Aula 11 -CEA_Indices

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Comportamento Espectral dos Alvos
LEB0210 – GEOPROCESSAMENTO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS – LEB/ESALQ
Universidade de São Paulo
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Profa. Ana Cláudia dos Santos Luciano
CONTEÚDO
• Conceitos
Comportamento Espectral
Comportamento espectral da vegetação
Comportamento espectral do solo
Comportamento espectral da água
CONCEITOS:
INTERAÇÃO ENERGIA MATÉRIA- SENSOR
3
CONCEITO
4
• O comportamento espectral dos alvos tem relação com a forma que a REM
interage com o os objetos da superfície terrestre.
• Estudo do comportamento dos objetos ao interagirem com a REM incidente
sobre os mesmo: Análise da refletância dos objetos.
CONCEITO
5
• Assinatura Espectral dos alvos: forma típica de um objeto refletir
a REM incidente, nos diversos comprimentos de onda, devido a
suas propriedades físicas, químicas e biológicas;
• Corresponde ao espectro de refletância dos objetos;
• Cada objeto terá uma assinatura espectral diferente!
ASSINATURA ESPECTRAL
6
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS ALVOS
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS ALVOS
8Fonte: Elisabete Caria Moraes – DSR/INPE
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS ALVOS
9http://www3.inpe.br/unidades/cep/atividadescep/educasere/apostila.htm
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO
10
Visível
•Pigmentação (alta 
absorção)
•Clorofila 
(fotossíntese)
•Aumenta da 
refletância com o 
envelhecimento 
nas regiões do 
azul e vermelho
IV próximo
•Estrutura 
fisiológica (alta 
refletância)
•Descontinuidades 
estruturais
IV médio
•Teor de água (alta 
absorção)
•Maior absorção do 
que refletância
RG
B
IVP
IVM
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO
Visível IV CurtoIV Próximo
VIS
IVP
IVM
REFLETÂNCIA, TRANSMITÂNCIA E 
ABSORTÂNCIA DA FOLHA
IV Próximo
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (visível ~400-760 nm)
 A pigmentação das folhas altera a resposta espectral das folhas apenas 
na região do visível.
 Resposta Espectral - pigmentos das folhas existentes nos cloroplastos
 No cloroplasto temos: 65% clorofila, 6% carotenos e 29% xantofila.
 A clorofila a grande responsável pela absorção da R.E.M. no visível (azul-
violeta e vermelho) – Fotossíntese (Energia Luminosa – Química).
 Em geral a cor amarelada ou alaranjada dos carotenoides (carotenos e
xantofilas) é mascarada pela cor verde da clorofila, sendo que quando
a clorofila é degradada predominam cores mais amarelas a alaranjadas
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (visível ~400-760 nm)
Carotenoides
B
G
R
IVP
Resposta espectral de folhas de Faia com diminuição dos teores de clorofila na folha (Gitelson, 2011)
440nm 670nm
350 mg/m2 12 mg/ m2
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (visível ~400-760 nm)
IV Próximo
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVP ~760 -1300 nm)
 A IV Próximo ao chegar as células do mesófilo esponjoso e às cavidades
existente no interior das folhas é espalhado e submete-se as múltiplas
reflexões e refração que ocorrem devido a diferença dos índices de refração
do ar e das paredes celulósicas hidratadas.
 A cutícula e o epiderme de uma folha são praticamente transparente a
radiação de IV- Próximo.
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVP ~760 -1300 nm)
H2O 
H2O 
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVP ~760 -1300 nm)
Normal
Infiltrada com Água
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVP ~760 -1300 nm)
Folha sadia
Água na folha
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVP ~760 -1300 nm)
IV Médio
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVM ~1300 - 3000 nm)
 Nessa região a resposta espectral de uma folha sadia é caracterizada
principalmente pela absorção de energia pela água que ocorrem próxima
aos comprimento de onda do 1500nm, 1900nm e 2700nm.
 Essa absorção de energia promove as transições dos estados vibratórios
e rotacionais das moléculas de água.
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO (IVM ~1300 - 3000 nm)
https://www.ofitexto.com.br/comunitexto/o-que-e-reflectancia-infinita/
>IAF 
> Refletância no IVP
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
VEGETAÇÃO - IAF
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
Teor de umidade, 
textura e estrutura
• Visível
• IVP
• IVM
• Alto teor de 
umidade baixa 
refletância
Matéria orgânica
• Visível
• IVP
• Teores altos 
provocam redução 
da refletância do 
solo
Óxido de ferro
• Visível
• Reflete luz vermelha 
e absorve luz verde
Obs: A maior parte de energia incidente sobre o solo é refletida ou absorvia, apenas uma 
pequena parte é transmitida. 
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
H2O
H2O
O solo tem seu comportamento espectral influenciado por diversos 
fatores, sendo os mais importantes:
• UMIDADE
• TEOR DE MATÉRIA ORGÂNICA
• TEXTURA
• COR
• TEOR DE ÓXIDOS DE FERRO
• CTC
• CONDIÇÕES DE SUPERFÍCIE
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
Solo úmido
Solo úmido
Solo exposto
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
450 700 950 1200 1450 1700 1950 2200 2450
RQo LVd LVe LVef NVef NVefpp CXef
Comprimento de onda (nm)
F
at
o
r 
d
e 
R
ef
le
ct
ân
ci
a
Visível
IVP
IVM
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
Elementos que atuam na intensidade da curva espectral:
Umidade: com o aumento do teor de umidade no solo temos uma maior absorção de
energia radiante em todo o espectro da curva diminuindo a refletância, porém a forma geral
da curva não se altera.
Teor de matéria orgânica: com aumento do teor de matéria orgânica (>2%) temos uma
maior absorção da R.E.M. em todo espectro estudado. Alem disso a matéria orgânica
também mascara a presença dos óxidos de ferro, na região do visível, diminuindo a
intensidade dos picos de absorção dos óxidos.
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
Elementos que atuam na intensidade da curva espectral:
COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DOS SOLOS
Quartzo: devido a sua alta refletância solos com maiores quantidades de quartzo
apresentam maiores intensidades, ou seja, maiores refletâncias em toda a curva espectral.
Magnetita: (mineral proveniente de rochas básicas) Por ser um mineral opaco apresenta
grande absorção da R.E.M diminuindo a intensidade de refletância por todo a curva
espectral marcando também os picos de absorção em todo o espectro.
H2O
H2O
Bandas de absorção solos:
950nm, 1200 nm, 1400 nm e 1900nm 
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
ÁGUA
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA 
ÁGUA
Profundidade 
da água
• Visível
• IVP
• Quanto mais 
profundo 
menor a 
reflexão
Materiais 
suspensos
• Visível
• IVP
• Reflectância e 
cor da água
Rugosidade
• Visível
• IVP
• Superfície 
rugosa alta 
reflectância
Estado Físico
• Visível
• IVP
• IVM
APLICAÇÕES
Monitoramento 
temporal e 
espacial de área
Manejo Umidade
Estresse hídrico
Monitoramento 
temporal e 
espacial de 
produtividade
Pragas
Doenças
Impactos 
climáticos na 
cultura
Referencial Bibliográfico
NOVO, E.M.L. de M. Sensoriamento Remoto: Princípios e Aplicações. 3a Edição revista e ampliada, 
Editora Edgard Blücher Ltda. 2008. 
JENSEN, J. R., Sensoriamento Remoto do Ambiente: uma perspectiva em recursos terrestres. Editora
Parêntese, São José dos Campos, SP. 2009. 
Índices de Vegetação
LEB0210 – GEOPROCESSAMENTO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS – LEB/ESALQ
Universidade de São Paulo
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Profa. Ana Cláudia dos Santos Luciano
http://www3.inpe.br/unidades/cep/atividadescep/educasere/apostila.htm
Jensen
Índices de Vegetação
DEFINIÇÃO E CONCEITOS
DEFINIÇÃO
Os índices de vegetação exploram as propriedades espectrais da
vegetação, em especial, nas regiões do visível e do infravermelho
próximo. Os índices tem relação com os parâmetros biofísicos da
cobertura vegetal, como por exemplo: biomassa, IAF.
IMPORTANTE!
Medidas admensionais
Indica abundância e atividade 
da vegetalçao verde
Detecção de variabilidade 
espacial
Há muitos disponíveis na literatura
Cuidado com redundância
Relações entre medidas radiométricas
Formulações matemáticas
IAF, biomassa, atividade fotossintética,% 
de cobertura do solo
Índice de Vegetação da razão simples (Simple Ratio - SR) 
Índice de Vegetação da diferença 
normalizada (Normalized Difference
Vegetation Index - NDVI) 
𝑆𝑅 =
𝜌𝐼𝑉𝑃
𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ℎ𝑜
IVP = refletância no infravermelho próximo
V= refletância no vermelho
𝑁𝐷𝑉𝐼 =
𝜌𝐼𝑉𝑃 − 𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ℎ𝑜
𝜌𝐼𝑉𝑃 + 𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ℎ𝑜
• Os índices aumentam o
contraste entre o solo e a
vegetação
• Sensíveis a resposta do solo
NDVI (Rouse et al., 1974)
Equivalente 
ao SR
Monitorar mudanças
sazonais e interanuais
A razão reduz ruídos
multiplicativos (nuvens,
sombras, topografia) nas
bandas usadas.
Índice com 
base em 
razão
Não linear pode ser 
influenciado por 
ruídos aditivos da 
atmosfera
Alta 
correlação 
com IAF
Com o IAF alto há 
saturação do NDVI
Sensível a 
substrato
Solos visíveis sob os 
dosséis
Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective, Second Edition. John R. Jensen.
Copyright © 2007 by Pearson Education, Inc. Published by Pearson Prentice Hall. All rights reserved.
Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective, Second Edition. John R. Jensen.
Copyright © 2007 by Pearson Education, Inc. Published by Pearson Prentice Hall. All rights reserved.
Índice de Vegetação Ajustado para o Solo (Soil Adjusted Vegetation
Index – SAVI) 
𝑆𝐴𝑉𝐼 =
1 + 𝐿 × (𝜌𝐼𝑉𝑃 − 𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ℎ𝑜)
𝜌𝐼𝑉𝑃 + 𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ho+L
L é um fator de ajuste para o substrato do dossel. 
Foi observado que um valor de L=0,5 minimiza as variações de brilho dos solos
Índice melhorado para ajustar as respostas do solo!
Índice de Vegetação Melhorado/Realçado (Enhanced Vegetation Index – EVI) 
O EVI é um NDVI modificado para ajustar a interferência dos solos (L=1) e da atmosfera
(C1= 6 e C2 =7,5)
G =2,5 fator de ganho ajustado
𝐸𝑉𝐼 = 𝐺(1 + 𝐿)
(𝜌𝐼𝑉𝑃 − 𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ℎ𝑜)
𝜌𝐼𝑉𝑃 + 𝐶1 × 𝜌𝑣𝑒𝑟𝑚𝑒𝑙ho+𝐶2 × 𝜌azul+L
Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective, Second Edition. John R. Jensen.
Copyright © 2007 by Pearson Education, Inc. Published by Pearson Prentice Hall. All rights reserved.
Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective, Second Edition. John R. Jensen.
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Índice de Umidade por Diferença Normalizada ou Índice de 
Água (NDMI ou NDWI ) 
Altamente correlacionado com conteúdo de água do dossel vegetal
𝑁𝐷𝑀𝐼 =
(𝜌𝐼𝑉𝑃 − 𝜌𝐼𝑉𝑀)
(𝜌𝐼𝑉𝑃 + 𝜌𝐼𝑉𝑀)
BASE DE DADOS ÍNDICES DE VEGETAÇÃO
Banco de dados de 
índices de vegatação
Ver aplicações com 
Rededge
Banco de dados da 
USGS (United States
Geological Survey )
Acesso aso produtos 
disponibilizados pela 
NASA
https://www.indexd
atabase.de/
https://earthexplore
r.usgs.gov/
https://www.modis.cnpti
a.embrapa.br/geonetwork
/srv/pt/main.home
Index Database Earth Explorer Embrapa
https://www.indexdatabase.de/
https://earthexplorer.usgs.gov/
https://www.modis.cnptia.embrapa.br/geonetwork/srv/pt/main.home
Aplicações
Monitoramento 
temporal e 
espacial de área
Manejo Umidade
Estresse hídrico
Monitoramento 
temporal e 
espacial de 
produtividade
Pragas
Doenças
Impactos 
climáticos na 
cultura
Referencial Bibliográfico
JENSEN, J. R., Sensoriamento Remoto do Ambiente: uma perspectiva em recursos terrestres. Editora
Parêntese, São José dos Campos, SP. 2009.
NOVO, E.M.L. de M. Sensoriamento Remoto: Princípios e Aplicações. 3a Edição revista e ampliada,
Editora Edgard Blücher Ltda. 2008.
PONZONI, F. J.; SHIMABUKURO, Y.E.; KUPLICH, T.M. Sensoriamento Remoto da Vegetação. Segunda
Edição Atualizada e Ampliada. Oficina de Textos, São Paulo, SP. 2012.
Sensoriamento remoto em Agricultura. (2017). (n.p.): Oficina de Textos.