Prof. Daniel C. Zanotta

PROCESSAMENTO DE IMAGENS SAR AULA 14

Daniel C. Zanotta

29/08/2017

RADAR – RADIO DETECTION AND RANGING (DETECÇÃO E LOCALIZAÇÃO POR MEIO DE ONDAS DE RADIO)

SENSOR ÓPTICO: CAPTA A RADIAÇÃO SOLAR REFLETIDA PELA SUPERFÍCIE TERRESTRE

RADAR: PRODUZ, EMITE E CAPTA A RADIAÇÃO

AERONAVES

SATÉLITES

FORMAS DE AQUISIÇÃO DAS IMAGENS

Navegação Inercial +

Posicionamento GPS

Antena banda P

Radar Correção GPS

Diferencial

Ponto de Controle com

“sinalizador” (corner reflector) Antena banda X

ESTRUTURA DO RADAR AEROTRANSPORTADO

VANTAGENS DO RADAR

FUNCIONA INDEPENDENTE DAS CONDIÇÕES DE ILUMINAÇÃO E CLIMÁTICAS

BANDAS DO RADAR Comprimentos de onda possíveis. Cada imageamento suporta apenas um comprimento de onda de operação. Isso para não haver confusão de raios. O sistema RADAR não possui um difusor raios (prisma) como no sistema óptico a fim de separar bandas de uma mesma cena.

IMAGEM DE RADAR DE UMA ÁREA URBANA Basicamente, quanto mais rugosa é a superfície imageada, maior é o retroespalhamento (mais claro é o pixel).

AMBIGÜIDADE GEOMÉTRICA

2 1

O RADAR se fundamenta na percepção de pulsos de REM vindos de diversas regiões da superfície imageada (retroespalhamento). É necessário que os pulsos vindos de diferentes regiões cheguem em tempos distintos no sensor para não haver confusão.

Pulso de REM do RADAR

1 1 1

α

AMBIGÜIDADE GEOMÉTRICA

A solução é realizar o imageamento com visada lateral (oblíqua). Assim, é garantido que pulsos vindos de pontos diferentes na superfície retornem em tempos diferentes.

TIPOS DE REFLEXÃO A quantidade de pulsos que retornam para o sensor do RADAR (retroespalhamento) dependerá da rugosidade (textura) e geometria da região.

EMISSÃO E CAPTAÇÃO DA RADIAÇÃO O RADAR produz, emite e capta novamente os pulsos de REM (sensor ativo). Percebe-se que apenas um pequeno percentual do total emitido em direção a superfície retorna novamente na direção do sensor. Isso exige que a potência do sinal emitido seja muito grande, ou que a abertura da antena seja grande, capturando assim uma grande quantidade dos pulsos de retorno, melhorando a sensibilidade do sistema.

EMISSÃO E CAPTAÇÃO DA RADIAÇÃO O RADAR produz, emite e capta novamente os pulsos de REM (sensor ativo). Percebe-se que apenas um pequeno percentual do total emitido em direção a superfície retorna novamente na direção do sensor. Isso exige que a potencia do sinal emitido seja grande, ou que a abertura da antena seja grande, capturando assim uma grande quantidade dos pulsos de retorno, melhorando a sensibilidade do sistema.

RESOLUÇÃO ESPACIAL (CROSS-TRACK) (LONGITUDINAL AO MOVIMENTO) É necessário que pulsos vindos de pixels diferentes não sejam sobrepostos em nenhum momento e por essa razão confundidos (misturados) pelo sensor. Assim, a resolução na direção longitudinal (ACROSS-TRACK) é determinada pela largura do pulso de REM (não confundir com comprimento de onda do pulso).

L

RESOLUÇÃO ESPACIAL (CROSS-TRACK)

Para satisfazer essa condição, uma saída possível é diminuir a largura do pulso. Assim, preservando a resolução espacial. Por outro lado, perde-se em potência do sinal enviado para a superfície. Existe também um limite físico mínimo de largura do pulso.

L

RESOLUÇÃO ESPACIAL (CROSS-TRACK)

Outra saída seria regular o sistema para registrar pulsos em intervalos de tempos maiores. Assim, registrando maior quantidade de pulsos vindos de uma região grande. O problema associado a essa solução é que a resolução espacial é prejudicada.

L

RESOLUÇÃO ESPACIAL (ALONG-TRACK)

(NA DIREÇÃO DO MOVIMENTO)Está associado a distância percorrida pela plataforma durante a emissão de dois pulsos consecutivos. Ou seja, entre o instante que um pulso é emitido até que ele volte completamente, permitindo que um novo pulso possa ser emitido na direção da superfície sem ser confundido com o anterior.

L

RESOLUÇÃO ESPACIAL (ALONG-TRACK)

RESOLUÇÃO ESPACIAL (ALONG-TRACK)

C

ALVOS FLORESTAIS

X ~ 3 cm

C ~ 5,6 cm

L ~ 23 cm

A interação da radiação (reflexão) se dá sempre que o comprimento de onda for igual ou menor que o tamanho dos objetos no alvo.

1 0 1 1 0 1 1

EFEITO CAUSADO PELA REFLEXÃO ESPECULAR Superfícies lisas refletem os pulsos de REM e direções opostas ao do sensor, não sendo percebidas por este. Assim, no tempo que deveriam estar retornando, nada volta (preto – zero)

4 0 1 1 0 0 0 1

EFEITO DE SOMBRA (SHADOW)

4 0 1 1 0 0 0 1

EFEITO DE ENCURTAMENTO DE RAMPA (FORESHORTENING)

2 0 1 1 0 0 1 1

EFEITO DE INVERSÃO DE RELEVO (LAYOVER)

RUÍDO SPECKLE O ruído Speckle é um dos principais fatores que degradam a qualidade das imagens SAR. O Speckle é um ruído multiplicativo que é proporcional a intensidade do sinal recebido. O efeito visual deste ruído proporciona uma textura granulosa que pode dificultar a interpretação das imagens de radar, reduzindo a separabilidade entre classes de uso do solo, tipos litológicos etc..

Exemplo Floresta: Textura: Rugosidade alta Os pixels deveriam ser claros. Porém, por causa das interferências construtivas e destrutivas teremos pixels muito claros e muito escuros também. Para encontrar a resposta característica do alvo é preciso fazer uma média entre alguns pixels vizinhos, diminuindo a resolução espacial. Alternativa: proccessamento multi-look.

RUÍDO SPECKLE O ruído Speckle é um dos principais fatores que degradam a qualidade das imagens SAR. O Speckle é um ruído multiplicativo que é proporcional a intensidade do sinal recebido. O efeito visual deste ruído proporciona uma textura granulosa que pode dificultar a interpretação das imagens de radar, reduzindo a separabilidade entre classes de uso do solo, tipos litológicos etc..

Exemplo Floresta: Textura: Rugosidade alta Os pixels deveriam ser claros. Porém, por causa das interferências construtivas e destrutivas teremos pixels muito claros e muito escuros também. Para encontrar a resposta característica do alvo é preciso fazer uma média entre alguns pixels vizinhos, diminuindo a resolução espacial. Alternativa: proccessamento multi-look.

Intensidade

Fase (rad)

RUÍDO SPECKLE

Exemplo Floresta: Textura: Rugosidade alta Os pixels deveriam ser claros. Porém, por causa das interferências construtivas e destrutivas teremos pixels muito claros e muito escuros também. Para encontrar a resposta característica do alvo é preciso fazer uma média entre alguns pixels vizinhos, diminuindo a resolução espacial. Alternativa: proccessamento multi-look.

O ruído Speckle é um dos principais fatores que degradam a qualidade das imagens SAR. O Speckle é um ruído multiplicativo que é proporcional a intensidade do sinal recebido. O efeito visual deste ruído proporciona uma textura granulosa que pode dificultar a interpretação das imagens de radar, reduzindo a separabilidade entre classes de uso do solo, tipos litológicos etc..

RUÍDO SPECKLE

RUÍDO SPECKLE: FILTRAGEM

Img Original

Filtro Médias

Filtro Lee

Filtro Frost

3 x 3 5 x 5 7 x 7

RUÍDO SPECKLE: FILTRAGEM

VELOCIDADE DO VENTO NO MAR

29/04/1997 - 6 h (hora local) 24/04/1998 - 6 h (hora local)

DETECÇÃO DE EMBARCAÇÕES Embarcações costumam apresentar muitos alvos que se comportam como reflectores de canto.

MOLHES DA BARRA (RIO GRANDE)

Imagens SAR - RADARSAT - Modo S2 - Descendente

Polarização HH - resolução 12,5x12,5 m - 4 looks

DETECÇÃO DE ATIVIDADES DE DESMATAMENTO INVISÍVEIS AO SENSOR ÓPTICO

Radar banda L

Radar banda X

Observar a questão relacionada a interação dos pulsos de REM determinada pelo comprimento de onda comparado com a geometria do alvo.

Imagem Landsat (5 4 3)

Radar banda L

DETECÇÃO DE ATIVIDADES DE DESMATAMENTO INVISÍVEIS AO SENSOR ÓPTICO

DETECÇÃO DE ONDULAÇÕES MARÍTIMAS

IMAGEM ORIGINAL

IMAGEM TRANSFORMADA

IMAGEM FILTRADA

DETECÇÃO DE ONDULAÇÕES MARÍTIMAS

IMAGENS POLARIMÉTRICAS

IMAGENS POLARIMÉTRICAS

IMAGENS POLARIMÉTRICAS

INTERFEROMETRIA DE IMAGENS SAR - INSAR

RADAR DE ABERTURA SINTÉTICA (SAR)

Efeito Doppler

Relativístico

RADAR DE ABERTURA SINTÉTICA (SAR)

CHIRP

CHIRP

Filtrar as imagens SAR brutas disponíveis por filtros espaciais de Média e Lee .

Atividade prática:

Atividade prática

ERS-1 SAR image over Mount Fuji. SAR RAW data

with courtesy of NASDA.

Atividade prática

ERS-1, Frame 2871, descending orbit 8059 (29. Jan.

1993) multi-look intensity image over Death Valley

test-site, USA. SAR RAW data with courtesy of ESA