Curso de Extensão: Noções de Sensoriamento

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1 UFBA Curso de Extensão: Noções de Sensoriamento IPF Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung Mauro Alixandrini Universität Karlsruhe (TH) Universität Karlsruhe (TH) Noções de Sensoriamento Remoto Aula 1 Radiação Sistemas sensores Parâmetros da imagem de sensores passivos Resolução espacial, espectral, radiométrica e temporal Aula 2 Comportamento espectral de alvos Principais sensores remotos passivos Níveis de processamento Composição de bandas espectrais 1 von 25 1

2 Noções de Sensoriamento Remoto Aula 3 Estudos de Caso 1 Urbana Estudo de Caso 2 Ambiental Estudo de Caso 3 Agrícola Prática Laboratorial 1 Composição Coloridas de Bandas Aula 4 Prática Laboratorial 2 Registro de uma imagem Google Earth Aula 5 Prática Laboratorial 3 Interpretação Visual Interpretação automática disponibilidade de dados e exemplos 2 von Introdução Motivation Sensoriamento Remoto Área de ciência que se ocupa de equipamentos, técnicas e procedimentos de análise de Dados obtidos sem o contato direto com o objeto ou fenômeno através de sensores. Está área esta inserida no conceito recente de visão computacional Mashine Vision. 3 von 25 2

3 1. Introdução Sensoriamento Remoto aplicado ao Mapeamento Área de ciência que se ocupa de equipamentos, técnicas e procedimentos de análise de Dados obtidos sem o contato direto com o objeto ou fenômeno através de sensores. Esses sensores no caso de mapeamento registram informações de uma porção limitada da superfície. Nesse processo identifica-se : Sensor: Dispositivo que mede uma quantidade física e converto o sinal que foi registrado numa observação. Propriedade física: Radiação, gravidade. Alvo: Fenômeno ou objeto estudado. 4 von Introdução Fonte Radiante Meio Sensor Plataforma Plataforma Sensor Plataforma Sensor Fonte Radiante Alvo Alvo Meio Alvo Armazenados Interpretados Modelados 5 von 25 3

4 Radiação eletromagnética Onda eletromagnética 6 von 25 Radiação eletromagnética 7 von 25 4

5 Radiação eletromagnética 8 von 25 Interação Radiação Atmosfera Termosfera Mesosfera Estratosfera Troposfera 9 von 25 5

6 Interação Radiação Atmosfera 10 von 25 Interação Radiação Atmosfera Processos de Interação Refração Espalhamento Absorção Reflectância 11 von 25 6

7 Refração atmosférica 1. A luz, ao entrar na atmosfera terrestre, sofre pequenas variações ao passar dentre as diversas camadas de ar. 2. Pela refringência ser diretamente proporcional a densidade, a luz desvia do menos refringente para o mais refringente, aproximando-se da reta normal; 3. Quando chega perto do chão existe um ar super aquecido de menor densidade que provoca um desvio do meio mais refringente para o mais refringente, provocando, as vezes, a reflexão total. 12 von 25 Espalhamento atmosférico O espalhamento (difusão ou dispersão) corresponde à mudança aleatória da direção de propagação da radiação solar devido à sua interação elástica com os componentes atmosféricos (Zullo, 1994). O espalhamento ocasiona uma mudança na trajetória de propagação da radiação dispersando-a em todas as direções, sem que haja mudança no comprimento de onda. Esse efeito provoca a atenuação do sinal captado pelo sensor e está presente em todos os comprimentos de onda do espectro eletromagnético. Na atmosfera, ele ocorre desde pequenas moléculas de gases (~10 cm) até grandes gotas ou partículas de gelo (~1 cm), estando sua intensidade fortemente relacionada com a razão entre o tamanho da partícula e o comprimento de onda incidente (Liou, 1980). 13 von 25 7

8 Espalhamento atmosférico Molécula de gás Espalhamento Rayleigh Comprimento de onda < 0,1 x Fumaça Poeira Espalhamento Mie 0,1 10 x Vapor d água Espalhamento Não-Seletivo > 10 x 14 von 25 Absorção atmosférica A absorção é um fenômeno termodinâmico que resulta na perda efetiva de energia para os constituintes atmosféricos, ocorrendo de forma seletiva em comprimentos de onda específicos, mas abrangendo todo o espectro óptico. Conseqüentemente, esse processo irá influenciar todos os sensores cujas bandas estejam abrangendo os comprimentos de absorção dos constituintes atmosféricos. O efeito é mais evidente nos sensores hiperespectrais porque esses abrangem regiões espectrais de forte absorção, as quais são geralmente desprezadas nos sensores multiespectrais, cujas bandas são posicionadas apenas nas janelas espectrais atmosféricas. Essas janelas são regiões com pouca absorção dos gases atmosféricos. Várias janelas existem na região de 0,4 2,5 mm, bons exemplos são as estreitas regiões espectrais em volta de 0,85mm, 1,05mm e 1,25mm. 15 von 25 8

9 Absorção Janelas de absorção atmosféricas 16 von 25 Reflexão atmosférica É o processo pelo qual a radiação é refletida num objeto como o topo de uma nuvem ou neblina e não chega a interagir com a superfície terrestre. Verdadeiramente o processo é mais complicado, envolvendo a reradiação de fótons em unísonos por átomos ou moléculas numa camada de aproximadamente metade do comprimento de onda em profundidade. A reflexão exibe características fundamentais que são importantes para o sensoriamento remoto. 17 von 25 9

10 Radiação eletromagnética EI = ER + EA + ET δr + δa + δt = 1 δi δi δi EI - Energia Irradiada ER - Energia Refletida EA - Energia Absorvida ET - Energia Transmitida Reflectância Absortância Transmitância 18 von 25 Radiação eletromagnética 19 von 25 10

11 Sistemas Sensores 20 von 25 Sistemas Sensores Plataforma 21 von 25 11

12 Sistemas Sensores Plataforma Órbita é definida em função de diversos parâmetros, tais como, raio (ou excentricidade, para órbitas elípticas), inclinação do plano da órbita e período de revolução. Uma órbita polar pode ser dimensionada de forma que seu plano seja perpendicular á reta que une a Terra ao Sol, para que o satélite fique permanentemente exposto aos raios solares e deles obtenha, ininterruptamente, energia para seu funcionamento. Esse tipo de órbita é denominado heliossíncrona. 22 von 25 Sistemas Sensores 23 von 25 12

13 Sistemas Sensores Sistemas Sensores Orbitais 24 von 25 Parâmetros de uma Cena de um sensor passivo: Tamanho da Cena Resoluções: Espacial Espectral Radiométrica Temporal Orbita Ponto Cobertura de Nuvens 25 von 25 13

14 Resolução Espacial A resolução espacial indica o tamanho do menor objeto que é possível representar na imagem. 26 von 25 Resolução Espectral A resolução espectral dos sensores indica a quantidade de regiões do espectro eletromagnético nas quais o sensor é capaz de gerar uma imagem de níveis de cinza. 27 von 25 14

15 Resolução Temporal A resolução temporal se refere ao intervalo de tempo em dias ou horas, que o sistema demora em obter duas imagens consecutivas da mesma região sobre a Terra. 28 von 25 Resolução Radiométrica Resolução Radiométrica de uma Imagem Digital é o número de bits utilizado para armazenar os números digitais define a resolução radiométrica de uma imagem. 29 von 25 15

16 Óptico Legenda Satélite ALOS PRISM AVNIR-2 Sensor Resolução Espectral Resolução Espacial Resolução Temporal Resolução Espectral bandas CÂMARA CCD 8-10 bandas CBERS 2 IRMSS 4-7 bandas WFI 0-3 bandas EROS A1 CÂMARA CCD EROS B1 CÂMARA CCD-TDI Resolução Espacial ERS 1 ATSR m MS 3-10 m ERS 2 ATSR 2 MS GOME m m IKONOS 2 PAN E MULTIESPECTRAL acima de 101 m LANDSAT 1 LANDSAT 2 MSS MSS Resolução Temporal LANDSAT 3 MSS diária LANDSAT 5 MSS TM 2-5 dias 6-20 dias LANDSAT 7 ETM+ acima de 21 dias NOAA 17 AVHRR 3 ORBVIEW 2 ORBVIEW 3 SEAWIFS ORBVIEW 3 sem dados QUICKBIRD QUICKBIRD HRG SPOT 5 HRS VEGETATION 2 ASTER TERRA 30 von 25 MODIS 16

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