Breve Histórico Breve Histórico do Sensoriamento Remotodo Sensoriamento Remoto

Profa. Rúbia Gomes MoratoProfa. Rúbia Gomes Morato

Breve Histórico do Sensoriamento Remoto

Desenvolvimento da FotografiaPesquisa Espacial

Primeira Fotografia

Daguerre e Niepce em 18391840: recomendação do uso das fotografias em levantamentos topográficos1858: Corpo de Engenharia da França utiliza fotografias tomadas de balões para levantamento topográfico1909: Irmãos Wright tomam as primeiras fotografias a partir de avião em território italiano1930: Primeiras fotografias coloridas

The first known aerial photograph The first known aerial photograph was obtained by Gaspard Felix was obtained by Gaspard Felix Tournachon (Nadar) from a Tournachon (Nadar) from a tethered balloon 1,700-ft. above tethered balloon 1,700-ft. above Paris, France in 1858. Paris, France in 1858.

This is an oblique photograph This is an oblique photograph obtained from the obtained from the HippodromeHippodrome Balloon using a multiband camera. Balloon using a multiband camera.

Jensen, 2000Jensen, 2000

In 1903, Julius In 1903, Julius Neubronner patented Neubronner patented a breast-mounted a breast-mounted camera for carrier camera for carrier pigeons that weighed pigeons that weighed only 70 grams. only 70 grams.

A squadron of A squadron of pigeons is equipped pigeons is equipped with light-weight 70-with light-weight 70-mm aerial cameras.mm aerial cameras.

PigeonsPigeons

Jensen, 2000Jensen, 2000

Copyright Deutsches Museum, Munich, GermanyCopyright Deutsches Museum, Munich, Germany

Oblique aerial photograph of a European castle obtained from a camera Oblique aerial photograph of a European castle obtained from a camera mounted on a carrier pigeon. The pigeon’s wings are visible (copyright mounted on a carrier pigeon. The pigeon’s wings are visible (copyright Deutsches Museum, Munich, Germany).Deutsches Museum, Munich, Germany).

PigeonsPigeons

Jensen, 2000Jensen, 2000

Finalidade Militar

II Guerra Mundial: desenvolvimento do filme infravermelhoPeríodo da Guerra Fria: desenvolvimento dos sensores de alta resolução para fins de espionagemFim da Guerra Fria: Dados considerados como Segredos Militares são liberados para Uso Civil

Primeiras Fotografias Orbitais

Década de 1960: primeiras fotografias obtidas pelos programas espaciais Mercury, Gemini e ApolloMissão Apollo 9: fotografias multiespectrais (filmes infravermelho pb e colorido)

1960: Primeiro satélite meteorológico da série TIROS (primeiro sistema não tripulado)

Landsat 1 e 2

1972: Primeiro satélite de recursos terrestres ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellites), mais tarde denominado Landsat-1Sistema imageador de varredura MSS (Multiespectral Scanner System): 4 bandasSistema de televisão RBV (Return Beam Vidicom): 3 bandas1973: Primeiras imagens do Landsat recebidas no Brasil1975: Landsat-2 – idêntico ao primeiro

Landsat 3, 4 e 5

1978: Landsat 3Aumento da resolução espacial de 80 para 30mBanda termal (Banda 8)1982: Landsat 4TM (Thematic Mapper)Falha na trasmissão dos dados1984: Landsat 57 bandas espectrais

SPOT 1, 2 e 3

1986: Spot (Systèm Pour L’Observation de la Terre) – França, Bélgica e Suécia2 sensores identicos: HRV (Haute Resolution Visible) nos Spot’s 1, 2 e 320m no multiespectral e 10m no pancromáticoImagens com estereoscopia

Spot 4

1998: Spot 4HRVI (Haute Resolution Visible et Infrarouge)Banda do infravermelho médioSubstituição da banda pancromática pelo vermelho (20 e 10m)

Landsat 6 e 7

1993: Landsat 6ETM (Enhanced Thematic Mapper)Mesmas bandas do TM mais a pancromática com 15mSem sucesso no lançamento1999: Landsat 7ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus)Mesmas bandas do predecessorAumento da resolução no infravermelho termal de 120 para 60m

Landsat 7 (07/08/2001)

Spot 5

1999: Spot 5HRVIR: 10m multiespectral e 20 no infravermelho médioHRS (Haute Resolution Stereoscopique)Volta da pancromática: 5mImagens com estereoscopia com 20m

Spot 5 (24/02/2003)

Jensen (2004)

CBERS 1 e 2

China-Brazil Earth Resources Satellite3 câmeras CCD – Câmera Imageadora de Alta Resolução: 5 bandas – 20mIRMSS – Imageador por Varredura de Média Resolução: 4 bandas - 80 e 160mWFI – Câmera Imageadora de Amplo Campo de Visada: 2 bandas – 260m

CBERS 2

Ikonos

19994 bandas multiespectrais: 4m1 pancromática: 1m

Itaipu

http://www.sat.cnpm.embrapa.br/satelite/ikonos.html

Quick Bird

20003,4m no multiespectral0,68m no modo pancromático

Parque do Ibirapuera

http://www.sat.cnpm.embrapa.br/satelite/quickbird.html

Jensen (2004)

Jensen (2004)

Princípios Físicos do Sensoriamento Remoto:

Solar and Heliospheric Observatory (SOHO)Solar and Heliospheric Observatory (SOHO)Image of the Sun Obtained on September 14, 1999Image of the Sun Obtained on September 14, 1999

Jensen (2006)Jensen (2006)

Qual a nossa principal fonte de energia?

Como a energia é transferida?

Jensen (2000)

Condução

Convecção

Ondas eletromagnéticas

O que é a radiação eletromagnética?

A Radiação electromagnética (EMR) é uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético que se propagam através do espaço transportando energia .

Onda eletromagnética

C = λ fλ = comprimento de onda (m, mm, µm)f = freqüência (em ciclos por segundo ou Hertz)c = velocidade da luz (em m/s)

Comprimento da onda: distância entre dois picos de ondas sucessivasFreqüência da onda: número de vezes que a onda se repete por unidade de tempoVelocidade da Luz: 300.000 km/s

Relação entre o comprimento e a freqüência das ondas eletromagnéticas

A velocidade (C) da luz é constante.

O comprimento (λ) e a freqüência (f) das ondas é inversamente proporcional:

Quanto maior o comprimento menor a freqüênciaQuanto maior a freqüência, menor o comprimento

Comprimento e Freqüência das ondas

Jensen (2000)

Spectrum

A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou aparição) foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória.Atualmente chama-se espectro eletromagnético à faixa de freqüências e respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas.

http://www.zaz.com.br/fisicanet/cursos/ondas_eletromagneticas/ondas_eletromagneticas.html

Prisma

http://lerweb.khlim.be/~infav/breking/4prisma.htm

http://www.cena.usp.br/irradiacao/espectrodeondas.jpg

Florenzano (2002)

Relação entre o comprimento e a freqüência das ondas no espectro eletromagnético

http://www.zaz.com.br/fisicanet/cursos/ondas_eletromagneticas/ondas_eletromagneticas.html

Trajetórias da Radiação

Luchiari, Kawakubo e Morato (2005)

Interação da energia eletromagnética com a atmosfera e com a superfície terrestre

Energia incidenteEnergia absorvidaEnergia transmitidaEnergia refletidaEnergia espalhada

Interação da radiação eletromagnética com a superfície

Balanço de energia no sistema solo-atmosfera (Ciência Hoje)

Reflectância

É a proporção entre o fluxo de radiação eletromagnética incidente numa superfície e o fluxo que é refletido. Formalmente é descrito como:

R = Fr / Ftonde:R: reflectânciaFr: Fluxo de radiação eletromagnética refletidoFt: Fluxo de radiação eletromagnética incidente.

ReflectanceReflectance

Jensen 2005Jensen 2005

EspalhamentoEmbora a radiação solar incida em linha reta, os gases e aerossóis podem causar seu espalhamento, dispersando-a em todas as direções - para cima, para baixo e para os lados. A insolação difusa é constituída de radiação solar que é espalhada ou refletida de volta para a Terra. Esta insolação difusa é responsável pela claridade do céu durante o dia e pela iluminação de áreas que não recebem iluminação direta do sol.

http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-7.html

Tipos de espalhamento

Espalhamento RayleighEspalhamento MIEEspalhamento Não-Seletivo

Espalhamento Rayleigh ou MolecularO espalhamento Rayleigh ocorre quando as partículas presentes na atmosfera são muito menores que comprimentos de onda da radiação. Moléculas de nitrogênio ou oxigênio e pequenas partículas de poeira poder causar o espalhamento Rayleigh. Este tipo de espalhamento afeta principalmente os pequenos comprimentos de onda e ocorrem predominantemente no topo da atmosfera.

Por que o céu é azul?

O fato do céu parecer “azul”durante o dia é devido a este fenômeno. Como a luz do sol passa pela atmosfera, os pequenos comprimento de onda (isto é o azul) do espectro visível são espalhados mais que os comprimentos de ondamaiores da porção visível do espectro eletromagnético. No nascente e poente do sol a luz viaja um caminho maior pela atmosfera comparada com o meio dia e o espalhamento dos pequenos comprimentos de onda é mais completo.

Espalhamento MIE

O espalhamento Mie ocorre quando as partículas presentes na atmosfera são do exato tamanho do comprimento de onda da radiação. Poeira, fumaça e vapor d’água são as causas comuns do espalhamento Mie que tende afetar os longos comprimentos de onda. O espalhamento Mie ocorre nas porções mais baixas da atmosfera onde as grandes partículas são abundantes.

Espalhamento Não-SeletivoO espalhamento não-seletivo ocorre quando as partículas presentes na atmosfera são muito maiores que o comprimento de onda da radiação. Gotas d´água e grandes partículas de poeira podem causar este tipo de espalhamento. O espalhamento não-seletivo possui este nome pelo fato de todos os comprimentos de ondas serem igualmente espalhados. Este tipo de espalhamento é causado por nevoeiro e nuvens, e causa o aparecimento da cor branca pois as luzes verde, vermelho e azul são espalhadas em quantidades aproximadamente iguais.

Absorção

O espalhamento e a reflexão simplesmente mudam a direção da radiação. Contudo, através da absorção, a radiação é convertida em calor. Quando uma molécula de gás absorve radiação esta energia é transformada em movimento molecular interno, detectável como aumento de temperatura.

Absorção da energia eletromagnética incidente do Sol na região 0.1 a 30 µm por vários gases atmosféricos (Jensen, 2000)

Transmissão

O grau de transmissão, ou transmissividade, representa a capacidade das ondas eletromagnéticas em penetrarem a atmosfera.

Transmitância Atmosférica

Janelas Atmosféricas

São regiões do espectro eletromagnético onde a atmosfera é transmissiva a energia eletromagnética.

Como projetar um sensor?

A faixa espectral de operação dos sensores a bordo dos satélites é planejada para trabalhar nos comprimentos de onda onde haja menor absorção atmosférica, ou seja, que permitam a passagem da energia refletida pelo alvo de volta até o sensor. Esses comprimentos de onda são denominados de janelas atmosféricas.