sensoriamento remoto e processamento digital de imagens

Sensoriamento Remoto e Sensoriamento Remoto e Processamento Digital de Processamento Digital de

ImagensImagens

Iana Alexandra Alves RufinoIana Alexandra Alves Rufino

Conceito: Sensoriamento RemotoConceito: Sensoriamento Remoto

Sensoriamento

Remoto

Obtenção de dados

Distante

Sensoriamento RemotoSensoriamento Remoto

Satélites, câmaras, Satélites, câmaras, telescópios e até telescópios e até nossos olhos são nossos olhos são

ferramentas utilizadas ferramentas utilizadas para analisar objetos para analisar objetos

à distânciaà distância. .

Princípios do SRPrincípios do SREm geral, o SR basea-se na coleta e na

análise da radiação emitida pela FONTE DE ENERGIA e refletida pela superfície terrestre;

Fontes de Energia em SR◦ Naturais:

Luz do sol e o calor emitido pela superfície da terra

◦ Artificiais:

Flash de uma máquina fotográfica, sinal produzido por um radar, etc.

Princípios do SRPrincípios do SR

Passos para o estudo do Sensoriamento Remoto.

Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético

Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético

O espectro representa a distribuição da radiação eletromagnética, por regiões;

Essas segundo o comprimento de onda e a freqüência;

Nossa principal fonte de radiação é o sol.

Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético Nossos "sensores" remotos - podem detectar parte do espectro

visível. É uma pequena porção do espectro Há muita radiação ao redor de nós que é "invisível" aos nossos

olhos; Mas, pode ser detectada através de outros instrumentos de

sensoriamento remoto.

( = comprimento de onda - distância entre dois picos ou dois vales consecutivos; f = frequência - número de ciclos por segundo a partir de um ponto fixo; c = velocidade da luz)

Campo elétrico

Campo magnético

f

c

picos

valesDireção de propagação

Onda Eletromagnética(Fonte: Lillesand e Keifer, 1995)

c = .f

Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético

10-10 10-8 10-4 10-1 1 102 103 104 105 106 109 µm

Violeta

Azul

Verde

Amarelo

LaranjaVermelho

µm

(A)

(B)

(A)Espectro Eletromagnético;(B) Padrão espectral da interação da vegetação, solo e água com a

energia eletromagnética

Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético

Interação da Energia com a TerraInteração da Energia com a TerraDe toda radiação solar que chega à Terra,

somente 50% atinge a superfície, devido a interferências de gases existentes na atmosfera;

Existem formas básicas de interação da radiação

solar que atinge a superfície terrestre:◦ Reflexão;

◦ Absorção;

◦ Transmissão;

Os objetos da superfície terrestre como a vegetação, a água e o solo refletem, absorvem e transmitem radiação eletromagnética em diferentes proporções;

Grandezas RadiométricasGrandezas Radiométricas

Os alvos ao interagir com a REM produzem variações espectrais significantes.

◦ Por exemplo, uma folha de uma planta tem cor verde por refletir predominantemente a cor verde, absorvendo mais os outros comprimentos de onda.

◦ Esta interação não ocorre somente na região do visível, mas pode ser encontrada ao longo de todo o espectro eletromagnético.

O padrão de resposta espectral, também conhecido como assinatura ou resposta espectral

Interação da Energia com a TerraInteração da Energia com a Terra

Curvas características da refletância espectral da vegetação verde, solo nu seco e água limpa.

VISÍVEL INFRAVERMELHO INFRAVERMELHO MÉDIO

PRÓXIMO

Absorção da REM pela água presentena vegetação e no

solo

Solo

Vegetação Água

70

60

50

40

30

20

10

0

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6Comprimento de onda (m)

FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIAFATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA

PIGMENTAÇÃO EST. CELULAR PRESENÇA DE ÁGUA

Absorção da REM

Pela clorofila

Reflectância Espectral - ÁguaReflectância Espectral - Água

A

Açude Coremas

Açude Mãe D'Água

B

Açude Coremas

Açude Mãe D'Água

Complexo Coremas/Mãe D'Água

A - Imagem TM/Landsat-5 - banda 3 (imagem da região do visível - vermelho)

O açude Coremas apresenta alta refletância (tonalidade de cinza claro) devido à presença de material em suspensão enquanto que o açude Mãe D'Água apresenta boa transmitância (cinza escuro)

B - Imagem TM/Landsat-5 - banda 4 (imagem da região do infravermelho próximo)

Ambos os açudes apresentam alta absorção e transmitância da REM.

Reflectância Espectral - SoloReflectância Espectral - Solo

Depende de vários fatores, complexos, variáveis e inter-relacionados, tais como: ◦ Umidade;◦ Composição granulométrica;◦ Rugosidade da superfície; ◦ Presença de óxido de ferro e presença de matéria

orgânica, dentre outros.

Solo

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

Comprimento de onda (m)

FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA

Banda 1 – região espectral do azul/verde (0,45 m – 052m)

Banda 2 – região espectral do verde (0,52m – 0,60m)

Banda 3 – região espectral do vermelho (0,63m – 0,69m)

Banda 4 – região espectral do infravermelho próximo (0,76m – 0,90m)

Banda 7 – região espectral do infravermelho médio (2,08m – 2,35m)

Banda 5 – região espectral do infravermelho médio (1,55 m – 1,75 m)

Imagens Landsat - 5 do litoral norte do estado do Rio Grande do Norte de

17 de junho de 1989.

Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4

Banda 5 Banda 6 Banda 7 Banda 8

Sensores e SatélitesSensores e SatélitesSensores Remotos

◦Olho humano = sensor natural;

◦Sensores artificiais = permitem obter dados de regiões de energia invisível ao olho humano; Sensores óticos = dependem da luz do sol (a

cobertura de nuvens é uma limitação);

Radares = produzem uma fonte de energia própria (as condições meteorológicas não interferem na captação);

Sensores e SatélitesSensores e Satélites

Para que um sensor possa coletar e registrar a energia refletida ou emitida por um objeto ou superfície, ele tem que estar instalado em uma plataforma estável à distância do objeto ou da superfície que esteja sendo observada.

O resultado é uma série de "fatias" da superfície, que juntas produzem a imagem final. (Exemplo: o radiômetro dos satélites NOAA gira a uma velocidade de 120 LPM (linhas por minuto) e cada linha lê aproximadamente 4 mil km de superfície com 1 km de largura).

Sensores e SatélitesSensores e Satélites

Sensores e SatélitesSensores e SatélitesCaracterísticasCaracterísticas

O caminho seguido por um satélite é chamado de sua órbita

Satélites são projetados em órbitas específicas para atender às características e objetivo do(s) sensor(es) que eles levam

Resolução espacial: mede a menor separação angular ou linear entre dois objetos. E é diferente para cada sensor

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de ImagensDefinição:“Manipulação de uma imagem por computador de modo onde a entrada e a saída do processo

são imagens”

Processar uma imagem

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de ImagensInclui diversas áreas como:

Análise de recursos naturais;Meteorologia;Transmissão digital de sinais de televisão ou fac-

símile;Análise de imagens biomédicas;Análise de imagens metalográficas e de fibras

vegetais;Obtenção de imagens médicas por ultra-som,

radiação nuclear ou técnicas de tomografia computadorizada;

Automação industrial: sensores visuais em robôs.

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de Imagens

Realce de Contraste

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de Imagens

Redução de Ruído

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de Imagens

Técnicas de PDI:permitem analisar uma cena nas várias regiões

do espectro eletromagnético;

extraem informação quantitativa da imagem;

realizam medidas impossíveis de serem obtidas manualmente;

possibilitam a integração de vários tipos de dados, devidamente georeferenciados.

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de Imagens

Cada célula tem sua localização definida em um sistema de coordenadas (x,y);

Cada célula possui um atributo numérico “z” que é o nível de cinza (DN – digital number);

O DN de uma célula representa a intensidade de energia eletromagnética (refletida ou emitida) medida pelo sensor;

223223 223223

223223

223223

205205

205205

205205 205205

180180

180180 180180 9090

3030

3030 3030

Processamento Digital de ImagensProcessamento Digital de Imagens O sistema visual humano não é muito sensível a variações de

intensidade (no máximo 30 diferentes tons de cinza); O computador consegue diferenciar qualquer quantidade de

níveis de cinza:

imagens de 8 bits – 28=256 níveis de cinza,

imagens de 10 bits – 210=1024 níveis de cinza, etc.

Etapas - PDIEtapas - PDI

Pré-ProcessamentoPré-Processamento

Refere-se ao processamento inicial de dados brutos para calibração radiométrica da imagem, correção de

distorções geométricas e remoção de ruído.

RealceRealceVisa melhorar a qualidade da imagem, permitindo uma melhor

discriminação dos objetos presentes na imagem. As técnicas de realce mais comuns em PDI são: realce de contraste, filtragem,

operação aritmética, transformação IHS e componentes principais.

ClassificaçãoClassificação

Na classificação são atribuídas classes aos objetos presentes na imagem.

“ Classificação é o processo de extração de informação em imagens para reconhecer padrões e

objetos homogêneos e são utilizados em Sensoriamento Remoto para mapear áreas da

superfície terrestre que correspondem aos temas de interesse.”

Cena 214/065 do sensor TMLANDSAT 5(1989)Composição Colorida RGB (Bandas 4,5 e 2)

Campina Grande - PB

Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 4,5 e 2)

Cena 214/065 do sensor TMLANDSAT 7(24/07/2000)Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 5,4 e 3)

Campina Grande - PB

Classificaçãode Padrões