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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

    a radiao proveniente do Sol interage com a atmosfera at atingir o alvo e retorna ao sensor interagindo novamente com a atmosfera

  • Fontes de Energia Radiante Recebidas por um Satlite

    a) Emisso da Superf.b) Contribuio do oceanoc) Energia solar Refletidad) Energia solar espalhadae) Emisso atmosfricaf) Emisso das nuvensg) Reflexo da radiao

    emitida pela nuvem

    No inclui emisso atmosfrica: h) Refletida e i) Espalhada

  • Atenuao Atmosfrica Atenuao de uma parcela d L da radincia espectral aps interagir

    com um volume elementar de matria com comprimento ds situado na posio s de um certo caminho tico

    d L = - L . (,s) d s Integrando de s1 a s2 tem-se:

    L (,s2) = - L (,s1) .exp [(,s1,s2) ds Lei de Beer

    (,s1,s2) = s1s2 (,s) d s a espessura tica do meio atravessado para o comprimento de onda ()

    entre as posies s1 e s2 do caminho tico percorrido pelo feixe de radiao

  • Atenuao AtmosfricaA transmitncia (,s1,s2), a espessura tica (,s1,s2) e a distribuio de valores (,s) quantificam a interao do feixe de radiao com todas as partculas presentes entre s1a s2 tanto por absoro quanto por espalhamento, j que pela conservao de energia

    (,s1,s2) = 1 (,s1,s2) (,s1,s2) Lei de Kirchhoff

  • Atenuao Atmosfrica

    Considerando a ocorrncia simultnea da absoro e espalhamento da radiao por um mesmo tipo de partcula, tm-se:

    (,s) = a(,s) + e(,s) onde a(,s) o coeficiente linear de absoro e be(l,s) o coeficiente

    linear de espalhamento

    (,s1,s2) = exp [(,s1,s2)] (,s1,s2) = exp [ s1 s2 a(,s) d s s1 s2 e(,s)(,s) d s]

    (,s1,s2) = exp [a(,s1,s2) e(,s1,s2) ] = a(,s1,s2) . e(,s1,s2)

    a(,s1,s2) a transmitncia associada a absoro e te(,s1,s2) a transmitncia associada ao espalhamento

  • Nveis de Coleta de Dados

    Nvel orbital ou plataforma espacial

    Nvel suborbital plataforma area plataforma terrestre

    campo laboratrio

    Importncia da plataforma terrestre verdade terrestre para as outras

    plataformas eliminao da atmosfera terrestre

    Solo

    Aeronave

    Bales

    Satlites Nveis de Coleta de dados

    BarcoBias

  • Plataforma Espacial Sistemas sensores a bordo de

    satlites artificiais.

    Cobertura repetitiva da Terra.

    Monitoramento dos recursos naturais de grandes reas.

    Melhor relao custo/ benefcio

    Conceito de Pixel Nvel de cinza

  • BANDA FAIXA ESPECTRAL (m) APLICAES

    1 0,45-0,52(azul) MAPEAR GUAS COSTEIRASDIFERENCIAR: SOLO E VEGETAO DIFERENCIAR : CONFERA E DECDUA

    2 0,52-0,60(verde) MAPEAR VEGETAO QUALIDADE D'GUA

    3 0,63-0,69(vermelho) ABSORO DA CLOROFILA DIFERENCIAR ESPCIES VEGETAIS REAS URBANAS, USO DO SOLO AGRICULTURA QUALIDADE D'GUA

    4 0,76-0,90(IR prximo)

    DELINEAR CORPOS D'GUA MAPEAMENTO GEOMORFOLGICO MAPEAMENTO GEOLGICO REAS DE QUEIMADAS REAS MIDAS AGRICULTURA VEGETAO

    5 1,55-1,75(IR mdio) USO DO SOLO MEDIDAS DE UMIDADE DE VEGETAO DIFERENCIAR NUVEM E NEVE AGRICULTURA VEGETAO

    6 10,40-12,50(IR termal) MAPEAR ESTRESSE TRMICO EM PLANTAS CORRENTES MARINHAS PROPRIEDADES TERMAL DO SOLO OUTROS MAPEAMENTOS TRMICOS

    7 2,08-2,35(IR mdio) IDENTIFICAR MINERAIS MAPEAMENTO HIDROTERMAL

    APLICAES DO SENSORIAMENTO ESPECTRAL

  • RIO DE JANEIRO

    BANDA 2

    BANDA 3

    BANDA 1

    BANDA 4

    BANDA 6 BANDA 7BANDA 5

    Imagem gerada pelo INPE/DGI

  • RIO DE JANEIROImagem gerada pelo INPE/DGI

    Combinao de duas bandas noIR possibilita uma maior

    diferenciao entre solo e gua.

    Tipos e condies de vegetaes

    reas urbanas e solos expostos

    gua

    COMBINAO DE BANDAS 3, 4, 5azul, verde, vermelho

  • COMBINAO DE BANDAS 1, 2, 3(azul, verde, vermelho)

    RIO DE JANEIROImagem gerada no INPE/DGI

    Reala informaes sobre:- regies de guas rasas;- turbidez;- correntes; e- sedimentos em suspenso.

    reas Urbanas

    Vegetao

  • Imagens de SatliteCanal de So Sebastio

    LANDSAT5: TM 45-PAN SPOT: RGB54-PAN

    26/07/9716/05/99

    Imagens geradas no INPE/DGI

  • Imagens De SatliteBraslia

  • Imagens de SatliteEncontro dos Rios Negro e Solimes

  • Plataforma Area

    Aeronaves areas estveis Sensores de varredura ptico-

    eletrnico; fotogrficos, e/ou radar

    Possibilidade de: coleta de dados e imagens

    muito detalhadas obteno de dados de qualquer

    local obteno de dados a qualquer

    hora Problema custo

  • PLATAFORMA TERRESTRE Campo ou Laboratrio Sistema Sensor

    espectroradimetro radimetro

    Sistema sensor posicionado prximo ao alvo trip mastro andaime torres

    Elimina o efeito da atmosfera Verdade Terrestre