sensoriamento remoto - introdução teórica
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Sensoriamento Remoto
Vitor Vieira VasconcelosCarolina Moutinho Duque de Pinho
Flávia da Fonseca FeitosaDisciplina BH1408 – Cartografia e Geoprocessamento para o Planejamento Territorial
Abril de 2017
O que vem à cabeça quando ouve Sensoriamento Remoto?
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Sensoriamento Remoto
Sensoriamento Remoto
Sensoriamento Remoto
QUASE ISSO... TEM A VER COM REMOTO!
COM DISTÂNCIA, E AUSÊNCIA DECONTATO DIRETO.
Sensoriamento Remoto
Planejamento Territorial & Sensoriamento Remoto
Sensoriamento RemotoConjunto de técnicas relacionadas à utilização de sensorespara a aquisição de informações sobre objetos oufenômenos sem que haja contato direto entre eles.
Sensoriamento
Remoto
Obtenção de dados
Distante
Sensoriamento Remoto“Sensoriamento Remoto é uma ciência que visa o desenvolvimento da obtenção deIMAGENS DA SUPERFÍCIE TERRESTRE por meio da detecção e medição quantitativa das respostas das interações da RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA com os materiais terrestres”
Sensores Imageadores São os de maior interesse parao planejamento territorial, são aqueles que fornecemcomo resultado uma imagem da superfície observada.
MENESES, P. R. e ALMEIDA, T. Introdução ao processamento de imagens de sensoriamento remoto. Brasília: UNB, 2012
SENSORES IMAGEADORES
SENSORES A BORDO DE SATÉLITES
- SENSORES ORBITAIS -
Rastreamento da Superfície Terrestre
(Scanning)
Imagem Orbitais - várias resoluções
SENSORES IMAGEADORES
SENSORES A BORDO DE AVIÕES
- CÂMERAS FOTOGRÁFICAS -
Imagem obtida instantaneamente
Fotografia Aérea
Em geral, apresentam resolução fina(grande escala)
Aquisição de DadosPRINCÍPIO BÁSICO
Os sensores captam a energia eletromagnética irradiadapelos objetos na superfície terrestre
Fundamentos do Sensoriamento Remoto
PRINCÍPIOS FÍSICOSInteração entre a energia e a matéria
Sensoriamento Remoto
“Sensoriamento Remoto é uma ciência que visao desenvolvimento da obtenção de imagens daSUPERFÍCIE TERRESTRE por meio da detecção emedição quantitativa das respostas dasinterações da RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICAcom os materiais terrestres”
MENESES, P. R. e ALMEIDA, T. Introdução ao processamento de imagens de sensoriamento remoto. Brasília: UNB, 2012
Princípios FísicosO que é Radiação Eletromagnética?O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção.
A radiação térmica, também conhecida como irradiação, é uma forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas
Como essas ondas podem propagar-se no VÁCUO, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor
Princípios Físicos
Todos os corpos emitem radiações térmicas que são proporcionais à sua temperatura
Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de calor que o objeto irradia
Um exemplo desse processo é o que acontece com a Terra, que, mesmo sem estar em contato com o Sol, é aquecida por ele
Princípios Físicos
Radiação Eletromagnética (REM)
Dualidade do comportamento da natureza da radiação eletromagnética (REM):
onda (modelo ondulatório) e
energia (modelo corpuscular)
Modelo Ondulatório
Uma partícula carregada eletricamente gera um campo elétricoem torno de si e o movimento dessa partícula gera, por sua vez,um campo magnético. Ambos os campos, elétrico e magnético,atuam vibrando ortogonalmente entre si e possuem as mesmasamplitudes.
Conceitos fundamentais: Comprimento de onda Comprimento de um ciclo completo,
distância entre duas cristas Freqüência quantidade de ciclos por segundo (medida em Hertz)
c velocidade da Luz (m/s)
λ comprimento de onda (m)
f freqüência (Hz)
Velocidade da no vácuo = 3 x 108m/s
Comprimentode onda
frequência
Modelo Ondulatório
c = f λ
Modelo Ondulatório
Espectro eletromagnético
Fonte: http://www.brasilescola.com/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm
Espectro eletromagnético
Espectro eletromagnético
Unidades de medida
Espectro eletromagnético
FAIXA DO VISÍVEL (Cores)
Pequena faixa em relação a todo o espectro
Fonte: Canada Centre for Remote Sensing: Fundamentals of Remote Sensing. 2016.
INFRAVERMELHO
de 0.7 μm a to 100 μm - 100 vezes maior que a porção do visível
Duas categorias: Refletido de 0.7 a 3.0 μm Emitido 3.0 a 100 μm(radiação emitida pela Terra principalmente na forma de
temperatura)
Espectro eletromagnético
Fonte: Canada Centre for Remote Sensing: Fundamentals of Remote Sensing. 2016.
MICROONDAS
de 1 mm a 1 m Cobre os maiores comprimentos
de onda utilizados pelo SR Os comprimentos de onda mais
curtos têm propriedades similares ao termal
Os maiores comprimentos de onda são de ondas de rádio
Espectro eletromagnético
Fonte: Canada Centre for Remote Sensing: Fundamentals of Remote Sensing. 2016.
Interações Energia-Matéria
INTERAÇÃO COM OS ALVOS Energia Incidente (I): Absorção Transmissão Reflexão
A quantidade de energia de cada tipo de interação é determinada pelas propriedades físico químicas do alvo
Fonte: Canada Centre for Remote Sensing: Fundamentals of Remote Sensing. 2016.
Interações Energia-Matéria
ABSORÇÃO É o processo pelo qual a
energia radiante é absorvida e convertida em outras formas e energia.
Banda de absorção é um intervalo de comprimento de onda do espectro no qual a energia é absorvida por uma determinada substância.
REFLEXÃO ESPECULAR superfícies lisas DIFUSA superfícies rugosas Tamanho dos λs vs. variações na superfície
Interações Energia-Matéria
Fonte: Canada Centre for Remote Sensing: Fundamentals of Remote Sensing. 2016.
As cores de um objeto são dependentes dos comprimentos de onda que são refletidos por ele.
Fonte: INPE
Fonte: INPE
Reflectância É a razão entre a
quantidade de energiarefletida e recebida porum superfície
É uma grandezaadimencional e que reflete algumascaracterísticas do alvoestudado
É dependente do comprimento de onda
Assinatura Espectral
Comportamento espectralFOLHAS A clorofila absorve energia no vermelho e azul, e reflete no
verde A estrutura interna de folhas sadia reflete bastante no infra-
vermelho próximo
Fonte: Canada Centre for Remote Sensing: Fundamentals of Remote Sensing. 2016.
FOLHAS A clorofila absorve energia no vermelho e azul, e
reflete no verde A estrutura interna de folhas sadia reflete bastante no
infravermelho próximo
Vegetação
Solos
Água
Bowker, David E., et al. "Spectral reflectances of natural targets for use in remote sensing studies." Nasa Reference Publication 1139, 1985.
Água
Rio Piracicaba Rio Tietê
Reservatório de Barra Bonita
Curvas de reflectância da água obtidas nos rios Tietê e Piracicabae no reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo
Elevada concentração dematerial inorgânico emsuspensão, com acentudareflectância na faixa dovermelho.
Elevada concentração dematéria orgânica na água.
Água dos dois rios jámisturadas, mostrandoclaramente a transiçãoentre os dois espectrosanteriores.
Fonte: Geomática Aplicada à Gestão de Recursos Hídricos. PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS Engenheiro Agrônomo – UFES . Mestrado em Meteorologia Agrícola – UFV
Fundamentos do Sensoriamento Remoto
Geração da Imagem
Sensores: Fonte de Energia
Sensores PassivosColeta radiação refletiva ou emitida pelos objetos da superfície. Depende das condições atmosféricas, pois áreas com nuvens não serão imageadas adequadamente
Ex: Câmera Fotográfica
Sensores: Fonte de Energia
Sensores AtivosPossuem própria fonte de radiação, a qual incide em um alvo, captando em seguida o seu reflexo
Ex.: Radar
Sensores: Órbita
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
Sensores: ÓrbitaÓrbita Geossíncrona EquatorialLocaliza-se diretamente acima da linha do Equador, aproximadamente a 3600 km de altura
Nesta distância o satélite demora 24h para dar uma volta completa no planeta. Sabendo que a Terra demora 24h para dar uma volta sobre o seu eixo (rotação), podemos observar que o satélite e a Terra se movem juntos.
Sensores: ÓrbitaÓrbitas Polares
Muito usadas para o observação da superfície de nosso planeta. Como a órbita do planeta tem direção Norte-Sul e a Terra gira na direção Leste-Oeste, isto resulta que um satélite em órbita polar pode eventualmente “varrer” a superfície inteira da Terra.
Swath ou FOV (field of view), afeta: LARGURA DA IMAGEM Sobreposição em altas latitudes (órbitas polares e
quase polares)
Fonte: A Canada Centre for Remote Sensing Remote Sensing Tutorial; Florenzano, 2002
Satélites
Videos: “Satélite de Órbita Polar”: https://youtu.be/XY5wHSTqIyU“Nasa | Landsat’s Orbit”: https://youtu.be/P-lbujsVa2M
Geração da ImagemCaracterísticas das imagensEnergia captada sinal elétrico discretizadoem números digitais (ND)
Armazenagempor pixel
Fonte: A Canada Centre for Remote Sensing
Remote Sensing Tutorial
Bandas Faixa do espectro detectada pelo sensor
Composição colorida As cores primárias RGB são associadas as bandas
• Depende da interação do alvo com a energia eletromagnética em cada intervalo de banda
• Um mesmo alvo assume cores diferentes em composições distintas
Geração da Imagem
Assinatura Espectral X Bandas
Pinho, C. M. D., Ummus, M. E., & Novack, T. Simulação do comportamento espectral de alvos urbanos em sensores multiespectrais. Anais do XIV Simpósio de Sensoriamento Remoto, Natal, Brasil, 25-30 de abril de 2009, INPE, p. 803-810
Assinatura Espectral X Bandas
Pinho, C. M. D., Ummus, M. E., & Novack, T. Simulação do comportamento espectral de alvos urbanos em sensores multiespectrais. Anais do XIV Simpósio de Sensoriamento Remoto, Natal, Brasil, 25-30 de abril de 2009, INPE, p. 803-810
Assinatura Espectral X Bandas
Fonte: Nasa
Pinho, C. M. D., Ummus, M. E., & Novack, T. Simulação do comportamento espectral de alvos urbanos em sensores multiespectrais. Anais do XIV Simpósio de Sensoriamento Remoto, Natal, Brasil, 25-30 de abril de 2009, INPE, p. 803-810
BandasPara cada banda é gerada uma imagem.
Landsat ETM+ Ubatuba, 11/08/1999Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Vermelho Infravermelho próximo Infravermelho médio
BandasPouca energia Muita Energia
Valor baixo px (ND) Valor alto px (ND)
Landsat ETM+ Ubatuba, 11/08/1999Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Vermelho Infravermelho próximo Infravermelho médio
BandasO intervalo espectral de cada banda é que define a tonalidade de cada “alvo” ou objeto na imagem. Relação com o comportamento espectral.
Vermelho Infravermelho próximo Infravermelho médioLandsat ETM+ Ubatuba, 11/08/1999
Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Composições Coloridas e o padrão RGB
Bandas Landsat 7 e 8
Fonte: Nasa
BandaIntervalo espectral
(µm)Principais características e aplicações das bandas LANDSAT 7
1 (0,45 -0,52)
Apresenta grande penetração em corpos de água, com elevada transparência, permitindo estudos batimétricos. Sofre absorção pela clorofila e pigmentos fotossintéticos auxiliares (carotenóides). Apresenta
sensibilidade a plumas de fumaça oriundas de queimadas ou atividade industrial. Pode apresentar atenuação pela atmosfera.
2 (0,52 -0,60)
Apresenta grande sensibilidade à presença de sedimentos em suspensão, possibilitando sua análise em termos de quantidade e qualidade. Boa penetração em corpos de água.
3 (0,63 -0,69)
A vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande absorção, ficando escura, permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas com vegetação (ex.: solo exposto, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite análise da
variação litológica em regiões com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galeria e entalhe dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a
banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificação de novos loteamentos. Permite a identificação de áreas agrícolas.
4 (0,76 -0,90)
Os corpos de água absorvem muita energia nesta banda e ficam escuros, permitindo o mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de água. A vegetação verde, densa e uniforme, reflete muita energia
nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das florestas (dossel florestal). Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para análise e mapeamento de feições
geológicas e estruturais. Serve para separar e mapear áreas ocupadas com pinus e eucalipto. Serve para mapear áreas ocupadas com vegetação que foram queimadas. Permite a visualização de áreas ocupadas
com macrófitas aquáticas (ex.: aguapé). Permite a identificação de áreas agrícolas.
5 (1,55 -1,75)
Apresenta sensibilidade ao teor de umidade das plantas, servindo para observar estresse na vegetação, causado por desequilíbrio hídrico. Esta banda sofre perturbações em caso de ocorrer excesso de chuva
antes da obtenção da cena pelo satélite.
6 (10,4 -12,5)
Apresenta sensibilidade aos fenômenos relativos aos contrastes térmicos, servindo para detectar propriedades termais de rochas, solos, vegetação e água.
7 (2,08 -2,35)
Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo obter informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Esta banda serve para identificar minerais com íons hidroxilas. Potencialmente favorável à
discriminação de produtos de alteração hidrotermal.
http://www.dgi.inpe.br/Suporte/files/Cameras-LANDSAT57_PT.php
Landsat ETM+ Ubatuba, 11/08/1999
Composições Coloridas
Composição Colorida RGB 321
Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Landsat ETM+ Ubatuba, 11/08/1999
Composições Coloridas
Composição Colorida RGB 453
Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Landsat ETM+ Ubatuba, 11/08/1999
Composições Coloridas
Composição Colorida RGB 543
Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Imagem Composições coloridas
Universidade de Wisconsin (EUA)
Fonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Cor Natural Incluindo Infravermelho
n = grama naturalf = grama sintética
FlorianópolisFonte: Florenzano, Teresa Gallotti. Imagens de satélite para estudos ambientais. Oficina de textos, 2002
Imagem Composições coloridas
Cor Natural Incluindo Infravermelho
RESOLUÇÃO
Espacial Espectral Radiométrica Temporal
Imagem
Tamanho da menor feição que pode ser detectada pelo sensor
Resolução Espacial
Landsat 8 – 30m
Quickbird – 2.8m /0.6m
Resolução Espectral
Função: Número de bandas Largura das bandas Posição das bandas no espectro eletromagnético
Um sensor tem melhor resolução espectral se ele possui maior número de bandas situadas em diferentes regiões espectrais e com larguras estreitas de comprimentos de onda
Resolução EspectralImagem pancromática e Imagem multiespectral
Resolução Espectral
Fonte: Fusão imagem Worldview. http://i.ytimg.com/vi/UM8WhUEHvzo/hqdefault.jpg
a) Pancromática b) Multiespectral c) Sintética
Resolução Radiométrica Descreve a habilidade de um sistema de
imageamento distinguir pequenas diferenças na detecção de energia
Maior será a resolução radiométrica, quanto maior for a capacidade do detector para medir as diferenças de intensidades dos níveis de energia
Ela define o número de níveis de energia que o detector pode discriminar
Números positivos que variam de zero até uma potência de 2
Bits Quantidade de ND21 222 428 256210 1024211 2048216 65536
Resolução Radiométrica
ResoluçãoRadiométrica
Fonte: http://www.fis.uni-bonn.de/en/recherchetools/infobox/professionals/resolution/radiometric-resolution
O DIFERENCIAL 11-Bits
8-Bits 11-Bits
Machado (2002)
QUICKBIRD
Resolução Temporal
Tempo de revisita Capacidade de visada
lateral Capacidade de
imageamento no sentido inverso da órbita
Constelação de Satélites
Fonte: A Canada Centre for Remote Sensing Remote Sensing Tutorial
Resolução Temporal
(a) Padrão de órbitas completadas pelo satélite Landsat em um único dia(b) Padrão após recobrimento de 16 dias
Os dados Landsat constituem a mais longa sériehistórica de imagens das superfícies continentais,obtidos a partir de uma perspectiva do espaço qualidade, detalhamentos, cobertura e valor
Representa uma fonte de: medições globais,calibradas e de resolução espacial média dasuperfície terrestre, que pode ser comparada comdados e registros históricos prévios
Fonte: Formaggio, 2007
A Série Landsat
Landsat 1: Lançado em 23/07/72 - Desativado em 06/01/78Landsat 2: Lançado em 22/01/75 - Desativado em 52/02/82 Landsat 3: Lançado em 05/03/78 - Desativado em 31/03/83 Landsat 4: Lançado em 16/07/82 – Parou de imagear em 14/12/1993Landsat 5: Lançado em 01/03/84 - Funcionou até novembro de 2011Landsat 6: Lançado em 05/10/93 - Perdido após o lançamentoLandsat 7: Lançado em 15/04/99 – Com problemas (vida útil estava prevista para ser superior a 5 anos em órbita), quebrou o espelho em 2003. Até hoje há cenas dele porém com apenas 25% da área aproveitávelLandsat 8 (Landsat Data Continuity Mission - LCDM) – Lançado em 11 de fevereiro de 2013
A Série Landsat
A Série Landsat
https://landsat.usgs.gov/landsat-missions-timeline
Landsat1-3
Landsat4-5
Comprimento de Onda (μm)
Resolução(m)
4 – Verde 1 0.5-0.6 605 - Vermelho 2 0.6-0.7 606 – InfravermelhoPróximo (NIR) 3 0.7-0.8 60
7 – InfravermelhoPróximo (NIR) 4 0.8-1.1 60
A série Landsat Landsat 1-5 Multispectral Scanner (MSS)
(1972 a 2011)
https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites
Resolução Radiométrica – 8 bitsResolução temporal – 16 dias
Campo de visão – 170 x 183 km
A série Landsat Landsat 4-5 Thematic Mapper (TM)
https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites
Bandas Comprimento de Onda (μm)
Resolução(m)
1 – Azul 0.45-0.52 302 – Verde 0.52-0.60 303 - Vermelho 0.63-0.69 304 – InfravermelhoPróximo (NIR) 0.76-0.90 30
5 - Infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1 1.55-1.75 30
6 - Termal 10.40-12.50 120* (30)7 - Infravermelho de ondas curtas (SWIR) 2 2.08-2.35 30
A série LandsatLandsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)
https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites
Bandas Comprimento de Onda (μm)
Resolução(m)
1 – Azul 0.45-0.52 302 – Verde 0.52-0.60 303 - Vermelho 0.63-0.69 304 – InfravermelhoPróximo (NIR) 0.77-0.90 30
5 - Infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1 1.55-1.75 30
6 - Termal 10.40-12.50 60 * (30)7 - Infravermelho de ondas curtas (SWIR) 2 2.09-2.35 30
8 - Pancromático .52-.90 15
A série LandsatLandsat 8 Operational Land Imager (OLI) and Thermal
Infrared Sensor (TIRS)
https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites
Bandas Comprimento de Onda (μm)
Resolução (m)
1 - Ultra azul (costas/aerosol) 0.43 - 0.45 302 - Azul 0.45 - 0.51 303 – Verde 0.53 - 0.59 304 – Vermelho 0.64 - 0.67 305 – Infravermelho Próximo (NIR) 0.85 - 0.88 30
6 – Infravermelho de Ondas Curtas (SWIR1) 1.57 - 1.65 30
7 – Infravermelho de Ondas Curtas (SWIR2) 2.11 - 2.29 308 - Pancromático 0.50 - 0.68 159 - Cirrus 1.36 - 1.38 3010 – Termal (TIRS) 1 10.60 - 11.19 100 * (30)11 – Termal (TIRS) 2 11.50 - 12.51 100 * (30)
Resolução Radiométrica – 12 bits
A série Landsat
https://landsat.gsfc.nasa.gov/about/technical-information/
Comparação com outros satélites gratuitos
https://pbs.twimg.com/media/C6AXwkmU0AEct5P.jpg
Portais: INPE
Portais: NASA
Evelyn M. L. de Moraes Novo - INPE308 pp. 4 edição, Editora EdgarBlucher, 2011
MENESES, P. R. e ALMEIDA, T.Introdução ao processamentode imagens de sensoriamentoremoto. Brasília: UNB, 2012, p.01-33.