PROCESSAMENTO DE IMAGENS SAR AULA 13

Transcrição

1 PROCESSAMENTO DE IMAGENS SAR AULA 13 Prof. Daniel C. Zanotta Daniel C. Zanotta 18/08/2016

2 RADAR RADIO DETECTION AND RANGING (DETECÇÃO E LOCALIZAÇÃO POR MEIO DE ONDAS DE RADIO)

3 SENSOR ÓPTICO: CAPTA A RADIAÇÃO SOLAR REFLETIDA PELA SUPERFÍCIE TERRESTRE

4 RADAR: PRODUZ, EMITE E CAPTA A RADIAÇÃO

5 IMAGEM DE RADAR DE UMA ÁREA URBANA Basicamente, quanto mais rugosa é a superfície imageada, maior é o retroespalhamento (mais claro é o pixel).

6 AMBIGÜIDADE GEOMÉTRICA 1 2 O RADAR se fundamenta na percepção de pulsos de REM vindos de diversas regiões da superfície imageada (retroespalhamento). É necessário que os pulsos vindos de diferentes regiões cheguem em tempos distintos no sensor para não haver confusão.

7 AMBIGÜIDADE GEOMÉTRICA α A solução é realizar o imageamento com visada lateral (oblíqua). Assim, é garantido que pulsos vindos de pontos diferentes na superfície retornem em tempos diferentes.

8 TIPOS DE REFLEXÃO Como posto anteriormente, a quantidade de pulsos que retornam para o sensor do RADAR (retroespalhamento) dependerá da rugosidade (textura) e geometria da região.

9 EMISSÃO E CAPTAÇÃO DA RADIAÇÃO O RADAR produz, emite e capta novamente os pulsos de REM (sensor ativo). Percebe-se que apenas um pequeno percentual do total emitido em direção a superfície retorna novamente na direção do sensor. Isso exige que a potencia do sinal emitido seja grande, ou que a abertura da antena seja grande, capturando assim uma grande quantidade dos pulsos de retorno, melhorando a sensibilidade do sistema.

10 EMISSÃO E CAPTAÇÃO DA RADIAÇÃO O RADAR produz, emite e capta novamente os pulsos de REM (sensor ativo). Percebe-se que apenas um pequeno percentual do total emitido em direção a superfície retorna novamente na direção do sensor. Isso exige que a potencia do sinal emitido seja grande, ou que a abertura da antena seja grande, capturando assim uma grande quantidade dos pulsos de retorno, melhorando a sensibilidade do sistema.

11 RESOLUÇÃO ESPACIAL É necessário que pulsos vindos de pixels diferentes não sejam sobrepostos em nenhum momento e confundidos pelo sensor. Assim, a resolução na direção longitudinal é determinada pela largura do pulso de REM (não confundir com comprimento de onda do pulso).

12 RESOLUÇÃO ESPACIAL Para satisfazer essa condição, uma saída possível é diminuir a largura do pulso. Assim, preservando a resolução espacial. Por outro lado, perde-se em potência do sinal enviado para a superfície. Existe também um limite físico mínimo de largura do pulso.

13 RESOLUÇÃO ESPACIAL Outra saída seria regular o sistema para registrar pulsos em intervalos de tempos maiores. Assim, registrando maior quantidade de pulsos vindos de uma região grande. O problema associado a essa solução é que a resolução espacial é prejudicada.

14 BANDAS DO RADAR Comprimentos de onda possíveis. Cada imageamento suporta apenas um comprimento de onda de operação. Isso para não haver confusão de raios. O sistema RADAR não possui um difusor raios (prisma) como no sistema óptico a fim de separar bandas de uma mesma cena.

15 Formas de Aquisição das Imagens Aeronaves Satélites

16 Estrutura do RADAR Aerotransportado Navegação Inercial + Posicionamento GPS Radar Correção GPS Diferencial Antena banda X Ponto de Controle com sinalizador (corner reflector) Antena banda P

17 Vantagens do Uso Independência das condições de iluminação

18 ALVOS FLORESTAIS A interação da radiação (reflexão) se dá sempre que o comprimento de onda for igual ou menor que o tamanho dos objetos no alvo. X ~ 3 cm C ~ 5,6 cm L ~ 23 cm

19 EFEITO CAUSADO PELA REFLEXÃO ESPECULAR Superfícies lisas refletem os pulsos de REM e direções opostas ao do sensor, não sendo percebidas por este. Assim, no tempo que deveriam estar retornando, nada volta (preto zero)

20 EFEITO DE SOMBRA (SHADOW)

21 EFEITO DE ENCURTAMENTO DE RAMPA (FORESHORTENING)

22 Efeito de inversão de relevo (Layover)

23 RUÍDO SPECKLE O ruído Speckle é um dos principais fatores que degradam a qualidade das imagens SAR. O Speckle é um ruído multiplicativo que é proporcional a intensidade do sinal recebido. O efeito visual deste ruído proporciona uma textura granulosa que pode dificultar a interpretação das imagens de radar, reduzindo a separabilidade entre classes de uso do solo, tipos litológicos etc.. Exemplo Floresta: Textura: Rugosidade alta Os pixels deveriam ser claros. Porém, por causa das interferências construtivas e destrutivas teremos pixels muito claros e muito escuros também. Para encontrar a resposta característica do alvo é preciso fazer uma média entre alguns pixels vizinhos, diminuindo a resolução espacial. Alternativa: proccessamento multi-look.

24 RUÍDO SPECKLE O ruído Speckle é um dos principais fatores que degradam a qualidade das imagens SAR. O Speckle é um ruído multiplicativo que é proporcional a intensidade do sinal recebido. O efeito visual deste ruído proporciona uma textura granulosa que pode dificultar a interpretação das imagens de radar, reduzindo a separabilidade entre classes de uso do solo, tipos litológicos etc.. Exemplo Floresta: Textura: Rugosidade alta Os pixels deveriam ser claros. Porém, por causa das interferências construtivas e destrutivas teremos pixels muito claros e muito escuros também. Para encontrar a resposta característica do alvo é preciso fazer uma média entre alguns pixels vizinhos, diminuindo a resolução espacial. Alternativa: proccessamento multi-look.

25 RUÍDO SPECKLE O ruído Speckle é um dos principais fatores que degradam a qualidade das imagens SAR. O Speckle é um ruído multiplicativo que é proporcional a intensidade do sinal recebido. O efeito visual deste ruído proporciona uma textura granulosa que pode dificultar a interpretação das imagens de radar, reduzindo a separabilidade entre classes de uso do solo, tipos litológicos etc.. Fase (rad) Exemplo Floresta: Textura: Rugosidade alta Intensidade Os pixels deveriam ser claros. Porém, por causa das interferências construtivas e destrutivas teremos pixels muito claros e muito escuros também. Para encontrar a resposta característica do alvo é preciso fazer uma média entre alguns pixels vizinhos, diminuindo a resolução espacial. Alternativa: proccessamento multi-look.

26 RUÍDO SPECKLE

27 RUÍDO SPECKLE: FILTRAGEM Filtro Médias Img Original Filtro Lee Filtro Frost 3 x 3 5 x 5 7 x 7

28 RUÍDO SPECKLE: FILTRAGEM

29 VELOCIDADE DO VENTO NO MAR 29/04/ h (hora local) 24/04/ h (hora local)

30 DETECÇÃO DE EMBARCAÇÕES Embarcações costumam apresentar muitos alvos que se comportam como reflectores de canto.

31 MOLHES DA BARRA (RIO GRANDE) Imagens SAR - RADARSAT - Modo S2 - Descendente Polarização HH - resolução 12,5x12,5 m - 4 looks

32 DETECÇÃO DE ATIVIDADES DE DESMATAMENTO INVISÍVEIS AO SENSOR ÓPTICO Observar a questão relacionada a interação dos pulsos de REM determinada pelo comprimento de onda comparado com a geometria do alvo. Radar banda X Radar banda L

33 DETECÇÃO DE ATIVIDADES DE DESMATAMENTO INVISÍVEIS AO SENSOR ÓPTICO Imagem Landsat (5 4 3) Radar banda L

34 Detecção de Ondulações Marítimas

35 Detecção de Ondulações Marítimas Imagem transformada Imagem filtrada Imagem original

36 Imagens Polarimétricas

37 Imagens Polarimétricas

38 Imagens Polarimétricas

39 Interferometria de Imagens SAR - InSAR

40 Radar de Abertura Sintética Synthetic Aperture Radar (SAR)

41 Radar de Abertura Sintética Synthetic Aperture Radar (SAR) Efeito Doppler Relativístico

42 Chirp

43 Chirp

44 Atividade prática: Filtrar por filtros espaciais de Média e Lee as imagens SAR brutas disponíveis.