Extraction of Intraurban Targets in High Resolution Images Using Band Arithmetic

Abstract

Urban spaces are mostly composed of small objects and with complex relationships with each other, so that the classification of the soil requires high resolution imaging. However, the traditional methods of extracting information from high resolution images, whether at the aerial or orbital level, have serious limitations because they often do not have an infrared band. This work investigates the potential of arithmetic band, band ratio and vegetation indices, to classify urban targets. S1 and S2 band ratios and the GLI, VARI, RGBVI, CI and GRVI vegetation ratios were investigated, whose equations use only the visible bands. The methodology can be reproduced in different areas of study and with images from different sensors that have, or are available, only the bands of the visible range, like the PE3D images (Pernambuco Three-Dimensional Program). The classification of vegetation, building, paved, water and exposed soil cover was investigated. S1, GLI and RGBVI demonstrated the potential to classify vegetation coverage, while the VARI, CI and RGBVI indices demonstrated the potential to classify building coverage as ceramic roof type. The results showed that the joint use of the equations and spectral univocity intervals defined in this work serves for the automatic extraction of green areas and ceramic roofs present in urban spaces, making use of high resolution images from sensors that cover the visible spectrum, which is why the methodology can be widely replicated and support the urban mapping of Brazilian cities. Mathematical Morphology tools is used to obtain edges and get the closure of objects such as roof.

Extração de Alvos Intraurbanos em Imagens de Alta Resolução Utilizando Aritmética de Bandas

Resumo

Os espaços urbanos são compostos, majoritariamente, por objetos de pequena dimensão e com relações complexas entre si, de modo que para a classificação do seu solo é exigido imageamento de alta resolução. Entretanto, os métodos tradicionais de extração de informações em imagens de alta resolução, sejam de nível aéreo ou orbital, apresentam sérias limitações por não possuir, muitas vezes, uma banda do infravermelho. Este trabalho investiga a potencialidade da aritmética de bandas, do tipo razão de bandas e índices de vegetação, em classificar alvos urbanos. Foram investigadas as razões de bandas S1 e S2 e os índices de vegetação GLI, VARI, RGBVI, CI e GRVI, cujas equações utilizam apenas as bandas do visível. A metodologia pode ser reproduzida em diferentes áreas de estudo e com imagens de diferentes sensores que possuam, ou que estejam disponibilizadas, apenas as bandas da faixa do visível, a exemplo das imagens do PE3D (Programa Pernambuco Tridimensional). Investigou-se a classificação da cobertura vegetacional, edificacional, pavimentada, hídrica e solo exposto. S1, GLI e RGBVI demonstraram potencialidade em classificar cobertura vegetacional, enquanto que os índices VARI, CI e RGBVI demonstraram potencialidade em classificar cobertura edificacional do tipo telhado de cerâmica. Os resultados apontaram que o uso conjunto das equações e dos intervalos de univocidade espectral definidos neste trabalho serve para a extração automática de áreas verdes e de telhados de cerâmica presentes em espaços urbanos, fazendo-se uso de imagens de alta resolução provenientes de sensores que cobrem o espectro visível, motivo pelo qual a metodologia pode ser amplamente replicada e subsidiar o mapeamento urbano das cidades brasileiras. Ferramentas de Morfologia Matemática são usadas para obter bordas e o fechamento de objetos como telhado.

 Palavras-chave:  Mapeamento urbano.  Imagem de alta resolução.  Aritmética de bandas. Morfologia Matemática