SENSORIAMENTO REMOTO C Sistemas Sensores ALVO emissão reflexão (background radiância de...

SENSORIAMENTO REMOTO

C

Sistemas Sensores

ALVOemissãoreflexão

(backgroundradiância de

trajetória)

Óptica de coleta(Objetiva)

Dispersão(Separação da bandas)

DetecçãoProcessamento

de sinaisDADO

SISTEMA SENSORSistema ópticoDetectorProcessador de sinais

FOV (field of view): é o ângulo sólido através do qual o fluxo radiante é captado pelo sensor - configuração óptica do sensor.

IFOV (instantaneous field of view): é a área no terreno que corresponde a um elemento detetor (unidade: miliradianos)

Não confundir IFOV com PIXEL. Pixel é unidade básica dos dados na imagem ao qual um valor de radiância (nivel de cinza) é atribuído. No caso de satélite eles coincidem porque não há variação de altitude.

SISTEMA ÓPTICO

PrismasGrades de Difração

Separam a radiação incidente em diversas bandas espectrais.

SISTEMA DE DISPERSÃO

Transformam o fluxo energético num sinal elétrico.

TérmicosEnergia incidente causa alteração da sua temperatura.QuânticosA incidência de fótons (radiação) sobre o detector alteram os níveis de energia dos elétrons no interior do detector produzindo transportadores de carga livre.

DETETORES

Qualidades de um Detector

• responsividade, características de ruído• tempo de resposta, linearidade de resposta• range dinâmico de resposta, ou resposta espectral,

área de resposta do elemento detector• uniformidade de resposta na área do elemento detector.

Processamento do Sinal Eletrônico

Pré-amplificador

Amplificador

Filtro

Relação Sinal/Ruído

"Escaner" Multispectral

• Sensores remotos eletrônicos (não fotográficos) >> sistemas de varredura ("escaner")

• Campo de visão estreito (i.e. IFOV) > varre o terreno para produzir uma imagem bi-dimensional da superfície

• Sistemas "escaner" >> em aeronave ou satélites > mesmos princípios operacionais

• “Escaner" >> dados sobre vários comprimentos de onda > chamados escâneres multispectrais (MSS) >> sistema mais comumente usado.

"Escaner" Multispectral (Cont.)

Dois métodos varredura > 1) "escaner" de varredura transversal 2)"escaner" de varredura longitudinal

Escâneres de varredura transversal varrem a Terra em uma série de linhas perpendiculares ao movimento da plataforma do sensor (i.e. faixa imageada). Cada linha é varrida de um lado para o outro usando um espelho giratório (A).

Com o movimento da plataforma sobre a Terra, as varreduras sucessivas produzem uma imagem bi-dimensional da superfície da Terra.

Escaner de varredura transversal

A radiação incidente (refletida ou emitida) > separada > UV, VIS, IV e termal.

Um conjunto de detectores internos (B) > sensível a intervalo específico de comprimentos de onda > detecta / mede a energia em cada faixa espectral > um sinal elétrico > convertido em dados digitais > gravado > posterior processamento em computador.

O IFOV (C) do sensor e a altitude da plataforma determinam o elemento de resolução no solo (D), e assim a resolução espacial.

O campo angular de visão (E) é corresponde à varredura do espelho, medida em graus, usada para gravar uma linha de varredura, e determina a largura da faixa imageada (F).

"Escaner" Multispectral (Cont.)

"Escaner" Multispectral (Cont.)

• Escâneres Aerotransportados > tipicamente ângulos grandes (entre 90° e 120°)

• Bordo de satélites > varrem ângulos bastante pequenos (10-20°) > faixa larga no terreno

• Extremidades da faixa> elementos de resolução maiores > causam distorções geométricas

• Tempo em que o IFOV "vê" cela de resolução no solo enquanto o espelho giratório faz a varredura (tempo residência) > influencia o projeto do sensor, i.e. sua resolução espacial, espectral, e radiométrica.

• Escâneres - varredura ao longo da faixa > usam o movimento da plataforma para completarem uma imagem bi-dimensional

• Em vez de um espelho "escaner” > um pente (ou array) linear de detectores (A) localizado no plano focal da imagem (B) formado por sistemas de lente (C) > "empurrados"ao longo da direção de vôo (i.e. ao longo da faixa imageada)

• Chamados escâneres tipo "pushbroom” > movimento do pente de detectores é análogo às cerdas ou pelos de uma vassoura que é empurrada sobre o chão.

• Cada detector individual mede a energia de uma única cela de resolução no solo (D) e assim o tamanho e IFOV dos detectores determinam a resolução espacial do sistema.

"Escaner" Multispectral (Cont.)

Escaner de varredura longitudinal

“Pushbroom”

• Escâneres de varredura com pentes lineares de detectores têm várias vantagens sobre escâneres de espelho tranversais:

1) Cada detector pode "ver" e medir a energia de cada cela de resolução do solo por um período mais longo de tempo (tempo de residência maior) > mais energia a ser detectada > melhor a resolução radiométrica > IFOVs menores.

2) Bandas espectrais mais estreitas para cada detector > resoluções espaciais e espectrais melhores podem ser alcançadas sem comprometer a resolução radiométrica.

"Escaner" Multispectral (Cont.)

3) Devido o fato dos detectores serem dispositivos microelectrônicos normalmente estado-sólido > menores, mais leves > requerem menos energia > mais confiáveis e duram mais tempo (não têm parte móvel).

4) Calibração de milhares de detectores para alcançar sensibilidade uniforme ao longo do pente ou array > complicada.

"Escaner" Multispectral (Cont.)

2.8 "Escaner" Multispectral (Cont.)

• Sistema "escaner" (dois tipos) > várias vantagens sobre os sistemas fotográficos:

• Intervalo espectral de sistemas fotográficos é restrito às regiões visíveis e do infravermelho próximo

• Sistemas de MSS podem estender este intervalo de comprimento de onda até ao infravermelho termal > resolução espectral muito mais alta que sistemas fotográficos

• Sistemas fotográficos Multi-bandas ou multispectrais > sistemas de lentes separados > cada faixa ou banda espectral

2.8 "Escaner" Multispectral (Cont.)• Sistemas MSS > capturam todas as faixas espectrais simultaneamente com o mesmo sistema óptico > diminui problemas

• Sistemas fotográficos > energia detectada > processo fotoquímico > pouco consistente

• MSS são registrados eletronicamente > mais fácil de se determinar a quantidade específica de energia medida > podem registrar um variedade maior de valores em formato digital

• Sistemas fotográficos > exigem provisão contínua de filme e processamento no solo após a tomada das fotos

• O registro digital nos sistemas MSS facilita a transmissão de dados para estações receptoras no solo e o processamento imediato de dados em um ambiente computacional

Landsat-5

Landsat-7

CBERS

ORBVIEW-3

Spot-4

ERS-1

ENVISAT

IRS

EROS

EOS-AM-1/TERRA

JERS-1

IKONOSKompsat

QuickBird

Spot-5

EOS-PM-1/AQUAEO-1ALOS, ADEOSSAC-C

SATÉLITES DE OBSERVAÇÃO DA TERRA

Por que Sensoriamento Remoto?• Quando precisamos de informação consistente para todo o

planeta.• Quando precisamos monitorar uma grande área de forma

sistemática, confiável e independente. • Quando precisamos coletar informação em locais de acesso

difícil ou restrito.• Quando há uma uma necessidade de obter informação

rapidamente sobre eventos cuja localização e ocorrência são imprevisíveis.

Em todos estes casos, satélites de sensoriamento remoto são a única alternativa.

FONTE: John McDonald (EOBN 2002)

Por que Sensoriamento Remoto?CBERS/WFI, 09/04/2000, 250 m, 3 a 5 dias

ETM+(TM-7), 05/08/1999, 25 m, 16dias

IKONOS-2, 20/08/2000, 1m(4), 3 a 7 dias

O panorama internacional em Sensoriamento Remoto

• Diferentes alternativas de satélites– Alta resolução espacial (IKONOS, QuickBird, EROS)– Média resolução espacial (CBERS, LANDSAT, IRS,

SPOT)– Alta resolução temporal (WFI)– Alta resolução temporal, alta resolução espectral

(MODIS, MERIS)– Micro-ondas (RADARSAT, ENVISAT, ALOS/PALSAR)

Satélites de Observação da Terra: Políticas de Dados

• Diferentes políticas de acesso• Alta resolução espacial (0.5 – 5 m)

– Ênfase comercial• Média resolução (20-80 m)

– Baixo custo, sem royalties (LANDSAT)– Disponibilidade via Internet (CBERS, ASTER)

• Alta resolução temporal, alta resolução espectral (32-200 bandas)– Diferentes resoluções

• Radar – Diferentes bandas e resoluções

2003 2004

2005

2006

2007 2008

2009

2010

MODIS 2001

MERIS 2002

WFI 2003

WFI-IRS 2002

AWFI 2008

Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico

(Alta Resolução Temporal)

Alerta Desmatamento – SensoresTERRA e AQUA

MODIS - Moderate-resolutionImaging Spectroradiometer

36 bandas

Resolução temporal: DiáriaResolução espacial: 250 m

CBERS - China-Brazil Earth Resources Satellite

Sensor WFI2 bandas

260 m de resoluçãoRepetitividade: 5 dias

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

LANDSAT5 1984

LANDSAT8 2008?

SPOT4 1998

SPOT5 2002

CBERS-2 2003

CBERS-3 2007

IRS-P6 2003

Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico (Media

Resolução, Cobertura Global)

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

IKONOS 2000

QUICK 2002

EROS 2001

SPOT-5 2002

Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico

(Alta Resolução)

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

ENVISATASAR

C-HH

ENVISAT-2

C-dual

TERRASAR

X-dualinterf

RADARSAT-2

C-quadinterf

PALSAR L-quad

MAPSAR L-quad

Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto - SAR

Estação de Cuiabá – 30 anos

Brasil foi o terceiro país do mundo a utilizar imagens LANDSAT

Desde 1973

Histórico• Imagens LANDSAT

– Iniciado em 1972: LANDSAT-1,2,3 (MSS) e 5 e 7 (TM e ETM)• Outros satélite

– Imagens CBERS-1, ERS-1/2, Spot-1/2/4, Radarsat-1.• Acervo

– A maioria dos dados gravados em fitas de alta densidade (HDDT)

– Acervo com 10.000 fitas HDDT. – Vida útil é de 10 anos, depende muito das condições de

armazenamento e manuseio.

Base de Dados• A Base de Dados

– Dados de MSS em fitas HDDT, ~ 2600 fitas ~10 TB– Dados do CBERS em DLT, ~700 DLT’s ~28 TB– Dados de TM e ETM+ em DLT, ~700 DLT’s ~28 TB– Dados de TM em fitas HDDT, ~6500 fitas ~58 TB– Dados do ERS em fitas HDDT, ~680 fitas ~ 6 TB– Dados do Spot em fitas HDDT, ~190 fitas ~ 2 TB*– Dados de Radarsat em DLT, ~60 DLT’s ~ 2 TB– TOTAL 134 TB

CBERS-1/2

CBERS-1 e CBERS-2• Objetivos

– Receber e disseminar imagens CBERS– Desenvolver aplicações de imagens CBERS– Produzir estação de recepção CBERS com tecnologia

nacional• Benefícios

– Estação CBERS-1 (comprada da França): Us$ 13 milhões– Estação CBERS-2 (feita no Brasil): Us$ 5 milhões– Possibilidade de exportação de estações CBERS

• Argentina, Itália, México

Política de Dados CBERS• Todas as imagens CBERS estarão disponíveis na Internet

– Seleção e download sem custo para usuários no Brasil

• Objetivo– Garantir a inclusão digital em Sensoriamento Remoto– Favorecer uma melhor gestão do território– Apoiar os estudos ambientais no País

• Benefícios para Nordeste e Norte– Acesso rápido a dados de sensoriamento remoto– Disponibilidade adicional de software de processamento de

imagens (SPRING)

CBERS-3/4

CBERS 1/2

m

0.4 2.50.7

1.10.9

0.5 1.5 1.7 2.3

WFI 200 m (890 km)

MSS 80 m (120 km)CCD 20 m (120 km)

CBERS 3 - 4

m

0.4 2.30.7

1.10.9

0.5 1.5 1.7 2.1

WFI 73 m (860 km)

MSS 40 m (120 km)CCD 20 m (120 km)MUX 10 m (60 km)PAN 5 m (60 km)

CBERS 3/4 and LANDSAT-8

m0.4 2.30.

71.10.

90.5 1.5 1.7 2.1

CCD 20 m (120 km)MUX 10 m (60 km)PAN 5 m (60 km)

PAN 15 m (180 km)

TM 30 m (180 km)

MSS 40 m (120 km)

WFI 73 m (860 km)

CBERS 3/4 and IRS

m0.4 2.30.

71.10.

90.5 1.5 1.7 2.1

CCD 20 m (120 km)MUX 10 m (60 km)PAN 5 m (60 km)

PAN 2.5 m (30 km - stereo)

LISS 23 m (140 km)

MSS 40 m (120 km)

WFI 73 m (860 km)

MSS 5.8 m (24 km)

AWFIS 70 m (700 km)

Sensor Óptico x Radar• Capta a radiância emitida• Sensível à interação alvo-luz

de cada objeto• Operação diurna• Dependência das condições

climáticas

• Emite e recebe pulso (sensor ativo)• Sensível à forma dos objetos• Operação diurna ou noturna• Independência das condições

climáticas

Application /MAPSAR parameters

Agriculture

Cartography

Disaster (Oil slick/

Ship Monitoring)

Forestry

Geology/

Geomorphology

Hydrology

Oceanography

Urban

Mapping

Frequency L L

L C

C L

L *, C L

L L

L, C L

C L

L C

Polarization/ Polarimetry

quad. pol quad. pol

N. E. N. E.

VV, HH quad. pol

quad-pol. quad. pol

HH, HV quad. pol

quad. pol. quad. pol

quad-pol quad. pol

quad-pol quad. pol

Incidence Interval

variable 25°-45°

variable(45 ° *) (45 ° *)

20°-30°/ 45°-60° variable

20°-45° 20°-45°

large interval large interval

20°-45° 20°-45°

High (45-60°) (45-60°)

40°-45° variable

Spatial Resolution

30 meters 3-5 meters

5 meters 3-5 meters

30-50/15 m 3-5 meters

10 meters 10 meters

5 – 10 meters 3-5 meters

10 meters 3-5 meters

variable(High/ Moderate)

(High/Moderate)

5 meters 3-5 meters

Swath 30 km 30 km

N. A. variable

150-350 km variable

100 km variable

40-100 Km 40-100 Km

100 km variable

350 km(ScanSAR and FineModes)

variable

40-100 km 40-100 km

Orbit Inclination

N. A. sun-syn

sun-syn sun-syn

sun-syn sun-syn

sun-syn sun-syn

sun-syn sun-syn

sun-syn sun-syn

sun-syn sun-syn

sun-syn sun-syn

Look Direction

N. A. asc/desc

asc/desc asc/desc

asc/desc asc/desc

N . A. asc/desc

asc/desc asc/desc

asc/desc asc/desc

N. A. asc/desc

asc/desc asc/desc

Revisit 15 days < 15 days

N. A.. seasonal

< 1 day < 1 day

monthly monthly

seasonal seasonal

10 –15days < 15 days

daily daily

N.A. yearly

Access to data

real-time real-time

N. A. regularly

real-time real-time

N. A. regularly

N. A. regularly

N. A. regularly

real-time real-time

N. E. regularly

Additional Requirement

- InSAR

stereoscopy InSAR (opt.)

- InSAR

- InSAR

stereoscopy InSAR

- InSAR(opt.)

raw data InSAR

- InSAR (opt.)

(N. A. = Information Not Available, * First priority)

MAPSAR Application User RequirementsTop - Brazilian User Requirements / Bottom - German User

Requirements

Requisitos de Aplicações: AgriculturaMonitoramento Identificação

Res. Espacial 100 m < 40 m

Res. Temporal < semanal < 15 dias

Área Geográfica Cerrado,Sudeste, Sul

Cerrado,Sudeste, Sul

Bandas VIS, IR, SWIR VIS, IR, SWIR

Sensor LANDSAT/TM(CBERS-3/4)(MAPSAR)

LANDSAT/TM

Requisitos de Aplicações: Floresta

Alerta Monitoramento Identificação

Res. Espacial < 200 m 70 m < 30 m

Res. Temporal

<semanal < anual < semestral

LocalizaçãoEspacial

Amazônia Amazônia,Mata Atlântica,

Pantanal

Arco de Desflorest.

Bandas VIS, IR, SWIR VIS, IR, SWIR VIS, IR, SWIR

Sensor MODIS, AWFI LANDSAT/TM(CBERS –3/4)

LANDSAT/TMSPOT-5

(IKONOS)

Requisitos de Aplicações: Queimadas

Monitor. Identificação

Res. Espacial 1000 m < 100 m

Res. Temporal < diário < 5 dias

Área Geográfica Arco Desflorestam.,Cerrado, Sudeste

Arco Desflores.

Bandas IR emit. (3.5-4.5 m) VIS, IR, SWIR

Sensor AVHRR (SSR-1?)(CBERS-3/4)

Requisitos de Aplicações: Urbano

Monitoramento Identificação

Res. Espacial 10 m < 1 m

Res. Temporal < anual < bienal

Bandas VIS, IR VIS, IR

Sensor (CBERS –3/4)(SPOT-5)

IRS

IKONOSQuickBirdFoto aérea

Requisitos de Aplicações: Hidrologia

Monitor. Identificação Alternativa

Res. Espacial

100 m < 30 m

Res. Temporal

< mensal (real-time)

Bandas VIS, IR, SWIR(SAR banda L/C)

VIS, IR

Sensor (CBERS –3/4)(MAPSAR)

LANDSAT (SPOT)

Requisitos de Aplicações: Óleo no Mar

Monitor. Identificação Alternativa

Res. Espacial

100 m < 30 m

Res. Temporal

(real-time) (real-time)

Bandas (SAR banda L/C) VIS, IR

Sensor (RADARSAT)(ENVISAT)

LANDSAT (SPOT)

Requisitos de Aplicações: Oceano

Monitoramento Alternativa

Res. Espacial 1000 m

Res. Temporal < diária

Bandas “Deep Blue”, VIS, TIR

Sensor (MODIS(SeaWIFS)

Estudar os satélites/Sensores

Landsat ETMCBERSIKONOSTerra/EOS MODISRadarsat