CEA-Aula-3-Quantidade-reflectancia

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Enner Alcântara
Departamento de Cartografia
Universidade Estadual Paulista
Presidente Prudente
Comportamento Espectral de Alvos
PPGCC
2016
Conteúdo
ü Conceitos:
ü Comportamento espectral
ü Assinatura espectral
ü Quantidades:
ü Reflectância (ρ)
ü Fator de Reflectância (R) 
ü Equivalência entre ρ e R
ü Casos de ρ e R
Comportamento Espectral
&
Assinatura Espectral
Comportamento Espectral de Alvos
ü É o conjunto de medidas de radiância (Lλ) de um 
objeto, efetuadas sob condições conhecidas ou 
controladas, sendo que cada medida corresponde ao 
valor médio em diferentes comprimentos de onda 
(Slater, 1980). 
ü Esse comportamento é válido para os instantes da 
aquisição da informação! 
Comportamento Espectral de Alvos
Comportamento Espectral
ü O comportamento espectral depende da radiância do alvo, 
da radiância difusa da atmosfera, da estação do ano (ou 
seja, da irradiância) e da geometria de observação e 
medição;
ü A radiância que é medida relaciona-se com:
ü Propriedades físico-químicas e biológicas do objeto;
ü Fatores exógenos (atmosfera radiativamente ativa);
ü Aparência da imagem (detetores, filtros, lentes).
atm
EL Lλλ λ λτ ρ π
⎧ ⎫
= +⎨ ⎬
⎩ ⎭
Comportamento Espectral
out
out
inin
MA
E
A
φ
φ
ρ
φφ
∂
∂ ∂= = =
∂∂
∂
M E
M L
E L
EL
ρ
π
ρ π
ρ
π
=
=
=
=
atm
EL Lλλ λ λτ ρ π
⎧ ⎫
= +⎨ ⎬
⎩ ⎭
Milton (1987)
Exitância
Irradiância
Dutre, Bekaert and Bala (2001)
Advanced Global Illumination
Comportamento Espectral
2
2
2
2
2
cos
cos
2 cos
M L sen d d
M L sen d d
M L sen d
M L
π π
π φθ
π π
π φθ
π
π
θ
θ θ θ φ
θ θ θ φ
π θ θ θ
π
=
=
=
= =
= =
= =
=
∫ ∫
∫ ∫
∫
Dutre, Bekaert and Bala (2001)
Advanced Global Illumination
Fatores que influenciam no comportamento espectral do alvo
ü Com relação ao alvo, a mudança de suas 
características físico-químicas, acarreta em 
mudanças na sua radiância;
ü Com relação aos fatores ambientais, os parâmetros 
atmosféricos são os principais interventores no 
comportamento espectral, por meio da radiância 
difusa da atmosfera;
Radiância (L)
Landsat-5 TM 
Banda 3 (vermelho) 
24/07/2010 
Landsat-5 TM 
Banda 3 (vermelho) 
01/07/1996 
L (wm-2sr-1nm-1) 
Fatores que influenciam no comportamento espectral do alvo
ü Sensor próximo ao alvo, pode-se desprezar o efeito 
da atmosfera
ü Equivalente a obtenção da radiância espectral em 
experimentos de campo ou de laboratório.
EL λλ λρ π
=
ü Com relação à geometria de aquisição de dados, 
objetos adjacentes podem interferir um no outro e 
influenciar o resultado final da mensuração;
ü O método de aquisição dos dados também afeta a 
medição de radiância;
Fatores que influenciam no comportamento espectral do alvo
Fatores que influenciam no comportamento espectral do alvo
Assinatura Espectral
- Assinatura Espectral -
É definida como uma feição ou conjunto de feições 
relacionadas a um conjunto de bandas estreitas e 
adjacentes e as reflectâncias obtidas em um determinado 
intervalo de comprimento de onda (Hunt, 1980);
É a intensidade relativa com que cada alvo reflete a 
REM, nos diversos comprimentos de onda;
Nota: a assinatura espectral refere-se ao espectro de 
reflectância e não o de radiância!
Assinatura Espectral
Define as feições, intensidade e localização das bandas de 
absorção dos objetos
Assinatura Espectral
Intensidade relativa com que cada corpo reflete a radiação 
eletromagnética nos diversos comprimentos de onda
Pode influenciar a assinatura espectral
ü Além da natureza e composição do objeto 
terrestre:
ü Irradiância solar espectral
ü Comprimento de onda
ü Ângulo de incidência
ü Ângulo de observação
L
E
λ
λ
λ
ρ π=
Espectro de Reflectância
ü O espectro de reflectância depende muito da resolução 
espectral do sensor que faz a sua medida. Se o sensor 
opera em bandas espectrais largas e pouco numerosas, 
ocorrerá generalização das medidas e perda de 
informação;
ü Por outro lado, se o sensor operar em muitas bandas 
estreitas, o espectro de reflectância obtido em 
laboratório pode ser quase totalmente reproduzido 
pelo radiômetro orbital;
Espectro de Reflectância
Espectro de Reflectância
A necessidade de medir a reflectância espectral das 
superfícies naturais ou artificiais pode ser justificada, no 
mínimo, por três motivos: 
①  A necessidade de ampliar o entendimento da relação entre 
a reflectância espectral e os mais variados tipos de 
superfícies;
②  Permite avaliar o potencial de sensoriamento remoto das 
diferentes bandas espectrais para um alvo específico;
③  Fundamental para avaliar a performance dos sistemas de 
sensoriamento remoto existentes, por meio da sincronia 
das medidas realizadas em campo, com as medidas 
realizadas pelo satélite.
Reflectância e fator de reflectância
Reflectância (ρ) e Fator de Reflectância (R) 
ü A razão entre a exitância radiante (M, Wm-2) e a irradiância 
(E, Wm-2) resulta na reflectância (ρ). A reflectância pode 
assumir valores entre 0 e 1.
ü O fator de reflectância (R) é a razão entre o fluxo radiante 
refletido pelo alvo, e o fluxo radiante refletido por uma 
superfície ideal e difusora (Lambertiana), nas mesmas 
condições de geometria e iluminação. Os valores podem 
ultrapassar 1, especialmente para superfícies com alta 
reflexão – como a neve (Painter e Dozier, 2004).
Painter e Dozier, 2004
Podemos simbolizar ρ e R
Onde, Si e Sr descrevem a distribuição angular de toda 
radiância incidente e refletida observada pelo sensor, 
respectivamente; e λ o comprimento de onda.
( , , )i rS Sρ λ =
( , , )i rR S S λ =
Reflectância
Fator de reflectância
Os termos, Si e Sr descrevem apenas um conjunto de ângulos 
segundo os quais se propagam as radiações incidente e 
refletida e não sua distribuição de intensidade.
Podemos simbolizar ρ e R
Os termos, Si e Sr, podem ser mais bem detalhados quanto à 
notação angular, para um melhor entendimento do problema 
do sensoriamento remoto:
( , , ; , , ; )i i i r r rρ θ φ ω θ φ ω λ
( , , ; , , ; )i i i r r rR θ φ ω θ φ ω λ
Onde, as direções θ e ϕ são os ângulos zenital e azimutal, 
respectivamente - para a radiância incidente (i), e refletida (r) 
- e (ω) é o ângulo sólido.
Geometria da Radiação
Esquema simplificado da geometria da radiação: onde θi e θr 
são os ângulos zenital incidente e refletido; e ϕi e ϕr são os 
ângulos azimutal incidente e refletido, respectivamente 
(Milton, 1987). 
-  θ à 0 - π/2 (0 – 90º);
-  ϕ à 0 - 2π (0 – 360º)
Equivalência entre ρ e R
Equivalência entre ρ e R
,
,
a
r
L
R
L
λ
λ
=
EL λ λλ
ρ
π
=
,
,
a
r
E
R E
λ
λ
λ
λ
λ
ρ π
ρ π
=
,
,
a
r
R λλ
λ
ρ
ρ
=
Sendo:
Tem-se:
Para um determinado instante: 
Para uma superfície Lambertiana ideal
, 1r λρ =
Então,
,aRλ λρ=
Fator de reflectância:
Apresentações
Apresentação (aula) de até 30 minutos:
①  Comportamento espectral da vegetação
-  Carolina Beraldo
-  Bruno Fagá
②  Comportamento espectral da água
-  Caroline Piffer
-  Ana Carolina
③  Comportamento espectral de solos
-  Douglas Bonato
-  Lucas Prado
④  Comportamento espectral de alvos urbanos
-  Leandro Coladello
-  Raphael Garcia
Quantidades conceituais e mensuráveis
Podemos definir casos especiais de ρ e R, em termos 
de quantidades conceituais e mensuráveis. As 
quantidades conceituais da ρ incluem o pressuposto de 
que a razão entre o tamanho e a distância, entre a fonte 
de iluminação (Sol ou lâmpada) e o sensor, é zero. São, 
geralmente, rotulados como sendo direcionais!
Terminologia para Casos de Reflectância
Serão apresentadas nove 
terminologias utilizadas para 
descrever casos de 
reflectância, de acordo com a 
adaptação da terminologia 
para sensoriamento remoto 
por Martonchik et al. (2000); 
levando em consideração o 
trabalho de Nicodemus et al. 
(1977).
Leitura 2Reflectância: definições
ü Ao se descrever a reflectância direcional de uma 
superfície (Nicodemus et al. 1977), deve-se mencionar 
primeiro, as características angulares da fonte de 
iluminação, seguido pelas características angulares da 
radiância refletida;
ü Assim, quando se utiliza o termo, reflectância 
hemisférico-direcional, está codificada a ideia de que a 
iluminação do objeto é hemisférica, e a radiância é 
refletida em uma única direção.
Terminologia para Casos de Reflectância
Relação de terminologia de radiância incidente e refletida utilizada 
para descrever a quantidade reflectância. A legenda 'caso' corresponde 
a nomenclatura proposta por Nicodemus et al. (1977). As figuras 
destacadas em cinza (casos 5, 6, 8 e 9) correspondem as quantidades 
mensuráveis e os casos 1-4, e 7 correspondem a quantidades 
conceituais. 
Schaepman-Strub et al. (2006)
Terminologia para Casos de Reflectância
Configuração de 
laboratório
Configuração 
orbital e campo
R
Casos: 1, 5, 6, 7 e 8
ρ
Casos: 3 e 9
R ou ρ 
Casos: 2 e 4 
Casos Especiais de ρ e R 
§  Quantidades direcionais, ωi ou ωr são omitidos; 
§  Se 0<(ωi ou ωr)<2π, então θ, ϕ descrevem a direção do 
eixo central de um cone (a linha do sensor ao centro do 
FOV no terreno – quantidades cônicos); 
§  Se ωi=2π, os ângulos θi, ϕi indicam a direção da energia 
incidente (a posição da fonte de iluminação). 
Consequentemente, a notação preferencial da geometria da 
radiação incidente para condições de iluminação ambiente 
é θi, ϕi, 2π. Essa notação angular representa a posição da 
fonte e não o centro do cone (a não ser que a fonte esteja 
ao nadir); 
§  Se ωr=2π, então θr, ϕr são omitidos. 
Schaepman-Strub et al. (2006)
Fator de Reflectância: prós e contras
ü Conveniente no campo;
ü Metodologia padronizada;
ü Curvas de reflectância espectral;
ü A placa de referência necessita de calibração;
ü A placa de referência se deteriora com o 
tempo;
ü Fatores de reflectância não são propriedades 
inerentes do alvo;
Quantidades Mensuráveis e Produtos Derivados
Quantidades Mensuráveis e Produtos Derivados
ü  Sob o ponto de vista estritamente físico, a medida mais 
comum realizada via satélite, aeronave e instrumentos de 
campo, corresponde a configuração hemisférico-cônico (Caso 
8) – i.e. MERIS/ENVISAT, FieldSpec;
Quantidades Mensuráveis e Produtos Derivados
ü Uma configuração típica de 
laboratório corresponde ao Caso 
5, ou seja, um fator de 
reflectância bicônico (FRBC), 
onde uma fonte de luz ilumina 
um alvo que é medida utilizando 
um espectrorradiômetro (Painter 
et al. 2003). 
Uso da Terminologia sobre Reflectância
ü A maior parte das medidas realizadas em campo por 
meio de espectrorradiômetros e reportadas na 
literatura, devem ser adequadamente descritas como 
fator de reflectância hemisférico-cônico (FRHC, 
Caso 8); entretanto, são frequentemente referidas 
como sendo fatore de reflectância hemisférico-
direcional (FRHD, Caso 7). 
Uso da Terminologia sobre Reflectância
ü Sob o ponto de vista físico, todos os 
espectrorradiômetros de campo possuem um campo 
de visada finito e, consequentemente sempre 
medirão o fator de reflectância hemisférico-cônico 
(FRHC, Caso 8). 
Uso da Terminologia sobre Reflectância
ü Isso é verdade mesmo que a irradiância tenha sido 
medida utilizando uma placa de referência 
(exemplo: Spectralon) ou um receptor de correção 
cosseno. 
ü Em ambos casos, a irradiância é integrada sobre o 
hemisfério incidente e nenhuma informação é 
preservada na distribuição angular da irradiância.
Enner Alcântara
Departamento de Cartografia
Universidade Estadual Paulista
Presidente Prudente
Comportamento Espectral de Alvos
PPGCC
2016