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

2 Coleta de dados de sensoriamento remoto A quantidade de radiação eletromagnética, L (watts m -2 sr -1 μm -1 ), registrada dentro do IFOV (ângulo de visada instantâneo) de um sistema óptico de sensoriamento remoto é uma função de: L f s, t,,,, x, y, z P Jensen, 2007

3 Resoluções em Sensoriamento Remoto Nas aplicações de sensoriamento remoto do ambiente, duas questões estão sempre presentes: 1) qual é a melhor resolução da imagem para se identificar, ou resolver os objetos de interesse? 2) qual é a melhor escala para representar os objetos, ou fenômenos geográficos? Problema objetivos tecnologia disponível custo - Método Científico - Jensen, 2007

4 Resoluções em Sensoriamento Remoto Atualmente, o sensoriamento é constituído por uma razoável constelação de satélites, que oferecem imagens para atender as necessidades de uma ampla demanda de usuários; Uma forma de se abordar as potencialidades de um sensor, é por meio do dimensionamento de suas resoluções. Jensen, 2007

5 Shuttle Radar Topography Mission - SRTM GEBCO 1 Minute (ca. 1.8 km) GTOPO30 30 Seconds (ca. 0.9 km) SRTM 3 Seconds (ca. 90 m) 3712 values values values

6 Resoluções em Sensoriamento Remoto A detecção ou identificação de um objeto nas imagens de sensoriamento remoto não é determinada somente pela resolução espacial, mas por quatro diferentes formas de medições: pela área do campo de visada do sensor; pelo comprimento de onda das bandas; pelos valores numéricos da medida da radiância do alvo; e pela data em que a imagem foi tomada. Jensen, 2007

7 Resolução em sensoriamento remoto 10 m 10 m B G R NIR Espacial - refere-se a habilidade do sistema sensor em distinguir e medir os alvos, ex. 10 x 10 m. Espectral - o número e o tamanho da região espectral do sensor, ex. azul, verde, vermelho, infravermelho próximo, infravermelho termal, microondas (radar). Jan 15 Feb 15 Temporal quão frequente o sensor adquire dados, ex. cada 30 dias. 8-bit (0-255) 10-bit (0-1023) Radiométrica sensibilidade dos detectores a pequenas diferenças na energia eletromagnética. Jensen, 2007

8 Resolução Espacial

9 Resolução Espacial A resolução espacial de uma imagem determinará o tipo de aplicação na qual pode ser utilizada; em função da escala de trabalho e/ou do grau de detalhamento desejado da superfície terrestre. As feições da superfície terrestre são representadas de formas diferentes em imagens de resoluções espaciais diferentes; isto permite a caracterização da superfície de acordo com a quantidade de informação apropriada para aplicações com escalas diferentes. Jensen, 2007

10 Resolução Espacial Jensen, 2007

11 Resolução Espacial Jensen, 2007

12 1 x 1 m, Aeroporto em Washington, DC, (Digital Globe, Inc.) Jensen, 2007 Resolução Espacial

13

14 Resolução Espacial A resolução espacial deve ser entendida como uma medida geométrica, e, portanto, não deve ser considerada como sinônimo de pixel. Pixel representa uma taxa de amostragem no terreno, que mede no espaço geométrico do elemento de resolução no terreno, o valor da radiância do alvo. Jensen, 2007

15 Conceitos Básicos FOV (Field of View) Campo de visada; IFOV (Instantaneous Field of View) Campo de visada instantâneo; PIXEL (Picture Element) Elemento de imagem. Jensen, 2007

16 FOV - Campo de visada FOV é o ângulo sólido por meio do qual o fluxo radiante é captado pelo sensor, e depende da configuração óptica do sensor. É o campo de visada da imagem como um todo, sendo função da altitude de imageamento. Jensen, 2007 A 1 2 [ sr r ]

17 IFOV - Campo de visada instantâneo IFOV é a área no terreno definida pela imagem do elemento detector, ampliada pela razão entre a altitude do sensor e a distância focal óptica do sistema sensor. Este campo é definido pelas características geométricas do sensor. w IFOV w f Independe da altitude de operação do sensor! Jensen, 2007

18 Campo de Visada Instantâneo Escâner eletro-óptico Campo de Visada Célula resolução no terreno

19

20 Pixel O nome dado a essas celas é PIXEL, derivado do inglês picture element (elemento de imagem). Para um mesmo sensor remoto, cada pixel representa sempre uma área com as mesmas dimensões na superfície da Terra; Cada grid possui também um atributo numérico z que indica o nível de cinza dessa cela, que obviamente vai variar do preto ao branco; do inglês digital number (número digital - ND). Jensen, 2007

21 Conceitos Básicos O pixel é definido como um elemento de figura bidimensional (x,y) que é o menor elemento (indivisível) de uma imagem digital. Linhas (i) Colunas (i) Níveis de cinza (8 bits) branco Escala associada Bandas (k) cinza preto Eixo X

22

23 Sabins, 1987

24 Tamanho do Elemento de Resolução O tamanho do elemento de resolução (D) no terreno pode ser calculado pela equação: D H Onde: H é a altitude do sensor em metros, e β é o ângulo IFOV em radiano (rad). Exemplo 1: para um sensor orbital colocado à altitude de 700 km e com um IFOV igual a 0,043 miliradiano, o tamanho do elemento de resolução no terreno será: D H D m rad ( ) 0, ( ) D 30,1m Jensen, 2007

25 Resolução Espectral

26 Resolução Espectral A resolução espectral indica a quantidade de regiões do espectro eletromagnético nas quais o sensor é capaz de gerar uma imagem de nível de cinza. Estas são chamadas de bandas espectrais. Cada uma destas, representa a energia registrada pelos detectores do sensor numa determinada região do espectro eletromagnético. Assim, quanto maior o número de bandas geradas, maior a resolução espectral.

27 Resolução Espectral Junek, 2004

28 Resolução Espectral Devido às diferenças na composição físico-química dos materiais que compõem os objetos, estes interagem de maneira diferente com as ondas eletromagnéticas. Assim, a reflexão dos comprimentos de onda acontece em quantidades diferentes para cada tipo de material ou objeto, o que permite estabelecer uma caracterização espectral de cada um deles. Jensen, 2007

29 Resolução Espectral

30 Resolução Espectral Multiespectral Hiperespectral Lu and Fei, 2014

31 Resolução Temporal

32 Resolução Temporal Esta resolução é função das características da plataforma na qual o sensor está colocado. No caso de sistemas sensores orbitais, a resolução temporal indica o intervalo de tempo que o satélite leva para voltar a recobrir a área de interesse. Por exemplo, o sensor TM (Thematic Mapper) do Landsat-5 tem uma resolução temporal de 16 dias, isto é, a cada 16 dias o Landsat-5 passa sobre um mesmo ponto geográfico da Terra. Jensen, 2007

33 Resolução Temporal Aquisição dos dados de sensoriamento remoto Junho 1, 2006 Junho 17, 2006 Julho 3, dias Jensen, 2007

34 Importância da resolução temporal Jensen, 2009

35 Importância da resolução temporal Jensen, 2009

36

37

38 Resolução Radiométrica

39 Resolução Radiométrica A resolução radiométrica de uma imagem é a capacidade de discriminar pequenas diferenças na energia. Um sensor de alta resolução radiométrica é capaz de detectar pequenas diferenças na energia refletida ou emitida. Jensen, 2007

40 Resolução Radiométrica Dados de imagem são representados por números que variam de 0 até o valor final, que é 2 elevado ao número de bits da imagem (2 n ). Cada bit é um expoente de 2 (1 bit = 2 1 =2). O número máximo de níveis de cinza depende do número de bits usado na representação da energia registrada; Portanto, se um sensor usa 8 bits para registrar o dado, então ele terá 2 8 = 256 NC, variando de 0 a 255. Jensen, 2007

41 Resolução radiométrica bit (0-127) 8-bit (0-255) 0 9-bit (0-511) 0 10-bit (0-1023) Jensen, 2007

42 Resolução Radiométrica

43

44