Principio Fisico Aulagrad

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  • PRINCPIOS FSICOS DO SENSORIAMENTO REMOTO

    Peterson Ricardo Fiorio

  • Sensoriamento Remoto

    a cincia ou a arte de se obterem informaessobre um objeto, rea ou fenmeno, atravs de dados

    coletados por aparelhos denominados sensores, que no entram em contato direto com os alvos em estudo

    (Crepani, 1983)

    Definio:

  • Histrico

    Origem vinculada a fotografia area Podemos dividir em dois perodos:

    1860 - 1960 (fotografias areas)1960 - hoje (fotografias e imagens)

    Desenvolvimento do Sensoriamento Remoto:Matemtica; Fsica; QumicaBiologia; Cincias da Terra e Computao.

  • Histrico

    1862 - Guerra civil americana (corpo de balonistas) 1909 - Fotografias tiradas de avies 1914 - I Grande Guerra Mundial 1939 - II Grande Guerra Mundial 1945 (49) - 1989 (muro Berlim) 1991 Guerra Fria

    - U2 - Corrida espacial

    Hoje....

    Qual o verdadeiro interesse no Sensoriamento Remoto?

  • Princpios Fsicos do SR

    Aquisio/Armazenamento/Processamento

    R.E.M.

    Alvo

    Sensor

    Plataforma

    Comp. Espectral

    INPE

    Imagens

  • Princpios Fsicos do SR

    Natureza da Radiao Eletromagntica (REM)

    Transferencia de Energia: Conduo

    transferencia de energia cintica de tomos ou molculaspelo contato entre elas

    Conveco o processo de deslocamento fsico da matria em gases ou lquidos

    Radiao a energia transferida atravs do espao sem necessitar

    de um meio fsico

    SR - radiao - emitida por qualquer corpo (0 graus absoluto)

  • Princpios Fsicos do SR

    Energia Radiante ou Radiao Eletromagntica (REM)

    a energia transportada em forma de ondas eletromagnticas, sendo de especial importncia para o SR pois no necessita de um meio fsico para se propagar. atravs dela que uma informao transmitida do objeto ao sensor. Ela gerada pelas transformaes de outras formas de energia tais como: cintica, qumica, eltrica, magntica e nuclear. Capaz de realizar trabalho, provocar aquecimento e mudana de estado fsico

  • Princpios Fsicos do SR

    Radiao Eletromagntica (REM)

    fComprimento de onda Freqncia

  • Princpios Fsicos do SR

    Radiao Eletromagntica (REM)

    Modelo Ondulatrio (Maxwell, HooKe)a propagao da energia se faz atravs de movimentos ondulatrios,

    de um ponto a outro no espaa com velocidade 3.108 m/s - Comprimento de onda: a distncia entre dois mximos sucessivos

    (unidade metros)f - Freqncia: o numero de ondas que passam por um ponto do espao

    num determinado tempo (unidade Hertz)C - velocidade de propagao

    f = Cf

  • Princpios Fsicos do SRRadiao Eletromagntica (REM)

    Modelo Corpuscular (Planck, Einstein)preconiza que a energia se propaga pela emisso de um fluxo de

    fotns que se movem a velocidade da luz no vcuo (3.108 m/s)(processos de absoro e emisso da energia radiante)

    E = h.fE - energia dos ftonsh - constante de Planck (6.626 x 10-34 watts)f - freqncia

    = h.CEquando a intensidade da radiao (energia incidente por segundo por

    unidade de rea), de uma dada freqncia aumentada, mais ftons so recebidos por uma superfcie, mas a energia de cada um deles no aumenta

  • Princpios Fsicos do SR

    Espectro Eletromagntico

    Comportamento espectral de Alvos

  • Espectro EletromagnticoPrincpios Fsicos do SR

    < 0.003 nm - Raios Gama: Origem nuclear, alto poder de penetrao; 0,003 - 100nm - Raios X: Altamente penetrante, origem atmica; 100 - 400nm - Ultravioleta: Atenuao pela atmosfera (dificulta seu uso - poluio marinha e deteco de minerais; 400 - 760nm - Luz visvel: Sensao de viso ao olho humano; 760 - 3.000nm - Infravermelho: absorvido pela maioria das substncias produzindo aquecimento, minerais de argila e radicais OH; 3.000 - 15.000nm - Infravermelho trmico; 15.000nm - 0.1 cm - Infravermelho distante; 0.1cm - 30 cm - Microondas: Radar, pouca atenuao da atmosfera; > 30cm - Ondas de Rdio: comunicao, longas distncias ( f; )

  • ....

    Nuvem

    Princpios Fsicos do SRLuz Visvel (400nm - 760 nm):

    - violeta (400 - 460 nm)- anil (460 - 475 nm)- azul (475 - 490 nm)- verde (490 - 565 nm)- amarelo (565 - 575 nm)- laranja (575 - 600 nm)- vermelho (600 - 760 nm)

    Infravermelho (760 nm - 3.000 nm):- IV prximo (760 - 1.500 nm)- IV curto (1.500 - 3.000 nm)

  • COMPRIMENTO DE ONDA

    IR R G B

    B G R IR

    Princpios Fsicos do SR

    Interao da energia eletromagntica com o objeto terrestre absoro reflexo transmisso

    i = r + a + ti = i + i + i

    1 = + + Refl

    ectn

    ciaAb

    sort

    ncia

    Tran

    smit

    ncia

    Fluxo incidente = fluxo refletido + fluxo absorvido + fluxo transmitido

  • Princpios Fsicos do SR

    ReflectnciaA Reflectncia uma propriedade do alvo, no sendo

    possvel de se medir com equipamentos comuns. Dessa forma, utiliza-se de um artifcio matemtico, para caracterizar a propriedade de um alvo) conhecido como Fator de Reflectncia.

    Fator de ReflectnciaO fator de reflectncia uma relao existente entre a

    radincia do alvo e a radincia de uma placa padro (Superfcie Lambertiana - 100 % de reflectncia)

  • FR = L alvo/L placa

    Fator de ReflectnciaPrincpios Fsicos do SR

    L - radincia

    a . Ei

    p . Eipipipipi

    pipipipi

    Para as mesmas condies de(geometria, iluminao e pequeno

    espao de tempo) temos:

    FR = a / pPlaca (sup. Lambertiana):

    100% reflectncia = 1

    FR = a~

  • Princpios Fsicos do Sensoriamento Remoto

    Onde aplicar????Como usar???

  • TM - LANDSAT 5 -7Imagem OrbitalComposio RGB

    Banda 3 - VermelhoBanda 4 - VerdeBanda 5 - Azul

    Lanamento 05/03/84 Altitude 705 km Resoluo temporal- 16 dias Resoluo espacial- 30 m (pixel 0,09 ha)- 120 m (banda 6)- 15 m (pan. Landsat 7) Imagem inteira

    - 185 km x 185 km Bandas (microns)- 1 (0,45-0,52) Azul- 2 (0,52-0,60) Verde- 3 (0,63-0,69) Vermelho- 4 (0,76-0,90) I. Prximo- 5 (1,55-1,75) I. Mdio- 6 (10,4-12,5) I. Termal- 7 (2,08-2,35) I. Mdio- Pancromtica (0,52-0,90)

  • SolosReflectncia

    Matria Orgnica Ferro

    Umidade Textura

  • 12

  • 630

    640

    650

    660

    670

    680

    690

    700

    710

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

    550

    560570

    580

    590

    600610

    620

    630

    640650

    660

    670

    680690

    700

    710

    0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

    RQoLVd-1LVAd-1

    PVd-2

    PVAd-2

    LVd-2LVd-1

    .

    . Mudana de unidade de mapeamento

    Drenagem da rea

    TOPOSSEQUNCIA 1

    RQo

    LVd-1

    PVe-3 CXbe-3

    LVd-3

    LVd-1

    ..

    .

    ..

    LVd-1

    LVd-1PVe-2

    .Mudana de unidade de mapeamento

    Drenagem da rea

    TOPOSSEQUNCIA 2.

    Distncia (m)

    ..

    . .

    Alt i

    met

    r ia

    (m)

  • 05

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    TM_1 TM_2 TM_3 TM_4 TM_5 TM_7Bandas

    F

    a

    t

    o

    r

    d

    e

    R

    e

    f

    l

    e

    c

    t

    n

    c

    i

    a

    RQo (mdia) CX (mdia)LVA (mdia) LV (mdia)PA (mdia) NV (mdia)PV (mdia) PVA (mdia)

    Mtodo de levantamento de solos utilizando curvas espectrais

  • Mtodo de levantamento de solos utilizando curvas espectrais

    0

    0,05

    0,1

    0,15

    0,2

    0,25

    0,3

    0,35

    450 700 950 1200 1450 1700 1950 2200 2450

    RQo LVd LVe LVef NVef NVefpp CXef

    Caulinita2:1H2O

    GoethitaHematita

    Matria Orgnica

    Comprimento de onda (nm)

    F

    a

    t

    o

    r

    d

    e

    R

    e

    f

    l

    e

    c

    t

    n

    c

    i

    a

  • Radiao solar

    99% da energia solar que atinge a Terra encontra-se na faixa de 0,28 a 4 m. (70% 0,3 a 0,7 m)

    A mxima irradincia espectral ocorre em 0,55m, que corresponde mxima eficincia visual (cor verde);

    Energia solar incidente no topo da atmosfera

    Energia solar incidente na superfcie terrestre

    )

    En

    egia

    In

    ciden

    te

    o

    A

  • Atenuao Atmosfrica

    A energia eletromagntica ao atravessar a atmosfera absorvida, refletida e

    espalhada pelos gases presentes nela.

    Os gases atmosfricos absorve espectralmente a REM.

  • Processos de Atenuao Absoro: a REM seletivamente absorvida pela

    atmosfera atravs de seus vrios constituintes (ex.: oznio, no visvel) janelas atmosfricas

    Espalhamento: a energia modificada pela mudana de direo

    a) Espalhamento molecular (ou Rayleigh) = >> dd = dimetro da partcula

    espalhamento ~ 1/ 4b) Espalhamento Mie:

    ~ d espalhamento~ 1/ 2 ou 1/ c) Espalhamento no-seletivo:

  • Gases Radiativamente Ativos

    Atmosfera absorve toda a REM na faixado IR acima de 14 m

  • Atenuao AtmosfricaJanelas Atmosfricas: regies do espectro eletromagntico onde a absoro atmosfrica muito pequena. Nestas regies a atmosfera quase transparente energia eletromagntica.

    Transmitncia Espectral da Atmosfera Terrestre

    Comprimento de Onda (m)

  • Janelas Atmosfricas

  • Manifestaes da Interao REM x Atmosfera:

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

    Espalhamento atmosfrico

    Modifica a distribuio espacial e espectral da REM no alvo

  • Interaes da REM com a atmosfera

    SINAL COLETADO DO SENSOR