principio de sensoriamento remoto

PRINCÍPIOS DE SENSORIAMENTO REMOTO

PRINCÍPIOS DE SENSORIAMENTO REMOTO• Introdução / conceitos• A energia eletromagnética• Domínio do Sensoriamento Remoto• Imagem• Histórico• Grandezas radiométricas• Assinatura espectral• Interações do REM• Sistemas Sensores • Conceitos básicos de Processamento de

Imagem

SR - Conceitos• Conjunto de atividades cujo objetivo é a

caracterização de algumas propriedades de alvos (objetos) naturais, através da detecção, registro e análise do fluxo de energia radiante, por eles refletido ou emitido

• Obtenção de informações sobre determinado alvo (objeto) sem a necessidade de contacto físico direto com ele

• Método que utiliza a radiação eletromagnética (REM) como meio de detectar e medir algumas características dos alvos (objetos) de interesse

SR - Conceitos

• Utilização de sensores para:a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sobre a superfície da Terra, através da coleta da energia radiante proveniente desse objeto, a conversão desta energia em sinal elétrico (digital) e a correspondente apresentação dessa informação

(adaptado de Novo, E.M.L., 1989)

A ENERGIA ELETROMAGNÉTICA

A onda eletromagnética

Direção dePropagação

A ENERGIA ELETROMAGNÉTICA

O espectro eletromagnético

Adaptado de W. J. Kaufmann, “Universe”

A ENERGIA ELETROMAGNÉTICA

O espectro visível

Infravermelho Ultravioleta

Comprimento de Onda (nm)Adaptado de CHP 1995

A ENERGIA ELETROMAGNÉTICA

Janelas atmosféricas

Air Force CambridgeResearch Lab.

AQUISIÇÃO DE DADOS

Adaptado de W.J. Kaufmann, “Universe”

DOMÍNIOS DO SENSORIAMENTO REMOTO

• Tipos de resolução• resolução espacial• resolução espectral• resolução radiométrica• resolução temporal

• Imagens de sensoriamento remoto

IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO

IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO

IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO

ENTENDIMENTO DAS IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO

Atividades Envolvidas no SR• Duas fases podem ser detectadas:

• aquisição (detecção e registro)• análise (tratamento e interpretação dos dados

obtidos)Detecção Registro Usoaquisição utilizaçãoenergia radiante espacial fonte espectralalvo sistema sensor temporaltrajetória

Histórico• 1860 - fotografia através de balões• 1862 - usada pela primeira vez para fins

militares (Guerra Civil Americana)• 1909 - W. Wright: primeira forografia aérea

através de um planador• 1a Guerra Mundial:

• fotos aéreas de instalações militares• reconhecimento do “foto-intérprete”

• Foto-interpretação: pelo reconhecimento, nas fotos aéreas, de vários fatores independentes, os intérpretes podem inferir informações não apresentadas diretamente (princípio da convergência de evidências)

Histórico• Período entre as duas grandes guerras:

• desenvolvimento em aplicações comerciais e científicas (fotogrametria)

• produção de mapas topográficos (estéreo-foto) e mapas de recursos naturais

• Segunda Guerra Mundial:estado da arte na foto-interpretação:• mapeamentos: topográfico, geológico e de

engenharia• inventários: florestais e agrícolas• filmes infravermelho (“falsa cor”)

Histórico• 1957 - Sputnik: observação da Terra através

do espaço• 1972 - Primeiro satélite não militar: Earth

Resources Technology Satellite (ERTS1) (LANDSAT 1)

• 1986 - SPOT 1• 1987 - MOS 1• 1988 - IRS 1

GRANDEZAS RADIOMÉTRICAS

• Fluxo radiante• Irradiância • Excitância, exitância• Intensidade• Reflectância,transmitância e

absortância• Radiância

Assinatura Espectral

• Intensidade relativa com que cada corpo reflete ou emite a radiação eletromagnética nos diversos comprimentos de onda

(curvas de reflectância x comprimento de onda)

ASSINATURA ESPECTRAL

Interações da REM

REM-atmosfera

sinal coletado do sensor = radiação proveniente do Sol que interage com a atmosfera até atingir o alvo e retorna ao sensor interagindo novamente com a atmosfera

Manifestações dessa Interação:

• Atenua e modifica a REM refletida ou emitida pelo alvo (ex.: H2O no IV)

• Espalhamento atmosférico

• Modifica a distribuição espacial e espectral da REM no alvo

Processos de Atenuação• Absorção: a REM é seletivamente absorvida

pela atmosfera através de seus vários constituintes (ex.: ozônio, no visível) ⇒⇒⇒⇒janelas atmosféricas

• Espalhamento: a energia é modificada pela mudança de direçãoa) Espalhamento molecular (ou Rayleigh) = λλλλ > d

d = diâmetro da partículaesp ~ 1/ λλλλ4

b) Espalhamento Mie: λλλλ ~ d esp ~ 1/ λλλλ2 ou 1/ λλλλ

c) Espalhamento não-seletivo:λλλλ <<d ⇒⇒⇒⇒ todos os λλλλ‘s são espalhados igualmente

REM - Superfície

• Processo mais importante == REFLEXÃO:• especular (superfície lisa)• difusa (superfície rugosa)

• Depende:• rugosidade do terreno• λλλλ• ângulo de incidência da radiação

Sistemas Sensores

• Com relação à fonte de energia eletromagnética, os sistemas sensores podem ser:• passivos: Sol. Radioatividade• ativos: radar, laser

• Escolha depende de:• interesse da pesquisa, da precisão

requerida, dos custos envolvidos

Sistemas Sensores• Três partes básicas:

• subsistema óptico• detector• subsistema eletrônico

• Sensores:• imageadores (fotográficos e não fotográficos)• não imageadores

• Sistema óptico: determina a resolução espacial e área coletora da radiação

• Sistema eletrônico: amplia o sinal da fonte αααα =IFOV FOV/IFOV = no de elementos da imagem

SISTEMAS SENSORES

• Sistemas orbitais - espectro visível e infravermelho• sistema LANDSAT• sistema SPOT• sistema IKONOS• sistema CBERS

• Sistemas orbitais - espectro microondas• sistema RADARSAT• sistema ERS

SISTEMAS SENSORES

• Sistemas orbitais - espectro visível e infravermelho• sistema LANDSAT

• características da órbita• principais subsistemas de imageamento

• subsistema MSS• subsistema RBV• subsistema TM• subsistema ETM

• sistema SPOT• características da órbita• subsistema HRV

SISTEMAS SENSORES

LANDSAT 1, 2 e 3 LANDSAT 4 e 5BandasSistemaMSS

RespostaEspectral

(µm)

ResoluçãoEspacial

(m)

BandasSistema

TM

RespostaEspectral

(µm)

ResoluçãoEspacial

(m)4 0,5 - 0,6 80 1 0,45 - 0,52 305 0,6 - 0,7 80 2 0,52 - 0,60 306 0,7 - 0,8 80 3 0,63 - 0,69 307 0,8 - 1,1 80 4 0,76 - 0,90 308 10,4 - 12,6 240 5 1,55 - 1,75 30

6 10,4 - 12,5 1207 2,08 - 2,35 30

Características dos Sensores MSS e TM - LANDSAT

SISTEMAS SENSORES

Características do Sensor ETM - LANDSAT

Características do Sensor HRV - SPOT

LANDSAT 7Bandas Sistema ETM Resposta Espectral (µm) Resolução Espacial (m)

1 0,450 - 0,515 302 0,525 - 0,605 303 0,630 - 0,690 304 0,750 - 0,900 305 1,550 - 1,750 306 10,40 - 12,50 607 2,090 - 2,350 30

PAN 0,520 - 0,900 15

SPOT 1, 2 e 3Bandas Sistema HRV Resposta Espectral (µm) Resolução Espacial (m)

1 0,50 - 0,59 202 0,61 - 0,68 203 0,79 - 0,89 20

PAN 0,51 - 0,73 10

SISTEMAS SENSORES

Modo de Imageamento: P - pancromático, M - multiespectral, R - radar

Sensores Orbitais de Alta Resolução

Nome Origem LançamentoPrevisto

Modo deImageamento

Resolução(m)

NúmeroBandas

P M R (cor)SPOT 5A França 1999 P / M 5 10 4IRS-1D Índia 1999 P / M 10 20 4GDE EUA 1998 P 1

OrbView EUA 1998 P / M 1,2 8 4Space Imaging EUA 1998 P / M 1 4 4

EOS AM-1 USA/Japão 1998 P / M 10 10 14LANDSAT 7 EUA 1998 P / M 15 30 7

ALOS Japão 2002 P / M / R 2,5 10 10 4ENVISAT Europa 1998 R 30EarlyBird EUA 1997 P / M 3 15 3QuickBird EUA 1998 P / M 0,82 3,28 4CBERS China/Brasil 1997 P / M 20 20 7IRS-1C Índia 1997 P / M 10 20 4

Resource 21 EUA 1998 M 10 6

Satélites de S.R. até 2005

País Dono Programa Sensores Lançamento Tipo de sensor

U.S. Gov-1 Landsat 5 TM '85 M INDIA Gov-2 IRS-1B LISS-2, (LISS-1) '91 M FRANCE Gov-6 Spot 3 HRV '93 M&P INDIA Gov-2 P2 LISS-2 '94 M INDIA Gov-2 IRS-1 C LISS-3, PAN, (WIFS) '95 M&P GERMANY Gov-9 PRIRODA MOMS-02 '96 M&P JAPAN Gov-7 ADEOS AVNIR '96 M&P INDIA Gov-2 IRS-1 D LISS-3, PAN, (WIFS) '97 M&P CHINA-BRAZIL Gov-8 CBERS CCD, IRMSS '97 M&P

FRANCE Gov-6 Spot 4 HRVIR, (VEGETATION) '97 M&P

INDIA Gov-2 IRS-P5 LISS 4, LISS-3' '98 M U.S. Gov-1 Landsat 7 ETM+ '98 M&P U.S. Com-1 Resource 21 XXX '99 M

INDIA Gov-2 IRS-2A LISS 4', LISS-3', (WIFS) '00 M

FRANCE Gov-6 Spot 5A HRG, (VEGETATION) '02 M&P INDIA Gov-2 IRS-2B LISS 4, LISS-3', (WIFS) '04 M FRANCE Gov-6 Spot 5B HRG, (VEGETATION) '04 M&P U.S. Gov-1 EOS AM-2 LATI (MODIS) '04 M&P

Cobertura Global Frequente - Classificação Multiespectral

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM SPOT PANCROMÁTICA

MOSAICO DE IMAGENS TM-LANDSAT

MOSAICO DE IMAGENS TM-LANDSAT

FUSÃO DE IMAGENS LANDSAT-TME SPOT-PAN

LANSAT-TM SPOT-PAN

FUSÃO

FUSÃO DE IMAGENS SAR E LANDSAT-TM

IMAGEM DIGITAL 3D

GRADE REGULAR EFEITO DE ILUMINAÇÃO

MODELO SUAVIZADO

SISTEMAS SENSORESIKONOS II - informações gerais

• Lançado em 24 de setembro de 1999, é o satélite de Sensoriamento Remoto para uso civil de mais alta resolução espacial atualmente.

• As imagens coletadas:• 1 m de resolução espacial P&B, pancromático• 4 m de resolução espacial coloridas,

multiespectral.

SISTEMAS SENSORES

Band as Intervalo (mm) Reso lução Esp acial (m)

1 0,45 - 0,53 42 0,52 - 0,61 43 0,64 - 0,72 44 0,77 - 0,88 4

pan 0,45 - 0,90 1

IKONOS II - características espectrais

IKONOS II - informações gerais

• Largura da faixa imageada: 11 km• Cobertura global: 14 dias• Resolução radiométrica: 11 bits (2048 níveis)• fornece imagens estereoscópicas• órbita sol síncrona• altitude 681 km• horário cruz. Equador entre 10 e 11 am (nó

descendente

IKONOS II - Rio de JaneiroImagem pancromática

Imagem do IKONOSII- Washingtonampliação

Cobertura Global Frequente - Classificação Multiespectral

CBERS - Chinese-Brazilian Earth Resources Satellite

! Satélite planejado para cobertura global e tem por objetivo adquirir dados ambientais, para monitorar e preservar ecossistemas.

! Vida útil prevista de 2 anos, altitude média de 778 km, 14 +9/26 revoluções por dia, horário solar no modo descendente as 10:30h a.m., e ciclo de 26 dias.

! Lançado dia 14 de outubro de 1999.

Cobertura Global Frequente - Classificação Multiespectral

CBERS - Chinese-Brazilian Earth Resources Satellite! WFI - Wide Field Imager – 890km de faixa imageada,

resolução de 260m, revisita a cada 5 dias, duas bandas espectrais.

Câmera CCD de alta resolução - 113km de terreno, resolução espacial de 20m, estereoscopia, em 5 bandas espectrais, revisita a cada 26 dias

IR-MSS (Infrared Multispectral Scanner) - 4 bandas espectrais, recobrimento de 120km e resolução de 80m (160m no canal termal), 26 dias de ciclo.

Cobertura Global Frequente - Classificação Multiespectral

CBERS

Câmera CCD IR-MSS WFI

0,51-0,73 (pan) 0,50-1,10 (pan) 0,63-0,69

0,45-0,52 1,55-1,75 0,76-0,90

0,52-0,59 2,08-2,35

0,63-0,69 10,40-12,50

Bandas espectrais

(µµµµm)

0,77-0,89

Resolução Espacial 20 m 80 m (pan e IV)

160 m (termal)

260 m

Resolução Temporal 26 dias (nadir) 26 dias 3-5 dias

3 dias (±32º)

Faixa Imageada 113 km 120 km 890 km

NOVOS SISTEMAS SENSORES

• Sistema EarthWatch• satélites EarlyBird (1997) e QuickBird

(1998)• órbita quase polar e não polar• resoluções

• 3 m PAN e 15 m XS• 0,82 m PAN e 3,28 m XS

• imagens 8 bits e 11 bits• áreas das imagens: 3 x 3 km e 15 x 15 km,

22 x 22 km (PAN e XS)• faixa de imageamento: 280 km e 360 km a

partir do nadir• estereoscopia na mesma órbita ou lateral

NOVOS SISTEMAS SENSORES• Sistema EarthWatch

• satélites EarlyBird (1997) e QuickBird (1998)• bandas espectrais:

• PAN - 445 a 650 nm, 450 a 900 nm• XS - 490 a 600 / 615 a 670 / 790 a 875 nm450 a 520 / 520 a 600 / 630 a 690 / 760 a 900 nm

• tamanho da imagens: ~ 1000 x 1000 pixels~ 27000 x 27000 pixels

• precisão de posicionamento: <150 m / 23 m• tamanho dos arquivos de imagens:

• PAN - menos que 1 MB / 1 GB• XS - menor que 3 MB (3 bandas) / 4 GB (4 bandas)

IMAGENS EarlyBird PAN e XS

IMAGEM EarlyBird PAN

SISTEMAS SENSORES

• Sistemas orbitais - espectro de microondas• sistema RADARSAT

• características da órbita• Synthetic Aperture Radar (SAR)

• sistema ERS (European Remote Sensing Satellite)

• características da órbita• Synthetic Aperture Radar (SAR)• dispersômetro de vento• radar altímetro• radiômetro imageador e sonda atmosférica

CARACTERÍSTICAS DA ÓRBITA DO RADARSAT

MODOS DE OPERAÇÃO DO SARRADARSAT

IMAGEM ERS-1

IMAGEM ERS-1