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Introdução ao Sensoriamento Remoto

Prof. Vinícius Nogueira FróesDisciplina: Topografia – Engenharia Civil

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O que é Sensoriamento Remoto?

Sensoriamento remoto (SR) é a arte e a ciência de obter informações sobre um objeto sem estar em contato físico direto com o objeto. O SR pode ser usado para medir e monitorar importantes características biofísicas (biológicas e físicas) e atividades humana na Terra.

SensoriamentoRemoto

Obtenção de dados

Distante

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Breve Histórico

Evolução dos sensores e satélites de Sensoriamento Remoto.

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Landsat-5

CBERS

ORBVIEW-3

Spot-4

ERS-1

ENVISAT

IRS

EROS

EOS-AM-1/TERRA JERS-1

IKONOS KompsatQuickBird

Spot-5

Principais Satélites de Observação da Terra

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Fontes de Radiação Eletromagnética

A principal fonte de radiação é o Sol. No entanto, existem os sistemas de radares que possuem energia própria para imageamento dos alvos na superfície terrestre.

Sensoriamento Remoto está intimamente ligado à medida da Radiação Eletromagnética (REM) refletida ou emitida dos alvos da superfície terrestre, bem como ao tratamento e à disponibilização dessa informação numa forma passível de ser interpretada.

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Violita Amarelo LaranjaAzul Verde Vermelho

Pela equação E=h.c/ʎ a energia (E) é inversamente proporcional ao comprimento de onda (ʎ).

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Resposta Espectral dos Alvos

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Coleta de DadosDados in situ e de Sensoriamento Remoto

Medições In Situ (campo/laboratório)

Nível Suborbital (aeronave)

Nível orbital (satélite)

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Sistemas Sensores Conceito

Os sensores são as “máquinas fotográficas” dos satélites. Têm por finalidade captar a REM (Radiação Eletromagnética) proveniente da superfície terrestre, e gerar informações que possam ser transformada num produto passível de interpretação (imagens).

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Sistemas Sensores

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Coleta de Dados de Sensoriamento Remoto

Os dados se sensoriamento remoto são coletados usando sistemas SENSORES PASSIVOS ou ATIVOS.Sensores passivos ou ópticos: utilizam apenas a

REM (Radiação Eletromagnético) natural refletida ou emitida a partir da superfície terrestre. A luz solar é a principal fonte de REM dos sensores passivos (TM, SPOT, ASTER, CBERS, IKONOS, etc.

Sensores ativos: estes sistemas utilizam REM artificial produzida por sensores ativos, tais como os micro-ondas (RADAR, LIDAR ou SONAR), cuja energia é gerada pelo próprio equipamento e depois registra a quantidade de fluxo radiante espalhado de volta em direção ao sistema sensor.

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Coleta de Dados de Sensoriamento Remoto

PASSIVO

RAIOS SOLARES

SOL

ATIVO

RADIAÇÃO

T0 T1

Fases de aquisição de dados de sensores passivos e ativos

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Imageadores: fornecem uma imagem da superfície observada como resultado. Ex. sistemas digitais e fotográficos.

Sistemas Sensores Quando ao Tipo de Produto

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Não-imageadores: não geram imagem da superfície observada. Ex.: Espectrorradiômetros (assinatura espectral) e radiômetros (saída em dígitos ou gráficos). Essenciais para aquisição de informações precisas sobre o comportamento espectral dos objetos.

Representação dos dadosFase de coleta dos dados

Sistemas Sensores Quando ao Tipo de Produto

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SISTEMAS SENSORESNível Suborbital: Aeronaves

SISTEMAS FOTOGRÁFICOS • É o sistema sensor mais

antigo que existe;• A imagem é formada por um

fluxo contínuo da radiação refletida pelo objeto (analógico) (Ex.: Câmara fotográfica aérea, sensor de microondas).

• A energia reage com haletos de prata, o filme.

Sistema de aerolevantamento e exemplos de fotografias aéreas

No SR, os sistemas fotográficos mais utilizados são aqueles aerotransportados, como é o caso das câmeas métricas. Os produtos obtidos por estes sistemas são as fotografias aéreas, que podem ser pancromáticas (preto-e-brancas) ou coloridas (normal ou falsa-cor).

Entre os principais equipamentos sensores aerotransportados, existem as câmeras fotográficas, os imageadores (scanners) e os radares.

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O caminho seguido por um satélite é chamado de sua órbita.

Satélites são projetados em órbitas específicas para atender às características e objetivo do(s) sensor(es) que eles levam.

ÓRBITA HELIOSÍNCRONAPOLAR (sun-

synchronous)

ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA(geosíncrona)

Satélites de Recursos Naturais

Satélites de Metereológicos

SISTEMAS SENSORESNível Orbital

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O que é uma Imagem ?Expressa, de forma quantitativa, a média da energia refletida ou

intervalo de tempo, em determinados comprimentos de ondasdo espectro eletromagnético.

emitida pelos alvos numa área da superfície da Terra, num dado

Imagens de satélite

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As imagens de satélites coletadas por sensores remotos possuem algumas características que as diferenciam de outras imagens digitais e que são essenciais para se entender os fundamentos do processamento digital. Entre essas características estão:

1.Estrutura 2. Resolução

Características das Imagens de

Sensoriamento Remoto

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Características das Imagens Estrutura

O nome dado a cada cela da matriz é pixel, derivado do inglês "picture element". Deve ser ressaltado que o nível de cinza de um pixel (também conhecido em inglês por DN, de “digital number”) corresponde sempre à média da intensidade da energia refletida ou emitida pelos diferentes materiais presentes nesse pixel.

As estruturas das imagens de sensoriamento remoto são constituídas por um arranjo de elementos sob a forma de uma matriz, de dimensões “x” linhas por “y” colunas, com cada elemento possuindo um atributo z (nível de cinza).

PIXEL255

Linhas

Colu

nas

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Z Pixel

30 m30m

Linhas C

olun

as

Estrutura da Imagem

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Tipos de ResoluçõesExistem quatro resoluções que permitem diferenciar os produtos ou imagens geradas pelos diferentes sensores remotos a bordo de satélites, estas são:

As resoluções dependem tanto das propriedades técnicas dos sensores quanto das características da órbita do satélite ou plataforma orbital, e são normalmente utilizadas para caracterizar uma imagem.

Resoluções Parâmetros

ESPACIAL Tamanho do pixel

ESPECTRAL Número de bandas

TEMPORAL Freqüência de passagem

RADIOMÉTRICA Níveis de cinza

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Resolução EspacialA resolução espacial é determinada pela capacidade do detector em distinguir objetos na superfície terrestre. Em geral, a resolução espacial de um detector é expressa em termos do seu campo instantâneo de visada ou IFOV ("instantaneous field of view").

O IFOV define a área do terreno focalizada a uma dada altitude pelo instrumento sensor. De uma forma simplificada, o IFOV representa o tamanho do pixel. A dimensão do pixel da imagem é denominada de resolução espacial. Quanto menor a dimensão do pixel, maior é a resolução espacial da imagem. Imagens de maior resolução espacial têm melhor poder de definição dos alvos terrestres.

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Resolução Espacial

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Resolução Espacial no S.R. Orbital

20 anos de evolução tecnológica

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Sistema de alta resolução espacial

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Goiânia – Av. Independência e Marginal Botafogo

Sistema de alta resolução espacial

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Sistema de alta resolução espacial

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Resolução EspectralResolução espectral é o número e a dimensão (tamanho) de intervalos de comprimento de ondas específicos (chamados de bandos ou canais) no espectro eletromagnético aos quais um instrumento de sensoriamento remoto é sensível.

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Resolução Espectral

Quanto mais estreita for a banda espectral maior será a resolução espectral do sensor. Na Figura ao lado, o primeiro sistema sensor (cor vermelha) tem um grande número de bandas espectrais e uma grande sensibilidade espectral. O outro sistema sensor (azul), possui poucas bandas e uma menor sensibilidade espectral.

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Comparação de Tecnologias Espectrais

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Resolução Temporal

A resolução temporal é o intervalo de tempo que o sistema demora em obter duas imagens consecutivas da mesma região sobre a Terra (exemplo: 16 dias, 2 dias, etc.) • É função de características orbitais do satélite (altura, velocidade, inclinação) e ao ângulo total de abertura do sensor. • A resolução temporal é de grande interesse especialmente em estudos relacionados a mudanças na superfície terrestre e no seu monitoramento.

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Resolução RadiométricaA resolução radiométrica é dada pelo número de níveis digitais, representando níveis de cinza, usados para expressar os dados coletados pelo sensor. Quanto maior o número de níveis, maior é a resolução radiométrica.

Resolução = 2 bits = 22 = 4 níveis de cinza

Resolução = 8 bits = 28 = 256 níveis de cinza

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Resumo das resoluções

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Alguns Sensores Atuais

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LANDSAT-1

O LANDSAT-1 foi o primeiro satélite destinado as estudo dos recursos naturais;

Este satélite carregava um sensor chamdo MSS – Multi Spectral Scanner;

O MSS possuía 4 bandas – uma na região do verde, vermelho e outras duas no infravermelho;

A resolução espacial era 80 x 80 m;

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LANDSAT-4 & 5

O LANDSAT-4 foi lançado em 1892;

Além do MSS ele carregava o TM – Thematic Mapper;

Por problemas com os componentes elétricos ele foi desativado;

Foi substituído pelo LANDSAT-5;

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LANDSAT - 7

O TM possui 7 bandas espectrais;

Inclui bandas do azul, verde, vermelho e infravermelho,

Sendo uma no infravermelho próxim, duas no infravermelho médio, e uma no infravermelho termal.

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Landsat – Principais Aplicações

• Acompanhamento do uso agrícola das terras;• Apoio ao monitoramento de áreas de preservação;• Atividades energético-mineradoras;• Cartografia e atualização de mapas;• Desmatamentos;• Detecção de invasões em áreas indígenas;• Dinâmica de urbanização;• Estimativas de fitomassa;• Monitoramento da cobertura vegetal;• Queimadas Secas e inundações ;• Sedimentos em suspensão nos rios e estuários.

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Landsat – Exemplos

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Região Metropolitana de São Paulo

Landsat – Exemplos

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SPOT Foi lançado em 1986;

Possui 3 bandas: verde, vermelho e infravermelho próximo;

Resolução espacial 20 x 20 m;

Possui outro sensor que atua na região do visivel: banda pancromática, resolução 10 x 10m;

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SPOT, está atualmente comercializando dados de Modelos Numéricos de Terreno (MNT ou DEM) por km2.

SPOT

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IKONOS Foi o primeiro satélite comercial a produzir imagens com

resolução de 1m;

Foi lançado em 1999 e tornou-se operacional em 2000;

O sensor a bordo possui 5 bandas:uma pancromática (4m), 3 no vísivel e uma no infravermelho próximo;

Sua resolução temporal é de 2 a 3 dias.

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CBERS O satélite CBERS (China Brazil Earth Resources

Satellite) é fruto da cooperação entre Brasil e China.

Ele foi lançado em 1999, projetado para cobertura global contendo câmaras para observação óptica e um sistema de coleta de dados ambientais.

Ele possui três tipos de sistemas sensores de coleta de dados de sensoriamento remoto para recursos naturais: o sensor CCD, o IRMSS e o WFI.

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São Sebastião – Ilha Bela/SP

Região de Ribeirão Preto/SP

CBERS – Exemplos

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CBERS – Exemplos

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