiação solar, mas é capaz de distribuir radiação com comprimentos de onda menores do que 1 mícron (dispersãoRayleigh). Esta dispersão encontra-se dentro do spectro visível podendo ser observada a olho nu. Esta dispersão é mais acentuada para os menores comprimentos de onda. A atmosfera é responsável por uma espécie de filtragem dos raios solares .O ar captura uma parte dessa energia e a espalha, principalmente no azul; dessa forma, recebemos luz com esse comprimento de onda predominante como radiação difusa do céu. A explicação para uma cor azul para o céu vem exatamente dessas manifestações físicas. Por outro lado, quando o sol se encontra perto do horizonte os raios diretos que chegam a nossos olhos atravessaram uma massa de ar maior, e a dispersão aumenta sua intensidade; a maior atenuação no azul faz com que a luz do sol seja avermelhada no espectro visível. Este efeito se acentua quando há poeira em suspensão na atmosfera. Qualquer conjunto de gases, como poeira de terra, fumaça de queimadas poluição de fábricas, ou mesmo o intenso movimento de carros produzem uma grande massa de gás, partículas que em suspensão na atmosfera interferem em maior ou menor grau no espalhamento da radiação solar. Na atmosfera existem alguns gases que possuem uma
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peculiaridade pouco comum para a maioria dos outros gases presentes. A capacidade de absorção em grandes quantidades é uma característica intrínsica de moléculas como ozônio.
O ozônio é produzido principalmente na alta atmosfera, entre 25 e 50 km de altitude, através de uma reação fotoquímica: raios solares no ultravioleta são absorvidos por uma molécula de oxigênio (composição O2), que fica excitada e é capaz de combinar-se com outra molécula de oxigênio (reação O2 + O2 -> O3 + O). O átomo de oxigênio livre (O) é muito ativo quimicamente, e termina combinando-se com uma molécula de O2 para formar mais uma de ozônio (O + O2 -> O3). Também é possível formar ozônio perto da atmosfera, a partir dos gases de escapamento de automóveis nas cidades, e de queimas de florestas. Perto da superfície, a concentração é da ordem de 30-50 ppb (partes por bilhão), aumentando até 2000 ppb na estratosfera. A atividade industrial produz alguns gases que, ao se difundirem e chegarem à estratosfera, são capazes de inteferir na reação fotoquímica que gera ozônio. Produtos como o fluor-cloro-carbono podem destruir a camada de ozônio e criar uma abertura para radiações solares que transportam grandes quantidades de energia. Isto está produzindo o buraco de ozônio nas regiões polares, entre outras regiões, responsável por um aumento da radiação ultravioleta que chega à superfície nessas regiões.
Se uma molécula qualquer for excitada de algum modo apropriado, seus átomos podem adquirir movimentos que são aparentemente desorganizados, mas, uma análise cuidadosa mostrará que esses movimentos são apenas combinações dos modos normais de vibração. Como cada modo normal de vibração tem uma energia própria, conhecendo quais são esses modos e quais são suas energias saberemos muito sobre como a molécula pode interagir com os agentes excitadores. Um deles pode ser a luz que incide sobre a molécula. Supondo que um feixe de luz, um feixe de fótons incide sobre uma molécula qualquer (hipoteticamente falando). É possível que a energia do fóton seja absorvida pela molécula, fazendo-a vibrar com um de seus modos normais. Nesse caso, o fóton é absorvido e sua energia vira energia de vibração. As moléculas costumam absorver fótons de luz infravermelha pois seus átomos vibram com freqüências nessa região do espectro. Esse tipo de fenômeno, chamado de absorção no infravermelho, é muito útil na caracterização das moléculas, mas o que pode acontecer quando luz de
incidindo sobre uma molécula é espalhado por ela. Se não houver troca de energia, isto é, se a molécula espalhadora não se abalar, o espalhamento é elástico. A grande maioria dos fótons incidentes é espalhada elasticamente. Esse tipo de espalhamento é chamado de espalhamento Rayleigh, pois foi Lord Rayleigh que estudou esse processo e mostrou que é responsável pela cor azul do céu.
Alguns fótons, porém, podem excitar um modo de vibração da molécula (ou vários modos), perdendo energia no processo. Depois desse espalhamento inelástico, a molécula passa a vibrar e o fóton muda de cor, pois sua energia diminuiu. A mudança de cor no processo, que na verdade é apenas uma mudança no comprimento de onda da luz, seria imperceptível ao olho. O vapor de água está presente em proporções variáveis (até 15 ou 20 gramas por cada kg de ar). O vapor de água é capaz de absorver radiação em várias faixas ( bandas de absorção) no infravermelho próximo (comprimentos de onda maiores que 0,8 µm). Já o gás carbônico está presente em concentração constante na atmosfera em uma altitude de até 80 km (em torno de 350 ppm: partes por milhão). Ele também absorve radiação solar em várias bandas de absorção no infravermelho próximo. O vapor da água e o gás carbônico e mais o ozônio são responsáveis por uma absorção de até 15% de toda incidência dos raios que chegam até nosso planeta.
As partículas em suspensão na atmosfera também são capazes de absorver e/ou dispersar radiação solar, e e muitos casos a coloração proveniente do pôr do sol ou do alvorecer nas primeiras horas da manhã são causadas em boa parte por aerossóis. Seu efeito é notável quando associado a fenômenos da intensidade de uma queimada em florestas, ou das cinzas expelidas por uma erupção vulcânica.
As nuvens são suspensões de gotículas ou de cristais de gêlo. Como tais, podem ser consideradas como um aerossol concentrado no espaço. Suas partículas têm alto poder refletor, e no infravermelho próximo são bons absorventes de radiação solar. Sua variedade se extende desde nuvens planas, com pouca espessura e grande extensão horizontal, semitransparentes e situadas em altitudes elevadas (cirrus), até nuvens com grande desenvolvimento vertical e ocupando áreas relativamente restritas, com grande poder refletivo no seu topo e lateralmente (cumulonimbus). As nuvens variam continuamente de forma e tamanho, e são as grandes moduladoras da energia solar que
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chega à superfície. Considerando sua distribuição sobre o globo terrestre, elas provocam reflexão de 25-30% (em média) da radiação solar que chega ao planeta.
A radiação solar que consegue chegar à superfície poderá ser absorvida pelo solo, na medida em que este tenha pouca refletância (inferior a 10%). Ums superfície vegetada é bastante absorvente no visível. Isto é devido à clorofila, que absorve especialmente no azul, laranja e vermelho: como absorve menos no verde, este é mais refletido.... e é essa a explicação para a coloração verde da vegetação. Já no infravervelho próximo, nossos olhos não o percebem mas as superfícies vegetadas têm refletância alta (da ordem ou superior a 35%). Superfícies minerais têm refletância alta, a algumas (como a neve) refletem a maior parte da radiação solar que chega a elas. Já a água tem refletância pequena no visível, que vai diminuindo ainda mais com o comprimento de onda.
Nem toda energia que chega ao topo da atmosfera atinge a superfície. Na verdade 31% é refletida para o espaço sem ser aproveitada. As nuvens contribuem refletindo 23% da energia incidente. Essa energia refletida representa o albedo planetário. O restante da energia incidente é absorvida pela atmosfera em sua maior parte pela superfície da terra. Da mesma forma que refletem grande quantidade de energia vinda do sol, as nuvens absorvem enormes porções da energia refletida pela superfície. Por isso as nuvens são muito importantes, pois funcionam como barreira para a insolação emitida pela terra impedindo que o planeta esfrie demasiadamente. Ou seja, as nuvens funcionam como controladoras da temperatura da superfície do planeta e qualquer processo que altere a quantidade média das nuvens afetará a nossa vida.
Outro elemento importante é o gás carbônico que juntamente com as nuvens controla a temperatura da terra. Ele absorve a energia emitida pela superfície e juntamente com o vapor d’água é um dos principais constituintes do chamado efeito estufa, fenômeno natural sem o qual a vida do planeta não existiria como conhecemos.
3 – DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
3.1 Descrição geral da solução do problema
O trabalho consiste em reunir técnicas que se adaptem ao propósito sugerido de reconhecimento de padrões no céu. Dos padrões existentes no modelo de estudo, a saber: espalhamento Rayleigh, espalhamento Mie, Turbidez atmosférica, nuvens e obstrução, três são tratados com maior atenção na solução do problema. São eles: espalhamento Rayleigh, nuvens e obstrução. Técnicas dentro de sistemas de cores diferentes, são extensivamente abordadas. Análises e interpretações dentro dos sistemas de cores são evidenciadas. Posteriormente , a título comparativo, uma rede neural com algoritmo de retropropagação, foi gerada e testada comparativamente com os modelos principais utilizados no trabalho.
3.2 Material e Métodos
Para a implementação da análise dos métodos propostos, será utilizado um imageador automático do céu para a obtenção das imagens e algoritmos de pós-processamento digital de imagens. As imagens são obtidas a cada 15 minutos sincronizadas com a amostragem do satélite para futura implementação da validação dos resultados obtidos.
3.2.2 Imageador Yankee
O imageador é um equipamento utilizado para a aquisição automática das imagens do céu. O modelo utilizado é o TSI-440 total sky imager da marca americana YANKEE. O imageador possui uma câmera digital, um sistema de sombreamento automático para a proteção da câmera contra a exposição direta do Sol e um programa de aquisição, armazenamento e controle, residente em um computador. A aquisição das imagens é obtida por um sistema, onde o equipamento fotográfico está conectado à um software de controle através de uma conexão TCP-IP. O sistema pode ser acessado remotamente por um operador. O sistema imageador atua como um servidor de
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imagens, que pode ser acessado pela internet através de um terminal remoto. Uma câmera do tipo CCD está apontada para um espelho convexo que engloba toda parte visível do céu, até a linha do horizonte. As imagens coletadas ficam então denominadas de acordo com a data e horário específico em que foram capturadas e são armazenadas no formato standart padrão JPEG. Algumas características fornecidas pelo próprio fabricante : resolução da câmera : 352x288 pixel, intervalo de captura variável com máx. de uma foto a cada 30 segundos, programa de controle compatível com sistema MS-Windows 9x/NT. Abaixo duas fotos do Imageador, a primeira fornecida no manual do fabricante e a segunda uma foto do imageador da estação solarimétrica de Florianópolis, o utilizado no presente trabalho.
3.3 Sistemas de cores
3.3.1 Sistema de cores RGB
No sistema de cores RGB, utiliza-se três cores (vermelho, verde, azul) para se representar qualquer outra cor. A partir da mistura de diferentes intensidades dessas três cores pode-se formar as outras cores dentro do spectro do visível. Matematicamente uma cor C é dada por C = rR+gG+bB onde R,G,B são cores primárias e r,g,b são os coeficiente de mistura. Utiliza-se um byte para representação de cada canal, possuindo-se um total de 256 níveis de intensidade para cada cor. Ou possuindo-seja, para cada canal possuindo-será atribuído oito bits para representação de cada uma das cores (vermelho, verde ou azul).
figura 3.3 cubo de cores RGB com diagonal principal
3.3.2 Estrutura geométrica
A utilização desse sistema gera uma representação espacial para cada cor assim definida. Tem-se então um cubo de cores com aresta igual a 255 unidades de comprimento. A origem do sistema de coordenadas representa a cor preta definida como (0,0,0). No outro vértice oposto tem-se o branco, formado pela combinação dos três campos setados com seus valores máximos (255,255,255). Os oito vértices do cubo de cores ficam assim definidos :
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Azul : 00,00,ff ; Vermelho : ff,00,00; Verde : 00,ff,00; Preto : 00,00,00; Branco: ff,ff,ff; Magenta : ff,00,ff ; Ciano: 00,ff,ff ; Amarelo : ff,ff,00
3.3.3 Sistema de cores IHS
O sistema de cores IHS também é definido por uma tríade composta de I (intensidade), H (Hue) ou a matiz da cor e S (saturação). Intensidade : refere-se à intensidade luminosa. Define o brilho, é a medida de energia total envolvida em todos os comprimentos de onda. Hue : Hue ou em português, matiz. Define a cor de um objeto como a medida do comprimento de onda médio da luz que é refletido ou emitido por um corpo. Saturação : A saturação representa a pureza da cor de um objeto, classificando-a em diferentes níveis conforme a variação espectral. Assim uma cor mais pastél representa uma mistura de diferentes comprimentos de onda enquanto uma cor viva e intensa é uma cor espectralmente pura. O sistema de cores IHS pode ser representado geometricamente por um cone, prisma ou um cilindro de cores. Considerando-se a forma de um cilindro tem-se a altura do mesmo que indicará a variação de intensidade luminosa, expressa e medida através do eixo central do cilindro. O raio do cilindro desde seu eixo central até a superfície lateral expressa os diferentes níveis de saturação. A saturação está definida matematicamente dentro do intervalo de 0 a 1 incluindo os extremos. Assim tem-se um cilindro de raio unitário. A medida que se afasta do eixo central, as cores serão espectralmente mais puras, possuindo uma saturação maior. Ao longo do eixo do cilindro, a saturação permanece com
Figura 3.4 sistema de cores IHS
seu valor igual a zero (0), representando diferentes tons de cinza (saturação zero). A medida da matiz da cor em questão é expressa como um ângulo de 0 (zero) à 360 graus ao redor do eixo do cilindro. Assim , diferenciando-se do modelo RGB, onde as coordenadas são cartesianas, o modelo IHS pode ser definido por coordenadas cilindricas polares.
3.4 Técnicas adotadas
Os métodos implementados consistem principalmente de análises nos sistemas de cores IHS e RGB. Por conselho do próprio orientador um método para obter os índices de saturação para cada imagem foi elaborado. O histograma implementado consiste de uma discretização do intervalo entre zero e um em cem partes iguais. Após isso se faz uma varredura em todos os pixels da imagem e procura-se classificar todos eles dentro de suas respectivas saturações. Dessa forma, um contador ira informar quantos pixels há para cada faixa de saturação. Os resultados são plotados em um gráfico e obtém-se uma curva com os valores de saturação para cada imagem. Dentro do
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modelo IHS, a utilização de histogramas foi largamente utilizada. No modelo de estudo em questão (espalhamento rayleigh e nuvens), a saturação tende a permanecer maior para céu azul do que para nuvens, como será evidenciado posteriormente. O histogramas são também abordados no sistema RGB.
Interpretações geométricas são consideradas dentro do modelo RGB como uma forma viável de se tratar naturalmente os dados. Assim, a principal metodologia em RGB, foi considerações sobre distância euclidiana dentro do espaço de cores e a utilização deste estudo correlacionado com histogramas, onde a relação entre os modelos se faz de forma natural e matematicamente viável .
23.4.1 Cilindros e Esferas
Na tentativa de confirmar a presença dos pixels de nuvens próximos à diagonal do cubo RGB, foi utilizado dois algoritmos. Esferas são colocadas dispostas com os centros pertencentes à reta da diagonal, com raios variados. Analizou-se a pertinência dos pontos da imagem à essas esferas e constatou-se a presença da grande maioria dos pixels das nuvens. Da mesma forma considerou-se apenas a distância entre ponto e reta, ou seja à distância dos pixels da imagem em relação à diagonal principal. O resultado disso serão pontos pertencentes à cilindros ao redor da diagonal.
Os resultados obtidos vieram a confirmar a existência de pixels de nuvens próximos da diagonal do cubo de cores RGB. Em algumas fotografias diferenciadas por uma grande diferença de horário ou mesmo condições de tempo, com a diferença de um dia claro para outro chuvoso, muitos valores não são previamente detectados pelo algoritmo. Com um determinado ajuste do tamanho do raio das esferas ou dos cilindros pode-se corrigir esses casos. Assim fica evidenciado mais uma vez que para o caso das nuvens é possível colocá-las em regiões bem definidas do espaço, variando-se apenas a distância em relação à diagonal principal, mas mantendo-se sempre a relação com o eixo da diagonal. Assim como o modelo das esferas, um outro modelo foi implementado tendo em mente a imagem de um cilindro ao redor da diagonal do cubo RGB. O algoritmo aqui calcula então a distância que pode ter um ponto qualquer dentro da fotografia em relação à reta central. Um raio é pré-determinado e é feito uma análise de
Ao considerar-se as diversas matizes do espalhamento Mie o domínio do escopo de ação fica bem mais abrangente e complexo, pois aparecem diferentes tonalidades que vão do vermelho ao amarelo, passando por tons alaranjados, matizes por hora lilás, púrpura, mesmo verde ou cores ainda mais inusitadas. Inicialmente, não irá aqui se considerar estes casos em particular para não causar confusão, pois pretende-se simplificar para poder entender. Além do mais, os casos específicos de espalhamento Mie são ainda mais complicados pois a mesma cor encontrada para céu sem nuvens pode ser encontrada em alguma nuvem. Na verdade, é como se cores amareladas, alaranjadas ou avermelhadas penetrassem nas nuvens e também no céu claro. Por questões mais intuitivas do que propriamente científicas, considera-se aqui mais prudente primeiro tratar dos casos mais simples e que já demostraram uma maior naturalidade à tentativa de clusterização. Abaixo segue ilustrações dos métodos geométricos utilizados.
figura 3.5 esferas utilizadas figura 3.6 modelo de cilindro utlizado
Posteriomente falando, também será evidenciado que existe uma separação de clusters dos padrões adotados. Assim como as nuvens encontram-se próximas da diagonal do cubo de cores, pixels de céu azul possuem também uma região própria no espaço de cores. Por último, foi considerado também uma rede neural com algoritmo de retropropagação. Sua utilização foi adotada a título comparativo, mas análises em larga escala não foram totalmente comtempladas. Faltou uma interface que pudesse inserir a rede gerada pelo Matlab, ao aplicativo desenvolvido.
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3.4.1 Histogramas
Histogramas foram extensivamente utilizados na abordagem do problema. Histograma é uma forma de se calcular a quantidade de elementos presentes em cada faixa de valores submetidos. Assim um histograma de saturação é calculado dividindo-se o domínio em 100 partes iguais, por exemplo. Em cada pixel, calcula-dividindo-se o valor da saturação e verifica-se a pertinência em relação às faixas discretizadas. Um contador fornece o incremento que irá armazenar a quantidade de pixels em cada faixa de saturação. Histogramas foram utilizados tanto no domínio RGB, como no domínio IHS.
3.4.2 Rede Neural
A Inteligência artificial conexionista foi contemplada como um método de análise para o trabalho na forma de uma rede neural com algoritmo de retropropagação. Não foi devidamente analisada até a exaustão como os outros métodos apresentados. Devido principalmente, a uma falta de mecanismo que pudesse “interfacear” entre o Matlab (onde a rede foi gerada) e a ferramenta elaborada.
3.5 Descrição da ferramenta de análise
A ferramenta de análise desenvolvida consiste na criação de filtros e na geração de relatórios escritos sobre as imagens. Algoritmos de análise geométrica também estão presentes.
3.5.1 Filtros
Filtros de canais individuais são criados. Divide-se um campo de 255 possibilidades em um determinado valor n. Tem-se por exemplo dez níveis de componente para cada canal. Um pixel terá dentro de cada canal uma pertinência à determinado nível de acordo com o valor de sua componente em cada canal individual.
vermelho e verde também. Foi criado então três métodos, um para cada canal, separando os pixels em diferentes grupos de valores para determinada componente (red, green, blue). Feito isso pode-se constatar visualmente diferentes níveis separados por um degradê de cores que foi arbitrado alaeatoriamente apenas seguindo certa ordem de tonalidades para manter a coerência com os índices das componentes individuais encontradas nas imagens . Abaixo segue um exemplo da separação do canal verde em 10 níveis distintos de intensidade. Cada tom de verde representa uma faixa de valores em que o pixel possui no canal verde.
figura 3.7 ilustra o filtro para canal verde
A seguinte configuração de atribuição de cores foi utilizada :
if(greenCH < 25){cor = 0x09099e;}
if(greenCH >= 25 & greenCH < 50) { cor = 0x28572f;}
if(greenCH >= 50 & greenCH < 75) { cor = 0x1d632d;}
if(greenCH >= 75 & greenCH < 100) {cor= 0x116f1f;}
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if(greenCH >= 100 & greenCH < 125) { cor = 0x037c1c;}
if(greenCH >= 125 & greenCH < 150) { cor = 0x039c22;}
if(greenCH >= 150 & greenCH <175) { cor = 0x04bd29;}
if(greenCH >= 175 & greenCH <200) { cor = 0x05d830;}
if(greenCH >= 200 & greenCH <225) { cor = 0x05ef34;} if(greenCH >= 225 & greenCH <=255) { cor = 0x1ffa4a;}
da mesma forma pode-se evidenciar os valores para os outro dois canais separando- se o canal específico e manipulando os diferentes níveis que se queira obter dentro do canal. Nos estudos efetuados foi segmentado os níveis em nove ou dez conjuntos de índices de concentração do valor do canal em questão. Outros dois filtros foram desenvolvidos de forma similar, dentro do modelo IHS, são eles: filtro de saturação e filtro de luminosidade.
Os valores da intensidade luminosa podem ser matematicamente calculados
através de : intensity = (cap_red + cap_blue + cap_green)/3. Abaixo imagens demostrando a aplicação dos filtro de luminosidade que foi construído no trabalho.
Para o filtro de saturação, o intervalo entre zero e um é dividido em partes iguais, e cada pixel da imagem submetida será classificado dentro deste critério. O resultado segue os mesmos moldes dos filtros já mostrados. Resumindo o aplicativo gera cinco filtros : canal vermelho, canal verde, canal azul, luminosidade e saturação.
3.5.2 Relatórios
Outra análise obtida com os canais RGB é relatórios escritos do percentual de cada canal em diferentes valores. Da mesma maneira que os filtros são gerados, relatórios escritos, como histogramas são gerados. No modelo RGB, os canais individuais, discretizados entre valores de um à 255, é analisado a quantidade de pixels para cada valor desses. Abaixo segue modelo de relatório gerado para um canal em particular :
faixa : 0.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 1.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% ---faixa : 96.000000 Valor : 1.000000 Percent : 0.002348% faixa : 97.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 98.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 99.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 100.000000 Valor : 6.000000 Percent : 0.014088% faixa : 101.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 102.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 103.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 104.000000 Valor : 33.000000 Percent : 0.077487% faixa : 105.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 106.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 107.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 108.000000 Valor : 47.000000 Percent : 0.110360% faixa : 109.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 110.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 111.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 112.000000 Valor : 113.000000 Percent : 0.265333% faixa : 113.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 114.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 115.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 116.000000 Valor : 251.000000 Percent : 0.589368% faixa : 117.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 118.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 119.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000%
6 6
faixa : 120.000000 Valor : 369.000000 Percent : 0.866441% faixa : 121.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 122.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 123.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 124.000000 Valor : 452.000000 Percent : 1.061332% faixa : 125.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 126.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 127.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 128.000000 Valor : 578.000000 Percent : 1.357190% faixa : 129.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 130.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 131.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 132.000000 Valor : 708.000000 Percent : 1.662440% faixa : 133.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 134.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 135.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 136.000000 Valor : 798.000000 Percent : 1.873767% faixa : 137.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 138.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 139.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 140.000000 Valor : 746.000000 Percent : 1.751667% faixa : 141.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 142.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 143.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 144.000000 Valor : 852.000000 Percent : 2.000564% faixa : 145.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 146.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 147.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 148.000000 Valor : 878.000000 Percent : 2.061614% faixa : 149.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 150.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 151.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 152.000000 Valor : 823.000000 Percent : 1.932469% faixa : 153.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 154.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 155.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 156.000000 Valor : 892.000000 Percent : 2.094487% faixa : 157.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 158.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 159.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 160.000000 Valor : 975.000000 Percent : 2.289377% faixa : 161.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 162.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 163.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 164.000000 Valor : 1398.000000 Percent : 3.282615% faixa : 165.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 166.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 167.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 168.000000 Valor : 2169.000000 Percent : 5.092984% faixa : 169.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000%
faixa : 171.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 172.000000 Valor : 2797.000000 Percent : 6.567578% faixa : 173.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 174.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 175.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 176.000000 Valor : 2692.000000 Percent : 6.321029% faixa : 177.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 178.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 179.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 180.000000 Valor : 2647.000000 Percent : 6.215366% faixa : 181.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 182.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 183.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 184.000000 Valor : 3350.000000 Percent : 7.866066% faixa : 185.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 186.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 187.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 188.000000 Valor : 3100.000000 Percent : 7.279046% faixa : 189.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 190.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 191.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 192.000000 Valor : 2578.000000 Percent : 6.053348% faixa : 193.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 194.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 195.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 196.000000 Valor : 2079.000000 Percent : 4.881657% faixa : 197.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 198.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 199.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 200.000000 Valor : 1571.000000 Percent : 3.688833% faixa : 201.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 202.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 203.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 204.000000 Valor : 1188.000000 Percent : 2.789518% faixa : 205.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 206.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 207.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 208.000000 Valor : 980.000000 Percent : 2.301118% faixa : 209.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 210.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 211.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 212.000000 Valor : 814.000000 Percent : 1.911337% faixa : 213.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 214.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 215.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 216.000000 Valor : 675.000000 Percent : 1.584954% faixa : 217.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 218.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 219.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 220.000000 Valor : 530.000000 Percent : 1.244482% faixa : 221.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000%
8 8
faixa : 222.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 223.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 224.000000 Valor : 447.000000 Percent : 1.049591% faixa : 225.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 226.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 227.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 228.000000 Valor : 393.000000 Percent : 0.922795% faixa : 229.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 230.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 231.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 232.000000 Valor : 369.000000 Percent : 0.866441% faixa : 233.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 234.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 235.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 236.000000 Valor : 351.000000 Percent : 0.824176% faixa : 237.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 238.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 239.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 240.000000 Valor : 357.000000 Percent : 0.838264% faixa : 241.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 242.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 243.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 244.000000 Valor : 332.000000 Percent : 0.779562% faixa : 245.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 246.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 247.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 248.000000 Valor : 410.000000 Percent : 0.962713% faixa : 249.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 250.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 251.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 252.000000 Valor : 828.000000 Percent : 1.944210% faixa : 253.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 254.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 255.000000 Valor : 2011.000000 Percent : 4.721987%
---total pixels : 42588.000000 Maxvalue : 3350.000000 Faixamax : 184.000000 Percent : 7.866066%
Observa-se que no relatório acima foi omitido uma faixa de 2 até 95 pois esses valores permaneceram em zero mas no arquivo gerado pelo aplicativo, esses valores aparecem. No final do relatório aparece o total de pixels processado : no caso 42588, e o valor máximo obtido encontrado na faixa de 184 com 3350 pixels, perfazendo um total de 7,8% do total dos pixels analizados. Tal relatório de histogramas pode ser gerado para todos os três canais (R,G,B). Um procedimento similar foi elaborado com
histogramas de saturação e luminosidade. O modelo de geração de relatórios com histogramas para luminosidade referente a figura acima é mostrado abaixo :
faixa : 0.000000 Valor : 255.000000 Percent : 0.606435% faixa : 1.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 2.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 3.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 4.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 5.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 6.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 7.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 8.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 9.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 10.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 11.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 12.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 13.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 14.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 15.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 16.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 17.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 18.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 19.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 20.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 21.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 22.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 23.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 24.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 25.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 26.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 27.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 28.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 29.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 30.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 31.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 32.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 33.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 34.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 35.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 36.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 37.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 38.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 39.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 40.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 41.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 42.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 43.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 44.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 45.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000% faixa : 46.000000 Valor : 0.000000 Percent : 0.000000%
0 0
