Radiometria e Princípios de Sensoriamento Remoto Hiperespectral - Porto Alegre, Outubro de 2006 - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Divisão de Sensoriamento Remoto (DSR) São José dos Campos (SP) E-Mail: lenio@dsrinpebr Radiometria e Princípios de Sensoriamento Remoto Hiperespectral Principais Tópicos Sensoriamento Remoto e Conceitos Radiométricos; Imagens e Espectros; Sensoriamento Remoto Hiperespectral; Propriedades Espectrais da Vegetação; Propriedades Espectrais dos Solos; Propriedades Espectrais de Minerais e Rochas; Propriedades Espectrais da Água; Técnicas de Análise Espectral 1
Sensoriamento Remoto e Conceitos Radiométricos O que é Sensoriamento Remoto? É uma ferramenta ou atividade científica que usa sensores distantes de um objeto (ou área) para medir a quantidade de radiação eletromagnética refletida ou emitida pelo mesmo e possibilitar a extração de informação 2
Espectro Eletromagnética: O Fóton e Quantidades Radiométricas Dualidade Onda-Partícula; A relação entre o comprimento de onda (λ) e a freqüência (v) da radiação eletromagnética é dada por: (1) c = λ/v; (2) v = c/λ ou (3) λ = c/v onde c é a velocidade da luz; Embora muitas características da radiação eletromagnética possam ser mais facilmente descritas pela teoria ondulatória, a teoria corpuscular explica melhor como a radiação interage com a matéria; Segundo esta teoria, a radiação eletromagnética é composta de unidades discretas chamadas fótons A energia de um fóton (Q, Joules) é dada por: Q = hv onde h = constante de Planck (6626 x 10-34 Js) e v = freqüência; A relação entre ambos os modelos (ondas e partículas) é dada por: Q = hc/λ 3
Em sensoriamento remoto, é comum caracterizar ondas eletromagnéticas pela sua posição em comprimento de onda no espectro eletromagnético; O Que Medimos? 4
(1) Energia Radiante (Q): Q = hv = hc/λ (Joules); (2) Fluxo Radiante (Φ): fluxo de energia radiante (Q) por unidade de tempo (Joules/s = Watt); (3) Densidade do Fluxo Radiante (M ou E): é o fluxo radiante (Φ) por unidade de área (Φ/m 2 = Wm -2 ), podendo ser de dois tipos Na exitância (M), o fluxo radiante deixa a superfície Na irradiância (E), o fluxo radiante atinge a superfície Fonte: Roberts (2005) (a) (b) A irradiância varia com a distância entre a superfície e o observador; Irradiância de uma lâmpada de 100W com 10m de raio: E = 100W/4Π(10m) 2 = 100W/1256,6m 2 = 0,0756W m -2 Irradiância de uma lâmpada de 100W com 1m de raio: E = 100W/4Π(1m) 2 = 100W/12,566m 2 = 7,56W m -2 Como a distância Sol-Terra varia sazonalmente, a irradiância também varia ao longo do ano; 5
(4) Intensidade Radiante (I): é o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido (Φ/Ω; Wsr -1 ) Não varia com a distância Fonte: Roberts (2005) (5) Radiância (L): é a medida radiométrica mais precisa em sensoriamento remoto É o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido e área (Wm -2 sr -1 ) Não depende da distância ou do campo de visada Φ λ Fonte: Lillesand e Kiefer (1997) 6
GIFOV = H IFOV H é a altura do sensor FOV = Field of View; IFOV = Instantaneous Field of View; GIFOV =Ground Instantaneous Field of View Sensor Imageador ideal: (1) alta resolução espectral; (2) alta resolução espacial; (3) alta resolução temporal; (4) alta resolução radiométrica Como fazer? Viabilidade? Fonte: Roberts (2005) Fonte: Roberts (2005) 7
Radiometria Radiometria é a medida da radiação óptica A partir das medidas de irradiância e radiância, pode-se obter a reflectância (ρ) Em laboratório/campo, costuma-se usar um padrão de referência de reflectância conhecida Em imagens, é preciso remover a influência dos efeitos atmosféricos para converter dados de radiância em reflectância de superfície ρ = Lsup/E Amostrando o Espectro Eletromagnético Sensoriamento remoto também pode ser considerado um processo de amostragem do espectro eletromagnético; 8
A amostragem pode ser feita por sensores com quantidade diferente de bandas com posicionamentos e largura distintos SPOT 3/HRV (3 channels) Landsat 5/MSS (4 channels) Landsat 5/TM (6 channels) EOS/ASTER (9 channels) AVIRIS (224 channels) Laboratory (800 channels) 400 800 1200 1600 2000 2400 Wavelength (nm) 9
Quanto maior for o número de bandas estreitas, melhor será a caracterização das propriedades espectrais dos materiais; Sensor HRV Reflectance TM ASTER AVIRIS LABORATORY 400 900 1400 1900 2400 Wavelength (nm) 10