teledeteccao

TELEDETECÇÃO

Prof. A. Cordeiro Engenharia Geográfica157

BIBLIOGRAFIA

Ana Duarte FonsecaJoão Cordeiro Fernandes Ed. Lidel, 2004.

Detecção Remota

Lições Teóricas: http://enggeografica.fc.ul.pt/biblioteca.htm

Teledetecção – Aulas TeóricasGerd Redweik FCUL, 2004.

Remote Sensing and Image InterpretationThomas Lillesand & Ralph Kiefer John Wiley, 2000 (4th.Ed.)

TELEDETECÇÃO

Conjunto de métodos de aquisiçãode informação sobre qualquer espaço,

em particular a superfície terrestre, pela medição e interpretação das

radiações recebidas, em geral sob a forma de imagem.

teledetecção INTRODUÇÃO

TELEDETECÇÃO DO ESPAÇO CÓSMICO

200, 255, 240

teledetecção

TELEDETECÇÃO DE SUPERFÍCIES PLANETÁRIAS

LUA(Tycho –

Surveyor 7)

MARTE(Mars Express)

TITÃ(Lua de Saturno)

INTRODUÇÃO

200, 255, 240

TELEDETECÇÃO DA SUPERFÍCIE TERRESTREANTES DO TSUNAMI (Sistema/Satélite QuickBird)

26 de Dezembro de 2004 ( PRAIA DE KALATURA – SRI LANKA)

TELEDETECÇÃO DA SUPERFÍCIE TERRESTREANTES DO TSUNAMI (Sistema/Satélite QuickBird)

TELEDETECÇÃO DA SUPERFÍCIE TERRESTREDEPOIS DO TSUNAMI (Sistema/Satélite QuickBird)

A. Ballut – 1889 B. (Labrugauere, França)

PRIMÓRDIOS DA TELEDETECÇÃO

1860´s - FELIX TOURNACHON - Foto de um vale em França.1879 - TRIBOULET - 1º Vôo de Fotografia Aérea. 1882 - E. ARCHIBALD (UK) - Fotografia Aérea como procedimento.1887 - Carta Florestal de Berlim

(I Guerra Mundial)

Câmara Exterior

Alvos estratégicos

FASE ESPACIAL

Primeiros Foguetões

Alfred Maul - 1904

Alfred Nobel - 1897( 100 METROS )

( 600 METROS )

VECTORES EPLATAFORMAS RECENTES

FoguetãoVicking

Tiros- 11960

Space ShuttleNASA

VECTORES EPLATAFORMAS RECENTES

THEMATIC MAPPER

02_Part2_15.html

TELEDETECÇÃO – Principais Agentes

SENSOR Medição e registo das radiações (sinal).(Eventualmente: Medição de sinais emitidos)

PLATAFORMA Dispositivos de orientação das radiações, de controlo programado e de alimentaçãodo sistema se aquisição.

(VECTOR) (Sistemas de Transporte das Plataformas)

SISTEMA de OBSERVAÇÃO (PROGRAMA)

Conjunto de Segmentos que concorrem para a coordenação,recepção, gestão e controlo do sistema de aquisição e

de difusão dos dados da Teledetecção.

Comercialização

TELEDETECÇÃO – Principais Factores

RADIAÇÕES ELETRICO-MAGNÉTICAS (Fonte e Natureza)

OBJECTO (Reflector, Emissor)

MEIO ATMOSFÉRICO

SENSOR (Tipo)

RECEPTOR (Sistema de Recepção)

TELEDETECÇÃO – Principais EvoluçõesESTUDO DAS RADIAÇÕES

1800 Descoberto da região do Infravermelho (Herschel)1889 Deflexão das ondas radio em objectos (Hertz)

SENSORES Dados sequenciais (Temporalmente ordenados)Dados espacialmente estruturados (Imagens)

1916 Primeiros sensores térmicos (Hoffman)1930 Padrões térmicos aplicados a fins militares1940 Primeiros sistemas de radar de Teledetecção

VECTORES TerrestresAéreosEspaciais

teledetecção RADIAÇÃO ELECTROMAGNÉTICA

RADIAÇÃO ELECTROMAGNÉTICA

TELEDETECÇÃO

Conjunto de métodos de aquisiçãode informação sobre qualquer espaço,

em particular a superfície terrestre, pela medição e interpretação das radiações

recebidas, em geral sob a forma de imagem.

Formas de EnergiaDinâmicaTérmicaNuclear Electromagnética

(Luminosa enão-visível)

TELEDETECÇÃO

RADIAÇÕES

Comprimentode onda (m)

Ordem degrandeza

Designaçãocorrente

Fontes deradiação

Frequência

Energiade 1 fotão

Ondas Rádio

Micro-ondas

Infravermelho Visível

Ultravioleta Raios X

Raios Gama

H2OPonto

FM Micro-ondas Radar Elementosradioactivos

FREQUÊNCIANúmero de cristas (vibrações)

registadas por segundo no mesmo ponto

Menores Frequências Maiores Frequências

Maior comprimento de onda

Menor comprimento de onda

0.7 µ0.4 µ

02_Part2_02.html

LUZ SOLARPROPAGAÇÃO

Propriedades: Ondulatórias e corpusculares.

Maxwell: Propagação de dois campos vectoriais, elétrico e magnético, orientados ortogonalmente entre si. Avanço perpendicular ao plano dos vectores.Fenómenos: Interferência e difracção da luz (Maxwell). Efeito fotoelétrico (Planck).

EléctricoMagnético

CAMPOS

Reflexão: Características físicas e químicas dos objectos.Dados: Registo por Satélites de Observação da Terra (S.O.T).

02_Part2_02.html

ONDAS E ESPECTROEnergia: E = h fVelocidade: c = λ fc = 299.8 ×106 m /sh = 6.626 J•s (Planck)Relação Onda-Energia: E = h c / λ

Conclusões: 1. Maior o comprimento de onda, menor a energia. 2. Maior o comprimento de onda, mais tempo, mais superfície ou

maior largura de banda para acumular uma mesma energia no sensor (Bandas Térmicas dos Sensores).

GRANDEZAS RADIOMÉTRICAS

Fonte deIntensidade I

Normal àsuperfície

RADIANTE

Φ = L (A/D2)

A = áreaDÂngulo deIncidência

L = I cos ΘL = Radiância

02_Part2_02.html

PROPRIEDADES EMISSIVAS DOS CORPOS

A Intensidade da radiação própria de um dadocorpo é determinada pela sua Temperatura.

Alterando-se as amplitudes dos comprimentos de onda, com diferentes temperaturas.

Outros parâmetros:Estrutura molecularNatureza da superfície

PROPRIEDADES EMISSIVAS DOS CORPOS

CORPO NEGRO

Corpo ideal (padrão) com a propriedade de absorver toda a

energia recebida.Emite energia própria em função da

sua temperatura.

(Mais significativa a partir de 700º K)

A temperatura determina uma côr emitida:

(“Frio”) (“Quente”)

PROPRIEDADES EMISSIVAS DOS CORPOSVisível

SOL (Corpo Negro)( 0.48 µ m )

Temp.Terrestre

B6 (Landasat 5)

Absorvidade Máxima (=1)CORPO NEGRO

Radiacção Solarreflectida

Corpo ideal (padrão) com a propriedade de absorver toda a

energia recebida.Emite energia própria em função da

sua temperatura.

INTERACÇÂO DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA

Os corpos absorvem e reflectem parte das radiações recebidas, intervindo

também no processo da sua difusão.

FACTORES

1. Comprimento de onda2. Ângulo de incidência3. Natureza do corpo4. Características físicas

Fontes de Energia

Atmosfera

ObjectosRefl

AbsorçãoTransmissão

(Terra)

Propagação

ABSORÇÃO: Troca de energia entre fotões e átomos do corpo, alterando as suas propriedades físicas (Temperatura).

DIFUSÃO: (Re) Emissão de energia radiativa para o meio exterior, em numeroras direcções.

ABSORÇÃO

EMISSÂO

(Massas de água profunda)

ALBEDO (Superfície de Lambert)Difusão isotrópica da radiação incidente,i.e., com igual intensidade, em todas asdirecções e em todas as fequências.

DIFUSÂO

Reflector difuso(Lambertiano)ALBEDO Terrestre: 40 % da Eincidente

Neve: ≈ 90 %

TRANSMISSÃO: Filtragem simples da energia recebida, sem alteração da frequência da radiação.

MEIO 1

MEIO 2(Atmosfera - Alta)(Rochas – Prat. nula) Difusor transparente

TRANSMISSÃOREFLEXÃO: Restituição ao mesmo espaço da energia recebida, sem alteração da frequência da radiação.

REFLECÇÃO(Superfícies lacustres)

Reflector especular

BALANÇO ENERGÉTICO: A soma das energias radiantes absorvidas, transmitidas e reflectidas (difundidas) por um corpo é igual à Energia Radiante incidente nesse corpo.

ER inc (λ) = ER ref (λ)+ ER abs (λ)+ ER trans (λ)

I = R f + A bs + T r

GRANDEZAS RELATIVAS

R f = ER ref (λ) / ER inc (λ)

Resposta espectral

Reflectância:

Absortância:

Transmitância:

A bs = ER abs (λ) / ER inc (λ)

T r= ER trans (λ) / ER inc (λ)( I = Unidade)

INTERACÇÂO DAS RADIAÇÕES COM A ATMOSFERA

100Absorção

SOLTerra

Comp. de onda

Fotografia

Sensores Multiespectrais

Sensores Térmicos

Visão humanaRadar e

Micro-ondaspassivas

ComponentesGasesÁguaAerossóis

O2 O3 H2O CO2 H2O O3 CO2

Agentes PrincipaisVapor de águaDióxido (CO2)

10µ1µ 100µ 1mm 1m

INTERACÇÂO COM A ATMOSFERA E COM A SUPERFÍCIE TERRESTRE

ALVO DA TELEDETECÇÃO: RADIÂNCIA ASCENDENTE

Equação de Transferência RelativaDescripção matemática dos processos de transformação de radiação

no sistema superfície terrestre – atmosfera.

Superfície não-uniforme e não-lambertiana.

SIMPLIFICAÇÃO

Permissas:1. Dispersão singular (ausência de interferências secundárias)2. Superfícies não-uniformes, (mas) lambertianas.

INTERACÇÂO COM A ATMOSFERA E COM A SUPERFÍCIE TERRESTRE

KmEET = E0 Tθo cos θo + ED

LET = (Rf Tθs EET ∆λ) / π∆λ) / π

LT=LET+ Latm

Espessura Óptica:Determinada sobretudo

pelo conteúdo momentâneode aerosol no ar.

Medição a grande altitude(Radiómetros espectrais)

Radiância Solar (EET)Transmitância (Tθs, θs )Radiância Difusa (ED)

Radiância Atmosférica (Latm):Modelos com parâmetros

calculados a partir dosdados dos sensores.

INTERACÇÂO COM A ATMOSFERA E COM A SUPERFÍCIE TERRESTRELT – Radiância TotalLET – Radiância do elemento do terrenoLatm – Radiância do percurso atmosférico

NÍVEL RADIOMÉTRICO

NR = G LT + O

LET = (Rf Tθs EET ∆λ) / π∆λ) / π

LT=LET+ Latm

G = ganho do sensorO = enviezamento

Rf = C1 NR + C2

C2=ƒ(G, Tθs, EET, ∆λ, ∆λ, O, , Latm )

C1=ƒ(G, Tθs, EET, ∆λ∆λ )

EET = E0 Tθο cos θo + ED

Irradiância Solar (EET)Transmitância (Tθs, θs )Radiância Atm. (Latm)Radiância Total (LT)Ganho (G), Enviezamento (O)

DADOS:

INTERACÇÂO DA RADIAÇÃO COM A SUPERFÍCIE TERRESTRE

Reflectância Espectral (Curva/Assinatura)Variação da reflectância de um objectocom o comprimento de onda da radiância.

Areia Pasto

Pinhal

vermelha

Comprimento de onda (µm)

02_Part2_05.html

Outros parâmetrosEstação do anoClimatologia

REFLECTÂNCIA DA ÁGUA E VEGETAÇÃO

1 2 3 4 TM

SPOT Pan

Landsat

TMETM+Pan

REFLECTÂNCIA DO SOLO, DA VEGETAÇÃO E DA ÁGUA

) SpotG R I R IRm

Absorção daClorofila

Absorção daÁgua

Vegetação

40-54%

54-66%

REFLECTÂNCIA SEGUNDO O TEOR DE HUMIDADE (Folhas de Milho)

0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5

REFLECTÂNCIA SEGUNDO O TEOR DE HUMIDADE (Solo Arenoso)

Outros parâmetros

TexturaRugosidadeMatéria orgânicaFísico-químicos

REFLECTÂNCIA E A SENESCÊNCIA DA VEGETAÇÃO (Relva)

REFLECTÂNCIA DA ÁGUA SEGUNDO A TURBIDEZ

99 mg/l

10 mg/l

IRmSpot

teledetecção

PALATAFORMAS E SENSORES

teledetecção PLATAFORMAS E SENSORES

PLATAFORMAS E SISTEMA GERAL DE AQUISIÇÃO

AQUISIÇÃO DE DADOS INFORMAÇÃO

Fontes de Energia

Atmosfera

Objectos

Reflex

AbsorçãoTransmissão(Terra)

Propagação

Plataformas

Sensores

Vectores

Dadosextras

Imagens

Numéricos

ANÁLISE eINTERPRETAÇÃO

PRODUTOS

Utilizadores

PLATAFORMAS E SENSORIAMENTO DOS ESTADOS FÍSICOS

Medição DirectaA grandeza física medida é a do local do sensor.

Termómetro, Gravímetro.

TelemediçãoMedição no local distante, mas recolha de dados via telemetria.

Temperatura do ar via sonda. Gravímetro a bordo de satélite.

PLATAFORMAS E SENSORIAMENTO DOS ESTADOS FÍSICOS

TELEDETECÇÃOMedição de estados físicos relativos a objectos distantes,em geral via plataforma distante.

Vista humana, sensores terrestres e em aeronaves e satélites.

PLATAFORMASTERRESTRES

PLATAFORMAS ESPACIAIS

ATRIBUTOS Geometria Orbital Movimento Atitude das plataformas

GEOMETRIA ORBITAL

ÓRBITA Par. DefiniçãoPosição i Inclinação do plano da órbita

Posição Ω Ascensão recta do nodo ascendente

Orientação ω Argumento do perigeu

Forma a Semieixo maior

Forma e Excentricidade (órbita elíptica): 0<e < 1

PARÂMETROS ORBITAIS

Leis de KEPLERLei de NEWTON

Sistema de ReferênciaEquatorial Celeste

Ponto Vernal

PLATAFORMAS ESPACIAIS ÓRBITA Par. DefiniçãoPosição i Inclinação do plano da órbita

Posição Ω Ascensão recta do nodo ascendente

Orientação ω Argumento do perigeu

Forma a Semieixo maior

Forma e Excentricidade (órbita elíptica): 0<e < 1

PARÂMETROS ORBITAIS

GEOMETRIA ORBITAL

N – nodo ascendenteP – perigeu A – apogeu

Anomaliasv – anomalia verdadeiraE – anomalia excêntricaM – anomalia média (satélite fictício)

M = E – e sen E

Tg(E/2) = [(1-e) / (1+e)] tg (v/2)

GEOMETRIAS ORBITAIS Satélites de Observação da Terra (SOT)(Imagens Via Satélite – IVS)

Equatoriais Geossíncronas (Geoestacionárias*)Observação da Atmosfera (Satélites Metereológicos).

Visão global permanente de um hemisfério.

(*)Velocidade angular idênticaà da rotação da Terra

PLATAFORMAS ESPACIAIS Geometria Orbital Movimento Atitude das plataformas

GEOMETRIAS ORBITAIS

Satélites de Observação da Terra (SOT)(Imagens Via Satélite – IVS)

Quase Polares e HeliossíncronasSatélites de Observação da Superfície Terrestre.

Melhor cobertura sistemática da Terra, de maior resolução e melhor iluminação solar, constante.

GEOMETRIAS ORBITAIS

Quase Polares e Heliossíncronas

TRAÇO ORBITAL

POES (NOAA)

GEOMETRIAS ORBITAIShttp://science.nasa.gov/Realtime/jtrack/Spacecraft.html

Parte iluminada

STATION - ISS

HST - Hubble Space Telesc.

Chandra X-Ray Observatory

COBE _ Cosmic Background Explorer (Explorer 66 )

STATION - ISS

HST - Hubble Space Telesc.

Chandra X-Ray Observatory

COBE _ Cosmic Background Explorer (Explorer 66 )

GEOMETRIAS ORBITAIS 16 de Março 2006 - 16.49 TU

GEOMETRIAS ORBITAIS

geoestacionária

VELOCIDADES E PERÍODOS ORBITAIS

Plataformas Altit.(Km) Veloc.(Km/s) Período (min)

ERS-2 785 7.46 100.5IRS-1C 817 7.44 101.2JERS-1 569 7.58 96.0Landsat 5 705 7.50 98.9RADARSAT 798 7.45 100.8SPOT -3 832 7.44 101.5IKONOS 681 7.51 98.8

RESOLUÇÕES E FAIXAS

VANTAGENS

1. Capacidade de observação sobre uma larga zona da Terra2. Baixa relação preço/qualidade.3. Órbitas não influenciáveis pela atmosfera.4. Cobertura terrestre global.5. Resoluções utilizáveis para a cartografia até 1/5.000.6. Adaptáveis a fins militares.

INCONVENIENTES

1. Grande distância ao objecto2. Sofre todos os efeitos da atmosfera.3. Resolução limitada.4. Órbitas fixas temporal e espacialmente.5. Tecnologia a bordo inalterável.6. Quase impossibilidade em resolver problemas técnicos s bordo.

INSTABILIDADE DAS PLATAFORMASATITUDE DOS VECTORES E PLATAFORMAS

FACTORESInternos (Sist. não rígido)

ExternosMatéria espacialRadiaçõesMagnetismoAnomalias Gravíticas

Centro de MassaCONSEQUÊNCIAS

Distorções Geométricas

CORRECÇÕES1.Determinação de eixo

(vector) próprio.2.Propulsão p/Hidrasina.

PLATAFORMAS AEROTRANSPORTADAS

CRITÉRIOS GERAIS (Coberturas)

1. Visão nadiral. 2. Estabilidade (Atitude) satisfatória em vôo.3. Adequação da velocidade à escala do levantamento.4. Velocidade e potência de subida apreciável.5. Grande autonomia.

Outras Condições

Pressurização ou máscaras de oxigénio.

OBJECTIVOS CARTOGRAFIA TOPOGRÁFICA (Prog.Fotogrametria)

CARTOGRAFIA TEMÁTICA (Prog.Teledetecção)

PLATAFORMAS AEROTRANSPORTADAS

VANTAGENS (Adequação do levantamento aos objectivos)

1. Escolha da escala e do grau de sobreposição (para fiadas).2. Determinação da zona a ser coberta.3. Escolha da época e hora do levantamento.4. Opção pelo tipo de sensor / plataforma.

Resolução espacial e espectral.

INCONVENIENTES

1. Maior afastamento da vertical do eixo óptico (→Ortorectificação).2. Maiores variações de escala (→Ortoprojecção)3. Correcção eventual da esfericidade da Terra.4. Desvios resultantes da perspectiva.5. Deformações resultantes da instabilidade (Atitude) de vôo.

CLASSIFICAÇÃO DOS SENSORES

UnitáriosEm linhaMatriciais

REGISTODIGITAIS

Emulsões fotográficasANALÓGICOS

OPERAÇÃO RadiómetrosEspectrómetrosEspectroradiómetros

REACÇÃOACTIVOSPASSIVOS

SENSORESDIGITAL versus ANALÓGICO

Características Câmara Fotográfica Câmara Digital

Tempo de vôo 20% menos -

Laboratório Sim Não

Digitalização a bordo (12-bit) Não Sim

Varrimento (8/10-bit) Sim Não necessário

Volume de dados 20-50% less

Pré-processamento No Sim

GPS / Galileu GNSS / DORIS Yes (opcional) Sim

INS – Sist.Inerciais inhabitual Sim

Centros de Projecção interpolados (poucos) interpolado (bastantes)

Pontos de apoio Sim, GPS possível. Sim, GPS possível.

Pontos de ligação Poucos – entre imagens Muitos

http://phot.epfl.ch/workshop/wks99/2_2.html#1.%20Introduction

SENSORES UNITÁRIOS

VARRIMENTO MECÂNICO PONTUAL (SCANNERS)

Sensores

Espectroscópio

Espelho giratórioEspelho oscilante

Campo de visãoinstantâneo

Sentido de v

(Mod. Daedalus)

SENSORES UNITÁRIOS

INSTABILIDADE NA ATITUDE DAS PLATAFORMAS

Imagem Scanner Roll Deriva Pitch

SENSORES UNITÁRIOS

MSS Scanner

02_Part2_15.html

SENSORES EM LINHALinear Array Sensor

(Pushbroom)

SPOT – 6.000 sensores(Resolução 10 m ) Matriz

de linhas

Resol. Tranversal

Resolução Logitudinal(Velocidade e tempo

de leitura)

(nº de sensores)

Óptica

Vectorlinear

do vector linha

Captaçãoinstantânea

Traçodo vôo

SENSORES EM LINHALinear Array Sensor

(Pushbroom)

SPOT 5 – 12.000 sensores(Resolução 5 m )

SENSORES EM LINHABARRAS CCD

Cadência de Linha (Descarga)3.008 ms (multispectral) 1.504 ms (monospectral)

SPOT 512 a 20.000 Sensores

IKONOS

Pancromático – 1 metroMultiespectral – 4 metros

(Vermelho – Verde – Azul – IV próximo)

RESOLUÇÃO

SENSORES EM LINHA PLATAFORMAS RECENTES

Resolução: 3 m (panchromatic)15 m (multi-spectral)

(Verde, Vermelho, IV próximo)

EARLYBIRD

Dezembro, 1997 QUICKBIRD

Resolução: 0.61 m (panchromatic)2.4 m (multi-spectral)

(Verde, Vermelho, IV próximo, ev. Azul)Imagens: 11 × 11 kmFaixas: 11 × 225 km

Outubro, 2001

SENSORES EM LINHA

Actualmente: 20.000 pixels (Leica ADS40),(Multi-Bandas, maior ganho)

LH Systems (ex-.Leica Geosystems)Wide- Angle Aircraft Camera (WAAC)

MARS96 Mission Operacional 1998

WAOSS (Wide Angle Optical Stereo Sensor

SENSORES EM LINHALH Systems (ex-.Leica Geosystems)

Wide- Angle Aircraft Camera (WAAC)

CARACTERÍSTICAS

Princípio 3 line CCD stereo sensor

Pixels por linha CCD 12,000

Dimensão do Pixel 6.5 µm

Resolution Radiométrica 8 bit (0 – 256)

FOV (across track) 52°

Focal length 80 mm

Fiada 3.100 m 3,000m (1,9 mi) pixel de 25 cm (ao solo)

Stereo angles 17°, 25°, 37°

Recording interval per line 1.2 ms

Filter range (at l 50) Panchromatic, 465nm – 680nm

SENSORES EM LINHA

INSTABILIDADE NA ATITUDE DAS PLATAFORMAS

CORRECÇÃO SOBRE A IMAGEM

RollPitch

EXPLORAÇÃO PLANETÁRIA

HRSC (High Resolution Stereo Camera)

Mars Express

SISTEMATIZAÇÃO DOS SENSORES

DEFINIÇÕESRADIÓMETRO

Sensor que integra toda a energia recebida, dentro

de uma determinada amplitude de radiação.

ESPECTRÓMETRO

Sistema que permite a difração completa das diferentes radiações

recebidas, dentro de uma determinada amplitude.ESPECTRO-RADIÓMETRO

Sensor que separa e regista as diferentes radiações recebidas,

dentro de uma determinada amplitude.

(ESPECTROSCÓPIO)

IMAGENS DE BANDAS ESPECTRAIS

SISTEMATIZAÇÃO DOS SENSORES

L RADIOM

ETRIA MATRICIAL

COMPOSIÇÃO MATRICIAL

ALTÍMETROS - SONDAS

ESPACIAL

ESPECTRAL ENERGÉTICO

POLARÍMETROSDISPERSÓMETROS

RADIÓMETROSESPECTRORADIOMETRIAESPECTRÓMETROS

SISTEMATIZAÇÃO DAS PLATAFORMAS POSIÇÃO DO SISTEMA DIRECCIONAL

E TIPO DE REGISTO

OPTO-MECÂNICOS OPTO-ELECTRÓNICOS

Plano do ObjectoPlano da Imagem

SISTEMATIZAÇÃO DAS PLATAFORMAS SENTIDO DO VARRIMENTO

E O TRAÇO DO VÔO

Pixel Linhade pixels

Planofocal

Transversal

Longitudinal

(Whiskbroom) (Pushbroom)

SISTEMATIZAÇÃO DAS PLATAFORMAS PASSIVIDADE / ACTIVIDADE

ACTIVOPASSIVO

CLASSIFICAÇÃO DOS SENSORES/PLATAFORMAS

PASSIVOS

PORVARRIMENTO

SEMVARRIMENTO

NÃOMATRICIAIS

MATRICIAIS

PancromáticosCor naturalInfra-vermelhos (mono)Infra-vermelhos a cores

Radiómetros de microondasSensores magnéticosEspectrómetros de Fourier

Camâra TVScanner de ângulo sólidoRadar passivo

Radiómetro de microondasScanner óptico-mecânico

NO PLANO DA IMAGEM

NO PLANO DO OBJECTO

CLASSIFICAÇÃO DOS SENSORESCLASSIFICAÇÃO DOS SENSORES/PLATAFORMAS

ACTIVOS

(MATRICIAIS)

Radar de abertura realRadar de abertura sintética

NO PLANO DO OBJECTO

PORVARRIMENTO

Radómetro de microondasAltímetro de microondasLaser de profundidade (batimétrico)Lazer distânciómetro

SEMVARRIMENTO

(NÃO- MATRICIAIS)

SENSORES ACTIVOS DE MICROONDAS

SISTEMAS RADAR

Elementos de Estudo

Aula nº 9 dos Apontamentos de Teledetecção – Prof. Redweik

Cap.II –Sec. 2.4 – Detecção Remota – Ana Duarte Fonseca

Interferometria SAR e as suas aplicações – Engª Cristina Catita

TELEDETECÇÃO

SISTEMASRADAR

Interferometria de Microondas

Prof. A. Cordeiro Engenharia Geográfica

teledetecção SISTEMAS RADAR

CARTOGRAFIAPOR SISTEMAS ACTIVOS DE TELEDETECÇÃO

Comprimentos de onda de 1 cm a 1 m

Penetração deNúvensNevoeiroPoeirasChuvaVegetação

Banda λ (cm) Freq. (MHz)

Ka 0.75 1.1 40.000 26.500

K 1.1 1.67 26.500 18.000

Ku 1.67 204 18.000 12.500

X 204 3.75 12.500 8.000

C 3.75 7.5 8.000 4.000

S 7.5 15 4.000 2.000

L 15 30 2.000 1.000

P 30 100 1.000 0.300

CARTOGRAFIAPOR SISTEMAS ACTIVOS DE TELEDETECÇÃO

Porquê e para quê?

A região espectral de operação permite a alta transmissão das ondas electromagnéticas na atmosfera

independente da iluminação solar, mesmo quando a atmosfera se apresenta nublada

ou durante precipitações, podendo assim gerar imagenssob as condições mais adversas.

O poder de transmissão das ondas electromagnéticas, por um determinado meio, é directamente proporcional ao comprimento de onda. Desta forma, quanto menor

a frequência do radar, maior será a sua penetração.

Porquê e para quê?

Cobertura Global TerrestreSÉRIES CARTOGRÁFICAS(Precisão das Observações Geodésicas)

DINÂMICA TERRESTRE

Escala Gobal Tectónica de Placas

Escala Regional SismologiaVulcanologiaDinâmica dos GlaciaresRecursos MineraisGeotermalismoAquíferosArqueologia

Factores de penetração da radiação

1. Humidade.2. Densidade da vegetação.3. Comprimento de onda.

→ Comprimentos de onda menores interagem com as camadas superficiais da vegetação.

→ Comprimentos de onda mais longos com as camadasinferiores da vegetação podendo, em alguns casos,até mesmo interagir com o solo ou ainda com o subsolo.

Sistemas de radar

1. Imageadores:→ Sistemas de antena giratória→ Sistemas de visada lateral de abertura real (SLAR)→ Sistemas de visada lateral de abertura sintética (SAR).

2. Não imageadores:→ Dispersómetros→ Espectrómetros→ Altímetros

Sistemas Imageadores de Radar

Fases e elementos

1. Um gerador de impulsos (~1000/s) transforma energia sob a forma de micro-ondas.

2. Um sistema transmissor irradia a ondas electromagnéticas.3. Um duplexer separa a onda emergente das ondas recebidas.4. Uma antena direccional modula e focaliza cada impulso numa

dada amplitude.5. Os impulsos recebidos pela antena são enviados para um

receptor que converte (e amplifica) para sinais vídeo.6. Um registador armazena a imagem num formato digital para

processamento posterior num monitor ou regista as imagens numa película.

RADAR LATERAL (Aerotransportado)

Side-Looking Airborne Radar (SLAR)

RADAR LATERAL

Resolução ao Solo e Duração do Sinal

RADAR LATERAL

Resolução ao Solo e Incidência angular

Incidência angular

Resolução Directa

Resolução ao Solo

Rs = c .τ2 cos α

τ - Duração do Sinal

τ = 0.1µ , α = 45º Rs = 21 m

( Rs )

Resolução Azimutal e Abertura da AntenaRADAR LATERAL

Rα = GR β

GR = Alcanceβ = abertura da antena

6 Km 10.8 m

12 Km 21.6 m

β = 1.8 mrad

Parâmetros da Resolução SLAR RADAR LATERAL

Zona dianteira( Frequências superiores)

Zona da retaguarda(Redução de frequência)

Desvio Doppler nulo

Resolução Azimutal( Condicionado pelo efeito Doppler)

Resolução ao Solo( Condicionado pela duração do Sinal)

Resolução espacial efectiva

RADAR LATERAL

RELEVOCompressãoe Dilatação de Distâncias

(Possibilidade de Inversão)

Radar de Abertura Sintética (SAR)

Sistemas de Levantamento por Radar

Interferometria por duas antenasna emissão e recepção de impulsos

Onda TransmitidaOnda Recebida

DadosPROGRAMA

SRTMPROGRAMACOMPARAÇÃO COM COBERTURAS EXISTENTES

Resolução SRTM: 30 m

Resolução da melhor cobertura:USGS GTOPO30 – 1 Km

MISSÕES PLANETÁRIASMissão cartográfica MAGELLAN a Vénus

Agosto 1990 - Em órbita.Outubro 1994 - Descida na atmosfera.Levantamento Radar de 98 % do planeta.100 metros de resolução.

Informações obtidas por Radar de MAGELLAN

SISTEMAS RADARteledetecção SISTEMAS RADAR

Sistemas de Levantamentopor Radar

Lagoas Ondas

Pela medição da intensidade do sinal reflectido, assim a imagem apresenta-se com tons mais claros ou mais escuros, determinados por diferentes estruturas, capacidades de absorção e tipos de reflectância das formações terrestres.

Urbano

Floresta

Sistema SIR-A do Space ShuttleAmazóniaBolívia

Baixas PlaníciesAltas Planícies

(300 Km – Altiplano > Amazónia)

INFORMAÇÃO E PENETRAÇÃO DAS MICROONDAS

As microondas de comprimento médio ( a partir de 5 cm), de grande comprimento no espectro

electromagnético, penetram não só as nuvens mas também a folhagem das florestas, formações do tipo solo

vegetal ou arenoso e a neve, pondo a “descoberto”informação não detectada por sistemas radiométricos de

menor comprimento de onda.

Rede hidrográfica primária Rede hidrográfica fina

Landsat TM - Bandas 754 ERS-1 SAR C-Band

SENSORES ACTIVOS DE LASER

LIGHT DETECTION AND RANGING - LIDAR

Medição Óptica de Raios Laser Reflectidos

CARACTERÍSTICAS

1. Emissão de radiação electromagnética em ondas ultra-curtas (1-10 µm). 2. Existência de um sistema de focagem para o sensor.3. Maior resolução geométrica que o radar (microondas).4. Bastante sensível às perturbações atmosféricas.

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

1. BATIMETRIA (Topografia sub-aquática). 2. ALTIMETRIA perfis altimétricos e DSM’s 3. Determinação da biomassa4. Grau de Poluição atmosférica e em superfícies aquáticas.

BATIMETRIAS1

S2Intervalo (t)

Raio LaserreflectidoRaio Laser

emitido

FundomarítimoS2

Profundidade

H = c • T / 2

Varrimento Laser (Laserscanning)

CARACTERÍSTICAS

1. Medição de distâncias (Objecto natural como reflector). 2. Varrimento perpendicular à linha de vôo.3. Utilização de sistemas de coordenadas do vector (GPS/INS).4. Amostragem possível de alta densidade.5. Utilização aerotransportada (aviões, helicópteros) e terrestre.

PRINCIPAIS APLICAÇÕESPRINCIPAIS APLICAÇÕES

1. DTM de zonas com coberto vegetal.2. DSM (Digital Surface Model) de zonas urbanas.3. Implantações e controlos industriais.

Varrimento Laser (Laserscanning)

SISTEMAINTEGRADO DE

GEORREFERENCIAÇÃO

Varrimento Laser (Laserscanning) Impulso

RecepçãoTempo

Varrimento Laser (Laserscanning) IMAGENS A DIFERENTES NÍVEIS

Terreno “nú”

Copas das árvores

LIDAR / LIF (Laser Induced Flurescence)

CARACTERÍSTICAS

1. Sistema Lidar, com sensibilidade a menores frequências reflectidas. 2. Reconhecimento da capacidade de fluorescência dos objectos.3. Utilização de detectores multiespectrais.

PRINCIPAIS APLICAÇÕESPRINCIPAIS APLICAÇÕES

1. Poluição aquática (manchas de petróleo, infestantes clorofílicos, etc)2. Poluição atmosférica.

PODER DE RESOLUÇÃO DOS SENSORES

teledetecção RESOLUÇÃO DOS SENSORES

PODER DE RESOLUÇÃO DOS SENSORES

GEOMÉTRICA (ESPACIAL)ESPECTRAL

RADIOMÉTRICATÉRMICA

TEMPORAL

DETECTORES

Sistemas que integram os Sensores propriamente ditos.

SISTEMA DE COLECTASistema do orientação do sinal para o Sensor.

SENSORSistema de transformação da radição em sinal electrico.

PROCESSADOR

Sistema de transformação do sinal eléctrico, dando-lhe as características desejadas.

RESOLUÇÃO ESPACIAL

Imagens digitais

Dimensão do pixel à escala do objecto observado.

Emulsões fotográficasDimensão mínima do objecto observado, distinguível no produto da Teledetecção.

GeralA mais pequena unidade de distância

que pode ser discriminada numa medição.

EMULSÕES FOTOGRÁFICAS

Pág.214

A Resolução é função do poder separador expresso em linhas duplas por milímetro

EMULSÕES FOTOGRÁFICAS

FUNÇÃO de TRANSFERÊNCIA DE CONTRASTE

Relação entre o contraste do objecto (K)e o contraste da imagem (K´), após transmissão. C´ =

K = Imax

IminFACTORES QUE AFECTAM OS PARÂMETROS (K e K´ )*

1. Sensibilidade da Emulsão2. Rapidez da Emulsão3. Resolução do sistema óptico4. Velocidade da câmara.

* Para um dado tempo de exposição.

IMAGENS DIGITAIS

Resolução determinada pelo Campo de Visão Instantâneo - CVI (IFOV) relativo a um sensor unitário

DR- 41

Mas também …… pelo valor de radiância contrastante,ou seja:

O CVI deve ser próximo doElemento de Resolução Efectivo (ERE).

ERE – Área à qual é atribuído um valor únicode radiância, não se desviando de mais de 5 %

da radiância relativa efectiva.

RESOLUÇÃO ESPECTRAL

Amplitude dos intervalos de comprimento de onda nos quais a radiação electromagnética é registada.

( Intervalos mais estreitos → Maior resolução espectral )(Maior resolução espectral → Assinaturas espectrais mais rigorosas )

RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICANIVEL RADIOMÉTRICO (NR) → Intensidade do sinal medido pelo sensor.

NR = G • L + ODesvio (Offset)RadiânciaGanho

RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA

DR- 38

SENSIBILIDADERADIOMÉTRICA

Constante de proporcionalidade entre o sinal de saída e o fluxo

incidente no sensor.

CALIBRAÇÃO Deterninação da sensibilidade radiométrica do sensor.

RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA

Menor variação da intensidade do sinal, identificada pelo sensor. Função de Calibração Inversa

Quantidade de tons diferentes possíveis de serem representados, a partir do registos de um sensor.

POTÊNCIA RADIOMÉTRICA RESOLVENTE (em bits)

MSS 4-5-6 ⇒ 7 bits (128 NR) MSS 7 ⇒ 6 bits ( 64 NR)Landsat TM ⇒ 8 bits (256 NR)SPOT Pan ⇒ 8 bits (256 NR)

RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICANÚMERO DE NÍVEIS RADIOMÉTRICOS

VISUALIZAÇÃO

2 4ACUIDADE DE VISUALIZAÇÃO

A vista humana dificilmente distingue mais de 30 níveis de cinzento, numa imagem. 8 16

TRATAMENTO COMPUTACIONAL

O tratamento e análise digital ultrapassa a capacidade humana, permitindo um muito maior grau de discriminação dos NR. 32 64

RAZÃO SINAL / RUÍDO

RUÍDO – Variação não previsível na medição do sinal

Mais importante que o conhecimento dos valores absolutos do Sinal e do Ruído é o conheciemnto da razão sinal/ruído.

RUÍDO EXTERNO

Óptica do sistema.Vibrações do sistema óptico.Filtragem inadequada.Imprecisões relativas ao CVI.Dispersão Aleatória das REM.

RUÍDO INTERNO

Imperfeições no sensor.Processamento imperfeito.

RESOLUÇÃO TÉRMICA

Menor diferença de temperatura medida pelo sensor, para uma dada temperatura de um corpo.

Variação diurna do grau de emissividade térmica

dos corpos

TELEDETECÇÃO TÉRMICA

DIURNA

NOTURNA

TELEDETECÇÃO TÉRMICA

Movimentação de Objectos DIURNA

RESOLUÇÃO TEMPORAL

Intervalo de tempo decorrido entre duas passagens sucessivas sobre o mesmo ponto de

uma determinada órbita.

Satélite ∆t

SPOT 26 dias

LANDSAT 1-3 18 dias

LANDSAT 4-5 16 dias

NIMBUS 7 6 dias

ERS-1 3 dias

TIROS - N 12 horas (Meteorológico)

NOAA 12 horas (Meteorológico)

Meteosat 30 min. (Meteor.geoestac.)

teledetecção

PROCESSAMENTO E ANÁLISEDE IMAGEM(COMPLEMENTOS)

teledetecção PROCESSAMENTO E ANÁLISE

PROCESSAMENTO E ANÁLISE DE IMAGEM

Extracção de informação qualitativa e/ou quantitativanecessária para determinadas aplicações

FASEAMENTO GERAL PÓS-AQUISIÇÃO

RECONSTITUIÇÃO PROCESSAMENTO EXPLORAÇÃO

Outras significações

Extracção de Informação

RestauraçãoRecuperação

Condicionamento

RECONSTITUIÇÃO

Correcção dos valores radiométricos registados pelos sensores que, por influência externa ou falha interna, não são coerentes com os seus

vizinhos ou proporcionais às radiâncias espectáveis dos objectos.

RADIOMÉTRICA

Correcção das posições absolutas ou relativas resultantes de anomalias na atitude, posição e

velocidade das plataformas.GEOMÉTRICA

RECONSTITUIÇÃO

RADIOMÉTRICA

ProblemasCausas

Humidade atmosférica elevadaValores uniformemente elevados

Falhas de determinados sensoresAlinhamentos sem informação

Linhas desfasadas (striping) Falhas de calibração dos sensores

Diminuição imprevisível e aleatória do desempenho dos sensores ou da transmissão dos dadosRuído aleatório

RECONSTITUIÇÃO

RADIOMÉTRICA

Ajustamentos (Reamostragem)(Ajustamentos cosméticos, orientados para o valor mais provável)

PARÂMETROSEstatísticos: Médias, Desvios Padrão (s), Frequências (Histograma).

CRITÉRIOSNR = Níveis radiométricossk , sr estimativas de

desvio padrão das imagens

De vizinhança:

NR i, j, k = NR i-1 , j, k

NR i, j, k = ( NR i−1 , j, k + NR i+1 , j, k) /2

Inter-bandas:NR i, j, k = ( sk / sr ) NR i, j, r − ( NR i−1 , j, r + NR i+1 , j, r)/2 +( NR i−1 , j, k + NR i+1 , j, k)/2

(banda k – a corrigir - e a banda r, de referência)

RECONSTITUIÇÃO

RADIOMÉTRICA

Ajustamentos (Reamostragem)(Ajustamentos cosméticos, orientados para o valor mais provável)

CRITÉRIOS

Método Linear:

I. As distribuições são idênticas de sensor para cada sensor.II. O sinal de saída é função linear do sinal de entrada.

1. Estabelecimento do valor médio provável do histograma da imagem (X).→ média dos valores médios ( xi) dos histogramas dos sensores

2. Estabelecimento da variância provável do histograma da imagem (S2).

3. Determinação do valor mais provável

RECONSTITUIÇÃO

GEOMÉTRICAPrincípio Geral

Qualquer deslocação ou redefinição espacial (geométrica) de um pixel não deve alterar o seu valor radiométrico em absoluto ou, pelo menos, relativamente à sua vizinhança.

TransformaçõesHelmert ( n ≥ 2 )

( n ≥ 3 )AfimPolinomial ( n ≈ 10 → µ ≈ 0.7 px ) ( 11ª Aula - PDI )

RECONSTITUIÇÃO

GEOMÉTRICAAplicações

Georreferenciação.

Aproximação geométrica de sensores.Redução da distorção panorâmica.

Redução das distorções de imagens de cartas.

Ortoprojecção (Rectificação ortogonal)

Correlação de imagens (Orientação relativa automática)

CONDICIONAMENTO (PROCESSAMENTO)

Conjunto de procedimentos de modo a reordenar ou realçar a informação contida nas imagens reconstituidas.

PROCEDIMENTOS GERAIS

Sobre o domínio espectral.(Sobre o domínio espacial.

Sobre os níveis de cinzento (NR).

CONDICIONAMENTOPROCESSAMENTO ESPECTRO-ESPACIAL

TRANSFORMAÇÕES

LINEARES

ARITMÉTICAS

→ Novas bandas, por combinações lineares.

→ Novas bandas, por operações aritméticas entre bandas.

DE FOURIER→ Novas bandas, por representação num espaço de frequência.

TEXTURAIS→ Novas bandas, por representação da textura numa vizinhança.

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO

REALCE (Processamento)

Ajustamento da imagem a uma melhor apreciação visual do operador.

SEGMENTAÇÃO

Delimitação de zonas homogéneas em função de um determinado atributo dos objectos das imagens.

RECONHECIMENTO

Identificação dos objectos em função da sua forma e natureza (conteúdo).

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO REALCE(ENHANCEMENT)21

Imagens RESURS-O1(160 m)

banda 1 ... 0.5 - 0.6 µm banda 2 ... 0.6 - 0.7 µm banda 3 ... 0.7 - 0.8 µm banda 4 ... 0.8 - 1.1 µm

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO REALCE(ENHANCEMENT)

Imagens RESURS-O1FORMATO BIL (160 m)

Band Interleaved by Line

110 115 138 215 ... linha 1 da banda spectral 172 85 97 105 ......... linha 1 da banda spectral 2218 172 160 35 .... linha 1 da banda spectral 3156 134 129 92 .... linha 1 da banda spectral 4111 115 142 210 ... linha 1 da banda spectral 269 83 96 104 ....... linha 2 da banda spectral 2

BILIDRIS( BIL + metadados → )

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOBand Interleaved by Line

Parameter

IDENTIFIER DATETIMECENTER_LATCENTER_LONNW_LATNW_LONNE_LATNE_LONSW_LATSW_LONSE_LATSE_LON

Description

Unique name of standard product Acquisition date, year/month/dayAcquisition start time (UTC), hour/minuteScene Centre Latitude, degrees minutesScene Centre Longitude, degrees minutesNorth-West Corner Latitude, degrees minutesNorth-West Corner Longitude, degrees minutesNorth-East Corner Latitude, degrees minutesNorth-East Corner Longitude, degrees minutesSouth-West Corner Latitude, degrees minutesSouth-West Corner Longitude, degrees minutesSouth-East Corner Latitude, degrees minutesSouth-East Corner Longitude, degrees minutes

Example

SK950…E015950709090550 1515 5353 2712 952 821 2448 710 4846 5719 8

DADOS → BILIDRIS (→ Graus e decimais)

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOBand Interleaved by Line

DADOS → BILIDRIS

Parameter PROD_BANDSDEVICETRANSMISSIONMISSIONSTATIONIMGFILENCOLSNROWSNBANDSLAYOUT

DescriptionImage bands in the product (1-4 digits)Instrument device numberDirect data dump or tape-recorder playbackResurs-O1 missionGround station where data is receivedName of the file with image dataNumber of columns in the image fileNumber of lines in the image fileNumber of bands in the image fileOrganisation of bands in the image file

Example 1234SK1DIRECT3Kiruna AL191021.bil400037504BIL

salzbg1

salzbg2

salzbg3

salzbg4

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO REALCE(ENHANCEMENT)

Imagem de baixo contraste

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO REALCE(Enhancement)Expansão linear de contraste (Stretch)

(Possibilidade de redução de contraste)

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO REALCE(Enhancement)Expansão contraste por Histograma

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO COMBINAÇÃO DE IMAGENS

COMPOSIT

index = blue + (green*6) + (red*36)

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO ANÁLISE EM COMPONENTES PRINCIPAIS

Matriz de Variâncias / Co-variâncias

VAR/COVAR

tm1 tm2 tm3 tm4 tm5 tm7

tm1 3087.33 2070.67 2530.54 974.94 -517.63 -34.25

tm2 2070.67 1546.11 1842.13 844.92 -359.73 -54.99

tm3 2530.54 1842.13 2218.84 960.56 -411.23 -38.62

tm4 974.94 844.92 960.56 1063.28 106.61 -22.00

tm5 -517.63 -359.73 -411.23 106.61 1021.40 482.89

tm7 -34.25 -54.99 -38.62 -22.00 482.89 290.16

Matriz de Correlações

COR-MATRX TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM7

TM1 1.000000 0.947761 0.966847 0.538101 -0.291492 -0.036191

TM2 0.947761 1.000000 0.994571 0.658977 -0.286261 -0.082100

TM3 0.966847 0.994571 1.000000 0.625371 -0.273162 -0.048126

TM4 0.538101 0.658977 0.625371 1.000000 0.102303 -0.039612

TM5 -0.291492 -0.286261 -0.273162 0.102303 1.000000 0.887027

TM7 -0.036191 -0.082100 -0.048126 -0.039612 0.887027 1.000000

Variabilidade das Componentes Principais

COMPONENTES C1 C2 C3 C4 C5 C6

% Var. 77.51 14.42 6.45 1.08 0.37 0.06Valor Próprio 7274.64 1353.37 605.34 101.62 34.36 5.92

As percentagens mostram quanta variância é expressa pelas componentes: Só as 3 primeiras componentes agregam 98.38 %

de toda a informação contida nas 6 imagens!

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOEXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃO ANÁLISE EM COMPONENTES PRINCIPAIS

Vectores Próprios (por Valor Próprio)

eigvec.1 0.637395 -0.024205 -0.332783 -0.664908 0.078396 -0.132783

eigvec.2 0.453689 0.032000 0.011831 0.568448 0.035183 -0.684566

eigvec.3 0.551395 0.026079 -0.050350 0.419740 0.048126 0.716756

eigvec.4 0.250048 0.409488 0.816091 -0.233731 -0.101826 0.000000

eigvec.5 -0.111267 0.798522 -0.256041 0.062861 -0.203832 0.000000

eigvec.6 -0.019534 0.384777 -0.388984 0.000205 0.000000 0.000000

1 2 3 4 5 6

Quantidade (importância relativa) de Informação Imagem / Componente

CARGA C1 C2 C3 C4 C5 C6

taurtm1 0.978414 -0.016026 -0.147356 -0.120630 0.008270 -0.005814

taurtm2 0.984110 0.029939 0.007403 0.145732 0.005245 -0.042358

taurtm3 0.998401 0.020367 -0.026299 0.089826 0.005989 0.037021

taurtm4 0.654042 0.461983 0.615764 -0.072257 -0.018305 0.000000

taurtm5 -0.296944 0.919171 -0.197110 0.019828 -0.037385 0.000000

taurtm7 -0.097810 0.830999 -0.561843 0.000121 0.000000 0.000000

Níveis de cinzento projectados nas Componentes Principais

C2 C3C1

Níveis de cinzento projectados nas Componentes Principais

C5 C6C4

Aplicações das Imagens segundo as Componentes Principais

Realce de determinadas categorias de objectos.

Redução da informação (retendo a mais importante).

Apoio à classificação da informação (segmentação).

Diagramas de Dispersão

SCATTER

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOSEGMENTAÇÃO

OBJECTIVOS GERAIS

SEGMENTAÇÃO DE ZONAS HOMOGÉNEASDelimitação de regiões em função de um determinado atributo (padrão).

SEGMENTAÇÃO POR CONTORNOS

Delineação de limites ou fronteiras de regiões ou objectos lineares.

SEGMENTAÇÃO ESPECTRAL

SEGMENTAÇÃO EM AMPLITUDE

SEGMENTAÇÃO TEXTURAL

Delimitação de zonas homogéneas em função de assinaturas espectrais médias dos objectos.

Delimitação de zonas em função do nível radiométrico (NR) dos pixels.

Delimitação de zonas em função da repetição de padrões de variabilidade do NR (estrutura) dos pixels. (Proc.complexos)

(Unicanal)

(Multicanal)

SEGMENTAÇÃO DE ZONAS HOMOGÉNEAS

Limiarização.

Classificação

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOLIMIARIZAÇÃO

1 se t1 ≤ f (i, j) ≤ t2 f (i, j) ∈ Dg (i, j) =

0 de outro modo. t1 , t2 ⇒ limiares.

Imagem optimizada

Limiares afastados Limiares próximos

CARACTERÍSTICAS E CONDIÇÕES DE APLICAÇÃO

Facilidade de aplicação e modelação.

Eficiente em imagens contrastadas e com ruído não significativo.

Natureza multimodal clara do histograma da imagem

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOSEGMENTAÇÃO

SEGMENTAÇÃO POR CONTORNOS

1. Bacias de Escoamento (Watershed)

Aplicação de transformações definidas no âmbito da Morfologia Matemática

2. Gradiente (Zero-crossing)Filtros lineares

Filtros morfológicos

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOBACIAS DE ESCOAMENTO

( Watershed )

Recuperação das “linhas de festo” de uma imagem numérica (máximos locais), considerada como

representativa de uma superfície irregular (relevo), por simulação de um “preenchimento” ou limiarização dos níveis de cinzento inferiores, a partir de mínimos locais.

Linha de “Separação de Águas” (LSA).

( Watershed )SOBRE-SEGMENTAÇÃO

( Watershed )MARCADORES

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOCLASSIFICAÇÃO

CLASSIFICADORES

Dispersão amostral

(Mín. / Máx.)

CLASSIFICADORES

Médias amostrais

AMOSTRAGENS

Espaços amostrais

Bandas 1 / 2

AMOSTRAGENS

Espaços amostrais

Bandas 4 / 5

CLASSIFICADORES

RÍGIDOS (ABSOLUTOS)Distância mínima às médias amostraisParalelipípedo

Máxima Verosimilhança

FLEXÍVEIS (RELATIVOS)

DifusosRedes Neuronais

EXTRACÇÃO DE INFORMAÇÃOCLASSIFICADORES

DISTÂNCIA MÍNIMA (Euclidiana)

VANTAGENS

Simplicidade (1)

INCONVENIENTES

Classificações incorrectas (2)

(Classes de grande dispersão)

DISTÂNCIA MÍNIMA (Normalizada)

Isolinhas de desvio padrão

VANTAGENS

Simplicidade (1)Classificações menos

incorrectas (2)

PARALELIPÍPEDO

Caixas de unidades de desvio padrão

VANTAGENS

Execução rápida.

INCONVENIENTES

Classificações incorrectas

(Dispersão “nubelar”)

PARALELIPÍPEDO

(Modificado)

MÁXIMA VEROSIMILHANÇA

Determinação estatística da

probabilidade de pertença a uma classe

PARÂMETROSVector médioMatriz de covariância

DISTRIBUIÇÃONormal (assumida)

MÁXIMA VEROSIMILHANÇA

CLASSIFICADORESMÁXIMA VEROSIMILHANÇA

CONDIÇÕES PREFERENCIAISDE APLICAÇÃO NÃO-SUPERVISADA

1. Nível de ruído não significativo2. Pequena variabilidade intra-classe

Classes espectrais independentes,mas com algum desvio das classes reais.

CONDIÇÕES PREFERENCIAISDE APLICAÇÃO SUPERVISADA

1. Classes espectrais suficientemente disjuntas2. Amostragens representativas

Classes espectrais próximas da realidade,mas com alguns desvios na sua

distribuição espacial.

INTRODUÇÃO DECONHECIMENTO CONTEXTUAL

Valores da vizinhançaPIXELS ISOLADOS

CONJUNTOS MAL CLASSIFICADOS Conhecimento Prévio

PROCEDIMENTOSPRÉ-CLASSIFICAÇÃO

Fusão de pixels em regiões homogéneas, sujeitas a classificação.

Ex.: Limiarização de classes ou grupos de classes distintas.

PROCEDIMENTOSPÓS-CLASSIFICAÇÃO

1. Repetição da classificação, tendo em conta a classificação dos pixels da vizinhança

2. Repetição da classificação, tendo em conta informação contextual prévia

PROCEDIMENTOS CONJUGANDOCONHECIMENTO CONTEXTUALE CONHECIMENTO PRÉVIO

A classificação de cada pixel da imagem depende simultâneamente dos seus níveis de cinzento e do seu contexto (níveis de cinzento dos pixels vizinhos).

CONHECIMENTO CONTEXTUAL

1. A classificação contextual baseia-se no Classificador de Erro Mínimo de Bayes.

2. Cada pixel x0 é representado por um vector ξ que inclui o seu nível de cinzento e os de

uma determinada vizinhança.

CLASSIFICADORESCONHECIMENTO CONTEXTUAL

VECTOR CONTEXTUAL

xfxfxf

,...,0)(

])(),...,(),([

V = Vizinhança de x0

[ ]Rik ωωωθθθθη ,...,,),...,,( 2110 ∈=VECTOR DA CLASSIFICAÇÃO

),...,,(~21 kθθθη =

CLASSIFICAÇÃO DA VIZINHANÇA

ωs = Classes consideradas

VIZINHANÇAS

Em geral:k = 4, 8.

Vizinhança 8.Vizinhança 4.

CLASSIFICAÇÃO CONVENCIONAL PELO ERRO MÍNIMO

serωθ =0

))(|(max))(|( 0,...,1

0 xfPxfP sRs

r ωω=

x0 ⇒ ωr se essa probabilidade for máxima

CLASSIFICAÇÃO CONTEXTUAL

serωθ =0

)|(max)|(,...,1

ξωξω sRs

x0 ⇒ ωr se a probabilidade de xi for máxima

PROBABILIDADE A POSTERIORI

)()()|(

ωξωξω

P sss =

Teorema de Bayes

FASEAMENTOAlgoritmo

1. Formação, para cada pixel, do seu vector contextual ξ .

2. Determinação dos parâmetros da distribuição de probabilidade p(ξ|ωs) e P(ws), a partir do conjunto de treino.

3. Cálculo das probabilidades máximas a priori P(wr|ξ), introduzindo-as na classificação contextual.

Classificaçãonão contextual

Classificaçãocontextual

ClassificaçõesDados

Algoritmo Contextual – FASE 2

Dados Classificações

Parâmetros de probabilidade a partir dos conjuntos de treino

Classificações

Passo Inicial

Classificação contextual a partir das probabilidades

máximas a priori

Classificações

CLASSIFICADORESCONHECIMENTO CONTEXTUAL Dados

Passo Recursivo

Classificação contextual a partir das probabilidades

máximas a prioriClassificações

Classificações

teledetecção APLICAÇÕES DA TELEDETECÇÃO

APLICAÇÕES DA TELEDETECÇÃO

CONTRIBUTOS DA TELEDETECÇÃO

1. Fornecem ao ser humano uma visão global e registada da realidade, em particular da superfície do globo.

2. Alargam a exploração de dados a diferentes resoluções espaciais, temporais e espectrais, reproduzindo a sua capacidade estereoscópica e ultrapaçando a capacidade do olho humano.

3. O seu volume crescente vai ao encontro do imparável aumento do desempenho das plataformas informáticas.

AGRICULTURA

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO

USO E OCUPAÇÃO DO SOLO

APTIDÃO E FITOSANIDADE

PLANEAMENTO DE SEMENTEIRAS

QUANTIFICAÇÃO E MOMENTO DAS COLHEITAS

Objectivos cada vez mais apoiados pelo aumento recente de resoluções espaciais e temporais e espectrais

AGRICULTURACARTOGRAFIA AGRÍCOLA

IDENTIFICAÇÃO DA OCUPAÇÃO

DELIMITAÇÃO DAS UNIDADES

QUANTIFICAÇÃO DA PRODUÇÃO

Sistemas multiespectraisPLATAFORMASSistemas activos (Radar)

Imagens multitemporaisAmostragens de campo

INFORMAÇÃO

Classificação / SegmentaçãoALGORITMOS

AGRICULTURAINVENTÁRIO AGRÍCOLA PERMANENTE

Base de Estudos Específicos

Estatísticas agrícolas Previsão de colheitas Sistemas de rotatividade das culturas Avaliação da produtividade dos solos Factores constrangedores das culturas Efeitos de intempéries (seca e inundações) Monitorização das actividades agrícolas etc.

AGRICULTURAPOLÍTICA AGRÍCOLA PERMANENTE

Base de Estudos Específicos

Estatísticas agrícolas Previsão de colheitas Sistemas de rotatividade das culturas Avaliação da produtividade dos solos Factores constrangedores das culturas Efeitos de intempéries (seca e inundações) Monitorização das actividades agrícolas etc.

teledetecção

SISTEMAS SATELITÁRIOS DE TELEDETECÇÃO

teledetecção SISTEMAS DE TELEDETECÇÃO

SISTEMAS SATELITÁRIOS DE TELEDETECÇÃO

Sistemas ou Programas Satelitários de Teledetecção constituem um conjunto de

Estruturas (Segmentos), Tecnologia e Equipamentos que concorrem para a Captação, Tratamento e Difusão (comercialização) de um

produto de Teledetecção Via Satélite.

PRINCIPAIS DADOS E CARACTERÍSTICAS

DATA INÍCIO (COLOCAÇÃO EM ÓRBITA) ou PREVISÃO

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

NATUREZA DA INFORMAÇÃORESOLUÇÃO ESPECTRAL

CARACTERÍSTICASORBITAIS (NATUREZA, INCLINAÇÃO, ALTITUDE)RESOLUÇÃO ESPACIALRESOLUÇÃO TEMPORALESTEREOSCOPIAFAIXAVARRIMENTO

EVOLUÇÕES PREVISTAS

LANDSAT MSS – MULTI SPECTRAL SCANNER 1972 – (Exp.) – 1983 (2,3)Operacionais: 5 (84) / 7 (99)(ERTS-1 EARTH RESOURSE TECHNOLOGY SATELLITE)

OBJECTIVO INICIAL : Previsão de Culturas (Produção Extensiva)

INFORMAÇÃO: Multiespectral – 6 Canais

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.2 º - Equat. 9.45 h – 99 min. - 705 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 79 mRESOLUÇÃO TEMPORAL: 16 dias

EVOLUÇÕES PREVISTAS – Continuidade das características

ESTEREOSCOPIA – N/AFAIXA: 2875 KmVARRIMENTO: Scanner (Whiskbroom)

Imagem RBV de Landsat 3

SPOT – SYSTEME PROBATOIRE D’OBSERVATION DE LA TERRE 1986 (SPOT 1)2002 (SPOT 5)

OBJECTIVO PRINCIPAL : Produção Agrícola Minifúndio Intensivo

INFORMAÇÃO: Multiespectral – 4 + 4 - Canais: 3 XS , 1 Pan / 4 Vegetação

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.7 º - Equat. 10.30 h – 101.4 min. - 832 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 20 - 10 – 5 m (2.5 HRG) RESOLUÇÃO TEMPORAL: 26 dias ( 1 – 7 , visada lateral)ESTEREOSCOPIA (27º Lateral)FAIXA: 950 KmVARRIMENTO: CCD (Pushbroom)

LANDSAT THEMATIC MAPPER1982 – LANDSAT 4

OBJECTIVO PRINCIPAL : Produção Agrícola Intensiva

INFORMAÇÃO: Multiespectral – 7 Canais (Visível – Infra-vermelho – Térmico)

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.2 º - Equat. 9.45 h – 99 min. - 705 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 30 (35 ef.) – 15 (Pan) - 120 mRESOLUÇÃO TEMPORAL: 16 diasESTEREOSCOPIA – N/AFAIXA: 2875 KmVARRIMENTO: Scanner (Whiskbroom)

LANDSAT MSS, ETM+ (ENHANCED THEMATIC MAPPER )

PERÍODOS OPERACIONAIS

19722 3 4 5 6 7 8 9 0 12 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 67 8 9 0 12 3 4 5 6

1980 1990 2000

Landsat 1 MSS

Landsat 2 MSSLandsat 3 MSS

Landsat 4 MSS, TMLandsat 5 MSS, TM

Landsat 7 ETM+

LANDSAT MSS, ETM+ (ENHANCED THEMATIC MAPPER )

COBERTURA DAS ESTAÇÕES DE RECEPÇÃO

IKONOS 2 1999

OBJECTIVO PRINCIPAL : Tecidos Urbanos (Alta Resolução) / Recursos Naturais

INFORMAÇÃO: Multiespectral – 4 + Pan

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.1 º - Equat. 10.30 h – 101.4 min. - 680 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 4 - 1 m (Pan) RESOLUÇÃO TEMPORAL: 1.5 - 2.9 dias ( Pan)ESTEREOSCOPIA N/AFAIXA: Km

EVOLUÇÕES PREVISTAS – 7 anos de actividade.

VARRIMENTO: CCD (Pushbroom)

IKONOS 2 1999

Programa ERS /ESA1991 / 1995

OBJECTIVO PRINCIPAL : Interferometria Radar

INFORMAÇÃO: Imagem Radar Alta Resolução (SAR 5.3 GHz)

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliosíncrona – 98.52 º - Equat. 10.30 h (desc.) – 100 min. - 782 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 30 mRESOLUÇÃO TEMPORAL: 3 diasESTEREOSCOPIA – Possível (SAR).ANTENA – 10 x 1 m

EVOLUÇÕES PREVISTAS –Continuidade no Programa ENVISAT

Programa ERS /ESAA PLATAFORMA ERS

O Nível Médio Oceânico por Radar

teledetecção

Programa CBERS 1999

OBJECTIVO PRINCIPAL : Recursos Naturais (Imagens) / Radar

CARACTERÍSTICAS

RESOLUÇÃO ESPACIAL : 80 – 120 - 160 m (Pan) RESOLUÇÃO TEMPORAL: 26 dias ( Pan)ESTEREOSCOPIA - PossívelFAIXA: 120 - 890 Km (Resol. 260 m)VARRIMENTO: CCD (Pushbroom)

SISTEMAS DE TELEDETECÇÃO

ORBITAIS: Heliossíncrona – 98.5 º - Equat. 10.30 h – 101.4 min. - 778 Km.

POLARIMETRIA RADAR: (HH, HV, VV, VH)

QUICKBIRD

OBJECTIVO PRINCIPAL : Recursos Naturais

INFORMAÇÃO: Multiespectral – 4 + Pan (11 bits)

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 97.2º - 93.5 min - 450 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 2.88 – 0.61 m (Pan) / Posic.Absol. 17 m (GPS) RESOLUÇÃO TEMPORAL: 1 – 3.5 dias ( Altas Latitudes)ESTEREOSCOPIA: 0 – 25ºFAIXA: 16.5 x 165 KmVARRIMENTO: CCD (Pushbroom)

BandasEspectrais

Pan: 450 - 900 nmB: 450 - 520 nmG: 520 - 600 nmR: 630 - 690 nmIR: 760 - 900 nm

QUICKBIRD

Refinaria na Nigéria Resolução: 0.62 m

Índice de VegetaçãoCores Naturais Infra-vermelho Próximo

IRS – 1D 1995 - 97Pan: 0.50-0.75 µmB: 0.52-0.59 µmG: 0.62-0.68 µmIR1: 0.77-0.86 µmIR2: 1.55-1.70 µm

OBJECTIVO PRINCIPAL : Recursos Naturais

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.69º - 817 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 20 (23.7) – 5 (5.8) m (Pan) – Por reamostragemRESOLUÇÃO TEMPORAL: 24 diasESTEREOSCOPIA – N/AFAIXA: 16.5 x 165 Km

EVOLUÇÕES PREVISTAS –Continuidade das características.

VARRIMENTO: CCD (Pushbroom)

RADARSAT - 21995

OBJECTIVO PRINCIPAL : Interferometria Radar

INFORMAÇÃO: Radar

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.6º - 798 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 3 mESTEREOSCOPIA – PossívelFAIXA: 500 KmPOLARIMETRIA: (HH, HV, VV, VH)

EVOLUÇÕES PREVISTAS – Continuidade das características.

RADARSAT - 2

MODOS OPERATÓRIOS

RADARSAT - 2 MODOS OPERATÓRIOS

PoSAT - 1 1993

OBJECTIVO PRINCIPAL : Investigação

CARACTERÍSTICASORBITAIS: Heliossíncrona – 98.69º - 790 Km.RESOLUÇÃO ESPACIAL : 2200 – 220 m (Pan)RESOLUÇÃO TEMPORAL: 14 diasESTEREOSCOPIA – N/AFAIXA: 1232 x 1267 Km / 123 x 127 KmVARRIMENTO: CCD (Pushbroom)

EVOLUÇÕES PREVISTAS – Continuidade das características.

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