SENSORIAMENTO REMOTO. Definição e Histórico. O que é o Sensoriamento Remoto? Introdução ao Sensoriamento Remoto GN-207

Transcrição

1 UNICAMP Introdução ao Sensoriamento Remoto GN-207 Instituto de Geociências Universidade stadual de Campinas DFINIÇÕS HISTÓRICAS. M. L. M. Novo, Sensoriamento Remoto - Princípios e Aplicações, 1989 Genérica:O Sensoriamento Remoto é a utilização de dispositivos (sensores) para a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sem que haja contato direto entre eles. Os sensores são os equipamentos capazes de coletar a energia eletromagnética ( LUZ ) proveniente dos objetos ou fenômenos, convertê-la em sinal passível de ser registrado e apresentá-lo na forma adequada à extração de informações. SNSORIAMNTO RMOTO Definição e Histórico specífica:o Sensoriamento Remoto é a utilização conjunta de sensores em satélites ou aeronaves e equipamentos para aquisição e processamento de dados com o objetivo de estudar o ambiente terrestre através do registro e da análise das interações entre a radiação eletromagnética e as substâncias componentes do planeta Terra, em suas mais diversas manifestações. G. Amaral, Introdução ao Sensoriamento Remoto e Suas Aplicações, 1992 O Sensoriamento Remoto é a aplicação de determinados dispositivos os quais, colocados em aviões ou satélites, permitem obter informações acerca de objetos ou fenômenos na superfície ou sub-superfície da Terra. O Sensoriamento Remoto mede as trocas energéticas entre aqueles fenômenos ou objetos com o meio-ambiente. ssas trocas manifestam-se particularmente por emissão ou modificação de ondas eletromagnéticas e perturbações dos campos magnéticos e gravimétricos. O que é o Sensoriamento Remoto? O sensoriamento remoto é um ramo da ciência que aborda a obtenção de informações sobre um determinado alvo ou fenômeno através de um dispositivo qualquer (colocado em aviões ou satélites) que não esteja em contato direto com tal alvo ou fenômeno sob investigação. Utiliza-se de técnicas que procuram imitar e expandir a percepção sensorial humana à distância (e.g. leitura ). Mais especificamente, é a ciência que tem por objetivo a caracterização das propriedades físico-químicas-geométricas e a obtenção de informações sobre objetos ou fenômenos na superfície da Terra, através da detecção, registro, análise e interpretação da energia eletromagnética por eles refletida, emitida ou espalhada, sem que haja contato direto com esses objetos ou fenômenos. Histórico do Desenvolvimento do Sensoriamento Remoto ~1820- Desenvolvimento da teoria sobre a luz (espectro eletromagnético); experiências com substância fotosensíveis; desenvolvimento da 1ª câmara fotográfica primitiva (Niepce, França); incorporação de lentes às câmaras. ~1840- Pesquisas de novas substâncias foto-sensíveis; uso de chapas metálicas emulsionadas e de processos de fixação de imagens (Daguerre, França); pesquisas com a fixação de sais de prata; uso de chapa de papel positivonegativo (Talbot, Inglaterra). ~1850- Uso da película de celulose como base para os sais de prata (Archer, Inglaterra); vulgarização do processo fotográfico; 1as aplicações militares. ~1860- Aquisição das 1as. FOTOGRAFIAS AÉRAS, a partir de balões. ~1880- Substituição da chapa de celulose por chapa gelatinosa; desenvolvimento do filme em rolo (astman, UA). ~1900- Desenvolvimento do mecanismo de exposição automática; produção de câmaras aéreas leves com negativos de 38 mm para utilização por POMBOS; ~1910- Desenvolvimento de AVIÕS (Santos Dumont, França; Irmãos Wright, UA); desenvolvimentos de sistemas fotogramétricos; 1as aplicações cartográficas. ~1925- Desenvolvimento de processo de separação das cores através de pigmentos; desenvolvimento de técnicas de análise e interpretação de fotografias; 1as emulsões coloridas; uso de lentes e filtros. ~1930- Cobertura sistemática de territórios para levantamento de recursos naturais (UA, Canadá e Alemanha); estudos sobre o comportamento espectral dos materiais. ~1940- Desenvolvimento de equipamentos para radiometria sensíveis à radiação infravermelha; produção de FILMS sensíveis ao INFRAVRMLHO e seu uso na detecção de camuflagem durante a 2ª Guerra Mundial. ~1945- Pesquisas sobre a visão colorida tricromática (Young & Maxwell); 1as câmaras multibanda (Inglaterra); levantamentos multiespectrais de recursos naturais. ~1950- studos envolvendo a detecção da radiação infravermelha termal e construção do 1º sensor infravermelho TRMAL (não imageador) (UA). ~1955- studos sobre o uso das MICROONDAS e das propriedades físicas da radiação nessa faixa; desenvolvimento dos 1os radares imageadores (Foward Looking Radar-Westinghouse, UA). Sensoriamento Remoto - Primeiras Fotografias Aéreas Paris fotografada a partir de um balão Desenvolvimento do Radar de Visada Lateral (Goodyear e Philco, UA); desenvolvimento do processamento ótico e digital de dados de sensoriamento remoto; 1º Simpósio de Sensoriamento Remoto Ambiental (Univ. Michigan). 60 s - Aperfeiçoamento dos foguetes de lançamento de satélites; desenvolvimento de veículos orbitais não tripulados e tripulados; 1as fotografias orbitais da Terra (NASA); programa de satélites meteorológicos (TIROS); programas MRCURY e GMINI (aquisição de fotografias da superfície terrestre) avanços nos campos das telecomunicações e computação Programa APOLLO (fotografias verticais com recobrimento e fotografias multiespectrais); lançamento do 1º satélite de recursos terrestres: RTS-1 (NASA), renomeado LANDSAT s - Desenvolvimento de vários programas espaciais para o lançamento de SATÉLITS D RCURSOS NATURAIS (SKYLAB, LANDSAT, SASAT, SPOT, RS, etc.); grande envolvimento da comunidade científica na especificação de sensores; desenvolvimento de pesquisas sobre os processos de interação energia x matéria) Boston vista de um balão Câmera colocada em pombos Foto aérea tirada por pombos (Dresden, Alemanha) 80 s - Desenvolvimento de detectores mais sensíveis e de soluções para a transmissão e o armazenamento de grandes quantidades de dados gerados por sensores remotos orbitais; revolução dos microprocessadores; lançamento do LANDSAT-4 em 1982 (NASA), com o sensor Thematic Mapper (TM); lançamento do SPOT-1 (França) em 1986; missões tripuladas do Ônibus spacial (Space Shuttle) da NASA para experimentos com novos sensores (SIR-A e SIR-B, LFC, MOMS). 90 s - ntrada de outros países em programas de sensoriamento remoto de recursos terrestres (C.., India, Japão, Canadá); grande ênfase aos sensores orbitais de radar (RS-1 / uropa / 1991; SIR-C / UA / 1994; JRS-1/SAR / Japão / 1992; RADARSAT-1 / Canadá / 1995) e no aumento da resolução espacial e espectral (JRS-1/OPS / Japão / 1992; IRS-1C / India / 1995; LANDSAT-7 / UA / 1999; Ikonos-2 / UA / 1999); desenvolvimento de sensores hiperespectrais aeroportados (AVIRIS, GR, MIVIS, SFSI, HYDIC, HYMAP) Foto de São Francisco (UA) tirada através de câmera colocada em uma pipa (dia do Grande Terremoto) 14/10/ O Brasil, em conjunto com a China, entra no seleto grupo de países com domínio da tecnologia de sensoriamento remoto de recursos terrestres, com o lançamento do CBRS-1 (Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres).

2 Landsat-5 TM : 30 metros : 1984 QuickBird : 0.61m : 2002 SPOT-1 : 10 metros : 1986 SPOT-5 : 5 metros: 2002 QuickBird (61cm) - Junho/02 IKONOS-2 : 1 metro : 2000 Foto Aérea 1: Abril/02 Campus da UNICAMP visto por diferentes sensores remotos sob diferentes resoluções espaciais INTRODUÇÃO Os sensores de energia eletromagnética, que operam a bordo de plataformas orbitais e aerotransportadas, são dispositivos que nos auxiliam no mapeamento, quantificação e monitoramento dos recursos da Terra. stes sensores adquirem dados oriundos da emissão e reflexão de RM a partir de atributos na superfície e sub-superfície terrestre. PROCSSOS LMNTOS NVOLVIDOS M SR: fonte de energia propagação da energia através atmosfera interação da energia com a superfície terrestre retransmissão da energia pela atmosfera sensores orbitais e/ou aerotransportados geração de dados digitais e/ou analógicos AQUISIÇÃO D DADOS exame e interpretação dos dados digitais- analógicos compilação das informações (mapas, etc) - SIG produto final para tomada de decisões ANÁLIS D DADOS

3 SNSORIAMNTO RMOTO LTROMAGNÉTICO D RCURSOS TRRSTRS Os sensores de energia eletromagnética, que operam a bordo de plataformas orbitais e aerotransportadas, são dispositivos que nos auxiliam no mapeamento, quantificação e monitoramento dos recursos da Terra. (v) Dados de Referência S.R. => se utiliza de fenômenos eletromagnéticos; informações transportadas por RM. (i) Fontes de nergia (ii) Propagação através da Atmosfera (iv) Retransmissão através da atmosfera (v) Sistemas Sensores (iii) Interação com Feições da Superfície Terrestre Analógico Digital (vi) Dados Visual Digital USUÁRIOS (vii) Interpretação (viii) Produtos e Análise Finais 3 maneiras ppais de transferência de n condução convecção *RADIAÇÃO* processo de transferência de n independe da existência ou não de um meio de propagação efetuada através de ondas eletromagnéticas com diversas características físicas (intensidade, frequência, polarização, etc) AQUISIÇÃO D DADOS ANÁLIS D DADOS xcelente síntese em: UNIVRSO composto de partículas carregadas eletricamente STACIONÁRIA - linhas de força linhas equipotenciais STACIONÁRIA - linhas de força linhas equipotenciais em Movimento UNIFORM Magnéticos M linhas de força do campo mag. fio de cobre em Movimento não uniforme (= ACLRADO) CAMPOS LÉTRICOS MAGNÉTICOS VARIÁVIS MISSÃO D ONDAS LTROMAGNÉTICAS James Clerk Maxwell ( ) 1879) A RADIAÇÃO LTROMAGNÉTICA (RM) - CARACTRÍSTICAS A RADIAÇÃO LTROMAGNÉTICA (RM) - CARACTRÍSTICAS A RM produzida quando uma partícula é acelerada é constituída de uma componente elétrica () e outra magnética (M) partículas eletrizadas do Universo interação > carga elétrica => por meio de campos > intensidade ( força ) do campo Campo létrico λ = Comprimento de Onda (distância mínima, para uma das componentes, entre duas posições de MSMA INTNSIDAD) Parte do campo devida à CARGA da partícula Componente LÉTRICA do Campo Componente MAGNÉTICA do Campo RM - ponto de vista da TORIA ONDULATÓRIA só existirá se a partícula estiver em movimento Campo Magnético Distância (direção de prop.) M f = Frequência (número de ciclos (ondas) por segundo que passam por um determinado ponto da trajetória da RM) Componentes da RM (TORIA ONDULATÓRIA): onda elétrica senoidal () onda magnética senoidal (M) - ortogonal a () () & (M) perpendiculares à direção de propagação intensidade de () e (M) variam regularmente ao longo da direção de prop. () e (M) : posição FIXA ou RGULARMNT VARIÄVL => onda POLARIZADA (sempre definida com base na posição do campo () => (hor., vert., etc)) c Velocidade da Luz (vácuo) (3x 10 8 ms -1 ) c = f. λ λ = c / f

4 A RADIAÇÃO LTROMAGNÉTICA (RM) - CARACTRÍSTICAS O SPCTRO LTROMAGNÉTICO (M) A RM também é descrita por uma teoria RIVAL => A TORIA CORPUSCULAR => A energia é transferida em unidades discretas (cadeias de partículas) denominadas QUANTA ou FÓTONS (Max Planck ). Ondas eletromagnéticas caracterizadas por λ, f, n, polarização independente destas características FÓTON : correspondente a uma radiação com frequência f (partículas/seg), tem uma energia dada por: = h. f onde, h = cte. de Planck = Joules. s (ou 4, ev.s) TODAS SÃO IDÊNTICAS Comparando-se as equações básicas da teoria ondulatória e corpuscular, temos: = h. c e λ = h. c λ PORTANTO: a n. de uma RM é diretamente proporcional à frequencia (q.a) a n. de uma RM é inversamente proporcional ao comprimento de onda (λ) assim, quanto >> o λ, << a n. e << f CONCITUAÇÃO MODRNA: RM é considerada tanto como tendo propriedades ondulatórias (difração, intereferência, polarização) quanto corpusculares (interações atômicas e moleculares, efeito foto-elétrico, fluorescência, radiação de corpos negros) m sensoriamento remoto é comum caracterizar-se as ondas em função da suas posições no espectro eletromagnético (M) => representação contínua da RM em termos de comprimento de onda e frequência (e energia). As unidades de medida mais usadas (mas não únicas) : micron (µm) (1µm = 10-6 m) e o nanômetro (1000nm = 1µm). Faixa microondas e rádio=> frequência (GHz). Por razões históricas e tecnológicas: o M é subdividido em diversas regiões. Regiões: apresentam características similares em termos de processos físicos geradores de energia ou mecanismos físicos de detecção de energia. O SPCTRO LTROMAGNÉTICO (M) Azul Verde Verm. UV IV Comprimento de Ondas (µm) Visível Comprimento de Ondas (µm) 1mm 1m Raios-γ Raios-X Ultravioleta (0.28-0,38µm) Infravermelho Próximo ( µm) Curto (1.5-3 µm) e Médio Infravermelho (3-5µm) Termal (>3µm; <1mm) Microondas TV / Rádio nergia letromagnética spectro letromagnético

5 Sensoriamento Remoto Interplanetário Sistemas de Rastreamento Visível e Infra-vermelho Fotografia Olho Humano Radiômetros para Microondas Sistemas de Radar RADIO MICROONDAS TÉRMICO TÉRMICO ULTRAVIOL.. RAIOS X RAIOS GAMA = hc/λ >> comprimento de onda de uma partícula, << frequência, << conteúdo de energia. Note desta maneira que qualquer energia naturalmente emitida com amplos λs (e.g., emissão de microondas a partir do terreno), é mais difícil de ser detectada do que radiação de λs + estreitos (e.g., IF-termal). Os sensores que coletam dados de radiação de amplos comprimentos de onda precisam coletar a radiação de alvos largos ou durante um período maior de tempo. regiões com denominações próprias: (espectro fotográfico) (espectro refletivo) (espectro emissivo) (espectro infra-vermelho termal) (espectro de microondas)... Veja também os seguintes vídeos xercícios extra-classe: Pratica 1 internet (para entrega) CURIOSIDAD: a radiação visível e a radiação X são similares na medida em que são compostas por fótons que viajam na forma de ondas, mas diferem quanto a sua frequência, comprimento de onda e energia associada. Perguntas para reflexão: 1. Porque a radiação X é capaz de destruir ou alterar moleculas de DNA nas células dos seres vivos? 2. Nosso sistema visual opera na região do visível do M. Não somos capazes de enxergar através das pessoas. xplique como isso é possível considerando-se a radiação X? (por exemplo: chapa de Raio-X ou radiografia)