Sistemas Sensores. Introdução

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1 Sistemas Sensores 5ª Aulas Introdução O sol foi citado como sendo uma fonte de energia ou radiação. O sol é uma fonte muito consistente de energia para o sensoriamento remoto (REM). REM interage com os alvos da superfície terrestre, podendo ser absorvida, refletida, transmitida e emitida por eles, seletivamente; Esta interação depende, sobretudo, das características do alvo e do meio ambiente que os cercam (EX: a quantidade de energia refletida por uma planta é função de características intrínsecas desta mas que pode ser alterada se a planta for submetida a estresses, tais como desequilíbrio nutricional, déficit hídrico, ataque de pragas e doenças etc); No atual estágio de desenvolvimento tecnológico, é possível medir as propriedades espectrais dos alvos, com razoável precisão e à distância; Estas medidas são obtidas através de dispositivos denominados SISTEMAS SENSORES; 1

2 CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS SENSORES Definição: São dispositivos capazes de detectar e registrar a radiação eletromagnética, em determinada faixa do espectro eletromagnético e gerar informações que possam ser transformadas num produto passível de interpretação, na forma de gráficos ou de tabelas (Moreira, 2001). IMAGEM GRÁFICO Um sistema sensor é constituído basicamente por um coletor (lentes, antena ou espelhos) e um sistema de registro (detector). 2

3 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS SENSORES Os sistemas sensores podem ser classificados quanto à fonte da radiação, ao tipo de produto e ao tipo de energia coletada (existem outras classificações mas estas são as mais importantes); Os sistemas sensores que medem a energia naturalmente disponível são chamados de sensores passivos. Os sensores passivos dependem que ocorra a iluminação da superfície da terra pelo sol, porém é possível capturar durante a noite, a energia naturalmente emitida pela terra (infravermelho termal), desde que exista quantidade suficiente de energia para ser gravada. Os sensores ativos, por outro lado, possui sua própria fonte para iluminação. O sensor emite radiação que é direcionada para o alvo que se deseja investigar. A radiação refletida do alvo é detectada e medida pelo sensor. As vantagens destes tipos de sensores incluem a capacidade de obter medida a qualquer momento, sem necessitar do sol. Os sensores ativos podem ser utilizado para examinar comprimentos de ondas que não são suficientemente fornecidos pelo sol, como as microondas. Porém, os sensores ativos necessitam gerar uma grande quantidade de energia para iluminar adequadamente os alvos. 3

4 Quanto ao tipo de produto: são os sistemas imageadores ou não. Os sistemas não imageadores medem a radiância do alvo e apresentam os resultados na forma de gráfico ou numéricos (radiômetros). Os sistemas imageadores são equipamentos cujos resultados finais são em forma de imagens de uma área do terreno (fotográficos e não fotográficos). Para os não fotográficos, alguns parâmetros são importantes (resoluções): espectral, espacial, temporal e radiométrica; Resolução Espectral: poder de resolução que o sensor tem para discriminar diferentes alvos sobre a superfície terrestre. Refere-se a melhor ou pior capacidade de discriminação dos alvos em função da faixa espectral em que opera. Sensor MSS Faixa Espectral 0, 5 a 0,6 µm 0,6 a 0,7 µm 0,7 a 0,8 µm 0,8 a 1,1 µm Largura da Faixa 0,1 µm 0,1 µm 0,1 µm 0,3 µm 4

5 Resolução Espacial menor área do terreno que um sistema sensor é capaz de individualizar; imagens obtidas por diferentes sensores com resoluções espaciais diferentes (sensores com diferentes IFOVs). Resolução Radiométrica a radiação eletromagnética refletida ou emitida pelos alvos da superfície terrestre possui valor de intensidade que difere de um alvo para outro. Algumas vezes, certos alvos, apesar de serem diferentes refletem ou emitem a radiação eletromagnética com valores de intensidade muito próximos entre si, tornando-os quase idênticos espectralmente. Assim, a resolução radiométrica de um sensor refere-se à capacidade que este sensor tem de poder discriminar, numa área imageada, alvos com pequenas diferenças de radiação refletida e/ou emitida. Relacionada à gravação dos sinais recebidos (bits): 2 1 = 1 bits ou 2 níveis de cinza; 2 2 = 2 bits ou 4 níveis de cinza; 2 4 = 4 bits ou 16 níveis de cinza; 2 11 = 11 bits ou 2048 níveis de cinza. Simulação de uma imagem do Landsat-TM com dois e quatro níveis de cinza-obtida sobre a cidade de Brasília. 5

6 Alguns Exemplos 6

7 Plataformas de sensoriamento remoto: Níveis de Aquisição As plataformas de sensoriamento remoto definem o nível de aquisição dos dados. Esses níveis podem ser orbital (representados pelas plataformas espaciais), aéreo (representados pelas aeronaves e helicópteros) e terrestre (representados por torres, e sistemas radiométricos de campo). A utilização de um dado sensor ou de outro, num determinado nível de coleta de informações espectrais, depende, sobretudo, de fatores relacionados com: a) objetivo da pesquisa; b) tamanho da área imageada; c) disponibilidade de equipamentos sensores e d) custo e precisão desejada dos resultados obtidos. Entretanto, alguns sistemas sensores são mais exaustivamente utilizados em determinados níveis de coleta de dados do que outros. Por exemplo, os radiômetros portáteis e os espectrorradiômetros são equipamentos muito utilizados para obter informações espectrais em áreas experimentais. Os sensores fotográficos (Câmeras fotogramétricas) e, mais recentemente, os radiômetros hiperespectrais são aerotransportados porque são equipamentos com configuração para operar neste tipo de plataforma, ou seja, em nível aéreo. Os scanners (imageadores) são muito utilizados em satélites não tripulados como no Landsat, no SPOT, entre outros. Níveis de Aquisição de Dados 7

8 Sistemas Sensores Mais Utilizados SÉRIE LANDSAT O que é o Landsat 7? O Landsat 7 é a continuação do programa Landsat financiado pelo governo americano. O novo satélite, lançado em abril/99, entrou em órbita com um sensor diferente do Landsat 5, denominado ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). Qual é a cobertura efetiva do Landsat 7 sobre o planeta? O Landsat 7 pode adquirir dados entre o polígono delimitado pelas coordenadas geodésicas: 81º de latitude norte / 81º de latitude sul e 180º de longitude leste e 180º de longitude oeste. Quais são os parâmetros orbitais de Landsat 7? Uma órbita é completada a cada 99 minutos (aproximadamente) permitindo ao satélite alcançar mais de 14 órbitas em um dia. Assim, cobertura total da Terra é realizada em 16 dias. A órbita descendente, de norte para sul, faz com que o satélite cruze o equador entre 10:00 e 10:15 (hora local) em cada passagem. Quais são as principais diferenças entre Landsat 7 e Landsat 5? Adição de uma banda pancromática com resolução espacial de 15m; Gravação da banda 6 (infra-vermelho termal) com alto e baixo ganho e resolução de 60m; Melhoramento no sistema de calibração do satélite, o que garante uma precisão radiométrica absoluta de +/-5%. Melhoramento na geometrica de imageamento, o que determina uma precisão em imagens corrigidas apenas a partir de dados de efemérides de satélite e GPS, muito próxima da precisão obtida com imagens georeferencias com pontos de controle cartográficos. Qual o comprimento das bandas espectrais e a sua resolução espacial? As bandas do infra vermelho visível mantiveram a resolução espacial de 30 m (bandas 1,2,3,4,5,7); As bandas do infra vemelho termal (bandas 6L e 6H) passam a ser adquiridas com resolução de 60 metros; A nova banda pancromática tem 15 m de resolução espacial. Abaixo temos um quadro comparativo entre o alcance espectral e resolução espacial das bandas entre o Landsat 5 e o Landsat 7. Sensor Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 6 Band 7 Band 8 TM N/A ETM

9 EXEMPLOS DO LANDSAT 7 - PAN E MULTI SOBRE BRASÍLIA SPOT (Sistem e Proboitoire de Observation de La Terra) Sistema espacial francês, semelhante ao LANDSAT. O primeiro satélite da série SPOT foi lançado em fevereiro de 1986, levando a bordo dois sensores de alta resolução: HRV (Haut Resolution Visible), operando no modo XS e no modo PAN. Opera com câmeras CCD (push broom), no qual os detectores encontram-se lado a lado, imageando a terra linha a linha. ModoCanaisFaixas Espectrais (mm)xs10,5 a 0,59 20,61 a 0,6830,79 a 0,89PANúnico0,51 a 0,73 Tem possibilidade de visada oblíqua (off nadir), que possibilita a obtenção de imagens com diferentes ângulos de aquisição de uma mesma área, favorecendo a visão estereoscópica. O SPOT 1 tinha uma repetitividade de dados a cada 26 dias. O SPOT 2 foi lançado em janeiro 1990 e o SPOT 3 foi lançado em setembro de O SPOT 4 foi lançado em 24 de março de 1998 e o SPOT 5 está programado para ser lançado em Ele vai oferecer uma resolução geométrica de 2,5 metros. (Figura 6). 9

10 SPOT 2 - FERNANDO DE NORONHA SPOT 4 - PANCROMÁTICA DO RIO IMAGEM TM5 - RIO, COMPOSIÇÃO COLORIDA 435 (RGB) IKONOS As imagens de alta resolução como as geradas pelo satélite IKONOS II são conseqüência direta da liberação tecnológica promovida em 1994 pelo Governo Americano. Anteriormente, essa tecnologia somente estava disponível para satélites de fins militares. Com o sucesso do satélite IKONOS II, lançado no final de Setembro/99, as imagens de alta resolução já são uma grata realidade e estão revolucionando o mercado de dados orbitais. Antes, nenhum outro satélite comercial conseguiu atingir esse nível de detalhe espacial. 10

11 SENSOR (satélite) BANDAS (µm) RESOLUÇÃO ESPACIAL (metros) RESOLUÇÃO TEMPORAL ETM LANDSAT dias (PAN) 15 0,5 a 0, ,61 a 0, ,79 a 0, ,5 a 1, ,5 a 1,75 (PAN) (PAN) 1 0,45 a ,76 cm 0,52 a 0,60 0,76 cm 0,63 a 0,69 0,76 cm 0,76 a 0,90 0,76 cm 0,45 a 0,90 (PAN) 0,61 cm SPOT 4 IKONOS Quick Bird 26 dias 29 dias 1 a 3,5 dias 11

12 QUICK BIRD Resolução de 0,76 a 0,61 cm ( a melhor disponível) Excelente visualização dos detalhes urbanos; individualização de árvores, prédios etc. Coliseu - Roma Porto de Abudhabi Exercício para Semana Que Vem Explique as características e utilização dos sensores: IRS - Indian Remote Sensing Satellite 12