José Alberto Quintanilha Mariana Giannotti

Transcrição

1 José Alberto Quintanilha Mariana Giannotti

2 Estrutura da Aula O que é Sensoriamento Remoto REM Atmosfera e Janelas Atmosféricas Assinatura Espectral Comportamento Espectral dos Alvos: Vegetação, Solos, Água, Urbano Tipos de Resoluções: Espacial, Espectral, Radiométrica e Temporal

3 Bibliografia CRÓSTA, A. P. Processamento digital de imagens de sensoriamento remoto. Edição revisada. Campinas. IG/UNICAMP, NOVO, E. M. L. M. Sensoriamento remoto - princípios e aplicações. Editora Edgar Blücher, 1989, 308p.

4 Sensoriamento Remoto Crescente capacidade de observação da Terra Alguns centrímetros a até quilômetros de resolução espacial Bandas espectrais: visível ao radar Fontes periódicas de informações: estudos multitemporais 4 Fonte: adaptado de Gilberto Câmara (INPE)

5 Fonte: NASA

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7 Mais do que uma imagem bonita Alasca

8 Cores nas imagens de satélite representam valores e dados sobre a Terra. Landsat, Rio Betsiboka, Madagascar.

9 O que é o Sensoriamento Remoto? Utilização de sensores para: a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sobre a superfície da Terra, através da coleta da energia radiante proveniente desse objeto, a conversão desta energia em sinal elétrico (digital) e a correspondente apresentação dessa informação. (Adaptado de Novo, E.M.L., 1989)

10 O que é o Sensoriamento Remoto? Utilização conjunta de sensores e equipamentos para: processamento de dados, equipamentos de transmissão de dados, colocados a bordo de aeronaves (ou outras plataformas), com o objetivo de estudar eventos, fenômenos e processos que ocorrem na superfície do Planeta Terra, a partir do registro e da análise das interações entre a REM (Radiação EletroMagnética) e as substâncias que os compõem em suas mais diversas manifestações. (Adaptado de Novo, E.M.L., 2008)

11 Quando a energia incide na superfície terrestre, parte é absorvida, parte é refletida de volta para o espaço. Image Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center - ISS007E10807

12 Sensores medem a energia refletida da superfície terrestre.

13 FOTOGRAMETRIA Fonte: Gil Gonçalves - 07/08 Ciência e arte de determinar a posição e forma de objetos a partir de fotografias O processo de reconstruir objetos sem os tocar Método de posicionamento sem contato Questão: qual é a diferença entre a detecção remota e a fotogrametria? A fotogrametria trata da medição das propriedades geométricas dos objetos A detecção remota focaliza-se na determinação do material e das condições da superfícies baseando-se nas suas propriedades da radiação eletromagnética refletida pelos objetos A fonte desta energia eletromagnética pode ser o Sol ou uma outra fonte própria (ex. laser).

14 Sensoriamento Remoto Elementos fundamentais Energia eletromagnética (B) Fonte ( A ),( D ) Sol ou fonte eletrônica Objeto ( C ) Sensor ( D ) Objetivo Detectar a interação entre a radiação eletromagnética (REM) e os objetos na Terra Obter uma imagem Fonte: LGP / EPUSP

15 Radiação Eletromagnética (REM) Fontes de REM Naturais SOL TERRA Artificiais RADAR LASER SONAR A escolha depende do interesse da pesquisa, da precisão requerida e dos custos envolvidos

16 Radiação Eletromagnética (REM) A REM interage de forma diferenciada com os materiais, podendo ser absorvida, transmitida ou refletida. Fonte: Adaptado de Lillesand et al, 2004 (p.12).

17 Espectro Eletromagnético Intervalo contínuo de energia em comprimento de onda. Divisão didática. Fonte: adaptado de Nasa (2013)

18 Espectro Eletromagnético Faixas importante para SR Faixa do visível ao infravermelho Faixa do microondas (RADAR) Fonte: LGP / EPUSP

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20 Os sensors do Landsat foram desenhados para detectar comprimentos de onda do visível e infravermelho.

21 Conceito de Atmofera A atmosfera corresponde à camada de ar que envolve o Globo Terrestre, a qual pode dividirse em diversas camadas com características físicas substancialmente diferentes, nomeadamente a troposfera, a estratosfera, a mesosfera e a exosfera.

22 Interações da Energia na Atmosfera Refração: refere-se ao desvio da luz quando ela passa de um meio a um outro, de densidade diferente Espalhamento atmosférico: difere da refração no sentido de que a direção associada ao espalhamento é imprevisível. A energia é modificada pela mudança de direção

23 Interações da Energia na Atmosfera Absorção: a energia radiante é convertida pela atmosfera em outras formas de energia é seletivamente absorvida através de seus vários constituintes: particulados, vapor d água e gases, como o ozônio (O3), o dióxido de carbono (CO2) e o óxido nitroso (N2O) o efeito cumulativo da absorção pelos vários constituintes pode fazer com que a atmosfera se feche completamente em certas regiões do espectro

24 Janelas Atmosféricas Bandas de Absorção da atmosfera Regiões do ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO (E.E.) para os quais a atmosfera é opaca, não permitindo a passagem da RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA (REM) Janelas atmosféricas Regiões do E.E. onde a atmosfera é transparente à radiação proveniente do Sol

25 Janelas Atmosféricas Air Force Cambridge Research Lab.

26 Assinatura Espectral: intensidade relativa com que cada corpo reflete ou emite a REM nos diversos comprimentos de onda (curvas de reflectância x comprimento de onda)

27 Assinatura Espectral SPOT Pan IKONOS Pan 4 Amostras representativas Reflexão dos alvos, como aparecerão na imagem (brilho) Pan 4 CBERS CCD % LANDSAT TM / EM Pan - ETM+ 50 Solo Reflectância Vegetação 10 Água 0 0,4 27 Azul 0,6 Verde Vermelho Visível 0,8 1,0 Infra-vermelho próximo 1,2 1,4 1,6 Comprimento de onda 1,8 Infra-vermelho médio 2,0 2,2 2,4 2,6 m Fonte: INPE

28 Comportamento Espectral dos Alvos Os objetos estudados são as diversas feições terrestres, como: solo; água (rios oceanos, etc); vegetação (florestas, pastagens, lavouras, etc); estradas; áreas urbanas; e assim por diante. Cada uma destas feições apresenta uma resposta diferente à radiação eletromagnética nela incidente, seja essa radiação oriunda do sol ou gerada por radares.

29 Comportamento Espectral dos Alvos O que é? É o estudo da reflectância espectral de alvos (objetos) como a vegetação, solos, minerais e rochas, água Ou seja: É o estudo da interação da REM com as substâncias da superfície terrestre.

30 Comportamento Espectral dos Alvos Fatores que interferem nas medidas do comportamento espectral dos alvos A) Método de aquisição dos dados B) Geometria da aquisição dos dados C) Parâmetros atmosféricos D) Parâmetros relativos ao alvo

31 Comportamento Espectral dos Alvos I = Incidente A = Absorção T = Transmissão R = Reflexão Fonte: LGP / EPUSP

32 Fonte: Teresa G. Florenzano

33 Água Líquida (0,38 a 0,7 m) = baixa reflectância, acima de 0,7 m água absorve toda REM Nuvens (0,38 a 2,5 m) altissima reflectância Neve (0,7 a 1,2 m) = alta reflectância, decréscimo rápido, (1,4 e 2,0 m) baixa ref. Fonte: LGP / EPUSP

34 Solos Umidade, matéria orgânica, textura, rugosidade e ferro Fonte: LGP / EPUSP

35 Azul Verde Vermelho Reflectância (%) Vegetação Pigmentos da folha Estrutura celular interna da folha Conteúdo de água Fatores determinantes da reflectância da folha Absorção por clorofila e xantofila, carotenos, Absorção por água Bandas de absorção Comprimento de onda (µm) Visível Infravermelho próximo Infravermelho Infravermelho médio Região espectral Clorofila (0,45 a 0,67 m) Fonte: Laerte Guimarães Ferreira (UFG LAPIG)

36 Reflectância Solos x Vegetação 0.8 RED NIR SWIR Solo Veg Comprimento de Onda (nm) Fonte: Laerte Guimarães Ferreira (UFG LAPIG)

37 Urbano: vários materiais

38 Urbano: vários materiais

39 Superfícies construídas ou urbanizadas Concreto até 0,6 m = baixa reflectância (0,6 a 1,3 m) = alta reflectância Asfalto é semelhante ao concreto, porém níveis mais baixos

40 Assinatura Espectral: Concreto Composição do material Tipo de estrutura da superfície Tempo de uso Geometria de iluminação

41 Assinatura Espectral: Asfalto GDS376

42 Assinatura Espectral: Asfalto Tar GDS346

43 Comportamento Espectral: Alvos Urbanos Fonte: Souza, Kux (2011)

44 Comportamento Espectral: Alvos Urbanos Sup. limpa, canelada Revestida, oxidada Fonte: Souza, Kux (2011)

45 Comportamento Espectral: Alvos Urbanos

46 Resolução Resolução espacial: mede a menor separação angular ou linear entre dois objetos. Corresponde à capacidade dos sensores de detectarem objetos de diferentes dimensões e formas. Resolução espectral: mede a largura das faixas espectrais e da sensibilidade do sistema sensor em distinguir entre dois níveis de intensidade do sinal de retorno. Resolução radiométrica: refere-se ao número de níveis de quantização digital usado para expressar o dado coletado por um sensor. Resolução temporal: refere-se à capacidade do sistema sensor de voltar a imagear uma mesma região da superfície terrestre.

47 Resolução Espacial

48 CBERS (2006) 20m de resolução

49 Aster (2006) 15m de resolução

50 Ikonos (2003) 1m de resolução

51 Resolução Espectral

52 Satélites e Sensores: Landsat 7 CARACTERÍSTICAS DOS IMAGEADORES Imageadores > TM (LANDSAT 5) ETM+ (LANDSAT 7) Bandas espectrais 0,45-0,52 0,52-0,60 0,63-0,69 0,76-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 0,45-0,52 0,53-0,61 0,63-0,69 0,78-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 Resolução espacial (m) 2,08-2,35 30m 120 m (termal) 2,08-2,35 0,52-0,90 (pan) 30 m 60 m (termal) 15 m (pan) Período de revisita 16 dias 16 dias Largura da faixa imageada 185 km 185 km

53 Satélites e Sensores: ASTER The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) Subsystem Bands Spatial Resolution Swath Width Spectral Range Temporal Coverage VNIR 3-Nadir bands, 1-Backward looking 15 m 60 km Band 1: um Band 2: um Band 3: um Band 3B: um 16 days SWIR 6 bands 30 m 60 km Band 4: um Band 5: um Band 6: um Band 7: um Band 8: um Band 9: um 16 days TIR 5 bands 90 m 60 km Band 10: um Band 11: um Band 12: um Band 13: um Band 14: um 16 days

54 Resolução Radiométrica

55 Resolução Radiométrica

56 Imagem de Satélite Fonte: Nasa

57 Imagem de Satélite Fonte: Nasa

58 Imagem de Satélite Vetor padrão do pixel (1,1) Fonte: LGP / EPUSP

59 Resolução Radiométrica a) b) Efeitos da mudança da resolução radiométrica sobre o contraste das imagens Número de níveis de quantização: (a) 2 (b) 4 (c) 8 (d) 16 (e) 32 (f) 64 c) d) e) f)

60 Resolução Temporal

61 Satélites e Sensores: MODIS MODIS - MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer Bandas Resolução espacial Largura da Faixa Resolução temporal 36 bandas Near-IR and Red (250 m), Blue, Green, and 3 IR bands (500 m), bands 9-36 (1000 m) 2330 km 1-2 days revisit Satellite Data Clearinghouse.mht

62 Satélites e Sensores: Landsat 7 CARACTERÍSTICAS DOS IMAGEADORES Imageadores > TM (LANDSAT 5) ETM+ (LANDSAT 7) Bandas espectrais 0,45-0,52 0,52-0,60 0,63-0,69 0,76-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 0,45-0,52 0,53-0,61 0,63-0,69 0,78-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 Resolução espacial (m) 2,08-2,35 30m 120 m (termal) 2,08-2,35 0,52-0,90 (pan) 30 m 60 m (termal) 15 m (pan) Período de revisita 16 dias 16 dias Largura da faixa imageada 185 km 185 km

63 Satélites e Sensores Fonte: INPE Órbita do satélite CBERS: altitude 778 km; inclinação 98,504o; período 100,26 min

64 Satélites e Sensores Landsat 5-30 metros Spot 10 metros Fonte: Luiz Fernando de Oliveira Silva, Gerente de TI, CTGEO Centro de Tecnologia em Geoprocessamento 64

65 Satélites e Sensores Quick Bird 60 cm Ikonos 1 m Fonte: Luiz Fernando de Oliveira Silva, Gerente de TI, CTGEO Centro de Tecnologia em Geoprocessamento 65

66 Satélites e Sensores: CBERS CBERS: CHINESE-BRAZILIAN EARTH RESOURCES SATELLITE

67 Satélites e Sensores: CBERS CARACTERÍSTICAS DOS IMAGEADORES Imageadores > CCD IR-MSS WFI Bandas Espectrais 0,51 0,73 (pan) 0,45 0,52 0,52 0,59 0,63 0,69 0,77 0,89 0,50-1,10 pan 1,55-1,75 2,08-2,35 10,40-12,50 0,63-0,69 0,76-0,90 Resolução espacial (m) (pan e IV) 260 Período de revisita (nadir): 26 dias 26 dias 3-5 dias Período de revisita (off-nadir): 3 dias (+/- 32º) - - Largura da faixa imageada 113 km 120 km 890 km Ângulo de visada lateral +/- 32º - -

68 Landsat Missão: Mapear a superfície de Terra Dados desde 1972 Revisita: 16 dias Resolução: 30m Dados públicos sem custo

69 Satélites e Sensores: Landsat 7 LANDSAT 7: EARTH RESOURCES TECHNOLOGY SATELLITE USA

70 Satélites e Sensores: Landsat CARACTERÍSTICAS DOS IMAGEADORES Imageadores > TM (LANDSAT 5) ETM+ (LANDSAT 7) Bandas espectrais 0,45-0,52 0,52-0,60 0,63-0,69 0,76-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 0,45-0,52 0,53-0,61 0,63-0,69 0,78-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 Resolução espacial (m) 2,08-2,35 30m 120 m (termal) 2,08-2,35 0,52-0,90 (pan) 30 m 60 m (termal) 15 m (pan) Período de revisita 16 dias 16 dias Largura da faixa imageada 185 km 185 km

71 Satélites e Sensores: SPOT 4 SPOT 4: SISTÉME PROBATOIRE DE L OBSERVATION DE LA TERRE - FRANCE

72 Satélites e Sensores: SPOT 4 CARACTERÍSTICAS DOS IMAGEADORES HRVIR Imageadores > MULTIESPECTRAL PANCRO Bandas espectrais (?m) 0,50-0,59 (verde) 0,61-0,68 (vermelha) 0,79-0,89 (infravermelho) Resolução espacial (m) 20 m 10 m 0,61-0,68 Período de revisita (nadir): 26 dias 26 dias Período de revisita (offnadir): 3 dias 3 dias Largura da faixa imageada 117 km (2X60km) 117 km (2X60km) Ângulo de visada lateral +/- 27º +/- 27º

73 Satélites e Sensores: MODIS MODIS - MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer Bandas Resolução espacial Largura da Faixa Resolução temporal 36 bandas Near-IR and Red (250 m), Blue, Green, and 3 IR bands (500 m), bands 9-36 (1000 m) 2330 km 1-2 days revisit Satellite Data Clearinghouse.mht

74 Satélites e Sensores: AVIRIS Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer Altitude de 20 km 224 bandas entre 0,4 a 2,5 m - hiperespectral NASA

75 Satélites e Sensores: ASTER The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) Subsystem Bands Spatial Resolution Swath Width Spectral Range Temporal Coverage VNIR 3-Nadir bands, 1-Backward looking 15 m 60 km Band 1: um Band 2: um Band 3: um Band 3B: um 16 days SWIR 6 bands 30 m 60 km Band 4: um Band 5: um Band 6: um Band 7: um Band 8: um Band 9: um 16 days TIR 5 bands 90 m 60 km Band 10: um Band 11: um Band 12: um Band 13: um Band 14: um 16 days

76 Produtos Imagens Fonte: Mauricio Moreira, INPE

77 248/images/DigitalGlobe_Barra_Olympic_Park_Rio_de_Janeiro_BR_WV2_13 SEP2016.jpg

78 Paracatu de Baixo fica ao longo do rio Gualaxo do Norte, no estado de Minas Gerais. Esta imagem de satélite mostra a vila antes da represa mineira operada pela mineradora brasileira Samarco - propriedade da BHP Billiton e Vale - entrar em colapso, em 5 de novembro de 2015.

79 Imagem de satélite de Paracatu de Baixo depois que a barragem entrou em colapso, liberando uma onda de cerca de 40m metros cúbicos de lama ao longo do rio.

80 48/ images/digitalglobe_wildfires_fort_mcmurray_alberta_can_wv3_5may2016.jpg A destruição causada pelo incêndio violento em Fort McMurray (Alberta) mostrada no infravermelho próximo. Áreas vermelhas são vegetação saudável e preto/cinza é material queimado. Lado queimado é à esquerda, não queimado à direita.

81 248/images/DigitalGlobe_Dakota_Access_Pipeline_Cannon_Ball_ND_WV3_25NOV2016.jpg Dezembro de 2016: Cannon Ball, Dakota do Norte, EUA A imagem mostra os manifestantes acampados ao longo do rio onde há projeto de duto. No canto direito inferior da imagem, você pode ver a cicatriz de área queimada em outubro.

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