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Introdução ao Sensoriamento Remoto
Prof. Vinícius Nogueira FróesDisciplina: Topografia – Engenharia Civil
O que é Sensoriamento Remoto?
Sensoriamento remoto (SR) é a arte e a ciência de obter informações sobre um objeto sem estar em contato físico direto com o objeto. O SR pode ser usado para medir e monitorar importantes características biofísicas (biológicas e físicas) e atividades humana na Terra.
SensoriamentoRemoto
Obtenção de dados
Distante
Breve Histórico
Evolução dos sensores e satélites de Sensoriamento Remoto.
Landsat-5
CBERS
ORBVIEW-3
Spot-4
ERS-1
ENVISAT
IRS
EROS
EOS-AM-1/TERRA JERS-1
IKONOS KompsatQuickBird
Spot-5
Principais Satélites de Observação da Terra
Fontes de Radiação Eletromagnética
A principal fonte de radiação é o Sol. No entanto, existem os sistemas de radares que possuem energia própria para imageamento dos alvos na superfície terrestre.
Sensoriamento Remoto está intimamente ligado à medida da Radiação Eletromagnética (REM) refletida ou emitida dos alvos da superfície terrestre, bem como ao tratamento e à disponibilização dessa informação numa forma passível de ser interpretada.
Violita Amarelo LaranjaAzul Verde Vermelho
Pela equação E=h.c/ʎ a energia (E) é inversamente proporcional ao comprimento de onda (ʎ).
Resposta Espectral dos Alvos
Coleta de DadosDados in situ e de Sensoriamento Remoto
Medições In Situ (campo/laboratório)
Nível Suborbital (aeronave)
Nível orbital (satélite)
Sistemas Sensores Conceito
Os sensores são as “máquinas fotográficas” dos satélites. Têm por finalidade captar a REM (Radiação Eletromagnética) proveniente da superfície terrestre, e gerar informações que possam ser transformada num produto passível de interpretação (imagens).
Sistemas Sensores
Coleta de Dados de Sensoriamento Remoto
Os dados se sensoriamento remoto são coletados usando sistemas SENSORES PASSIVOS ou ATIVOS.Sensores passivos ou ópticos: utilizam apenas a
REM (Radiação Eletromagnético) natural refletida ou emitida a partir da superfície terrestre. A luz solar é a principal fonte de REM dos sensores passivos (TM, SPOT, ASTER, CBERS, IKONOS, etc.
Sensores ativos: estes sistemas utilizam REM artificial produzida por sensores ativos, tais como os micro-ondas (RADAR, LIDAR ou SONAR), cuja energia é gerada pelo próprio equipamento e depois registra a quantidade de fluxo radiante espalhado de volta em direção ao sistema sensor.
Coleta de Dados de Sensoriamento Remoto
PASSIVO
RAIOS SOLARES
SOL
ATIVO
RADIAÇÃO
T0 T1
Fases de aquisição de dados de sensores passivos e ativos
Imageadores: fornecem uma imagem da superfície observada como resultado. Ex. sistemas digitais e fotográficos.
Sistemas Sensores Quando ao Tipo de Produto
Não-imageadores: não geram imagem da superfície observada. Ex.: Espectrorradiômetros (assinatura espectral) e radiômetros (saída em dígitos ou gráficos). Essenciais para aquisição de informações precisas sobre o comportamento espectral dos objetos.
Representação dos dadosFase de coleta dos dados
Sistemas Sensores Quando ao Tipo de Produto
SISTEMAS SENSORESNível Suborbital: Aeronaves
SISTEMAS FOTOGRÁFICOS • É o sistema sensor mais
antigo que existe;• A imagem é formada por um
fluxo contínuo da radiação refletida pelo objeto (analógico) (Ex.: Câmara fotográfica aérea, sensor de microondas).
• A energia reage com haletos de prata, o filme.
Sistema de aerolevantamento e exemplos de fotografias aéreas
No SR, os sistemas fotográficos mais utilizados são aqueles aerotransportados, como é o caso das câmeas métricas. Os produtos obtidos por estes sistemas são as fotografias aéreas, que podem ser pancromáticas (preto-e-brancas) ou coloridas (normal ou falsa-cor).
Entre os principais equipamentos sensores aerotransportados, existem as câmeras fotográficas, os imageadores (scanners) e os radares.
O caminho seguido por um satélite é chamado de sua órbita.
Satélites são projetados em órbitas específicas para atender às características e objetivo do(s) sensor(es) que eles levam.
ÓRBITA HELIOSÍNCRONAPOLAR (sun-
synchronous)
ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA(geosíncrona)
Satélites de Recursos Naturais
Satélites de Metereológicos
SISTEMAS SENSORESNível Orbital
O que é uma Imagem ?Expressa, de forma quantitativa, a média da energia refletida ou
intervalo de tempo, em determinados comprimentos de ondasdo espectro eletromagnético.
emitida pelos alvos numa área da superfície da Terra, num dado
Imagens de satélite
As imagens de satélites coletadas por sensores remotos possuem algumas características que as diferenciam de outras imagens digitais e que são essenciais para se entender os fundamentos do processamento digital. Entre essas características estão:
1.Estrutura 2. Resolução
Características das Imagens de
Sensoriamento Remoto
Características das Imagens Estrutura
O nome dado a cada cela da matriz é pixel, derivado do inglês "picture element". Deve ser ressaltado que o nível de cinza de um pixel (também conhecido em inglês por DN, de “digital number”) corresponde sempre à média da intensidade da energia refletida ou emitida pelos diferentes materiais presentes nesse pixel.
As estruturas das imagens de sensoriamento remoto são constituídas por um arranjo de elementos sob a forma de uma matriz, de dimensões “x” linhas por “y” colunas, com cada elemento possuindo um atributo z (nível de cinza).
PIXEL255
Linhas
Colu
nas
Z Pixel
30 m30m
Linhas C
olun
as
Estrutura da Imagem
Tipos de ResoluçõesExistem quatro resoluções que permitem diferenciar os produtos ou imagens geradas pelos diferentes sensores remotos a bordo de satélites, estas são:
As resoluções dependem tanto das propriedades técnicas dos sensores quanto das características da órbita do satélite ou plataforma orbital, e são normalmente utilizadas para caracterizar uma imagem.
Resoluções Parâmetros
ESPACIAL Tamanho do pixel
ESPECTRAL Número de bandas
TEMPORAL Freqüência de passagem
RADIOMÉTRICA Níveis de cinza
Resolução EspacialA resolução espacial é determinada pela capacidade do detector em distinguir objetos na superfície terrestre. Em geral, a resolução espacial de um detector é expressa em termos do seu campo instantâneo de visada ou IFOV ("instantaneous field of view").
O IFOV define a área do terreno focalizada a uma dada altitude pelo instrumento sensor. De uma forma simplificada, o IFOV representa o tamanho do pixel. A dimensão do pixel da imagem é denominada de resolução espacial. Quanto menor a dimensão do pixel, maior é a resolução espacial da imagem. Imagens de maior resolução espacial têm melhor poder de definição dos alvos terrestres.
Resolução Espacial
Resolução Espacial no S.R. Orbital
20 anos de evolução tecnológica
Sistema de alta resolução espacial
Goiânia – Av. Independência e Marginal Botafogo
Sistema de alta resolução espacial
Sistema de alta resolução espacial
Resolução EspectralResolução espectral é o número e a dimensão (tamanho) de intervalos de comprimento de ondas específicos (chamados de bandos ou canais) no espectro eletromagnético aos quais um instrumento de sensoriamento remoto é sensível.
Resolução Espectral
Quanto mais estreita for a banda espectral maior será a resolução espectral do sensor. Na Figura ao lado, o primeiro sistema sensor (cor vermelha) tem um grande número de bandas espectrais e uma grande sensibilidade espectral. O outro sistema sensor (azul), possui poucas bandas e uma menor sensibilidade espectral.
Comparação de Tecnologias Espectrais
Resolução Temporal
A resolução temporal é o intervalo de tempo que o sistema demora em obter duas imagens consecutivas da mesma região sobre a Terra (exemplo: 16 dias, 2 dias, etc.) • É função de características orbitais do satélite (altura, velocidade, inclinação) e ao ângulo total de abertura do sensor. • A resolução temporal é de grande interesse especialmente em estudos relacionados a mudanças na superfície terrestre e no seu monitoramento.
Resolução RadiométricaA 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.
Resolução = 2 bits = 22 = 4 níveis de cinza
Resolução = 8 bits = 28 = 256 níveis de cinza
Resumo das resoluções
Alguns Sensores Atuais
LANDSAT-1
O LANDSAT-1 foi o primeiro satélite destinado as estudo dos recursos naturais;
Este satélite carregava um sensor chamdo MSS – Multi Spectral Scanner;
O MSS possuía 4 bandas – uma na região do verde, vermelho e outras duas no infravermelho;
A resolução espacial era 80 x 80 m;
LANDSAT-4 & 5
O LANDSAT-4 foi lançado em 1892;
Além do MSS ele carregava o TM – Thematic Mapper;
Por problemas com os componentes elétricos ele foi desativado;
Foi substituído pelo LANDSAT-5;
LANDSAT - 7
O TM possui 7 bandas espectrais;
Inclui bandas do azul, verde, vermelho e infravermelho,
Sendo uma no infravermelho próxim, duas no infravermelho médio, e uma no infravermelho termal.
Landsat – Principais Aplicações
• Acompanhamento do uso agrícola das terras;• Apoio ao monitoramento de áreas de preservação;• Atividades energético-mineradoras;• Cartografia e atualização de mapas;• Desmatamentos;• Detecção de invasões em áreas indígenas;• Dinâmica de urbanização;• Estimativas de fitomassa;• Monitoramento da cobertura vegetal;• Queimadas Secas e inundações ;• Sedimentos em suspensão nos rios e estuários.
Landsat – Exemplos
Região Metropolitana de São Paulo
Landsat – Exemplos
SPOT Foi lançado em 1986;
Possui 3 bandas: verde, vermelho e infravermelho próximo;
Resolução espacial 20 x 20 m;
Possui outro sensor que atua na região do visivel: banda pancromática, resolução 10 x 10m;
SPOT, está atualmente comercializando dados de Modelos Numéricos de Terreno (MNT ou DEM) por km2.
SPOT
IKONOS Foi o primeiro satélite comercial a produzir imagens com
resolução de 1m;
Foi lançado em 1999 e tornou-se operacional em 2000;
O sensor a bordo possui 5 bandas:uma pancromática (4m), 3 no vísivel e uma no infravermelho próximo;
Sua resolução temporal é de 2 a 3 dias.
CBERS O satélite CBERS (China Brazil Earth Resources
Satellite) é fruto da cooperação entre Brasil e China.
Ele foi lançado em 1999, projetado para cobertura global contendo câmaras para observação óptica e um sistema de coleta de dados ambientais.
Ele possui três tipos de sistemas sensores de coleta de dados de sensoriamento remoto para recursos naturais: o sensor CCD, o IRMSS e o WFI.
São Sebastião – Ilha Bela/SP
Região de Ribeirão Preto/SP
CBERS – Exemplos
CBERS – Exemplos