sensoriamento remoto c sistemas sensores alvo emissão reflexão (background radiância de...
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SENSORIAMENTO REMOTO
C
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Sistemas Sensores
ALVOemissãoreflexão
(backgroundradiância de
trajetória)
Óptica de coleta(Objetiva)
Dispersão(Separação da bandas)
DetecçãoProcessamento
de sinaisDADO
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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
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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
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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.
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Processamento do Sinal Eletrônico
Pré-amplificador
Amplificador
Filtro
Relação Sinal/Ruído
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"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.
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"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.
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Escaner de varredura transversal
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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.)
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"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.
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• 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.)
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Escaner de varredura longitudinal
“Pushbroom”
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• 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.)
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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.)
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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
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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
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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
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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)
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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
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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)
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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
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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)
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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
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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)
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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)
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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
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Estação de Cuiabá – 30 anos
Brasil foi o terceiro país do mundo a utilizar imagens LANDSAT
Desde 1973
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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.
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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
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CBERS-1/2
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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
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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)
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CBERS-3/4
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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)
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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)
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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)
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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)
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Requisitos de Aplicações: Oceano
Monitoramento Alternativa
Res. Espacial 1000 m
Res. Temporal < diária
Bandas “Deep Blue”, VIS, TIR
Sensor (MODIS(SeaWIFS)
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Estudar os satélites/Sensores
Landsat ETMCBERSIKONOSTerra/EOS MODISRadarsat