Departamento de Agronomia UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

Transcrição

1 Tecnologias utilizadas na agricultura de precisão. Os sensores Energia eletromagnética e a teoria da onda Onda eletromagnética e espetro eletromagnético O Sol a atmosfera e a energia radiante. As janelas atmosféricas.

2 Objetivos do desenvolvimento dos sensores: - implementar sistemas capazes de obter e armazenar informação para posterior interpretação e utilização (modulação com cartas de predição); - implementar sistemas para determinar, em tempo real, a variabilidade intraparcelar, e que permitam dar uma resposta imediata - tempo real (modulação com cartas de intervenção). Sensores eletromagnéticos - sensores que permitem quantificar a energia eletromagnética, energia radiante ou radiação eletromagnética. Radiação é a propagação da energia por ondas no espaço ou por meio de partículas. Radiação (energia) eletromagnética - é forma de energia que se move à velocidade da luz ( km/s), seja em forma de ondas ou de partículas eletromagnéticas, e que não necessita de um meio material para se propagar. A quantidade de energia transmitida do objecto ao sensor permite gerar informação. Sensores óticos (visível / IR); radar (microondas); LiDAR (basicamente ondas NIR)

3 Sensores eletromagnéticos (cont) A radiação pode ser identificada pelo elemento condutor de energia que, para a radiação eletromagnética, são os fotões. A radiação emitida pelo Sol é constituída pelas ondas elétricas e magnéticas, por isso a radiação se chama eletromagnética. Radiação eletromagnética é uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético que se propagam através do espaço transportando energia. A luz visível é uma das partes da radiação eletromagnética. Todo o corpo com temperatura acima de 0º Kelvin (-273 ºC) emite energia eletromagnética. Espetro eletromagnético é o intervalo completo da radiação eletromagnética, que contém desde as ondas de rádio, o infravermelho, a luz visível, os raios ultravioletas, o raio X, até a radiação gama; é a representação contínua da radiação eletromagnética, em termos de comprimento de onda, frequência ou energia. O espetro eletromagnético representa a distribuição da radiação nos vários comprimentos de onda. Outros sensores - da condutividade elétrica do solo, de produção, de temperatura por infravermelhos, etc.

4 Energia eletromagnética - Modelo Ondulatório

5 Modelo Ondulatório Onda eletromagnética : - Campo elétrico (E) perpendicular ao campo magnético (M) - Viaja à velocidade, c (3x10 8 ms -1, no vácuo) movimento sinusoidal/harmónico velocidade da luz, v (m/s) comprimento de onda, (m) frequência, f (s -1 or Hz) v f v = cte (3*10 8 m/seg) Distância de um pico da onda ao seguinte Número de picos que passam num ponto fixo do espaço, por unidade de tempo Propriedades de uma onda: - periódicas (frequência, comprimento de onda e velocidade) - polarização; - interferência e difração: formação de imagens

6 Teoria da onda - o comprimento das ondas e sua frequência A energia eletromagnética (EEM), radiação eletromagnética (RE), ou energia radiante (ER), é definida pela frequência (Hz) e comprimento de onda (nm). Velocidade da luz (constante) = frequência * comprimento de onda O conceito de comprimento e frequência das ondas é muito importante para se perceber o efeito Doppler que explica como é que as ondas do som e da luz são comprimidas ou expandidas à medida que os objetos que as produzem se aproximam ou afastam dos sensores. À medida que um comboio se aproxima os nossos ouvidos tendem progressivamente a ouvir os sons mais altos (menores comprimentos de onda mais energia) até que ele chega até nós. À medida que o comboio se afasta as frequências originais diminuem (maiores comprimentos de onda menor energia) e o som vai-se tornando cada vez mais baixo. Este princípio, aplicado à aproximação - afastamento do som, aplica-se igualmente à luz e é utilizado pelos astrónomos para determinar a velocidade de afastamento das estrelas da terra.

7 Quando a corda se movimenta lentamente para cima e para baixo produzem-se poucas ondas na corda. Estas ondas são compridas porque a corda tem movimento lento e as ondas têm pouca energia. Quando se aumenta a velocidade dos movimentos da corda, produzem-se ondas mais curtas mas com mais energia.

8 O Sol a atmosfera e a energia radiante. As janelas atmosféricas.

9 O Sol a atmosfera e a energia radiante Reações nucleares que acontecem na superfície do Sol produzem ondas de alta energia que incluem os raios gama, raios X e muita da radiação ultravioleta que é irradiada em direção à Terra. Muita da radiação de baixa energia que é emitida pelo Sol é produzida próximo da sua superfície. Isto inclui a radiação das regiões do ultravioleta, visível e infravermelho. Parte da ondas emitidas pelo Sol, ao atingir a superfície terrestre, são refletidas permitindo a sua deteção remota.

10 As radiações do visível e do infravermelho são as mais utilizadas em deteção remota. (± 50% da radiação total do Sol chega até às plantas) Os comprimentos de onda de menor energia são emitidos pela própria Terra e incluem as regiões do infravermelho termal, microondas e ondas de rádio.

11 Interação da REM Solar x Atmosfera Qualquer radiação, independente da fonte de energia utilizada, interage com a atmosfera. A REM Solar é perturbada pela atmosfera - antes de atingir o sensor (satélite ou aeronave) deve passar 2 vezes pela atmosfera. Atmosfera modifica as intensidades da REM: - até à superfície terrestre - da superfície ao equipamento sensor A maior parte da REM não pode ser utilizada pela deteção remota.

12 Interações da radiação com a atmosfera. SOL (1) Interacções com a atmosfera Dispersão (Scattering) Absorção Refração

13 Interacções da energia com a atmosfera terrestre A atmosfera terrestre pode ter um efeito enorme sobre a intensidade e composição espetral da energia que está disponível para um determinado sensor. Os efeitos da atmosfera terrestre sobre a REM dependem : - da distância percorrida - da magnitude do sinal a medir - das condições atmosféricas - do comprimento de onda As causas do efeito da atmosfera sobre a REM devem-se, principalmente, aos mecanismos físicos da dispersão (1) e absorção

14 Interação da REM Solar x Atmosfera Atenuação Atmosférica = Dispersão + Absorção - Dispersão atmosférica (total/parcial) - Obstrução da REM (muda de direção-difusa) - Função: tamanho de partículas (d) - Tipos: - seletivo - molecular ou Rayleigh (d < i ) (névoa) - seletivo - MIE (d = i ) (neblina) - não seletivo (d > i ) Seletivo (1) (Molecular/Rayleigh) Explica o céu limpo (azul) e o pôr de Sol (vermelho) Seletivo (1) (Mie), Explica o arco iris - Absorção atmosférica - REM é transformada em e re-emitida - Função: gases e aerossóis - pequena - desprezada Não Seletivo (2) Explica nuvens e neblina (brancas)

15 Interações da radiação com a atmosfera. Dispersão (difusão, espalhamento, Scattering) atmosférica é uma dispersão (difusão, espalhamento, Scattering) aleatória de radiação por partículas na atmosfera. Dispersão Rayleigh ou molecular (dispersão seletiva) Ocorre quando a radiação interage com moléculas atmosféricas e outras partículas minúsculas que são muito menores em diâmetro do que o comprimento de onda da radiação. A dispersão de Rayleigh (em homenagem a Lord Rayleigh) é a dispersão da luz ou qualquer outra radiação eletromagnética por partículas muito menores que o comprimento de onda dos fotões dispersados. Ocorre quando a luz viaja por sólidos e líquidos transparentes, mas se observa com maior frequência nos gases. A dispersão de Rayleigh da luz solar na atmosfera é a principal razão pela qual o céu é azul. Se o tamanho das partículas é maior que o comprimento de onda, a luz não se separa e todos os comprimentos de onda são dispersados, como quando ao atravessar uma nuvem, esta se vê como branca, o mesmo ocorre quando atravessa os grãos de sal e de açúcar. Na ausência de scatter o céu seria preto. O efeito do dispersão Rayleigh é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda. Existe uma tendência mais forte a este tipo de espalhamento para os comprimentos de onda menores do que para os maiores, ou seja, os mais curtos (azuis) são mais difundidos (dispersos) do que os outros visíveis - céu azul.

16 Interações da radiação com a atmosfera. Dispersão Mie - Dispersão Seletiva (diferente para os vários comprimentos de onda) Ocorre quando o diâmetro das partículas atmosféricas é essencialmente igual ao comprimento de onda da radiação. Vapor de água (1) e poeira são as maiores causas do espalhamento Mie. Este tipo de dispersão tende a influenciar comprimentos de onda maiores do que o espalhamento Rayleigh. Dispersão Não-Seletiva (semelhante para os vários comprimentos de onda) Ocorre quando o diâmetro das partículas atmosféricas são muito maiores do que os comprimentos de onda da radiação. Gotas de água, por exemplo, causam este tipo de espalhamento por possuírem diâmetros entre 5 e 100 m e espalharem todos os comprimentos de onda do visível e do infravermelho próximo e médio. (ver explicação em rodapé) A dispersão da radiação depende da dimensão das partículas que atravessa.

17 Mecanismos da dispersão (ᴓ das partículas < λ, dispersão seletiva) Nesta situação há uma maior tendência para a dispersão dos comprimentos de onda menores, em relação aos comprimentos de onda maiores. Corresponde à existência do céu azul. As partículas muito pequenas de poeira cósmicas e as moléculas de azoto e oxigénio são responsáveis pela dispersão de Rayleigh. É o mecanismo de dispersão dominante na atmosfera a maior altitude. Ao nascer e pôr do Sol, a dispersão é muito intensa, pelo que apenas se visualiza a radiação de maior comprimento de onda (verde e vermelho). Ao nascer e ao pôr do sol, a energia atravessa um caminho mais longo do que ao meio dia: a difusão (e absorção) dos curtos é + completa que só vemos os menos difundidos, ou seja, as ondas de maior comprimento - vermelho e laranja.

18 Mecanismo de absorção Consiste numa perda de energia para os elementos constituintes da atmosfera terrestre. Vapor de água, dióxido de carbono e ozono são os gases absorventes mais eficientes. (1) É importante conhecer este problema, pois influencia a decisão em relação à zona do espetro eletromagnético que vai captar REM. Ozono: absorve a radiação mais nociva para os seres vivos, ou seja, a radiação UV que provoca queimaduras na pele, cegueira, etc.; Dióxido de carbono: absorve energia na zona do infravermelho térmico (efeito de estufa); Vapor de água: absorve a radiação com maior intensidade, com comprimentos de onda entre 22 µm e 1 m. A presença de vapor de água (humidade) varia de local para local em zonas da atmosfera de baixa altitude.

19 Brilho verde, raio verde ou anel verde Quando o ar está limpo e o Sol está a pôr-se perto do horizonte, têm uma cor amarelada porque apenas a radiação de maior comprimento de onda do visível atravessa a atmosfera e chega aos nossos olhos; a radiação azul e violeta devido ao seu menor comprimento de onda (maior energia) é dispersa antes, ou seja, não atravessa a atmosfera. As pequenas partículas de sal (sobre o mar) ou de poeira (natural ou resultante da poluição), são as responsáveis pela dispersão pelo que só as ondas de maior comprimento (verde, amarelo e vermelho) é que atravessam a atmosfera e chegam até nós.

20 Absorção - específica de um, há perda de energia para os constituintes da atmosfera Ex: vapor de água, CO 2 e ozono Janelas atmosféricas são as zonas do espetro eletromagnético permissivas à radiação (REM); correspondem às zonas de passagem da radiação, especialmente a radiação visível, infravermelha e microondas.

21 Janelas atmosféricas Fontes primárias de energia eletromagnética Janelas atmosféricas: a energia pode ser transmitida para e da Terra Sensibilidade espetral dos sensores para detetar e registar a energia deteção REMOTA Janelas atmosféricas Zonas do espetro da radiação (energia) EM nas quais a radiação atravessa a atmosfera sem sofrer alterações significativas.

22 Máximo de energia disponível (1) - faixa de 0,4 a 0,7 m (visível). Interação da REM Solar x Superfície Terrestre Absorção Atmosférica - regiões do espetro que não permitem a passagem da energia (opaca). Principais responsáveis: - ozono (O 3 ), oxigénio (O 2 ), vapor d água (H 2 O), gás carbónico (CO 2 ) Janelas Atmosféricas - regiões do espetro que permitem a passagem da energia Principais: - faixas do visível, infravermelho e microondas < 0,3 metros não ultrapassam a atmosfera

23 Janelas atmosféricas ( zonas do espetro eletromagnético permissivas à radiação )

24 Janelas atmosféricas ( zonas do espetro eletromagnético permissivas à radiação ) Visível IV Microondas A transmissividade resulta da passagem da energia radiante através das janelas atmosféricas Os gases referidos absorvem a radiação evitando que esta chegue à superfície da terra 0.4 µm µm ; banda espetral do visível; 0.7 µm - 14 µm ; banda espetral do infravermelho

25 O espetro eletromagnético Espetro eletromagnético é o intervalo completo da radiação eletromagnética, que contém desde as ondas de rádio, as microondas, o infravermelho, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X e raios gama.

26 Ondas eletromagnéticas vs energia eletromagnética (teoria ondulatória) O Sol, que é a maior fonte de energia, emite radiações de comprimentos de onda < que 0.1 nm (nanómetros) até às centenas de metros, sendo ± 99% dessa energia emitida entre µm ( nm). A parte absorvida pela Terra é emitida entre 4-14 µm (14 µm - infravermelho afastado). Ondas eletromagnéticas vs bandas espetrais utilizadas na deteção remota: µm µm ; banda espetral do visível. As três componentes mais usadas são o azul (0.4 a 0.5 µm ), o verde (0.5 a 0.6 µm ) e o vermelho (0.6 a 0.7 µm ) µm - 14 µm ; banda espetral do infravermelho (IV). Abrange grande parte da energia solar que atinge a terra, nos comprimentos de onda até aos 4 µm, com a quase totalidade da energia emitida pela superfície da terra, especialmente em torno dos 10 µm. IV próximo (0.7 a 1.3 µm ) - IV médio (ótico) (1.3 a 3 µm) - IV afastado (termal) (3 a 14 µm ) - 1 mm - 1 m; microondas (RADAR). Não são influenciadas pelas condições atmosféricas. As bandas espetrais utilizadas na deteção remota são, principalmente, as correspondentes ao ótico e infravermelho. Nanómetro (nm) = do micra (µm), do mm; 1.0 x 10-9 m

27 Bandas (faixas) espetrais mais utilizadas na deteção remota (bandas correspondentes ao ótico e infravermelho). Comprimentos de onda óticos Refletido Termal ou emissivo Emitido Visível IV Próximo IV Médio IV Distante Comprimento de onda ( m) A faixa µm corresponde ao IV refletido e a µm corresponde ao IV emitido

28 Onda eletromagnética e espetro eletromagnético

29 Espetro eletromagnético Violet: m ( m) Blue: m Green: m Yellow: m Ultravioleta próximo Infra-vermelho Orange: m Red: m (1 nm) visível (1 mm) (1 m) comprimento de onda ( m)

30 Frequências (Hz) e comprimentos de onda (nm) da radiação eletromagnética.

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32 Source:

33 Espetro eletromagnético Banda do espetro utilizada em deteção remota

34 NIR (near infrared - infravermelho próximo) Spectra Radio Cosmic Gamma X UV IR Micro UHF Short Medium Long Ultra violet Vis Infrared Near Mid Far nm The NIR spectrum extends from 800 nm nm.

35 Espetro eletromagnético

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37 Radiação Eletromagnética O comprimento de onda ( ) é inversamente proporcional à frequência (f).

38 Raios γ: Os raios γ são tão penetrantes na matéria que destroem as células vivas, por isso são usados na medicina na destruição dos tumores malignos e na esterilização de materiais. São os raios mais penetrantes das emissões de substâncias radioativas. Não existe, em princípio, limite superior para a frequência das radiações gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de frequência para a radiação conhecida como raios cósmicos.

39 Raios X: Os raios X, muito penetrantes na matéria, são usados na medicina em radiografias e TAC. Também se usam no controlo das bagagens nos aeroportos. Seu comprimento de onda vai de 0,05 ângström (5 nm) até centenas de angströns (1 nm). São gerados, predominantemente, por paragem ou desacelaração de eletrões de alta energia. Por se constituirem de fotões de alta energia, os raios-x são altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta em pesquisa sobre a estrutura da matéria. Como toda a energia eletromagnética de natureza ondulatória, os raios X sofrem interferência, polarização, refração, difração, reflexão, entre outros efeitos.

40 Radiação ultravioleta: As radiações ultravioleta são emitidas pelo Sol, mas poucas chegam à Terra pois são absorvidas nas camadas superiores da atmosfera. As radiações ultravioleta de menor energia bronzeiam a pele. É necessário ter cuidado com estas radiações porque provocam queimaduras e cancro de pele (1). São usadas como desinfetante da água da rede pública. Extensa faixa do espetro (10 nm a 400 nm). As películas fotográficas são mais sensíveis à radiação ultravioleta do que à luz visível. Uso para deteção de minerais por luminescência e poluição marinha. A grande atenuação atmosférica nesta faixa é um grande obstáculo à sua utilização.

41 Radiação visível: A radiação visível é emitida pelo Sol, pelas lâmpadas de incandescência e fluorescentes, pelas lâmpadas de néon e lâmpadas de poupança de energia. Radiação capaz de produzir a sensação de visão para o olho humano normal. Pequena variação de comprimento de onda (380 a 750 nm). Importante para a deteção remota pois as imagens obtidas nesta faixa apresentam, geralmente, excelente correlação com a experiência visual do intérprete. Banda espetral do visível 0.4 µm µm: - o azul (0.4 a 0.5 µm); - o verde (0.5 a 0.6 µm); - o vermelho (0.6 a 0.7 µm).

42 A visão é um processo biológico que possibilita diversas categorias de animais de perceberem o mundo à sua volta através da perceção e da interpretação de imagens. Através da visão o ser humano é capaz de processar e interpretar, em frações de segundos, inúmeros estímulos e imensa quantidade de informações. A visão, como dom da natureza, motiva e desafia o homem na busca de técnicas e de dispositivos capazes de ampliar ainda mais esta capacidade. A utilização da imagem na forma digital torna possível o seu processamento computacional e a melhoria da sua qualidade.

43 Os três tipos de espetros do visível. - o espetro contínuo não contém interrupções (riscas negras), - o espetro de absorção é interrompido pelas riscas negras. - o espetro de emissão é negro excepto em certos comprimentos de onda, onde existem riscas de emissão. As riscas negras no espetro de absorção do hidrogénio têm o mesmo comprimento de onda que as riscas coloridas no espetro de emissão do hidrogénio. (1)

44 Espetro continuo: é um espetro de luz emitida que contém todos os comprimentos de onda das cores que compõem a luz branca (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta) se formos dos comprimentos de onda mais longos para os mais curtos. Os espetros contínuos são emitidos por sólidos incandescentes, líquidos, ou gases comprimidos. Várias estrelas, como, por exemplo, o nosso Sol, emitem espetros contínuos, o que faz com que na faixa do visível as cores se fundam umas nas outras, estando a cor vermelha numa das extremidades e a cor azul na outra extremidade. O termo luz refere-se apenas às porções do espetro relativas aos λ das regiões do ultravioleta próximo, do visível, do IV próximo e IV médio.

45 O Sol é um emissor de luz visível cujo espetro é contínuo, no entanto a sua cor pode variar com a temperatura: - se a temperatura da estrela for muito elevada, cerca de 7000 K, a luz emitida é azulada, pois a intensidade das radiações que a constituem é maior na zona do violeta e azul. - quando a temperatura da estrela é de cerca de 6000 K como a da superfície do Sol, a luz emitida é amarelada, pois as radiações que a constituem são mais intensas na zona do verde e do amarelo. - quando a temperatura da estrela é menos elevada, cerca de 5000 k, a luz emitida é alaranjada, pois as radiações que a constituem são mais intensas na zona do laranja ou vermelho.

46 A dispersão (decomposição) da luz é a separação da luz branca (luz policromática) nas diversas cores (feixes monocromáticos) (1) A dispersão na ótica é o fenómeno que causa a separação de uma onda em várias componentes espetrais com diferentes frequências, por causa da dependência da velocidade da onda com sua frequência (1) Ao mudar a densidade do meio as ondas de diferentes frequências tomam diversos ângulos na refração.

47 Espetro eletromagnético da luz visível O efeito da dispersão da luz A velocidade da luz na matéria varia de uma cor para a outra. Quanto menor o comprimento de onda (+ energia) maior será o desvio na sua propagação azul > desvio e vermelho < desvio

48 Espetro da emissão da radiação de uma lâmpada Os espetros da luz visível emitida por sólidos, líquidos incandescentes e gases a alta pressão são espetros contínuos. Um prisma decompõe a luz branca em diferentes comprimentos de onda formando um espetro contínuo.

49 Luz visível A radiação visível vai de ± 384 x Hz (vermelho) até ± 769 x Hz (violeta) Os comprimentos de onda no intervalo da luz visível transmitem uma sensação de cor associada a cada um deles.

50 Radiação infravermelha: As poeiras cósmicas emitem radiação infravermelha o que permite localizá-las. As câmaras ocultas de videovigilância detetam a presença de pessoas captando a radiação infravermelha que emitem. As resistências eléctricas ao rubro e o carvão em brasa emitem muita radiação infravermelha de elevado efeito térmico, sendo utilizadas no aquecimento e para cozinhar alimentos.

51 Os infravermelhos passam facilmente através do saco de plástico preto, que é opaco à luz visível Os infravermelhos permitem saber a temperatura a que se encontram as diferentes zonas da máquina de fazer café

52 Microondas: As radiações de microondas são utilizadas nas comunicações via satélite, na localização de obstáculos e na deteção da velocidade dos veículos (RADAR). Estas ondas são muito utilizadas para aquecer os alimentos nos fornos de microondas. Faixa de 1 m (0,3 GHz de frequência) até 1,0 mm (300 GHz de frequência) - intervalo equivalente às faixas UHF, SHF e EHF. Podem gerar feixes de radiação eletromagnética altamente concentrados, chamados radares. Por serem pouco atenuados pela atmosfera, ou por nuvens, permitem o uso de sensores de microondas em qualquer condição de tempo.

53 Ondas de rádio: As estrelas emitem ondas de rádio que são detetadas por radiotelescópios e permitem identificar a sua composição (janelas atmosféricas) As estações de rádio e televisão emitem ondas de rádio, que são captadas pelos aparelhos receptores. Baixas frequências e grandes comprimentos de onda são utilizadas para comunicação a longa distância.

54 A cor dos objetos vs sensores óticos (espetro do visível e infravermelho)

55 A cor dos objetos vs sensores óticos A cor dos objetos ( visível / infravermelho ) As propriedades espetrais das plantas são uma ferramenta fundamental para estimar a produção e biomassa das culturas. A refletância espetral é uma poderosa ferramenta para estimar várias caraterísticas fisiológicas das plantas. Definição - a refletância é a relação entre o fluxo de radiação refletido pelo alvo dividido pelo fluxo de radiação eletromagnética incidente. Quando a radiação atinge a superfície das plantas uma parte da energia (espetro) é absorvida, outra parte transmitida através das plantas e a restante refletida. O princípio básico que traduz a refletância da copa é que determinadas caraterísticas desta estão associadas com a absorção de determinados comprimentos de onda do espetro.

56 A cor dos objetos vs sensores óticos (cont.) Os sensores óticos são unidades de medição constituídas por um sensor de radiação e uma unidade de leitura com indicador digital (ex. termómetro de infravermelhos). Podem ser sensores de radiação solar global (piranómetro), sensores de radiação PAR que mede a radiação fotossinteticamente ativa (radiação fisiologicamente ativa - RFA), sensores de radiação UV, etc. Os espetroradiómetros permitem medir o espetro da radiação na banda do visível e do IV próximo, que atravessa uma superfície (folha). SpetraSuite - Trabalho prático A banda do espetro da radiação que permite caraterizar os principais constituintes da folha está compreendida entre nm. Nos espetroradiómetros portáteis a folha é posicionada entre a fonte de energia e o sistema de receção, sendo os valores do espetro medidos neste último, relativos à transmissão, reflexão e absorção, função das caraterísticas da folha. O espetroradiómetro está ligado a um computador onde é visualizado o gráfico do espetro e seus valores, que podem ser gravados num computador. Estes tipos de equipamentos portáteis permitem, juntamente com um computador, efetuar medições, não destrutivas, no campo.

57 Modelo Simples de Imagem Função bivariada de intensidade luminosa = f(x,y) f ( x, y) 0 r( x, y) i( x, y) 0 r( x, y) 1 i( x, y) Refletância, r (adm) Iluminação, i (lux e fonte) 0,93 neve 900 dia ensolarado 0,80 parede branca 100 dia nublado 0,85 aço inoxidável 10 iluminação escritório 0,01 veludo preto 0,001 noite de lua cheia

58

59 Representação da Cor Cores aditivas (primárias). Todas as outras cores são produzidas pelas várias combinações dos seus comprimentos de onda. O branco é o somatório de todas elas Cores subtrativas Ciano = azul + verde Magenta = azul + vermelho Amarelo = verde + vermelho

60 (1)

61 (1) (2)

62 Luz branca vs luz negra Bananas maduras e imaturas sob luz branca ( nm) e sob luz negra ( nm) As cores de um objecto dependem dos comprimentos de onda refletidos por eles

63 Os nossos olhos vêm a cor ou cores refletidas pelos objetos. A folha reflete duas vezes mais verde que a radiação azul. A casca da banana reflete o vermelho e o verde (dá amarelo), mas não a radiação azul. Para além da radiação visível por deteção remota é possível identificar outros comprimentos de onda que não são detetados pelos olhos, mas que são importantes. Radiação Cor imagem Infravermelho > vermelho Vermelho > verde Azul + verde > ciano

64 Perceção das cores

65 Interação da radiação com o dossel Dossel: reunião de todos os componentes da vegetação acima da superfície do solo; apresenta interações complexas com a REM. A estrutura do dossel resulta da distribuição das plantas no terreno, IAF, densidade espacial foliar e distribuição angular das folhas.

66 Interpretação das imagens CIR obtidas por deteção remota (CIR color infrared - visível e infravermelho) Vermelho vivo: Vegetação saudável Rosa: Vegetação em stress ou imatura Verde escuro: Solos escuros ou com elevados teores de humidade Verde claro: Solos ligeiros ou solos delgados (shallow topsoil) Negro: Água limpa Branco: Areia, argila ou copas em floração (canola in bloom) Por limitações físicas e tecnológicas, a gama de comprimentos de onda captados por sistemas de deteção remota é aproximadamente de 0.4 a 1.2 µm (visível e infravermelho), correspondentes a frequências entre 20 e 60 GHz e 30 a 300 µm (microondas), correspondentes a frequências entre 1 e 10 GHz. (1)

67 Infravermelhos vs. Luz visível (A imagem de infravermelhos permite uma maior diferenciação da informação) Os sensores remotos utilizam a energia das ondas refletidas e emitidas pelos objetos e não detetáveis pelo olho humano no espetro do infravermelhos (imagem da esquerda) e a energia das ondas refletidas e emitidas pelos objetos no espetro do visível (imagem da direita) (1) Nas imagens de infravermelhos qto + vermelha for a vegetação mais saudável é. Os sensores remotos indicam variações de radiação CIR que correspondem a diferentes tipos de solo, estádios de desenvolvimento das culturas, bordaduras dos campos, estradas, cursos de água, etc.

68 Os sensores remotos para a agricultura tiram vantagens da radiação infravermelha próxima que é a mais útil para diagnosticar o estado das plantas. As plantas são boas refletoras dos infravermelhos próximos de origem solar. Quando as plantas são saudáveis dispersam (scattering) a radiação infravermelha próxima em todas as direções. Quando as folhas começam a secar, devido a stress hídrico, doenças, pragas, etc., tornamse menos refletivas, pelo que as imagens obtidas a partir dos infravermelhos próximo podem apresentar manchas que são identificáveis antes do olho humano as poder detetar.

69 Fotografia aérea multiespetral Vermelho, azul e as faixas do NIR Resolução espacial de 0.75 m (1) Combinações das cores (2) Rebentação branca Lawrence, Kansas, EUA

70 Utilização de imagens CIR para monitorizar uma cultura de soja (1) Junho 8th Julho 8th Agosto 3rd Setembro 12th

71 Fotografia obtida no espetro do visível As plantas vêm-se como verdes porque refletem mais radiação verde do que qualquer outra radiação do espetro do visível Fotografia obtida no espetro CIR Ao detetar a radiação do infravermelho próximo, verificávamos que as plantas refletem muito mais radiação no infravermelho do que na região do verde. A refletância da vegetação no infravermelho próximo é mostrada com a cor vermelha

72 Muitos instrumentos são concebidos para recolher radiação infravermelha e visível. Utilizando ambas as bandas do espetro capta-se informação que é impossível de obter se utilizarmos somente os nossos olhos. Conhecendo como a radiação interage com as feições da Terra e especialmente como é refletida, pode-se obter informação acerca dessas feições através da recolha e análise da radiação refletida.

73 NIR -> R R -> G G -> B Lillesand, T.M. and Kiefer, R.W. (1994) Remote Sensing and Image Interpretation (1)

74 Deteção remota no mapeamento das culturas Mapa de Índice de Diferença Normalizada da Vegetação (NDVI)

75 Imagem aérea dos infravermelhos refletidos As imagens obtidas a partir do NDVIs são por uma cultura no USDA. formadas por duas imagens. A clorofila (azoto), a água e os componentes As plantas com stress devido à falta de do solo têm diferentes refletâncias. nutrientes, seca, ataques por doenças ou insetos são facilmente identificáveis. Site para obter valores de NDVI: Fonte: LisaAdelaidePiresTosteSilva2012.pdf

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