Principio de Sensoriamento Remoto

PRINCÍPIOS DE SENSORIAMENTO REMOTO

PRINCÍPIOS DE SENSORIAMENTO REMOTO• Introdução / conceitos• A energia eletromagnética• Domínio do Sensoriamento Remoto• Imagem• Histórico• Grandezas radiométricas• Assinatura espectral• Interações do REM• Sistemas Sensores • Conceitos básicos de Processamento de

Imagem

SR - Conceitos• Conjunto de atividades cujo objetivo é a

caracterização de algumas propriedades de alvos (objetos) naturais, através da detecção, registro e análise do fluxo de energia radiante, por eles refletido ou emitido

• Obtenção de informações sobre determinado alvo (objeto) sem a necessidade de contacto físico direto com ele

• Método que utiliza a radiação eletromagnética (REM) como meio de detectar e medir algumas características dos alvos (objetos) de interesse

SR - Conceitos

• 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)

A ENERGIA ELETROMAGNÉTICA

A onda eletromagnética

Direção dePropagação


O espectro eletromagnético

Adaptado de W. J. Kaufmann, “Universe”


O espectro visível

Infravermelho Ultravioleta

Comprimento de Onda (nm)Adaptado de CHP 1995


Janelas atmosféricas

Air Force CambridgeResearch Lab.

AQUISIÇÃO DE DADOS

Adaptado de W.J. Kaufmann, “Universe”

DOMÍNIOS DO SENSORIAMENTO REMOTO

• Tipos de resolução• resolução espacial• resolução espectral• resolução radiométrica• resolução temporal

• Imagens de sensoriamento remoto

IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO



ENTENDIMENTO DAS IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO

Atividades Envolvidas no SR• Duas fases podem ser detectadas:

• aquisição (detecção e registro)• análise (tratamento e interpretação dos dados

obtidos)Detecção Registro Usoaquisição utilizaçãoenergia radiante espacial fonte espectralalvo sistema sensor temporaltrajetória

Histórico• 1860 - fotografia através de balões• 1862 - usada pela primeira vez para fins

militares (Guerra Civil Americana)• 1909 - W. Wright: primeira forografia aérea

através de um planador• 1a Guerra Mundial:

• fotos aéreas de instalações militares• reconhecimento do “foto-intérprete”

• Foto-interpretação: pelo reconhecimento, nas fotos aéreas, de vários fatores independentes, os intérpretes podem inferir informações não apresentadas diretamente (princípio da convergência de evidências)

Histórico• Período entre as duas grandes guerras:

• desenvolvimento em aplicações comerciais e científicas (fotogrametria)

• produção de mapas topográficos (estéreo-foto) e mapas de recursos naturais

• Segunda Guerra Mundial:estado da arte na foto-interpretação:• mapeamentos: topográfico, geológico e de

engenharia• inventários: florestais e agrícolas• filmes infravermelho (“falsa cor”)

Histórico• 1957 - Sputnik: observação da Terra através

do espaço• 1972 - Primeiro satélite não militar: Earth

Resources Technology Satellite (ERTS1) (LANDSAT 1)

• 1986 - SPOT 1• 1987 - MOS 1• 1988 - IRS 1

GRANDEZAS RADIOMÉTRICAS

• Fluxo radiante• Irradiância • Excitância, exitância• Intensidade• Reflectância,transmitância e

absortância• Radiância

Assinatura Espectral

• Intensidade relativa com que cada corpo reflete ou emite a radiação eletromagnética nos diversos comprimentos de onda

(curvas de reflectância x comprimento de onda)

ASSINATURA ESPECTRAL

Interações da REM

REM-atmosfera

sinal coletado do sensor = radiação proveniente do Sol que interage com a atmosfera até atingir o alvo e retorna ao sensor interagindo novamente com a atmosfera

Manifestações dessa Interação:

• Atenua e modifica a REM refletida ou emitida pelo alvo (ex.: H2O no IV)

• Espalhamento atmosférico

• Modifica a distribuição espacial e espectral da REM no alvo

Processos de Atenuação• Absorção: a REM é seletivamente absorvida

pela atmosfera através de seus vários constituintes (ex.: ozônio, no visível) ⇒⇒⇒⇒janelas atmosféricas

• Espalhamento: a energia é modificada pela mudança de direçãoa) Espalhamento molecular (ou Rayleigh) = λλλλ > d

d = diâmetro da partículaesp ~ 1/ λλλλ4

b) Espalhamento Mie: λλλλ ~ d esp ~ 1/ λλλλ2 ou 1/ λλλλ

c) Espalhamento não-seletivo:λλλλ <<d ⇒⇒⇒⇒ todos os λλλλ‘s são espalhados igualmente

REM - Superfície

• Processo mais importante == REFLEXÃO:• especular (superfície lisa)• difusa (superfície rugosa)

• Depende:• rugosidade do terreno• λλλλ• ângulo de incidência da radiação

Sistemas Sensores

• Com relação à fonte de energia eletromagnética, os sistemas sensores podem ser:• passivos: Sol. Radioatividade• ativos: radar, laser

• Escolha depende de:• interesse da pesquisa, da precisão

requerida, dos custos envolvidos

Sistemas Sensores• Três partes básicas:

• subsistema óptico• detector• subsistema eletrônico

• Sensores:• imageadores (fotográficos e não fotográficos)• não imageadores

• Sistema óptico: determina a resolução espacial e área coletora da radiação

• Sistema eletrônico: amplia o sinal da fonte αααα =IFOV FOV/IFOV = no de elementos da imagem

SISTEMAS SENSORES

• Sistemas orbitais - espectro visível e infravermelho• sistema LANDSAT• sistema SPOT• sistema IKONOS• sistema CBERS

• Sistemas orbitais - espectro microondas• sistema RADARSAT• sistema ERS

SISTEMAS SENSORES

• Sistemas orbitais - espectro visível e infravermelho• sistema LANDSAT

• características da órbita• principais subsistemas de imageamento

• subsistema MSS• subsistema RBV• subsistema TM• subsistema ETM

• sistema SPOT• características da órbita• subsistema HRV

SISTEMAS SENSORES

LANDSAT 1, 2 e 3 LANDSAT 4 e 5BandasSistemaMSS

RespostaEspectral

(µm)

ResoluçãoEspacial

(m)

BandasSistema

TM

RespostaEspectral

(µm)

ResoluçãoEspacial

(m)4 0,5 - 0,6 80 1 0,45 - 0,52 305 0,6 - 0,7 80 2 0,52 - 0,60 306 0,7 - 0,8 80 3 0,63 - 0,69 307 0,8 - 1,1 80 4 0,76 - 0,90 308 10,4 - 12,6 240 5 1,55 - 1,75 30

6 10,4 - 12,5 1207 2,08 - 2,35 30

Características dos Sensores MSS e TM - LANDSAT

SISTEMAS SENSORES

Características do Sensor ETM - LANDSAT

Características do Sensor HRV - SPOT

LANDSAT 7Bandas Sistema ETM Resposta Espectral (µm) Resolução Espacial (m)

1 0,450 - 0,515 302 0,525 - 0,605 303 0,630 - 0,690 304 0,750 - 0,900 305 1,550 - 1,750 306 10,40 - 12,50 607 2,090 - 2,350 30

PAN 0,520 - 0,900 15

SPOT 1, 2 e 3Bandas Sistema HRV Resposta Espectral (µm) Resolução Espacial (m)

1 0,50 - 0,59 202 0,61 - 0,68 203 0,79 - 0,89 20

PAN 0,51 - 0,73 10

SISTEMAS SENSORES

Modo de Imageamento: P - pancromático, M - multiespectral, R - radar

Sensores Orbitais de Alta Resolução

Nome Origem LançamentoPrevisto

Modo deImageamento

Resolução(m)

NúmeroBandas

P M R (cor)SPOT 5A França 1999 P / M 5 10 4IRS-1D Índia 1999 P / M 10 20 4GDE EUA 1998 P 1

OrbView EUA 1998 P / M 1,2 8 4Space Imaging EUA 1998 P / M 1 4 4

EOS AM-1 USA/Japão 1998 P / M 10 10 14LANDSAT 7 EUA 1998 P / M 15 30 7

ALOS Japão 2002 P / M / R 2,5 10 10 4ENVISAT Europa 1998 R 30EarlyBird EUA 1997 P / M 3 15 3QuickBird EUA 1998 P / M 0,82 3,28 4CBERS China/Brasil 1997 P / M 20 20 7IRS-1C Índia 1997 P / M 10 20 4

Resource 21 EUA 1998 M 10 6

Satélites de S.R. até 2005

País Dono Programa Sensores Lançamento Tipo de sensor

U.S. Gov-1 Landsat 5 TM '85 M INDIA Gov-2 IRS-1B LISS-2, (LISS-1) '91 M FRANCE Gov-6 Spot 3 HRV '93 M&P INDIA Gov-2 P2 LISS-2 '94 M INDIA Gov-2 IRS-1 C LISS-3, PAN, (WIFS) '95 M&P GERMANY Gov-9 PRIRODA MOMS-02 '96 M&P JAPAN Gov-7 ADEOS AVNIR '96 M&P INDIA Gov-2 IRS-1 D LISS-3, PAN, (WIFS) '97 M&P CHINA-BRAZIL Gov-8 CBERS CCD, IRMSS '97 M&P

FRANCE Gov-6 Spot 4 HRVIR, (VEGETATION) '97 M&P

INDIA Gov-2 IRS-P5 LISS 4, LISS-3' '98 M U.S. Gov-1 Landsat 7 ETM+ '98 M&P U.S. Com-1 Resource 21 XXX '99 M

INDIA Gov-2 IRS-2A LISS 4', LISS-3', (WIFS) '00 M

FRANCE Gov-6 Spot 5A HRG, (VEGETATION) '02 M&P INDIA Gov-2 IRS-2B LISS 4, LISS-3', (WIFS) '04 M FRANCE Gov-6 Spot 5B HRG, (VEGETATION) '04 M&P U.S. Gov-1 EOS AM-2 LATI (MODIS) '04 M&P

Cobertura Global Frequente - Classificação Multiespectral

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM TM LANDSAT

IMAGEM SPOT PANCROMÁTICA

MOSAICO DE IMAGENS TM-LANDSAT

MOSAICO DE IMAGENS TM-LANDSAT

FUSÃO DE IMAGENS LANDSAT-TME SPOT-PAN

LANSAT-TM SPOT-PAN

FUSÃO

FUSÃO DE IMAGENS SAR E LANDSAT-TM

IMAGEM DIGITAL 3D

GRADE REGULAR EFEITO DE ILUMINAÇÃO

MODELO SUAVIZADO

SISTEMAS SENSORESIKONOS II - informações gerais

• Lançado em 24 de setembro de 1999, é o satélite de Sensoriamento Remoto para uso civil de mais alta resolução espacial atualmente.

• As imagens coletadas:• 1 m de resolução espacial P&B, pancromático• 4 m de resolução espacial coloridas,

multiespectral.

SISTEMAS SENSORES

Band as Intervalo (mm) Reso lução Esp acial (m)

1 0,45 - 0,53 42 0,52 - 0,61 43 0,64 - 0,72 44 0,77 - 0,88 4

pan 0,45 - 0,90 1

IKONOS II - características espectrais

IKONOS II - informações gerais

• Largura da faixa imageada: 11 km• Cobertura global: 14 dias• Resolução radiométrica: 11 bits (2048 níveis)• fornece imagens estereoscópicas• órbita sol síncrona• altitude 681 km• horário cruz. Equador entre 10 e 11 am (nó

descendente

IKONOS II - Rio de JaneiroImagem pancromática

Imagem do IKONOSII- Washingtonampliação


CBERS - Chinese-Brazilian Earth Resources Satellite

! Satélite planejado para cobertura global e tem por objetivo adquirir dados ambientais, para monitorar e preservar ecossistemas.

! Vida útil prevista de 2 anos, altitude média de 778 km, 14 +9/26 revoluções por dia, horário solar no modo descendente as 10:30h a.m., e ciclo de 26 dias.

! Lançado dia 14 de outubro de 1999.


CBERS - Chinese-Brazilian Earth Resources Satellite! WFI - Wide Field Imager – 890km de faixa imageada,

resolução de 260m, revisita a cada 5 dias, duas bandas espectrais.

Câmera CCD de alta resolução - 113km de terreno, resolução espacial de 20m, estereoscopia, em 5 bandas espectrais, revisita a cada 26 dias

IR-MSS (Infrared Multispectral Scanner) - 4 bandas espectrais, recobrimento de 120km e resolução de 80m (160m no canal termal), 26 dias de ciclo.


CBERS

Câmera CCD IR-MSS WFI

0,51-0,73 (pan) 0,50-1,10 (pan) 0,63-0,69

0,45-0,52 1,55-1,75 0,76-0,90

0,52-0,59 2,08-2,35

0,63-0,69 10,40-12,50

Bandas espectrais

(µµµµm)

0,77-0,89

Resolução Espacial 20 m 80 m (pan e IV)

160 m (termal)

260 m

Resolução Temporal 26 dias (nadir) 26 dias 3-5 dias

3 dias (±32º)

Faixa Imageada 113 km 120 km 890 km

NOVOS SISTEMAS SENSORES

• Sistema EarthWatch• satélites EarlyBird (1997) e QuickBird

(1998)• órbita quase polar e não polar• resoluções

• 3 m PAN e 15 m XS• 0,82 m PAN e 3,28 m XS

• imagens 8 bits e 11 bits• áreas das imagens: 3 x 3 km e 15 x 15 km,

22 x 22 km (PAN e XS)• faixa de imageamento: 280 km e 360 km a

partir do nadir• estereoscopia na mesma órbita ou lateral

NOVOS SISTEMAS SENSORES• Sistema EarthWatch

• satélites EarlyBird (1997) e QuickBird (1998)• bandas espectrais:

• PAN - 445 a 650 nm, 450 a 900 nm• XS - 490 a 600 / 615 a 670 / 790 a 875 nm450 a 520 / 520 a 600 / 630 a 690 / 760 a 900 nm

• tamanho da imagens: ~ 1000 x 1000 pixels~ 27000 x 27000 pixels

• precisão de posicionamento: <150 m / 23 m• tamanho dos arquivos de imagens:

• PAN - menos que 1 MB / 1 GB• XS - menor que 3 MB (3 bandas) / 4 GB (4 bandas)

IMAGENS EarlyBird PAN e XS

IMAGEM EarlyBird PAN

SISTEMAS SENSORES

• Sistemas orbitais - espectro de microondas• sistema RADARSAT

• características da órbita• Synthetic Aperture Radar (SAR)

• sistema ERS (European Remote Sensing Satellite)

• características da órbita• Synthetic Aperture Radar (SAR)• dispersômetro de vento• radar altímetro• radiômetro imageador e sonda atmosférica

CARACTERÍSTICAS DA ÓRBITA DO RADARSAT

MODOS DE OPERAÇÃO DO SARRADARSAT

IMAGEM ERS-1

IMAGEM ERS-1

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