Prediction of building shadows cast on urban roads based on digital elevation models and high resolution aerial imagery data

Este trabalho apresenta uma metodologia para a predição de sombras projetadas por edifícios sobre vias urbanas presentes em imagens aéreas de alta resolução. Elementos de sombra podem ser usados na modelagem de informação contextual, cujo uso tem se tornado bastante comum em processos complexos de análise de imagem. A metodologia consiste de três etapas seqüenciais. Primeiramente, os contornos de telhados de edifícios são extraídos manualmente a partir de uma imagem altimétrica obtida pela transformação de um modelo digital de elevações derivado de dados de varredura a laser aerotransportado. De maneira similar, os contornos dos limites das vias são extraídos a partir da imagem de intensidade laser. Na etapa seguinte, os polígonos dos contornos de telhado são projetados nas vias adjacentes através de retas de projeção paralela, cuja direção é calculada a partir de dados de efemérides solares e do instante de tomada da imagem aérea. Finalmente, as partes dos polígonos de sombra que estão livres de obstruções perspectivas de edifícios são determinadas a partir da separação das regiões afetadas por obstruções perspectivas. Os resultados obtidos na avaliação experimental da metodologia mostraram que o método realiza a predição das sombras de edifícios com alta acurácia e confiabilidade. Palavras-Chave: Projeção paralela; Sombras de edifícios; Efemérides solares; Imagens aéreas; Modelos digitais de elevações; Sistemas aerotransportados de varredura a laser.This research presents a methodology for prediction of building shadows cast on urban roads existing on high-resolution aerial imagery. Shadow elements can be used in the modeling of contextual information, whose use has become more and more common in image analysis complex processes. The proposed methodology consists in three sequential steps. First, the building roof contours are manually extracted from an intensity image generated by the transformation of a digital elevation model (DEM) obtained from airborne laser scanning data. In similarly, the roadside contours are extracted, now from the radiometric information of the laser scanning data. Second, the roof contour polygons are projected onto the adjacent roads by using the parallel projection straight lines, whose directions are computed from the solar ephemeris, which depends on the aerial image acquisition time. Finally, parts of shadow polygons that are free from building perspective obstructions are determined, given rise to new shadow polygons. The results obtained in the experimental evaluation of the methodology showed that the method works properly, since it allowed the prediction of shadow in high-resolution imagery with high accuracy and reliability. Keywords: Parallel Projection; Building Shadows; Solar Ephemeris; Aerial Images; Digital Elevation Models; Airborne Laser Scanning Systems