norm.R — Normalização Radiométrica de Imagens Landsat via PIFs

Script em R para normalização radiométrica de imagens Landsat-5, usando Pontos Pseudoinvariantes (PIF) e regressão linear entre bandas. Implementa o método descrito em:

Modelo automático de normalização radiométrica de série multitemporal Landsat-5 usando pontos pseudoinvariantes (PIF) Revista Brasileira de Cartografia — acesse o artigo completo

O que o script faz

Dada uma imagem a ser corrigida e uma imagem de referência, o script:

1. Extrai (untar) a cena Landsat bruta de dentro do diretório de trabalho para a pasta IMAGENS_BRUTAS/.
2. Carrega as bandas B1, B2, B3, B4, B5 e B7 da imagem a ser normalizada.
3. Carrega as bandas correspondentes da imagem de referência (já corrigida), identificadas pelo padrão de nome B<n>...C...tif.
4. Lê um shapefile de pontos (os PIFs) presente no diretório.
5. Para cada banda, ajusta uma regressão linear simples entre os valores extraídos na imagem de referência e na imagem a normalizar, e aplica a equação da reta (y = a·x + b) sobre toda a banda.
6. Empilha as 6 bandas normalizadas e salva o resultado como imagem_normalizada.tif (GeoTIFF).
7. Gera, na pasta RELATORIOS/, uma planilha .xls por banda com os valores extraídos, o R² antes e depois da normalização e o erro (RMSE) da correção.
8. Gera graficos.bmp, com os gráficos de dispersão (antes/depois) das 6 bandas, reta ajustada e equação/R² em cada painel.

O que são os PIFs

Pontos Pseudoinvariantes (Pseudo-Invariant Features) são alvos na cena cuja reflectância se mantém estável ao longo do tempo (ex.: afloramentos rochosos, áreas urbanas consolidadas, corpos d'água profundos). Eles servem de âncora para calcular a relação linear entre a imagem a ser corrigida e a imagem de referência, permitindo compensar diferenças atmosféricas e de iluminação entre datas de aquisição.

Requisitos

• R (testado com o pacote raster)
• Pacote raster (traz as funções raster, extract, stack, writeRaster, shapefile)

install.packages("raster")

Estrutura de diretório esperada

Antes de rodar a função, o diretório de trabalho deve conter:

diretorio_de_trabalho/
├── *.tar                  # cena Landsat bruta (compactada, será extraída)
├── B1...C...tif           # bandas 1, 2, 3, 4, 5, 7 da imagem de referência (já normalizada)
├── B2...C...tif
├── ...
└── *.shp (+ .shx, .dbf...) # shapefile com os pontos PIF

• O arquivo .tar é a cena bruta a ser normalizada (formato de distribuição do USGS).
• As imagens de referência devem estar soltas no diretório, com nomes contendo B<n> e C (ex.: LC08_..._B1_C.tif), pois é esse padrão que o script usa para localizá-las.
• O shapefile de pontos deve ser o único .shp no diretório (o script pega o primeiro encontrado).
• Atenção: use / (barra normal) nos caminhos, não \.

Como usar

source("norm.R")

# Se o diretório atual já é o diretório de trabalho:
norm()

# Ou especificando o caminho:
norm(directory = "C:/dados/cena_landsat")

Saídas geradas

Saída	Local	Conteúdo
imagem_normalizada.tif	diretório de trabalho	GeoTIFF com as 6 bandas normalizadas
RELATORIO_B1.xls … RELATORIO_B7.xls	RELATORIOS/	Valores extraídos nos PIFs, R² antes/depois e RMSE, por banda
graficos.bmp	diretório de trabalho	Gráficos de dispersão antes/depois, por banda, com reta ajustada

Observações e limitações

• O script foi escrito para bandas do Landsat-5 (B1, B2, B3, B4, B5, B7); para outros sensores (ex. Landsat-8, com bandas espectrais diferentes) é necessário adaptar os nomes de banda.
• A busca dos arquivos depende de padrões de nome (pattern=) via dir(); nomes de arquivo fora do padrão esperado não serão localizados.
• A função assume exatamente um shapefile de pontos no diretório — se houver mais de um .shp, apenas o primeiro (ordem alfabética) é usado.
• O pacote raster está em modo de manutenção; para uso continuado em projetos novos, considere migrar para terra.

Referência

Para a fundamentação teórica completa do método (seleção de PIFs, formulação da regressão, validação estatística), consulte o artigo publicado na Revista Brasileira de Cartografia: https://seer.ufu.br/index.php/revistabrasileiracartografia/article/view/44014/23265