principio de sensoriamento remoto
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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