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Radiometria e Princípios de Sensoriamento
Remoto Hiperespectral
- Porto Alegre, Outubro de 2006 -
Lênio Soares GalvãoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Divisão de Sensoriamento Remoto (DSR)São José dos Campos (SP)E-Mail: [email protected]
Lênio Soares Galvão
Radiometria e Princípios de Sensoriamento
Remoto Hiperespectral
Principais Tópicos
Sensoriamento Remoto e Conceitos Radiométricos;
Imagens e Espectros;
Sensoriamento Remoto Hiperespectral;
Propriedades Espectrais da Vegetação;
Propriedades Espectrais dos Solos;
Propriedades Espectrais de Minerais e Rochas;
Propriedades Espectrais da Água;
Técnicas de Análise Espectral.
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Sensoriamento Remoto e Conceitos Radiométricos
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O que é Sensoriamento Remoto?
É uma ferramenta ou atividade científica que usa sensores distantes de um objeto (ou área) para medir a quantidade de radiação eletromagnética refletida ou emitida pelo mesmo e possibilitar a extração de informação.
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Espectro Eletromagnética: O Fóton e Quantidades Radiométricas
Dualidade Onda-Partícula;
A relação entre o comprimento de onda (λ) e a freqüência (v) da radiaçãoeletromagnética é dada por: (1) c = λ/v; (2) v = c/λ ou (3) λ = c/v onde c é a velocidade da luz;
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Embora muitas características da radiação eletromagnética possam ser mais facilmente descritas pela teoria ondulatória, a teoria corpuscular explica melhor como a radiação interage com a matéria;
Segundo esta teoria, a radiação eletromagnética é composta de unidades discretas chamadas fótons. A energia de um fóton (Q, Joules) é dada por: Q = hv onde h = constante de Planck (6.626 x 10-34 Js) e v = freqüência;
A relação entre ambos os modelos (ondas e partículas) é dada por: Q = hc/λ
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Em sensoriamento remoto, é comum caracterizar ondas eletromagnéticas pela sua posição em comprimento de onda no espectro eletromagnético;
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O Que Medimos ?
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(1) Energia Radiante (Q): Q = hv = hc/λ (Joules);
(2) Fluxo Radiante (Φ): fluxo de energia radiante (Q) por unidade de tempo (Joules/s = Watt);
(3) Densidade do Fluxo Radiante (M ou E): é o fluxo radiante (Φ) por unidade de área (Φ/m2 = Wm-2), podendo ser de dois tipos. Na exitância (M), o fluxo radiante deixa a superfície. Na irradiância (E), o fluxo radiante atinge a superfície.
Fonte: Roberts (2005)
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A irradiância varia com a distância entre a superfície e o observador;
(a) Irradiância de uma lâmpada de 100W com 10m de raio: E = 100W/4Π(10m)2 = 100W/1256,6m2 = 0,0756W m-2
(b) Irradiância de uma lâmpada de 100W com 1m de raio: E = 100W/4Π(1m)2 = 100W/12,566m2 = 7,56W m-2
Como a distância Sol-Terra varia sazonalmente, a irradiânciatambém varia ao longo do ano;
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(4) Intensidade Radiante (I): é o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido (Φ/Ω; Wsr-1). Não varia com a distância.
Fonte: Roberts (2005)
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(5) Radiância (L): é a medida radiométrica mais precisa em sensoriamento remoto. É o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido e área (Wm-2sr-1). Não depende da distância ou do campo de visada.
Φλ
Fonte: Lillesand e Kiefer (1997)
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Fonte: Roberts (2005)
GIFOV = H . IFOV
H é a altura do sensor.
Sensor Imageador ideal:
(1) alta resolução espectral;(2) alta resolução espacial;(3) alta resolução temporal;(4) alta resolução radiométrica.
Como fazer? Viabilidade?
FOV = Field of View;IFOV = Instantaneous Field of View;GIFOV =Ground Instantaneous Field of View.
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Fonte: Roberts (2005)
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Radiometria
Radiometria é a medida da radiação óptica. A partir das medidas de irradiância e radiância, pode-se obter a reflectância (ρ).
Em laboratório/campo, costuma-se usar um padrão de referência de reflectânciaconhecida.
Em imagens, é preciso remover a influência dos efeitos atmosféricos para converter dados de radiância em reflectância de superfície.
ρ = Lsup/E
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Amostrando o Espectro Eletromagnético
Sensoriamento remoto também pode ser considerado um processo de amostragem do espectro eletromagnético;
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A amostragem pode ser feita por sensores com quantidade diferente de bandas com posicionamentos e largura distintos.
Wavelength (nm)
400 800 1200 1600 2000 2400
SPOT 3/HRV (3 channels)
Landsat 5/MSS (4 channels)
Landsat 5/TM (6 channels)
EOS/ASTER (9 channels)
AVIRIS (224 channels)
Laboratory (800 channels)
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