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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