Sensoriamento Remoto - PDI
Introdução
REM e Comportamento Espectral
Sistemas Sensores
Imagens de Sensoriamento Remoto
Aplicações
Processamento Digital de Imagens - PDI
Imagem de satélite Meteosat mostrando super tufão Haiyan, com
ventos de 275 km/h, sobre as Filipinas (08/11/2013 às 23:13 UTC)
Earth Surface
Sources
of Energy Sensing
Systems
Definição
SENSORIAMENTO REMOTO (SR): tecnologia que permite a aquisição de informações (medidas) sobre um objeto (alvo), área (superfície do terreno) ou fenômenos, por meio de instrumentos físicos (sistemas sensores), sem que haja contato direto entre eles.
Energia Acústica (sismógrafos e sensores)
Energia Gravitacional (gravímetros)
Energia ou Radiação Eletromagnética – REM (radiômetros)
Sistema de Aquisição de Dados por SR
1 - Introdução
FONTE DE REM (Natural ou Artificial)
MEIO DE PROPAGAÇÃO (Interações com a Atmosfera)
SUPERFÍCIE TERRESTRE (Interações com os Objetos)
SENSOR (Coletor + Sistema de Resgistro)
ANALISADOR (Processamento do Sinal)
Intensidade do Sinal
• Propriedades dos alvos
• Configuração do sensor
• Altitude do Sensor
Níveis de Aquisição de Dados por SR
1 - Introdução
LABORÁTÓRIO OU CAMPO: para conhecer o comportamento espectral de um objeto sob condições controladas, ou seja, as interações energia x matéria para um determinado alvo da superfície terrestre; fundamental para a melhor extração de informações e compreensão do efeito de fatores ambientais e/ou propriedades inerentes dos objetos sensoriados.
AERONAVE
ORBITAL (Satélites)
Perspectiva Histórica
1 - Introdução
1822: Desenvolvimento da teoria sobre a luz (espectro eletromagnético) e avanços no campo da ótica e espectroscopia.
1909: Desenvolvimento de aviões. Tomada de fotografias aéreas.
1931: Início das pesquisas sobre o comportamento espectral de objetos de superfície.
1940: Primeiras medidas radiométricas de objetos da superfície (radiação infravemelha).
1944: Primeiros experimentos para utilizar câmaras multibanda (fotografias multiespectrais de Marte e da Lua).
1954: Desenvolvimento de sistemas de radares imageadores.
1961: Aperfeiçoamento de foguetes de lançamento após a 2a Guerra Mundial. Desenvolvimento de veículos espaciais tripulados e não tripulados. Avanços no campo das telecomunicações e no campo da computação. Primeira fotografia orbital.
1972: Primeiro satélite de recursos terrestres é colocado em órbita.
1983: Desenvolvimento de detectores mais sensíveis, equipamentos óticos mais precisos e de microcomputadores e soluções para a armazenagem e transmissão de dados a grandes distâncias.
Definição RADIAÇÃO OU ENERGIA ELETROMAGNÉTICA - REM: definida como sendo a forma de energia que se move à velocidade da luz (3.108m/s) seja como ondas eletromagnéticas, de modo harmônico e senoidal (modelo ondulatório), seja como partículas eletromagnéticas, e que não necessita de um meio material para se propagar (modelo corpuscular).
2 – REM e Comportamento Espectral
Freqüência
Comprimento
De Onda
Fontes de REM NATURAL: fonte solar ou terrestre
ARTIFICIAL: sistemas de microondas
2 – REM e Comportamento Espectral
Espectro Eletromagnético
Define a representação contínua da REM em termos de comprimento de onda, freqüência ou energia.
2 – REM e Comportamento Espectral
Categorias Compriment
os de ondas
Raios cósmicos
Raios < 0,03nm
Raios X 0,03-3,0nm
Ultravioleta 0,003-0,4m
Visível
(0,4-07m)
Azul 0,4-0,5m
Verde 0,5-0,6m
Vermelho 0,6-0,7m
Infravermelho
(0,7 - > 3,0m)
Próximo 0,7-1,3m
Médio 1,3-3,0m
Distante > 3,0m
Microondas 1,0-100 cm
Ondas de rádio > 100 cm
Radiação Visível
Bandas Espectrais
Comportamento Espectral de Alvos O fluxo de radiação eletromagnética ao se propagar pelo espaço pode interagir com superfícies ou objetos, sendo por estes refletido, absorvido e/ou reemitido.
Este fluxo depende fortemente das propriedades físico-químicas dos elementos irradiados, e o fluxo resultante constitui uma valiosa fonte de informações a respeito daquelas superfícies ou objetos.
2 – REM e Comportamento Espectral
EXTRAÇÃO DE
INFORMAÇÕES
DE DADOS DE SR
INTERAÇÃO
ENERGIA – MATÉRIA
O Comportamento Espectral de um Alvo pode ser efinido como sendo a medida da reflectância deste alvo ao longo do espectro eletromagnético.
Importância Extração de informações de imagens obtidas pelos sensores;
Definição de novos sensores;
Definição do tipo de preprocessamento, a que devem ser submetidos os dados brutos;
Definição da forma de aquisição dos dados (geometria da coleta de dados, freqüência, altura do imageamento, resolução limite, etc.) m
2 – REM e Comportamento Espectral
Interações e Efeitos com a Atmosfera (Meio de Propagação)
TIPOS DE ATENUAÇÃO:
Absorção Atmosférica
Espalhamento Atmosférico:
Espalhamento molecular ou Rayleigh ( < ); explica a coloração azul do céu.
Espalhamento Mie ( )
Espalhamento não seletivo ( > ); explica a coloração branca das nuvens.
2 – REM e Comportamento Espectral
Interações com os Alvos da Superfície Terrestre
TIPOS DE INTERAÇÃO: a partir de uma energia incidente (Ei)
Reflectância (Er): fluxo de radiação refletido
Absortância (Ea): fluxo de radiação absorvido
Transmitância (Et): fluxo de radiação transmitido
Er + Ea + Et = Ei = 1
Reflectância e Curvas de Reflectância Espectrais A Reflectância Espectral é aferida em função do comprimento de onda.
As características de reflectância das feições da superfície terrestre podem ser quantificadas efetuando medidas da proporção de energia incidente que é refletida.
A Curva de Reflectância Espectral define o gráfico de reflectância espectral obtido para um objeto em função do comprimento de onda.
2 – REM e Comportamento Espectral
Costuma-se estudar a curvas de reflectância (Assinatura Espectral) dos seguintes alvos:
Vegetação
Solos
Minerais e Rochas
Água
Feições Artificiais
Fatores que Interferem na Medida da REM
Método de aquisição da medida de reflectância: Cada modo de coleta
determina diferentes resultados, porque é afetado pelos demais fatores que
interferem na tomada de medidas: geometria de aquisição de dados, parâmetros
atmosféricos e parâmetros relativos ao alvo.
2 – REM e Comportamento Espectral
Parâmetros que variam e interferem
na geometria de aquisição de dados:
ângulo zenital do sol; ângulo de visada;
ângulo azimutal do sol e do sensor;
ângulos azimutais relativos; altitude do
sensor .
Parâmetros atmosféricos: umidade atmosférica; presença de aerossóis; turbulência.
Parâmetros relativos ao alvo: as características de reflectância dos objetos adjacentes ao
alvo de interesse também interferem nas medidas de sua reflectância. A energia espalhada
pela vizinhança do alvo pode ter um conteúdo espectral diferente da que do objeto de
interesse e mascarar sua resposta.
2 – REM e Comportamento Espectral
Processos de Interação Energia x Matéria Os elétrons de um material podem ser caracterizados pela sua menor energia possível (estado fundamental), ou por uma série de níveis de energia mais elevados (estado excitado), que são alcançados, p. ex., quando da incidência da REM.
Esta passagem do estado fundamental para o estado excitado só é possível porque ocorre uma absorção pelos elétrons da energia incidente.
No espectro eletromagnético, esta absorção de energia é caracterizada por uma diminuição relativa na porcentagem de reflectância em certas faixas de comprimentos de onda, denominadas de bandas de absorção.
A intensidade, forma e localização destas bandas de absorção dependem de cada material e são resultados de três processos diferentes:
Processo rotacional: nível molecular, na faixa do infravermelho distante e microondas.
Processo vibracional: a nível molecular, entre 1,0 e 2,5m.
Processo eletrônico: ocorre a nível atômico e está subdividido dois processos:
Transferência de carga: absorção em comprimentos de onda inferiores a 0,4m, próximo a região do ultravioleta e azul.
Efeito do campo cristalino: absorção situadas na porção do espectro visível e infravermelho próximo.
2 – REM e Comportamento Espectral
Comportamento Espectral da Vegetação
2 – REM e Comportamento Espectral
FATORES:
Condições atmosféricas;
Espécie de solo (granulometria, água, nutrientes);
Índice de área foliar (cobertura da vegetação por unidade de área);
Estado fenológico (variação sazonal);
Biomassa (densidade total de vegetação);
Folha (forma, posição, água, pigmentação, estrutura interna, etc.);
Cobertura da copa.
Comportamento Espectral do Solo
2 – REM e Comportamento Espectral
FATORES:
Porcentagem de matéria orgânica
Textura (granulometria).
Umidade.
Composição mineralógica (conteúdo de óxido de ferro);
Capacidade de troca catiônica
Condições de superfície (granulometria e estrutura)
Umidade Composição Textura
Comportamento Espectral de Minerais/Rochas
2 – REM e Comportamento Espectral
FATORES:
As rochas apresentam comportamento espectral semelhante ao dos solos, uma vez que eles são produtos de alteração daquelas.
Um dos elementos de maior diferenciação entre as curvas de rochas e solos é a presença de matéria orgânica nestes últimos.
Nos minerais e rochas, os elementos e substâncias mais importantes que determinam as feições diagnósticas na faixa do espectro refletivo (0,4 a 2,5µm) são íons ferroso e férrico, água e hidroxila.
Os elementos químicos mais freqüentes como o silício, alumínio e magnésio possuem interesse secundário.
Comportamento Espectral da Água
2 – REM e Comportamento Espectral
FATORES:
Estado físico em que a água se encontra;
Quantidade de sedimentos em suspensão;
Quantidade e espécie de poluentes químicos presentes na água.
Comportamento Espectral de Feições Artificiais
2 – REM e Comportamento Espectral
FATORES:
Tipo de material utilizado.
Fatores de Contexto que Interferem no CEA Variação temporal do comportamento espectral de alvos;
Variação espacial do comportamento espectral de alvos
Variações intrínsecas ao alvos
Variação da localização do alvo em relação à fonte e ao sensor
2 – REM e Comportamento Espectral
Definição SISTEMA SENSOR (SR): é um dispositivo capaz de coletar e registrar a REM, fotografica ou eletronicamente, proveniente do alvo em determinada faixa do espectro eletromagnético.
Tipos de Sensores
3 – Sistemas Sensores
Em função do tipo de transformação sofrida pela REM:
Sensores Imageadores: produzem uma imagem do alvo.
• Sistema de Quadro: adquirem a imagem da cena (certa área do terreno) em sua totalidade num mesmo instante.
• Sistema de Varredura: a imagem da cena é formada pela aquisição seqüencial de imagens elementares do terreno ou elementos de resolução, também chamados “pixels”.
Sensores Não Imageadores: fornecem informações da superfície sem gerar imagens.
3 – Sistemas Sensores
Em função da natureza da fonte de REM:
Sensores Ativos: produzem sua própria REM.
Sensores Passivos: trabalham com a radiação refletida ou a radiação emitida pelo alvo, originada a partir de uma fonte de radiação externa.
2 – REM e Comportamento Espectral
PASSIVO
Infravermelho
próximo Infravermelho
termal
2 – REM e Comportamento Espectral
ATIVO
RADAR
3– Sistemas Sensores
Em função do sistema de registro da REM:
Sensores Fotográficos: utilizam como fonte de registro um filme fotográfico.
Sensores Não Fotográficos: utilizam radiômetros e radares.
3 – Sistemas Sensores
Em função da faixa do espectro em que operam:
Sensores Ópticos: caracterizam-se pela utilização de componentes óticos na sua construção e operam na faixa espectral de 0,3 a 15 m:
Sensores de Energia Solar Refletida: divide-se nas seguintes subregiões:
Visível: 0,38-0,72m
Infravermelho Próximo: 0,72-1,3m
Infravermelho Médio: 1,3-0,3m
Sensores Termais: operam na região do infravermelho distante (7-15m).
Sensores de Microondas: operam numa região do espectro caracterizada por ondas de comprimento entre 1mm.
Geração de uma Imagem de SR
Um sistema-sensor imageador produz uma imagem bidimensional da radiância, emitância ou retroespalhamento das trocas energéticas com os objetos da superfície terrestre, num determinado instante, naquele espaço físico, tornando-se apto a extrair informações sobre aquela região.
As imagens produzidas são então caracterizadas pelos seguintes critérios.
Resolução Temporal
Resolução Radiométrica
Resolução Espectral
Resolução Espacial
Largura da Faixa Imageada
A Imagem Digital
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Definição: composta de um arranjo bidimensional de elementos de dimensões discretas, denominados de pixels. A intensidade de cada pixel corresponde ao brilho médio, ou radiância, medido eletronicamente sobre a área do terreno.
Número digital (DN; digital number): corresponde à radiância média medida em cada pixel. Esses valores são, simplesmente, números reais positivos que resultam da quantização do sinal elétrico original oriundo do sensor para um número real positivo através do processo denominado conversão de sinal análogo para digital.
Resolução Temporal
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Representa a freqüência com que a área de interesse é revisitada ou imageada.
Expressa o intervalo de aquisição de dados por um sistema sensor, ou seja, está
relacionada com a repetitividade com que o sensor possui na obtenção de
informações dos alvos. Ex.: satélite Landsat 7 = 16 dias; MeteoSat = 30 minutos.
Resolução Radiométrica
Quanto maior for esta resolução,
maior será a sensibilidade do sensor
nas pequenas diferenças de radiação,
aumentando o poder de contraste e
de discriminação das imagens. Ex.:
No Landast 7 = 256 números
digitais (8 bits); no ERS em 16 bits
= 65.536 níveis.
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Representa a maior ou menor capacidade de um sistema sensor detectar e
registrar diferenças de reflectância e/ou emitância dos alvos, isto é, as
intensidades de sinal ou número de níveis digitais em que a informação se
encontra registrada.
Resolução Espectral
Expressa a capacidade do sensor de registrar a radiação em diferentes regiões do
espectro, definindo a melhor ou pior caracterização dos alvos em função da
largura espectral e/ou número de bandas em que opera o sistema sensor.
Quanto melhor a resolução espectral, maior o número de bandas espectrais que
podem ser adquiridas sobre os objetos da superfície, aumentando o poder de
extração de informação. Ex.: sensor TM do Landsat = 7 faixas espectrais; Spot =
4 bandas .
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Resolução Espacial
Depende das
características dos
detetores, altitude da
plataforma, contraste
entre os objetos, etc.
Ex.: sensor TM =
30m; Spot 4 = 10 m;
Ikonos II = 1 m.
Capacidade do sensor de detectar objetos a partir de uma determinada dimensão; entende-
se como sendo a mínima distância entre dois objetos (alvos) que um sensor pode registrá-
los como sendo objetos distintos.
Imagem LANDSAT/TM com
30 metros de resolução
espacial.
Imagem LANDSAT/TM com
120 metros de resolução
espacial.
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Largura da Faixa Imageada
Corresponde à largura da faixa de varredura, que varia de acordo com o satélite.
Ex.: Landsat = 185 km; CBERS = 120 km; Spot = 60 km; Ikonos II = 13 km.
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Exemplos de sistemas sensores LANDSAT
CBERS
GOES
MTSAT
IKONOS
Quickbird
Geoeye
Worldview
ALOS
SRTM
ASTER
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Land Remote Sensing Satellite (LANDSAT) Landsat 1 ("Earth Resources Technology Satellite 1“ ERTS-1): 1972-1978
Landsat 2: 1975-1981
Landsat 3: 1978-1983
Landsat 4: 1982-1993
Landsat 5: 1984, ainda funcionando, com problemas graves a partir de Novembro de
2011. Em 26 de Dezembro de 2012, o USGS anunciou a sua retirada de serviço.
Landsat 6: 1993, falhou em atingir a órbita
Landsat 7: 1999, ainda funcionando, mas com falhas desde Maio de 2003
Landsat 8: ("Landsat Data Continuity Mission“ LDCM): 2013. Em 30 de Maio de 2013,
já sob controle do USGS foi rabatizada.
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Land Remote Sensing Satellite (LANDSAT)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Landsat 1,2 (RBV/MSS) Landsat 3 (RBV/MSS) Sensor Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
RBV
1 (0,475 - 0,575) Blue-Green 80 m
2 (0,580 - 0,680) Orange-Red 80 m
3 (0,690 - 0,830) Red-Infrared 80 m
MSS
4 (0,5 - 0,6) Green 57 x 79 m
5 (0,6 – 0,7) Red 57 x 79 m
6 (0,7 – 0,8) NIR Near-Infrared 57 x 79 m
7 (0,8 – 1,1) NIR Near-Infrared 57 x 79 m
Landsat 1 - 1972-1978
Landsat 2 - 1975-1981
Resolução Temporal: 18 dias
Largura da Faixa: 185 km
Sensor Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
RBV
1 (0,475 - 0,575) Blue-Green 40 m
2 (0,580 - 0,680) Orange-Red 40 m
3 (0,690 - 0,830) Red-Infrared 40 m
MSS
4 (0,5 - 0,6) Green 57 x 79 m
5 (0,6 – 0,7) Red 57 x 79 m
6 (0,7 – 0,8) NIR Near-Infrared 57 x 79 m
7 (0,8 – 1,1) NIR Near-Infrared 57 x 79 m
8 (10,4 – 12,6) TIR Thermal 57 x 79 m
Landsat 3 - 1978-1983
Resolução Temporal: 18 dias
Largura da Faixa: 185 km
Sensores:
RBV – Return Beam Vidicon
MSS – Multispectral Scanner
Sensores:
RBV – Return Beam Vidicon
MSS – Multispectral Scanner
Land Remote Sensing Satellite (LANDSAT)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Landsat 4,5 (MSS) Landsat 4,5 (TM) Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
4 (0,5 - 0,6) Green 57 x 79 m
5 (0,6 – 0,7) Red 57 x 79 m
6 (0,7 – 0,8) NIR Near-Infrared 57 x 79 m
7 (0,8 – 1,1) NIR Near-Infrared 57 x 79 m
Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
1 (0,45 - 0,52) Blue 30 m
2 (0,52 - 0,60) Green 30 m
3 (0,63 - 0,69) Red 30 m
4 (0,76 - 0,90) NIR Near-Infrared 30 m
5 (1,55 - 1,75) NIR Near-Infrared 30 m
6 (10,4 - 12,5) TIR Thermal-Infrared 120 m
7 (2,08 - 2,35) MIR Mid-Infrared 30 m
Resolução Temporal: 16 dias
Largura da Faixa: 185 km
Landsat 4 - 1982-1993
Landsat 5 - 1984-2013
Sensores:
MSS – Multispectral Scanner
TM – Thematic Mapper
Land Remote Sensing Satellite (LANDSAT)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Landsat 6 (ETM) Landsat 7 (ETM+) Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
1 (0,45 - 0,52) Blue 30 m
2 (0,52 - 0,60) Green 30 m
3 (0,63 - 0,69) Red 30 m
4 (0,77 - 0,90) NIR Near-Infrared 30 m
5 (1,55 - 1,75) NIR Near-Infrared 30 m
6 (10,4 - 12,5) TIR Thermal-Infrared 120 m
7 (2,08 - 2,35) MIR Mid-Infrared 30 m
8 PAN PAN Panchromatic 15 m
Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
1 (0,45 - 0,52) Blue 30 m
2 (0,52 - 0,60) Green 30 m
3 (0,63 - 0,69) Red 30 m
4 (0,77 - 0,90) NIR Near-Infrared 30 m
5 (1,55 - 1,75) NIR Near-Infrared 30 m
6 (10,4 - 12,5) TIR Thermal-Infrared 60 m
7 (2,08 - 2,35) MIR Mid-Infrared 30 m
8 PAN PAN Panchromatic 15 m
Resolução Temporal: 16 dias
Largura da Faixa: 185 km
Landsat 6 - 1993, não atingiu órbita
Sensores:
ETM – Enhanced Thematic Mapper
Resolução Temporal: 16 dias
Largura da Faixa: 185 km
Landsat 7 – 1999-hoje
Sensores:
ETM+ – Enhanced Thematic Mapper Plus
China-Brazil Earth Resources Satellite (CBERS)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Sensor Banda Intervalo espectral (µm) Designação Resolução
Espacial
Resolução
Temporal
Largura da
Faixa
WFI 1 (0,63 - 0,69) Red 260 m 5 dias 890 km
2 (0,77 - 0,89) NIR – Near-Infrared 260 m 5 dias 890 km
CCD 3 (0,51 - 0,73) PAN Panchromatic 20 m 26 dias 113 km
4 (0,45 - 0,52) Blue 20 m 26 dias 113 km
5 (0,52 - 0,59) Green 20 m 26 dias 113 km
6 (0,63 - 0,69) Red 20 m 26 dias 113 km
7 (0,77 - 0,89) NIR – Near-Infrared 20 m 26 dias 113 km
IRMSS 8 (0,50 - 1,10) PAN Panchromatic 80 m 26 dias 120 km
9 (1,55 - 1,75) SWIR 80 m 26 dias 120 km
10 (2,08 - 2,35) SWIR 80 m 26 dias 120 km
11 (10,40 - 12,50) TIR – Thermal Infrared 160 m 26 dias 120 km
HRC* 12 (0,50 - 0,80) PAN Panchromatic 2,7 m 130 dias 27 km
CBERS 1,2,2B*
Sensores:
WFI – Wide Field Imager
CCD – High Resolution CCD Camera
IRMSS – Infrared Multispectral Scanner
HRC – High Resolution Camera
China-Brazil Earth Resources Satellite (CBERS)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
CBERS 3,4 Sensores:
MUXCAM – Câmera Multispectral
PANMUX – Câmera Panmux
IRMSS – Infrared Multispectral Scanner
WFI – Wide Field Imager
Sensor Bandas Espectrais Resolução
Espacial Largura da Faixa
Resolução
Temporal Quantização
MUXCAM
0,45-0,52µm (B)
0,52-0,59µm (G)
0,63-0,69µm (R)
0,77-0,89µm (NIR)
20 m 120 km 26 dias 8 bits
PANMUX
0,51-0,85µm (Pan)
0,52-0,59µm (G)
0,63-0,69µm (R)
0,77-0,89µm (NIR)
5 m / 10 m 60 km 5 dias 8 bits
IRMSS
0,50-0,90µm (Pan)
1,55-1,75µm (SWIR)
2,08-2,35µm (SWIR)
10,40-12,50µm (TH)
40 m / 80 m (TIR) 120 km 26 dias 8 bits
WFI
0,45-0,52µm (B)
0,52-0,59µm (G)
0,63-0,69µm (R)
0,77-0,89µm (NIR)
64 m 866 km 5 dias 10 bits
Multifunctional Transport Satellite (MTSAT)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
MTSAT
Multifunctional Transport Satellite (MTSAT)
4 – Imagens de Sensoriamento Remoto
Himawari 1-9 GMS GMS-2 GMS-3 GMS-4 GMS-5 MTSAT-1R MTSAT-2 Himawari-8 Himawari-9
Visible (0.50-0.70 μm) Visible (0.55-0.90 μm)
Visible (0.46 μm)
Visible(0.51 μm)
Visible(0.64 μm)
Near Infrared (0.86 μm)
Near Infrared (1.6 μm)
Near Infrared (2.3 μm)
IR4 (3.5-4.0 μm) IR (3.9 μm)
IR3 (6.5-7.0 μm) (Water vapor) IR (6.2 μm)
IR (7.0 μm)
IR (7.3 μm)
IR (8.6 μm)
IR (9.6 μm)
IR (Infrared) IR1 (10.5-11.5 μm)
IR1 (10.3-11.3 μm)
IR (10.4 μm)
(10.5-12.5 μm) IR (11.2 μm)
IR2 (11.5-12.5 μm) IR (12.3 μm)
IR (13.3 μm)
O uso de imagens (p. ex., fotografias aéreas) nasceu da necessidade de mapear-se grandes áreas, sobretudo na confecção de CARTAS TOPOGRÁFICAS, com economia de tempo e despesas.
A potencialidade do SR como método de investigação dos fatos e fenômenos presentes na superfície da Terra constitui-se numa técnica de grande utilidade, pois ...
Permite, em curto espaço de tempo, a obtenção de uma grande quantidade de informações a respeito de registros dos alvos.
Como documento para inventário e distribuição areal de fatos é o mais preciso.
Interpretação de Imagens
Interpretação de Dados Pictoriais: envolve a análise visual de imagens no formato analógico ( em papel);
Interpretação de Dados Digitais: análise visual de imagens no formato digital, diretamente na tela do computador.
Interpretação Estereoscópica de Imagens: estudo de pares estereoscópicos de imagens no formato analógico ou digital.
Processamento Digital de Imagens – PDI: envolve o tratamento dos dados digitais, através de softwares específicos, para auxiliar na interpretação.
5 - Aplicações
Tipos de Abordagem
Visualização singular de um alvo: em um período de tempo, dentro de uma faixa definida e numa altitude determinada.
Visualização múltipla dos dados coletados: para prover mais informações sobre uma mesma região da superfície terrestre. Pode ser feita das seguintes formas:
Aquisição Multisensorial: área levantada por mais de um tipo de sensor.
Sensoriamento Multinível: os dados de um alvo são imageados a partir de diversas altitudes (orbital, alta altitude, baixa altitude e terrestre) e analisados em conjunto.
Imageamento Multiespectral: os dados são coletados pelo sensor, simultaneamente, em várias bandas espectrais. Ao analisar em conjunto os sinais registrados nas múltiplas bandas espectrais, um com ou outro, mais informação é obtida do que apenas se usar uma simples banda ou se analisar múltiplas bandas independentemente.
Sensoriamento Multitemporal: envolve o imageamento de uma área em várias ocasiões; faz uso das mudanças que ocorrem com o tempo para discriminar as condições da
superfície do terreno.
5 - Aplicações
Procedimentos para um Estudo com SR
5 - Aplicações
Definição clara do problema a ser resolvido e articulação dos objetivos envolvidos;
Avaliação do potencial e extensão do SR para abordar o problema;
Identificação dos tipos de dados de SR a serem combinados, apropriados para o estudo, e dos procedimentos usados na aquisição de cada um deles;
Determinação dos procedimentos e técnicas a serem empregados na interpretação dos dados, e da necessidade ou não de dados de referência para completar o estudo;
Avaliação da performance dos sistemas de SR com relação à qualidade da informação coletada. Deve ser identificado e definido o critério pelo qual o produto será julgado.
Principais Aplicações em Geociências
5 – Aplicações
Implantação de Obras de Engenharia de Médio e Grande Porte
Geomorfologia Física, Dinâmica e Ocupacional
Cartografia Geológica
Exploração de Recursos Naturais
Estudos Agronômicos e Florestais
Planejamento do Uso da Terra em Nível Urbano e Rural
Estudo de Bacias Hidrográficas
Estudo e Avaliação Ambiental:
Movimentos de Massa
Assoreamento de Vales, Lagos ou Represas
Erosão Acelerada
Áreas Sujeitas a Inundações Periódicas
E Outras Diversas Áreas ...
5 – Aplicações
Arqueologia: localização de sítios arqueológicos
Meteorologia
Biologia: estudo de vegetação
Planejamento e Estratégia militar
Formulação de Políticas Econômicas
Geografia
Oceanografia
Etc ...
5 – Aplicações
E COMO FONTE DE
DADOS PARA INTEGRAR
OS SIGs
Sistemas de Processamento/Tratamento de Imagens
São sistemas destinados à extração de informações a partir de dados de Sensoriamento Remoto, de modo que a entrada seja uma imagem e, a saída do processo seja uma outra imagem. Esta extração pode ser feita de duas formas:
Objetivo: melhoria do aspecto visual de certas feições estruturais fornecer outros subsídios para a sua interpretação, inclusive gerando produtos que possam ser posteriormente submetidos a outros processamentos.
Extração Qualitativa: através da observação de imagens realçadas pelo sistema;
Extração Quantitativa: através da utilização de procedimentos de classificação automática, cujas saídas são imagens temáticas e tabelas de área associadas a cada classe discriminada na imagem.
Procedimentos de PDI
6 – PDI – Processamento Digital de Imagens
ENTRADA
IMAGEM BRUTA
(dado digital multiespectral)
PROCESSAMENTO
MANIPULAÇÃO &
ANÁLISE
SAÍDA
IMAGEM TRATADA
(informações realçadas
da imagem bruta)
IMAGEM TEMÁTICA
(por classificação)
ETAPAS:
Pré-processamento
Realce (qualitativo)
Composição colorida
Classificação (quantitativo)
Fusão de dados
Integração SIG
Softwares de PDI
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Sistema Desenvolvedor Origem Representante
comercial
EASI / PACE PCI - CRS Canadá Three /Tek
ENVI IDL EUA SulSoft
ER/MAPPER ERM EUA Terrapix Tecnologia
IDRISI * Clark University EUA Clark University
MGE* Intergraph EUA Sisgraph
MULTISPEC Purdue Research
Foundation EUA Purdue University
REGIS* Autodesk EUA Autodesk
SITIM / SGI* INPE Brasil Imagem
Geosistemas
SPRING* INPE Brasil Imagem
Geosistemas
Composição Colorida
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Processo de Formação de Cores: resulta da combinação de 3 cores pelos processos aditivo ou subtrativo.
ADIÇÃO SUBTRAÇÃO
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Elementos de Interpretação de Imagens
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TONALIDADE
COR
TEXTURA
TAMANHO
FORMA
SOMBRA
PADRÃO
LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA
Tonalidade
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As variações de tonalidade da cena fotografada ou imageada são representadas por diferentes tonalidades, ou tons de cinza, que variam do branco ao preto.
Quanto mais luz ou energia um objeto refletir, mais a sua representação na fotografia ou imagem vai tender ao branco e, quanto menos energia refletir (absorver mais energia), mais a sua representação na fotografia ou imagem vai tender ao preto.
Cor
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É mais fácil interpretar imagens coloridas do que em preto e branco, porque o olho humano distingue cem vezes mais cores do que tons de cinza.
A cor do objeto vai depender da quantidade de energia que ele refletir (no canal correspondente à imagem), da mistura entre as cores (processo aditivo), e da cor que for associada às imagens originais em preto e branco.
Textura
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Refere-se ao aspecto liso (e uniforme) ou rugoso dos objetos em uma imagem.
Útil na identificação de unidades de relevo: a textura lisa corresponde a áreas de relevo plano, enquanto que a textura rugosa corresponde a áreas de relevo acidentado e dissecado pela drenagem.
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Tamanho
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O tamanho é uma função da
escala, de uma fotografia ou
imagem, e relativo aos
objetos na imagem.
Forma
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Linear: estradas
Curvilínea: rios
Retangular quadrada: casas, prédios, campos de futebol,
Faixas retangulares: áreas de cultivo;
Circulares: sistemas de pivô central, vulcões, furacões ...
Sombra
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Em imagens bidimensionais, a altura de objetos como árvores, edifícios, relevo, etc. pode ser estimada através do elemento sombra.
A partir da sombra, outros elementos, como a forma e o tamanho, também podem ser inferidos.
As áreas de maior sombreamento, que indicam relevo mais alto; as sobras intermediárias encontram-se nas áreas de morros, e as sombras menores, nas áreas de colinas. Nas áreas de relevo muito plano, não há sombras.
Por outro lado, a sombra pode ocultar a visualização dos objetos por ela encobertos.
Padrão
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Refere ao arranjo espacial ou à organização desses objetos em uma superfície.
Ex: linhas de culturas plantadas em fileiras, unidades habitacionais e do arruamento de uma cidade.
Também usado para identificar o tipo de relevo e/ou de drenagem de uma região.
Seleção de Imagens de Satélite
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Imagem na época de inverno Imagem na época de verão
Imagem na época de chuva Imagem na época da seca
Usos de Imagens de SR
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Identificação de objetos e extração de informações acerca de feições naturais e artificiais;
Elaboração de cartas básicas e de diferentes tipos de mapas temáticos;
Estudo de fenômenos ambientais
Estudo de ambientes naturais
Estudo de ambientes transformados.
Produção de Mapas
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Estudo de Fenômenos Ambientais
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PREVISÃO DO TEMPO
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DETECÇÃO E MONITORAMENTO DE FOCOS DE INCÊNDIO E ÁREAS QUEIMADAS
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DESMATAMENTO
1973
1987
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EROSÃO E ESCORREGAMENTO DE ENCOSTAS
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INUNDAÇÃO
Vazante Cheia
Enchentes no Rio Missouri
1993 1992
Estudo de Ambientes Naturais
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FLORESTAS TROPICAIS
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MANGUES
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AMBIENTES GELADOS
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AMBIENTES ÁRIDOS
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RECURSOS MINERAIS
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FEIÇÕES DE RELEVO E DE AMBIENTES AQUÁTICOS
Estudo de Ambientes Transformados
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AMBIENTES AQUÁTICOS
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AMBIENTES RURAIS
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AMBIENTES URBANOS
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