Sistemas Sensores Introdução

Profª Sandra Maria Fonseca da Costa
Univap
BLOCO 1.2
Sistemas Sensores
5ª Aulas
Introdução
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O sol foi citado como sendo uma fonte de energia ou radiação. O
sol é uma fonte muito consistente de energia para o sensoriamento
remoto (REM).
REM interage com os alvos da superfície terrestre, podendo ser
absorvida, refletida, transmitida e emitida por eles, seletivamente;
Esta interação depende, sobretudo, das características do alvo e do
meio ambiente que os cercam (EX: a quantidade de energia
refletida por uma planta é função de características intrínsecas
desta mas que pode ser alterada se a planta for submetida a
estresses, tais como desequilíbrio nutricional, déficit hídrico, ataque
de pragas e doenças etc);
No atual estágio de desenvolvimento tecnológico, é possível medir
as propriedades espectrais dos alvos, com razoável precisão e à
distância;
Estas medidas são obtidas através de dispositivos denominados
SISTEMAS SENSORES;
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CARACTERÍSTICAS DOS
SISTEMAS SENSORES
• Definição: “São dispositivos capazes de detectar e
registrar a radiação eletromagnética, em determinada
faixa do espectro eletromagnético e gerar informações
que possam ser transformadas num produto passível de
interpretação, na forma de gráficos ou de tabelas”
(Moreira, 2001).
IMAGEM
GRÁFICO
• Um sistema sensor é constituído
basicamente por um coletor (lentes,
antena ou espelhos) e um sistema de
registro (detector).
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CLASSIFICAÇÃO DOS
SISTEMAS SENSORES
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Os sistemas sensores podem ser classificados quanto à fonte da radiação,
ao tipo de produto e ao tipo de energia coletada (existem outras
classificações mas estas são as mais importantes);
Os sistemas sensores que medem a energia naturalmente disponível são
chamados de sensores passivos. Os sensores passivos dependem que
ocorra a iluminação da superfície da terra pelo sol, porém é possível
capturar durante a noite, a energia naturalmente emitida pela terra
(infravermelho termal), desde que exista quantidade suficiente de energia
para ser gravada.
Os sensores ativos, por outro lado, possui sua própria fonte para
iluminação. O sensor emite radiação que é direcionada para o alvo que se
deseja investigar. A radiação refletida do alvo é detectada e medida pelo
sensor.
As vantagens destes tipos de sensores incluem a capacidade de obter
medida a qualquer momento, sem necessitar do sol. Os sensores ativos
podem ser utilizado para examinar comprimentos de ondas que não são
suficientemente fornecidos pelo sol, como as microondas. Porém, os
sensores ativos necessitam gerar uma grande quantidade de energia para
iluminar adequadamente os alvos.
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Quanto ao tipo de produto: são os sistemas imageadores ou não. Os
sistemas não imageadores medem a radiância do alvo e apresentam os
resultados na forma de gráfico ou numéricos (radiômetros).
Os sistemas imageadores são equipamentos cujos resultados finais são em
forma de imagens de uma área do terreno (fotográficos e não fotográficos).
Para os não fotográficos, alguns parâmetros são importantes (resoluções):
espectral, espacial, temporal e radiométrica;
• Resolução
Espectral:
poder de resolução que o
sensor
tem
para
discriminar
diferentes
alvos sobre a superfície
terrestre. Refere-se a
melhor
ou
pior
capacidade
de
discriminação dos alvos
em função da faixa
espectral em que opera.
Sensor
Faixa
Espectral
Largura da
Faixa
MSS
0, 5 a 0,6 µm
0,1 µm
0,6 a 0,7 µm
0,1 µm
0,7 a 0,8 µm
0,1 µm
0,8 a 1,1 µm
0,3 µm
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• Resolução Espacial – menor área do
terreno que um sistema sensor é capaz de
individualizar;
imagens obtidas por diferentes sensores com
resoluções espaciais
diferentes (sensores com diferentes IFOVs).
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Resolução Radiométrica – a radiação eletromagnética refletida ou
emitida pelos alvos da superfície terrestre possui valor de
intensidade que difere de um alvo para outro. Algumas vezes,
certos alvos, apesar de serem diferentes refletem ou emitem a
radiação eletromagnética com valores de intensidade muito
próximos entre si, tornando-os quase idênticos espectralmente.
Assim, a resolução radiométrica de um sensor refere-se à
capacidade que este sensor tem de poder discriminar, numa área
imageada, alvos com pequenas diferenças de radiação refletida
e/ou emitida. Relacionada à gravação dos sinais recebidos (bits):
21 = 1 bits ou 2 níveis de cinza;
22 = 2 bits ou 4 níveis de cinza;
24 = 4 bits ou 16 níveis de cinza;
11
2 = 11 bits ou 2048 níveis de cinza.
Simulação de uma imagem do Landsat-TM com dois e
quatro níveis de cinza-obtida sobre a cidade de Brasília.
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Alguns Exemplos
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Plataformas de sensoriamento
remoto: Níveis de Aquisição
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As plataformas de sensoriamento remoto definem o nível de aquisição
dos dados. Esses níveis podem ser orbital (representados pelas
plataformas espaciais), aéreo (representados pelas aeronaves e
helicópteros) e terrestre (representados por torres, e sistemas
radiométricos de campo).
A utilização de um dado sensor ou de outro, num determinado nível de
coleta de informações espectrais, depende, sobretudo, de fatores
relacionados com: a) objetivo da pesquisa; b) tamanho da área imageada;
c) disponibilidade de equipamentos sensores e d) custo e precisão
desejada dos resultados obtidos. Entretanto, alguns sistemas sensores são
mais exaustivamente utilizados em determinados níveis de coleta de dados
do que outros. Por exemplo, os radiômetros portáteis e os
espectrorradiômetros são equipamentos muito utilizados para obter
informações espectrais em áreas experimentais. Os sensores fotográficos
(Câmeras fotogramétricas) e, mais recentemente, os radiômetros
hiperespectrais são aerotransportados porque são equipamentos com
configuração para operar neste tipo de plataforma, ou seja, em nível aéreo.
Os “scanners” (imageadores) são muito utilizados em satélites não
tripulados como no Landsat, no SPOT, entre outros.
Níveis de Aquisição de Dados
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Sistemas Sensores Mais Utilizados
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SÉRIE LANDSAT
O que é o Landsat 7?
O Landsat 7 é a continuação do programa Landsat financiado pelo governo americano. O novo satélite,
lançado em abril/99, entrou em órbita com um sensor diferente do Landsat 5, denominado ETM+
(Enhanced Thematic Mapper Plus).
Qual é a cobertura efetiva do Landsat 7 sobre o planeta?
O Landsat 7 pode adquirir dados entre o polígono delimitado pelas coordenadas geodésicas: 81º de
latitude norte / 81º de latitude sul e 180º de longitude leste e 180º de longitude oeste.
Quais são os parâmetros orbitais de Landsat 7?
Uma órbita é completada a cada 99 minutos (aproximadamente) permitindo ao satélite alcançar mais de
14 órbitas em um dia. Assim, cobertura total da Terra é realizada em 16 dias. A órbita descendente, de
norte para sul, faz com que o satélite cruze o equador entre 10:00 e 10:15 (hora local) em cada
passagem.
Quais são as principais diferenças entre Landsat 7 e Landsat 5?
Adição de uma banda pancromática com resolução espacial de 15m;
Gravação da banda 6 (infra-vermelho termal) com alto e baixo ganho e resolução de 60m;
Melhoramento no sistema de calibração do satélite, o que garante uma precisão radiométrica absoluta de
+/-5%.
Melhoramento na geometrica de imageamento, o que determina uma precisão em imagens corrigidas
apenas a partir de dados de efemérides de satélite e GPS, muito próxima da precisão obtida com
imagens georeferencias com pontos de controle cartográficos.
Qual o comprimento das bandas espectrais e a sua resolução espacial?
As bandas do infra vermelho visível mantiveram a resolução espacial de 30 m (bandas 1,2,3,4,5,7);
As bandas do infra vemelho termal (bandas 6L e 6H) passam a ser adquiridas com resolução de 60
metros;
A nova banda pancromática tem 15 m de resolução espacial.
Abaixo temos um quadro comparativo entre o alcance espectral e resolução espacial das bandas entre o
Landsat 5 e o Landsat 7.
Sensor
Band 1
Band 2
Band 3
Band 4
Band 5
Band 6
Band 7
Band 8
TM
0.45 0.52
0.52 0.60
0.63 0.69
0.76 0.90
1.55 1.75
10.4 12.5
2.08 2.35
N/A
ETM+
0.45 0.52
0.53 0.61
0.63 0.69
0.78 0.90
1.55 1.75
10.4 12.5
2.09 2.35
0.52 0.90
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EXEMPLOS DO LANDSAT 7 - PAN E MULTI SOBRE BRASÍLIA
SPOT (Sistem e Proboitoire de Observation de La Terra)
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Sistema espacial francês, semelhante ao LANDSAT.
O primeiro satélite da série SPOT foi lançado em fevereiro de
1986, levando a bordo dois sensores de alta resolução: HRV
(Haut Resolution Visible), operando no modo XS e no modo PAN.
Opera com câmeras CCD (push broom), no qual os detectores
encontram-se lado a lado, imageando a terra linha a linha.
ModoCanaisFaixas Espectrais (mm)XS10,5 a 0,59 20,61 a
0,6830,79 a 0,89PANúnico0,51 a 0,73
Tem possibilidade de visada oblíqua (off nadir), que possibilita a
obtenção de imagens com diferentes ângulos de aquisição de
uma mesma área, favorecendo a visão estereoscópica.
O SPOT 1 tinha uma repetitividade de dados a cada 26 dias.
O SPOT 2 foi lançado em janeiro 1990 e o SPOT 3 foi lançado
em setembro de 1993. O SPOT 4 foi lançado em 24 de março de
1998 e o SPOT 5 está programado para ser lançado em 2001.
Ele vai oferecer uma resolução geométrica de 2,5 metros. (Figura
6).
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SPOT 2 - FERNANDO DE NORONHA
SPOT 4 - PANCROMÁTICA DO RIO
IMAGEM TM5 - RIO, COMPOSIÇÃO COLORIDA 435 (RGB)
IKONOS
• As imagens de alta resolução como as geradas
pelo satélite IKONOS II são conseqüência direta
da liberação tecnológica promovida em 1994
pelo Governo Americano. Anteriormente, essa
tecnologia somente estava disponível para
satélites de fins militares.
• Com o sucesso do satélite IKONOS II, lançado
no final de Setembro/99, as imagens de alta
resolução já são uma grata realidade e estão
revolucionando o mercado de dados orbitais.
Antes, nenhum outro satélite comercial
conseguiu atingir esse nível de detalhe espacial.
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SENSOR (satélite)
BANDAS (µm)
RESOLUÇÃO
ESPACIAL (metros)
RESOLUÇÃO
TEMPORAL
ETM – LANDSAT 7
0.45 0.52
30
16 dias
0.53 0.61
30
0.63 0.69
30
0.78 0.90
30
1.55 1.75
30
10.4 12.5
60
2.09 2.35
30
0.52 0.90 (PAN)
15
0,5 a 0,59
20
0,61 a 0,68
20
0,79 a 0,89
20
1,5 a 1,75
20
1,5 a 1,75 (PAN)
10
0.45 - 0.52
4
0.52 - 0.60
4
0.63 - 0.69
4
0.76 - 0.90
4
0.45 - 0.90(PAN)
1
0,45 a 0.52
0,76 cm
0,52 a 0,60
0,76 cm
0,63 a 0,69
0,76 cm
0,76 a 0,90
0,76 cm
0,45 a 0,90 (PAN)
0,61 cm
SPOT 4
IKONOS
Quick Bird
26 dias
29 dias
1 a 3,5 dias
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QUICK BIRD
Resolução de 0,76 a 0,61 cm ( a melhor disponível)
Excelente visualização dos detalhes urbanos; individualização de árvores, prédios etc.
Coliseu Roma
Porto de
Abudhabi
Exercício para Semana Que Vem
• Explique as características e utilização
dos sensores:
• IRS - Indian Remote Sensing Satellite
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