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  • Correo atmosfrica de recorte de imagem do RapidEye com diferentes modelosatmosfricos e estimativas de visibilidades no 6S e Atcor

    Igor Brum Rubim1Raphael Corra de Souza Coelho 2

    Rafael Silva de Barros 2Carla Bernadete Madureira Cruz 2

    1 Instituto Nacional de Colonizao e Reforma Agrria - INCRA SR-07/T3Rua da Conceio, n 69, 24 andar, centro CEP Rio de Janeiro RJ, Brasil

    igor.brum@rjo.incra.gov.br

    2 Universidade Federal do Rio de Janeiro U.F.RJ./C.C.M.N./IGeoAv. Athos da Silveira Ramos, 274 21941-916 Rio de Janeiro RJ, Brasil

    {carlamad,barros.rafael}@gmail.comraphaelcoelhorj@hotmail.com

    Abstract. Orbital images pre processing is essential for the thematic mapping. The atmospheric correction is aprimordial step for file preparing before images processing. There are two ways to do atmospheric correction:Dark Object Subtration (DOS) and Radiative Transfer. In the second way, two methods are more frequentlyused: Moderate Spectral Resolution Atmospheric Transmitance Algorithm (Modtran) and the Simulation of theSatellite Signal in the Solar Spectrum (5S). These mentioned models are employed in the relatings softwares:Atcor and 6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum). This paper present differentatmospheric corrections of an image cut of RapidEye. Two patterns Atmospheric Model and Visibility weremodified to evaluate the best adjust of atmospheric correction executed in 6S. An atmospheric correction hasbeen done to confront with those made with 6S. The spectral behavior of targets vegetation, water and soilwere analysed to find the correction's quality, comparing with the information finded in the literature. Thepatterns collected were squares of 15m. These patterns present a mean of 9 pixels with the Surface Reflectance.The targets have 27 pixels 3 patterns per target to evaluate the atmospheric correction for each adjust. TheVisibilities chosen were 20, 25, 30, 35 and 40km. The Atmospheric Models chosen were Midlatitudes Winterand Midlatitudes Summer. The atmospheric correction done at Atcor employed 30km for Visibility andMidlatitude Summer for Atmospheric Correction.

    Palavras-chave: remote sensing, image processing, radiative transfer model, spectral signature; sensoriamentoremote, processamento de imagem, modelo de transferncia radiativa, assinatura espectral.

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  • 1. IntroduoO Processamento Digital de Imagens avanou significativamente concomitantemente

    com os produtos de Sensoriamento Remoto nas ltimas dcadas. Para o mapeamento temtico importante considerar os principais tipos de processos. possvel apontar as correesgeomtricas e radiomtricas, o reconhecimento de padres utilizando estatsticas inferenciaise rvores de deciso como alguns dos principais tipos de Processamento Digital de Imagens(JENSEN, 2009).

    Entretanto, os especialistas em mapeamento utilizam conjuntos diferentes deprogramas para realizar seu trabalho. Esse fato em si no problemtico. Mas, a programaode cada fabricante/desenvolvedor de software e o ajuste dado em cada etapa da gerao demapas podem gerar diferenas significativas em mapeamentos que deveriam ser semelhantes.No final do processo de produo de mapas a publicao interessante para divulgao dainformao (ARVOR et al., 2013).

    As imagens de Sensores Remotos Orbitais captam a energia da RadiaoEletromagntica. O ideal, para se registrar a imagem, que essa energia seja igual tanto nonvel da superfcie terrestre, quando refletida/emitida pelos alvos/objetos, quanto aquela quechega no sensor orbital. Entretanto, as interaes entre matria na atmosfera e o fluxoeletromagntico, emitido/refletido pelos objetos situados sobre a superfcie terrestre, impedemque isso acontea. A matria na atmosfera vapor dgua, poeira/fumaa e gases podemabsorver o fluxo de energia (absoro); refletirem para o sensor fluxos de energia que noprovm do alvo (reflexo); alterar a trajetria do fluxo de energia (refrao) emitido pelo alvo.Essas interferncias adicionam e subtraem energia ao que deveria ser registrado pelo sensororbital. fundamental que essa interferncia seja removida, ou minimizada, pelo menos(JENSEN, 2009).

    Sabendo das interferncias que a atmosfera promove no fluxo de energiaeletromagntica refletido pelos alvos/objetos sobre a superfcie terrestre, existem duasabordagens que buscam eliminar/minimizar esses efeitos. O primeiro conhecido porCorreo Atmosfrica pelo Pixel Escuro Dark Object Subtraction (DOS). Esse mtodoparte do princpio que alguns pixels registrados pelo sensor devem ter valor zero (0) emqualquer banda espectral. Outra forma de minimizar/eliminar as interferncias atmosfricasatua sobre a radincia aparente (aquela que o sensor orbital registra) ou Fator de ReflectnciaBidirecional (FRB) aparente. O FRB uma relao entre a Radincia e a Irradincia doalvo. Dois modelos de transferncia radiativa so utilizados para resgatar valores originais ouprximos de Reflectncia de Superfcie dos alvos: o Moderate Spectral ResolutionAtmospheric Transmitance Algorithm (Modtran) e o Simulation of the Satellite Signal in theSolar Spectrum (5S). Os modelos mencionados esto implementados nos respectivosprogramas: Atcor e 6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)(VERMOTE et al., 1997). Essa forma de correo atmosfrica considera ModelosAtmosfricos relativos s concentraes de vapor dgua, O3, profundidade ptica, tipo econcentrao de aerossis. Nesses mtodos a Absoro e Reflexo, geradas pela atmosferacomo interferncia na quantidade de energia que chega ao sensor orbital, so consideradaspara realizar a correo atmosfrica (PONZONI et al., 2012).

    A duas formas de correo atmosfrica DOS e Transferncia Radiativa devemexpressar a Reflectncia Superfcie (PONZONI et al. 2012) ou Espectral (JENSEN, 2009),em porcentagem. A Reflectncia de Superfcie provm da Reflectncia Hemisfrica ou FRBaparente (PONZONI et al. 2012). Esta por sua vez, calculada a partir da Radincia aparente,aquela registrada nos sensores orbitais como Nmeros Digitais (ND). Os mtodos de correoatmosfrica transformam os ND em valores de radincia e calculam a reflectncia desuperfcie a partir das informaes fornecidas conforme o modelo. Com a ReflectnciaAparente os alvos podem ser caracterizados conforme seu comportamento espectral. O

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  • comportamento ou assinatura espectral do alvo a quantidade de energia que o mesmo refleteem cada banda espectral. Com isso, pode-se construir grficos que caracterizam cada tipo dealvo observado sobre a superfcie terrestre (PONZONI et al., 2012).

    Antunes et al. (2012) afirmam que a correo atmosfrica para o sensor AVNIR-2 dosatlite ALOS, feita no programa 6S, apresentou diferena significativa entre a imagemcorrigida e original. Estatisticamente, a diferena foi significativa apenas para a banda do azul(420 500nm). Assim, justifica-se a correo atmosfrica, pois para cada imagem umresultado diferente poder ocorrer devido s diferenas nas condies atmosfricas e nageometria de iluminao e visada. A correo atmosfrica permitir a obteno da respostaespectral dos alvos sem a interferncia atmosfrica (ANTUNES et al., 2012).

    O Decreto Presidencial 7.830/12 instituiu o Programa de Regularizao Ambiental.Esta ao do governo federal almeja a ocupao sustentvel das reas rurais no pas. Oprograma, atravs do Cadastro Ambiental Rural (CAR), produzir dados e informaesgeoespaciais para apoiar a gesto ambiental nacional. O governo federal considera queinformaes atuais de cobertura vegetal natural so essenciais para o sucesso do Programa. Agerao dessa informao necessita de imagens de satlite, fundamentalmente. Alm dacobertura vegetal, o uso do solo nos imveis rurais e sua localizao tambm so informaesque podem ser extradas de imagens de satlite. Considerando a importncia das imagensorbitais, o Ministrio do Meio Ambiente utilizar e disponibilizar imagens da constelaoRapidEye para apoiar a gerao das informaes geoespaciais temticas necessrias aoPrograma de Regularizao Ambiental.

    Os produtos da constelao RapidEye so fornecidos ao consumidor pela empresaBlackbridge. Suas especificaes esto descritas na tabela 1.

    Tabela 1: Especificaes da Constelao RapidEye.

    Conforme o fabricante, RapidEye um sistema com cinco satlites independentes comsensores idnticos, localizados na mesma rbita. Imagens ortorretificadas so fornecidas comtamanho 25x25km, no Datum WGS84, em coordenadas projetadas UTM. Embora asinformaes sejam coletadas originalmente com resoluo radiomtrica de 12bits, o produto fornecido em arquivos de 16bits. Os valores dos pixels representam valores de radinciaajustados por fator de escala igual a 0,01. Os valores observados nos pixels esto em unidadesde radincia W m-2 sr-1 (Watts por metro quadrado, por esterradianos) multiplicados por100.

    Antunes et al. (2014) afirmam que a efetiva utilizao das imagens RapidEyedepende de uma avaliao das caractersticas espectrais do sensor. Por isso, necessriorealizar a correo atmosfrica dos produtos RapidEye. Pimenta et al. (2013) demonstram a

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  • diferena entre imagens originais e imagens com correo atmosfrica. Essa concluso seconfirma quando se identifica uma maior aproximao curva espectral esperada para asdiferentes