REVISÃO SENSORIAMENTO REMOTO AULA ZERO. Daniel C. Zanotta 14/03/2018

Transcrição

1 REVISÃO SENSORIAMENTO REMOTO AULA ZERO Daniel C. Zanotta 14/03/2018

2 O que é Sensoriamento Remoto? Arte e ciência da obtenção de informações sobre um objeto, através de radiação eletromagnética, sem contato físico direto com este. É a tecnologia científica que pode ser usada para medir e monitorar importantes características biofísicas e atividades humanas (JENSEN, 2000).

3 Tipos de Sensoriamento Remoto Aeronaves Satélites

4 SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS EROS QuickBird Geoeye 4 ORBVIEW-3 IKONOS Spot-5 Landsat-5 Landsat-7 Landsat-8 EOS-AQUA/TERRA ENVISAT JERS-1 CBERS-4 ERS-1 IRS

5 FUNCIONAMENTO DO OLHO HUMANO:

6 INTERPRETAÇÃO VISUAL DAS DIVERSAS CORES:

7 FORMAÇÃO DAS IMAGENS MULTIESPECTRAIS: Imagem Preto e Branco (NC) Imagem colorida (RGB) Fotografia da orla da cidade de Rio Grande, Lagoa dos Patos, RS. Composição colorida utilizando três bandas nos comprimentos de onda do visível.

8 FUNCIONAMENTO DOS SENSORES:

9 RADIAÇÃO SOLAR: INTENSIDADES ESPECTRAIS

10 DIVISÃO DO ESPECTRO EM:

11 POSICIONAMENTO DAS BANDAS

12 POR QUE UTILIZAR COMPOSIÇÕES COLORIDAS? 64 64

13 POR QUE UTILIZAR COMPOSIÇÕES COLORIDAS? Originalmente, as imagens de satélites são obtidas em preto e branco. Porém, o olho humano é mais sensível a cores que aos tons de cinza. As cores que podemos ver são fruto da reflexão seletiva dos alvos existentes na superfície terrestre, nas distintas bandas do espectro eletromagnético. Imagem LANDSAT-TM da cidade de Porto Alegre, lago Guaíba e parte da laguna dos Patos, RS.Composição colorida utilizando três bandas nos comprimentos de onda do visível.

14 POR QUE UTILIZAR COMPOSIÇÕES COLORIDAS? Originalmente, as imagens de satélites são obtidas em preto e branco. Porém, o olho humano é mais sensível a cores que aos tons de cinza. As cores que podemos ver são fruto da reflexão seletiva dos alvos existentes na superfície terrestre, nas distintas bandas do espectro eletromagnético. Imagem LANDSAT-TM da cidade de Porto Alegre, lago Guaíba e parte da laguna dos Patos, RS.Composição colorida utilizando três bandas nos comprimentos de onda do visível.

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

16 RADAR: PRODUZ, EMITE E CAPTA A RADIAÇÃO

17 RADAR: PRODUZ, EMITE E CAPTA A RADIAÇÃO

18 SISTEMA POR QUADRO

19 SISTEMA PUSHBROOM Maior tempo de permanência de um detector sobre um pixel. Sistema sem mobilidade interna Falta de uniformidade radiométrica entre detectores

20 SISTEMA WHISKBROOM Uniformidade de leitura para todos os pixels Sistema com mobilidade interna Menor tempo de permanência de um detector sobre um pixel.

21 SISTEMA WHISKBROOM (LANDSAT-TM) Detectores de Silício

22 EFEITO DO PROBLEMA NO ESPELHO SLC DO LANDSAT 7

23 ORGANIZAÇÃO DE UMA IMAGEM DIGITAL Intervalo de variação de uma imagem 8 bits: (256 níveis de cinza NC, CD, ND) 0 - Preto Branco (1,1) Colunas (X) Linhas (Y) (nºlin, nº col)

24 FASES DA AQUISIÇÃO DE UMA CENA Captação Estação de Processamento Distribuição Arquivamento

25 O que é resolução? RESOLUÇÃO É A CAPACIDADE DOS SENSORES DE RESOLVER ALGUM ALVO. ESSE RESOLVER TEM O SENTIDO DE ENXERGAR ALGO. SATÉLITES DE RECURSOS NATURAIS TEM BASICAMENTE 4 TIPOS DE RESOLUÇÕES: ESPACIAL: A RESOLUÇÃO ESPACIAL DETERMINA O TAMANHO DO MENOR OBJETO QUE É POSSÍVEL REPRESENTAR NO ARQUIVO RASTER DIGITAL, SEJA IMAGEM DE SATÉLITE OU FOTOGRAFIA AÉREA. PORTANTO, O USUÁRIO DEVE ESCOLHER SUAS IMAGENS DE ACORDO COM A MAGNITUDE DA ESCALA DO SEU TRABALHO, EM OUTRAS PALAVRAS, A RESOLUÇÃO ESPACIAL DA IMAGEM DEVE SER EQUIVALENTE COM O TAMANHO DO MENOR OBJETO QUE SE DESEJA IDENTIFICAR. ESPECTRAL: A RESOLUÇÃO ESPECTRAL INDICA A QUANTIDADE DE REGIÕES DO ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO NAS QUAIS O SENSOR É CAPAZ DE GERAR UMA IMAGEM DE NÍVEIS DE CINZA, E O INTERVALO DE COMPRIMENTOS DE ONDA INCLUÍDOS EM CADA UMA DAS REGIÕES. RADIOMÉTRICA: AS IMAGENS SÃO UMA REPRESENTAÇÃO, EM FORMATO DIGITAL OU ANALÓGICO, DE UMA PARTE DA SUPERFÍCIE TERRESTRE. AS IMAGENS ADQUIRIDAS POR SENSORES SATELITAIS TÊM GERALMENTE FORMATOS DIGITAIS (RASTER, NUNCA VETOR), JÁ AS FOTOGRAFIAS AÉREAS SÃO TRADICIONALMENTE IMAGENS ANALÓGICAS (PAPEL), RASTERIZADAS POR EQUIPAMENTOS SCANNER TRANSFORMANDO-O EM FORMATOS DIGITAIS. 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.

26 RESOLUÇÃO ESPACIAL É A RESOLUÇÃO MAIS FÁCIL DE ENTENDER. TEM A VER COM O TAMANHO DO PIXEL NA IMAGEM (ESPAÇO). É MEDIDA PELO DO TAMANHO DO PIXEL EM METROS.

27 RESOLUÇÃO ESPACIAL 100 metros

28 RESOLUÇÃO ESPACIAL 30 metros

29 RESOLUÇÃO ESPACIAL 5 metros

30 RESOLUÇÃO ESPACIAL Baixa resolução espacial Pixel grande Alta resolução espacial Pixel pequeno

31 RESOLUÇÃO ESPECTRAL É A CAPACIDADE DO SENSOR DE SEPARAR O ESPECTRO DE RADIAÇÃO RECEBIDO EM DIFERENTES BANDAS. QUANTO MAIOR O NÚMERO DE BANDAS, MAIOR É A RESOLUÇÃO ESPECTRAL.

32 RESOLUÇÃO ESPECTRAL Já sabemos que não podemos enxergar, mas existem outras formas de radiação eletromagnética que não são visíveis ao ser humano. O que diferencia as cores é o comprimento de onda (ou frequência) da onda. Neste sentido, a radiação com comprimento de onda maior que o vermelho é chamada de infra-vermelho e não é visível. Da mesma forma uma radiação com comprimento de onda menor que o violeta é ultravioleta, que também não é visível ao olho humano. Mesmo assim, seus efeitos podem ser sentidos através das queimaduras solares. A resolução espectral está intimamente ligada ao quanto nós podemos separar (ou fatiar) o espectro eletromagnético. Se estivéssemos falando apenas do visível, falaríamos em quantas medições de intensidades de cores diferentes podemos obter numa imagem??

33 RESOLUÇÃO ESPECTRAL Exemplos: Luz vinda de um pixel (IFOV) Representando o infra-vermelho (não visível) Detectores 4 bandas Fraca resolução espectral 8 bandas Média resolução espectral 16 bandas Boa resolução espectral

34 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS Uma boa resolução espectral e Espectral nos permitirá diferenciar com facilidade alvos como vegetação, solo, rocha, água, sombra etc.

35 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS

36 QUESTÃO ENEM 2011

37 ALGUMAS FAIXAS DE APLICAÇÃO DO ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO (SENSOR TM LANDSAT 5) Canal Faixa Espectral ( m) Principais Aplicações 1 0,45-0,52 Mapeamento de águas costeiras, diferenciação entre solo e vegetação, diferenciação entre vegetação coníferas e decíduas 2 0,52-0,60 Reflectância de vegetação verde sadia 3 0,63-0,69 Absorção da clorofila, diferenciação de espécies vegetais 4 0,76-0,90 Levantamento de biomassa, delineamento de corpos d água 5 1,55-1,75 Medidas de umidade da vegetação, diferenciação entre nuvens e neve 6 10,4-12,5 Mapeamento de estresse térmico em plantas, outros mapeamentos térmicos 7 2,08-2,35 Mapeamento hidrotermal

38 Exemplo Landsat RESOLUÇÃO ESPECTRAL Bandas espectrais Bandas/Sensores TM ETM+ IKONOS 1 0,45-0,52 m 0,45-0,52 m 0,45-0,52 m 2 0,52-0,60 m 0,53-0,61 m 0,52-0,60 m 3 0,63-0,69 m 0,63-0,69 m 0,63-0,69 m 4 0,76-0,90 m 0,78-0,90 m 5 1,55-1,75 m 1,55-1,75 m 6 10,4-12,5 m 10,4-12,5 m 7 2,08-2,35 m 2,09-2,35 m Pan 0,52-0,90 m 0,45-0,90 m

39 RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA A resolução radiometrica é o número de tons de cinza que cada pixel da imagem pode assumir. Geralmente as imagens contam com 256 níveis de cinza (8 bits ). Isso garante que para cada banda de uma imagem, os pixels possam assumir valores de 0 (preto) até 255 (branco) passando por níveis de cinza. O que vai definir a tonalidade de um pixel, se ele deve ser mais ou menos cinza, vai ser a quantidade de radiação eletromagnética vinda do pixel no terreno. Quanto mais radiação, mais claro é o pixel.

40 RESOLUÇÃO TEMPORAL

41 RESOLUÇÃO TEMPORAL

42 É POSSÍVEL TER BOA RESOLUÇÃO ESPACIAL, RADIOMÉTRICA E ESPECTRAL AO MESMO TEMPO? Por que então não podemos construir um sensor que tenha uma boa resolução espacial, radiométrica e espectral? Essa pergunta é um pouco intrigante, mas pense: quando uma certa quantidade de radiação vinda de um pixel é separada nos diferentes comprimentos de onda do espectro pelo prima, nós temos que captá-la através dos detectores posicionados próximos ao prisma. Se por acaso nós quisermos ter várias bandas (boa resolução espectral) nós devemos colocar vários detectores no espaço destinado a eles, e desta forma teríamos que diminuir o tamanho de cada um (como mostrado anteriormente). Diminuindo o tamanho dos detectores, nós faremos com que pouca radiação chegue a cada um deles (eles serão fracamente iluminados pela radiação do pixel). Isso fará com que o detector não seja capaz de sentir se muita ou pouca radiação está chegando da superfície terrestre. Na realidade, este problema está intimamente ligado ao chamado ruído aditivo do sensor. Bom, poderíamos resolver esse problema da quantidade de radiação vinda da superfície aumentando o tamanho do pixel! Dessa forma uma área maior na Terra refletirá mais radiação para os detectores. O problema neste caso é que isso diminuiria a resolução espacial...