No Professor GEO desta edição, vamos apresentar alguns conceitos básicos de compressão de imagens geográficas digitais, ilustrando o processo de compressão dessas imagens utilizando o software GeoExpress with MrSID® 3.0 da LizardTechT Software.
Imagem geográfica digital é um arquivo de varredura (raster) abrangendo uma região. Os tipos de imagem geográfica digital incluem fotografias aéreas, imagens de satélites, cartas topográficas, mapas e plantas. Em uma imagem geográfica digital são conhecidos datum, projeção, dimensão do pixel (cm ou m) e o posicionamento geográfico (UTM ou Lat/Lon) da imagem dentro de uma região. Tal imagem geográfica pode ter um posicionamento geográfico relativo (somente georreferenciado) ou absoluto (retificado ou ortorretificado). Os arquivos de imagens geográficas digitais estão disponíveis em vários formatos, como TIFF com TFW ou GeoTIFF, dentre muitos outros disponíveis no mercado. Essas imagens podem ser coloridas (RGB) ou escala de cinza. Geralmente os arquivos de imagens geográficas de varredura (raster) ocupam grandes espaços físicos, em Megabytes (MB) ou Gigabytes (GB), e demandam sistemas gráficos robustos para uma visualização rápida.
A compressão de uma imagem geográfica é um processamento pelo qual ocorre uma redução do tamanho do arquivo original da imagem geográfica digital. O tamanho dessa imagem pode ser reduzido em até 5% do seu tamanho original dependendo da taxa de compressão usada no processamento. Existem dois tipos principais de compressão de imagens: sem perda (lossless) e com perda (lossy).
Fig. 1: Interface principal do GeoExpress 3.0. Barra verde indica o volume de dados disponíveis no cartucho pré-pago de dados.
Existem vários métodos de compressão (lossless e lossy) de imagens no mercado, dos quais podemos citar: Huffmam; JPEG e JPEG2000; Lempel, Ziv e Welch (LZW); Run Length Encoding (RLE); e Wavelet. Citamos que existem algumas variações de cada um desses métodos de compressão implementados em diferentes formatos de imagens digitais. Também há vantagens e desvantagens do uso de cada método em diferentes aplicações, alguns são mais apropriados que outros para uso com imagens geográficas digitais.
Existem vários benefícios do uso de compressão wavelet de imagens geográficas, como: a redução do espaço físico necessário para armazenar as imagens em HD ou CD-ROM; rápida visualização e navegação de imagens volumosas; redução do tempo de back-up e transmissão em rede; rápida disseminação e visualização de imagens volumosas via Web ou rede local; montagem de mosaicos comprimidos permitem o uso e armazenamento de uma imagem ao invés de múltiplas imagens abrangendo uma região; e alta resolução e qualidade visual com arquivo digital pequeno.
Existem alguns problemas associados ao uso de compressão de imagens geográficas. Os problemas mais sérios ocorrem quando se utilizam altas taxas de compressão que resultam em imagens geográficas comprimidas de baixa qualidade visual e quando há introdução de ruídos ao nível da geometria dos pixels. Como veremos abaixo, deve-se utilizar as taxas de compressão recomendadas para imagem preto-e-branco e colorida.
Fig. 2: Interface onde o usuário seleciona os valores das variáveis de compressão. Esta interface também permite a seleção de arquivos MG2 ou MG3.
Fig. 3: Preview da imagem com simulação das opções de compressão.
Fig. 4: Montagem e Preview de mosaico.
No GeoExpress with MrSID® 3.0 é possível fazer compressão dos tipos sem perda (lossless) e com perda (lossy). O método utilizado é o de wavelet, que é uma área da matemática dedicada à compressão de imagens de qualidade fotográfica. O método wavelet usado no GeoExpress foi desenvolvido no Los Alamos National Laboratoy (LANL) para o FBI armazenar o seu volumoso banco de dados de imagens de impressão digital e faces de indivíduos. São três as principais vantagens do uso do método wavelet para compressão de imagens geográficas digitais desenvolvido no LANL: precisão geométrica em nível de pixel; altas taxas de compressão e descompres-são seletiva.
Durante a instalação do GeoEx-press 3.0 também é instalado o Express Cartridge Manager, que é um software geren-ciador do cartucho pré-pago de dados. A licença inicial do GeoExpress 3.0 vem com um cartucho pré-pago de dados com 10 GB. A interface principal do GeoExpress indica a quantidade de dados disponíveis no cartucho pré-pago para compressão de imagens, conforme ilustrado na Figura1.
Ao adicionar imagens geográficas para serem comprimidas no GeoEx-press, pode-se utilizar o método drag-and-drop de pastas ou arquivos separados, ou usar a interface principal do software onde existem ícones e menus para adicionar imagens, quando uma caixa de diálogo é aberta para o usuário buscar os arquivos dos formatos de imagens a serem comprimidos. Após as imagens serem adicionadas, aparece uma lista com o nome das mesmas, como mostrado na Figura 1. Todos os dados da imagem de entrada também são listados nesta interface principal. Os seguintes formatos são reconhecidos: TIFF com TFW; GeoTIFF; JPG com JPW; Erdas *.lan e *.img; BIL, BIP, BSQ com Header file.
É recomendável usar as seguintes taxas de compressão: 10:1 a 15:1 para imagens escala de cinza; 20:1 a 30:1 para imagens coloridas (RGB); e 2:1 a 4:1 para obter-se imagens lossless. As taxas de compressão são selecionadas interativamente através da interface Options, conforme está ilustrada na Figura 2. As mesmas taxas de compressão podem ser aplicadas somente para uma imagem ou uma série de imagens de entrada. Caso necessário, pode-se selecionar diferentes taxas de compressão e demais opções para cada imagem. Também é possível fazer Preview da qualidade da imagem comprimida com as opções que foram selecionadas, assim como mostra a Figura 3.
Existem várias outras funções do GeoExpress disponíveis, como: montagem e Preview de mosaicos comprimidos (Figura 4); processamento em batch; inserir metadados sobre a imagem que podem ser utilizados em buscas; inserir senhas (Passwords) para proteção das imagens; cropping e rotação e ajuda on-line.
Outras soluções da LizardTech de compressão e visualização de imagens geográficas incluem o GeoExpress SDK Encode-Decode, GeoExpress Decode, DocumentExpress with DjVu, ExpressServer, GeoViewer e ExpressViewer.
Leia mais sobre compressão de imagens geográficas digitais com o GeoExpress with MrSID® 3.0 no Portal MundoGEO (www.mundogeo.com.br)
Reinaldo Escada Chohfi é Bacharel em Geografia de Ecossistemas pelo Departamento de Geografia da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), Mestre em Arquitetura e Urbanismo e Ph.D. em Urbanismo pelo Departamento de Arquitetura e Urbanisno da UCLA, e Diretor da GeoDesign Internacional, que é a revendedora autorizada da LizardTechT Software no Brasil.rec@geodesign.com.br