Sensoriamento Remoto I Engenharia Cartográfica. Prof. Enner Alcântara Departamento de Cartografia Universidade Estadual Paulista

Transcrição

1 Sensoriamento Remoto I Engenharia Cartográfica Prof. Enner Alcântara Departamento de Cartografia Universidade Estadual Paulista 2016

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6 Interações Energia-Matéria na Atmosfera

7 Energia Radiante Ao contrário de um vácuo no qual nada acontece, a atmosfera pode afetar não apenas a velocidade da radiação, como também seu comprimento de onda, sua intensidade, e sua distribuição espectral; Pode ser desviada de sua trajetória original por meio da refração.

8 Refração Refere-se ao desvio da luz (REM) quando ela passa de um meio, a um outro de densidade diferente (p.ex: ar e água); A refração ocorre porque os meios são diferentes em densidade; e a velocidade da REM é diferente em cada um deles; O índice de refração (n), é uma razão entre a velocidade da luz no vácuo, c, e a velocidade da luz numa substância como a atmosfera ou água, cn: c n cn A velocidade da luz numa substância, nunca pode atingir a velocidade da luz no vácuo. Portanto, o índice de refração sempre deve ser maior do que 1.

9 Refração A quantidade de refração é uma função do ângulo feito com a vertical (θ), da distância envolvida (na atmosfera, quanto maior a distância, maior a mudança na densidade), e da densidade do ar envolvido (o ar geralmente é mais denso próximo ao nível do mar). Lei de Snell nsen n sen sen 2 n sen n 1 1 2

10 Espalhamento O espalhamento difere da refração na direção associada com o espalhamento, que não é previsível, enquanto que a direção de refração é previsível. Existem três tipos de espalhamento: Rayleigh (ou molecular), Mie (ou não-molecular/ partículas de aerossóis), e Não-seletivo.

11 Espalhamento Rayleigh Espalhamento Rayleigh ocorre quando o diâmetro da matéria (geralmente moléculas do ar) é muitas vezes menor que o comprimento de onda da radiação incidente. Todo espalhamento é realizado por meio da absorção e reemissão da radiação por átomos e moléculas. É impossível predizer a direção em que um átomo ou molécula específica emitirá um fóton.

12 Altitude acima do nível do mar Camadas atmosféricas e constituintes Camadas da atmosfera e seus constituíntes aerossóis estratosféricos Gases traços Moléculas gasosas (espalhamento Rayleigh) aerossóis troposféricos Superfície Terrestre Jensen 2005

13 Espalhamento Rayleigh O espalhamento Rayleigh é responsável pelo céu azul. Comprimentos de onda menores, violeta e azul, são mais espalhadas que comprimentos de onda longos, laranja e vermelho. Esse espalhamento é responsável pela cor vermelha durante o pôr do sol (maior caminho ótico). Tempfli et al. 2009

14 Intensidade da luz espalhada Espalhamento Rayleigh Energia em elétron-volt (ev) A intensidade do espalhamento Rayleigh varia inversamente com a quarta potência do comprimento de onda ( -4 ). Por exemplo: a luz azul (0.4 m) é espalhada 16 vezes mais, do que a luz do infravermelho próximo (0.8 m). É a causa primária da ocorrência de haze nas imagens! Comprimento de onda (μm)

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16 Espallhamento Mie Acontece quando as partículas presentes na atmosfera são essencialmente esféricas, com diâmetros aproximadamente iguais ao comprimento de onda. Para a luz do visível, vapor d água, e outras partículas (de poucos a muitos micrômetros de diâmetro) são os maiores espalhadores. A poluição também contribui para lindos nascer do sol e pôr do sol.

17 Espalhamento não-seletivo Espalhamento não-seletivo é produzido quando há partículas na atmosfera com diâmetro várias vezes maior que o diâmetro da radiação transmitida. Esse tipo de espalhamento é não-seletivo, ou seja, todos os comprimentos de onda são espalhados, não somente o azul, verde ou vermelho.

18 Espalhamento não-seletivo Assim, gotículas de água, as quais formam nevoeiro e nuvens, espalham todos os comprimentos de onda da luz visível igualmente, causando a cor branca das nuvens. Espalhamento pode reduzir drasticamente o conteúdo de informação nos dados de sensoriamento remoto, com perda de contraste, tornando difícil a diferenciação entre objetos.

19 Contraste

20 Espalhamento Atmosférico O tipo de espalhamento é função de: 1) Comprimento de onda da energia radiante incidente, e 1) O tamanho da molécula de gás, poeira, ou vapor d água. Jensen 2005

21 Na ausência de espalhamento, qual seria a cor do céu?

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23 Absorção Absorção é o processo em que cada energia radiante é absorvida e convertida em outras formas de energia. Uma banda de absorção é um intervalo de comprimentos de onda (ou frequências) no espectro eletromagnético no qual a energia radiante é absorvida por substâncias, como: água (H2O), dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2), ozônio (O3), e óxido nitroso (N2O). O efeito cumulativo da absorção por vários constituintes pode causar o bloqueio em certas regiões do espectro.

24 Absorção A absorção ocorre quando a energia incidente de mesma frequência que a frequência ressonante de um átomo ou molécula, é absorvida, produzindo um estado excitado. Se ao invés de reenviar um fóton do mesmo comprimento de onda, a energia for transformada em calor e for subsequentemente re-radiada num comprimento de onda maior, ocorre absorção. Quando se trata de um meio como o ar, a absorção e o espalhamento são frequentemente combinados num coeficiente de extinção (atenuação).

25 Absorção A transmissão é inversamente relacionada ao coeficiente de extinção, e à espessura da camada. Certos comprimentos de onda da radiação são mais afetados pela absorção do que pelo espalhamento. Isso é particularmente verdade para o infravermelho e para os comprimentos de onda menores do que a luz visível.

26 Absorção Absorção da energia eletromagnética do Sol incidente na região de 0,1 a 30 m por vários gases atmosféricos Janela Jensen 2009

27 Radiação Solar (W m -2 μm -1 ) O efeito combinado da absorção, espalhamento e reflectância atmosféricos, reduzem a quantidade de irradiância solar que atinge a superfície da Terra ao nível do mar. Radiação solar no topo da atmosfera Radiação solar ao nível do mar Jensen 2009

28 Faixas de Absorção Em certas partes do espectro, tal como a região do visível ( m), a atmosfera não absorve toda energia incidente, mas transmite essa energia de forma efetiva. Essa parte que transmite de forma efetiva é chamada de janela atmosférica. As Janelas: 0,3 a 1,3 μm; 1,5 a 1,8 μm; 2,0 a 2,6 μm; 3,0 a 3,6 μm; 4,2 a 5,0 μm; 7,0 a 14,0 μm.

29 Característica dos gases que produzem feições de absorção atmosférica entre micrometros

30 Interações Energia-Matéria no Terreno

31 Reflectância Reflectância é o processo pelo qual a radiação resvala num objeto, como o topo de uma nuvem, um corpo d água, ou um solo exposto. Há vários tipos de superfícies refletoras.

32 Reflexão Especular Reflexão especular ocorre quando a superfície a partir da qual a radiação é refletida é essencialmente lisa. Várias feições, como corpos d água, atuam como refletores especulares quase perfeitos. Se houver pouca ondulação na superfície, a energia incidente deixará a superfície do corpo d água num ângulo igual e oposto ao da energia incidente.

33 Reflexão Especular

34 Reflexão Difusa Reflexão difusa ocorre se a superfície tem uma altura superficial grande (rugosa), relativa ao tamanho do comprimento de onda da energia incidente. Os raios refletidos vão em muitas direções, dependendo da orientação das superfícies refletoras menores.

35 Reflexão Difusa Papel branco, pó branco, e outros materiais refletem a luz visível desta maneira difusa. Se a superfície for muito rugosa, então pode ocorrer um espalhamento imprevisível. Lambert definiu uma superfície perfeitamente difusa; chamada de superfície Lambertiana. É aquela superfície onde o fluxo radiante que deixa a superfície é constante para qualquer ângulo de reflectância.

36 Reflectância Jensen 2005

37 Reflectância Essas grandezas radiométricas são úteis na produção de afirmações gerais sobre as características de reflectância das feições do terreno. De fato, se somarmos a simples equação da reflectância hemisférica e a multiplicarmos por 100, obtemos uma expressão para a reflectância em percentagem ( ): % % refletido i 100 Essa quantidade é utilizada em pesquisas de sensoriamento remoto, na descrição geral das características de reflectância espectral de vários fenômenos.

38 Grama Concreto Solo arenoso Campo de pousio Curvas típicas de reflectância para fenômenos urbanos e suburbanos na região m. Asfalto Grama sintética Água clara Jensen 2005

39 Fator de Reflectância O Fator de Reflectância (FR) é a razão entre o fluxo refletido pela amostra na superfície (L a ) e o fluxo refletido (L R ) por um difusor perfeito (superfície Lambertiana). FR( ; ) i i r r L L ( ; ) ( ; ) a i i r r R i i r r

40 Reflectância vs Fator de Reflectância

41 Até a próxima!