Sensoriamento remoto aplicado a ecologia: fundamentos.

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1 Sensoriamento remoto aplicado a ecologia: fundamentos.

2 SENSORIAMENTO REMOTO: é a ciência que estuda as propriedades físicas e químicas dos alvos da superfície terrestre, sem ter contato físico com os mesmos, baseando-se somente na interação destes alvos com a radiação eletromagnética. Esta interação é medida pela sua: reflectância, emitância ou retroespalhamento, e pode ser imageada ou não. Quando imageada, interpretase esta imagem a partir do comportamento espectral que cada alvo apresenta, em cada faixa espectral. As faixas espectrais mais comuns são as do óptico - reflectância, do termal - emitância e das microondas - retroespalhamento.

3 Reflectância Propriedade física f do alvo de refletir a radiação eletromagnética tica (REM) após s a interação. Visível faixas do azul, verde e vermelho Não visível vel infravermelho próximo e médiom

4 Espectro Eletromagnético Raios Gama Raios-X Raios Raios Ultravioleta Infravermelho Radar FM TV ondas curtas AM Comprimento de onda (nm) Visível Comprimento de onda (nm)

5 Radiometria e Imagens de Satélite Radiometria: : registro da interação da REM com cada material ou alvo na forma de curvas = assinatura espectral Imagens de Satélite lite: : registro das assinaturas espectrais dos materiais ou alvos da superfície da Terra na forma de imagens

6 Radiometria

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11 1.1 Lado mais liso 1.2 Lado mais rugoso: Alga vermelha (Rodofícea) Absolute Reflectance Reflectance Wavelength (nm) Lado mais liso Lado mais rugoso

12 Red algae Reflectance (%) Wavelength (nm) Osmundaria Gracilaria caudata Spyridia Gracilaria mamilaris Centroceras clavulatum Dichotomaria marginata Dichotomaria oblongata Solieria Gimnogongrus grifthise Bostrychia radicans Gracilaria domingensis Chondrophycus papillosus Hypnea musciformis Coraline algae (probably Jania) Laurencia filiformis

13 Green algae Reflectance Codium isthnocladium Caulerpa racemosa Ulva fasciata Halimeda cuneata Wavelength (nm)

14 Blue green alga Reflectance (%) Cyanobacteria Wavelength (nm)

15 Brown algae Reflectance (%) Padina gymnospora Sargassum Zonaria tournefortii Dictyota dichotoma Dictyota cervicornis Wavelength (nm)

16 Reflectância Absoluta de macrófitas 100 Reflectância Absoluta E. crassipes Eichornnia azurea P. stratiotes H. reniformis N. mexicana L. laevigatum S. molesta M. brasiliensis C. becketti Ec. bletreri Eg. densa Hy. polysperma Comprimento de Onda

17 Resposta espectral média de Indivíduos e Folhas de Pistia stratiotes Reflectância (%) Indivíduos Folhas Comprimento de onda (nm) Assinatura espectral obtida com o Ocean Optics USB2000

18 Imagens de Satélite Sistemas Passivos Dependentes de fontes naturais de REM ópticos obedece à leis da óptica visível, vel, infravermelho próximo e médio m Reflectância não ópticos obedece a outras leis Microondas Temperatura de Brilho Termal Emitância Temperatura Sistemas Ativos Gerador de sua própria pria fonte de REM não ópticos Microondas índice de espalhamento (retroespalhamento( retroespalhamento)

19 RESOLUÇÃO ESPACIAL Tamanho da área mínima no terreno correspondente a cada cela na imagem (pixel). Pode variar de 50cm a 1100m - conforme o sistema sensor. RESOLUÇÃO ESPECTRAL Número de faixas espectrais de cada sistema sensor tem à bordo da plataforma. Pode variar de 1 faixa até o limite tecnológico conforme a plataforma. RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA Número de níveis de Energia que o sistema é capaz de distinguir. O Número Digital (ND) pode variar de 6 bits (2 6 = 64 níveis de energia), 8 bits (256) e 12 bits (4096) - conforme o sistema sensor. RESOLUÇÃO TEMPORAL O tempo entre uma tomada de dados e outra. Pode ser repetitíve ou programável - conforme a plataforma.

20 RESOLUÇÃO ESPACIAL Tamanho da área mínima no terreno correspondente a cada cela na imagem (pixel). Pode variar de 50cm a 1100m Exemplos mais comuns: WORLDVIEW-2 0,50x0,50m IKONOS - 4x4m (multiespectral) e 1x1m (Pan) ALOS 10x10m (Avnir) e 2,5x2,5m (Prism) SPOT - 20x20m (multi) e 2,5x2,5m (Pan) ASTER - 15x15m CBERS - 20x20m (CCD) e 2,5x2,5m (Pan) LANDSAT - 30x30m (ETM) NOAA 1100x1100m (AVHRR)

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22 RESOLUÇÃO ESPECTRAL Número de faixas espectrais de cada sistema sensor tem à bordo da plataforma. Pode variar de 1 faixa até o limite tecnológico Faixas do visível (azul, verde e vermelho) Faixas do infravermelho (próximo, médio e termal) Faixas de microondas (bandas C, L e P)

23 Espectro Eletromagnético

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26 O que o detector registra é a Radiância (L) L = ( ρ E ζ ) seno α α=ângulo de elevação solar Normal to Surface Concept of Radiance θ Radiant flux, Φ ρ=reflectância do alvo E=irradiância Side view of Source Area, A ζ=transmitância Solid Angle, Ω L λ θ Ω A Cos θ Projected Source Area = A Cos θ

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28 Refectância (%) vegetação - herbácio vegetação - arbóreo água turva água limpa solo argiloso 10 solo arenoso Comprimento de Onda (um) µµ µ

29 RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA Lines or rows (i) Columns ( j) Bands (k ) Brightness value range (typically 8 bit) white gray Associated gray-scale 4 0 black X axis Picture element (pixel) at location Line 4, Column 4, in Band 1 has a Brightness Value of 24, i.e., BV4,4,1 = 24.

30 RESOLUÇÃO TEMPORAL Considerar se seu problema ecológico é compatível com o tipo de repetição: - Repetição automática - Repetição programada

31 Os sensores podem ser PASSIVOS (SOL ou TERRA como fonte de energia) LANDSAT, ASTER, MODIS, IKONOS e WorldView2 (americanos( americanos) SPOT (francês( francês) CBERS (sat( satélite sino-brasileiro brasileiro) ALOS-Avnir Avnir e Prism (japonês( japonês)

32 Os sensores podem ser ATIVOS (usam( fontes ARTIFICIAIS) ERS banda C (europeu( europeu) JERS banda L (japones( japones) RADARSAT banda C (canadense( canadense) ALOS-Palsar (banda L polarização ão: hh,, vv, vh, hv) Futuro próximo banda P

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34 Various Paths of Satellite Received Radiance Total radiance at the sensor L S Remote sensor detector Solar irradiance E 0 90Þ L p L T T θ0 2 T θ v Diffuse sky irradiance E d θ 0 θ v L I 1,3,5 Atmosphere 5 Reflectance from neighboring area, r λ n Reflectance from study area, r λ

35 O processo de sensoriamento remoto envolve 7 etapas, sendo elas : Fonte de energia ou iluminação (A); Radiação e atmosfera (B); Interação com o alvo (C); Registro da energia pelo sensor (D); Transmissão, recepção e processamento (E); Interpretação e análise (F); e Aplicação (G).

36 Largura das órbitas do CBERS: CCD 113km IRMSS 120km WFI 890km

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40 Satélite CBERS

41 Imagem CBERS Pixel 20x20m Florianópolis

42 Imagem Sistema WFI Satélite CBERS

43 Faixas dos Satélites CBERS e MERIS Absolute Reflectance * * * CCD1 CCD2 CCD3 Lado mais liso Lado mais rugoso Reflectance Wavelength (nm) Assinatura espectral de uma alga vermelha (Rodolito)

44 Reflectância Absoluta de macrófitas 100 Intensidade Média na Faixa espectral Reflectância Absoluta Ei. crassipes Ei. azurea P. stratiotes H. reniformis N. mexicana L. laevigatum S. molesta M. brasiliensis C. becketti Ec. bletreri Eg. densa Hy. polysperma Comprimento de Onda

45 Reflectância Absoluta de macrófitas Picos de reflectância em cada faixa Reflectância Absoluta Ei. crassipes Ei. azurea P. stratiotes H. reniformis N. mexicana L. laevigatum S. molesta M. brasiliensis C. becketti Ec. bletreri Eg. densa Hy. polysperma Comprimento de Onda

46 Reflectância média nas Faixas espectrais Reflectância absoluta Ei. crassipes Ei. azurea P. stratiotes S. molesta H. reniformis N. mexicana M. brasiliensis L. laevigatum Eg. Densa C. becketti Ec. Bletreri Hy. Polysperma Azul Verde Vermelho IVP Faixas

47 100 Reflectância Absoluta de macrófitas Reflectância média nas Faixas espectrais Reflectância Absoluta E. crassipes Eichornnia azurea P. stratiotes H. reniformis N. mexicana L. laevigatum S. molesta M. brasiliensis C. becketti Ec. bletreri Eg. densa Hy. polysperma Reflectância absoluta Ei. crassipes Ei. azurea P. stratiotes S. molesta H. reniformis N. mexicana M. brasiliensis L. laevigatum Eg. Densa C. becketti Ec. Bletreri Hy. Polysperma Comprimento de Onda Faixas espectrais do CBERS e do IKONOS 5 0 Azul Verde Vermelho IVP Faixas