março 2008

CURSO DE GEOPROCESSANENTO

IBAMACENTRO DE MONITORAMENTO AMBIENTAL – CEMAM

CENTRO DE SENSORIAMENTO REMOTO - CSRCOORDENAÇÃO DE CAPACITAÇÃO

Módulo 2 – Sensoriamento Remoto

• Conceito - Sensoriamento Remoto é uma técnica de obtenção de imagens dos objetos da superfície terrestre sem que haja contato físico de qualquer espécie entre o sensor e o objeto. Essa é a definição clássica do termo, que complementa a definição científica, que coloca o SR como ciência que visa o desenvolvimento de técnicas de obtenção e extração de informação sobre os objetos da superfície terrestre, por meio da detecção e medição das respostas das interações da radiação eletromagnética com os materiais terrestres.

Img.01 – LANDSAT 1

REM - RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

• Conceito – Qualquer matéria que esteja acima de zero absoluto (-273ºc ou 0ºK) emite radiação eletromagnética, sendo uma fonte de radiação eletromagnética. Quanto maior a temperatura, maior a força irradiante. Podemos usar o Sol como exemplo, pois ele é a maior fonte emissora de REM no nosso sistema planetário com seus 5800ºk de temperatura superficial e cerca de 15.000.000ºk em seu núcleo. Outra fonte de REM é a Terra que, apesar de bem mais fria que o sol, emite REM em seus 27ºC superficiais. Essas duas fontes de REM são as principais usadas no SR e por serem limitadas em emitir radiação em todos os comprimentos de onda, o homem criou fontes artificiais de emissão de radiação.

• Espectro Eletromagnético - A faixa de comprimentos de onda ou frequências em que se pode encontrar a radiação eletromagnética é ilimitada. Com a tecnologia atualmente disponível, pode-se gerar ou detectar a radiação eletromagnética numa extensa faixa de frequência, que se estende de 1 a 1024 Hz, ou comprimentos de onda na faixa de 108 metros a 0.01A. Este espectro é subdividido em faixas, representando regiões que possuem características peculiares em termos dos processos físicos, geradores de energia em cada faixa, ou dos mecanismos físicos de detecção desta energia. As principais faixas do espectro eletromagnético estão descritas abaixo e representados na figura a seguir.

SENSORES• Sensores: são equipamentos capazes de coletar energia proveniente do

objeto, convertê-la em sinal passível de ser registrado e apresentá-lo em forma adequada à extração de informações.

• Energia: na grande maioria das vezes é a energia eletromagnética ou radiação eletromagnética.

• Sensores remotos: sistemas fotográficos ou óptico-eletrônicos capazes de detectar e registrar, sob a forma de imagens ou não, o fluxo de energia radiante refletido ou emitido por objetos distantes.

• Radiometria – è o processo de medição da REM, emitida ou refletida por um alvo, por um sensor. Para entendermos esse processo devemos esclarecer três conceitos: Irradiância, Radiância e Reflectância.

• Irradiância - é a quantidade de energia em cada comprimento de onda emitida por uma amostra radiante

• Radiância – é a medida feita pelo sensor da densidade de fluxo radiante que deixa um elemento A quantificação da radiância contínua de uma cena é representada pelos níveis de cinza discretos na imagem digital, é dada por um número de bits por "pixel" para produzir um intervalo de radiância. Os sensores da nova geração obtêm normalmente imagens em 8 ou 10 bits (equivalente a 256 ou 1024 níveis digitais).

• Reflectância – é a razão entre a quantidade de energia radiante que deixa o alvo ( radiância) pela quantidade de energia incidente naquela área (irradiância) no mesmo instante de tempo. Banda espectral é o intervalo entre dois comprimentos de onda, no espectro eletromagnético.

Albedo

Imagens de satélite• Os sensores dos satélites de observação da Terra captam a energia solar que é

reflectida pelos objectos em vários zonas do espectro electromagnético. Estas zonas do espectro electromagnético recebem normalmente a designação de bandas ou canais, e o número de bandas de um determinado satélite é designado por resolução espectral. Para cada banda é produzida uma imagem que é estruturada em pixels. Cada pixel corresponde a uma área do terreno, e os pixels de uma determinada imagem têm sempre a mesma dimensão e esta é designada por resolução espacial. O valor de um pixel numa determinada banda é designado por número digital (ND). O ND é a conversão da radiância que chega ao sensor numa gama de valores inteiros, normalmente 0 a 255. O número de níveis em que a radiância pode ser traduzida, i.e. o número de ND, é frequentemente designado por resolução radiométrica. Uma outra característica dos satélites que importa referir é o número de vezes que um satélite passa pelo mesmo ponto da superfície terrestre, e que é designada por resolução temporal.

• As imagens de satélite são, na maioria das vezes, adquiridas em formato digital. O termo imagem é, na verdade, um conjunto de imagens, uma por cada banda do sensor. As bandas têm todas uma estrutura/formato raster, em que cada número representa o número digital (ND) associado a um pixel. O ND de um determinado pixel de uma determinada banda traduz a quantidade de energia da gama do espectro electromagnético captada pelos sensores dessa banda, e que é reflectida pela superficíe terrestre correspondente a esse pixel. Numa imagem crua, os pixels só podem ser referenciados pelo número de linha e de coluna. A razão pela qual as imagens de satélite podem ser utilizadas para produção de mapas de uso do solo está relacionada com a forma diferenciada com que as várias ocupações do solo reflectem a energia solar. É esta quantidade de energia reflectida pela área coberta por cada pixel que é convertida em números digitais. Estes ND são depois sujeitos a análises estatísticas mais ou menos sofisticadas para converter os ND em classes de uso do solo.

Característica binária da IMS por pixel

Department of Geography University of South Carolina

Dr. John R. Jensen(2000)

30 x 30 metros = 1 pixel LANDSAT

Imagem de Satélite

Resolução Espectral

• A resolução espectral é um conceito inerente às imagens multiespectrais de sensoriamento

• remoto. Ela é definida pelo número de bandas espectrais de um sistema sensor e pela largura do

• intervalo de comprimento de onda coberto por cada banda. Quanto maior o número de bandas e

• menor a largura do intervalo, maior é a resolução espectral de um sensor. O conceito de banda,

• pode ser exemplificado no caso de duas fotografias tiradas de um mesmo objeto, uma em brancoe-

• preto e a outra colorida; a foto branco-e-preto representa o objeto em apenas uma banda

• espectral, enquanto a foto colorida representa o mesmo objeto em três bandas espectrais,

• vermelha, azul e verde que, quando combinadas por superposição, mostram o objeto em cores.

Resolução Radiométrica

• A resolução radiométrica é dada pelo número de níveis digitais, representando níveis de cinza,• usados para expressar os dados coletados pelo sensor. Quanto maior o número de níveis, maior

é• a resolução radiométrica. Para entender melhor esse conceito, pensemos numa imagem com• apenas 2 níveis (branco e preto) em comparação com uma imagem com 32 níveis de cinza entre

o• branco e o preto; obviamente a quantidade de detalhes perceptíveis na segunda será maior do• que na primeira e portanto a segunda imagem terá uma melhor resolução radiométrica. O

número• de níveis é comumente expresso em função do número de dígitos binários ("bits) necessários

para• armazenar em forma digital o valor do nível máximo. O valor em bits é sempre uma potência do• número 2; desse modo, "6 bits" quer dizer 26 = 64 níveis. Os sistemas sensores mais comuns,

dos• satélites LANDSAT e SPOT, possuem resolução radiométrica variando entre 6 e 8 bits, o que• significa de 64 a 256 níveis de cinza. O sistema visual humano não é muito sensivel a variações• em intensidade, de tal modo que dificilmente são percebidas mais do que 30 diferentes tons de• cinza numa imagem; o computador, por sua vez, consegue diferenciar qualquer quantidade de• níveis, razão pela qual torna-se importante ter imagens de alta resolução radiométrica.

Resolução Espacial O nível de detalhe com que podemos observar os objetos da superfície terrestre é outra

característica importante das imagens de sensoriamento remoto à qual damos o nome de resolução espacial, ou seja, a capacidade que o sensor possui para discriminar objetos em

função do seu tamanho. As imagens do Landsat-TM tem uma resolução espacial de 30 metros, o que implica que objetos com dimensões menores do que 30 x 30 m não podem

ser identificados.

                                                        

                                                                    Imagem do satélite IKONOS-II com resolução espacial de 1x1m (cedida pela Intersat), permitindo uma visão local sobre o aeroporto no Paraguai.

                                                               

                                                             Imagem do WFI, a bordo do satélite CBERS-1, com resolução espacial de 260x260m, permitindo uma visão regional de parte dos estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais

                                                      

                                                                      Imagem do satélite NOAA do sensor AVHRR com resolução espacial de 1000x1000m (Shimabukuro & Rudorff, 2000), permitindo uma visão global.

Resolução Temporal

A freqüência com que a superfície terrestre é observada ou imageada é uma terceira característica importante das imagens de sensoriamento remoto. Os satélites de sensoriamento remoto orbitam ao redor da Terra em órbitas quase polar, ou seja, de um polo a outro a uma distância da superfície terrestre em torno de 800 km, conforme é exemplificado para o satélite CBERS na Figura 7. Através da combinação sincronizada da velocidade do satélite com a rotação da Terra é possível recobrir todo planeta após um certo número de dias. Cada passagem do satélite é chamada de órbita. Dependendo do sensor, a órbita de imageamento pode ser mais larga ou mais estreita. Satélites com sensores de órbita de imageamento larga, como o NOAA-AVHRR (2.700 km), recobrem a superfície terrestre diariamente, enquanto satélites com órbita de imageamento estreita, como o IKONOS-II (11 km), podem levar quase um ano para imagear todo o planeta.

Órbita-ponto

Órbita-ponto Landsat Brasil

Órbita

Ponto

►0 catalogo de imagens dos satélites é 0 catalogo de imagens dos satélites é conhecido como órbita-ponto, onde a área conhecido como órbita-ponto, onde a área imageada varia de acordo com a resolução imageada varia de acordo com a resolução espacial do satélite. Através do site espacial do satélite. Através do site http://glcf.umiacs.umd.edu/index.shtml você você podera localizar a O.P do local de estudo e podera localizar a O.P do local de estudo e baixar imagens Landsatbaixar imagens Landsat

Distorções da imagem de satélites óticas

• Perspectiva do sensor• Movimento do sistema do

scanner• Movimentação e a

instabilidade da plataforma• Altitude, velocidade e a

posição da plataforma• Rotação e curvatura da terra• Relevo da terra

Exercícios( ) Sendo Sensoriamento Remoto uma técnica de obtenção de imagens dos objetos da superfície terrestre sem que haja contato físico de qualquer espécie entre o sensor e o objeto, podemos dizer que o olho humano é um Sensor Remoto

( ) Todo objeto que esteja acima do 0 absoluto emite REM, portanto qualquer objeto pode ser detectado por sensor, observando as características próprias dos sensores ou sua faixa espectral.

( ) Observando o espectro eletromagnético podemos afirmar que a faixa espectral que interessa ao SR vai do ultravioleta ate o Infravermelho de ondas longas

( ) Considerando uma emissão solar de 100, podemos afirmar que, em um alvo que sua radiância mede um valor de 80, 20 foi absorvido pelo alvo e o restante foi devolvido ao espaço.

( ) Um satélite de 8 bits produz imagens com variações dos tons de cinza de 256 níveis.

( ) Pixel é a menor unidade da imagem e é ele que define a resolução radiométrica de um satélite

( ) Em uma situação de monitoramento de focos de calor é mais interessante ter um satélite que faça passagens diárias do que um com alta resolução espacial

( ) Órbita-Ponto é um sistema de endereçamento das imagens de satélite para obtenção e uso, não sendo necessária nenhuma correção nas imagens para uso.