Apresentação do Curso FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO EM AMBIENTE DE GEOPROCESSAMENTO Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara Antunes Dpto de Geomática/ UFPR Objetivo: apresentar os conhecimentos básicos de sensoriamento remoto a fim de permitir sua utilização em Sistema de Informações Geográficas. Introdução: Conceitos básicos Sensores: Ikonos, Landsat, Quickbird, Spot PDI: Contraste/Realce, Filtros, Componentes principais, Fusao de imagens, Correção geométrica Classificação: métodos paramétricos e não paramétricos Exercícios práticos : ERDAS. Imagine 8.4 Revisão da literatura Fonte : INPE 1- Fundamentos Sensoriamento Remoto ou teledetecção pode ser definido como a técnica de obtenção dados sobre determinado objeto sem qualquer contacto físico com o mesmo. O sensoriamento remoto passar a ser o conjunto de técnicas para coletar dados sobre objetos da superfície da terra 1
Fonte : INPE Fonte : INPE Satélite Superfície Física O Sensoriamento Remoto pode ser considerado como ciência, pois aplica conceitos de estatística, propagação de ondas, informática e matemática com fins interpretação e mapeamento de feições da superfície terrestre. Sensor: Satélite, Aeronave Objeto: Lago, Vegetação... 2
Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes Da mesma forma que o SR a Aerofotogrametria* também capta imagens da superfície terrestre. Imagens de satélite e fotografia aérea diferem na forma que são captadas e processadas. As principais diferenças são: A fotografia aérea é uma projeção central; É captada em geral por câmaras áreas a bordo de aeronaves; Em geral, estão em grandes escalas. Geometria Elementos Feições Mídia Fotografia aérea Há deslocamentos devido a distorção da câmera e variações do relevo Objetos visíveis são representáveis Digital ou analógica Imagem Há distorções devido a curvatura da terra, inclinação do sensor. Objetos visíveis são classificáveis Digital (raster ou matricial), multiespectral. Mapa Correto de acordo com escala Seleção de feições: temático e topográfico Digital ou analógica *Ver apresentação a ppt A fotografia aérea e o S. Remoto 2- Aplicações Extração de dados em SR As aplicações mais comuns do SR, são: Mapeamento em grandes escalas (fotografias aéreas). Cadastro e Planejamento Urbano. Mapeamento Sistemático. Mapas topográficos; Cartografia temática: mapas de vegetação, solos, hidrografia...meio ambiente; Provedor de dados para SIG: Informações geoambientais. Fotografia aérea Imagem de Satélite Restituição MAPA SIG Processamento Digital 3
3- Princípios e Espectro-electromagmetico O sensoriamento remoto baseia-se na aquisição de informações armazenadas pelos sensores, que captam a energia eletromagnética irradiada por um objeto. A energia emitida ou refletida por objetos da superfície física da terra é transmitida aos sensores em forma de ondas eletromagnéticas. A informação recebida pelo sensor pode ser codificada em termos de freqüência, intensidade e polarização da onda A interação da energia luminosa (solar) com os objetos da superfície terrestre gera os seguintes fenômenos: Absorção; Emissão; Difusão; Reflexão. Fotogrametria 1 Os objetos da superfície terrestre refletem e absorvem seletivamente energia eletromagnética, devido a sua diferente composição molecular. Esta característica, denominada resposta espectral dos objetos permite identificá-los numa FOTOGRAFIA AEREA ou imagem de sensoriamento remoto. SENSOR Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes Os processos de emissão, absorção, reflexão e transmissão ocorrem simultaneamente e suas intensidades relativas caracterizam a matéria em investigação. Dependendo das características físicas e químicas da mesma, os quatro processos ocorrem com intensidades diferentes em diferentes regiões do espectro. 4
Fonte Emissão Absorção O índice de Reflexão/Absorção depende da composição fisico-química do objeto Reflexão Objetos Esse comportamento espectral das diversas substâncias é denominado assinatura espectral e é utilizado em Sensoriamento Remoto para distinguir diversos materiais entre si. Qualquer fonte de energia eletromagnética é caracterizada pelo seu espectro de emissão, o qual pode ser contínuo ou distribuído em faixas discretas. O Espectro eletromagnético Comprimento de Ondas O espectro eletromagnético se estende da região dos raios gama(γ) às microondas. É dividido em regiões de acordo com os comprimentos de onda. 5
µm Azul Verde Verm. Comprimento de onda µm Visível µm γraio RaioX Ultra-Violeta Infra Termal Microondas Radio/TV Vermelho Espectro Visível- 04 a 0.7 µm FONTE: INPE, 2003 Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes A luz branca é subdividida em diferentes comprimentos de onda do visível até o infravermelho Os instrumentos de sensoriamento remoto operam em todos os campos de energia exceto as regiões dos raios X e γ e ondas de rádio. A estreita faixa da região visível (0,4µm - 0,7µm) possui uma particular importância, não apenas por ser detectável ao olho humano, mas também pela quantidade de energia disponível para detecção. 6
Os sensores detectam e armazenam a energia (fótons) em bandas ou faixas nas quais o sensor é sensível (ex: Visível; Infravermelho, Microondas); O número de fótons ( intensidade de energia) que alcança o detector varia de acordo com a quantidade de energia emitida pela fonte de iluminação(sol), com a quantidade de energia absorvida pela atmosfera e pelo grau de energia emitida e refletida pelos objetos da superfície. FONTE: INPE, 2003 Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes FONTE: INPE,2003 7
Janelas Atmosféricas Janelas As porções do espectro eletromagnético apropriadas para captação pelos sensores é bastante restrita devido a absorção da atmosfera. A atmosfera reduz a percentagem de radiação solar transmitida à terra. No obstante existem zonas em que a absorção é baixa, ou seja, alta percentagem de transmissão de energia solar. Esta regiões são denominadas janelas atmosféricas. Dentro de cada janela espectral diferentes objetos refletirão diferentes intensidades de energia. Lago Construção E t1 E t2 Esta característica, denominada resposta espectral dos objetos permite identificá-los numa imagem de sensoriamento remoto. O gráfico que representa o comportamento espectral de determinado objeto dentro de determinadas faixas espectrais(bandas) denomina-se assinatura espectral. E t1 = E t2 8
Resposta Espectral Reflexão das folhas, observando-se no plano do infravermelho (0.75-1.3 µm) a baixa absorção da água Resposta Espectral Reflexão da Folha Absorção da Agua 100 % 80 60 40 20 0 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 Mm FONTE: INPE, 2003 Resposta Espectral Vegetação(Fonte: INPE, 2003) 9
PASSIVO Sensores: Captação de Imagem Os sensores passivos, tal como a fotografia, detecta e armazena energia solar ou terrestre refletida ou emitida pelos objetos da superfície. As imagens deste tipo de sensor irá depender das condições atmosféricas, pois áreas com núvens ou bruma não serão imageadas adequadamente. Os sensores ativos, tal como radar, gera energia ou radiação que é refletida pelos objetos do solo. A energia refletida pode ser armazenada em meio fotográfico ou em forma digital. Os sensores de microondas são um exemplo, pois detectam energia de 0.1 à 25 cm, onde a absorção atmosférica é mínima. Classificação dos Sistemas Sensores Sensores: Órbitas Sensor Passivo Ativo Não imageador Fotográfico Imageador Radiômetro de microondas Gravímetro Preto & Branco Colorido Normal Infravermelho P&B Infravermelho colorido Óptico-Mecânico Radiômetro de Microondas Fotografias aéreas Imagem de satélite Imageador Radar Imagem de radar Não imageador Radiômetro Altímetro Laser Scanner Altimetria Dados de altimetria. Dependendo do objetivo do satélite para o qual foi projeto ele terá uma órbita específica. Um satélite em órbita geossíncrona equatorial (GEO) localiza-se diretamente acima da linha do equador, aproximadamente a 3600 Km de altura. Nesta distância o satélite demora 24 horas para dar uma volta completa no planeta. Sabendo que a Terra demora 24 horas para dar uma volta sobre o seu eixo (Movimento de rotação), podemos observar que o satélite e a Terra se movem juntos. 10
Órbitas polares são muito usadas para a observação da superfície de nosso planeta. Como a órbita do satélite tem a direção Norte-Sul e a Terra gira na direção Leste-Oeste, isto resulta que um satélite em órbita polar pode eventualmente "varrer" a superfície inteira da Terra. Por essa razão, satélites de monitoramento global como satélites de sensoriamento remoto e meteorológicos sempre efetuam uma órbita polar. Características das Imagens Orbitais Espacial; espectral, radiométrico, temporal. Resolução Espacial: refere-se a medição do menor objeto que pode ser registrado pelo sensor, ou a área que representa cada pixel no terreno. A área correspondente a cada detector na superfície do terreno depende do ângulo de visão instantâneo A (IFOV) e da altura da plataforma C. Instantaneous Field of View O Grau de Detalhe aumenta a medida que o ângulo de visada diminui. Imagem 30m x 30 m, terreno 11
O tamanho da área imageada é determinada pelo produto do IFOV pela distância do sensor a terra. A área no solo é denominada resolução da célula e que determina o resolução espacial máxima do sensor. varredura IFOV espelho Campo de visada IFOV Varredura: Pushbroom e resolução varre a terra através de uma série de linhas orientatada perpendicularmente ao movimento do sensor. Resolução Espacial 1 4 5 10 20 30 (m) Ikonos Pan IKONOS MS SOPT Pan SPOT5 MS Landsat 7 Pan SPOT MS Baixa Resolução Alta Resolução Landsat 7 MS Mundo Real 12
RESOLUÇÃO ESPACIAL CARACTERÍSTICAS Exemplo de Diferente resolução Espacial 0,5 a 5 metros 10 15 metros Permite diferenciar tipos de edificações (casas, forma dos prédios, características dos tetos). Geração de cartografia a escala humana, ou seja, é possível individualizar árvores, carros, ônibus, monumentos e arruamento intra-urbano. Identificação de áreas agrícolas menores. Identificação dos quarteirões de uma cidade, edifícios e ruas principais. Detalhamento de áreas florestais. Identificação de minerações e áreas agrícolas. RESOLUÇÃO ESPACIAL 20 30 metros 80 100 metros CARACTERÍSTICAS Identificação de regiões urbanas, aeroportos, rodovias principais e ferrovias. Identificação de grandes áreas florestais e agrícolas, bacias hidrográficas e caracterização da cobertura do solo. Identificação de lineamentos geológicos. Cartografia de estruturas geológicas regionais. Cartografia de grandes bacias hidrográficas e extensas áreas florestais e agrícolas. Resolução Espectral Inerente às imagens multiespectrais e hiperespectrais Quantidade de regiões do espectro eletromagnético e pelo intervalo de comprimento de onda Estas imagens denominam-se bandas espectrais 13
Bandas Espectrais 0.7 µm - 1.5 µm 0.6 µm 0.7 µm 0.5 µm - 0.6 µm 0.4 µm - 0.5 µm Resposta espectral dos objetos Para cada banda uma refletância 14
Resolução Radiométrica 2 n = quantidade de níveis de cinza onde: n = número de bits Por exemplo Uma imagem de 8 bits terá: 256 níveis de cinza (2 8 = 256). O número 10010110 é um número binário de 8 bits com valores 0 ou 1. Resolução Temporal Intervalo de tempo em dias ou horas, que o sistema demora em obter duas imagens consecutivas da mesma região sobre a Terra Captação Captação de Imagem Multiespectral 15
1º Trabalho Pesquisar os 10 principais satélites/sensores hoje em uso e suas características e aplicações. Enviar bralzir@yahoo.fr até 28/03 2 alunos. 4- Características dos Dados de S. Remoto Os dados de sensoriamento remoto são dado por PIXEL, em estrutura matricial. Os elementos do terreno emitem a energia (fótons) que são transformados em variações tonais. TONS DE CINZA ou DIGITAL NUMBER Floresta Lago Terreno Tons de Cinza A imagem digital pode ser representada por uma matriz de linhas x, colunas y e z para os DN. Desta forma, uma imagem digital é uma função discreta f (x,y), definida por uma grade regular de m linhas e n colunas, representada por: f (i,j), onde : 0<i<m-1 e 0<j< n-1; para f variando de [0,k-1]; onde, k= tons de cinza (DN). Dado Matricial Linha, Coluna, TC Coluna Linha P (3, 3, 200) 16
Captação Sistema Landsat 5- Os Principais Sensores 17
A série LANDSAT teve o primeiro satélite, e também o primeiro desenvolvido para atuar diretamente em pesquisas de recursos naturais, foi lançado em 1972 e denominado ERTS-1 ou Landsat-1. Levou dois instrumentos a bordo: as câmeras RBV (Return Beam Vidicon) e MSS (Multispectral Scanner System). Os mesmos instrumentos estiveram a bordo do Landsat 2 (lançado em 1975) e do Landsat 3 (lançado em 1978), considerados satélites experimentais. Bandas Comprimento de Onda µm Aplicações 1 0.45-0.52 - Azul Mapeamento de corpos d água; diferenciação de água e solo 2 0.52-0.60 Verde Reflexão de vegetação sadia 3 0.63-0.69 Vermelho Absorção de clorofila; diferenciação de espécies vegetais, solo úmido e solo seco. Landsat 5 4 0.76-0.90- Infravermelho próximo Levantamentos de biomassa, copas das árvores, rios. 5 1.55-1.75- Infravermelho Médio Detecção de umidade da vegetação O Landsat 4 começou a operar em 1982, com o MSS e também com o sensor TM (Thematic Mapper), projetado para dar suporte às pesquisas nas mais diversas áreas temáticas, especializado em recursos naturais. Em 1984entraria em órbita o Landsat-5, com os mesmos instrumentos sensores do L4. O sensor MSS do satélite L5 deixou de enviar dados em 1995, e o sensor TM manteve-se ativo até novembro de 2011, atingindo a marca de 28 anos em operação. 6 10.4-11.7 Termal Umidade da vegetação; geologia. 7 2.08-2.35- Infra vermelho Alto Umidade da vegetação; solos e geologia. PAN 0,50 0,90 µm- Pancromático. Exclusivo TM7 Útil no reconhecimento de padrões que necessite de uma maior resolução espacial. Ex: estradas, avenidas, quadras. Atualização cartográfica. Landsat 7, lançado em 1999, com novo sensor ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus. Este instrumento foi capaz de ampliar as possibilidades de uso dos produtos Landsat. O L7 enviou dados completos para a Terra até 2003, quando apresentou avarias de hardware e começou a operar com o espelho corretor de linha (SLC) desligado. LANDSAT 7 Landsat 8, lançado em 2013 A continuidade de série ocorreu com o lançamento em 11/02/2013. O sensor OLI dará continuidade aos produtos gerados a partir dos sensores TM e ETM+, a bordo das plataformas anteriores, além de incluir duas novas bandas espectrais, uma projetada para estudos de áreas costeiras e outra para detecção de nuvens do tipo cirrus. 18
LANDSAT 8 Exercício Prático com software MULTISPEC A- Usando a imagem LANDSAT : escolha a melhor composicação colorida que melhor apresente as classes de interesse. Área de Estudo : Guaratuba-PR Classes: Mangues, Baixios, Floresta, Solo Exposto, Mar, Baia/Rios B- Segmentação, classificação. Segmentar a imagem em 10 cluster(agrupamento) e identificar as classes. Ângulo da Elevação do Sol Características... Cada pixel ou célula (picture element) das bandas 1,2,3,4,5 e 7 possui 30 x 30 metros. Cada cena recobre uma área de 185 x 185 quilômetros, com uma periodicidade de 16 dias. Em 1999 foi lançado o foi lançado o LANDAT 7 Thematic Mapper Plus (ETM+), que apresenta como principal inovação a banda pancromática com 15 metros de resolução espacial). A banda pancromática inclui a faixa do visível 0,50 a 0,90 µm, sobrepondo a faixa do espectro visível. 19
Órbita Ponto 5.2- SISTEMA SPOT O programa SPOT sistema operacional e comercial de observação da Terra (SPOT Satellite Pour l'observation de la Terre). Estabelecido por iniciativa do governo francês em 1978, com a participação da Suécia e Bélgica, o programa é gerenciado pelo Centro Nacional de Estudos Espaciais - CNES, que é o responsável pelo desenvolvimento do programa e operação dos satélites. Já foram lançados com sucesso os SPOT 1, 2 e 3, 4 e 5. Resolução Ângulo Nadiral Inclinação maior área Pixel nadir Pixel off nadir O SPOT 5 possui novas especificações incluindo resolução espacial de 2.5 m numa faixa de 60 Km 20
O sistema HRV permite a coleta de imagens no modo off-nadir, ou seja, o sensor é apontado para a superfície fora da posição vertical à linha de deslocamento do satélite. Esse apontamento varia de 6 o até 27 o em relação ao eixo vertical O fato de poder apontar o sensor off-nadir aumenta a resolução temporal do sistema sobre a área de interesse que se deseja mapear. Outra vantagem da visada off-nadir é a possibilidade de obter imagens com 60% ou mais de recobrimento lateral, possibilitando a estereoscopia. Aquisição de imagens estereoscópicas através do instrumento HRS (High Resolution Stereoscopic) a bordo do SPOT 5 tem a capacidade de adquirir duas imagens simultaneamente,uma antes e outra após o ponto do satélite. Sobre uma passagem do satélite o telescópio adquire uma imagem com uma inclinação de 20 o. Após um minuto e 30 segundos o telescópio de imagens realiza uma visada para frente com um ângulo de 20 o. A grande vantagem da aquisição de imagens estereoscópicas é que podemos gerar modelos de elevação digital HRS. 21
5.3- IKONOS O satélite IKONOS lançado em 1999, é o primeiro de alta resolução espacial de 1m na banda pancromática e de 4 metros nas bandas multiespectral. Faixas Espectrais PAN 0.45 a 0.90µ ; Azul 0.45-0.52µ; Verde 0.52-0.60µ; Vermelho 0.63-0.69µ; infra vermelho próximo 0.76-0.90µ Características: Órbita: 681 km Faixa de Imageamento: 13 km x 13 Km Tempo de Revisita: 3 dias Resolução Radiométrica de 11 bits (2048 níveis de cinza). Características Espectrais Composição colorida, imagem Ikonos multiespectral resolução 4 m, RGB Combinação Infravermelha Bandas IFV VERM VERDE R G B O 22
Imagem Híbrida O sensor Ikonos possui bandas multiespectrais (banda azul, banda verde, banda vermelha e banda infravermelha) com 4 metros de resolução e a banda pancromática (preta e branca) com melhor resolução 1 m. Assim existem dois conjuntos de imagens. Azul Verde Processamento Digital + = É muito comum para as empresas fornecedoras oferecer um produto dito híbrido ou fundido, ou seja, a integração ou fusão de imagem de alta resolução espacial (pancromática) com outra de alta resolução espectral (multiespectral). O resultado é uma imagem falsa cor com resolução de um metro, este produto para o Ikonos é denominado PSM. Vermelho IFV 4 metros PAN 1 metro Imagem Híbrida Mistura Na verdade as imagens são processadas de forma que algumas das características multiespectrais das bandas 1,2,3 são parcialmente preservadas. Características 5.4- Quickbird DigitalGlobe lançado em 2001. Produto: inclui uma banda pancromática com 0,61 metros e 2,8 metros multiespectral. Resolução : 0,61 cm nadir e 2,44m multiespectral nadir; Varredura: 16,5 km Resolução radiométrica: 11bits Posição vertical 272 km 2 23
Imagem não nadiral Inclinação Banda Comprimento(µm) Resolução ( 25 o ) cm PAN 0,45-0.9 61-72 Azul 0,45-0,52 244-288 Verde 0,52-0,60 244-288 Vermelho 0,63-0,69 244-288 Infraver. 0,76-0,90 244-288 435 km 2 Acurácia esperada da Imagem baseada na ORTORETIFICAÇAO Bagdá PAN: 70cm Multiespectral: 2,8m 24
Data de lançamento Outubro de 2001 Largura do imageamento Precisão métrica Digitalização Resolução* 16.5 km x 16.5 km, no nadir 11 bits Horizontal: 23 metros (CE 90%) Vertical : 17 metros (LE 90%) Pan: 61 cm (nadir) a 72 cm (25 o off-nadir) Multiespectral: de 2.44 m (nadir) até 2.88 m (25 o off-nadir) Formatos disponíveis GeoTIFF 1.0, NITF 2.1 ou NITF 2.0 Máximo para aquisição simples Bandas 1x10, 1 par estéreo Pancromática Azul: Verde: Vermelho: Infravermelho próximo : 450-900 nm 450-520 nm 520-600 nm 630-690 nm 760-900 nm Tipo de Imagem e Situação de sua Disponibilidade PAN, 1 de resolução P&B, imagem existente do catalogo MS, 4 de resolução colorido, imagem existente do catalogo PSM, 1 de resolução colorido, imagem existente do catalogo PAN e MS juntos no pedido, separadamente, imagem existente do catalogo Tipo de Imagem e Situação de sua Disponibilidade PAN, 1 de resolução P&B, imagem a programar MS, 4 de resolução colorido, imagem a programar PSM, 1 de resolução colorido, imagem a programar PAN e MS juntos no pedido, separadamente, imagem a programar Quickbird Área mínima de 64 Km 2 106 Reais 88 Reais 123 Reais 153 Reais Quick Bird Área mínima de 64 Km 2 131 Reais 106 Reais 141 Reais 188 Reais Altissima Resolução WORLD VIEW II Resolução Espacial 50 cm PAN 8 Bandas Multiespectral com 1,8 metros Orbita 770 km Resolução Bandas 50cm (PAN) 1,84m (MULT) Pancromática Multiespectrais: 1. Vermelha 2. Azul 3. Verde 4. Infravermelho próximo 5. Azul costal 6. Red Edge 7. Amarela 8. Infra vermelho próximo-2 Precisão 6,5m CE90 25
GeoEye A missão GeoEye representa a evolução dos satélites OrbView, originalmente responsabilidade da Empresa Orbimage (Orbiting Image Corporation). Em 2006, o controle dos satélites OrbView passou a ser feito pela Empresa GeoEye, com sede localizada na Virgínia (Estados Unidos). O satélite GeoEye-1 foi lançado em setembro de 2008 e alcança 41 cm de resolução espacial no pancromático e 1,6 metros no multiespectral, com fornecimento de imagens direcionado aos serviços Google Earth e Google Maps. GEO EYE CBERS II Características Câmera CCD de alta resolução (CCD - High Resolution CCD Camera): A câmera CCD fornece imagens de uma faixa de 113 km de largura, com uma resolução de 20 m. Esta câmera tem capacidade de orientar seu campo de visada dentro de ± 32 graus, possibilitando a obtenção de imagens estereoscópicas de uma certa região.. Câmera CCD opera em 5 faixas espectrais incluindo uma faixa pancromática de 0,51 a 0,73 µm. São necessárias 26 dias para uma cobertura completa da Terra com a câmera CCD. 26
Câmera de varredura no infravermelho (IR- MSS - Infrared Multispectral Scanner): A câmera de varredura IR-MSS tem 4 faixas espectrais e estende o espectro de observação do CBERS até o infravermelho termal. O IR-MSS produz imagens de uma faixa de 120 km de largura com uma resolução de 80 m (160 m na banda termal). CBERS Diferentes Varreduras das Várias câmaras Especificações CCD IR-MSS WFI Bandas Espectrais (mm) 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 Campo de Visada 8,3º 8,8º 60º Resolução Espacial (m) Res. Temporal (Nadir): 20 80 (pan e IV) 260 26 dias 26 dias 3-5 dias IRS, India 1997 IRS, Indian Remote Sensing Satelite, possui a imagem PAN de 5 m de resolução, cada uma recobrindo 70 por 70 Km. Faixa Pan: 0.5 a 0.75 µm Res. Temporal (Fora do Nadir): Largura da Faixa Imageada Capacidade de Visada Lateral 3 dias (+/- 32º) - - 113 km 120 km 890 km +/- 32º - - 27
IRS, Multiespectral Band Wavelength (µm) Bandwidt h (µm) Resolutio n (m) Swath width (km) Revisit time (days) Band 1 (VIS) 0.52 to 0.59 23.5 142 24 (5) Band 2 (VIS) 0.62 to 0.68 23.5 142 24 (5) Band 3 (NIR) 0.77 to 0.86 23.5 142 24 (5) Band 4 (SWIR) 1.55 to 1.7 70.5 148 24 (5) Outros Sensores NOAA AVHRR (advanced very high resolution radiometer), são satélites originariamente concebidos para observação de dados meteorológicos, no entanto estes dados tem sido utilizados em agronomia e oceanografia. O primeiro satélite foi lançado em 1978. Abrangem pequenas escalas visto que apresenta um resolução espacial de 1.1 x 1.1 km e a varredura é de 2700 km. Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes ERS-1, satélite de radar lançado pela Agência Européia em 1991, é uma das maiores fontes de dados radar disponível. Possui uma resolução espacial de 30 x 30 metros e uma cena cobre 100 km 2. JERS-1, imageador a radar janonês, lançado em fevereiro de 1992. Resolução espacial 18 metros. conceito RADAR Uma imagem Radar é construída digitalmente pela seqüência de uma quantidade de pontos ou pixeis como os demais tipos de imagens de satélites. Cada pixel na imagem Radar representa a intensidade da reflexão o pulso de energia para a área correspondente no solo, onde: áreas mais escuras são superficies de retorno ou reflexão de fraca intensidade do sinal Radar, ou seja que uma proporção menor ou mínima da energia do pulso Radar foi refletida pelo alvo de volta para a antena do Instrumento Radar; áreas mais brilhantes correspondem a alvos para os quais a reflexão de energia para a antena do instrumento Radar foi maior e mais intensa. 28
Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes A reflexão do sinal de Radar para um alvo ou uma área de interesse num comprimento de onda específico varia bastante em função de uma quantidade de condições físicas: Tamanho e geometria do alvo ou reflector; Umidade do alvo; Polarização do sinal emitido; Ângulos de incidência do sinal emitido, As características qualitativas e quantitativas da reflexão Radar irá variar igualmente em função do comprimento de onda usado, ou seja, das características do pulso de energia usado para a observação. Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes VANTAGENS DO RADAR EM RELAÇÃO A OUTROS SENSORES REMOTOS o o o devido ao maior comprimento de onda da faixa de microondas este tipo de energia é capaz de atravessar as nuvens; por possuírem fonte própria de energia, não necessitam do Sol como fonte de iluminação; comparativamente às outras faixas do espectro eletromagnético, as microondas penetram mais na vegetação, além de eventualmente poderem adentrar no solo. 29
Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes CARACTERÍSTICAS DA IMAGEM O sistema de RADAR emite um sinal em direção ao alvo e ao atingir a superfície do objeto esta energia é espalhada em várias direções. Uma parcela da energia é espalhada em direção ao próprio sensor (retroespalhamento), onde é medida para gerar uma imagem, conforme mostra a figura seguinte. Os fatores mais importantes que condicionam o retroespalhamento são: comprimento de onda e polarização da energia utilizada, efeitos da superfície topográfica (geometria do imageamento) e as características da superfície (iteração entre sinal e alvo). Sombras: A iluminação oblíqua do RADAR produz sombras, devido à obstrução topográfica do pulso de microondas pelas feições da superfície, como edificações e montanhas. A existência de sombra é definida pela combinação do ângulo de depressão (ϕ) com a inclinação da rampa (α) também conhecida como "back slope". Para existir a sombra a inclinação deve ser maior que o ângulo de depressão. Muito raramente pode ocorrer igualdade entre os dois ângulos, fato denominado de rampa iluminada. Rugosidade: A rugosidade depende da variação superficial do conjunto de objetos e está relacionada com a reflexão da radiação eletromagnética pela superfície. Quanto maior a rugosidade mais difusa a radiação espalhada, ou seja, não existe uma direção preferencial para os feixes refletidos, sendo a energia espalhada em todas as direções (reflexão difusa). A quantidade de energia espalhada pelo satélite é influenciada pela rugosidade da superfície. Isto permite distinguir diferenças padrões de textura na imagem, as quais são úteis para detectar áreas desmatadas, áreas de cultivos, florestas, corpos d água e feições antrópicas Rugosidade Leia mais: http://www.engesat.com.br/satelites/rada_didatic2.htm 30
Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes Ruído Speckle Em áreas urbanas ocorre o fenômeno de reflexão múltipla, quando a energia incidente é refletida especularmente por diferentes superfícies numa direção praticamente paralela ao feixe emitido, causando um DN elevado. O retroespalhamento em superfícies lisas e rugosas. As superfícies lisas apresentam um retroespalhamento fraco, pois a maior parte da reflexão é especular; um bom exemplo são as superfícies de rios e lagos. As superfícies rugosas, como dossel de florestas, apresentam um retroespalhamento forte. Quando a radiação é refletida por uma superfície cuja rugosidade é da mesma ordem de grandeza que o comprimento de onda, a interferência das ondas produz o ruído chamado Speckle. É um ruído multiplicativo, proporcional à intensidade do sinal recebido. Visualmente percebe-se o efeito deste ruído através de uma textura granulosa que dificulta a interpretação das imagens. Para amenizar este ruído existem dois métodos: multi-look e filtragem. O multi-look pode ser utilizado quando se tem imagens obtidas por SAR, sendo que a imagem corrigida é composta da média das imagens de cada look geradas separadamente. O segundo método consiste em corrigir o valor do pixel (reduzir o Speckle) a partir dos valores do DN de seus vizinhos. Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes PRINCIPAIS SENSORES MICROONDAS multilook RADARSAT Satélite canadense Radarsat lançado em 1995 é composto por um sensor ativo de microondas, o que permite obtenção de dados independentemente das condições atmosféricas e iluminação. características: observa a terra com um angulo obliquo variável, o que permite ampliar o leque de aplicaçõespossui resolução variável de 10 a 100 metros e periodicidade de 85 dias. 31
Módulos de Operação SAR Aplicações: Os dados RADARSAT são por exemplo usados com bastante resultados em inúmeras aplicações temáticas tais como em Geologia, Exploração Mineral e Petroleira, em Cartografia (especialmente na produção de MNT por Radargrametria), em aplicações militares ( Cartografia e Observação), Monitoramewnto de Inundações, Agricultura, e monitoramento do uso e ocupação dos solos, em várias aplicações oceanográficas, tais como a detecção de manchas de Petroleo e Derivados no Mar, o monitoramento de área com perigo de colisão com blocos de gelo ou icebergs nas rotas de navegação marítimas, analise do padrão de ondas no mar, etc... 32
JERS1- Japão 1995 Caracteristicas Resolução espacial 18m Tamanho da Cena 75 km x 75 km Resolução radiometrica 6 bits Laser Scanner O sistema de escaneamento a laser embarcado (ALS), é um sistema de modelagem de superfície que tem como principio a emissão e recepção de feixes de raios laser da plataforma até a superfície da terra e transformar o intervalo de tempo envolvido em distância. Esta técnica é um sistema que integra uma serie de sensores que juntos, permitem determinar a posição tridimensional georreferenciada de pontos da superfície terrestre. 33
O sistema ALS é composto por: a) a unidade laser de medida: dispositivo responsável pela medida das distancias entre o sensor e superfície; b) b) unidade de varredura: dispositivo responsável pela deflexão dos pulsos laser emitidos transversalmente a linha de vôo; c) c) unidade de posicionamento: constituído de um receptor GPS dupla freqüência que permite o posiciomanto geodésico dos pontos. Este tipo de sistema também é chamado de LIDAR - Light Detection And Ranging ou LADAR - Laser Detection And Ranging (WEHR & LOHR, 1999). Ao atingir sua superfície, este feixe é refletido e uma parte dele retorna ao sistema. A partir da intensidade do sinal de retorno é possível derivar informações a respeito da natureza da superfície do objeto, mas o dado mais relevante é o tempo decorrido entre a emissão do feixe e o registro do retorno, pois permite calcular a distância entre o sensor e o objeto.. A unidade de medição laser é responsável pela geração e emissão dos pulsos laser. Estes pulsos são gerados pelo estímulo de um cristal sintético 34
O feixe associado a um pulso Laser disparado desde um avião sofre uma pequena divergência. Por este motivo, a área associada ao feixe depende da altura do vôo. O tamanho dos objetos, em relação à projeção do feixe (footprint), bem como o material que compõe a superfície, determinam a intensidade do pulso que retorna ao sensor. O feixe pode não atingir um único objeto e pode ser refletido por diferentes pontos localizados a diferentes distâncias do sensor O ponto mais próximo ocasionará um pulso que retorna mais rapidamente e o ponto mais distante um retorno mais demorado. Esta característica ganha relevância quando se leva em consideração a diferença de penetração que pode existir em um único pulso, pois permite a distinção de elevações. Princípio Exemplo de duas grades altimétricas de uma mesma região, associadas ao primeiro e último pulso. 35
Integração de dados Laser e imagens orbitais 36